Tải bản đầy đủ

Xác định hàm lượng một số kim loại nặng trong cây đơn đất bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (Luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

PHẠM THỊ THÚY LAN

XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG
TRONG CÂY ĐƠN ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP
QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Thái Nguyên-2018


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

PHẠM THỊ THÚY LAN

XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG
TRONG CÂY ĐƠN ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP

QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 8 44 01 18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Hoàng Lâm

Thái Nguyên-2018


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Hoàng Lâm đã trực tiếp
giao cho em đề tài, tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện cho em hoàn
thành luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong tổ bộ môn Hoá Phân
Tích, Ban Chủ nhiệm khoa Hoá học, trường Đại học Khoa học Thái
Nguyên đã giúp em hoàn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trung tâm kiểm soát bệnh
tật tỉnh Thái Nguyên, anh chị Khoa xét nghiệm – CĐHA – TDCN đã tạo
điều kiện giúp đỡ em về cơ sở vật chất, hướng dẫn em trong suốt quá trình
làm phần thực nghiệm của đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp, gia đình đã quan
tâm, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.

Tác giả luận văn

Phạm Thị Thúy Lan

i


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................... i
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................ v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................ vi
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ....................................................................... 3


1.1. Giới thiệu về cây đơn đất ........................................................................................... 3
1.1.1. Đặc điểm thực vật ................................................................................................... 3
1.1.2. Nguồn gốc và phân bố ............................................................................................ 4
1.1.3. Công dụng của cây “Đơn đất” trong y học Phương Đông ...................................... 5
1.2. Giới thiệu về nguyên tố Asen, Cadimi và Chì ........................................................... 6
1.2.1. Asen ........................................................................................................................ 6
1.2.2. Cadimi ..................................................................................................................... 8
1.2.3. Chì ......................................................................................................................... 11
1.3. Một số phương pháp xác định Asen, Cadimi và Chì ............................................... 13
1.3.1. Các phương pháp hoá học ..................................................................................... 14
1.3.2. Phương pháp phân tích công cụ. ........................................................................... 16
1.4. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ........................................................... 19
1.4.1. Một số phép đo phổ thông dụng ........................................................................... 22
1.5. Phương pháp xử lý mẫu phân tích và xác định Asen, Cadimi, Chì. ...................... 22
1.5.1. Phương pháp xử lý ướt (bằng axit đặc có tính oxi hóa mạnh). ............................. 23
1.5.2. Phương pháp xử lý khô ......................................................................................... 24
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM .................. 25
2.1. Thiết bị, hóa chất, dụng cụ ....................................................................................... 25
2.1.1. Thiết bị .................................................................................................................. 25
2.1.2. Dụng cụ ................................................................................................................. 25
2.1.3. Hoá chất ................................................................................................................ 25
2.2. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 25
2.2.1. Trang bị của phép đo ............................................................................................ 26
2.2.2. Phương pháp đường chuẩn ................................................................................... 28
2.2.3. Phương pháp thêm chuẩn ...................................................................................... 29
2.2.4. Lấy mẫu và bảo quản mẫu .................................................................................... 31
2.2.5. Xử lý mẫu ............................................................................................................. 32
2.2.6. Xác định hàm lượng kim loại Asen, Cadimi và Chì trong cây “Đơn đất”. .................. 34
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN ....................................... 35
3.1. Tổng kết các điều kiện đo phổ GF – AAS của As, Cd, Pb ...................................... 35

ii


3.2. Phương pháp đường chuẩn đối với phép đo GF – AAS .......................................... 37
3.2.1. Khảo sát khoảng tuyến tính của nồng độ các kim loại ......................................... 37
3.2.2. Xây dựng đường chuẩn của As, Cd, Pb ................................................................ 41
3.3. Đánh giá sai số, độ lặp và giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ)
của phương pháp ............................................................................................................. 44
3.3.1. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phương pháp ..................................................... 44
3.3.2. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phép đo GF-AAS ................. 48
3.4. Phân tích mẫu thực tế bằng phương pháp đường chuẩn ................................................. 50
3.4.1. Kết quả xác định hàm lượng kim loại nặng theo phương pháp đường chuẩn ...... 50
3.4.2. Xác định hàm lượng kim loại bằng phương pháp thêm chuẩn ............................. 54
KẾT LUẬN .................................................................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 58

iii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

STT

Từ viết tắt

1

AAS

Tên đầy đủ
Atomic Absorption Spectrometry
(Phổ hấp thụ nguyên tử)

2

Abs

Absorbance
(Độ hấp thụ)

3

AES

Atomic Emission Spectrometry
(Phổ phát xạ nguyên tử)

4

F-AAS

Flame- Atomic Absorption Spectrometry
(Phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa)

5

GF-AAS

Graphite Furnace- Atomic Absorption Spectrometry
(Phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa)

6

HCL

Hollow Cathode Lamp
(Đèn catot rỗng)

7

HPLC

High Performance Liquid Chromatography
(Sắc kí lỏng hiệu năng cao)

8

ICP-OES

Inductively Coupled Plasma Optical EmissionSpectroscopy
(Quang phổ phát xạ quy nạp plasma)

9

UV – VIS

10

LOD

Ultra Violet – Visible
Limit of detection
(Giới hạn xác định)

11

LOQ

Limit of quantitication
(Giới hạn định lượng)

