Phân tích và đánh giá hàm lượng kim loại nặng trong cây cỏ mần trầu eleusine indica gagerth

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC –––––––––––––––––––––––– NGUYỄN THỊ THU HẰNG PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG KIM LOẠI NẶNG TRONG CÂY CỎ MẦN TRẦU (ELEUSINE INDICA GAGERTH) LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Thái Nguyên-2018 LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập thực đề tài luận văn thạc sĩ, Khoa Hóa Học - Trường Đại học Khoa Học - Đại học Thái Nguyên, em nhận ủng hộ, giúp đỡ thầy cô giáo, đồng nghiệp, bạn bè gia đình Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Vương Trường Xuân giao đề tài tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm q báu để em hồn thành luận văn Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo, giáo Khoa Hóa học, thầy cô Ban Giám hiệu trường Đại học Khoa Học - Đại học Thái Nguyên giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em trình học tập nghiên cứu Mặc dù có nhiều cố gắng, song thời gian có hạn, khả nghiên cứu thân hạn chế, nên kết nghiên cứu cịn nhiều thiếu sót Em mong nhận góp ý, bảo thầy giáo, cô giáo, bạn đồng nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 20 tháng 09 năm 2018 Học viên Nguyễn Thị Thu Hằng ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN Thông tin chung: - Tên luận văn: “Phân tích đánh giá hàm lượng kim loại nặng cỏ mần trầu (eleusine indica gagerth)” - Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Thu Hằng - Lớp: Cao học Hóa Phân tích K10 Khoa: Hoá học - Người hướng dẫn: TS Vương Trường Xuân Mục tiêu đề tài: Xác định hàm lượng tổng số Cd, Cu, Pb Zn cỏ mần trầu phương pháp phân tích phổ khối lượng nguyên tử ICP-MS so sánh với giới hạn tiêu chuẩn cho phép WHO Tính sáng tạo: Đã khảo sát chọn điều kiện thực nghiệm phù hợp cho việc xác định hàm lượng tổng số Cd, Cu, Pb Zn cỏ mần trầu mẫu phân tích phép đo phổ khối lượng nguyên tử ICP-MS Kết nghiên cứu: Đã xác định hàm lượng tổng số Cd, Cu, Pb Zn 11 mẫu cỏ mần trầu phương pháp ICP-MS Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Kết nghiên cứu luận văn tài liệu tham khảo học tập cho sinh viên ngành Hóa, hố dược, cử nhân Hóa học cơng nghệ hố học, trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên Công bố khoa học học viên từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): chưa có Ngày 20 tháng năm 2018 Học viên chịu trách nhiệm thực luận văn (kí, họ tên) Nguyễn Thị Thu Hằng Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học học viên thực luận văn (phần người hướng dẫn ghi): ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… ………… Ngày.… tháng năm 2018 Xác nhận Trường (kí tên đóng dấu) Người hướng dẫn (kí, họ tên) Vương Trường Xuân MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1.Tổng quan cỏ mần trầu 1.1.1 Giới thiệu cỏ mần trầu 1.1.2 Mô tả thực vật 1.1.3 Công dụng cỏ mần trầu 1.2 Một số tính chất lý, hóa đồng, chì, cadimi kẽm 1.2.1 Tính chất vật lý đồng, chì, cadimi kẽm 1.2.2 Một số tính chất hóa học đồng, chì, cadimi kẽm 1.3 Vai trò sinh học nguyên tố đồng, cadimi, chì kẽm 3.1 Vai trò sinh học đồng 1.3.2 Vai trò sinh học kẽm 1.3.3 Vai trò sinh học cadimi 1.3.4 Vai trò sinh học chì 1.4 Các phương