Chuẩn bị:
Mẫu sinh vật tại mỗi vị trí đƣợc xay nhuyễn, Mẫu trầm tích đƣợc hong khô không khí.
Tiến hành xác định hệ số khô kiệt tại Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự bằng phƣơng pháp đông khô mẫu, nhằm mục đích chuyển đổi từ khối lƣợng ở dạng tƣơi sang khối lƣợng mẫu sinh vật dạng khô kiệt. Quy trình tiến hành nhƣ sau:
25
Bƣớc 1: Sấy ống falcon đã đƣợc tráng rửa sạch trong tủ sấy ở nhiệt độ 1050C trong khoảng 2 giờ
Bƣớc 2: Lấy ống ra khỏi tủ sấy, chuyển vào bình hút ẩm, để nguội đến nhiệt độ phòng, sau đó đem ống ra cân đƣợc khối lƣợng cốc là m0
Bƣớc 3: Chuyển toàn bộ mẫu đã xay nhuyễn hoăc mẫu trầm tích vào ống, cân xác định khối lƣợng (m1)
Bƣớc 4: Đông khô mẫu, sau đó cân đƣợc khối lƣợng (m2) Sau đó xác định đƣợc độ ẩm của mẫu theo công thức:
k = m1- m0 m2- m0 Trong đó:
m1: khối lƣợng của cốc và mẫu tƣơi cân đƣợc trƣớc khi sấy (g) m2: khối lƣợng của cốc và mẫu cân đƣợc sau khi sấy (g)
m0: khối lƣợng ban đầu cân đƣợc của cốc (g)
26
2.2.4 Phƣơng pháp xử lý mẫu
Xử lý mẫu động vật hai mảnh vỏ Nguyên tắc:
Mẫu Vẹm đƣợc tiến hành xử lý bằng phƣơng pháp vô cơ hóa mẫu ƣớt với axit mạnh (HNO3 đặc và H2O2 30%) ở nhiệt độ thích hợp. Lƣợng axit cần dùng để phân hủy mẫu thƣờng gấp 10 - 15 lần lƣợng mẫu, thời gian phân hủy thƣờng từ vài giờ đến vài chục giờ, tùy thuộc vào mỗi loại mẫu và cấu trúc vật lý hóa học của nó.
Cách ti n hành:
Sau khi tham khảo quy trình xử lý mẫu động vật hai mảnh vỏ theo một số tài liệu tham khảo [11,12], tiến hành xử lý mẫu động vật hai mảnh bằng phƣơng sử dụng axit HNO3 đặc và H2O2 30%, quy trình đƣợc tiến hành theo 3 bƣớc sau:
Bƣớc 1: Chuẩn bị cốc thủy tinh chịu nhiệt đã đƣợc tráng rửa sạch, sấy khô. Cân khoảng 0,1g mẫu, chuyển vào cốc. Thêm 5 ml HNO3 đặc, 2 ml H2O2 30% rồi đem đun sôi nhẹ đến khi thu đƣợc dung dịch trong suốt
Bƣớc 2: Để nguội mẫu, tiếp tục cho thêm 3 ml HNO3 đặc, 1 ml H2O2 30% đun đến khi dung dịch trong suốt. Lặp lại bƣớc này nhƣng thêm hóa chất với tỷ lệ là: 2 ml HNO3 đặc + 1 ml H2O2 30%
Bƣớc 3: Để nguội, thêm 0,5 ml HNO3 đặc vào mẫu, tiến hành định mức bằng nƣớc cất đến vạch 25 ml.
27
Hình 2.3 Sơ đồ quy trình xử lý xác định hàm lƣợng kim loại nặng
2.3.5 Phƣơng pháp chiết làm giàu mẫu
Chiết là phƣơng pháp dựa trên cơ sở sự phân bố khác nhau của chất phân tích vào hai pha không trộn lẫn vào nhau. Nhờ đó mà chúng ta lấy đƣợc chất cần phân tích ra khỏi mẫu ban đầu, chuyển nó vào pha thứ hai mà chúng ta mong muốn.
Theo một số tài liệu tham khảo [11,26] phân tích hàm lƣợng kim loại nặng trong mô chất của động vật thân mềm hai mảnh vỏ bằng phƣơng pháp F- AAS
28
hay ICP thƣờng bị ảnh hƣởng bởi muối trong môi trƣờng nên cần loại bỏ theo quy trình chiết.