12

ppb

Part per billion
Phần tỷ

13

ppm

Part per million
Phần triệu

iv


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Hình ảnh cây “Đơn đất” (Wedelia chinensis) .............................. 3
Hình 1.2. Hình ảnh hoa “Đơn đất” ............................................................... 4
Hình 1.3. Sơ đồ khối thiết bị AAS ............................................................ 21
Hình 2.1. Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Shimadzu AAS – 6300 ....... 26
Hình 2.2. Nguyên tắc cấu tạo của máy đo AAS ......................................... 27
Hình 2.3. Đồ thị của phương pháp đường chuẩn ........................................ 29
Hình 2.4. Đồ thị của phương pháp thêm chuẩn .......................................... 30
Hình 2.5. Hình ảnh lò vi sóng phá mẫu C – 9000 ....................................... 33
Hình 3.1. Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính của Asen............................... 39
Hình 3.2. Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính của Cadimi ........................... 40
Hình 3.3. Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính của Chì ................................. 41
Hình 3.4. Đường chuẩn của Asen ............................................................... 41
Hình 3.5. Đường chuẩn của Cd ................................................................... 42
Hình 3.6. Đường chuẩn của Chì.................................................................. 43

v


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Bảng hằng số vật lí của Asen........................................................ 7
Bảng 1.2.Bảng hằng số vật lí của Cadimi ..................................................... 9
Bảng 1.3. Bảng hằng số vật lí của Chì ........................................................ 11
Bảng 2.1. Các mẫu cây “Đơn đất” tươi lấy tại địa điểm: xã Kỳ Úc – Chấn
Hưng – Tiên Lãng – Hải Phòng và Bảo tàng Dân tộc học tỉnh Thái Nguyên31
Bảng 2.2. Chương trình gia nhiệt của lò vi sóng phá mẫu đối với mẫu cây
“Đơn đất” .................................................................................................... 34
Bảng 3.1. Các điều kiện đo phổ của As ...................................................... 35
Bảng 3.2. Các điều kiện đo phổ của Cd ...................................................... 36
Bảng 3.3. Các điều kiện đo phổ của Pb ...................................................... 37
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của As ................. 38
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Cd ................. 39
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Pb.................. 40
Bảng 3.7. Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo As ........ 45
Bảng 3.8. Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo Cd ........ 46
Bảng 3.9. Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo Pb ........ 47
Bảng 3.10. Kết quả xác định nồng độ As trong mẫu theo đường chuẩn .... 51
Bảng 3.11. Kết quả xác định nồng độ Cd trong mẫu theo đường chuẩn .... 51
Bảng 3.12. Kết quả xác định nồng độ Pb trong mẫu theo đường chuẩn .... 52
Bảng 3.13. Kết quả tính nồng độ As, Cd, Pb trong mẫu cây ...................... 53
Bảng 3.14. Giới hạn tối đa hàm lượng kim loại nặng trong mẫu rau, quả
khô và chè.................................................................................................... 54
Bảng 3.15. Mẫu thêm chuẩn ....................................................................... 54
Bảng 3.16. Kết quả phân tích As bằng phương pháp thêm chuẩn .............. 55
Bảng 3.17. Kết quả phân tích Cd bằng phương pháp thêm chuẩn.............. 55
Bảng 3.18. Kết quả phân tích Pb bằng phương pháp thêm chuẩn .............. 55

vi


MỞ ĐẦU
Cây “Đơn đất” có tên khoa học là Wedelia chinensis (W. Chinensis),
thuộc họ Cúc (Asteraceae). Cây còn có các tên gọi khác nhau theo từng
vùng, miền như: đơn buốt, đơn kim…
Theo Đông y, cây “Đơn đất” có vị đắng, tính bình, có tác dụng thanh
nhiệt, giải độc thường dùng để chữa các bệnh nhiễm trùng đường hô hấp,
viêm họng, viêm ruột thừa … Nhân dân các tỉnh đồng bằng Bắc Bộ Việt
Nam thường sử dụng lá, thân và rễ cây “Đơn đất” để nấu nước tắm cho trẻ
em, trẻ sơ sinh và bà mẹ sau sinh con để trị mẩn ngứa.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì ô nhiễm môi trường
là vấn đề mà ta cần quan tâm, lưu ý hơn. Việc sử dụng các loại hoá chất
như thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu hay chất thải công nghiệp dẫn đến
ô nhiễm nguồn nước, môi trường đất và không khí. Các loại cây dùng làm
thuốc, đặc biệt là những cây mọc tự nhiên bị nhiễm kim loại nặng như As,
Cd, Cu, Hg, Pb, Zn …. ngày càng nghiêm trọng. “Đơn đất” là một trong số
những loại cây này. Theo tôi, chúng ta không nên chỉ quan tâm nghiên cứu
các hoạt chất có tác dụng sinh học tốt với sức khoẻ con người, mà cần kiểm
tra khống chế các chất có hại, đặc biệt là các kim loại nặng có trong thực
phẩm, nhất là đối với những cây, cỏ được sử dụng trực tiếp làm thuốc chữa
bệnh như cây “Đơn đất”.
Để xác định hàm lượng kim loại nặng trong các cây thực vật, ta có
thể dùng phương pháp cực phổ, phương pháp điện phân, phương pháp
quang phổ hấp thụ nguyên tử, phương pháp sắc kí, phương pháp trắc quang
… Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử là một trong những phương
pháp hiện đại, có độ nhạy, độ chính xác cao, phù hợp với việc xác định vi
lượng các kim loại nặng trong cây rau.

