Sử dụng phương pháp huỳnh quang tia X để phân tích sự phân bố của những nguyên tố trong đất theo độ sâu

Báo viết đề cập đến việc sử dụng phương pháp phân tích XRF để định lượng hàm lượng của 49 nguyên tố có mặt trong các mẫu đất được lấy đến độ sâu khoảng 11m tại hai phẫu diện Trảng Bom, Đồng Nai và Hố Bò, Củ Chi. Kết quả phân tích đa biến cho thấy phẫu diện Hố Bò là phẫu diện thuần và phẫu diện Trảng Bom là phẫu diện không thuần. Một vài nguyên tố như K, V, As, Mg, Cs và Mn phân bố không đều trong đất. Đây là những số liệu quan trọng cho những nghiên cứu chuyên sâu về môi trường và thổ nhưỡng.

Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TP.HCM Số 12 năm 2007 SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP HUỲNH QUANG TIA X ĐỂ PHÂN TÍCH SỰ PHÂN BỐ CỦA NHỮNG NGUYÊN TỐ TRONG ĐẤT THEO ĐỘ SÂU Thái Khắc Định * Mở đầu Trong nghiên cứu thổ nhưỡng, địa chất việc phân tích định lượng nguyên tố chiếm tỉ trọng khơng nhỏ Trong đó, việc tìm hiểu diện phân bố nguyên tố đất quan trọng đất mơi trường cho người sinh sống, trồng trọt chăn nuôi Hiện nay, có số nghiên cứu liên quan tất dừng tầng bề mặt (độ sâu tối đa 70 cm) với lí tầng canh tác lương thực thực phẩm chủ yếu Vì vậy, đề tài có tham vọng nghiên cứu tầng đất sâu (có độ sâu tối đa đến 6,5m Trảng Bom 11,5m Hố Bò) để có tranh tổng thể phân bố nguyên tố theo độ sâu Từ đánh giá tác động trình phong hố đến thành tạo đất, đánh giá tác động đất đến đời sống người cung cấp số liệu ban đầu hi vọng có ích phần cho nghiên cứu chun sâu thổ nhưỡng, dinh dưỡng thực vật môi trường sinh thái Đối tượng phương pháp nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu Đề tài nghiên cứu hai phẫu diện đất Trảng Bom (Đồng Nai) Hố Bò (Củ Chi), phẫu diện có năm mẫu đất với bốn cấp hạt lấy từ độ sâu khác Vì thành phần giới đất, cấp hạt thịt sét nguồn dinh dưỡng chủ yếu cho hệ thực vật nên cấp hạt nhỏ 40µm chọn làm đối tượng nghiên cứu đề tài Sau thu thập, mẫu đất xử lí sơ trước phân tích Mỗi mẫu đất ban đầu phân tách thành bốn mẫu tương ứng với bốn cấp hạt : lớn 1500µm, từ 150-1000µm, từ 40-150µm nhỏ 40µm Sau xử lí sơ bộ, từ 10 mẫu ban đầu ta thu 40 mẫu tương ứng với cấp hạt đề cập Theo kết xử lí sơ bộ, xuống sâu tỉ lệ sét tăng lên tỉ lệ * TS, Khoa Vật lí, Trường ĐHSP Tp.HCM 109 Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TP.HCM Thái Khắc Định sỏi cát giảm xuống Đó lớp đất sâu tuổi phong hoá lớn nên thành phần sỏi cát phân tách thành hạt nhỏ sét Kết hồn tồn phù hợp với lí thuyết q trình phong hố [4] Hình Phẫu diện Trảng Bom Hình Phẫu diện Hố Bò 2.2 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp XRF chọn làm phương pháp nghiên cứu đề tài ưu điểm bật so với phương pháp tương tự phân tích kích hoạt neutron (NAA), quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) : Không phá mẫu, nhanh, hiệu cao, phân tích xác đồng thời nhiều nguyên tố [1], [2], [5] Hệ phân tích XRF đề tài sử dụng để phân tích XRF Spectro Xepos Trung tâm Phân tích Thí nghiệm thuộc Sở Khoa học Cơng nghệ Tp.HCM Hình Ngun tắc hoạt động máy 110 Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TP.HCM Số 12 năm 2007 Kết thảo luận Xác định hàm lượng 49 nguyên tố mẫu gồm : Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, I, Cs, Ba, La, Ce, Hf, Ta, W, Hg, Tl, Pb, Bi, Th, U 3.1 Hệ số tương quan Bảng Hệ số tương quan mẫu đất Trảng Bom Hố Bò Mẫu TB1 TB2 TB3 TB4 TB5 TB1 0,84 0,94 0,93 0,93 TB2 TB3 TB4 TB5 Mẫu HB1 HB2 0,90 HB3 0,91 1 HB4 0,89 1 HB5 HB1 1 0,99 0,99 0,99 HB2 HB3 HB4 HB5 0,99 0,99 0,99 0,98 0,99 1 Tại phẫu diện Trảng Bom, TB1 TB2 có độ tương quan khơng chặt với mẫu lại Do TB1 bazan, khác với mẫu khác đất xám cát vòng sinh hố TB1 tác động lên TB2 làm TB2 tương quan khơng chặt với mẫu lại dù có nguồn gốc Ta gọi phẫu diện Trảng Bom phẫu diện khơng (xem hình 1) Tại phẫu diện Hố Bò, mẫu tương quan với chặt phản ánh thực tế mẫu có nguồn gốc phù xa cổ, ta gọi phẫu diện Hố Bò phẫu diện (xem hình 2) 3.2 Sự phân bố nguyên tố theo độ sâu Bảng Hàm lượng oxyt nguyên tố đất TB TB TB TB TB HB HB HB HB HB SiO2 413357 765429 481929 541286 489643 573000 5691423 546429 574929 656571 Fe2O3 152857 11967 44843 35486 38614 22157 24257 10379 77914 75443 Al2O3 197200 75858 260667 275022 144400 184828 206078 230067 198900 219867 TiO2 39083 16700 31067 32850 6115 11533 12842 8713 12578 13098 111 Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TP.HCM Thái Khắc Định Sự phân bố nguyên tố theo độ sâu Trảng Bom 800000 700000 Si Fe Al Ti Hàm lượng (ppm) 600000 500000 400000 300000 200000 100000 TB (-2,1 m) TB (-2,8 m) a) TB (-4,7 m) TB (-5.8 m) TB (-6,5 m) Mẫu Sự phân bố nguyên tố theo độ sâu Hố Bò 800000 700000 Si Fe Al Ti Hàm lượng (ppm) 600000 500000 400000 300000 200000 100000 HB (-1 m) b) HB (-2,7 m) HB (-6,5 m) HB (-7,5 m) HB (-11,5 m) Mẫu Các nguyên tố phân bố Hàm lượng nguyên tố hai phẫu diện tương đối giống nhau, chứng tỏ chúng có nguồn gốc đồng Nam Bộ Hàm lượng Fe TB1 cao hẳn mẫu khác nên TB1 sẫm màu Ngồi ngun tố chính, đa số ngun tố khác phân bố tương đối theo độ sâu : Na, Sr, Ba, Zr, Cr, La, V, Mn, Ce, Co, Ni, Cu, Zn, W, Th, U… Ta xét trường hợp đặc biệt sau 112 Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TP.HCM Số 12 năm 2007 Sự phân bố nguyên tố kiềm theo độ sâu Trảng Bom 25000 Na K Rb Cs Hàm lượng (ppm) 20000 15000 10000 5000 TB (-2,1 m) TB (-2,8 m) c) TB (-4,7 m) TB (-5.8 m) TB (-6,5 m) Mẫu Sự phân bố nguyên tố kiềm theo độ sâu Hố Bò 25000 Na K Rb Cs Hàm lượng (ppm) 20000 15000 10000 5000 HB (-1 m) d) HB (-2,7 m) HB (-6,5 m) HB (-7,5 m) HB (-11,5 m) Mẫu Ta thấy hàm lượng K tầng đất mặt Trảng Bom thấp Hố Bò, nguyên nhân hệ thực vật Trảng Bom phát triển nên tiêu thụ nhiều K Hố Bò (Xem hình 2) Hàm lượng K tăng dần theo độ sâu, tầng sâu từ 6,5m hàm lượng K nhiều, nguyên