Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Phân tích, đánh giá hàm lượng Asen, Cadimi, Chì trong rau xanh và nước tưới ở khu vực thành phố Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa GF – AAS

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:85

Thêm vào BST

Báo xấu

55
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm xác định hàm lượng một số kim loại nặng trong các loại rau và nguồn nước tưới ở thành phố Thái Nguyên. Từ kết quả phân tích, so sánh với qui chuẩn Việt Nam để đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong rau và nước tưới, đưa ra khuyến cáo cho người sử dụng có biện pháp xử lí thích hợp nhằm hạn chế nguồn ô nhiễm chính. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Phân tích, đánh giá hàm lượng Asen, Cadimi, Chì trong rau xanh và nước tưới ở khu vực thành phố Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa GF – AAS

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM PHAN THỊ KIM PHƯỢNG PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG ASEN, CADIMI, CHÌ TRONG RAU XANH VÀ NƯỚC TƯỚI Ở KHU VỰC THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ GF – AAS LUẬN VĂN THẠC SỸ HOÁ HỌC Thái Nguyên - 2013 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM PHAN THỊ KIM PHƯỢNG PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG ASEN, CADIMI, CHÌ TRONG RAU XANH VÀ NƯỚC TƯỚI Ở KHU VỰC THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ GF – AAS Chuyên ngành: Hoá học Phân Tích Mã số : 60440118 LUẬN VĂN THẠC SỸ HOÁ HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN THỊ HỒNG VÂN Thái Nguyên - 2013 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Thị Hồng Vân đã hướng dẫn em tận tình, chu đáo trong suốt quá trình làm luận văn, giúp em hoàn thành luận văn này. 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 Sư phạm Thái Nguyên đã giúp em hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trung tâm y tế dự phòng Tỉnh Thái Nguyên, các kỹ sư, bác sĩ, dược sỹ đã tạo điều kiện giúp đỡ em về cơ sở vật chất, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm thực nghiệm. Tôi xin chân thành cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp, gia đình đã quan tâm, giúp đỡ và động viên tôi tỏng suốt quá trình thực hiện luận văn. Thái Nguyên, tháng 4 năm 2013 Phan Thị Kim Phượng Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Thái Nguyên, tháng 4 năm 2013 Tác giả Phan Thị Kim Phượng Xác nhận Xác nhận của trưởng khoa chuyên môn của người hướng dẫn khoa học PGS.TS Trần Thị Hồng Vân Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục ..................................................................................................................... i Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt...................................................................... v Danh mục các bảng ................................................................................................. vi Danh mục các hình ................................................................................................ viii MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 1 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU...................................................................... 3 1.1. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN TỐ ASEN, CADIMI VÀ CHÌ............................... 3 1.1.1. Asen ............................................................................................................ 3 1.1.1.1.Trạng thái tự nhiên của asen ......................................................................... 3 1.1.1.2. Tính chất vật lí ............................................................................................ 3 1.1.1.3. Tính chất hóa học ........................................................................................ 4 1.1.1.4. Tác dụng sinh hoá ....................................................................................... 4 1.1.2. Cadimi ........................................................................................................... 5 1.1.2.1. Trạng thái tự nhiên của cadimi ................................................................... 5 1.1.2.2. Tính chất vật lí ........................................................................................... 5 1.1.2.3. Tính chất hóa học ....................................................................................... 5 1.1.2.4. Tác dụng sinh hóa ...................................................................................... 