1


Vì hai lí do chính đã nêu trên, tôi chọn đề tài: “ Xác định hàm lượng
một số kim loại nặng trong cây “Đơn đất” bằng phương pháp quang phổ
hấp thụ nguyên tử” để phân tích, kiểm tra hàm lượng kim loại Asen,
Cadimi, Chì trong cây “Đơn đất”. Từ kết quả thu được, ta so sánh với qui
chuẩn Việt Nam nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm ba kim loại nặng trong
cây xem có vượt quá tiêu chuẩn cho phép hay không và có đảm bảo an toàn
cho người sử dụng không. Trên cơ sở đó, cung cấp cơ sở dữ liệu phục vụ
công tác dược liệu, y học và các cơ quan liên quan.

2


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÂY ĐƠN ĐẤT
Cây “Đơn đất” có tên khoa học là Wedelia chinensis (W.
Chinensis), thuộc họ Cúc (Asteraceae). Tác giả Lê Kim Biên đã viết trong
cuốn “Thực vật chí Việt Nam – Họ Asteraceae”, Nxb Khoa học và Kỹ thuật
năm 2007 là cây còn có các tên gọi khác nhau theo từng vùng, miền như:
đơn buốt, đơn kim và cây này rất dễ bị nhầm lẫn với cây sài đất [1, 2].

Hình 1.1. Hình ảnh cây “Đơn đất” (Wedelia chinensis)
1.1.1. Đặc điểm thực vật
Cũng trong cuốn “Thực vật chí Việt Nam – Họ Asteraceae”, theo
ông Lê Kim Biên thì “Đơn đất” là một loại cỏ mọc hằng năm, thân cao 0,4
– 1 m. Thân màu xanh có lông trắng cứng nhỏ. Lá mọc đối, gần như không
cuống, phiến lá kép gồm ba lá chét. Lá chét hình mác, phía đáy hơi tròn,
mép lá có răng cưa to thô, sần sùi có lông ngắn màu trắng hoặc dài hơn.
Cụm hoa hình đầu, màu vàng, mọc ở nách lá hay ở đầu cành, mọc đơn độc

3


hay từng đôi một. Quả bế hình thoi, ba cạnh, không đều, dài 1cm, trên có
rãnh chạy dọc [3 - 6].

Hình 1.2. Hình ảnh hoa “Đơn đất”
1.1.2. Nguồn gốc và phân bố
Trong cuốn “Compounds from Wedelia chinensis synergistically
suppress androgen activity and growith in prostate cancer cells” của các tác
giả Lin F. M., Chen L. R., Lin E. H., Chen H. Y., Tsai M. J có viết “Đơn
đất” là một loại thực vật thân thảo được tìm thấy ở những nơi ẩm ướt như
Uttar Pradesh, Assam, Arunachal Pradesh và dọc tất cả các khu vực ven
biển của Bengal, Myanma, Konkan, Trung Quốc và Nhật Bản. Ngoài ra,
còn thấy mọc ở Ấn Độ, Thái Lan, Philipin [1, 7].
Trong “Tạp chí Hóa học và Ứng dụng”, với bài viết “Thành phần
hóa học và hoạt tính sinh học của tinh dầu cây Đơn đất”, các thầy cô Phạm
Thế Chính, Phạm Thị Thắm, Dương Nghĩa Bang, Dương Thị Hoạt cho
chúng ta biết rằng ở Việt Nam, cây “Đơn đất” phân bố rộng rãi khắp nơi ở
miền Bắc và Miền Trung nước ta như: Hà Giang, Cao Bằng, Phú Thọ, Vĩnh

4


Phúc, Hà Nội, Hòa Bình, Hải Phòng, Gia Lai, Lâm Đồng…vv. Trừ vùng
núi cao lạnh như: Sa Pa (Lào Cai), Sìn Hồ (Lai Châu), Phó Bảng (Hà
Giang) không thấy có cây “Đơn đất” [1, 8].
1.1.3. Công dụng của cây “Đơn đất” trong y học Phương Đông
Năm 2005, NxbY học đã xuất bản cuốn “Những cây thuốc và vị
thuốc Việt Nam” của GS–TS. Đỗ Tất Lợi. Theo ông thì trong Đông y, cây
“Đơn đất” có vị đắng, tính bình, có tác dụng thanh nhiệt, giải độc, khu
phong, hoạt huyết, tan máu ứ. “Đơn đất” thường dùng để chữa các bệnh sốt
rét, đau nhức xương khớp, tiêu hóa kém, viêm dạ dày – ruột, viêm gan
truyền nhiễm, viêm ruột thừa, viêm họng, nhiễm trùng đường hô hấp. Nó
còn có mặt trong nhiều bài thuốc dân tộc được dùng ngoài chữa chấn
thương sưng đau, rắn cắn, nhọt lở [4]. Nhân dân các tỉnh đồng bằng Bắc Bộ
Việt Nam thường sử dụng lá, thân và rễ cây “Đơn đất” để nấu nước tắm
cho trẻ em, trẻ sơ sinh và bà mẹ sau sinh con để trị mẩn ngứa.
Ngoài ra, theo kinh nghiệm của nhân dân Trung Quốc (Trung Quốc
dược dụng thực vật đồ giám, 1960:146). “Đơn đất” có tác dụng chữa lỵ, yết
hầu, cổ họng sưng đau, nấc. Còn có tác dụng giải độc, giải nhiệt. Dùng ngoài
chữa bọ cạp, nhện, rắn cắn. Gần đây tại Trung Quốc có kinh nghiệm dùng cây
“Đơn đất” để chữa viêm ruột thừa có kết quả [4].
Theo một số tài liệu nước ngoài như “Flora of Tamilnadu–canatic,
Trichirapalli: St. Josephs”, College, Mathew KM (1983) và Meena A. K.,
Rao M. M., Meena R. P., Panda P., Renu (2011), “Pharmacological and
phytochemical evidences for the plants of Wedelia Genus-A review”,
Asian J. Pharm. Res., 1 (1), một số tài liệu, lá cây “Đơn đất” được sử dụng
trong điều trị thận rối loạn chức năng, chữa vết thương và rong kinh [9]. Lá
của nó còn được dùng để điều trị các rối loạn về da, ho, nhức đầu, rụng tóc,
tăng cường hệ thống thần kinh, thiếu máu, rối loạn hệ tiêu hóa, được sử