Theo TCVN 6193: 1996 [8] quy trình chiết đƣợc tiến hành theo nguyên tắc sau:
Nguyên tắc
Tạo phức giữa các kim loại cần xác định với amoni 1 – Pyrolydin Dithiocacbamat (APBC) và chiết ở pH 2,5 với metyl – isobutylketon (MIBK). Xác định kim các kim loại trong pha hữu cơ này bằng trắc phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F- AAS).
Quy trình ti n hành
Bƣớc 1: Cho 25 ml mẫu thu đƣợc sau quá trình vô cơ hóa ƣớt vào một loạt phễu chiết dung tích 100 ml đƣợc đậy bằng nút polytetrafluoretylen (PTFE).
Bƣớc 2: Thêm 5 ml dung dịch APBC 20g/l trộn đều sau đó thêm 10 ml dung dịch MIBK. Lắc mạnh trong vòng hai phút. Để cho hỗn hợp lắng trong phễu chiết có nút đậy ít nhất một giờ tránh ánh sáng và nóng.Thời gian lắng phải đƣợc ấn định chính xác nhƣ nhau cho tất cả các dung dịch. Thu các lớp hữu cơ phía trên bình chiết. Lặp lại bƣớc này 3 lần đối với phần dung dịch phía dƣới bình chiết nhƣng thêm hóa chất với tỉ lệ: 2 ml dung dịch APBC + 4 ml dung dịch MIBK.
Bƣớc 3: Thêm 5ml dung dịch HNO3đ (1:4) lắc đều đến khi dung dịch tách lớp, lấy phần dung dịch phía dƣới bình chiết. Lặp lại bƣớc này 3 lần với dung dịch phía trên bình chiết.
Bƣớc 4: Định mức bằng nƣớc cất tới vạch 25 ml tiến hành đo trên thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS – Thermo Fisher M6.
29
Quy trình chiết đƣợc cụ thể hóa theo sơ đồ sau:
Hình 2.4. Sơ đồ quy trình tách chiết, làm giàu bằng dung môi
Mẫu môi trƣờng (mẫu Vẹm hay trầm tích mặt) thu đƣợc từ sau quá trình xử lý mẫu và chiết đƣợc định mức đến vạch bằng nƣớc cất hai lần. Sau đó tiến hành đo mẫu.
30
. hương pháp xác định hàm lượng các kim lo i n ng
Xác định hàm lƣợng kim loại Cd, Pb trong cơ chất của Vẹm (Perna sp. Trong đó: tiến hành xác định hàm lƣợng các kim loại nặng bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử có ngọn lửa (F – AAS).
Bảng 2.4. Phƣơng pháp xác định các kim loại trong mẫu
STT
Tên kim loại
Phƣơng pháp Thiết bị Địa điểm thực hiện
1 Cd Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử có ngọn lửa (F–AAS) Thermo Fisher M6 Phòng thí nghiệm Khoa Môi trƣờng – Trƣờng Đại học Tài nguyên và Môi trƣờng Hà Nội.
2 Pb
Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
Tiến hành xác định hàm lƣợng các kim loại nặng (Cd, Pb) bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử có ngọn lửa (F– AAS). Sử dụng thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS – Thermo Fisher M6 tại Phòng thí nghiệm Khoa Môi trƣờng – Trƣờng Đại học Tài nguyên và Môi trƣờng Hà Nội.
Nguyên tắc của phép đo
Cơ sở lý thuyết của phép đo này là sự hấp thụ năng lƣợng bức xạ đơn sắc của nguyên tử tự do ở trạng thái khí (hơi) khi chiếu một chùm tia sáng có bƣớc sóng xác định qua đám hơi của nguyên tố cần phân tích trong môi trƣờng hấp thụ.
Quy trình ti n hành phân tích (2 ước chính)
Bƣớc 1: Tiến hành xây dựng đƣờng chuẩn xác định hàm lƣợng cadimi, chì.