pháp xác định hàm lượng kim loại mẫu 1.4.1 Phương pháp phân tích thể tích 1.4.2 Phương pháp điện hoá 1.4.3 Phương pháp quang phổ 1.4.4 Phương pháp quang phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS) 10 1.5 Các phương pháp xử lý mẫu để xác định kim loại 14 1.5.1 Kỹ thuật xử lý ướt 14 1.5.2 Kỹ thuật xử lý khô 14 1.5.3 Kỹ thuật xử lý khô-ướt kết hợp 14 1.5.4 Phương pháp phân hủy mẫu lị vi sóng 15 1.5.5 Thiết bị phân hủy mẫu phân tích mẫu 15 i 1.6 Tình hình nghiên cứu nước giới 16 1.7 Độ chụm phép đo, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng phương pháp 17 1.7.1 Độ chụm phép đo 17 1.7.2 Giới hạn phát (Limit of Detection - LOD) 19 1.7.3 Giới hạn định lượng (Limit Of Quantity - LOQ) 19 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 21 2.1 Đối tượng nghiên cứu 21 2.2 Nội dung nghiên cứu phương pháp nghiên cứu 21 2.2.1 Nội dung nghiên cứu 21 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu 21 2.3 Thiết bị, hóa chất 22 2.3.1 Thiết bị, dụng cụ 22 2.3.2 Hóa chất 22 2.4 Phương pháp lấy mẫu xử lí mẫu sơ phá mẫu 22 2.4.1 Lấy mẫu 22 2.4.2 Quy trình xử lí mẫu sơ 23 2.4.3 Quy trình phá mẫu lị vi sóng 24 2.5 Xây dựng đường chuẩn nguyên tố Cd, Cu, Pb, Zn 24 2.5.1 Pha hóa chất 24 2.5.2 Xây dựng đường chuẩn 25 2.6 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 26 2.6.1 Hóa chất 26 2.6.2 Dụng cụ 26 2.7 Phương pháp xử lí kết phân tích theo phương pháp đường chuẩn 26 2.8 Phương pháp thêm chuẩn - đánh giá độ thu hồi Cu(II), Pb(II), Cd(II) Zn(II) sau thêm chuẩn 27 2.9 Phân tích mẫu thật 29 CHƯƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 ii 3.1 Tối ưu hóa điều kiện phân tích ICP-MS 30 3.1.1 Các điều kiện phá mẫu lị vi sóng 30 3.1.2 Các điều kiện đo phổ khối nguyên tử Cu, Pb, Cd, Zn ICP-MS 30 3.1.3 Chọn đồng vị phân tích 30 3.2 Đường chuẩn Cu, Pb, Cd Zn 31 3.2.1 Đường chuẩn Cu 32 3.2.2 Đường chuẩn Pb 33 3.2.3 Đường chuẩn Cd 33 3.2.4 Đường chuẩn Zn 34 3.3 Phương pháp thêm chuẩn tính độ thu hồi Cu(II), Pb(II), Cd(II) Zn(II) 36 3.4 Kết xác định hàm lượng tổng số kim loại Cu, Pb, Cd, Zn mẫu Mần Trầu 36 KẾT LUẬN 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu STT chữ Tiếng Anh Tiếng Việt viết tắt Atomic Absorption Quang phổ hấp thụ Spectrometry nguyên tử Flame atomic absorbtion Phổ hấp thụ nguyên spectroscopy tử lửa GF- Graphite furnace atomic Phổ hấp thụ nguyên AAS absorption spectroscopy tử lò graphit AAS F-AAS Nguồn plasma cao tần ICP Inductively coupled plasma ICP-MS Inductively coupled plasma mass spectrometry cảm ứng Phổ khối nguyên tử nguồn plasma cao tần cảm ứng ICP6 AES Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy Phổ phát xạ nguyên tử nguồn plasma cao tần cảm ứng ICP- Inductively coupled plasma - Phổ phát xạ quang OES optical emission spectrometry học nguyên tử nguồn plasma cao tần cảm ứng AES Atomic emission spectroscopy Phổ phát xạ nguyên tử M/Z Mass-to-charge ratio Khối lượng/điện tích 10 ppb Parts per billion Một phần tỉ LOD Limit of detection Giới hạn phát 11 12 13 phương pháp LOQ Giới hạn định lượng Limit of quantity phương pháp WHO World Health Organization iv Tổ chức y tế giới DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 So sánh khả phát kỹ thuật phân tích 12 Bảng 2.1 Thời gian, địa