3.2.1. Kiểm soát chất lượng quy trình phân tích qua phân tích mẫu chuẩn
Để khẳng định khả năng ứng dụng thực tế của điện cực BiFE cho phương pháp DP-ASV phân tích lượng vết Pb và Cd, trước hết cần kiểm soát chất lượng quy trình phân tích qua đánh giá độ đúng và độ lặp lại khi phân tích mẫu chuẩn.
Mẫu trầm tích sông GBW07301a do Viện Nghiên cứu Thăm dò Địa vật lý và Địa hóa Trung Quốc (Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, China) chế tạo được chọn làm mẫu chuẩn (hay mẫu CRM) để đánh giá độ đúng và độ lặp lại của quy trình phân tích (Chứng chỉ của mẫu trầm tích sông GBW07301a được nêu ở Phụ lục P2).
Phương pháp phân huỷ mẫu đóng vai trò quan trọng đến chất lượng của quy trình phân tích. Khi phân tích các mẫu môi trường và sinh hóa, nhất thiết phải lựa chọn phương pháp phân hủy mẫu tin cậy sao cho chuyển được toàn bộ chất phân tích vào dung dịch và đồng thời tránh sự nhiễm bẩn cũng như làm mất chất phân tích. Qua nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp phân hủy mẫu đến phép xác định lượng vết các kim loại trong đất và bùn cống (có 14 phòng thí nghiệm tham gia), Ackers [24] cho rằng: phương pháp phân hủy mẫu do cục Môi trường Liên hiệp Anh (UK Department of Environment, Standing Committee of Analysts (SCA)) đề nghị là một trong những phương pháp đạt được độ đúng và độ lặp lại tốt nhất. Chính vì vậy, chúng tôi áp dụng phương pháp này để phân hủy mẫu chuẩn trầm tích sông GBW07301a.
Lấy chính xác 0,5000 g mẫu chuẩn (đã được sấy khô ở 105oC đến khối lượng không đổi) vào bình phân hủy mẫu (bình thủy tinh chuyên dụng của hãng Buchi, Thụy Sỹ), thêm 20 mL hỗn hợp cường thủy (HCl : HNO3 = 3 : 1), ngâm qua đêm. Sau đó đem đun hồi lưu trong 2 giờ. Làm nguội mẫu, lọc qua màng lọc sợi thủy tinh có kích thước lỗ 0,45 m, rửa và định mức dịch lọc
bằng dung dịch HCl 1 M đến 50,0 mL. Lấy 100 L mẫu để định lượng Pb và Cd bằng phương pháp DP-ASV dùng điện cực BiFE (thể tích dung dịch phân tích trong bình điện phân là 10mL). Chuẩn bị mẫu trắng (từ nước cất sạch) theo cách tương tự như đối với mẫu chuẩn.
Nồng độ MeII (PbII và CdII) trong mẫu chuẩn (CMe) được tính như sau:
II Me [Me ] . 5 C ( g/g) = m Trong đó, 5 là hệ số chuyển đổi; m (g) là khối lượng mẫu chuẩn lấy để phân tích; [MeII] (ppb) là nồng độ MeII trong dung dịch phân tích.
Nồng độ MeII trong dung dịch phân tích được xác định bằng phương pháp thêm chuẩn như sau:
II a
[Me ] (ppb) =
b
Trong đó, a (nA) và b (nA/ppb) là đoạn cắt trên trục tung và độ dốc của đường hồi quy.
Các kết quả phân tích Pb và Cd trong mẫu chuẩn được nêu ở Bảng 3.27 (các đường von-ampe hòa tan được minh họa ở Hình 3.22).
Bảng 3.27. Kết quả phân tích Pb và Cd trong mẫu chuẩn GBW07301a (a)
Me Thông số Giá trị xác định được, g/g Giá trị so sánh, g/g (b) Pb CPb SPb; n = 5 30,2 0,3 31 4
Cd CCd SCd; n = 5 KPHĐ (c) 0,11 0,03
(a) ĐKTN: [Ax] = 0,10 M (pH = 4,5); [BiIII] = 200 ppb; Edep = –1200 mV; tdep = 120 s;
= 1600 vòng/phút; E = 50 mV; v = 30 mV/s; V (thể tích dung dịch phân tích trong bình điện phân) = 10 mL. Các kết quả trong bảng được tính theo khối lượng khô.
