CHƢƠNG 2 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.2.1.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu
Mẫu nƣớc ngầm đƣợc lấy ngẫu nhiên từ 99 giếng khoan gia đình tại xã Thƣợng Cát vào tháng 9/2011 với mật độ trung bình khoảng 25 mẫu/km2. Vùng nghiên cứu có vĩ độ từ 21,0870N đến 21,0990N; kinh độ từ 105,7290E đến 105,7390E.
Quá trình lấy mẫu nƣớc đƣợc thực hiện nhƣ sau: Bật máy bơm khoảng 10 phút. Tráng chai đựng mẫu 3 lần bằng chính nƣớc giếng. Sau đó, lọc qua màng lọc xenlulo axetat cỡ 0,45 µm để loại bỏ tạp chất rồi thu vào các chai đựng mẫu thể tích 250mL. Mẫu đƣợc axit hóa ngay tại hiện trƣờng bằng 0,5mL dung dịch a xít HNO3 để đảm bảo pH của mẫu < 2 và chuyển về phịng thí nghiệm[15].
3.2.1.2. Xây dựng đường chuẩn phân tích mangan [3],[15]
Mangan có khoảng tuyến tính khá rộng, từ 0,05 – 5 mg/L. Trong luận văn này, đƣờng chuẩn mangan đƣợc xây dựng với nồng độ từ 0,05 – 4 mg/L bao gồm 6 điểm 0,05; 0,1; 0,5; 1; 2; 4 mg/L.
* Đo trực tiếp
- Chuẩn bị dung dịch chuẩn Mn 10 mg/L
Lấy 0,5mL dung dịch chuẩn gốc Mn 1000 mg/L vào bình định mức 50mL, định mức tới vạch bằng nƣớc deion.
- Đuờng chuẩn
Lấy lần lƣợt các thể tích: 0,125; 0,25; 1,25; 2,5; 5; 10 mL dung dịch chuẩn Mn 10 mg/L vào 6 bình định mức 25 mL. Định mức tới vạch bằng dung dịch a xít HCl 2% (0,55M).
* Pha loãng tỉ lệ 1:5
- Chuẩn bị dung dịch chuẩn Mn 50 mg/L
Lấy 1,25 mL dung dịch chuẩn gốc Mn 1000 mg/L vào bình định mức 25 mL, định mức tới vạch bằng nƣớc deion.
- Chuẩn bị các dung dịch chuẩn Mn 0,25; 0,5 ; 2,5; 5 ; 10 ; 20 mg/L.
Lấy lần lƣợt các thể tích: 0,05; 0,1; 0,5; 1; 2;4 mL dung dịch chuẩn Mn 50 mg/L vào 6 bình định mức 10 mL. Định mức tới vạch bằng nƣớc deion.
- Đƣờng chuẩn
Lấy 5 mL các dung dịch chuẩn có nồng độ lần lƣợt là 0,25; 0,5; 2,5; 5; 10; 20 mg/L vào 6 bình định mức 25 mL. Định mức tới vạch bằng dung dịch a xít HCl 2% (0,55M).
3.2.1.3. Chuẩn bị dung dịch kiểm chứng [15]
- Dung dịch chuẩn ICP: đây là dung dịch chuẩn gồm 23 nguyên tố khác nhau đã biết trƣớc nồng độ.
Pha loãng 0,5mL dung dịch ICP Mn 997 mg/L thành 10mL bằng nƣớc deion. Khi đó ta thu đƣợc dung dịch ICP 49,85 mg/L.
Sau đó lấy 0,25 mL dung dịch ICP 49,85 mg/L vào bình định mức 25 mL. Định mức tới vạch bằng dung dịch HCl 2% (0,55M) ta thu đƣợc dung dịch chuẩn ICP 0,5mg Mn/L.
- Dung dịch chuẩn ARS 24: đây là mẫu nƣớc ngầm chứa các nguyên tố lƣợng vết đã biết trƣớc nồng độ.
+ Chuẩn bị dung dịch ARS 0,506 mg Mn/L
Pha loãng 2mL dung dịch ARS 24 2,53 mg Mn/L thành 10mL bằng nƣớc deion. Khi đó ta thu đƣợc dung dịch ARS 0,506 mg Mn/L.
3.2.1.4. Chuẩn bị mẫu phân tích [15] * Khơng pha lỗng * Khơng pha lỗng
Lấy khoảng 10 mL dung dịch mẫu vào các ống nghiệm nhựa có nắp đậy P.P 15 mL, lắc đều rồi đem phân tích trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
* Pha loãng mẫu theo tỉ lệ 1:5.
