Xử lý thống kê số liệu phân tích

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.6. Xử lý thống kê số liệu phân tích

1.6.1. Phân tích phƣơng sai (ANOVA)

ANOVA là phƣơng pháp phân tích phƣơng sai đó là phân tích tác động của một hay nhiều yếu tố cố định đến kết quả thí nghiệm qua tham số phƣơng sai [28]. Đó có thể là ảnh hƣởng của một hay nhiều yếu tố hay ảnh hƣởng tƣơng hỗ của những yếu tố đó. Nói cách khác, phân tích phƣơng sai là làm thí nghiệm theo qui hoạch trƣớc nhằm khảo sát ảnh hƣởng có nghĩa của các yếu tố đến kết quả thí nghiệm qua việc đánh giá phƣơng sai theo chuẩn Fisher. Mục đích của ANOVA gồm:

- So sánh nhiều giá trị trung bình, các nhóm số liệu đƣợc lập ra bởi các biến độc lập với các nhóm khác nhau trong tập số liệu chứa các biến độc lập;

- Nhận ra các biến độc lập khác nhiều nhất với biến phụ thuộc;

- Dùng để đánh giá ảnh hƣởng của những nguồn sai số khác nhau đến dãy kết quả thí nghiệm từ đó đánh giá đƣợc ảnh hƣởng của các nguồn sai số đến sự phân bố mẫu.

1.6.2. Phân tích tƣơng quan

Phân tích tƣơng quan đƣợc dùng để đánh giá mối quan hệ giữa hai hay nhiều biến thông qua hệ số tƣơng quan. Hai loại hệ số tƣơng quan thƣờng dùng nhất là hệ số tƣơng quan Pearson hoặc Spearmen. Hệ số tƣơng quan r biểu thị mức độ quan hệ tuyến tính giữa hai biến. Công thức tính hệ số tƣơng quan:

hoặc Trong đó:

Hệ số tƣơng quan r lấy giá trị trong khoảng: -1 ≤ r ≤ 1 (Excel cung cấp chức năng thống kê để đo lƣờng sự tƣơng quan giữa hai biến. Áp dụng chức năng Pearson trong Excel để tính toán hệ số tƣơng quan Pearson: r = Pearson (dữ liệu tập x, dữ liệu tập y) Khi r càng gần 0 thì quan hệ càng lỏng lẻo, ngƣợc lại khi r càng gần 1 hoặc -1 thì quan hệ càng chặt chẽ (r > 0 có quan hệ thuận và r < 0 có quan hệ nghịch). Trƣờng hợp r = 0 thì giữa x và y không có quan hệ. Yêu cầu đối với tập số liệu là tuân theo phân bố chuẩn, giá trị giữa các biến độc lập nhau, loại bỏ giá trị bất thƣờng. Nếu nhƣ tập số liệu không tuân theo phân bố chuẩn thì có thể sử dụng hệ số tƣơng quan Spearmen.

Nếu tính toán bằng các phần mềm thống kê, có thể sử dụng trị số P (Pvalue) và so sánh với độ không tin cậy cho trƣớc. Thông thƣờng nếu Pvalue <0,01 thì kết luận rằng hai biến có tƣơng quan tuyến tính ở độ tin cậy 99%. Kết luận tƣơng tự nếu Pvalue <0,05.

Chƣơng 2 THỰC NGHIỆM

2.1. Thiết bị, dụng cụ, hóa chất 2.1.1. Thiết bị 2.1.1. Thiết bị

- Khối phổ ICP-MS Nexion 300Q; - Tủ sấy 300 0C; - Bếp điện; - Cân điện tử (10-4 g); - Bom phá mẫu. 2.1.2. Dụng cụ - Cối, chày sứ; - Bình định mức: 25 mL, 100 mL; - Pipet các loại; - Cốc thủy tinh: 100 mL;

- Phễu; - Chén sứ;

2.1.3. Hóa chất

Các hóa chất đƣợc sử dụng đều đạt độ tinh khiết của hãng Merck.

-Axit HNO3 đặc 65 %, d = 1,39 g/mL dùng để phá các mẫu ở dạng đặc và để hòa tan, định mức các mẫu đo ở trong dung dịch HNO3 0,3M.

- Axit HCl đặc 37 %, d = 1,18 g/mL;

- Các dung dịch chuẩn 24 nguyên tố As, Cd, Pb, Mn, Cr, Ni, Hg, Cu, Co, Se, Ba, Ag, Mo, Tl, Fe, Ca, Sb, Sn, Al, Ta, V, Be, Mg, Zn do đơn vị đo ICP – MS pha chế và bảo quản theo qui chuẩn.