(b) Hàm lượng và độ lệch chuẩn của Pb và Cd trong mẫu chuẩn GBW07301a (n = 9 đối với
Pb và n = 6 đối với Cd).
(c) KPHĐ: không phát hiện được (do nồng độ CdII trong bình điện phân nhỏ hơn GHPH của
-1.0 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 U (V) 0 500n 1.0u 1.5u 2.0u 2.5u 3.0u I (A ) Cd Pb
-1.00e-5 -5.00e-6 0 5.00e-6 1.00e-5 1.50e-5 2.00e-5
c (g/L) 0 500n 1.0u 1.5u 2.0u 2.5u 3.0u I ( A ) -3.4e-006 Pb c = 335.078 µg/L +/- 3.163 µg/L (0.94%)
0 5.00e-6 1.00e-5 1.50e-5 2.00e-5
c (g/L) 0 200n 400n 600n 800n 1.00u I ( A ) Cd c = ---
Hình 3.22. Các đường von-ampe hòa tan của Pb và Cd
và các đường hồi quy tuyến tính của Pb (A) và Cd (B) thu được khi phân tích mẫu chuẩn: 1. mẫu; 2,3,4. mỗi lần thêm 5 ppb PbII và 5 ppb CdII.
ĐKTN: như ở Bảng 3.27. Đối với Cd, Ip (Cd) khi chưa thêm được chấp nhận bằng 0.
Kết quả ở Bảng 3.27 cho thấy: phương pháp DP-ASV với điện cực BiFE đạt được độ đúng tốt đối với Pb (sai số -2,6%), độ lặp lại tốt (RSD = 1,0% với n = 5) và có tương quan tuyến tính tốt giữa Ip của Pb và nồng độ PbII trong dung dịch phân tích (R ≥ 0,999).
4 3 2 1 1 2 3 4 Ip = (7 40) + (56 4) [CdII] R = 0,9997 Ip = (466 29) + (140 3) [PbII] R = 0,9999 A B
Do mẫu chuẩn có thành phần khá phức tạp (chứa hơn 60 kim loại), trong đó hàm lượng Cd rất nhỏ (0,11 g/g) và hàm lượng Cu tương đối lớn (29 g/g, gấp khoảng 290 lần hàm lượng Cd) nên tín hiệu hòa tan của Cd không xuất hiện (xem Hình 3.22) và do vậy, không định lượng được Cd. Tuy vậy, khi thêm Cd vào dung dịch phân tích, giữa Ip của Cd và nồng độ CdII vẫn có tương quan tuyến tính tốt (R ≥ 0,999).
Kết quả phân tích Pb trong mẫu chuẩn đạt được độ đúng tốt và độ lặp lại cao; tương quan tuyến tính tốt giữa Ip của Cd và nồng độ CdII trong dung dịch phân tích cho phép khẳng định rằng, nếu nồng độ Cd đủ lớn, hoàn toàn có thể áp dụng phương pháp DP-ASV với điện cực BiFE để xác định chính xác (đúng và lặp lại) và đồng thời Pb và Cd trong mẫu trầm tích. Sự phức tạp của môi trường mẫu (matrix) không ảnh hưởng gì đến phép xác định. Để chứng minh cho nhận xét trên, tiến hành đánh giá độ đúng và độ lặp lại của phương pháp khi phân tích mẫu thêm chuẩn (spiked sample): lấy 3 phần mẫu chuẩn (mỗi phần 0,5000 g), cho vào 3 bình phân hủy mẫu lần lượt là bình 1, 2 và 3; thêm vào bình 1, 2 và 3 tương ứng 10,00; 20,00 và 30,00 g/g PbII; 20,00; 30,00 và 40,00 g/gCdII. Tiến hành phân hủy các mẫu và định lượng Pb, Cd theo quy trình tương tự trên, thu được kết quả ở Bảng 3.28.
Bảng 3.28. Kết quả phân tích Pb và Cd trong các mẫu thêm chuẩn (a)
Lượng thêm vào, g/g Lượng tìm thấy, g/g (b) Độ thu hồi, % (c) RSD, % (d)
PbII CdII Pb Cd Pb Cd Pb Cd
10,00 20,00 40,87 0,17 20,29 0,13 99,7 100,9 0,4 0,6 20,00 30,00 50,42 0,23 29,75 0,28 98,9 98,8 0,5 0,9 30,00 40,00 60,25 0,29 40,54 0,26 98,8 101,1 0,5 0,6
(a) ĐKTN: như ở Bảng 3.27.
