Những năm gần đây trên thế giới kỹ thuật chiết điểm mù đã được nghiên cứu ứng dụng để phân tích ion kim loại trong các mẫu môi trường, mẫu sinh học. Tuy nhiên ở Việt Nam có rất ít các công bố nghiên cứu về chiết điểm mù để phân tích dạng kim loại. Theo tìm hiểu của chúng tôi ở Việt Nam đến nay có một số nghiên cứu về chiết điểm mù như sau:
Nguyễn Thị Hiên và cộng sự đã nghiên cứu ứng dụng phương pháp CPE – FAAS để phân tích dạng mangan trong nước chè trồng tại tỉnh Thái Nguyên. Phân tích hàm lượng tổng Mn trong lá chè bằng phương pháp FAAS sau khi vô cơ hóa mẫu lá chè bằng kỹ thuật vô cơ hóa ướt. Nghiên cứu này đã áp dụng quy trình CPE của S. Yalçin [88] và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng cho phù hợp với điều kiện của phòng thí nghiệm. Tác giả đã khảo sát các điều kiện tối ưu cho quá trình tạo phức và quá trình CPE tiến hành với mẫu chứa Mn2+ 0,5 mg/L và thu được kết quả: giá trị pH = 9,0 là tối ưu cho phản ứng tạo phức, nồng độ 8-HQ 5.10-4 M và nồng độ Triton X- 100 0,1%, nhiệt độ ủ 90oC, thời gian ủ 110 phút, nồng độ chất điện ly NaCl 0,5%, thời gian ly tâm 10 phút. Đánh giá hiệu suất thu hồi CPE bằng phương pháp thêm chuẩn đối với hai mẫu chè và thu được kết quả trong khoảng 91,7 – 94,5%. Ứng dụng quy trình CPE để phân tích dạng Mn trong chè Thái Nguyên, kết quả được trình bày trong bảng 1.5 [89].
Bảng 1.5. Hàm lượng Mn trong một số mẫu chè Thái Nguyên STT Mẫu chè Mn trong lá chè (mg/kg) Mn trong nước chè (mg/kg) Mn tổng chiết Mn(II)- flavonoid Mn(II)- tự do
1 Hồng Thái - Tân Cương 1399,1 344,02 17,21 326,81 2 Nam Thái - Tân Cương 693,9 173,40 8,46 164,94 3 Nam Tân - Tân Cương 899,2 230,54 10,97 219,57 4 Phúc Trìu - Thái Nguyên 1424,2 374,83 19,03 355,80 5 Mỹ Yên - Đại Từ 1532,4 390,10 18,58 371,52 6 Ký Phú - Đại Từ 751,7 190,92 9,27 181,65 7 La Bằng - Đại Từ 997,3 255,70 11,05 244,65 8 Trại Cài - Đồng Hỉ 1150,0 249,21 12,15 237,06 9 Hóa Thượng - Đồng Hỉ 712,3 190,45 9,20 181,25 10 Minh Lập - Đồng Hỉ 1156,4 290,8 14,01 276,79
Mangan chiết từ lá chè vào nước chè trong khoảng 21,7 ÷ 26,7%. Trong nước chè, nồng độ dạng mangan ở dạng liên kết flavonoid chiếm tỉ lệ nhỏ cỡ 5%, còn dạng Mn(II) – tự do và phức yếu chiếm 95% của mangan tổng chiết. Kết quả nghiên cứu này phù hợp với kết quả nghiên cứu của S. Yalçin và cộng sự đối với các mẫu chè lấy tại Istanbul - Thổ Nhĩ Kỳ [88].