- Dung dịch H2O2 30 %; Nƣớc cất 2 lần.

- Pha dung dịch HNO3 0,3M: Hút chính xác 5,3 ml dung dịch HNO3 đặc, dùng nƣớc cất hòa tan và định mức đến 250 ml dung dịch.

2.2. Lấy mẫu, bảo quản mẫu và xử lý mẫu đất và mẫu củ Nghệ vàng 2.2.1. Mẫu đất 2.2.1. Mẫu đất

Mẫu đất đƣợc lấy trên đồi trồng Nghệ vàng, ở độ sâu tầng canh tác từ 10 - 30 cm, sau đó cho vào túi nilon sạch có mép, đánh số mẫu và đƣa về phòng thí nghiệm.

Bảng 2.1. Thời gian, địa điểm lấy và kí hiệu các mẫu đất trồng Nghệ vàng Lần 1

Tên mẫu Ký hiệu Ngày lấy Địa chỉ lấy mẫu Vĩ độ

Mẫu đất - Phƣơng Viên MĐ - PV Tháng 8/2019 Thôn Nà Làn 22°10'11"B 105°34'44"Đ Mẫu đất - Rã Bản MĐ - RB Tháng 8/2019 Thôn Nà Cà 22°11'16"B 105°40'12"Đ Mẫu đất - Đông Viên MĐ - ĐV Tháng

8/2019

Thôn Làng Sen 22°08'34"B 105°39'50"Đ Mẫu đất - Phong Huân MĐ - PH Tháng

8/2019 Thôn Nà Tấc 22°04'34"B 105°35'17"Đ Mẫu đất - Bằng Lãng MĐ - BL Tháng 8/2019 Khu vực gần mỏ Chì Kẽm 21°03'34.5"B 106°06'19.2"Đ Mẫu đất - Ngọc Phái MĐ - NP Tháng 8/2019 Khu vực gần mỏ quặng sắt tại thôn Bản Cuôn 22°12'10"B 106°34'44"Đ Lần 2

Tên mẫu Ký hiệu Ngày lấy Địa chỉ lấy mẫu Vĩ độ

Mẫu đất - Phƣơng Viên MĐ - PV Tháng 8/2019 Thôn Nà Làn 22°10'11"B 105°34'44"Đ Mẫu đất - Rã Bản MĐ - RB Tháng 8/2019 Thôn Nà Cà 22°11'16"B 105°40'12"Đ Mẫu đất - Đông Viên MĐ - ĐV Tháng

8/2019

Thôn Làng Sen 22°08'34"B 105°39'50"Đ Mẫu đất - Phong Huân MĐ - PH Tháng

8/2019

Thôn Nà Tấc 22°04'34"B 105°35'17"Đ

Mẫu đất - Bằng Lãng MĐ - BL Tháng 8/2019 Khu vực gần mỏ Chì Kẽm 21°03'34.5"B 106°06'19.2"Đ Mẫu đất - Ngọc Phái MĐ - NP Tháng 10/2019 Khu vực gần mỏ quặng sắt tại thôn Bản Cuôn 22°12'10"B 106°34'44"Đ Lần 3

Tên mẫu Ký hiệu Ngày lấy Địa chỉ lấy mẫu Vĩ độ

Mẫu đất - Phƣơng Viên MĐ - PV Tháng 12/2019 Thôn Nà Làn 22°10'11"B 105°34'44"Đ Mẫu đất - Rã Bản MĐ - RB Tháng 12/2019 Thôn Nà Cà 22°11'16"B 105°40'12"Đ Mẫu đất - Đông Viên MĐ - ĐV Tháng

12/2019

Thôn Làng Sen 22°08'34"B 105°39'50"Đ Mẫu đất - Phong Huân MĐ - PH Tháng

12/2019 Thôn Nà Tấc 22°04'34"B 105°35'17"Đ Mẫu đất - Bằng Lãng MĐ - BL Tháng 12/2019 Khu vực gần mỏ Chì Kẽm 21°03'34.5"B 106°06'19.2"Đ Mẫu đất - Ngọc Phái MĐ - NP Tháng 12/2019 Khu vực gần mỏ quặng sắt tại thôn Bản Cuôn 22°12'10"B 106°34'44"Đ

Đất sau khi lấy nhặt bỏ sỏi, rác sau đó cho vào cốc, cân trên cân phân tích điện tử xác định khối lƣợng ban đầu.

