Định lượng chì và cadimi trong đất và trầm tích bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử
MỤC LỤC
Một số quy trình phân tích và sự phân chia các dạng kim loại .1 Một số quy trình phân tích dạng kim loại
Sự phân chia các dạng kim loại
- Dạng liên kết với Fe-Mn oxit: Ở dạng liên kết này kim loại được hấp phụ trên bề mặt của Fe-Mn oxi hydroxit và không bền trong điều kiện khử, bởi vì trong điều kiện khử trạng thái oxi hóa khử của sắt và mangan sẽ bị thay đổi, dẫn đến các kim loại trong trầm tích (hoặc đất) sẽ được giải phóng vào pha nước. - Dạng cặn dƣ: Phần này chứa các muối khoáng tồn tại trong tự nhiên có thể giữ các vết kim loại trong nền cấu trúc của chúng, do vậy khi kim loại tồn tại trong phân đoạn này sẽ không thể hòa tan vào nước trong các điều kiện như trên.
Giới thiệu chung về nguyên tố chì và cadimi [8], [13], [22]
Tính chất lý - hóa học của nguyên tố chì .1 Tính chất của đơn chất
Sự thay đổi lực ion của nước sẽ ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ hoặc giải hấp các kim loại này dẫn đến sự giải phóng hoặc tích lũy kim loại tại bề mặt tiếp xúc của nước và trầm tích (hoặc đất). - Dạng liên kết với hữu cơ: Các kim loại ở dạng liên kết với hữu cơ sẽ không bền trong điều kiện oxi hóa, khi bị oxi hóa các chất hữu cơ sẽ phân hủy và các kim loại sẽ được giải phóng vào pha nước.
Tính chất lý - hóa học của cadimi .1 Tính chất của đơn chất
- Các ứng dụng chủ yếu của cadimi trong trong công nghiệp như: lớp mạ bảo vệ thép, chất ổn định trong PVC, chất tạo màu trong nhựa và thủy tinh, và trong hợp phần của nhiều hợp kim là một trong những nguyên nhân giải phóng cadimi vào môi trường. Cadimi xâm nhập vào cơ thể con người chủ yếu qua thức ăn từ thực vật, được trồng trên đất giàu cadimi hoặc tưới bằng nước có chứa nhiều cadimi, hít thở bụi cadimi thường xuyên có thể làm hại phổi, vào trong phổi cadimi sẽ thấm vào máu và được phân phối đi khắp nơi.
Các phương pháp định lượng chì, cadimi
Phương pháp phân tích hoá học [5], [11]
Khi lượng cadimi được tích trữ lớn, nó có thể thế chỗ Zn2+ trong các enzim quan trọng và gây ra rối loạn tiêu hoá và các chứng bệnh rối loạn chức năng thận, thiếu máu, tăng huyết áp, phá huỷ tuỷ sống, gây ung thư. Phương pháp phân tích thể tích có ưu điểm là nhanh chóng và dễ thực hiện, tuy nhiên cũng giống như phương pháp phân tích khối lượng, phương pháp này cũng không được sử dụng trong phân tích lượng vết, vì phải thực hiện quá trình làm giầu phức tạp.
Phương pháp phân tích công cụ .1 Phương pháp điện hoá [5]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 19 - Đây là kỹ thuật phân tích được sử dụng rộng rãi trong phân tích, nó cho phép xác định định tính và định lượng ở mức hàm lượng đa lượng hoặc vi lượng của rất nhiều nguyên tố. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) được ứng dụng với ba kĩ thuật là nguyên tử hoá bằng ngọn lửa (F - AAS) nguyên tử hoá không ngọn lửa (GF-AAS) và kĩ thuật đặc biệt trong trường hợp phân tích các nguyên tố có nhiệt độ hóa hơi thấp: Hóa hơi lạnh (Hg), hydrua hóa (As, Se, Sn…). Đây là đặc tính rất ưu việt của phương pháp này, ngoài ra còn có một số điểm mạnh khác như: Khả năng phân tích được gần 60 nguyên tố hoá học, ngoài các nguyên tố kim loại còn có thể phân tích được một số á kim (lưu huỳnh, clo…) và một số chất hữu cơ bằng phép đo gián tiếp; Lượng mẫu tiêu tốn ít; Thời gian tiến hành phân tích nhanh, đơn giản… Ngày nay trong phân tích hiện đại, phương pháp HTNT được sử dụng rất có hiệu quả đối với nhiều lĩnh vực như y học, dược học, sinh học, phân tích môi trường, phân tích địa chất, … đặc biệt phân tích lượng vết các nguyên tố kim loại.