Các tác giả Nguyễn Xuân Trung và Lê Thị Hạnh đã nghiên cứu ứng dụng phương pháp chiết điểm mù và quang phổ hấp thụ nguyên tử phân tích lượng vết Pb2+ và Cd2+ trong mẫu nước. Phản ứng tạo phức giữa Pb2+, Cd2+ với 1,5- Diphenylthiocarbazone (dithizone) thuận lợi nhất ở pH = 8,0 đệm photphat. Các điều kiện tối ưu cho quá trình CPE: nồng độ triton X-100 2,0%, nhiệt độ ủ 60oC và thời gian ủ 15 phút. Hiệu suất thu hồi trong khoảng 85,9 ÷ 88,5%. Quy trình được áp dụng phân tích lượng vết Pb2+ và Cd2+ trong mẫu nước Hồ Hoàn Kiếm và Hồ Tây [96].
pháp quang phổ hấp thụ phân tử để xác định hàm lượng Zn trong một số mẫu rau trồng tại Đà Lạt, sử dụng thuốc thử 1-(2-pyridylazo)-2- naphtol (PAN), chất hoạt động bề mặt Triton X-100. Phức chất màu hồng được tạo ra giữa Zn2+ và PAN trong môi trường pH 8,5, độ hấp thụ cực đại tại bước sóng 545nm. Phương pháp đạt được giới hạn phát hiện 0,12 mg/kg, với độ lặp lại RSD = 0,13% và độ thu hồi 89,3% [97]. Ở Việt Nam chưa có luận án nào nghiên cứu có hệ thống về chiết điểm mù Mn, Cr và ứng dụng để phân tích dạng Mn, Cr trong mẫu chè trên địa bàn Tỉnh Sơn La. Do đó, mục tiêu của luận án nghiên cứu về chiết điểm mù Mn, Cr với việc khảo sát đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết góp phần vào cải tiến phương pháp chiết là thực sự cần thiết.
1.6. Điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội của khu vực nghiên cứu
1.6.1. Điều kiện tự nhiên
Mộc Châu là huyện miền núi, cao nguyên và biên giới, nằm ở hướng Đông Nam của tỉnh Sơn La, cách Hà Nội 180 km về hướng Tây Bắc, diện tích tự nhiên là 1.081,66 km2, chiếm 7,49% diện tích của tỉnh Sơn La. Phía Bắc giáp huyện Phù Yên, phía đông giáp huyện Vân Hồ, phía Tây và Tây Bắc giáp huyện Yên Châu, tỉnh Sơn La, phía Nam giáp tỉnh Thanh Hóa và Nước CHDCND Lào với đường biên giới dài 40,6 km. Toàn Huyện có 15 đơn vị hành chính cấp xã bao gồm 2 thị trấn và 13 xã. Mộc Châu có đặc điểm đặc trưng địa hình vùng miền núi Tây Bắc, chia cắt phức tạp, nằm trên hệ thống núi đá vôi, có cao nguyên Mộc Châu với địa hình tương đối bằng phẳng, đất đai màu mỡ, khí hậu mát mẻ, độ cao trung bình khoảng 1.050 m so với mặt nước biển. Mộc Châu có cả bốn mùa rõ rệt, với đặc điểm nổi bật là vùng khí hậu cao nguyên ôn hòa, mát mẻ quanh năm. Nhiệt độ trung bình/năm khoảng 18-20oC, lượng mưa trung bình/năm khoảng 1500 - 1600 mm và độ ẩm không khí trung bình 85%.
Bắc Yên là huyện vùng cao, ở phía đông bắc của tỉnh Sơn La, độ cao trung bình từ 1000 -1400m so với mặt nước biển. Phía đông giáp huyện Phù Yên; phía tây giáp huyện Mường La và huyện Mai Sơn. Phía nam huyện Mộc Châu và huyện Yên Châu. Phía bắc giáp huyện Trạm Tấu, tỉnh Yên Bái. Huyện Bắc Yên có 16 đơn vị hành chính cấp xã bao gồm 01 thị trấn và 15 xã. Tổng diện tích tự nhiên 109863,74 ha, đất nông nghiệp 68027,76 ha, chiếm 61,9% tổng diện tích tự nhiên. Nhiệt độ trung bình hàng năm 18,5oC – 20oC. Thời tiết thường lạnh nhiều vào các tháng 10, 11, 12,
đến các tháng 1, 2 năm sau; nắng nhiều vào các tháng 4, 5, 6, 7; mưa nhiều vào các tháng 6, 7, 8, 9, lượng mưa trung bình hàng năm 1160 - 1600mm. Huyện Bắc Yên chia thành 3 vùng theo độ cao: vùng cao gồm 6 xã: Tà Xùa, Làng Chếu, Xím Vàng, Hang Chú, Háng Đồng, Hua Nhàn, độ cao trung bình 1300m so với mặt nước biển, khí hậu mát mẻ, mùa đông lạnh (từ 5-10oC) quanh năm có sương mù. Vùng giữa gồm 4 xã Phiêng Ban, Mường Khoa, Hồng Ngài, Song Pe và Thị trấn Bắc Yên, là vùng chịu ảnh hưởng của gió mùa đông bắc và thường có sương muối, từ tháng 3 đến tháng 5 hàng năm có gió Lào. Vùng còn lại là các xã vùng lòng hồ sông Đà gồm: Chiềng Sại, Phiêng Côn, Tạ Khoa, Chim Vàn, Pắc Ngà, Song Pe.
