Xây dựng quy trình phân tích hàm lượng kim loại cadimi, chì trong rau muống bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa

Bài báo nghiên cứu điều kiện tối ưu xác định hàm lượng hai kim loại nặng Cd, Pb bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử 6300 của hãng Shimadzu Nhật Bản.

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Natural Sci., 2013, Vol 58, No 3, pp 33-41 This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG KIM LOẠI CADIMI, CHÌ TRONG RAU MUỐNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ VỚI KĨ THUẬT NGUYÊN TỬ HÓA KHÔNG NGỌN LỬA Nguyễn Quang Tuyển, Đặng Xuân Thư Trần Thế Ngà Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Tóm tắt Bài báo nghiên cứu điều kiện tối ưu xác định hàm lượng hai kim loại nặng Cd, Pb phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật ngun tử hóa khơng lửa máy quang phổ hấp thụ nguyên tử 6300 hãng Shimadzu Nhật Bản Từ điều kiện chọn xây dựng đường chuẩn xác định Cd, Pb 25 mẫu rau muống bán khu vực chợ quận Cầu Giấy Hà Nội Kết mẫu rau phân tích cho thấy hàm lượng Cd, Pb thấp ngưỡng cho phép tiêu chuẩn TCVN 46-2007-BYT Từ khóa: Phổ hấp thụ nguyên tử, kĩ thuật nguyên tử hóa khơng lửa, Cd, Pb Mở đầu Ơ nhiễm môi trường vấn đề cấp thiết nhiều nhà khoa học nhà quản lí quan tâm nghiên cứu Sản xuất công nghiệp ngành làm phát sinh nhiều loại chất thải gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt môi trường nước, môi trường đất [1, 2] Ô nhiễm kim loại nặng đất, nước khơng khí gây tồn dư lâu dài kim loại nặng sản phẩm nông nghiệp Năm 1971, WHO khẳng định kim loại nặng nồng độ vượt ngưỡng cho phép sản phẩm nông nghiệp ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người [8] Rau xanh nhu cầu thiếu người phần ăn hàng ngày, rau xanh bị nhiễm bẩn kim loại nặng trồng đất nguồn nước tưới bị ô nhiễm kim loại nặng hoạt động cơng nghiệp hay bón loại phân hóa học có lẫn hàm lượng kim loại cao kim loại nặng đưa vào thể tích lũy lại, từ gây độc hại cho thể Từ thực tiễn đó, chúng tơi nghiên cứu đưa quy trình phân tích phù hợp để xác định đánh giá ô nhiễm kim loại Cd, Pb rau muống phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật nguyên tử hóa khơng lửa có độ phát cao, phân Ngày nhận bài: 26/2/2013 Ngày nhận đăng: 17/5/2013 Tác giả liên lạc: Nguyễn Quang Tuyển, địa e-mail: tuyennguyendhsp74@gmail.com 33 Nguyễn Quang Tuyển, Đặng Xuân Thư Trần Thế Ngà tích xác hàm lượng kim loại nặng [3, 4] Từ đánh giá mức độ nhiễm kim loại Cd, Pb mẫu rau muống địa bàn Quận Cầu Giấy, Hà Nội Phương pháp xử lí mẫu đặc biệt ý để đảm bảo kết phân tích xác 2.1 Nội dung nghiên cứu Thực nghiệm Thiết bị, dụng cụ hóa chất: Hóa chất sử dụng chất tinh khiết hãng Merck HNO3 , H2 SO4 , H2 O2 , HCl, Mg(NO3 )2 , dung dịch chuẩn Cd2+ , Pb2+ nồng độ 1000 ppm, nước cất hai lần Các thiết bị cần thiết lò nung mẫu máy quang phổ hấp thụ nguyên tử 6300 (AAS) hãng Shimadzu Nhật Bản với lò Graphit GF7A, hệ thống làm mát MU, hệ thống đưa mẫu tự động RX Các dụng cụ thủy tinh sử dụng CHLB Đức sản xuất có độ xác cao Lấy mẫu xử lí mẫu: Các mẫu rau muống mua chợ thuộc quận Cầu Giấy, Hà Nội khoảng thời gian từ tháng 10 đến tháng 12 năm 2012 Các mẫu rau rửa rửa lại nước cất hai lần, để khô nước, cắt lấy phần thân Mẫu rau tươi cân lấy 10,0 gam cắt nhỏ sấy khô đến khối lượng không đổi làm mẫu phân tích [6] Phương pháp thực nghiệm: Chúng sử dụng phương pháp phá mẫu khô phương pháp khô ướt kết hợp [8] Các mẫu xử lí định mức dung dịch HNO3 2%, Sau lọc sạch, dung dịch mẫu lấy đem đo máy quang phổ hấp thụ nguyên tử để xác định hàm lượng Cd, Pb với kĩ thuật ngun tử hóa khơng lửa 2.2 Kết thảo luận 2.2.1 Khảo sát điều kiện tối ưu cho phép phân tích Các yếu tố lựa chọn để khảo sát ảnh hưởng đến phép đo bao gồm: Sự có mặt ion kim loại khác ion nghiên cứu; Dung dịch ba loại axit HCl, HNO3 , H2 SO4 [7]; Chương trình nhiệt độ cho lị graphit (nhiệt độ sấy mẫu, nhiệt độ tro hóa, nhiệt độ nguyên tử hóa, nhiệt độ làm cuvet); Cường độ dòng đèn catot (HCL) Kết khảo sát điều kiện nhiệt độ nguyên tử hóa với dung dịch cadimi 0,5 ppb dung dịch HNO3 2%, thể Hình Từ kết trên, chúng tơi thấy nhiệt độ nguyên tử hóa cadimi 2200 o C q trình ngun tử hóa có độ hấp thụ độ ổn định cao Do đó, nhiệt độ 2200 o C chọn phép đo cadimi Kết khảo sát điều kiện nhiệt độ nguyên tử hóa với dung dịch chì 10 ppb dung dịch HNO3 2%, Mg(NO3 )2 0,03% thể Hình Từ kết trên, chúng tơi thấy nhiệt độ ngun tử hóa chì 2500 o C q trình ngun tử hóa có độ hấp thụ độ ổn định cao Do đó, nhiệt độ 2500 o C chọn phép đo chì 34 Xây dựng quy trình phân tích hàm lượng kim loại cadimi, chì rau muống Hình Khảo sát nhiệt độ ngun tử hóa Cd Hình Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hóa Pb Qua kết khảo sát, lựa chọn điều kiện tối ưu cho phép xác định hàm lượng Cd, Pb Bảng Bảng Điều kiện tối ưu xác định hàm lượng Cd Chương trình nhiệt độ chọn để xác định Cd Đèn HCL (mA) 7,0 ( 70% I max) Bước sóng 228,77 Khe đo (nm) 0,7 Chiều cao đo (mm) Môi trường khí (mL/ph) Ar Loại cuvet A Mơi trường dung dịch mẫu HNO3 2% Mẫu (thay đổi) 0,05 mg/mL Mg(NO3 )2 Lượng mẫu (µL) 10 µL Độ nhạy (LOD) (ppb) 0,1 Vùng tuyến tính 0,1 - ppb Chương trình nguyên tử hóa t(o C) t(s) Ar L/ph Heat Làm khô 150 20 0,1 Ram OFF 35 Nguyễn Quang Tuyển, Đặng Xuân Thư Trần Thế Ngà Làm khô Tro hóa Tro hóa Tro hóa Nhiệt độ nguyên tử hóa Rửa cuvet Vạch phổ (nm) Cd-228,77 250 10 0,1 500 10 1,0 500 10 1,0 500 0,0H 2200 0,0H 2400 1,0 Phân tích vạch phổ Cd LOD (ppb) 0,1 Ram Step Step Step Step Step ON OFF LOQ (ppb) 0,5 Cmax (ppb) 5,0 Bảng Điều kiện tối ưu xác định hàm lượng Pb Chương trình nhiệt độ chọn để xác định Pb Đèn HCL (mA) 7,0 (70% Imax ) Bước sóng 283,57 nm Khe đo (nm) 0,7 Chiều cao đo (mm) Mơi trường khí (mL/ph) Ar Loại cuvet A Mơi trường dung dịch mẫu HNO3 2% Mẫu (thay đổi) 0,03 mg/mL Mg(NO3 )2 Lượng mẫu (µL) 10 µL Độ nhạy (LOD) (ppb) 0,5 Vùng tuyến tính 0,5 – 20 ppb Chương trình ngun tử hóa t(o