Xác định hàm lượng kim loại nặng cu, pb, cd trong rau xanh ở một số vùng của nghệ an

Trờng đại học vinh Khoa hóa học - Hồ văn thực xác định hàm lợng kim loại nỈng Cu, Pb, Cd rau xanh ë mét sè vïng nghÖ an Khãa luËn tèt nghiÖp Vinh- 2009 Trờng đại học vinh Khoa hóa học - xác định hàm lợng kim loại nặng Cu, Pb, Cd rau xanh ë mét sè vïng nghÖ an Khóa luận tốt nghiệp Giáo viên hớng dẫn: Ths Nguyễn Xuân Dũng Sinh viên thực : Hồ Văn Thực Líp : 46B - Hãa häc Vinh- 2009 Lêi cảm ơn Luận văn đợc thực phòng thí nghiệm Chuyên đề Hoá vô cơ, Trờng Đại học Vinh, phòng máy- Khoa Hoá-Đại học Vinh, Phòng Vật liệu vô - Viện khoa học vật liệu -Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Để hoàn thành đề tài này, xin chân thành biết ơn Thầy giáo Th.s Nguyễn Xuân Dũng đà tin tởng giao đề tài, trực tiếp hớng dẫn tận tình giúp đỡ hoàn thành luận văn Th.s Võ Thị Hoà đà có đóng góp quý báu giúp hoàn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Thầy giáo, Cô giáo, kĩ thuật viên phòng thí nghiệm Hoá lý, Hoá thực phẩm, Hoá vô Trờng Đại học Vinh đà tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy giáo, Cô giáo Phòng vật liệu vô cơ- Viện Khoa học Vật liệu- 18- Hoàng Quốc Việt- Hà Nội đà trực tiếp xử lý đo kết cho tôi, giúp có kiến thức cần thiết để hoàn thành luận văn Nhân dịp này, xin chân thành cảm ơn thày giáo, cô giáo tổ Hoá thực phẩm-Khoa Hoá-Đại học Vinh, bạn nhóm thực phẩm 46BHoá đà động viên tạo điều kiện giúp đỡ em trình làm thí nghiệm Em xin chân thành cảm ơn! Mục lục Nội dung Mở đầu Chơng 1: Tổng quan 1.1 ảnh hởng kim loại nặng rau 1.1.1 Cơ chế sinh hóa kim loại nặng [13] Trang 2 1.1.2 ảnh hởng chì 1.1.2.1 Đặc điểm cấu tạo nguyên tố 1.1.2.2 Độc tố chì 1.1.2 Tác dụng sinh hóa cadmi 1.1.2.1 Đặc điểm nguyên tố cadmi 1.1.2.2 §éc tÝnh cđa cadimi 1.1.2.3 Ngn nhiƠm cadimi tự nhiên 1.1.3 ảnh hởng đồng 1.1.3.1 Tác dơng sinh hãa cđa ®ång 1.1.3.2 TÝnh ®éc cđa ®ång 1.2 Nguyên nhân làm tăng hàm lợng kim loại nặng rau đất 1.2.1 Nguồn gốc từ nớc thải 1.2.2 Nguån gèc tõ ph©n bãn 1.2.3 Nguån gèc tõ thuốc trừ sâu Chơng 2: Các phơng pháp nghiên cứu thực nghiệm 2.1 Phơng pháp kháo sát thu thập mẫu thực địa 2.1.1 Đặc điểm khu vực lấy mẫu 2.1.2 Lấy mẫu chuẩn bị mẫu 2.2 Phơng pháp phân hủy mẫu đất 2.2.1 Phân hủy mẫu đất phơng pháp ớt 2.2.2 Phân hủy mẫu đất phơng pháp khô 2.2.3 Kỹ thuật vô hóa khô-ớt kết hợp 2.3 Phơng pháp phân hủy mẫu rau 2.3.2 Phân hủy rau phơng pháp ớt 2.3.2 Phân hủy rau phơng pháp xử lý khô 2.3.4 Kỹ thuật vô hóa