1.6.2. Điều kiện kinh tế - xã hội
Theo thống kê năm 2013, huyện Mộc Châu có diện tích tự nhiên 108.166 ha diện, dân số 104.730 người. Giá trị sản xuất các ngành kinh tế tăng bình quân 19,3%, năm 2014 ước đạt 6.437 tỷ đồng, GDP bình quân đầu người ước đạt 1300 USD, cơ cấu kinh tế: nông lâm nghiệp và thuỷ sản chiếm 29,8%, công nghiệp - xây dựng chiếm 47,8% và dịch vụ chiếm 22,4%. Tổng vốn đầu tư toàn xã hội năm 2014 ước đạt 820 tỷ đồng, tăng bình quân 2,6%, thu ngân sách địa phương đạt 613 tỷ đồng.
Trong sản xuất nông nghiệp cây chè là một thế mạnh của huyện Mộc Châu. Được triển khai từ năm 1958, đến nay có 14 doanh nghiệp sản xuất kinh doanh chè (01 doanh nghiệp trung ương, 02 doanh nghiệp 100% vốn nước ngoài, 11 doanh nghiệp tư nhân), tổng diện tích chè hiện có 1748 ha, sản lượng đạt khoảng 20 ngàn tấn chè búp tươi/năm, thị trường tiêu thụ chủ yếu là Nhật bản, Đài Loan, Pakistan và một số thị trường khác.
Theo thống kê năm 2019, huyện Bắc Yên có 65210 người, bao gồm 17 dân tộc sinh sống trong đó có 7 dân tộc chiếm đa số là H’Mông, Thái, Mường Kinh, Dao, Khơ Mú, Tày (người H’Mông chiếm gần một nửa). Là huyện miền núi vùng cao của tỉnh Sơn La, Bắc Yên hiện có 15/16 xã, thị trấn thuộc diện đặc biệt khó khăn. Năm 2014, thu nhập 15,5 triệu/người/năm, GDP bình quân đạt 13,6%/năm. Huyện Bắc Yên có địa hình dốc và có nhiều sông suối nên thuận lợi để xây dựng các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ. Trên địa bàn huyện có 10 nhà máy thủy điện đưa vào hoạt động. Về tài nguyên khoáng sản, huyện Bắc Yên có nhiều loại khoáng sản như niken, đồng, chì, cao lanh, uran.
trong phát triển kinh tế của huyện Bắc Yên. Theo Kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội năm 2020 của huyện Bắc Yên, khôi phục, cải tạo và phát triển diện tích chè Shan tuyết hiện có đồng thời trồng mới diện tích chè đặc sản Tà Xùa, đưa chè trở thành sản phẩm chủ lực của huyện; tạo điều kiện cho Doanh nghiệp đầu tư hỗ trợ kỹ thuật, giống, vật tư, tiêu thụ sản phẩm để các hộ cải tạo, chăm sóc chè, nâng cao chất lượng chế biến. Phấn đấu rồng mới 20 ha, đưa diện tích cây chè đặc sản Tà Xùa lên 258 ha trong năm 2020.