Lấy 2mL dung dịch mẫu vào các ống nghiệm nhựa có nắp đậy P.P 15 mL, định mức lên 10 mL bằng nƣớc deion, lắc đều rồi đem phân tích máy quang phổ hấp thụ ngun tử AAS.
3.2.2. Phân tích mẫu tóc
3.2.2.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu
Mẫu tóc đƣợc cắt sát da đầu ở vùng chỏm hoặc vùng sau gáy bằng kéo inox khơng gỉ. Mẫu tóc cắt xong cho vào túi nilon có khóa kéo, dán nhãn.
3.2.2.2. Xử lí mẫu
Mẫu tóc đƣợc đƣa từ các túi nilon sang các lọ nhựa rồi rửa sạch bằng dầu gội đầu trung tính (Johson’s baby shampoo), xả nhiều lần bằng nƣớc thƣờng tới khi hết bọt, rửa lại 3 lần bằng nƣớc deion. Đem sấy ở nhiệt độ 700C đến khô. Dùng kéo ceramic cắt nhỏ tóc đến < 1cm, trộn đều rồi bảo quản trong túi PE sạch có khóa zip.
Sau khi xử lí trong lị vi sóng, mẫu đƣợc phân tích trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS sử dụng đƣờng chuẩn nhƣ ở phần 3.2.1.2.
Qui trình phân tích mangan trong mẫu tóc đƣợc trình bày trong hình dƣới đây Rửa sạch bằng dầu gội đầu trung tính Rửa nƣớc deion 3 lần, sấy đến khô ở 700C
3ml HNO3, 5 phút 1 mL H2O2, 15 phút Năng lƣợng thấp (300W) :10 phút 0 : 2 phút Năng lƣợng cao (600W) : 15 phút 0 : 1 phút Năng lƣợng trung bình (450W) : 10 phút 2mL dung dịch mẫu Định mức tới 10 mL Phân tích AAS Bƣớc sóng 279,50nm Để nguội Định mức đến 10 mL Mẫu tóc Cắt nhỏ tóc bằng kéo ceramic 0,3g tóc Cho vào ống teflon
Hình 3.3. Một số hình ảnh xử lí mẫu tóc
Trong mỗi mẻ xử lý, 1 mẫu ngẫu nhiên đƣợc làm lặp lại để kiểm tra tay nghề của ngƣời phân tích, một mẫu trắng đƣợc thực hiện kèm theo để kiểm tra sự nhiễm bẩn của hóa chất và dụng cụ ở phịng thí nghiệm. Với mẫu trắng, 1mL nƣớc deion đƣợc dùng làm nền mẫu. Sau mỗi mẻ xử lí, các ống teflon đƣợc làm sạch bằng cách cho 1mL nƣớc deion vào ống teflon, thêm hỗn hợp oxi hóa rồi đun theo chƣơng trình năng lƣợng nhƣ bảng 2.2. Sau đó các ống teflon đƣợc rửa sạch, tráng nƣớc cất 3 lần và để khô tự nhiên.
3.2.3. Hiệu suất thu hồi và độ lặp lại
3.2.3.1. Xác định hiệu suất thu hồi
Hiệu suất thu hồi đƣợc xác định trên 2 đối tƣợng mẫu: mẫu tóc kiểm chứng và mẫu tóc thật.
- Mẫu kiểm chứng: mẫu tóc kiểm chứng NCS ZC 81002b của trung tâm phân tích quốc gia Trung Quốc, có nồng độ mangan trong mẫu là 3,83 ± 0,39 mg/kg.
Cân 0,3 g tóc cho vào ống teflon. Sau đó thêm hỗn hợp oxi hóa và xử lí mẫu theo chƣơng trình năng lƣợng nhƣ bảng 2.2. Làm lặp lại 3 lần.
- Mẫu tóc thật thêm chuẩn: Chọn 2 mẫu tóc khác nhau. Cân 0,3 g tóc cho vào ống teflon. Thêm 100 µL dung dịch chuẩn mangan 100 mg/L. Sau đó thêm hỗn hợp oxi hóa và xử lí mẫu theo chƣơng trình năng lƣợng nhƣ bảng 2.2. Mỗi mẫu làm lặp lại 2 lần.