(b) Giá trị trong cột là giá trị trung bình và độ lệch chuẩn với n = 5.
(c) Độ thu hồi = lượng tìm thấy . 100 / (lượng thêm vào + lượng có sẵn trong mẫu); lượng
Pb và Cd trong mẫu được chấp nhận tương ứng là 31 và 0,11 g/g.
Kết quả phân tích Pb và Cd trong các mẫu thêm chuẩn ở Bảng 3.28 cho thấy: phương pháp đạt được độ đúng tốt (với độ thu hồi 98,8 ÷ 99,7% đối với Pb và 98,8 ÷ 101,1% đối với Cd) và độ lặp lại tốt với RSD < 1% (n = 5) đối với cả Pb và Cd.
Để khẳng định khả năng áp dụng vào thực tế của phương pháp DP- ASV dùng điện cực BiFE, tiếp theo chúng tôi tiến hành phân tích Pb và Cd trong một số loại mẫu môi trường và sinh hóa khác nhau.
3.2.2. Phân tích mẫu môi trường
Áp dụng phương pháp DP-ASV dùng điện cực BiFE với các điều kiện thí nghiệm thích hợp đã tìm được để phân tích Pb và Cd trong một số mẫu môi trường như trầm tích, đất và nước tự nhiên.
3.2.2.1. Phân tích mẫu trầm tích đầm phá
Các mẫu trầm tích đầm phá được lấy ở vùng đầm phá Tam Giang - Cầu Hai, tỉnh Thừa Thiên Huế bằng dụng cụ lấy mẫu chuyên dụng. Mẫu sau khi lấy, được loại bỏ vật chất thô và phơi khô ở nhiệt độ phòng, sau đó nghiền nhỏ bằng cối mã não và rây qua rây 200 mesh, rồi bảo quản trong chai nhựa PP sạch và đây là mẫu đầu cho phân tích. Tiến hành phân hủy mẫu và định lượng Pb và Cd theo cách tương tự như đối với mẫu chuẩn ở mục 3.2.1.
Để so sánh và kiểm tra độ đúng của phương pháp DP-ASV dùng điện cực BiFE (viết tắt là DP-ASV/BiFE), ở đây còn tiến hành định lượng Pb bằng phương pháp DP-ASV dùng điện cực MFE in situ (viết tắt là DP-ASV/MFE) ở các điều kiện thí nghiệm giống như khi dùng điện cực BiFE và phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử lò graphit (viết tắt là GF-AAS). Do hàm lượng Cd trong các mẫu trầm tích rất nhỏ (nồng độ CdII trong dung dịch phân tích nhỏ hơn GHPH của phương pháp), nên không phát hiện được Cd bằng phương pháp DP-ASV/BiFE. Các kết quả thu được ở Bảng 3.29 (các đường von-ampe hòa tan được minh họa ở Hình 3.23 và Phụ lục P4).
Bảng 3.29. Kết quả phân tích Pb trong các mẫu trầm tích đầm phá (a) Địa điểm lấy mẫu (b) Ký hiệu mẫu Hàm lượng Pb, g/g
DP-ASV/BiFE DP-ASV/MFE GF-AAS Phá Tam Giang TT1 22,45 ± 0,32 21,32 ± 0,22 23,73 ± 0,02 TT2 13,52 ± 0,24 14,04 ± 0,45 17,67 ± 0,06 TT3 10,78 ± 0,22 14,36 ± 0,16 14,86 ± 0,05 TT4 5,08 ± 0,21 6,97 ± 0,12 6,14 ± 0,02 Phá Thuỷ Tú TT5 14,67 ± 0,35 16,43 ± 0,37 16,53 ± 0,03 TT6 11,72 ± 0,28 17,37 ± 0,31 12,42 ± 0,08 TT7 5,94 ± 0,12 7,06 ± 0,23 6,57 ± 0,02 TT8 10,22 ± 0,34 8,05 ± 0,20 12,48 ± 0,12 Đầm Cầu Hai TT9 14,18 ± 0,42 12,51 ± 0,15 12,64 ± 0,07 TT10 14,91 ± 0,33 12,32 ± 0,39 15,88 ± 0,12 TT11 47,74 ± 0,43 55,36 ± 0,42 48,02 ± 0,14 TT12 39,38 ± 0,31 37,03 ± 0,38 35,51 ± 0,15 CEQG 2002 (c) Mức quy định tạm thời (ISQG)
(d): 30,2 g/g Mức tác động bất lợi (PEL) (e): 112,0 g/g
(a) ĐKTN: [BiIII] = 200 ppb; [HgII] = 500 ppb; các ĐKTN khác như ở Bảng 3.27. Đối với
phương pháp GF-AAS: đo Pb ở bước sóng 283,3 nm; dòng đèn 10 mA; độ rộng khe đo
0,5 nm; sử dụng cuvet graphit; nhiệt độ tro hóa 6000C; nhiệt độ nguyên tử hóa 18000C.