C) t(s) Ar L/ph Heat Làm khô 120 20 Ram 0,1 OFF Làm khơ 250 10 Ram 0,1 Tro hóa 600 10 Step 1,0 Tro hóa 600 10 Step 1,0 600 Step 0,0H Tro hóa Nhiệt độ nguyên tử hóa 2500 Step 0,0H ON 2600 Step 1,0 OFF Rửa cuvet Phân tích vạch phổ Pb LOQ Cmax Vạch phổ (nm) LOD (ppb) (ppb) (ppb) 20 Pb-283,57 0,5 Nghiên cứu ảnh hưởng kim loại khác với Cd 0,5 ppb Pb 10 ppb Bảng 36 Xây dựng quy trình phân tích hàm lượng kim loại cadimi, chì rau muống Bảng Ảnh hưởng tổng cation đến phổ hấp thụ Cd, Pb Nồng độ kim loại 3+ CF e (µL) 0,3 0,5 2+ CN i (µL) 0,3 0,5 2+ CZn (µL) 0,3 0,5 C2+ 0,3 0,5 (µL) Co 3+ 0,3 0,5 CCr (µL) A: Cd 0,1826 0,1834 0,1847 0,43 0,70 Sai số % A: Pb 0,1214 0,1227 0,1233 Sai số % 1,05 0,48 Kết cho thấy ảnh hưởng kim loại nặng khác đến phép xác định hàm lượng Cd Pb mẫu nghiên cứu Do việc xác định hai kim loại mẫu rau thật với phương pháp chọn hoàn toàn chọn lọc 2.2.2 Phương pháp xử lý mẫu phân tích [8] - Phân hủy mẫu theo phương pháp khô: Thời gian nung: 2,0 giờ; Nhiệt độ nung: 450 C - Phân hủy mẫu theo phương pháp khô ướt kết hợp: Dung môi: mL HNO3 ; mL H2 O2 ; mL HClO4 ; Thời gian nung: 2,0 giờ; Nhiệt độ nung: 450 C Theo cách tiến hành trên, hiệu suất thu hồi phương pháp phân hủy mẫu khô mẫu khô ướt kết hợp là: 67,45% 80,25% Với điều kiện tối ưu khảo sát máy chọn tiến hành đo với mẫu thí nghiệm song song, kiểm tra sai số độ lặp phương pháp thể Bảng Bảng Kết nồng độ Cd mẫu với phương pháp vơ hóa Giá trị trung bình (05 mẫu) Độ lệch chuẩn Stt Độ lệch chuẩn Stđ % Chuẩn student: t Độ xác PP Khơ 0,4996 1,49 10−3 0,30 0,25 1,67 10−4 PP Khô ướt 0,4998 1,13 10−3 0,23 0,14 7,16 10−5 Phương vô hóa mẫu Cd Bảng Kết nồng độ Pb mẫu với phương pháp vơ hóa Giá trị trung bình (05 mẫu) Độ lệch chuẩn Stt Độ lệch chuẩn Stđ % Chuẩn student: t Độ xác PP Khô 2,5009 2,29 10−3 0,092 0,41 4,20 10−4 PP Khô ướt 2,5013 3,90 10−3 0,160 0,33 5,81 10−4 Phương vô hóa mẫu Pb 37 Nguyễn Quang Tuyển, Đặng Xuân Thư Trần Thế Ngà Kết cho thấy độ lệch chuẩn tương đối nhỏ cho hai phương pháp vơ hóa mẫu Việc vơ hóa theo phương pháp khơ hạn chế nhiễm bẩn an tồn phương pháp sử dụng đến axit 2.2.3 Quy trình phân tích hàm lượng Cd, Pb mẫu rau muống Dựa vào kết khảo sát trên, chúng tơi đưa quy trình phân tích để xác định hàm lượng Cd, Pb mẫu rau muống sau: Hình Quy trình phân tích hàm lượng Cd, Pb mẫu rau muống 2.2.4 Xây dựng đường chuẩn để xác định hàm lượng Cd Pb Chúng tiến hành pha dãy mẫu chuẩn Cd Pb đo độ hấp thụ mẫu Từ kết đo, tiến hành xây dựng đường chuẩn để xác định hàng loạt mẫu phân tích sau Kết xây dựng đường chuẩn Cd Pb Hình Từ kết ta thu phương trình đường chuẩn Cd là: Abs = (0,3393 ± 0,0181).C + (0,0149 ± 0,0053) với hệ số tương quan: R2 = 0,9916 Từ kết ta thu phương trình đường chuẩn Pb là: Abs = (0,0101 ± 0,0002).C + (0,0033 ± 0,0029) với hệ số tương quan: R2 = 0,9983 Hình Đường chuẩn Cd 38 Xây dựng quy trình phân tích hàm lượng kim loại cadimi, chì rau muống Hình Đường chuẩn Pb Xác định hàm lượng Cd, Pb