• Tóm tắt phần tổng quan của luận án
Trong các nguyên tố vi lượng trong chè, mangan và crom là hai nguyên tố thiết yếu cho cơ thể. Mangan đóng một vai trò quan trọng trong chuyển hóa carbohydrate, hấp thụ canxi, và điều chỉnh hàm lượng đường trong máu. Mangan cũng cần thiết cho chức năng não và thần kinh bình thường. Mangan là một thành phần quan trọng của hệ thống enzyme. Dạng Cr (III) là một yếu tố vi lượng thiết yếu liên quan đến việc kiểm soát chuyển hóa glucose bằng insulin. Tuy nhiên dạng Cr(VI) lại gây độc cho cơ thể. Do đó phân tích hàm lượng Mn, Cr trong chè là thật sự cần thiết giúp đánh giá ảnh hưởng của Mn, Cr đến sức khỏe người sử dụng.
Qua nghiên cứu các tài liệu tham khảo trong và ngoài nước liên quan đến nghiên cứu phân tích dạng kim loại mangan, crom trong chè bằng phương pháp chiết điểm mù cho thấy việc xác định hàm lượng tổng và các dạng liên kết của kim loại mangan, crom trong chè là rất cần thiết. Dạng Mn(II) - chất hữu cơ có lợi hơn so với dạng Mn(II) - vô cơ và dạng Cr(III) có lợi hơn đối với sức khỏe so với dạng Cr(VI).
Sau khi hệ thống các cơ sở lý thuyết của quy trình chiết điểm mù mangan, crom đã lựa chọn được quy trình phù hợp để áp dụng cho luận án đó là quy trình chiết điểm mù của S. Yalçin [87] nhưng cần khảo sát lại các yếu tố ảnh hưởng để lựa chọn điều kiện tối ưu nhằm tăng hiệu suất chiết và định lượng bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
Dựa trên tình hình nghiên cứu phân tích mangan, crom trong chè, các nghiên cứu hầu hết tập trung vào phân tích hàm lượng tổng, điều đó không cho biết được hàm lượng từng dạng mangan, crom trong lá chè.
Ở Việt Nam, chưa có công trình công bố nghiên cứu một các đầy đủ về kỹ thuật chiết điểm mù kết hợp với quang phổ hấp thụ nguyên tử xác định dạng mangan,
crom trong chè trên địa bàn huyện Mộc Châu và huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La. Huyện Mộc Châu và huyện Bắc Yên là vùng nguyên liệu chè lớn của tỉnh Sơn La, đặc biệt là cây chè Tà Xùa là loại chè cổ thụ có giá trị kinh tế cao, do đó cần được nghiên cứu xác định thành phần hóa học nói chung và hàm lượng dạng mangan, crom nói riêng góp phần đánh giá chất lượng chè.
CHƯƠNG 2. ĐIỀU KIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1. Máy móc, thiết bị, hóa chất
2.1.1. Máy móc, thiết bị
➢ Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử:
Các phép phân tích mangan, crom được thực hiện trên hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS ZEEnit 700 của hãng Analytik Jena (Đức) tại phòng Hóa phân tích - Trường Đại học Tây Bắc (Hình 2.1). Ngoài ra, hàm lượng mangan và crom được phân tích so sánh trên hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS- 3300 của hãng Perkin Elmer (Mỹ) tại phòng Hóa phân tích - Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Hình 2.1. Hệ thống quang phổ hấp thụ nguyên tử tử AAS ZEEnit 700
Phân tích mangan bằng kỹ thuật quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (FAAS) dùng đèn catot rỗng (HCL) nguyên tố Mn, bổ chính nền bằng đèn Deuteri (D2).
Phân tích crom bằng kỹ thuật quang phổ hấp thụ nguyên tử lò graphit (GFAAS) dùng lò graphit platform, bổ chính nền dùng kỹ thuật Zeeman.
➢ Hệ thống máy quang phổ nguồn plasma cảm ứng cao tần kết nối khối phổ NexION 2000 ICP-MS được sử dụng để khảo sát thành phần một số nguyên tố kim loại trong mẫu chè và phân tích so sánh hàm lượng mangan, crom trong mẫu nghiên cứu với kết quả phân tích trên máy AAS ZEEnit 700 và máy AAS-3300.
➢ Tủ sấy UNB 400 của hãng Memmert dùng để sấy các mẫu lá chè và dụng cụ thủy tinh.
➢ Máy nghiền mẫu A11 basic của hãng IKA dùng để nghiền nhỏ mẫu lá chè sau khi sấy.