Các kết quả trong bảng được tính theo khối lượng khô và là kết quả trung bình và độ lệch chuẩn với n = 3.
(b) Các vị trí lấy mẫu được chỉ ra trên Bản đồ ở Phụ lục 3. Các mẫu trầm tích được lấy vào
ngày 27-29/4/2006.
(c) CEQG (Canadian environmental quality guidelines): tiêu chuẩn chất lượng môi trường
do Hội đồng các Bộ trưởng môi trường của Canada ban hành năm 2002 [31], quy định chất lượng trầm tích biển để bảo tồn đời sống thủy sinh.
(d) ISQG (Interims sediment quality guidelines): mức quy định tạm thời, là mức tác động
bất lợi không quan sát được.
-1.0 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 U (V) 0 1.0u 2.0u 3.0u 4.0u I (A ) Cd Pb
-1.00e-5 -5.00e-6 0 5.00e-6 1.00e-5 1.50e-5 2.00e-5
c (g/L) 0 500n 1.0u 1.5u 2.0u 2.5u 3.0u 3.5u I ( A ) -3.4e-006 Pb c = 10.781 µg/L +/- 0.247 µg/L (2.29%)
Hình 3.23. Các đường von-ampe hòa tan của Pb và Cd
và đường hồi quy tuyến tính giữa Ip (Pb) và [PbII] thu được khi phân tích mẫu trầm tích TT3: 1. mẫu; 2,3,4. mỗi lần thêm 5 ppb PbII và 5 ppb CdII.
ĐKTN: như ở Bảng 3.29.
Áp dụng phương pháp thống kê - phương pháp kiểm tra cặp (như đã nêu ở mục 1.4.3.2, Chương 1) để so sánh kết quả thu được giữa 2 phương pháp phân tích. Các kết quả phân tích Pb của 2 phương pháp DP-ASV/BiFE và DP-ASV/MFE không khác nhau có ý nghĩa về mặt thống kê với mức ý nghĩa p > 0,05 (d = -1,019 g/g; Sd = 3,297 g/g; tTính = 1,07 < t (p = 0,05; f = 11) = 2,20). Tương tự, kết quả phân tích Pb giữa 2 phương pháp DP-ASV/BiFE và GF- AAS cũng không khác nhau có ý nghĩa về mặt thống kê với mức ý nghĩa p > 0,05 (d = -0,988 g/g; Sd = 2,189 g/g; tTính = 1,56 < t (p = 0,05; f = 11) = 2,20).
Các kết quả trên cho phép khẳng định rằng, phương pháp DP-ASV dùng điện cực BiFE đạt được độ đúng tốt (khi so sánh với phương pháp GF- AAS) và độ lặp lại tốt không thua kém so với phương pháp DP-ASV dùng điện cực MFE, song độ lặp lại của phương pháp DP-ASV dùng điện cực BiFE kém hơn so với phương pháp GF-AAS.
Các kết quả thu được ở Bảng 3.29 còn cho thấy: đa số các mẫu trầm 4 3 2 1 Ip = (603 199) + (180 21) [PbII] R = 0,9992
tích có hàm lượng Pb thấp hơn mức quy định tạm thời (ISQG), tức là không tác động bất lợi đến đời sống thủy sinh (do Việt Nam chưa có tiêu chuẩn quy định chất lượng trầm tích nên ở đây chúng tôi dùng tiêu chuẩn của Canada). Nhưng có 2 mẫu (TT11 và TT12) ở đầm Cầu Hai có hàm lượng Pb lớn hơn mức ISQG, nhưng vẫn nhỏ hơn mức PEL (mức tác động bất lợi có thể quan sát được) và do vậy, theo chúng tôi, cần tiếp tục quan trắc hàm lượng Pb ở vùng này để có nhận xét đại diện hơn. Tuy số mẫu phân tích còn ít, song nói chung, có thể cho rằng, sự ô nhiễm Pb trong trầm tích vùng đầm phá Tam Giang - Cầu Hai là không đáng lo ngại. Nhận xét này cũng trùng với những đánh giá về hàm lượng Pb trong trầm tích vùng đầm phá của các tác giả ở [7].