3.2.3.2. Kiểm tra độ lặp lại của qui trình phân tích mẫu tóc
Chọn 3 mẫu tóc khác nhau. Cân 0,3 g tóc cho vào ống teflon. Sau đó thêm hỗn hợp oxi hóa và xử lí mẫu theo chƣơng trình năng lƣợng nhƣ bảng 2.2. Mỗi mẫu làm lặp lại 6 lần.
3.2.4. Phương pháp xử lý số liệu
Kết quả thực nghiệm đƣợc xử lý theo phƣơng pháp thống kê, sử dụng các phần mềm Excel 2003, Minitab 15.
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1. Độ tin cậy của qui trình phân tích 4.1. Độ tin cậy của qui trình phân tích
4.1.1. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của thiết bị
Đối với mẫu nƣớc
Kết quả phân tích lặp lại 9 lần mẫu nƣớc có nồng độ mangan 0,1(mg/L) đƣợc trình bày trong bảng sau:
Bảng 4.1. Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của thiết bị
Lần đo lặp lại thứ Nồng độ(mg/L) RSD(%) SD 1 0,1003 2 0,1004 3 0,098 4 0,0911 5 0,0926 6 0,0976 7 0,1054 8 0,1028 9 0,1015 Trung bình 0,0989 4,68 0,0046
Từ đó xác định đƣợc giới hạn phát hiện và giới hạn định lƣợng của thiết bị là - Giới hạn phát hiện 3 * SD = 3 * 0,0046 = 0,014 (mg/L)
- Giới hạn định lƣợng 10 * SD = 10 * 0,0046 = 0,046 (mg/L)
Đối với mẫu tóc
Giới hạn định lƣợng của mẫu tóc đƣợc qui đổi theo công thức sau: 0,046 mg/L * 10 * 10-3 L/ (0,3 *10-3 kg)=1,5 (mg/kg)
4.1.2. Đuờng chuẩn phân tích mangan
Hình 4.1. Đường chuẩn Mn trên thiết bị AA-6800
Kết quả phân tích mangan trong dung dịch ICP, ARS ngoại suy từ đƣờng chuẩn đều nằm trong khoảng 90 -110%. Mặt khác hệ số tƣơng quan r = 0,997 nên đƣờng chuẩn này có độ chính xác cao, đáp ứng yêu cầu phân tích.
4.1.3. Hiệu suất thu hồi trên nền mẫu tóc kiểm chứng
Kết quả hiệu suất thu hồi trên nền mẫu tóc kiểm chứng đƣợc trình bày trong bảng 4.2.
Bảng 4.2. Hiệu suất thu hồi trên mẫu tóc kiểm chứng
Mẫu
Mẫu tóc NCS ZC 81002b (3,83 ± 0,39 mg/kg)
Hàm lƣợng Mn đo đƣợc Hiệu suất thu hồi
(mg/kg) (%) 1 3,7 95,5 2 3,5 91,6 3 3,7 96,3 Trung bình 3,6 94,0 S 0,1 RSD (%) 2,7
Độ lệch chuẩn tuơng đối (RSD) mẫu tóc kiểm chứng là 2,7%, nhỏ hơn 5% chứng tỏ việc xử lí mẫu có độ lặp lại rất tốt [6].
Giá trị hàm lƣợng mangan trung bình trong mẫu kiểm chứng sau khi đƣợc phân tích trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS là 3,6 ± 0,2 (mg/kg)
(với t = 2,919986, P = 0,95, n = 3). Hiệu suất thu hồi đạt đƣợc rất cao 94 ± 5,2%, nằm trong khoảng 90 - 110%.
Để kiểm tra xem phƣơng pháp phân tích có mắc sai số hệ thống hay khơng, ở đây tác giả đã tiến hành lặp lại 3 thí nghiệm từ mẫu chuẩn kiểm chứng và sử dụng chuẩn Student (chuẩn t) so sánh giá trị mangan trung bình đo đƣợc là x với giá trị thực µ0 [6].
Giá trị t tính đƣợc tính tốn theo theo cơng thức
Trong đó x = 3,6, µ0 = 3,83; S = 0,1; N = 3 Thay số vào ta có ttính = 3,98
So sánh với tbảng (0,99, 2) = 6,96
Nhận thấy, với độ tin cậy 99% thì ttính< tbảng nên có thể kết luận x khơng khác µ0 hay phƣơng pháp không mắc sai số hệ thống mà chỉ mắc sai số ngẫu nhiên.