6 1.1.3. Chì.................................................................................................................. 6 1.1.3.1. Trạng thái tự nhiên ...................................................................................... 6 1.1.3.2. Tính chất vật lí ............................................................................................ 7 1.1.3.3. Tính chất hóa học ........................................................................................ 7 1.1.3.4. Tác dụng sinh hóa ....................................................................................... 8 1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ RAU ....................................................................... 8 1.2.1. Đặc điểm, vai trò và công dụng của rau xanh ................................................. 8 1.2.2. Hiện trạng ô nhiễm rau xanh ở Thái Nguyên.................................................. 9 1.3. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ASEN, CADIMI VÀ CHÌ ................ 11 1.3.1. Các phương pháp hoá học............................................................................. 11 1.3.1.1. Phương pháp phân tích khối lượng............................................................. 11 i Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
1.3.1.2. Phương pháp phân tích thể tích .................................................................. 11 1.3.2.Phương pháp phân tích công cụ. .................................................................... 13 1.3.2.1. Các phương pháp quang phổ. ..................................................................... 13 1.3.2.2 Phương pháp điện hoá ................................................................................ 14 1.3.2.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ......................................................... 15 1.4. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ MẪU PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH ASEN, CADIMI VÀ CHÌ .................................................................................................. 17 1.4.1. Phương pháp xử lý ướt (bằng axit đặc oxi hóa mạnh) ................................... 17 1.4.2. Phương pháp xử lý khô ................................................................................. 18 Chương 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 20 2.1. THIẾT BỊ, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ ............................................................... 20 2.1.1. Thiết bị ......................................................................................................... 20 2.1.2. Dụng cụ ........................................................................................................ 20 2.1.3. Hoá chất ....................................................................................................... 20 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................... 20 2.2.1. Phương pháp đường chuẩn ........................................................................... 21 2.2.2. Phương pháp thêm chuẩn ............................................................................. 22 2.3.1. Khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định asen, cadimi, chì bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (GF-AAS)....................................... 24 2.3.1.1. Khảo sát các điều kiện của máy đo phổ AAS ............................................. 24 Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN ...................................... 25 3.1. KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC NGUYÊN TỐ ASEN, CADIMI, CHÌ BẰNG PHƯƠNG PHÁP GF - AAS............ 25 3.1.1. Khảo sát vạch đo........................................................................................... 25 3.1.2. Khảo sát các thông số máy............................................................................ 27 3.1.2.1. Khảo sát độ rộng khe đo ............................................................................ 27 3.1.2.2. Khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng (HCL) .......................................... 28 3.1.3. Khảo sát điều kiện nguyên tử hóa mẫu.......................................................... 29 3.1.3.1. Nhiệt độ sấy khô mẫu ................................................................................ 29 3.1.3.2. Khảo sát nhiệt độ tro hóa luyện mẫu .......................................................... 30 3.1.3.3. Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu......................................................... 31 3.1.4. Các điều kiện khác........................................................................................ 32 3.1.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo GF – AAS ................................ 32 3.1.5.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit và loại axit ...................................... 33 3.1.5.2. Khảo sát ảnh hưởng của chất cải biến nền.................................................. 35 ii Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