khô - ớt kết hợp 2.3.3 Kỹ thuật vô hóa khô - ớt kết hợp 2.4 Các kỹ thuật xác định hàm lợng kim loại nặng 2.4.1 Các phơng pháp phân tích vi lợng 2.4.2 Kü tht hÊp thơ nguyªn tư ( AAS) 2.4.3 Phng pháp Von- Ampe hoà tan: Chơng 3: Thực nghệm kết 3.1 Địa điểm lấy mẫu 3.2 Chuẩn bị dụng cụ,hoá chất thiết bị 3.2.1 Dụng cô 3.2.2 Hãa chÊt 3.2.3 Pha chÕ hãa chÊt 3.2.3.1 Dung dÞch Mg(NO3)2: % 3.2.3.2 Dung dÞch HCl : 20% 3.2.3.3 Dung dÞch cêng thđy (HNO3 : HCl = 1:3) 3.2.4 thiết bị đo: 3.2.4.1 Phơng pháp Von Ampe hòa tan xung vi phân 3 5 7 9 10 10 11 12 12 12 12 14 14 15 16 16 16 17 17 17 17 17 18 19 23 23 24 24 24 24 24 25 25 25 25 3.2.4.2 Phơng pháp hấp thụ nguyên tử 3.3 Chuẩn bị dung dịch đo mẫu rau 3.4 Chuẩn bị dung dịch đo cho mẫu đất 3.5 Kết thảo luận 3.5.1 Sự phân bố Cu, Pb, Cd đất trồng rau 3.5.1.1 Sự phân bố Cu đất trồng rau 26 29 29 29 29 29 3.5.1.2 Sù ph©n bè cđa Pb đất trồng rau vùng phân tích 3.5.1.3 Sự phân bố Cd đất trồng rau 3.5.2 Xác định hàm lợng Cu, Pb, Cd mẫu rau 3.5.2.1 Hàm lợng Cu rau 31 32 33 33 34 3.5.2.2 Hàm lợng Pb rau 3.5.2.3 Hàm lợng Cd rau 3.6 Xác định kim loại phơng pháp AAS Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục 36 38 39 41 42 Mở đầu Nớc ta nớc có khí hậu nhiệt đới gió mùa đợc thiên nhiên u đÃi nên có nguồn rau dồi quanh năm Rau đợc trồng nhiều để đáp ứng nhu cầu dùng hàng ngày Rau nguồn thức ăn bổ dỡng, cung cấp chủ yếu khoáng chất vitamin cho thể Rau thiếu đợc bữa ăn hàng ngày Tuy nhiên, Việt Nam tình trạng ngộ độc ăn rau ngày tăng Để tăng suất, ngời ta đà sử dụng hóa chất chất bảo vệ thực vật, phân bón hóa học Một số nơi sử dụng nớc tới từ kênh rạch có chứa nớc thải công nghiệp Chính vậy, chất độc hại nh kim loại nặng (Pb, Cu, Cd) đà đợc tích lũy rau xanh làm ảnh hởng đến sức khỏe ngời tiêu dùng Có nhiều phơng pháp xác định kim loại Pb, Cu, Cd nh phơng pháp trắc quang, chuẩn độ oxy hóa khử, phơng pháp chuẩn độ tạo phức, phơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử Trong phơng pháp Von- Ampe hòa tan ph5 ơng pháp có độ nhạy, độ xác cao độ lặp lại cao thích hợp để xác định hàm lợng bé, trung bình hàm lợng lớn nguyên tố Đặc biệt nguyên tố vi lợng phép đo cho kết xác So với phơng pháp khác phơng pháp thực nhanh dễ dàng, phù hợp với yêu cầu phép đo phân tích hàm lợng kim loại nặng rau Trên sở đà chọn đề tài Xác định hàm lợng kim loại nặng Cu, Pb, Cd rau xanh ë mét sè vïng cđa NghƯ An, từ góp phần đánh giá mức độ an toàn hàm lợng kim loại nặng số loại rau xanh Nghệ An