4.1.4. Hiệu suất thu hồi trên nền mẫu tóc thêm chuẩn
Kết quả hiệu suất thu hồi trên nền mẫu tóc thêm chuẩn đƣợc trình bày trong bảng 4.3.
Bảng 4.3. Hiệu suất thu hồi trên nền mẫu tóc thêm chuẩn
Mẫu T1 Mẫu T2
Nồng độ Mn qui đổi Lấn 1 106,4 113,2
(mg/L) Lần 2 110,4 92,8
Trung bình 108,4 103,0
Hiệu suất thu hồi của mangan trên 2 mẫu T1 và T2 đạt đƣợc rất cao, lần lƣợt là 108,4% và 103,0% và đều nằm trong khoảng 90 - 110%.
4.1.2. Độ lặp lại của qui trình phân tích mẫu tóc
Kết quả độ lặp lại của qui trình phân tích đƣợc trình bày trong bảng 4.3.
Bảng 4.4. Độ lặp lại của qui trình phân tích mẫu tóc
Lần Mẫu T3 Mẫu T4 Mẫu T5
Hàm lƣợng Mn đo đƣợc (mg/kg) 1 92,6 170,4 25,8 2 91,4 176,5 25,8 3 91,7 174 25,7 4 90,9 179,2 25,4 5 89,7 168,7 25,6 6 89,2 168,2 25 Trung bình 90,9 172,8 25,6 SD 1,3 4,5 0,3 RSD(%) 1,4 2,6 1,2
Độ lệch chuẩn tuơng đối (RSD) của 3 mẫu tóc T3, T4, T5 lần lƣợt là 1,4%, 2,6%, 1,2% đều nhỏ hơn 5% chứng tỏ việc xử lí mẫu có độ lặp lại rất tốt.
Với kết quả về hiệu suất thu hồi của mẫu kiểm chứng và mẫu thêm chuẩn thu đƣợc rất cao và đều nằm trong khoảng 90-110% chứng tỏ kĩ thuật xử lý ƣớt trong lị vi sóng với chƣơng trình năng lƣợng ở bảng 2.2 đã vơ cơ hóa hồn tồn lƣợng magan có trong mẫu.
Độ lệch chuẩn tƣơng đối của mẫu tóc kiểm chứng và mẫu tóc thật đều nhỏ hơn 5% khẳng định q trình phân tích mẫu có độ lặp lại rất tốt. Mặt khác, kết quả phân tích các mẫu trắng đều có hàm lƣợng mangan nhỏ hơn giới hạn định lƣợng, chứng tỏ rằng hóa chất tinh khiết và dụng cụ thí nghiệm khơng bị nhiễm bẩn.
Vì vậy, qui trinh phân tích mangan trong mẫu nƣớc và mẫu tóc có độ chính xác cao, hoàn toàn đáng tin cậy và đƣợc sử dụng để phục vụ cho việc phân tích các mẫu thực tiếp theo.
4.2. Ô nhiễm mangan trong nƣớc giếng khoan tại khu vực nghiên cứu
Bảng 4.5. Nồng độ Mn trong nước giếng khoan tại Thượng Cát và Nghĩa Dân
Địa điểm Thƣợng Cát Nghĩa Dân
Tổng số mẫu 99 20
Mn Trung bình 2,8 0,3
(mg/L) Min < 0,05 0,1
Max 9,0 0,7
SD 2,2 0,1
Phân tích 99 mẫu nƣớc giếng khoan tại xã Thƣợng Cát đã thu đƣợc kết quả nhƣ sau: nồng độ mangan nằm trong khoảng từ < 0,05 mg/L tới 9,0 mg/L, với trung bình và trung vị lần lƣợt là 2,8 mg/L và 2,2 mg/L. Điểm đáng lƣu ý là có tới gần 90% số giếng có nồng độ mangan vƣợt quá qui chuẩn mangan trong nƣớc uống ở Việt Nam QCVN 01:2009/BYT (0,3 mg/L) đƣợc biểu thị bằng phần màu đỏ chiếm gần nhƣ tồn bộ hình trịn. Chỉ có 10 giếng đáp ứng u cầu, chiếm 10,1%, đƣợc biểu thị bằng phần sọc màu xanh. Khi so sánh với tiêu chuẩn của tổ chức Y Tế Thế Giới WHO thì có 84,9% số giếng nghiên cứu có nồng độ mangan vƣợt quá giới hạn cho phép (0,4mg/L), trong đó 57,6 % số mẫu có nồng độ trong khoảng 0,4 - 4 mg/L, 27,3% số mẫu có nồng độ > 4 mg/L. Kết quả này cho thấy nƣớc ngầm ở Thƣợng Cát đang bị ô nhiễm mangan nghiêm trọng.