3.1.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của các cation có trong mẫu. ...................................... 36 3.1.6. Tổng kết các điều kiện đo phổ GF – AAS của As, Cd, Pb............................. 39 3.2. PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CHUẨN ĐỐI VỚI PHÉP ĐO GF – AAS ............. 40 3.2.1. Khảo sát khoảng tuyến tính của nồng độ các kim loại ................................... 40 3.2.2. Xây dựng đường chuẩn của As, Cd, Pb......................................................... 44 3.2.2.1. Đường chuẩn của asen ............................................................................... 44 3.2.2.2. Đường chuẩn của cadimi............................................................................ 45 3.2.2.3. Đường chuẩn của chì ................................................................................. 45 3.3. ĐÁNH GIÁ SAI SỐ VÀ ĐỘ LẶP VÀ GIỚI HẠN PHÁT HIỆN (LOD), GIỚI HẠN ĐỊNH LƯỢNG (LOQ) CỦA PHƯƠNG PHÁP ................................... 46 3.3.1. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phương pháp.............................................. 46 3.3.2. Giới hạn phát hiện và giới hạn đinh lượng của phép đo GF-AAS ................. 51 3.3.2.1. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của Asen .................................. 51 3.3.2.2. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của Cadimi............................... 51 3.3.2.3. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của Chì..................................... 52 3.4. PHÂN TÍCH MẪU THỰC TẾ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CHUẨN ................................................................................................................. 52 3.5.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu ........................................................................... 52 3.5.1.1. Mẫu nước tưới ........................................................................................... 55 3.5.1.2. Mẫu rau ..................................................................................................... 56 3.5.2. Xử lý mẫu .................................................................................................... 57 3.5.2.1. Xử lý mẫu nước ........................................................................................ 57 3.5.2.2. Xử lý mẫu rau ........................................................................................... 57 3.5.3. Kết quả xác định hàm lượng kim loại trong mẫu........................................... 57 3.5.3.1. Kết quả xác định hàm lượng kim loại nặng trong mẫu theo phương pháp đường chuẩn .................................................................................................. 57 3.5.3.2. Xác định hàm lượng kim loại bằng phương pháp thêm chuẩn .................... 62 KẾT LUẬN ........................................................................................................... 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 71 iii Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Tên đầy đủ 1 AAS Atomic Absorption Spectroscopy 2 F - AAS Flame Atomic Absorption Spectroscopy 3 GF - AAS Graphite Furnace Atomic Absorption Spectroscopy Electro – Thermal Atomization Atomic Absorption 4 ETA - AAS Spectroscopy 5 AES Atomic Emission Spectroscopy 6 ICP-MS Inductively Coupled Plasma Mas Spectrometry 7 LOD Limit of Detection 8 LOQ Limit of Quantity 9 UV - Vis Ultra Violet – Visible 10 HCL Hollow Cathode Lamp iv Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3.1: Kết quả khảo sát vạch đo của As .................................................. 25 Bảng 3.2: Kết quả khảo sát vạch đo của Cd.................................................. 26 Bảng 3.3: Kết quả khảo sát vạch đo của Pb .................................................. 26 Bảng 3.4: Các bước sóng tối ưu của cadimi, chì và asen .............................. 26 Bảng 3.5: Kết quả khảo sát khe đo với nguyên tố As.................................... 27 Bảng 3.6 : Kết quả khảo sát khe đo với nguyên tố Cd .................................. 