Chơng Tổng quan 1.1 ảnh hởng kim loại nặng rau 1.1.1 Cơ chế sinh hóa kim loại nặng[13] Ngoài nguyên tố đa lợng nh: O, H, N, C thể ngời sinh vật nhiều nguyên tố vi lợng khác Các nguyên tố vi lợng tồn thể ngời sinh vật, khoảng nồng độ xác định Sự thiếu hay thừa nguyên tố vi lợng gây bệnh lý cho ngời sinh vật Để đánh giá độc tính, ngời ta dựa vào nồng độ nguyên tố có tính độc cao nh: As, Hg, Pb, Cd Nhng lợng vết lại cần cho phát triển động vật Các chất độc hóa học công nghiệp thải vào không khí, nớc, đất, từ môi trờng thâm nhập vào thể ngời qua trình chuyển hóa thức ăn, nớc uống Khi chất độc vào thể ngời chóng sÏ ph¸ hđy chu kú sinh hãa, mét số trờng hợp gây triệu chứng bệnh tử vong Hầu hết chất độc hóa học thờng công vào nhóm hoạt động enzym, gây rối loạn hoạt động thể sống dẫn tới bệnh tật mạnh tử vong Các kim loại nặng đặc biệt Pb 2+ , Hg 2+ , Cd 2+ kim loại kìm hÃm mạnh hoạt động enzym thÓ nh sau: s SH [enzym] + Pb2+ + [enzym] Pb + 2H + s SH Hoặc kim loại enzym có chứa ion kim loại cấu trúc chúng Nếu có kim loại mà kích thớc diện tích với ion enzym, chúng chỗ cho nhau, kết enzym bị kìm hÃm hoạt động 1.1.2 ảnh hởng chì 1.1.2.1 Đặc điểm cấu tạo nguyên tố Chì nguyên tố phổ biến vỏ trái đất, chì nằm phân nhóm nhóm IV, chu kỳ bảng hệ thống tuần hoàn Chì tồn trạng thái oxy hóa 0, +2, +4 Trong muối chì có hóa trị II hay gặp có độ bền cao Trong tự nhiên Pb tồn loại quặng galenit (PbS), xesurit (PbCO ), anglesit (PbSO ) [1] Hµm lợng chì có mẫu đất trung bình khoảng 16 mg/kg dao động từ 3- 200 mg/kg đất Trong môi trờng nớc, tính hợp chất chì đợc xác định chủ yếu thông qua độ tan Độ tan chì phụ thuộc vào pH, pH tăng độ tan giảm phụ vào yếu tố khác nh độ muối (hàm lợng ion khác nhau) nớc, điều kiện oxy hóa khử Chì có nớc có nguồn gốc tự nhiên chiếm tỉ lệ khiêm tốn chủ yếu từ đờng ống dẫn đến thiết bị tiếp xúc có chứa chì Trong khí quyển, chì tơng đối giàu so với kim loại nặng khác Nguồn chì phân tán không khí đốt cháy nhiên liệu dùng hợp chất chì làm tăng tỉ số octan thêm vào dới dạng Pb(CH ) Pb(C H ) với chất gây ô nhiễm khác Chì đợc loại khỏi khí qua trình sa lắng khô ớt Kết bụi thành phố bên đờng ngày giàu chì với nồng độ điển hình cỡ vào khoảng 1000 ữ 4000 mg/kg 1.1.2.2 Độc tố chì Khi hàm lợng chì vợt ngỡng cho phép, có tác dụng ức chế số enzym quan trọng trình tổng hợp máu dẫn đến không tạo đợc hồng cầu Chì ức chế số sản phẩm trung gian trình hình thành hồng cầu nh: delta- aminoclunic axit hợp chất trung gian quan trọng