➢ Cân phân tích XT 220A của hãng Precisa (độ chính xác ± 0,0001g) dùng để cân khối lượng mẫu và hóa chất.
➢ Máy đo pH model HI 2211 của hãng Hanna (độ chính xác ± 0,01) dùng điều chỉnh pH của các dung dịch đệm.
➢ Bể ổn nhiệt WNB14 hãng Memmert dùng để đun cách thủy các mẫu chiết điểm mù mangan, crom.
➢ Máy lắc Vortex ZX3 hãng Velp dùng để đồng nhất mẫu.
➢ Máy cất nước hai lần WSC/4D hãng Hamilton.
➢ Máy khuấy từ IKA RCT basic, tốc độ khuấy từ 0 - 1200 vòng/phút.
➢Micropipet các loại 2-20µl, 20-200µl, 100-1000µl, 1000-5000 µl của hãng Jencons.
➢Các dung cụ thủy tinh phòng thí nghiệm được làm sạch bằng cách ngâm 8 giờ trong dung dịch HNO3 10%.
2.1.2. Hóa chất
➢ Các chất tạo phức
• 8-hydroxyquinoline (8 – HQ) của hãng Merck
Công thức phân tử: C9H7NO, khối lượng mol phân tử: 145,16 g/mol
• 1-(2-pyridylazo)-2-naphtol (PAN) của hãng Merck
➢ Chất hoạt động bề mặt không ion (nonionic surfactant)
• Octylphenoxypolyethoxyethanol (Triton X-100) của hãng Merck.
Với giá trị n = 9 ÷ 10, khối lượng mol trung bình: 647 g/mol
• (1,1,3,3-Tetramethylbutyl) phenyl-polyethylene glycol: (Triton X-114) của hãng Merck.
Với giá trị n = 7 ÷ 8, khối lượng mol trung bình: 537 g/mol
➢ Các dung dịch làm việc: Mn2+, Cr3+, 2- 2 7
Cr O , - 4
MnO , Zn2+, Fe3+, Ni2+, Co2+, Al3+, Pb2+, Cu2+, Mg2+, Ca2+, Ag+,...được pha từ dung dịch chuẩn nồng độ 1000 ± 1 mg/L của hãng Merck.
➢ Các hóa chất: axit nitric HNO3 65%, axit pecloric HClO4 70 – 72% hãng Merck, axit axetic CH3COOH, natri axetat CH3COONa.3H2O, kali đihiđrophotphat KH2PO4, axit boric H3BO3, borac Na2B4O7.10H2O, axit clohidric HCl 37%, natri hidroxit NaOH, kali clorua KCl tinh khiết phân tích dùng pha các dung dịch đệm pH.
2.2. Vị trí, phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu
2.2.1. Vị trí lấy mẫu
Huyện Mộc Châu có vùng trồng chè lớn với tổng diện tích 1748 ha, sản lượng đạt khoảng 20000 tấn chè búp tươi/năm. Cây chè được trồng chủ yếu ở 4 xã, thị trấn bao gồm: Thị trấn Nông Trường, xã Phiêng Luông, xã Tân Lập và xã Chiềng Sơn. Cây chè Mộc Châu có độ tuổi chủ yếu từ 4 đến 8 năm, cây chè có độ cao 40-45cm (hình 2.2).
Hình 2.2. Thu hái mẫu chè tại huyện Mộc Châu
Tại huyện Mộc Châu, chúng tôi thu hái mẫu chè tại 8 vị trí của 4 địa điểm: Thị trấn Nông Trường, xã Phiêng Luông, xã Tân Lập và xã Chiềng Sơn, mỗi điểm thu hái 02 mẫu. Mẫu chè được thu hái hai đợt, đợt 1 ngày 10/12/2017 thời điểm thu hái vào mùa khô (thời tiết mát, khô ráo, nhiệt độ 20oC) và đợt 2 ngày 07/4/2018 vào mùa mưa (thời tiết mát, khô ráo, nhiệt độ 28oC). Vị trí thu mẫu được trình bày trong bảng 2.1 và hình 2.3.
Bảng 2.1. Vị trí thu các mẫu chè tại huyện Mộc Châu