27 Bảng 3.7 : Kết quả khảo sát khe đo với nguyên tố Pb................................... 28 Bảng 3.8: Khảo sát cường độ dòng đèn với nguyên tố As ............................ 28 Bảng 3.9: Khảo sát cường độ dòng đèn với nguyên tố Cd ............................ 28 Bảng 3.10: Khảo sát cường độ dòng đèn với nguyên tố Pb........................... 29 Bảng 3.11: Kết quả khảo sát nhiệt độ tro hóa của As, Cd và Pb.................... 31 Bảng 3.12: Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hóa của As..................................... 31 Bảng 3.13: Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hóa của Cd..................................... 31 Bảng 3.14: Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hóa của Pb ..................................... 32 Bảng 3.15: Khảo sát ảnh hưởng của axit đối với As ..................................... 33 Bảng 3.16: Khảo sát ảnh hưởng của axit đối với Cd ..................................... 34 Bảng 3.17: Khảo sát ảnh hưởng của axit đối với Pb ..................................... 34 Bảng 3.18: Khảo sát nồng độ chất cải biến nền Mg(NO3)2 ........................... 35 Bảng 3.19 : Ảnh hưởng của nhóm kim loại kiềm ......................................... 36 Bảng 3.20: Ảnh hưởng của nhóm kim loại kiềm thổ..................................... 37 Bảng 3.21: Ảnh hưởng của nhóm cation hóa trị II ........................................ 37 Bảng 3.22: Ảnh hưởng của nhóm cation hóa trị III....................................... 38 Bảng 3.23: Ảnh hưởng tổng của cation......................................................... 38 Bảng 3.24: Tổng kết các điều kiện đo phổ của As, Cd, Pb............................ 39 Bảng 3.25: Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của As................... 41 Bảng 3.26: Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Cd .................. 42 v Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
Bảng 3.27: Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Pb................... 43 Bảng 3.28: Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo As ......... 48 Bảng 3.29: Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo Cd .......... 49 Bảng 3.30: Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo Pb ......... 50 Bảng 3.31 : Các mẫu nước tưới lấy tại khu vực trồng rau Túc Duyên .......... 55 Bảng 3.32 : Các mẫu rau tại khu vực Túc Duyên – Thái Nguyên ................. 56 Bảng 3.33 : Kết quả xác định nồng độ kim loại trong mẫu nước .................. 58 Bảng 3.34: Giá trị giới hạn tối đa cho phép nồng độ của một số kim loại nặng trong nước bề mặt, theo QCVN 08:2008/BTNMT ....................................... 58 Bảng 3.35: Kết quả tính nồng độ Pb, Cd, As trong mẫu rau ......................... 60 Bảng 3.36: Kết quả tính hàm lượng Pb, Cd, As trong rau xanh .................... 61 Bảng 3.37: Giới hạn tối đa hàm lượng kim loại nặng trong các loại rau ....... 62 Bảng 3.38: Mẫu thêm chuẩn......................................................................... 63 Bảng 3.39: Kết quả phân tích As bằng phương pháp thêm chuẩn ................. 64 Bảng 3.40: Kết quả phân tích Cd bằng phương pháp thêm chuẩn................. 65 Bảng 3.41: Kết quả phân tích Pb bằng phương pháp thêm chuẩn ................. 66 vi Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 2.1. Đồ thị của phương pháp đường chuẩn .......................................... 22 Hình 2.2. Đồ thị của phương pháp thêm chuẩn............................................. 23 Hình 3.1: Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của asen..................... 41 Hình 3.2: Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của cadimi ................. 42 Hình 3.3: Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của chì....................... 43 Hình 3.4: Đường chuẩn của asen.................................................................. 44 Hình 3.5: Đường chuẩn của cadimi .............................................................. 45 Hình 3.6: Đường chuẩn của chì.................................................................... 46 Hình 3.7: Vườn rau bắp cải .......................................................................... 53 Hình 3.8: Vườn rau cải xanh ........................................................................ 53 Hình 3.9: Vườn rau cải canh ........................................................................ 54 Hình 3.10: Vườn rau cải chíp ....................................................................... 54 Hình 3.11: Vườn rau cải thìa ....................................................................... 54 Hình 3.12: Bể chứa nước tưới ...................................................................... 54 Hình 3.13: Vũng chứa nước tưới .................................................................. 55 Hình 3.14: Hệ thống mương dẫn nước tưới ................................................. 55 vii Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