Bộ phận đơn sắc (hệ quang học) có nhiệm vụ thu, phân ly và chọn tia sáng (vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện để phát hiện và đo tín hiệu hấp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 21 - cho mỗi phép đo; b là hằng số bản chất, phụ thuộc vào từng vạch phổ của từng nguyên tố. Đó có thể là đèn catốt rỗng (Hollow Cathode Lamp-HCL), hay đèn phóng điện không điện cực (Electrodeless Discharge Lamp-EDL), hoặc nguồn phát bức xạ liên tục đã được biến điệu. - Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu bằng ngọn lửa đèn khí (F-AAS) - Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu không ngọn lửa (ETA-AAS) - Kỹ thuật hoá hơi lạnh (CV-AAS).
Bộ phận khuyếch đại và chỉ thị tín hiệu AAS. Phần chỉ thị tín hiệu có thể là
Khái quát một số đặc điểm tự nhiên và kinh tế - xã hội lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy [4]
Đây là vùng lãnh thổ có điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên, môi trường phong phú và đa dạng, có vị thế địa lý đặc biệt quan trọng trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội (KT-XH) của vùng đồng bằng sông Hồng, trong đó có thủ đô Hà Nội, là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hoá, khoa học kỹ thuật và an ninh, quốc phòng của cả nước. Sự ra đời và hoạt động của hàng loạt các khu công nghiệp thuộc các tỉnh, thành phố, các hoạt động tiểu thủ công nghiệp trong các làng nghề, các xí nghiệp kinh tế quốc phòng cùng với các hoạt động khai thác, chế biến khoáng sản, canh tác trên hành lang thoát lũ, chất thải bệnh viện, trường học. Có thể thấy rằng, tỷ lệ các nguồn gây ô nhiễm chủ yếu thông qua đường nước thải ở lưu vực sông Nhuệ và sông Đáy là khá lớn, cụ thể riêng 3 loại nguồn có tính chất gây ô nhiễm nước thải cao như cơ sở sản xuất chế biến lương thực, thực phẩm, dệt nhuộm, các nguồn thải bệnh viện.
Nội dung nghiên cứu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 31 - - Tiến hành phân tích theo quy trình đã nghiên cứu thử nghiệm. - Phân tích hàm lượng tổng và dạng Cd và Pb trong mẫu trầm tích và mẫu đất bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử.
Trang thiết bị và hóa chất .1 Trang thiết bị
Để tránh tối đa sự nhiễm bẩn, các dụng cụ trước khi sử dụng đều được ngâm bằng HNO3 10% trong 24 giờ, sau đó rửa bằng nước cất. Dung dịch CH3COONH4 1M axit hóa đến pH = 5 với HOAc: Sử dụng máy đo pH điều chỉnh đến pH=5 bằng HOAc. Dung dịch CH3COOH 25%: Pha loãng 250ml axit CH3COOH nguyên chất với nước cất thành 1 lít dung dịch.
Khảo sát ảnh hưởng của nền đến phép đo ngọn lửa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn.
Khảo sát tốc độ hút mẫu trong phép đo ngọn lửa .1 Đo nguyên tố chì
Điều chỉnh tốc độ hút mẫu với 2ml dung dịch cadimi 0,5mg/l, rồi đo độ hấp thụ A.
Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hóa trong phép đo ngọn lửa .1 Đo nguyên tố chì
Đo độ hấp thụ A của cadimi trong dung dịch cadimi 0,5mg/l với từng chiều cao đèn, kết quả trình bày trong bảng 3.16.