Xác định ẩm độ đất theo phƣơng pháp sấy khô

Bƣớc 1: Lấy chén sứ (có nắp) đem sấy khô, cho vào bình hút ẩm để nguội đem cân đƣợc trọng lƣợng W1 gam.

Bƣớc 2: Lấy 10 - 20 gam đất cho vào chén sứ đem cân đƣợc trọng lƣợng W2 gam.

Bƣớc 3: Đem chén sứ có đất vào tủ sấy 110 0

C thời gian 6 tiếng (khi sấy mở nắp chén) sấy xong đậy nắp chén cho vào bình hút ẩm 15 - 20 phút để nguội đem cân đƣợc trọng lƣợng W3 gam.

Sau đó lại cho vào tủ sấy thêm 1 tiếng ở nhiệt độ 110 0C, để nguội trong bình hút ẩm đem cân cứ lặp lại từ 2 - 3 lần đến khi trọng lƣợng W3 không thay đổi là đƣợc.

Bƣớc 4: Tính kết quả

Độ ẩm tƣơng đối (%) = W2W2−−W3W1100

2.2.2. Mẫu củ Nghệ vàng

Mẫu củ nghệ vàng đƣợc lấy vào thời điểm 12 tháng sau khi trồng (thu hoạch). Nghệ vàng sau khi đƣợc lấy tại các địa điểm nhƣ trong bảng 2.1, đựng trong túi bóng sạch và đƣa về phòng thí nghiệm, sau đó tiến hành rửa sạch để ráo nƣớc tự nhiên.

Mẫu củ Nghệ vàng sau khi đƣợc phân tách ra cho vào cốc thủy tinh đã đƣợc làm sạch đem cân trên cân phân tích xác định khối lƣợng ban đầu. Sau đó mẫu đƣợc đƣa vào tủ sấy, sấy ở nhiệt độ 120 0C sau 4 giờ lấy ra để nguội trong bình hút ẩm đem cân lại trên cân phân tích (thực hiện 4 lần nhƣ vậy đến khi khối lƣợng mẫu không đổi).

Mẫu sau khi đƣợc sấy khô, để nguội,sau đó cho riêng mẫu vào túi nilon sạch và bảo quản trong bình hút ẩm.

2.3. Xác định hàm lƣợng kim loại trong mẫu đất trồng và mẫu củ theo phƣơng pháp ICP-MS phƣơng pháp ICP-MS

2.3.1. Quá trình phân hủy mẫu

* Mẫu đất: Sau khi mẫu đất đƣợc nghiền nhỏ bằng cối sứ,tiến hành cân 0,1000 g trên cân phân tích, cho vào chén teflon của bom phá mẫu, thêm 3,0 mL HNO3 đặc, 1,0 mL HCl đặc, 1,0 mL HF đặc và 1,0 mL H2O2 đặc. Bom đƣợc đặt vào tủ sấy và duy trì ở nhiệt độ 200 0

C trong 6 giờ. Sau khi mẫu đất đƣợc chuyển hoàn toàn về dạng dung dịch, tiến hành định mức đến 25 mL bằng dung dịch HNO3 0,3 M.

* Mẫu củ Nghệ vàng: củ Nghệ vàng sau khi đƣợc sấy khô dùng cối sứ nghiền nhỏ, cân 0,0500 g cho vào chén teflon, thêm 3,0 mL HNO3 đặc, 1,0 mL HCl đặc và 1,0 mL H2O2 đặc. Bom đƣợc đặt vào tủ sấy và duy trì ở nhiệt độ 120 0C trong 4 giờ. Sau khi mẫu củ Nghệ vàng đƣợc chuyển hoàn toàn về dạng dung dịch, tiến hành định mức đến 25 mL bằng dung dịch HNO3 0,3 M.

2.3.2. Nghiên cứu các điều kiện vận hàng máy ICP-MS

2.3.2.1. Chọn vạch và thông số đo trên máy ICP-MS

Trong phép phân tích bằng ICP-MS chúng tôi chọn số khối của nguyên tố dựa trên các tiêu chí sau:

+ Là một trong số đồng vị phổ biến trong tự nhiên; + Sự trùng khối phải không có hoặc ít nhất;

+ Quá trình hiệu chỉnh ảnh hƣởng của các mảnh ion kép phải đơn giản và càng ít bƣớc càng tốt.

Số khối của các nguyên tố phân tích đƣợc chọn và phân bố trong bảng 2.1.