số mẫu rau muống địa bàn quận Cầu Giấy, Hà Nội Chúng tơi áp dụng quy trình phân tích khảo sát để tiến hành phân tích xác định hàm lượng Cd, Pb mẫu rau muống thu thập chợ địa bàn quận Cầu Giấy, Hà Nội Từ kết đo, tính tốn hàm lượng cho kg rau muống tươi, thu kết Bảng Bảng Kết hàm lượng Cd, Pb số mẫu rau muống Hàm lượng mg/kg rau tươi Mẫu Địa điểm, thời gian lấy mẫu M1 Hàm lượng Cd (mg/kg) Hàm lượng Pb (mg/kg) Chợ Cầu Giấy, ngày 23/10/2012 0,0256 0,1543 M2 Chợ Nghĩa Tân, ngày 23/10/2012 0,0341 0,1544 M3 Chợ Xanh Sư Phạm 23/10/2012 0,0162 0,0963 M4 Chợ Cầu Giấy, ngày 26/10/2012 0,0238 0,1647 M5 Chợ Nghĩa Tân, ngày 26/10/2012 0,0246 0,1328 M6 Chợ Xanh Sư Phạm 26/10/2012 0,0192 0,1133 M7 Chợ Cầu Giấy, ngày 30/10/2012 0,0254 0,1064 M8 Chợ Nghĩa Tân, ngày 30/10/2012 0,0357 0,1742 M9 Chợ Xanh Sư Phạm 30/10/2012 0,0172 0,0998 M10 Chợ Cầu Giấy, ngày 12/11/2012 0,0211 0,1561 M11 Chợ Nghĩa Tân, ngày 12/11/2012 0,0311 0,1254 M12 Chợ Xanh, ngày 12/11/2012 0,0200 0,0912 39 Nguyễn Quang Tuyển, Đặng Xuân Thư Trần Thế Ngà M13 Chợ Cầu Giấy, ngày 15/11/2012 0,0346 0,1218 M14 Chợ Nghĩa Tân, ngày 15/11/2012 0,0301 0,1855 M15 Chợ Xanh, ngày 15/11/2012 0,0238 0,1127 M16 Chợ Cầu Giấy, ngày 15/11/2012 0,0217 0,1524 M17 Chợ Xanh, ngày 10/12/2012 0,0327 0,1599 M18 Chợ Nghĩa Tân, ngày 10/12/2012 0,0342 0,1744 M19 Chợ Cầu Giấy, ngày 10/12/2012 0,0282 0,1641 M20 Chợ Nghĩa Tân, ngày 18/12/2012 0,0366 0,2342 M21 Chợ Xanh, ngày 18/12/2012 0,0240 0,1745 M22 Chợ Nghĩa Tân, ngày 18/12/2012 0,0318 0,2473 M23 Chợ Cầu Giấy, ngày 24/12/2012 0,0287 0,1322 M24 Chợ Xanh, ngày 24/12/2012 0,0275 0,1568 M25 Chợ Cầu Giấy, ngày 24/12/2012 0,0243 0,1628 Tiêu chuẩn VN 46-2007-QĐ-BYT [5]: Cd rau 0,05 mg/kg Pb rau 0,30 mg/kg Kết nghiên cứu cho thấy mẫu rau muống khảo sát có hàm lượng Cd, Pb nằm giới hạn cho phép Bộ Y tế Vì vậy, kết luận chưa có ô nhiễm Cd Pb mẫu rau muống bán số chợ Quận Cầu Giấy Kết luận Trong q trình nghiên cứu phân tích hàm lượng kim loại cadimi, chì rau muống phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật ngun tử hóa khơng lửa, chúng tơi thu số kết quan trọng sau đây: 1- Đã xác định điều kiện tối ưu cho phép định lượng Cd Pb, từ đưa quy trình xác định hàm lượng hai kim loại nặng Cd Pb kĩ thuật ngun tử hóa khơng lửa máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS-6300 hãng Shimadzu Nhật Bản Kết nghiên cứu cho thấy phương pháp có độ tin cậy cao, độ lặp tốt, cho phép phân tích hàng loạt mẫu rau muống mẫu rau xanh khác 2- Đã khảo sát điều kiện sấy mẫu, điều kiện tro hóa mẫu, điều kiện nguyên tử hóa mẫu phân tích 3- Đã khảo sát ảnh hưởng loại axit HCl, H2 SO4 , HNO3 để chọn môi trường phù hợp cho phép xác định chì cadimi axit HNO3 2% 4- Trên sở điều kiện chọn xác định giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng khoảng tuyến tính phép xác định Cd Pb Xây dựng đường chuẩn, 40 Xây dựng quy trình phân tích hàm lượng kim loại cadimi, chì rau muống ứng dụng để định lượng Cd, Pb