3.2.2.2. Phân tích mẫu đất
Các mẫu đất (dùng cho cộng đồng) được lấy ở xã Lộc Bình, huyện Phú Lộc, tỉnh Thừa Thiên Huế bằng dụng cụ lấy mẫu chuyên dụng. Mẫu sau khi lấy, được loại bỏ vật chất thô và phơi khô ở nhiệt độ phòng, sau đó nghiền nhỏ bằng cối mã não và rây qua rây 200 mesh, rồi bảo quản trong chai nhựa PP sạch và đây là mẫu đầu cho phân tích. Lấy chính xác một lượng mẫu (m gam) rồi tiến hành phân hủy theo cách tương tự như đối với mẫu chuẩn ở mục 3.2.1.
Thí nghiệm sơ bộ cho thấy hàm lượng Cu trong một số mẫu đất khá lớn, nên làm giảm mạnh dòng đỉnh hòa tan của Pb và Cd. Để khắc phục ảnh hưởng của Cu khi định lượng Pb và Cd bằng phương pháp DP-ASV/BiFE đối với các mẫu đó, chúng tôi dùng nồng độ cao của BiIII trong dung dịch phân tích (800 ppb). Mặt khác, không phát hiện được Cd bằng phương pháp DP- ASV/BiFE do hàm lượng Cd trong các mẫu đất rất nhỏ.
Để kiểm tra độ đúng của phương pháp, các mẫu đất cũng được phân tích bằng phương pháp GF-AAS. Các kết quả thu được ở Bảng 3.30 (các đường von-ampe hòa tan được minh họa ở Hình 3.24 và Phụ lục P5).
pháp DP-ASV/BiFE và GF-AAS cho thấy: bất kể hàm lượng Cu trong các mẫu đất cao hay thấp, các kết quả về hàm lượng Pb của 2 phương pháp vẫn không khác nhau có ý nghĩa về mặt thống kê với mức ý nghĩa p > 0,05 (d = 0,390 g/g; Sd = 1,805 g/g; tTính = 0,68 < t (p = 0,05; f = 9) = 2,26).
Mặt khác, so sánh với Tiêu chuẩn chất lượng đất cho cộng đồng của Canada (ở Việt Nam, chưa có tiêu chuẩn quy định chất lượng đất cho cộng đồng), hàm lượng Pb trong các mẫu đất khảo sát ở xã Lộc Bình, huyện Phú Lộc, tỉnh Thừa Thiên Huế - đây là vùng quy hoạch cho dự án phát triển du lịch trong giai đoạn tới của tỉnh Thừa Thiên Huế - đều thỏa mãn yêu cầu.
Bảng 3.30. Kết quả phân tích Pb trong các mẫu đất (a)
Ký hiệu mẫu (b) Hàm lượng Pb, g/g
Hàm lượng Cu, g/g (c) DP-ASV/BiFE GF-AAS Đ1 15,33 ± 0,11 13,45 ± 0,04 2,33 ± 0,03 Đ2* 12,01 ± 0,14 12,87 ± 0,13 28,92 ± 0,26 Đ3 1,94 ± 0,02 2,12 ± 0,01 3,02 ± 0,02 Đ4* 12,82 ± 0,16 11,27 ± 0,30 19,89 ± 0,31 Đ5 1,69 ± 0,02 1,54 ± 0,03 1,48 ± 0,01 Đ6 2,23 ± 0,04 2,33 ± 0,03 2,04 ± 0,02 Đ7* 30,03 ± 0,31 28,13 ± 0,18 54,78 ± 0,51 Đ8 1,42 ± 0,02 1,53 ± 0,03 1,74 ± 0,01 Đ9* 20,16 ± 0,22 23,52 ± 0,22 53,32 ± 0,36 Đ10* 24,11 ± 0,32 21,08 ± 0,20 73,64 ± 0,55 CEQG 2002 260 g/g
(a) ĐKTN: như ở Bảng 3.29. Các kết quả trong bảng được tính theo khối lượng khô và là
kết quả trung bình và độ lệch chuẩn với n = 3.
(b) Các vị trí lấy mẫu được chỉ ra trên Bản đồ ở Phụ lục 3. Các mẫu đất được lấy vào ngày