MỞ ĐẦU Rau quả thuộc loại thực phẩm không thể thiếu được trong bữa ăn hàng ngày của nhân dân ta. Rau quả có giá trị dinh dưỡng đặc biệt quan trọng. Về lượng protein và lipid rau quả không thể so sánh với các thực phẩm nguồn gốc động vật nhưng giá trị chính của rau quả là ở chỗ chúng cung cấp cho cơ thể nhiều thành phần có hoạt tính sinh học. Rau quả cung cấp nguồn chất khoáng rất cần thiết cho cơ thể. Các chất khoáng có tính kiềm như kali, canxi, magie, … góp phần trung hòa các sản phẩm axit do thức ăn hoặc quá trình chuyển hóa tạo thành. Vitamin và chất khoáng có trong rau quả là các yếu tố vi lượng rất cần cho sự phát triển của trẻ em, góp phần phòng chống các bệnh nhiễm khuẩn. Người ta còn phát hiện vai trò quan trọng của rau quả trong việc phòng chống các bệnh tim mạch và ức chế sự phát triển khối u ác tính. Một số loại rau quả có chứa các cấu tử kháng đột biến, chống oxy hóa, kháng vi khuẩn, kháng nấm, kích thích và tăng cường việc sản xuất kháng thể, … Thành phố Thái Nguyên là một trung tâm kinh tế, chính trị, văn hóa ở khu vực phía Bắc Việt Nam. Với mật độ dân số đông, thành phố Thái Nguyên là một thị trường quan trọng để tiêu thụ các sản phẩm nông nghiệp trong đó có rau xanh. Từ nhiều năm nay thành phố đã hình thành vành đai sản xuất thực phẩm trong đó cây rau được coi là sản phẩm quan trọng nhất. Cùng với sự tăng trưởng nông nghiệp nói chung, sản xuất rau ở Thái Nguyên đã đáp ứng được nhu cầu về số lượng, khắc phục dần tình trạng thiếu hụt lúc giáp vụ, nhiều chủng loại rau chất lượng cao đã được bổ sung trong bữa ăn hàng ngày của người dân. Tuy nhiên, trong xu thế của một nền sản xuất thâm canh, công nghệ sản xuất rau hiện nay đang bộc lộ những nhược điểm đó là việc ứng dụng ồ ạt, thiếu chọn lọc các tiến bộ kỹ thuật như phân bón, chất kích thích sinh trưởng, thuốc bảo vệ thực vật dẫn đến không những gây ô nhiễm môi trường canh tác mà còn làm cho rau bị nhiễm bẩn, ảnh hưởng đến sức khoẻ người sử dụng. Bên cạnh đó thành phố Thái Nguyên còn là một trong những trung tâm công nghiệp lớn ở Việt Nam, nơi đây tập trung nhiều nhà máy xí nghiệp lớn như Nhà máy gang thép Thái Nguyên, Nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ, Nhà máy điện Cao Ngạn, … Vì vậy, lượng nước thải từ các nhà máy đổ ra môi trường hàng ngày khá lớn. Có thể nói môi trường đất, nước mặt ở thành phố Thái Nguyên đã và 1 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
đang bị ô nhiễm nặng nề bởi các hoá chất độc hại từ các nguồn thải công nghiệp, nông nghiệp và phế thải đô thị, … Xu hướng ô nhiễm có chiều hướng ngày càng gia tăng cả về số lượng, diện tích nếu không có biện pháp xử lý triệt để và đó là một trong những nguyên nhân thu hẹp dần vùng trồng rau sạch của thành phố. Một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm cho rau quả là các kim loại nặng: Pb, Cd, Cu, As, Ni, Cr, … Bình thường cơ thể có thể đào thải kim loại nặng, nhưng khi hàm lượng này vượt quá ngưỡng cho phép, chúng sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người như tăng nguy cơ gây ung thư, rối loạn trao đổi chất, làm mất cân bằng hệ coenzim, …Vì vậy việc điều tra, đánh giá chất lượng rau sạch trở nên vô cùng cấp thiết. Một trong những chỉ tiêu đánh giá độ an toàn của thực phẩm nói chung và của rau sạch nói riêng là chỉ tiêu về hàm lượng các kim loại nặng. Để xác định hàm lượng kim loại nặng trong rau có thể xác định bằng nhiều phương pháp: Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử, phương pháp trắc quang, phương pháp cực phổ, phương pháp điện phân, phương pháp sắc kí, … Phương pháp 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 rau và trong nước tưới và các đối tượng khác. Vì những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài: “ Phân tích, đánh giá hàm lượng Asen, Cadimi, Chì trong rau xanh và nước tưới ở khu vực thành phố Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa GF – AAS” Đề tài thực hiện nhằm xác định hàm lượng một số kim loại nặng trong các loại rau và nguồn nước tưới ở thành phố Thái Nguyên. Từ kết quả phân tích, so sánh với qui chuẩn Việt Nam để đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong rau và nước tưới, đưa ra khuyến cáo cho người sử dụng có biện pháp xử lí thích hợp nhằm hạn chế nguồn ô nhiễm chính. 