để tổng hợp porphobilinogen HOOC - (CH) NH - CO- CH (NH ) - COOH aminolevu linic axit) hay cßn gäi lµ ( ALA- dehidraza enzym I) (delta- HOOC - CH - CH - C - C - CH - CH - COOH H2N - CH2- C C - H N Porphobilinogen II Chì gây ức chế ALA- dehidraza enzym I, giai đoạn hình thành porphobilinogen II không xảy đợc Tổng quát chung chì phá hủy trình tổng hợp hemoglobin sắc tố cần thiết cho máu nh cytochromes hàm lợng chì máu khoảng 0,3 ppm ngăn cản trình sử dụng oxy Để oxy hóa glucoza tạo lợng cho trình sống, làm cho thể mệt mỏi Nồng độ cao 0,8 ppm gây thiếu hemoglobin gây rối loạn chức thận phá hủy nÃo Nhiễm độc chì gây bệnh da, chì tích đọng xơng Trẻ em từ tuổi trở xuống phụ nữ có thai đối tợng mẫn cảm với ảnh hởng nguy hại đến sức khỏe chì gây Chì kìm hÃm chuyển hóa canxi cách trực tiếp gián tiếp thông qua kìm hÃm chuyển hóa vitamin D Chì gây độc hệ thống thần kinh trung ơng lẫn hệ thần kinh ngoại biên Uỷ ban phối hợp chuyên gia FAO WHO chất phụ gia thùc phÈm (JECFA-Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives) ®· thiết lập giá trị tạm thời cho lợng chì đa vào hàng tuần chịu đựng trẻ sơ sinh thiếu nhi 25àg/ kg thể trọng [15] Mức giới hạn tối đa cho phép hàm lợng chì rau tơi 0,5 - 1,0 mg/kg rau tơi (theo QĐ số 1867/ 1998 QĐ - BYT) Do việc xác định đánh giá hàm lợng chì rau tơi quan trọng cần thiết ngăn ngừa trờng hợp đáng tiếc xảy có biện pháp bảo vệ chất lợng rau mức độ cần thiết 1.1.2 Tác dụng sinh hóa cadimi 1.1.2.1 Đặc điểm nguyên tố cadimi 48 112 Cd nguyên tố thuộc chu kỳ 6, nhãm II B cã AO- d ®· ®iỊn ®đ 10e nên cấu hình (n-1)d10 tơng đối bền, khả hai electron- d, tạo trạng thái oxi hóa +2 +3, nghĩa e hóa trị chúng electron -s Năng lợng ion hóa thứ ba cao Cd đà làm cho lợng sonvat hóa hay lợng tạo thành mạng lới tinh thể, không đủ để làm bền đợc cho trạng thái oxi hóa +3 Trạng thái oxi hãa cao nhÊt cđa cadimi chØ lµ +2 Tỉng lợng ion hóa thứ thứ hai cadimi lớn nhiều so với nguyên tố nhóm II A chu kỳ Nguyên nhân lớp vỏ 18e chắn e -s với hạt nhân, hiệu so với 8e bỊn cđa khÝ hiÕm 1.1.2.2 §éc tÝnh cđa Cadimi Cadimi kim loại quan trọng nhiều ứng dụng khác nhau, đặc biệt cadimi sử dụng mạ điện Vì có đặc tính không ăn mòn Ngoài cadimi đợc sử dụng làm chất màu cho công nghệ sơn công nghệ chất dẻo làm catốt cho nguồn pin niken- cadimi, sản phẩm phụ công nghệ luyện chì kẽm Cadimi nguyên tố độc môi trờng sống nh ngời Cadimi xâm nhập vào thể ngời nhiều đờng khác nh tiếp xúc với bụi cadimi, ăn uống nguồn có ô nhiễm