5


dụng trong nhuộm tóc màu xám và trong việc thúc đẩy sự phát triển của
tóc. Ngoài ra, lá được sử dụng để chữa các bệnh về viêm khớp, thấp khớp,
gút rất tốt [10].
1.2. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN TỐ ASEN, CADIMI VÀ CHÌ
1.2.1. Asen
Có rất nhiều tài liệu viết về asen, trong đó điển hình là cuốn sách
“Hoá vô cơ Tập – 2” của thầy Hoàng Nhâm do NXB Giáo dục xuất bản
năm 2001 và Ashley Senn, Paul Milham (2007), "Managing cadmium in
vegetables", NSW Department of Primary Industries' Plant Health
Doagnostic and Analytical Services, 04/2007, ở đây asen được giới thiệu
rất rõ theo từng đề mục.
* Trạng thái tự nhiên của asen [11, 12]
As là nguyên tố giàu thứ 20 sau các nguyên tố quen thuộc trên trái
đất và chiếm khoảng 10-4 % tổng số nguyên tử trong vỏ trái đất. Asen ít
tồn tại ở dạng nguyên chất trong tự nhiên mà tồn tại ở dạng hợp chất với
một hay nhiều nguyên tố khác, asen ở dạng hợp chất hữu cơ ít độc hơn
asen ở dạng hợp chất vô cơ.
Trên vỏ trái đất, asen được phân bố với nồng độ trung bình khoảng
2mg/kg. Asen có trong đất, nước, không khí, đá và một số sinh vật. Asen có
4 trạng thái oxi hóa: -3; 0; +3;+5.
Asen dễ tạo sunfua với lưu huỳnh và là nguyên tố cancofil. Asen
tạo hợp chất với telua, selen và đặc biệt với bạc, đồng, niken, sắt ... Asen
có khoảng 140 khoáng vật độc lập trong đó 35% là sunfua, 60% là asenat.
Các khoáng vật quan trọng nhất của asen là: Rialga (AsS), Asenopirit
(FeAsS), Ocpirmen (As2S3) ... Asen còn kết hợp với các nguyên tố khác
hay thay thế lưu huỳnh trong Smartina (As2Co), Lơlingit (FeAs2) để tạo
thành các loại hợp chất này ở nhiệt độ thấp.

6


* Tính chất vật lí [11, 12]
Là một á kim có màu xám kim loại, asen hay còn được gọi là thạch
tín gây ngộ độc mạnh, nó rất giòn, kết tinh dạng tinh thể. Albertus Magnus
(Đức) lần đầu tiên viết về asen vào năm 1250.
Asen có thù hình dạng không kim loại và dạng kim loại. Khi ngưng
tụ hơi của nó asen tạo nên dạng không kim loại, nó là chất rắn màu vàng và
chuyển nhanh thành bột dưới tác dụng của ánh sáng nhiệt độ thường. Asen
dạng kim loại có màu xám và bền nhất, dễ nghiền nhỏ thành bột, dẫn điện
và dẫn nhiệt tốt, asen rất độc và thể hơi của nó có mùi tỏi.
Bảng 1.1. Bảng hằng số vật lí của asen
Bán kính nguyên tử (A0)

1,25

Cấu hình electron

[Ar]3d104s24p3

Khối lượng nguyên tử (đvC)

74,92

Nhiệt độ sôi (oC)

610

Nhiệt độ nóng chảy (oC)

817

Năng lượng ion hóa thứ nhất (eV)

10,5

* Tính chất hóa học [11, 12]
Asen là nguyên tố vừa có tính phi kim vừa có tính kim loại. Asen có
hóa tính giống tính chất của phi kim, có lí tính giống tính chất của kim loại.
Asen tạo thành As2O3 màu trắng khi đun nóng trong không khí:
3O2 + As → As2O3
Asen ở dạng bột bốc cháy trong khí clo tạo thành triclorua:
3Cl2 + 2As → 2AsCl3
As tạo nên asenua khi được đun nóng với S, Br, kim loại kiềm thổ,
kim loại kiềm hay một số kim loại khác:

7


3M + 2As → M3As2 (đun nóng, M = Mg, Ca, Cu)
M + 2As → MAs2 (đun nóng, M = Zn, Ca, Fe)
M + As → MAs (đun nóng, M = Ga, In, Al, La)
Asen tan trong HNO3 đặc, kiềm, cường thủy, chất ôxi hóa điển hình
nhưng không phản ứng với nước hoặc axit loãng:
3HClđ + HNO3đ + As → AsCl3 + NO↑ + H2O
5 HNO3 + 2 H2O + As → 3 H3AsO4+ 5 NO↑
6 NaOH + As → 2NaAsO3 + 2H2
* Tác dụng sinh hoá [13, 14]
Cùng với bài viết trong cuốn “Độc hại môi trường và sức khỏe con
người” của PGS–TS. Trịnh Thị Thanh do NXB Đại học Quốc gia Hà Nội
xuất bản năm 2003, Agency for Toxic Substances and Disease Registry –
ATSDR (2000), “Toxicological profile for manganese”, Department of
Health and Human Services, Public Health Service, Atlanta, GA:U.S cũng
giới thiệu về tác dụng sinh hóa của asen như sau: là một á kim về mặt hoá
học, còn về mặt sinh học thì As có trong danh mục các chất độc hại cần
kiểm soát được xếp cùng hàng với các kim loại nặng. Asen là chất độc gây
ra 19 bệnh khác nhau trong đó có ung thư phổi, da, ruột và bàng quang.
Các triệu chứng khi nhiễm độc As là tác động đến hệ thần kinh ngoại biên,
tăng sừng hóa, sậm màu da và ung thư, nó ảnh hưởng xấu đến sức khỏe như
gây ra bệnh đái tháo đường, chứng to chướng gan, cao huyết áp, viêm
cuống phổi, bệnh tim, các bệnh về đường hô hấp ... As ở dạng hữu cơ có
độc tính thấp hơn nhiều so với As ở dạng vô cơ. Trong các hợp chất có
chứa As thì hợp chất chứa As(V) có độc tính thấp hơn As(III), tuy nhiên
trong cơ thể động vật As(V) có thể bị khử về As(III), sau đó As(III) tác
động vào nhóm – SH của các enzim gây ra ức chế hoạt động của men.
1.2.2. Cadimi

8


Cũng trong cuốn “Độc hại môi trường và sức khỏe con người” của
PGS–TS. Trịnh Thị Thanh do NXB Đại học Quốc gia Hà Nội xuất bản
năm 2003, chúng ta hiểu rõ hơn về cadimi theo các đề mục:
* Trạng thái tự nhiên của cadimi [13]
Trong tự nhiên, Cd bền vững là Cd(II). Trong vỏ Trái đất trữ lượng
của cadimi là 7,6.10-6% tổng số nguyên tử tương ứng. Cadimi có khoáng
vật chính là grenokit (CdS) nó thường ở lẫn với khoáng vật của thủy ngân
là xinaba hay thần sa (HgS) và của kẽm, khoáng vật này hiếm khi tồn tại
riêng.
* Tính chất vật lí [13]
Cadimi là kim loại có màu trắng bạc, dễ nóng chảy, mềm. Nó dần bị
bao phủ bởi lớp màng oxit nên mất ánh kim nếu để ở trong không khí ẩm.
Bảng 1.2.Bảng hằng số vật lí của cadimi
Bán kính nguyên tử (A0)

1,56

Cấu hình electron

[Kr]4d105s2

Thế điện cực chuẩn (V)

-0,402

Năng lượng ion hóa thứ nhất (eV)

8,99

Khối lượng nguyên tử (đvC)

112,411

Cấu trúc tinh thể

Lục giác bó chặt

Nhiệt độ sôi (oC)

767

Nhiệt độ nóng chảy (oC)

321,07

* Tính chất hóa học [13]
Cadimi là nguyên tố tương đối hoạt động. Cd bền ở nhiệt độ thường
khi ở trong không khí ẩm nhờ màng oxit bảo vệ, nếu ở nhiệt độ cao cadimi
cháy mãnh liệt cho ngọn lửa mầu sẫm:
O2 + 2Cd → 2CdO

9


Cadimi tác dụng với halogen tạo thành đihalogenua và tác dụng với
các nguyên tố phi kim loại khác như photpho, lưu huỳnh, selen …:
Cd + S → CdS
Cadimi bền với nước ở nhiệt độ thường vì có màng oxit bảo vệ,
cadimi khử hơi nước biến thành oxit ở nhiệt độ cao:
Cd + H2O → CdO + H2 ↑
Với axit không phải là chất oxi hoá (ví dụ HCl), cadimi tác dụng dễ
dàng giải phóng khí hiđro:
Cd + 2HCl → CdCl2 + H2↑
Trong dung dịch thì:
Cd+ H2O + H3O+ → [Cd(H2O)2]]2+ + 1/2H2↑
* Tác dụng sinh hóa [13, 15, 16]
Cùng với cuốn “Độc hại môi trường và sức khỏe con người” của
PGS–TS. Trịnh Thị Thanh do NXB Đại học Quốc gia Hà Nội xuất bản
năm 2003, thì EU (2001), Commision Regulation (ED) (No 466/2001).
“Setting maximum levels for certain contaminants in food stuffs” và Goku
M.Z.L, Akar M, Cevik F, Findik O. (2003), “Bioacumulation of some
heavy metal (Cd, Fe, Zn, Cu) in two Bivalvia Species”, Faculy of Fisheries,
Cukurova University, Adana, Turkey, 89 – 93 cho chúng ta biết thêm nhiều
hơn về tác dụng sinh hóa của cadimi.
Cadimi là nguyên tố rất độc, nó thâm nhập vào cơ thể bằng nhiều
cách khác nhau và có thời gian bán huỷ sinh học khoảng từ 20 – 30 năm.
Nhiễm độc cadimi gây nên bệnh giòn xương. Ở nồng độ cao, kim loại này
gây ra thiếu máu, đau thận và phá huỷ tuỷ xương. Trong cơ thể con người,
phần lớn cadimi thâm nhập vào được đào thải ở thận và giữ lại khoảng 1%
do cadimi liên kết với protein tạo thành metallotionein.
Zn là kim loại có trong thành phần thiết yếu của một số hệ thống
enzim nhưng cadimi lại có khả năng thay thế Zn, nó gây ra rối loạn tiêu