Chuẩn bị 1 dãy dung dịch chuẩn có nồng độ phù hợp với từng kim loại từ dung dịch chuẩn gốc 1000ppm và 1 mẫu trắng. Dung dịch đƣợc chuẩn bị trong
31
nền HNO3 2%. Tiến hành đo ghi phổ hấp thụ nguyên tử theo kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa. Kết quả đo của từng kim loại đƣợc thể hiện nhƣ sau:
- Kim lo i cadimi (Cd)
TT 0 1 2 3 4 5
C (mg/l) 0 0,05 0,1 0,5 1,0 2,0
Abs 0 0,014 0,024 0,094 0,178 0,331
Bảng 2.5. Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn cd
Hình 2.5. Đƣờng chuẩn xác định hàm lƣợng cadimi
- Kim lo i ch (
Bảng 2.6 Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn chì
TT 0 1 2 3 4 5 C (ppm) 0 0.1 0,5 1,0 2,0 5,0 Abs 0 0.003 0,015 0,029 0,056 0,134 y = 0.1644x + 0.0068 R² = 0.9983 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Đ ƢỜ N G C H U Ẩ N X Á C Đ ỊN H C A D IMI Abs C (mg/l)
32
Hình 2.5 Đƣờng chuẩn xác định hàm lƣợng Pb
Bƣớc 2: Tiến hành đo mẫu
Quy trình đo mẫu đƣợc tiến hành theo hƣớng dẫn sử dụng của thiết bị đƣợc cung cấp bởi nhà sản xuất và hƣớng dẫn của Phòng thí nghiệm Khoa Môi trƣờng, trƣờng ĐH Tài nguyên và Môi trƣờng Hà Nội.
2.4 PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU
Tính toán hàm lƣợng kim loại nặng trong mẫu
Sau khi thu đƣợc kết quả, hàm lƣợng các kim loại (Cd, Pb,) trong mẫu động vật hai mảnh vỏ và trầm tích đƣợc tính theo công thức sau:
C = (mg/kg khô)
Hay C = Cđo. Vđm
m. k (mg/kg khối lƣợng ƣớt) Với: Cđo: Nồng độ kim loại đo đƣợc trên thiết bị (mg/l )
Vđm: Thể tích mẫu định mức (ml) m: Khối lƣợng mẫu đem phân tích (g) k: Hệ số khô kiệt y = 0.0267x + 0.0012 R² = 0.9995 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0 1 2 3 4 5 6 ĐƢỜNG CHUẨN XÁC ĐỊNH CHÌ C (mg/l) Abs
33
Đánh giá hàm lƣợng kim loại nặng trong mẫu động vật hai mảnh vỏ
Để đánh giá đƣợc hàm lƣợng kim loại nặng trong mô chất của loài động vật hai mảnh vỏ - Vẹm xanh (Perna viridis) đang sinh sống tại đầm Thị Nại, thành phố Quy Nhơn, tỉnh Bình Định, căn cứ vào các tài liệu sau:
- QCVN 08-2:2011/BYT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia đối với giới hạn ô nhiễm kim loại nặng trong thực phẩm [22]
- QĐ 46/2007/QĐ-BYT: Quyết định về việc ban hành quy định giới hạn
tối đa ô nhiễm sinh học và hóa học trong thực phẩm [24]
Ngoài ra, còn có thể tham khảo thêm một số tài liệu nƣớc ngoài nhƣ:
- S.I. No. 268 of 2006, European Communities (Quality of shellfish waters) Regulations 2006 [1]
- Notification of the Ministry of Public Health No. 98 (B.E.2529): Prescribing standards of Contaiminated Substances [21]
Bảng 2.7 Giá trị hàm lƣợng kim loại nặng so sánh trong mẫu động vật hai mảnh vỏ
TT Tài liệu so sánh Đơn vị Cd Pb
1 QCVN 08-2:2011/BYT mg/kg 2,0 1,5
2 QĐ 46/2007/QĐ-BYT mg/kg 1,0 1,5
3 S.I. No. 268 (*) [1] mg/kg 5,0 7,5
4 B.E.2529 No. 98 mg/kg - 1,0
34
Bảng 2.8 Giá trị giới hạn của Pb, Cd trong trầm tích theo QCVN 43:2012/BTNMT [23] TT Thông số Đơn vị (tính theo khối lƣợng khô) Giá trị giới hạn Trầm tích nƣớc mặn, nƣớc lợ 1 Chì (Pb) mg/kg 112 2 Cadimi (Cd) mg/kg 4,2 - Hƣớng dẫn chất lƣợng trầm tích của Canada, 2002 [7]
Bảng 2.9 Giá trị giới hạn của Pb, Cd trong trầm tích theo hƣớng dẫn chất lƣợng trầm tích của Canada năm 2002
TT Thông số
Đơn vị (theo khối lƣợng khô)
Giá trị giới hạn PEL*
1 Chì (Pb) μg/kg 91,3
2 Cadimi(Cd) μg/kg 0,7
(*) PEL: Probable effect levels (Mức độ gây ảnh hưởng nghiêm trọng) Đánh giá độ l p của phương pháp
Để đánh giá độ lặp của kết quả đo, tiến hành tính toán độ lệch chuẩn tƣơng đối (RSD). Giá trị RSD đƣợc dùng để biểu thị độ sai lệch dữ liệu một cách khách quan. Tại khu vực nghiên cứu, tiến hành làm mẫu lặp tại 1 vị trí (chọn tại vị trí 11 – khu vực cảng Hải đoàn 48).