cadimi Nhiễm độc cadimi gây nên triệu chứng giòn xơng, nhiệt độ cao gây đau thận, thiếu máu hủy tủy xơng Khi ngêi nhiƠm ®éc cadimi, tïy theo møc ®é nhiƠm sÏ bị ung th phổi, thủng vách ngăn mũi, đặc biệt tổn thơng thận dẫn đến protêin niệu Ngoài ảnh hởng đến nội tiết, máu tim mạch Đà có chứng cho biết cadimi chất gây ung th qua đờng hô hấp - Độc tính Cadimi thể rõ bệnh xơng Bệnh lần đợc mô tả Pháp dới dạng chứng loÃng xơng Khi chiếu tia X, ngời ta nhìn thấy vết nứt cân đối thờng nằm cổ xơng đùi Dạng độc tính xơng dờng nh có liên quan đến rối loạn trình chun hãa canxi, v× nã 10 y=0,0991 x-0.0251 HƯ sè tơng quan: R2=0,9995 Các thông số đo nguyên tố Pb Bảng 3.3 Các thông số đo nguyªn tè Pb Bíc sãng (nm) 283,3 Khe (mm) Tèc ®é hót tØ lƯ khÝ D¶i tun tÝnh (ml/phót) (air/acetylene) (mg/l) 11,3/2,5 0,45-20 2,7/1,05 Yêu cầu lửa oxi hóa mạnh, khiết Đo chế độ lặp lại lần,với độ lặp lại tốt, sai số trung bình không vợt 5% Cách pha thang chuẩn Pb: Dung dÞch gèc: sư dơng dung dÞch chn Lead standard Merck KGaA 64271 Darmstadt.Germany có nồng độ 1000 mg/l Pb Pha Pb(NO3)2 axit HNO3 0,5mol/l Khèi lợng lít 1,02 kg Dung dịch trung gian: hút 2,5ml dung dịch tiêu chuẩn micro pipet địch mức 50ml dung dịch axit HCl 2% đợc dung dịch có nồng độ 50mg/l Thang chuẩn: từ dung dịch trung gian hút 0,5:1,5: ml định mức 50ml axit HCl 2% đợc dung dịch chuẩn có nồng độ 0,5;1,5;3; ppm Mật độ quang tơng ứng máy Bảng 3.4 Mật độ quang tơng ứng Pb Nồng độ (ppm) 0,5 1,5 D 0,006 0,019 Phơng trình ®êng chn: y=0,0128 x -0,0003 0,038 HƯ sè t¬ng quan: R2=0,9999 Các thông số đo ngyuên tố Cd Bảng 3.5 Các thông số đo Cd Bớc sãng (nm) Khe (mm) Tèc ®é hót tØ lƯ khÝ D¶i tun tÝnh (ml/phót) (air/acetylene) (mg/l) 32 228,8 2,7/1,35 11,32/2,18 0,028-2 Ngọn lửa màu xanh, sạch, tinh khiết Đo chế độ lặp lại lần,với độ lặp lại tốt, sai số trung bình không vợt 5% Nồng độ silic ảnh hởng tới việc xác định Cd loại ảnh hởng silic trớc đo Cd Cách pha thang chuẩn Cd: - Dung dịch gốc: sử dơng dung dÞch chn Cadmuin standard cđa Merck KGaA 64271 Darmstadt Germany có nồng độ 1000mg/lPb Pha Cd(NO3)2 axit HNO3 0,5mol/l, khối lợng lít 1,013 kg - Dung dÞch trung gian: hót 2,5 ml dung dÞch tiêu chuẩn mícro pipet định mức 50ml dung dịch axit HCL 2%,đợc dung dịch có nồng độ 50mg/l, hút 5ml dung dịch 50mg/l định mức 50ml đợc dung dÞch 5mg/l Thang chuÈn: Tõ dung dÞch trung gian 5mg/l 0,6; 1,2; 2,4 ml định mức 50ml HCl 2% đợc dung dịch có nồng độ 0,06; 0,12; 0,24ppm, mật độ quang tơng ứng Bảng 