Trƣớc khi thực hiện phân tích, cần phân hủy mẫu để chuyển các nguyên tố cần phân tích về dạng tan trong dung dịch thích hợp. Các cách phân hủy thƣờng dùng nhƣ kiềm chảy, sử dụng các acid hay hỗn hợp các acid vô cơ kết hợp với các nguồn nhiệt nhƣ: bếp cách thủy, bếp cách cát, bếp điện... để hòa tan nguyên tố cần phân tích. Các kĩ thuật này có một số hạn chế nhƣ cần nhiều thời gian, nhân lực, sử dụng nhiều hóa chất, dễ mất chất phân tích, nguy cơ nhiễm bẩn cao...[25],[47],[48]
Hiện nay, kĩ thuật phân hủy mẫu bằng microwave khắc phục đƣợc những yếu điểm vừa nêu và đƣợc áp dụng rộng rãi trong phân tích nhiều loại mẫu nhƣ thực phẩm, nƣớc, rau quả, đất, trầm tích...Kĩ thuật này có ƣu điểm là thời gian phân hủy mẫu ngắn, ít tiêu tốn hóa chất, hạn chế nhiễm bẩn, dễ kiểm soát ... [25],[47],[48]. Tiếp tục xu hƣớng phát triển này, luận văn cũng sử dụng kĩ thuật microwave để chuẩn bị mẫu thử nghiệm.
Để hòa tan hoàn toàn các kim loại có trong nền mẫu đất thì cần sử dụng đến acid HF nhằm phá vỡ liên kết kim loại với cấu trúc silicate. Tuy nhiên, vì HF rất độc hại nên hạn chế sử dụng trong qui trình phân tích thông thƣờng. Mặt khác, phần kim loại liên kết chặt chẽ với silicate trong nền mẫu đất không có tính linh động vì thế sinh vật không hấp thu đƣợc, do đó phần kim loại này hầu nhƣ không gây ảnh hƣởng đến chất lƣợng đất. Theo quan điểm này, các nhà khoa học môi trƣờng chủ yếu quan tâm đến phần kim loại có tính linh động, có thể chiết tách khỏi nền đất bởi các acid vô cơ khác HF. Phần kim loại còn lại kết chặt vào nền silicate đóng vai trò thứ yếu, không quan trọng.[25],[49]
Hiện nay, có nhiều tiêu chuẩn quốc tế hƣớng dẫn việc phân hủy mẫu đất. Tuy nhiên, các loại acid và thành phần acid sử dụng cho phân hủy mẫu trong các tiêu chuẩn này thì không thống nhất với nhau. Tiêu chuẩn ISO 11466:1995[32] dùng hỗn hợp nƣớc cƣờng thủy để chiết kim loại từ mẫu đất đƣợc dùng rất thông dụng. Kết quả nghiên cứu các tác giả M.Bettinelli[23], M.Cheng[26], J.Sastre[48] và cộng sự cho thấy rằng nƣớc cƣờng thủy có khả năng chiết tách đƣợc phần lớn một số kim loại nhƣ As, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn, Mn...với hiệu suất thu hồi khoảng 89% -110% đối với nền mẫu đất, trầm tích. Bên cạnh đó cũng tồn tại một số tiêu chuẩn khác nhƣ ASTM D5258-02[21], US-EPA 3050B[51], US-EPA 3051A[52], US-EPA 3052[53] sử dụng acid HNO3 hay hỗn hợp HNO3 và HCl với tỉ lệ khác ISO 11466:1995 để chiết kim loại trong mẫu đất, trầm tích. Do đó, đề tài cần phải khảo sát lại các loại acid cho phân hủy mẫu để chuẩn hóa qui trình phân tích.
Sử dụng các loại acid nhƣ đã đƣợc trình bày ở phần 3.2.3.2. Kết quả khảo sát đƣợc biểu diễn trong bảng 4.7 và hình 4.3, 4.4.
Bảng 4.7: Hàm lƣợng kim loại và hiệu suất thu hồi khi phân hủy mẫu đất bằng các acid khác nhau.
Acid (mL) Hàm lƣợng trong mẫu (mg/kg) Rec (%)
HNO3 HCl HF As Cd Cu Ni Pb Zn As Cd Cu Ni Pb Zn
10 0 0 9.96 0.06 25.67 25.78 26.33 81.83 72.1 0.0 78.2 78.4 97.3 82.5 7.5 2.5 0 11.86 0.00 26.89 29.16 27.03 81.70 85.9 0.0 82.0 88.6 99.9 82.4 2.5 7.5 0 12.99 0.00 27.62 30.39 25.82 89.10 94.1 0.0 84.2 92.4 95.4 89.8
Hiệu suất thu hồi của các acid chiết so với tổng phân hủy mẫu :
Hình 4.4: Hiệu suất chiết các kim loại khỏi nền mẫu đất đối với các acid khác nhau.
Hình 4.3: So sánh hàm lƣợng các kim loại trong mẫu đất thu đƣợc đối với các loại acid khác nhau.
Nhận xét:
- Do mẫu đất dùng cho khảo sát không chứa Cd nên không thể đánh giá khả năng chiết Cd khỏi nền mẫu của các dạng acid sử dụng. Đây là một trong những khuyết điểm của đề tài nghiên cứu.
- Đối với Pb, hiệu quả chiết tốt nhất đối với hỗn hợp HNO3:HCl (3:1), hiệu quả thấp nhất đối với dung dịch HNO3:HCl (1:3). Tuy nhiên với hiệu suất chiết Pb là 95.4% thì dung dịch cƣờng thủy cũng đáp ứng rất tốt đƣợc mục tiêu của đề tài.
- Dung dịch nƣớc cƣờng thủy chiết đƣợc các kim loại (ngoại trừ Cd, Pb) khỏi nền mẫu đất là tốt hơn hai dạng acid còn lại. Hàm lƣợng các kim loại chiết tách đƣợc bằng dung dịch cƣờng thủy rất gần với tổng hàm lƣợng kim loại có trong mẫu. Điều này có thể giải thích do tính oxi hóa mạnh của nƣớc cƣờng thủy nên khả năng hòa tan các kim loại tốt hơn hai dạng acid còn lại. - Dạng acid mà ASTM D 5258-02, US EPA 3051A hƣớng dẫn áp dụng có
hiệu quả chiết các kim loại khỏi nền mẫu đất mà đề tài nghiên cứu kém hơn nƣớc cƣờng thủy.
- Tổng hợp các nhận xét đã nêu, trong đề tài này chọn hỗn hợp nƣớc cƣờng thủy-HNO3:HCl (1:3 theo thể tích) cho việc chiết các kim loại khỏi nền đất. Lựa chọn này cũng phù hợp với kết quả thực nghiệm của các tác giả: M.Bettinelli[23], M. Cheng[25], C.Y. Zhou[58].