Ứng dụng ICP-MS nhằm bước đầu đánh giá mức độ ô nhiễm một số kim loại nặng trong thực phẩm gần khu vực khai thác mỏ Núi Pháo

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - ĐINH VIẾT CHIẾN ỨNG DỤNG ICP-MS NHẰM BƢỚC ĐẦU ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG THỰC PHẨM GẦN KHU KHAI THÁC MỎ NÚI PHÁO LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐINH VIẾT CHIẾN ỨNG DỤNG ICP-MS NHẰM BƢỚC ĐẦU ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG THỰC PHẨM GẦN KHU KHAI THÁC MỎ NÚI PHÁO Chun ngành: Mã số : Hóa phân tích 60440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS TẠ THỊ THẢO PGS.TS LÊ THỊ HỒNG HẢO Hà Nội – 2018 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS TS Lê Thị Hồng Hảo giao đề tài, tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi động viên tinh thần để em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo giảng dạy khoa Hóa Học, đặc biệt thầy Bộ mơn Hóa phân tích dạy cho em kiến thức quý giá bổ ích Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới anh chị bạn đồng nghiệp Khoa Kim loại Vi khống Viện kiểm nghiệm an tồn vệ sinh thực phẩm quốc gia tạo điều kiện giúp em hoàn thành luận văn Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn học viên cao học khóa 26 chun ngành Hóa Phân tích ln động viên chia sẻ khó khăn em Do kiến thức thân hạn chế, nên luận văn cịn nhiều sai sót Em mong nhận ý kiến đóng góp thầy để luận văn hoàn thiện Hà nội, ngày 29 tháng 12 năm 2017 Học viên Đinh Viết Chiến MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Định nghĩa tính chất chung kim loại nặng 1.2 Tác hại số kim loại nặng nghiên cứu 1.2.1 Nhóm kim loại nặng khơng cần thiết cho thể 1.2.2 Nhóm kim loại nặng cần thiết cho thể 1.3 Các quy chuẩn kỹ thuật giới hạn ô nhiễm kim loại nặng 1.4 Các phƣơng pháp phân tích kim loại nặng thực phẩm 11 1.4.1 Các nghiên cứu nƣớc 11 1.4.2 Các nghiên cứu giới 13 CHƢƠNG NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 15 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 15 2.2 Đối tƣợng, nội dung phƣơng pháp nghiên cứu 15 2.2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 15 2.2.2 Nội dung nghiên cứu 15 2.2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 16 2.3 Lấy mẫu nghiên cứu 16 2.4 Thực nghiệm 19 2.4.1 Thiết bị, dụng cụ, hóa chất 19 2.4.2 Chuẩn bị dung dịch hóa chất, chất chuẩn 20 2.4.3 Tối ƣu hóa điều kiện phân tích đồng thời kim loại nặng ICP-MS 22 2.4.4 Xử lí mẫu lị vi sóng 22 2.4.5 Xác nhận giá trị sử dụng phƣơng pháp 23 2.4.6 Phân tích mẫu, xử lí số liệu, đánh giá kết phân tích 25 2.4.7 Đảm bảo kết thử nghiệm 26 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 3.1 Điều kiện phân tích ICP-MS 27 3.1.1 Lựa chọn số khối, chế độ phân tích nguyên tố 27 3.1.2 Tối ƣu tốc độ khí He va chạm 27 3.1.3 Tối ƣu tự động thông số cho thiết bị ICP-MS 28 3.1.4 Khảo sát ảnh hƣởng dung môi hữu 30 3.1.5 Khảo sát thời gian bơm, rửa mẫu 32 3.2 Xác nhận giá trị sử dụng phƣơng pháp 35 3.2.1 Đƣờng chuẩn 35 3.2.2 Giới hạn phát (LOD), giới hạn định lƣợng (LOQ) 37 3.2.3 Độ lặp lại 38 3.2.4 Độ tái lặp 40 3.2.6 Độ không đảm bảo đo 43 3.3 Kết phân tích mẫu, đánh giá mức độ nhiễm kim loại nặng số mẫu thực phẩm 44 3.3.1 Kết phân tích mẫu đợt 45 