Bảng 2.2. Số khối các nguyên tố đƣợc chọn để phân tích ICP-MS Nguyên tố Số khối Nguyên tố Số khối Nguyên tố Số khối

As 75 Co 59 Sb 121 Cd 111 Se 82 Sn 118 Pb 208 Ba 138 Al 27 Cu 63 Ag 107 Ta 181 Cr 52 Mo 98 V 51 Ni 60 Tl 205 Be 9 Hg 202 Fe 57 Mg 24 Mn 55 Ca 43 Zn 66

2.3.2.2. Môi trường đo mẫu trên ICP - MS

Dung dịch mẫu đo thƣờng có môi trƣờng axit, vì vậy cần lựa chọn axit phù hợp dùng làm môi trƣờng dung dịch mẫu. Môi trƣờng HNO3 ít ảnh hƣởng nhất đến việc xác định nguyên tố bằng phƣơng pháp ICP-MS và phổ nền của HNO3 là đơn giản nhất. Trên thực tế các dung dịch chuẩn hầu nhƣ đƣợc pha trong môi trƣờng HNO3, nên axit HNO3 đƣợc chọn làm môi trƣờng để xác định các nguyên tố khảo sát.

Trên cơ sở đó, chúng tôi chọn môi trƣờng HNO3 0,3M để phân tích các nguyên tố trong cây nghệ vàng bằng ICP-MS. Nếu môi trƣờng axit quá cao sẽ ảnh hƣởng đến độ bền của máy và tốn hóa chất.

2.4. Phƣơng pháp xử lý số liệu phân tích

- Hàm lƣợng (x) của mỗi nguyên tố trong các mẫu đất và mẫu Nghệ vàng đƣợc xác định theo công thức (2.1): . C V x m  (2.1). trong đó: x - hàm lƣợng nguyên tố X (μg/g); C - nồng độ xác định bằng phép đo ICP-MS (μg/L); V - thể tích dung dịch mẫu đo ICP-MS (L);

m - khối lƣợng của mẫu ban đầu (g).

- Khoảng chính xác tin cậy (ε) đƣợc xác định theo công thức (2.2):

. 1 0 0

R S D x

 

(2.2)

trong đó: RSD - độ lệch chuẩn tƣơng đối (%) x - hàm lƣợng nguyên tố X (μg/g).

- Xử lý số liệu nghiên cứu và thống kê ANOVA bằng phần mềm Excel và SPSS.

- Phân tích số liệu và so sánh với các quy chuẩn: QCVN 03- MT:2015/BTNMT về giới hạn cho phép của một số kim loại nặng trong đất; QCVN 8-2:2011/BYT về giới hạn ô nhiễm kim loại nặng trong thực phẩm; Tiêu chuẩn của Singapor và WHO nhằm tăng cơ sở khoa học của kết quả nghiên cứu của đề tài [5, 23, 27, 28].

Chƣơng 3

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả xác định hàm lƣợng kim loại trong mẫu đất trồng Nghệ vàng ở 6 xã của huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn bằng phƣơng pháp ICP-MS ở 6 xã của huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn bằng phƣơng pháp ICP-MS

Phần lớn kim loại là các thành phần tự nhiên của vỏ trái đất. Đá mẹ là nguồn cung cấp đầu tiên các nguyên tố khoáng và có vai trò quan trọng trong việc tích lũy các kim loại trong đất. Trong những điều kiện xác định, phụ thuộc vào các loại đá mẹ khác nhau mà đất đƣợc hình thành có chứa hàm lƣợng các kim loại khác nhau.

Trong đất, các kim loại độc hại có thể tồn tại dƣới nhiều dạng khác nhau, liên kết với các hợp chất hữu cơ, vô cơ hoặc tạo thành các chất phức hợp (chelat). Khả năng dễ tiêu của chúng đối với thực vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: pH, dung tích trao đổi cation (CEC) và sự phụ thuộc lẫn nhau vào các kim loại khác. Ở đất có CEC cao, chúng bị giữ lại nhiều trên các phức hệ hấp phụ. Nhìn chung, kim loại có khả năng linh động lớn ở đất chua (pH < 5,5) [34].

ảng 3.1. Tiêu chuẩn giới hạn cho phép đối với As, Pb, Cd, Zn, Cu và Cr trong đất nông nghiệp ở Việt Nam [28]

STT Tiêu chuẩn As Pb Cd Zn Cu Cr

mg/Kg

1 QCVN2015/BTNMT 15,0 70,0 1,5 200,0 100,0 150,0

Kết quả khảo sát hàm lƣợng kim loại bằng phƣơng pháp ICP-MS trong mẫu đất trồng Nghệ vàng tại 6 xã thuộc huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn đƣợc thể hiện trong bảng 3.2.