10


hoá, rối loạn chức năng thận, tăng huyết áp, thiếu máu, phá huỷ tuỷ sống,
gây ung thư.
1.2.3. Chì
Để giới thiệu với bạn đọc về kim loại chì, thầy Hoàng Nhâm đã viết
trong cuốn “Hoá vô cơ Tập – 2” do NXB Giáo dục xuất bản năm 2001 viết
các tiêu mục sau:
* Trạng thái tự nhiên [11]
Trong vỏ Trái đất, chì chiếm khoảng 0,0016 % khối lượng và tồn tại
trong 170 khoáng vật khác nhau. Khoáng vật quan trọng nhất là cerussite
(PbCO3), galena (PbS) và anglesite (PbSO4) với % hàm lượng chì trong đó
lần lượt là 77%, 88% và 68%.
* Tính chất vật lí [11]
Chì là kim loại nặng, có ánh kim, màu xanh xám, mềm. Do bị oxi
hóa nên bề mặt chì thường bị mờ đục.
Bảng 1.3. Bảng hằng số vật lí của chì
Cấu hình electron

[Xe]4f145d106s26p2

Bán kính nguyên tử (A0)

1,75

Năng lượng ion hóa thứ nhất (eV)

7,42

Thế điện cực chuẩn (V)

-0,126

Nhiệt độ nóng chảy (oC)

327

Nhiệt độ sôi (oC)

1737

Khối lượng nguyên tử (đvC)

207,21

Cấu trúc tinh thể

Lập phương tâm diện

* Tính chất hóa học [11]
Chì tương đối hoạt động về mặt hoá học. Trong không khí, chì bị oxi
hoá tạo thành lớp oxit màu xám xanh phủ bên trên mặt ngăn không cho chì

11


bị oxi hoá tiếp nữa, nếu trong nước, lớp màng oxit bao bọc bên ngoài bị
tách dần, chì tiếp tục bị tác dụng:
2Pb + O2 → 2PbO
Chì tác dụng với halogen và nhiều nguyên tố phi kim loại khác:
Pb + X2 → PbX2
Chì tan được trong các axit do có thế điện cực âm. Thực tế thì chì chỉ
tương tác ở trên bề mặt với dung dịch axit sunfuric dưới 80% và axit
clohiđric loãng vì bị bao bọc bởi lớp muối khó tan (PbSO4; PbCl2). Với
dung dịch axit đậm đặc hơn, lớp muối khó tan của chì có thể tan được vì đã
chuyển thành hợp chất tan:
PbSO4 + H2SO4 → Pb(HSO4)2
PbCl2 + 2HCl → H2PbCl4
Với bất kỳ nồng độ nào của axit nitric, chì tương tác như một kim
loại:

8HNO3loãng + 3Pb → 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Chì có thể tương tác với nước khi có mặt của oxi và có thể tan trong

axit axetic hay các axit hữu cơ khác:
2Pb + 2H2O + O2 → 2Pb(OH)2
2Pb + O2 + 4CH3COOH → 2Pb(CH3COO)2 + 2H2O
Chì tác dụng với dung dịch kiềm khi đun nóng, giải phóng hiđro:
Pb + 2H2O + 2KOH → K2[Pb(OH)4] + H2
* Tác dụng sinh hóa [13]
Để bổ sung thêm hiểu biết về tác dụng sinh hóa cho bạn đọc, PGS–
TS. Trịnh Thị Thanh cũng giới thiệu cho chúng ta nhiều tác hại khi bị
nhiễm chì thông qua cuốn “Độc hại môi trường và sức khỏe con người”,
NXB Đại học Quốc gia Hà Nội năm 2003.
Trong cơ thể sinh vật, chì là nguyên tố không cần thiết. Thực phẩm,
không khí, nước ... đều rất nguy hiểm khi bị ô nhiễm chì. Với con người,