3.6 Mật ®é quang t¬ng øng cđa Cd Nång ®é (ppm) 0,3 0,6 D 0,071 0,136 Phơng trình đờng chuẩn: y=0,1988 x +0,0135 1,2 0,251 HƯ sè t¬ng quan: R2=0,9990 3.3 Chn bị dung dịch đo mẫu rau Các loại rau lấy vào thời điểm thu hoạch, rau lấy phần thân sử dụng để ăn đợc Mẫu rau đợc đem phòng thí nghiệm rửa sạch, sấy khô tủ sấy 60o C 24h Sau tán nhỏ trộn Cân xác 2g mẫu cân phân tích độ xác 10-4 vào chén sứ Thêm ml HNO3 đặc ml Mg(NO3)2 5% trộn sấy đun bếp điện cho mẫu sôi nhẹ đến khô thành than đen giòn Đa chén sứ vào 33 lò nung, nâng nhiệt ®é tõ tõ lªn 500o C giê TiÕp tục nung 500o C Tắt lò nung, đợi cho nhiệt lò trở nhiệt độ phòng, lấy chén sứ hòa tan cặn tro ml HCl 20%, đun nóng dung dịch để hòa tan toàn cặn Lọc dung dịch giấy lọc băng xanh định mức nớc tới 25 ml Đây dung dịch mẫu để xác định Cu, Pb, Cd kỹ thuật đo Von- Ampe 3.4 Chuẩn bị dung dịch đo cho mẫu đất Mẫu sau lấy đợc đa phòng thí nghiệm, phơi khô, già nhỏ, trộn lấy mẫu phân tích theo yêu câu kĩ thuật chuẩn bị mẫu đất Cân gam đất đà nghiền mịn vào chén sứ nung 400 o C vòng (mục đích trình nung đốt cháy toàn lợng chất hữu có mẫu đất giúp cho trình phân hủy mẫu sau đợc nhanh chóng) Tắt lò nung, đợi cho nhiệt lò trở nhiệt độ phòng, cho sang bình tam giác 100 ml, sau thêm 15 ml hỗn hợp cờng thủy (HNO3 : HCl = 1: 3) Đun sôi nhẹ khoảng Để nguội mẫu, lọc mẫu, định mức đến 50 ml Đây dung dịch mẫu xác định Cu, Pb, Cd đất kĩ thuật Von- Ampe hòa tan 3.5 Kết thảo luận 3.5.1 Sự phân bố Cu, Pb, Cd đất trồng rau 3.5.1.1 Sự phân bố Cu đất trồng rau Hàm lợng đồng đợc bảng 3.7 đợc biểu diễn hình 3.1 Kết cho thấy hàm lợng đồng mẫu đất ba khu vực không giống Mẫu đất trồng rau Đồng Vĩnh có hàm lợng đồng lớn 8,85 mg/ kg (ĐĐV) gần với tiêu chuẩn Việt Nam 50 mg/ kg Mẫu đất Nghi Kim có hàm lợng đồng bé Cả ba mẫu phân tích có hàm lợng đồng bé tiêu chuẩn Việt Nam Bảng 3.7 Sự phân bố đồng ®Êt trång rau 34 ... rau xanh ë mét sè vïng cđa NghƯ An, từ góp phần đánh giá mức độ an toàn hàm lợng kim loại nặng số loại rau xanh Nghệ An Chơng Tổng quan 1.1 ảnh hởng kim loại nặng rau 1.1.1 Cơ chế sinh hóa kim loại. .. kết xác So với phơng pháp khác phơng pháp thực nhanh dễ dàng, phù hợp với yêu cầu phép đo phân tích hàm lợng kim loại nặng rau Trên sở đà chọn đề tài Xác định hàm lợng kim loại nặng Cu, Pb, Cd rau. .. chất độc hại nh kim loại nặng (Pb, Cu, Cd) đà đợc tích lũy rau xanh làm ảnh hởng đến sức khỏe ngời tiêu dùng Có nhiều phơng pháp xác định kim loại Pb, Cu, Cd nh phơng pháp trắc quang, chuẩn độ