Bảng 3.2. Hàm lƣợng trung bình các kim loại trong mẫu đất trồng Nghệ vàng tại 6 xã của huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn

No. Ele.

Phƣơng Viên Rã Bản Đông Viên Phong Huân Bằng Lãng Ngọc Phái QCVN 03-

MT:2015/BTNMT Trung bình ± Sd (mg/kg) Trung bình ± Sd (mg/kg) Trung bình ± Sd (mg/kg) Trung bình ± Sd (mg/kg) Trung bình ± Sd (mg/kg) Trung bình ± Sd (mg/kg) (mg/kg) 1 As 4,11 ± 0,38a 7,68 ± 0,16c 4,90 ± 0,52ab 7,37 ± 0,27c 5,40 ± 0,31b 4,37 ± 0,07a 15 2 Cd 3,90 ± 0,39a 7,59 ± 0,03d 6,60 ± 0,26c 8,82 ± 0,03e 7,11 ± 0,11cd 5,72 ± 0,14b 1,5 3 Pb 58,01 ± 0,91e 56,54 ± 0,03d 55,18 ± 0,02c 69,03 ± 0,09g 45,37 ± 0,08a 47,36 ± 0,20b 70 4 Cu 29,99 ± 0,52c 34,63 ± 0,03d 23,92 ± 0,11a 42,13 ± 0,56e 26,20 ± 0,58b 208,22 ± 0,20g 100 5 Cr 86,30 ± 0,66a 397,68 ± 0,06e 130,18 ± 0,25b 164,95 ± 0,53d 142,01 ± 0,50c 13765,82 ± 0,13g 150 6 Ni 47,57 ± 1,79a 122,34 ± 0,86d 50,72 ± 0,15b 159,70 ± 0,61e 57,48 ± 0,59c 7348,13 ± 0,11g 7 Hg -0,04 ± 0,02a 0,25 ± 0,02c 0,25 ± 0,03d 0,29 ± 0,01cd 0,31 ± 0,02d 0,04 ± 0,01b 8 Mn 324,94 ± 1,06d 313,39 ± 0,06a 213,25 ± 0,02a 354,44 ± 2,90e 226,16 ± 1,51b 1766,77 ± 5,03g 9 Zn 135,42 ± 10,20a 201,18 ± 0,53c 180,13 ± 0,03b 317,97 ± 0,22e 246,16 ± 0,56d 144,65 ± 0,95a 200 10 Co 11,42 ± 0,91b 11,14 ± 0,03b 7,68 ± 0,12a 12,94 ± 0,51c 7,47 ± 0,04a 138,08 ± 0,54d 11 Se -0,41 ± 0,01c -0,96 ± 0,02a 0,40 ± 0,13e -0,71 ± 0,01b 0,26 ± 0,03e -0,03 ± 0,01d 12 Ba 137,40 ± 0,81g 93,17 ± 0,07d 75,67 ± 0,22b 97,50 ± 0,30e 87,05 ± 0,53c 71,81 ± 0,02a 13 Ag 3,25 ± 0,10a 4,52 ± 0,28c 4,09 ± 0,03b 7,85 ± 0,08e 5,12 ± 0,20d 4,05 ± 0,10b 14 Mo 0,31 ± 0,06a 1,23 ± 0,21b 0,46 ± 0,06a 0,67 ± 0,12ab 0,46 ± 0,03a 24,64 ± 0,55c 15 B -4,20 ± 0,30c -6,94 ± 0,02b -7,66 ± 0,01ab -8,98 ± 0,01a -7,68 ± 0,21ab -8,58 ± 1,49ab 16 Fe 24729,63 ± 629,90b 22906,20 ± 5,24b 16482,41 ± 3,15a 24345,64 ± 0,02b 16427,69 ± 0,51a 47831,81 ± 1913,90c 17 Ca 13596,91 ± 100,01g 2429,90 ± 0,05c 2618,24 ± 0,02d 2291.87 ± 0,01b 8670,08 ± 2,09e 1849,61 ± 15,38a 18 Mg 4826,19 ± 18,88e 3107,13 ± 3,06d 2613,54 ± 9,55b 3037,04 ± 0,02c 2515,35 ± 55,64a 2474,12 ± 15,25a 19 Sb 0,11 ± 0,01a 0,27 ± 0,03b 0,16 ± 0,04ab 0,27 ± 0,06b 0,19 ± 0,02a 0,25 ± 0,07b