điểm lấy kí hiệu mẫu Cỏ Mần Trầu 23 Bảng 2.2 Thể tích dung dịch cần lấy 26 Bảng 3.1 Các thơng số thích hợp cho lị vi sóng phá mẫu 30 Bảng 3.2 Các điều kiện vận hành thích hợp cho máy đo 30 Bảng 3.3 Tỷ số khối lượng/điện tích (m/z) kim loại cần phân tích 31 Bảng 3.4 Kết khảo sát độ tuyến tính nguyên tố 31 Bảng 3.5 Giới hạn phát giới hạn định lượng nguyên tố 36 Bảng 3.6 Kết độ thu hồi nguyên tố 36 Bảng 3.7 Kết xác định hàm lượng Cu, Pb, Cd, Zn mẫu phân tích 37 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cỏ mần trầu Hình 3.1 Đường chuẩn đồng 32 Hình 3.2 Đường chuẩn chì 33 Hình 3.3 Đường chuẩn Cadmi 34 Hình 3.4 Đường chuẩn kẽm 35 Hình 3.5 Biểu đồ thể hàm lượng kim loại Cu, Pb, Cd mẫu phân tích so với giới hạn cho phép WHO Singapore 39 vi CHƯƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tối ưu hóa điều kiện phân tích ICP-MS 3.1.1 Các điều kiện phá mẫu lị vi sóng Sau tham khảo, ta lựa chọn điều kiện thích hợp lị vi sóng để phá mẫu Mần Trầu bảng 3.1 Bảng 3.1 Các thơng số thích hợp cho lị vi sóng phá mẫu Cơng suất Nâng nhiệt độ 10 phút Thời gian giữ nhiệt 10 phút Nhiệt độ 190oC Làm mát 20 phút (~1200W) 3.1.2 Các điều kiện đo phổ khối nguyên tử Cu, Pb, Cd, Zn ICP-MS Các điều kiện máy Aligent 7900 để đo phổ khối nguyên tử Cu, Pb, Cd Zn thể bảng 3.2 Bảng 3.2 Các điều kiện vận hành thích hợp cho máy đo Công suất cao tần, W ~1600 Độ sâu lấy mẫu, mm ~10 Khí mang, L/phút ~0,7 Khí phụ trợ, L/phút ~0,3 Đầu phun sương nhu động (thủy tinh đồng tâm) Nhiệt độ khoang phun, oC MicroMist Tốc độ dịng khí heli, mL/phút ~4,3 Tốc độ bơm nhu động r/s 0,1 (0,5 mL/phút) 3.1.3 Chọn đồng vị phân tích Trong tự nhiên, ngun tố hóa học thường có số đồng vị Trong phép phân tích ICP - MS người ta thường chọn đồng vị dựa ba tiêu chí: - Phải đồng vị phổ biến tự nhiên - Ảnh hưởng chèn khối phải khơng có bé 30 - Sự hiệu chỉnh ảnh hưởng mảnh ion oxit phải đơn giản bước tốt Sau nghiên cứu, ta chọn đồng vị Cu, Pb, Cd Zn bảng 3.3 Bảng 3.3 Tỷ số khối lượng/điện tích (m/z) kim loại cần phân tích STT Nguyên tố Kí hiệu M/Z Cu Chì Cadimi Kẽm Cu Pb Cd Zn 65 208 111 66 Tùy theo phức tạp mẫu mà chọn đồng vị phân tích khác Tuy nhiên, hầu hết thống việc lựa chọn số khối phân tích bảng 3.3 Khi phân tích máy thu tín hiệu đồng vị chọn theo nguyên tắc phân giải khối phận chi tứ cực 3.2 Đường chuẩn Cu, Pb, Cd Zn Tiến hành khảo sát độ tuyến tính khoảng nồng độ từ 1-50 ppb nguyên tố Cu, Pb, Cd Zn thu kết bảng 3.4 Bảng 3.4 Kết khảo sát độ tuyến tính ngun tố Nờng Độ (ppb) Cường độ tín hiệu (cps) Cu Pb Cd Zn 1572.000 42654.874 10761.737 772.029 7844.280 212847.821 53593.449 3852.426 10 15735.720 426122.190 107509.749 7728.014 25 39300.000 1066798.396 269151.034 19293.013 50 78600.000 2132743.695 537871.599 38601.467 Cps: cường độ tín hiệu (count/second) 31 3.2.1 Đường chuẩn Cu Tiến hành xây dựng đường chuẩn đồng, đo tín hiệu dung dịch chuẩn tương ứng có nồng độ từ 1-50 ppb Sau đo xử lí kết ta thu đường chuẩn Cu(II) hình 3.3 y = 1572x - 0.897 R² = Cường độ rín hiệu (Cps) Cu 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 10 20 30 40 50 60 Nồng độ (ppb) Hình 3.1 Đường chuẩn đờng Dựa vào phần mềm orgin 7.5 tính giá trị sau: Thông số giá trị sai số A -0,897 8,163 B 1572 0,320 R SD 12.785 N P