mẫu phân tích 5- Đã tiến hành xử lí xác định hàm lượng Cd, Pb 25 mẫu rau muống lấy chợ Quận Cầu Giấy, Hà Nội Kết cho thấy, mẫu rau kiểm tra chưa bị ô nhiễm Cd Pb (hàm lượng Cd Pb nằm ngưỡng tiêu chuẩn cho phép Bộ Y tế - Việt Nam) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Lan Anh, Phạm Gia Môn, Vũ Đức Lợi, Đỗ Việt Anh, 1997 Xác định kim loại nặng nước biển phương pháp AAS Vơn Ampe hồ tan Tạp chí phân tích hố lý sinh T2, Vol 3, pp 31 – 34 [2] Đặng Xuân Thư, Hoàng Ngọc Chức, 2010 Xác định hàm lượng số kim loại nặng nước phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử Tạp chí khoa học cơng nghệ số 48-số 2A, pp 457-463 [3] Phạm Luận, 1998 Cơ sở lý thuyết phương pháp EAS AAS, Tập 1,2 Trường Đại học Khoa học tự nhiên [4] Phạm Luận, 2006 Các phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử Trường ĐHKHTN [5] Quy định 46-2007-QĐ-BYT-PL.Giới hạn tối đa kim loại nặng thực phẩm [6] Anthony Kachenko and Balwant Singh, 2006 Heavy metals contamination of home grown vegetables near metal smelters in NSW Faculty of Agriculture, food and Natural Resources, the University of Sydney, NSW, Australia [7] Tran Cong Viet, Nguyen Quang Tuyen, Nguyen Thu Ha, 2008 Study on the optimal condition to determine Cu, Pb and Cd using flame atomic absortion spectroscopy (F-AAS) Journal of science of HNUE, Natural Sci., Vol 53, No 5, pp 89-94 [8] Nguyễn Thị Hường, 2010 Xây dựng quy trình phân tích kim loại Đồng rau muống số khu vực thuộc thành phố Đà Nẵng Tạp chí khoa học & Công nghệ Đại học Đà Nẵng- số (40) ABSTRACT Determining the concentration of Cd and Pb in water morning glory (rau muong) through an Atomic Absorption Spectroscopy method using a no-flame atomizing technique In this paper, we focused mainly on optimizing conditions to determine the concentration of Cd and Pb using the Atomic Absorption Spectroscopy method and an atomizing technique with a graphite furnace and an Atomic Absorption Spectrophotometer (6300, Shimadzu, Japan) Under optimal conditions, the carbliration curve was established and applied to determine the Cd and Pb concentrations in 25 samples of vegetable that were being sold in Cau Giay District, Hanoi It was found that the concentrations of Cd and Pb in the “rau muong” samples were below the amount requested by TCVN 46-2007-BYT 41 ... chợ Quận Cầu Giấy Kết luận Trong q trình nghiên cứu phân tích hàm lượng kim loại cadimi, chì rau muống phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật nguyên tử hóa khơng lửa, chúng tơi thu số kết... hưởng kim loại khác với Cd 0,5 ppb Pb 10 ppb Bảng 36 Xây dựng quy trình phân tích hàm lượng kim loại cadimi, chì rau muống Bảng Ảnh hưởng tổng cation đến phổ hấp thụ Cd, Pb Nồng độ kim loại 3+... 2500 o C chọn phép đo chì 34 Xây dựng quy trình phân tích hàm lượng kim loại cadimi, chì rau muống Hình Khảo sát nhiệt độ ngun tử hóa Cd Hình Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hóa Pb Qua kết khảo sát,