nhân loại rễ đến độ sâu trình trầm lắng K khó tiêu thơng qua hoạt động vi sinh vật, dịch chuyển nước ngầm nên K tích tụ lại 113 Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TP.HCM Thái Khắc Định Sự phân bố nguyên tố kiềm thổ theo độ sâu Trảng Bom 8000 Mg Ca Sr Ba 7000 Hàm lượng (ppm) 6000 5000 4000 3000 2000 1000 TB (-2,1 m) TB (-2,8 m) e) TB (-4,7 m) TB (-5.8 m) TB (-6,5 m) Mẫu Sự phân bố nguyên tố kiềm thổ theo độ sâu Hố Bò 8000 Mg Ca Sr Ba 7000 Hàm lượng (ppm) 6000 5000 4000 3000 2000 1000 HB (-1 m) HB (-2,7 m) f) HB (-6,5 m) HB (-7,5 m) HB (-11,5 m) Mẫu Sự phân bố kim loại chuyển độ sâu Trảng Bom 1600 Mn Zr V Cr La 1400 Hàm lượng (ppm) 1200 1000 800 600 400 200 TB (-2,1 m) g) 114 TB (-2,8 m) TB (-4,7 m) Mẫu TB (-5.8 m) TB (-6,5 m) Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TP.HCM Số 12 năm 2007 Sự phân bố kim loại chuyển độ sâu Hố Bò 1600 Mn Zr V Cr La 1400 Hàm lượng (ppm) 1200 1000 800 600 400 200 HB (-1 m) HB (-2,7 m) HB (-6,5 m) h) HB (-7,5 m) HB (-11,5 m) Mẫu Sự phân bố kim loại chuyển độ sâu Trảng Bom 300 Co Ce Ni Cu Zn Hàm lượng (ppm) 250 200 150 100 50 TB (-2,1 m) TB (-2,8 m) TB (-4,7 m) i) TB (-5.8 m) TB (-6,5 m) Mẫu Sự phân bố kim loại chuyển độ sâu Hố Bò 300 Co Ce Ni Cu Zn Hàm lượng (ppm) 250 200 150 100 50 j) HB (-1 m) HB (-2,7 m) HB (-6,5 m) HB (-7,5 m) HB (-11,5 m) Mẫu 115 Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TP.HCM Thái Khắc Định Ta thấy phẫu diện Hố Bò, hình dạng phân bố mẫu đất tương đối giống nhau, Hố Bò phẫu diện Trong đó, phẫu diện Trảng Bom (phẫu diện khơng thuần), hình dạng phân bố TB1 khác mẫu khác, hàm lượng Mg, Ca, Mn, Cu, Zn TB1 cao hẳn mẫu khác, điều lần giúp ta khẳng định TB1 nằm phức hệ khác bazan phong hoá đá bazan chứa nguyên tố nhiều hẳn đất xám cát phù sa cổ Ngoài ra, hàm lượng V cao đột biến mẫu TB5 V nguyên tố khó tiêu nên trầm lắng tích tụ lại Việc phân tích phân bố kim loại nặng nguyên tố độc có ý nghĩa lớn lĩnh vực sinh thái ta đánh giá tác động tiêu cực đất đến người Sự phân bố kim loại nặng nguyên tố độc theo độ sâu Trảng Bom 50 Sb Cd As Hg 45 40 Hàm lượng (ppm) 35 30 25 20 15 10 TB (-2,1 m) TB (-2,8 m) k) TB (-4,7 m) TB (-5.8 m) TB (-6,5 m) Mẫu Sự phân bố kim loại nặng nguyên tố độc theo độ sâu Hố Bò 50 Sb Cd As Hg 45 40 Hàm lượng (ppm) 35 30 25 20 15 10 l) 116 HB (-1 m) HB (-2,7 m) HB (-6,5 m) Mẫu HB (-7,5 m) HB (-11,5 m) Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TP.HCM Số 12 năm 2007 Hàm lượng Sb Cd vượt mức tiêu chuẩn, hàm lượng Hg hai phẫu diện đạt tiêu chuẩn, As đạt tiêu chuẩn Trảng Bom cao mức cho phép mẫu HB4 HB5 [3] Nghĩa Hố Bò, As tích tụ nhiều từ độ sâu 7m, nhiên để đánh giá xác mức độ độc hại As cần phải nghiên cứu trạng thái khí nơi As có nhiều loại, As (III) với oxyt As2O3 (còn gọi thạch tín) có độc tính cao, lại As (V) As hữu hồn tồn khơng độc hại Kết luận Đề tài hoàn thành mục tiêu đặt phân tích hàm lượng 49 nguyên tố đất, đánh giá phân bố nguyên tố theo độ sâu Khi đánh giá hệ số tương quan mẫu đất, đề tài phẫu diện Trảng Bom phẫu diện khơng phẫu diện Hố Bò phẫu diện Ngoài đề tài phần đánh giá số ảnh hưởng môi trường đất lên đời sống người Tuy nhiên, thời gian có hạn nên phạm vi nghiên cứu đề tài hạn chế Nếu có điều kiện thuận lợi, mong muốn mở rộng phạm vi nghiên cứu đề tài theo hướng sau : Xây dựng đồ phân bố số nguyên tố ảnh hưởng nhiều đến đời sống sinh vật người K, Na, Hg, Pb… số vùng rộng lớn Đông Nam Bộ, Tây Nguyên đồng sơng Cửu Long Phân tích phân bố nguyên tố theo độ sâu nhiều cấp hạt kết hợp với nghiên cứu tuổi phong hố đất để từ đánh giá tác động q trình phong hố vận chuyển, phân bố nguyên tố cấp hạt khác TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Binghe Tan, Weiying Sun (1998), X ray Spectrometry 27, pp 95-104 [2] D.J Kalnicky, R Singhvi (2001), Field portable XRF analysis for environmental samples, Journal os Hazardous Materials 83, pp 93-122 [3] Lê Văn Khoa (chủ biên) (2003), Đất môi trường, NXB Giáo dục [4] Nguyễn Kim Cương (chủ biên) (2003), Địa lí tự nhiên đại cương 3, Bộ Giáo dục Đào tạo 117 Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TP.HCM Thái Khắc Định [5] Trần Phong Dũng (chủ biên) (2003), Phương pháp phân tích huỳnh quang tia X NXB Đại học quốc gia Tp.HCM Tóm tắt Sử dụng phương pháp huỳnh quang tia X để phân tích phân bố nguyên tố đất theo độ sâu Báo cáo đề cập đến việc sử dụng phương pháp phân tích XRF để định lượng hàm lượng 49 nguyên tố có mặt mẫu đất lấy đến độ sâu khoảng 11m hai phẫu diện Trảng Bom, Đồng Nai Hố Bò, Củ Chi Kết phân tích đa biến cho thấy phẫu diện Hố Bò phẫu diện phẫu diện Trảng Bom phẫu diện không Một vài nguyên tố K, V, As, Mg, Cs Mn phân bố không đất Đây số liệu quan trọng cho nghiên cứu chuyên sâu môi trường thổ nhưỡng Abstract Using XRF to analyse the distribution of elements in soil profiles There are 49 elements in two soil profiles taken from Trang Bom, Dong Nai and Ho Bo, Cu Chi at the depth of 11 metres were analyzed by RXF The findings show that the Ho Bo profile is a homogeneous one, while Trang Bom one is not The distribution of some elements such as K, V, As, Mg, Cs and Mn is not identifiable in the profiles 118 ... (2003), Phương pháp phân tích huỳnh quang tia X NXB Đại học quốc gia Tp.HCM Tóm tắt Sử dụng phương pháp huỳnh quang tia X để phân tích phân bố nguyên tố đất theo độ sâu Báo cáo đề cập đến việc sử dụng. .. cao, phân tích x c đồng thời nhiều nguyên tố [1], [2], [5] Hệ phân tích XRF đề tài sử dụng để phân tích XRF Spectro Xepos Trung tâm Phân tích Thí nghiệm thuộc Sở Khoa học Cơng nghệ Tp.HCM Hình Nguyên. .. bazan chứa nguyên tố nhiều hẳn đất x m cát phù sa cổ Ngoài ra, hàm lượng V cao đột biến mẫu TB5 V nguyên tố khó tiêu nên trầm lắng tích tụ lại Việc phân tích phân bố kim loại nặng nguyên tố độc có