Công thức tính toán RSD nhƣ sau [28] SD = √∑(xi - x ̅)2
n-1
RSD = SD
x̅ (%) Trong đó:
35
xi: Giá trị hàm lƣợng của kim loại trong lần thử thứ i n: Số lần làm lặp lại
SD: Độ lệch chuẩn của mẫu thử RSD: Độ lệch chuẩn tƣơng đối (%)
Bảng 2.10 Độ lặp lại tối đa chấp nhận tại các nồng độ khác nhau (theo AOAC) [3,28] STT Hàm lƣợng (%) Tỷ lệ chất Đơn vị RSD (%) 1 100 1 100% 1,3 2 10 10 – 1 10% 1,8 3 1 10 – 2 1% 2,8 4 0,1 10 – 3 0,1% 3,7 5 0,01 10 – 4 100 ppm 5,3 6 0,001 10 – 5 10 ppm 7,3 7 0,0001 10 – 6 1 ppm 11 8 0,00001 10 – 7 1000ppb 15 9 0,000001 10 – 8 10ppb 21 10 0,0000001 10 – 9 1 ppb 30
Để đánh giá độ lặp lại của phƣơng pháp phân tích các kim loại nặng F- AAS, chọn 01 mẫu trầm tích và 01 mẫu hàu để tiến hành thí nghiệm. Chọn ngẫu nhiên vị trí số 11 với mẫu trầm tích Vẹm để đánh giá độ lặp lại của phƣơng pháp phân tích. Phƣơng pháp phân tích đạt đƣợc độ lặp lại tốt khi độ lệch chuẩn tƣơng
36
đối RSD(%) của mẫu thực tế tính đƣợc không lớn hơn giá trị RSD(%) theo quy định của AOAC
2.5 Phƣơng pháp tính chỉ số tích lũy địa chất (Igeo) và pháp tính hệ số tích tụ sinh học trầm tích (BSAF)
Chỉ số tích luỹ địa chất (Geo - accumulation Index: Igeo) là thƣớc đo định lƣợng đánh giá mức độ ô nhiễm trong trầm tích. Igeo là giá trị đƣợc tính bằng cách so sánh hàm lƣợng tổng kim loại có trong mẫu với giá trị nền của kim loại đó, do đó bất cứ sự tăng nào ở các cấp độ hiện tại đều đƣợc dự đoán là do hoạt động của con ngƣời trong tự nhiên [6].
Chỉ số tích lũy địa chất đƣợc tính theo công thức sau: Igeo = log2 1,5 BCx
x [29]
Với: - Igeo: hệ số tích lũy địa hóa
- Cx: hàm lƣợng của kim loại x trong mẫu trầm tích nghiên cứu
- Bx: giá trị nền của kim loại x trong vỏ trái đất (Giá trị Bx theo Turekian K. K., và Wedepohl K. H.(1961): Distribution of the Elements in Some Major Units of the Earth's Crust: Geological Society of America Bulletin đối với Pb và Cd lần lƣợt là 20 mg/kg và 0,3 mg/kg) [29].
- Giá trị 1,5 là hệ số đƣợc đƣa ra để giảm thiểu tác động của những thay đổi có thể xảy ra đối với giá trị nền do những biến đổi về thạch học trong trầm tích.