Với điểm đối chứng – Nghĩa Dân, nồng độ mangan trong 20 mẫu nƣớc nằm trong khoảng từ 0,1 - 0,7 mg/L, với trung bình là 0,3 mg/L. Trong đó, có 3 mẫu vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép của tổ chức Y Tế Thế Giới (0,4 mg/L), có 5 mẫu có nồng độ > 0,3 mg/L. 75% số mẫu đáp ứng qui chuẩn mangan trong nƣớc ăn uống của Việt Nam QCVN 01:2009/BYT là 0,3 mg/L, đƣợc biểu thị bằng phần sọc xanh chiếm phần lớn diện tích hình trịn. Kết quả này chỉ ra rằng nƣớc ngầm ở Nghĩa Dân hầu nhƣ khơng bị tình trạng ơ nhiễm mangan đe dọa.
Thượng Cát 10% 90% < 0,3 mg/L > 0,3 mg/L Nghĩa Dân 75% 25%
Hình 4.2. Sự phân bố nồng độ Mn tại Thượng Cát và Nghĩa Dân
Sự kết hợp giữa tọa độ GPS và nồng độ mangan trong nƣớc giếng khoan ở từng điểm lấy mẫu cho ta hình vẽ biểu diễn mức độ ơ nhiễm mangan ở Thƣợng Cát.
Hình 4.3. Ơ nhiễm Mn trong nước giếng khoan tại Thượng Cát
Hình 4.3 cho thấy vùng giữa xã đa số các giếng đều có nồng độ mangan < 0,3 mg/L, đáp ứng yêu cầu của tổ chức Y Tế Thế Giới WHO (0,4 mg/L) và qui chuẩn mangan trong nƣớc uống ở Việt Nam (0,3 mg/L). Nhƣng ở các khu dân cƣ xung
quanh, đặc biệt là khu vực dọc đê sơng Hồng (phần phía trong đê), nồng độ mangan trong nƣớc giếng đều cao, hầu hết nằm trong khoảng từ 0,3 - 3 mg/L, nhiều nơi > 3 mg/L.
Nồng độ mangan trung bình trong nƣớc giếng khoan tại Thƣợng Cát là 2,8 mg/L, cao gấp 20 lần so với ở Thụy Điển (0,15 mg/L), cao hơn 5 lần so với nồng độ mangan trung bình của 3534 giếng khoan ở Băng-la-đét (0,554 mg/L). Bên cạnh đó, theo kết quả cuộc khảo sát do Agusa và cộng sự tiến hành năm 2005 tại hai huyện ngoại thành khác của Hà Nội là Gia Lâm và Thanh Trì cũng đã phát hiện thấy sự ơ nhiễm mangan trong 25 mẫu nƣớc giếng khoan ở khu vực này [8]. Giá trị trung vị của nồng độ mangan ở cả Gia Lâm và Thanh Trì đều lớn hơn 1 mg/L, với 76% số mẫu nƣớc ngầm có nồng độ mangan cao hơn tiêu chuẩn cho phép của WHO 0,4 mg/L [8]. Tuy nhiên, tình trạng ơ nhiễm khơng nghiêm trọng nhƣ ở Thƣợng Cát. Nồng độ mangan trung bình ở Gia Lâm là 1,52 mg/L thấp hơn Thƣợng Cát 1,8 lần. Nồng độ mangan trung bình ở Thanh Trì là 1,26 mg/L thấp hơn Thƣợng Cát 2,2 lần.
0,15 0,30 0,55 1,26 1,52 2,80 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Thụy Điển (n=12000) Nghĩa Dân (n=20) Băng-la-đét (n=3534) Thanh Trì (n=14) Gia Lâm (n=11) Thượng Cát (n=99) M n - n ư ớ c (mg /L )
Điều đáng lƣu tâm ở đây đó là, nồng độ mangan trong nƣớc giếng khoan ở cả Gia Lâm, Thanh Trì và Thƣợng Cát đều cao hơn nhiều so với mức nồng độ trung bình ở nhiều quốc gia trên thế giới. Điều này cảnh báo sự ô nhiễm mangan ở mức độ đáng báo động trên địa bàn Hà Nội.
Tình trạng ơ nhiễm mangan trong nƣớc ngầm ở các xã Vĩnh Trụ, Hòa Hậu, Bồ