12


nhất là trẻ em đang phát triển, chì có tác dụng âm tính đến sự phát triển của
bộ não, nó còn ức chế mọi hoạt động của các enzim ở bộ phận tạo máu và
là tác nhân phá hủy hồng cầu.
Chì đi vào cơ thể con người chủ yếu qua thức ăn, nước uống, một
phần qua đường hô hấp hoặc qua da, chúng được tích tụ trong xương, liều
lượng cao sẽ gây độc cấp tính. Sự tích luỹ chì trong cơ thể ở liều lượng
thấp cũng là mối đe dọa nguy hiểm nếu với thời gian dài. Triệu chứng khi
bị nhiễm độc chì là đau đầu, mệt mỏi, ăn không ngon, nó tác dụng lên hệ
thần kinh trung ương hay ngoại vi. Trong quá trình hình thành hemoglobin,
chì can thiệp vào quá trình tạo hợp chất trung gian, hiệu ứng sinh hoá quan
trọng của nó là can thiệp vào hồng cầu. Trong máu, khi nồng độ chì đạt 0,3
ppm thì nó ngăn cản quá trình lấy oxi để oxi hóa glucoza nhằm tạo ra năng
lượng cho sự sống, vì vậy làm cho cơ thể mệt mỏi. Nếu nồng độ lớn hơn
0,8 ppm thì gây thiếu máu và làm rối loạn chức năng thận do hụt hẳn
hemoglobin.
Chì có thể thay thế Ca2+ tạo phức trong xương dẫn đến làm xương đen
vì Pb2+ đồng hình với Ca2+, nếu lượng Ca2+ cao mà đẩy được Pb2+ ra thì Pb2+
được tích luỹ ở mô mềm.
1.3. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ASEN, CADIMI VÀ CHÌ
Hiện nay, trên thế giới nói chung hay Việt Nam nói riêng có rất
nhiều phương pháp khác nhau để xác định chì, asen và cadimi như phương
pháp phân tích thể tích, phân tích khối lượng, điện hoá, phương pháp ICP –
MS, phổ phát xạ nguyên tử (AES), phổ phân tử UV – VIS, phổ hấp thụ
nguyên tử không ngọn lửa (ETA – AAS) và ngọn lửa (F – AAS)… Dưới
đây là một số phương pháp hay dùng để xác định chì, asen và cadimi tại
các phòng nghiên cứu thực nghiệm của Việt Nam mà GS–TS. Hồ Viết Quý
đã viết trong cuốn “Các phương pháp phân tích quang học trong hoá học”,
NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội năm 1999 và cuốn “Các phương pháp

13


phân tích công cụ trong hoá học hiện đại”, NXB Đại học Sư phạm Hà Nội
năm 2009 để giới thiệu với bạn đọc một số cách xác định kim loại trong
mẫu có sẵn.
1.3.1. Các phương pháp hoá học
* Phương pháp phân tích khối lượng
Là phương pháp cổ điển có độ chính xác đạt tới 0,1%, phương pháp
phân tích khối lượng với cơ sở là dùng một thuốc thử thích hợp để kết tủa
định lượng của chất phân tích với hàm lượng lớn.
Asen được cho kết tủa dưới dạng Mg(NH4)AsO4, Ag3AsO4, As2S3
hay Ag2HAsO4, sau đó kết tủa thu được đem lọc, rửa, sấy rồi cân, từ đó xác
định hàm lượng chất cần phân tích [18, 19].
Cadimi được cho kết tủa dưới dạng CdNH4PO4, CdS, hay CdSO4,
sau đó kết tủa thu được đem lọc, rửa, sấy (hoặc nung) rồi cân, từ đó xác
định hàm lượng chất cần phân tích.
Chì được cho kết tủa dưới dạng PbMoO4, PbSO4, hay PbCrO4, sau
đó kết tủa thu được đem lọc, rửa, sấy (hoặc nung) rồi cân, từ đó xác
định được hàm lượng chất cần phân tích.
Phương pháp cổ điển không đòi hỏi dụng cụ đắt tiền nhưng thời gian
phân tích lâu, nhiều quá trình, giai đoạn phức tạp nhất là khi phân tích
lượng vết các chất. Do đó, cách này chỉ dùng trong phân tích hàm lượng
lớn mà không được dùng phổ biến trong thực tế để xác định lượng vết các
chất.
* Phương pháp phân tích thể tích
Phương pháp phân tích thể tích dựa vào sự đo thể tích dung dịch
thuốc thử của dung dịch chuẩn đã biết nồng độ chính xác được thêm vào
dung dịch chất cần phân tích để tác dụng vừa đủ toàn bộ lượng chất định
phân đó.

14


Điểm tương đương là thời điểm lượng thuốc thử tác dụng vừa hết với
toàn bộ chất định phân. Để nhận biết điểm này, ta dùng các chất chỉ thị gây
ra hiện tượng có thể quan sát bằng mắt.
Có thể dùng phương pháp chuẩn độ iot, phương pháp chuẩn độ brom
hay chuẩn độ bicromat để xác định asen.
Nếu dùng chuẩn độ iot, ta chuyển asen về dạng AsO33- bằng H2SO4
loãng và K2CO3, NaHCO3, sau đó chuẩn độ bằng iot dùng chỉ thị hồ tinh
bột tới khi dung dịch có màu xanh. Cách này xác định được hàm lượng As
nằm trong khoảng từ 0,1% đến vài chục %.
Với chì và cadimi, ta có thể dùng các phép chuẩn độ như chuẩn độ
oxi hoá - khử với các chất chỉ thị khác nhau hay chuẩn độ phức chất.
Ta có thể xác định cadimi bằng EDTA với chỉ thị ET–OO ở môi
trường pH = 9 – 10 hoặc với chỉ thị xylendacam ở môi trường pH = 6, lúc
này chất chỉ thị chuyển từ màu đỏ sang vàng:
H4FCd + H2Y2- → CdY2- + H6F
H6F + Cd2+ → H4FCd + 2H+
(đỏ)

(vàng)