37
Bảng 2.11 Phân loại mức độ ô nhiễm dựa vào chỉ số Igeo [29]
Phân loại Giá trị Igeo Mức độ ô nhiễm
0 Igeo ≤ 0 Không ô nhiễm
1 0 ≤ Igeo ≤ 1 Có dấu hiệu ô nhiễm nhẹ
2 1 ≤ Igeo ≤ 2 Ô nhiễm trung bình
3 2 ≤ Igeo ≤ 3 Có dấu hiệu ô nhiễm nặng
4 3 ≤ Igeo ≤ 4 Ô nhiễm nặng
5 4 ≤ Igeo ≤ 5 Ô nhiễm nặng đến trầm trọng
6 Igeo ≥ 5 Ô nhiễm quá trầm trọng
Phƣơng pháp tính hệ số tích tụ sinh học trầm tích (BSAF)
Hệ số tích tụ sinh học trầm tích (BSAF: Biota-Sediment Accumulation Factor) là quan hệ sự tập trung tƣơng đối của nồng độ một chất trong mô của sinh vật sống với nồng độ chất đó trong trầm tích. Công thức tính hệ số BSAF nhƣ sau [6]
BSAF = Ct Cs
Trong đó:
- BSAF đƣợc tính toán bằng dữ liệu thực nghiệm
- Ct là nồng độ của chất ô nhiễm trong mô sinh vật (mg/kg khối lƣợng khô) - Cs là nồng độ của chất ô nhiễm trong trầm tích (mg/kg khối lƣợng khô)
Nếu nồng độ chất ô nhiễm trong mô sinh vật cao và hệ số tích tụ sinh học trầm tích BSAF > 1 thì sinh vật đƣợc đánh giá là có mức độ tích tụ sinh học trầm tích cao [6]
38
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 KẾT QUẢ TÍNH HỆ SỐ KHÔ KIỆT
Kết quả xác định chỉ số khô kiệt của 15 mẫu Vẹm và 15 mẫu trầm tích tƣơng ứng đƣợc đƣa ra trong Bảng 3.1 và 3.2:
Bảng 3.1 Hệ số khô kiệt trong mẫu Vẹm (biển ven bờ Quy Nhơn, Bình Định)
Vị trí Kí hiệu mẫu Vẹm m0 (g) m1 (g) m2 (g) k VT1 V1 13,170 45,642 17,762 7,072 VT2 V2 12,810 54,219 17,774 8,342 VT3 V3 12,080 47,388 16,504 7,981 VT4 V4 11,725 36,553 14,792 8,094 VT5 V5 12,093 51,519 16,214 9,567 VT6 V6 12,688 38,444 16,317 7,098 VT7 V7 12,415 48,938 16,513 8,912 VT8 V8 12,756 38,103 16,07 7,647 VT9 V9 12,763 49,843 17,39 8,014 VT10 V10 12,672 57,095 16,756 10,876 VT11 V11 12,649 45,422 16,925 7,663 VT12 V12 12,498 42,854 16,776 7,097 VT13 V13 12,626 38,93 15,671 8,638 VT14 V14 13,649 55,754 17,909 9,883 VT15 V15 12,093 59,029 16,899 9,766
39
Bảng 3.2 Hệ số khô kiệt trong trầm tích (biển ven bờ Quy Nhơn, Bình Định)
Vị trí Kí hiệu trầm tích m0 (g) m1 (g) m2 (g) k VT1 T1 12,875 60,399 38,987 1,820 VT2 T2 13,072 73,805 48,178 1,730 VT3 T3 12,109 55,022 38,763 1,610 VT4 T4 12,654 58,098 37,761 1,810 VT5 T5 12,987 52,626 35,638 1,750 VT6 T6 12,615 59,626 38,445 1,820 VT7 T7 12,657 78,548 53,081 1,630 VT8 T8 12,763 58,365 43,785 1,470 VT9 T9 12,692 67,225 45,543 1,660 VT10 T10 12,849 57,895 50,387 1,200 VT11 T11 12,298 89,175 51,125 1,980 VT12 T12 12,326 77,806 52,253 1,640 VT13 T13 13,249 89,33 56,724 1,750 VT14 T14 13,247 77,378 47,912 1,850 VT15 T15 12,123 75,657 47,932 1,774
40
Từ kết quả bảng 3.1 và 3.2 có thể thấy chỉ số khô kiệt của trầm tích dao động trong khoảng 1,2 đến 2 đơn vị, trong khi đó hệ số khô kiệt trong các mẫu Vẹm lớn hơn rất nhiều dao động trong khoảng 7 đến 10 đơn vị. Việc xác định chỉ số khô kiệt của trầm tích và Vẹm giúp đánh giá chính xác nguồn gốc của hàm lƣợng kim loại nặng xác định đƣợc trong mẫu. Với mẫu Vẹm chỉ số khô kiệt có giá trị từ 7-10 đơn vị vì vậy có khả năng cao lƣợng chất kim loại tồn tại chủ yếu trong pha nƣớc của Vẹm nên khi thu thập và bảo quản mẫu cần phải chú ý đến lƣợng nƣớc trong Vẹm. Đối với mẫu trầm tích hàm lƣợng khô kiệt chỉ dao động trong khoảng 1,2-2 đơn vị vì vậy hầu hết các kim loại thƣờng tồn tại chủ yếu