Khảo sát giới hạn phát hiện (GHPH) trong phép đo ngọn lửa
Để xác định giới hạn phát hiện của phương pháp, chúng tôi tiến hành đo 7 lần mẫu dung dịch chuẩn chì nồng độ 1mg/l, chấp nhận sự sai khác giữa mẫu chuẩn và mẫu trắng không đáng kể các điều kiện đo như khi lập đường chuẩn. Tương tự như với nguyên tố chì, chúng tôi tiến hành đo 7 lần mẫu dung dịch chuẩn cadimi nồng độ 0,1mg/l, chấp nhận sự sai khác giữa mẫu chuẩn và mẫu trắng.
Xây dựng đường chuẩn trong phép đo ngọn lửa .1 Xây dựng đường chuẩn định lượng nguyên tố chì
Tiến hành ghi đo phổ hấp thụ nguyên tử của cadimi theo kĩ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa.
Khảo sát giới hạn phát hiện (GHPH) trong phép đo không ngọn lửa .1 Đo nguyên tố chì
Để xác định giới hạn phát hiện của phương pháp, chúng tôi tiến hành đo 1 mẫu trắng và 7 lần mẫu dung dịch chuẩn cadimi nồng độ 0,5g/l, các điều kiện đo như khi lập đường chuẩn.
Phân tích dạng chì và cadimi trong mẫu trầm tích và mẫu đất .1. Phân tích xác định dạng chì và cadimi trong mẫu đất và trầm tích
Mặt khác, tổng hàm lượng chì tại Khe Tang bằng tổng hàm lượng chì tại Ba Đa mặc dù Khe Tang nằm gần Thanh Liệt và Cầu Diễn hơn, điều này ngoài nguyên nhân do nước khu vực Khe Tang có chứa nhiều nước thải sinh hoạt có hàm lượng kim loại thấp, nó còn do ảnh hưởng của nguồn thải tại Ba Đa chứa lượng chì cao hơn từ nguồn thải của khu công nghiệp Đồng Văn. Tuy nhiên, từ Khe Tang đến Ba Đa, tổng số hàm lượng cadimi lại giảm, điều này có thể giải thích do nước khu vực Khe Tang như đã nêu ở trên chứa chủ yếu là nước thải sinh hoạt có hàm lượng kim loại thấp [6], đồng thời, cadimi trong dạng trao đổi (F1) tại Ba Đa so với hàm lượng tổng số tại đó tương đối lớn (22,1%), lớn nhất trong tất cả các điểm nghiên cứu, nên cadimi dễ dàng thoát vào cột nước, dẫn đến làm giảm lượng cadimi trong trầm tích ở Ba Đa. Mặt khác, ta còn nhận thấy cả ba mẫu đất lấy từ Đông Anh đều có lượng chì trong F1 lớn hơn 0,1mg/kg, (lớn hơn hai mẫu đất Thanh Liệt và Cầu Diễn: Hàm lượng chì trong F1 đều nhỏ hơn 0,05mg/kg) mặc dù tổng hàm lượng chì trong ba mẫu đất tại Đông Anh thấp hơn trong đất tại Cầu Diễn và Thanh Liệt.
Đánh giá độ chính xác của phương pháp
Trên đây là kết quả bước đầu nghiên cứu của chúng tôi tại thời điểm nghiên cứu, để biết rừ ràng hơn tiềm năng ảnh hưởng của cỏc kim loại nặng cadimi và chỡ đến môi trường đất về lâu dài thì đòi hỏi cần phải có nghiên cứu thường xuyên và sâu hơn nữa. Antonio Dell’Anno , Francesca Beolchini, Massimo Gabellini, Laura Rocchetti, Antonio Pusceddu and Roberto Danovaro (2009), “Bioremediation of petroleum hydrocarbons in anoxic marine sediments: Consequences on the speciation of heavy metals”, Marine Pollution Bulletin, 58, pp. Zhifeng Yang, YingWang, Zhenyao Shen, Junfeng Niu and Zhenwu Tang (2009), “Distribution and speciation of heavy metals in sediments from the mainstream, tributaries, and lakes of the Yangtze River catchment of Wuhan, China”, Journal of Hazardous Materials, 166, pp.1186 - 1194.