Đối với chì ta chuẩn độ trực tiếp bằng EDTA hay chuẩn độ thay thế
với ZnY2- với chất chỉ thị ET–OO hoặc chuẩn độ ngược bằng Zn2+.
Cách 1: Chuẩn độ trực tiếp Pb2+ở pH trung tính hoặc kiềm (pH
khoảng 8 – 12) với chỉ thị ET–OO bằng EDTA:
Pb2+ + H2Y2- → PbY2- + 2H+
Tuy nhiên, phải cho Pb2+ tạo phức kém bền với tactrat hoặc
trietanolamin trước khi tăng pH do chì rất dễ thuỷ phân.
Cách 2: Chuẩn độ ngược Pb2+ bằng Zn2+: lấy một lượng dư chính xác
EDTA đã biết nồng độ ở pH = 10 cho tác dụng với Pb 2+. Sau đó chuẩn độ
EDTA dư với chỉ thị là ET–OO bằng Zn2+:
Pb2+ + H2Y2-→ PbY2- + 2H+

15


Zn2+ + H2Y2- (dư) → ZnY2- + 2H+
ZnInd + H2Y2- → Hind + ZnY2(đỏ nho)

(xanh)

Cách 3: Chuẩn độ thay thế với chỉ thị ET–OO khi dùng ZnY2-.
Do phức ZnY2- kém bền hơn PbY2- ở pH = 10 nên Zn2+ sẽ bị Pb2+
đẩy ra khỏi phức ZnY2-. Sau đó, xác định được Pb2+ bằng chuẩn Zn2+:
Pb2- + ZnY2- → PbY2- + Zn2+
ZnInd + H2Y2- → Hind + ZnY2(đỏ nho)

(xanh)

1.3.2. Phương pháp phân tích công cụ
* Các phương pháp quang phổ
Cùng với GS–TS. Hồ Viết Quý thì năm 2006 nhà giáo ưu tú PGS–
TS. Phạm Luận cũng viết cuốn “Phương pháp phân tích phổ nguyên tử”,
NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội để giới thiệu một số các phương pháp
quang phổ như sau:
1. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV – VIS [19]
Đây là phương pháp phổ hấp thụ phân tử xảy ra trong vùng UV –
VIS. Ở điều kiện thường (trạng thái cơ bản), các nhóm phân tử, phân tử của
chất bền vững và nghèo năng lượng. Trong các liên kết (л, ∂ , n) các điện tử
hoá trị sẽ chuyển lên mức năng lượng cao hơn (trạng thái kích thích) khi có
chùm sáng với năng lượng thích hợp chiếu vào (hấp thụ năng lượng chùm
sáng). Hiệu số giữa hai mức năng lượng (kích thích Em và cơ bản Eo)
chính là năng lượng từ nguồn sáng mà phân tử hấp thụ để tạo ra phổ hấp
thụ phân tử của chất [19].
Nguyên tắc của phương pháp là xác định dựa vào việc đo độ hấp thụ
ánh sáng của dung dịch phức tạo thành giữa thuốc thử hữu cơ hay vô cơ
trong môi trường thích hợp (được chiếu bởi chùm sáng) với ion cần xác
định. Phương pháp định lượng của phép đo:

16


A = K.C
Trong đó:

A: độ hấp thụ quang
C: nồng độ nguyên tố phân tích
K: hằng số thực nghiệm

Phương pháp này được sử dụng khá phổ biến và xác định được nồng
độ chất ở khoảng 10-5 – 10-7M.
Phương pháp trắc quang có độ ổn định, độ chính xác và độ nhạy khá
cao, được sử dụng rất nhiều trong phân tích vi lượng. Tuy nhiên lại gặp
nhiều khó khăn với việc xác định Cd, Pb do ảnh hưởng của các ion kim loại
tương tự, do đó phải thực hiện các công đoạn che, tách phức tạp.
2. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES) [19]
Nguyên tử không thu hay phát ra năng lượng khi ở điều kiện thường,
nhưng các điện tử hoá trị sẽ nhận năng lượng nếu bị kích thích và chuyển
lên trạng thái kích thích có mức năng lượng cao hơn. Trạng thái mới này
không bền và luôn có xu hướng trở về trạng thái ban đầu bền vững đồng
thời giải phóng năng lượng dưới dạng các bức xạ. Phổ phát xạ của nguyên
tử chính là các bức xạ này.
Sự xuất hiện phổ phát xạ của nguyên tố phân tích ở trạng thái khí của
nguyên tử tự do khi có tương tác với nguồn năng lượng phù hợp là cơ sở
của phương pháp AES. Hiện nay, để kích thích phổ AES người ta dùng một
số nguồn năng lượng như ngọn lửa đèn khí, plasma cao tần cảm ứng (ICP),
hồ quang điện, tia lửa điện …
Ưu điểm của phương pháp AES là đạt độ nhạy rất cao (thường từ
n.10-4 % đến n.10-3), có thể phân tích nhiều nguyên tố đồng thời trong cùng
một mẫu và tốn ít mẫu. Do vậy, đây là phương pháp dùng để đánh giá kiểm
tra nguyên liệu, hoá chất tinh khiết, phân tích lượng vết ion kim loại trong
thực phẩm, nước, lương thực. Tuy nhiên, phương pháp này không chỉ ra
được trạng thái liên kết mà chỉ cho biết thành phần nguyên tố có trong mẫu.

17


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×