3.3.2 Mẫu phân tích đợt 47 3.3.3 Mẫu phân tích đợt 3-T6/2017 52 3.3.4 Mẫu phân tích đợt 4-T11/2017 54 3.3.5 Bƣớc đầu đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng mẫu thực phẩm gần khu khai thác mỏ 57 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC 65 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Mức giới hạn tối đa cho phép kim loại nặng số loại thực phẩm Bảng 2.1 Kết phân tích hàm lƣợng ẩm số mẫu rau 25 Bảng 3.1 Số khối nguyên tố phân tích 27 Bảng 3.2 Các thông số tối ƣu tự động thiết bị ICP-MS 28 Bảng 3.3 Các thông số tiêu chuẩn cần đáp ứng hệ ICP-MS Nexion 350X 29 Bảng 3.4 Cƣờng độ tín hiệu (Cps) nguyên tố thêm dung môi hữu 30 Bảng 3.5 Tổng hợp thông số tối ƣu điều kiện phân tích ICP-MS 34 Bảng 3.6 Giới hạn phát giới hạn định lƣợng phƣơng pháp 38 Bảng 3.7 Kết phân tích lặp lại với mẫu thịt gà 38 Bảng 3.8 Kết đánh giá độ lệch chuẩn tƣơng đối lặp lại mẫu thịt gà 39 Bảng 3.9 Kết phân tích lặp lại với mẫu rau bắp cải 39 Bảng 10 Kết đánh giá độ lệch chuẩn tƣơng đối lặp lại mẫu rau bắp cải 40 Bảng 11 Kết đánh giá độ lệch chuẩn tƣơng đối tái lặp với mẫu thịt gà 41 Bảng 12 Kết đánh giá độ lệch chuẩn tƣơng đối tái lặp với mẫu rau bắp cải 41 Bảng 13 Kết đánh giá độ thu hồi với mẫu thịt gà 42 Bảng 14 Kết đánh giá độ thu hồi với mẫu rau bắp cải 43 Bảng 15 Kết tổng hợp độ khơng đảm bảo đo số ngun tố phân tích với mẫu thịt gà rau bắp cải 44 Bảng 16 Kết phân tích mẫu khảo sát đợt 45 Bảng 17 Kết phân tích mẫu đợt 48 Bảng 18 Kết phân tích mẫu gạo 52 Bảng 19 Kết phân tích mẫu thực vật đợt 55 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Nguồn nhiễm kim loại nặng chuỗi thực phẩm Hình 2.1 Bản đồ khảo sát khu vực lấy mẫu thực phẩm nuôi trồng gần khu khai thác mỏ Núi Pháo (Thái Nguyên) 17 Hình 2.2 Hệ thống ICP-MS Nexion 350X (Perkin Elmer) 19 Hình 3.1 Đồ thị tối ưu tốc độ khí He 28 Hình 3.2 Ảnh hưởng dung mơi hữu tới tín hiệu đo As 31 Hình 3.3 Ảnh hưởng thành phần isopropanol đến tín hiệu đo As 32 Hình 3.4 Ảnh hưởng thời gian bơm mẫu đến cường độ tín hiệu As 33 Hình 3.5 Ảnh hưởng thời gian rửa tới mẫu trắng 34 Hình 3.6 Đường chuẩn định lượng Pb, Cd 35 Hình 3.7 Đường chuẩn định lượng As, Hg 36 Hình 3.8 Đường chuẩn định lượng Sn, Sb 36 Hình 3.9 Đường chuẩn định lượng Co, Ni 36 Hình 3.10 Đường chuẩn định lượng Cr, Mn 37 Hình 3.11 Hàm lượng Arsenic số loại rau 46 Hình 3.12 Hàm lượng Pb, Cd số mẫu chè 47 Hình 3.13 Hàm lượng Pb số loại rau- đợt 50 Hình 3.14 Hàm lượng Cd số loại rau- đợt 50 Hình 3.15 Hàm lượng As số loại rau- đợt 50 Hình 3.16 Hàm lượng Hg số loại rau- đợt 51 Hình 3.17 Hàm lượng trung bình kim loại nặng mẫu gạo 54 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ICP-MS Inductively coupled plasma mass spectrometry (Phổ khối nguyên tử nguồn plasma cao tần cảm ứng) AAS Atomic absorption spectroscopy (Quang phổ hấp thụ nguyên tử) ICP-OES Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (Quang phổ phát xạ plasma cao tần cảm ứng) FDA Food and Drug Administration (Cục quản lí thực phẩm dƣợc phẩm Mỹ) AOAC Association of Official Analytical Chemists (Hiệp hội nhà hóa học phân tích thức) LOD Limit of Detection (Giới hạn phát hiện) LOQ Limit of Quantification (Giới hạn định lƣợng) WHO Word health organization (Tổ chức y tế giới) CDC Centers for Disease Control and Prevention (Trung tâm kiểm soát ngăn ngừa dịch bệnh) IARC International agency for research on cancer (Tổ chức nghiên cứu ung thƣ quốc tế) GPS Global Positioning System (Hệ thống định vị toàn cầu) SD Standard deviation (Độ lệch chuẩn) KV Khu vực ĐC Đối chứng QCVN Quy chuẩn Việt Nam Luận văn Thạc sĩ khoa học Đinh Viết Chiến-K26 Hóa học ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, hoạt động khai thác chế biến khoáng sản Việt Nam diễn nhiều nơi, góp phần thúc đẩy kinh tế đất nƣớc phát triển Nhƣng bên cạnh đó, hoạt động gây khơng vấn đề nghiêm trọng nhƣ thất thốt, lãng phí tài ngun, đặc biệt ô nhiễm môi trƣờng Thái Nguyên tỉnh phía Đơng Bắc nƣớc ta, tiếp giáp với thủ đô Hà Nội, trung tâm kinh tế-xã hội lớn vùng trung du miền núi phía Bắc Với vị trí địa lý thuận lợi, đƣợc thiên nhiên ƣu đãi nhiều tài nguyên nhƣ: mỏ sắt (trại Cau), mỏ quặng đa kim (núi Pháo), mỏ than (núi Hồng),…, nên hoạt động khai thác khoảng sản sôi động Mỏ Núi Pháo, Thái Nguyên mỏ lộ thiên có lƣợng Vonfram lớn giới, với diện tích 9000m2, chiếm gần 30% tổng trữ lƣợng toàn cầu, chƣa kể đến nguyên tố quí khác nhƣ Bismuth, Đồng, Vàng, Fluarit, Tuy mang đến lợi ích lớn kinh tế giải cơng ăn việc làm cho hàng nghìn lao động, đóng góp lớn vào nguồn thu ngân sách tỉnh, nhƣng tác động tới môi trƣờng sống ngƣời dân vùng không nhỏ Vấn đề nhiễm khơng khí, đất, nƣớc, thực phẩm quanh khu khai thác mỏ Núi Pháo diễn mức báo động, khiến toàn ngƣời dân sống gần khu mỏ có khả phải di dời chịu ảnh hƣởng Trƣớc thực trạng đó, Bộ tài ngun mơi trƣờng có định 2191/QĐ-BTNMT việc tra toàn hoạt động khu khai thác mỏ [1] Một vấn đề môi trƣờng đƣợc quan tâm hàng đầu khu mỏ Núi Pháo ô nhiễm kim loại nặng nguồn nƣớc sản xuất, đất đai trồng trọt, dẫn đến loại thực phẩm xung quanh khu vực khai thác mỏ có nguy phơi nhiễm, ô nhiễm cuối ảnh hƣởng đến sức khỏe ngƣời thông qua chuỗi thức ăn Việc đánh giá tác động ô nhiễm môi trƣờng tới sức khỏe ngƣời dân sống gần khu vực khai thác mỏ Núi Pháo có nhiều nghiên cứu tiến hành dựa việc phân tích mẫu đất, nƣớc, khơng khí Tuy nhiên chƣa có cơng Chun ngành Hóa phân tích Trƣờng ĐHKHTN Luận văn Thạc sĩ khoa học Đinh Viết Chiến-K26 Hóa học trình nghiên cứu công bố kết đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng tới thực phẩm đƣợc nuôi trồng gần khu khai thác mỏ Vì vậy, nghiên cứu đánh giá ô nhiễm kim loại nặng thực phẩm nuôi trồng gần khu vực khai thác mỏ Núi Pháo cần thiết để đƣa cảnh báo kịp thời mức độ ảnh hƣởng ô nhiễm môi trƣờng tới sức khỏe ngƣời thông qua việc tiêu thụ thực phẩm, điều có ý nghĩa đặc biệt quan trọng với công tác y tế dự phịng, góp phần đảm bảo sức khỏe nhân dân Trên sở vấn đề vừa nêu trên, đề tài ―Ứng dụng phƣơng pháp ICP-MS nhằm bƣớc đầu đánh giá mức độ ô nhiễm số loại kim loại nặng thực phẩm gần khu vực khai thác mỏ Núi Pháo‖ đƣợc thực với mục tiêu sau: Xây dựng quy trình phân tích đồng thời 10 kim loại nặng (Pb, Cd, As, Hg, Sn, Sb, Cr, Co, Ni, Mn) thực phẩm phổ khối nguyên tử nguồn plasma cao tần cảm ứng ICP-MS Bƣớc đầu đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng số thực phẩm gần khu khai thác mỏ Núi Pháo, Thái Nguyên Chuyên ngành Hóa phân tích Trƣờng ĐHKHTN