2 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN TỐ ASEN, CADIMI VÀ CHÌ 1.1.1. Asen 1.1.1.1.Trạng thái tự nhiên của asen [16, 33] As chiếm khoảng 10-4 % tổng số nguyên tử trong vỏ trái đất là các nguyên tố giàu thứ 20 sau các nguyên tố khác, nhưng ít tồn tại ở dạng nguyên chất trong tự nhiên. Người ta tìm thấy As tồn tại ở dạng hợp chất với một hay một số nguyên tố khác. Thường thì các các dạng hợp chất hữu cơ của Asen ít độc hơn hợp chất asen vô cơ. Asen phân bố rộng rãi trên vỏ trái đất với nồng độ trung bình khoảng 2mg/kg. Nó có mặt trong đá, đất, nước, không khí, và một số sinh vật. Asen có thể tồn tại với 4 trạng thái oxi hóa: -3; 0; +3; +5. Asen là nguyên tố cancofil dễ tạo sunfua với lưu huỳnh, tạo hợp chất với selen, telua và đặc biệt với đồng, niken, sắt, bạc, ... Có khoảng gần 140 khoáng vật độc lập của Asen, trong đó 60% là Asenat và 35% là sunfua. Các khoáng vật quan trọng nhất của Asen là: Asenopirit (FeAsS), Ocpirmen (As2S3), Rialga (AsS), ... Asenconf kết hợp các nguyên tố khác, thay thế lưu huỳnh trong các hợp chất như: Lơlingit (FeAs2), Smartina (As2Co), các loại hợp chất này thường tạo thành ở nhiệt độ thấp. 1.1.1.2. Tính chất vật lí [16, 33] Asen hay còn gọi là thạch tín, là một á kim có màu xám kim loại, rất giòn, kết tinh dạng tinh thể. Asen lần đầu tiên được Albertus Magnus (Đức) viết về nó vào năm 1250. Asen là một Á kim gây ngộ độc mạnh. Asen có một vài dạng thù hình, dạng kim loại và dạng không kim loại. Ở dạng không kim loại asen được tạo nên khi ngưng tụ hơi của nó. Đó là chất rắn mầu vàng, ở nhiệt độ thường dưới tác dụng của ánh sáng nó chuyển nhanh thành bột. Ở dạng kim loại: Asen có màu xám và là dạng bền nhất, dễ nghiền nhỏ thành bột, dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, hơi asen có mùi tỏi rất độc. 3 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
Dưới đây là một số hằng số vật lí của asen: Cấu hình electron [Ar]3d104s24p3 Năng lượng ion hóa thứ nhất (eV) 10,5 Bán kính nguyên tử (A0) 1,25 Khối lượng nguyên tử (đvC) 74,92 Nhiệt độ nóng chảy (oC) 817 Nhiệt độ sôi (oC) 610 1.1.1.3. Tính chất hóa học [16, 33] Asen là nguyên tố vừa có tính kim loại vừa có tính phi kim. Về lí tính nó có tính chất giống kim loại nhưng hóa tính lại giống các phi kim. Khi đun nóng trong không khí nó cháy tạo thành As2O3 màu trắng As + 3O2 → As2O3 Ở dạng bột nhỏ As có thể bốc cháy trong khí clo tạo thành triclorua 2As + 3Cl2 → 2AsCl3 Khi đun nóng As tương tác với Br, S, kim loại kiềm, kiềm thổ và một số kim loại khác tạo nên asenua. 2As + 3M → M3As2 (đun nóng, M = Mg, Ca, Cu) 2As + M → MAs2 (đun nóng, M = Zn, Ca, Fe) As + M → MAs (đun nóng, M = Al, Ga, In, La) Asen không phản ứng với nước, axit loãng nhưng tan trong HNO3 đặc, cường thủy, kiềm, chất ôxi hóa điển hình. As + 3HClđ + HNO3đ → AsCl3 + NO↑ + H2O As + 5 HNO3 + 2 H2O → 3 H3AsO4 + 5 NO↑ As + 6 NaOH → 2NaAsO3 + 2H2 1.1.1.4. Tác dụng sinh hoá [25, 32] Về mặt hoá học As là một á kim, về mặt sinh học As nằm trong danh mục các hoá chất độc hại cần được kiểm soát. As được xếp cùng hàng với các kim loại nặng, As là chất độc có thể gây nên 19 bệnh khác nhau trong đó có ung thư da và phổi, bàng quang, ruột. Các triệu chứng cổ điển của nhiễm độc As là sậm màu da, tăng sừng hóa và ung thư, tác động đến hệ thần kinh ngoại biên và ảnh hưởng xấu 4 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
đến sức khỏe như chứng to chướng gan, bệnh đái tháo đường, cao huyết áp, bệnh tim, viêm cuống phổi, các bệnh về đường hô hấp, ... As ở dạng vô cơ có độc tính cao gấp nhiều lần As ở dạng hữu cơ, trong đó các hợp chất có chứa As thì hợp chất chứa As(III) độc tính cao hơn As(V), tuy nhiên trong cơ thể As(V) có thể bị khử về As(III); As(III) tác động vào nhóm - SH của các enzim, do vậy ức chế hoạt động của men. 1.1.2. Cadimi 1.1.2.1. Trạng thái tự nhiên của cadimi [14] Trong thiên nhiên, Cd tồn tại ở dạng bền vững là Cd(II). Trữ lượng của cadimi trong vỏ Trái đất là 7,6.10-6% tổng số nguyên tử tương ứng. Khoáng vật chính của cadimi là grenokit (CdS), khoáng vật này hiếm khi tồn tại riêng mà thường ở lẫn với khoáng vật của kẽm và thủy ngân là xinaba hay thần sa (HgS). 1.1.2.2. Tính chất vật lí [14] Cadimi là kim loại màu trắng bạc, mềm, dễ nóng chảy, ở trong không khí ấm bị nó dần bị bao phủ bởi lớp màng oxit nên mất ánh kim. Dưới đây là một số hằng số vật lí của cadimi: Cấu hình electron [Kr]4d105s2 Năng lượng ion hóa thứ nhất (eV) 8,99 Bán kính nguyên tử (A0) 1,56 Thế điện cực chuẩn (V) -0,402 Khối lượng nguyên tử (đvC) 112,411 Nhiệt độ nóng chảy (oC) 321,07 Nhiệt độ sôi (oC) 767 Cấu trúc tinh thể Lục giác bó chặt 1.1.2.3. Tính chất hóa học [14] Cadimi là nguyên tố tương đối hoạt động. Trong không khí ẩm, Cd bền ở nhiệt độ thường nhờ màng oxit bảo vệ. Nhưng ở nhiệt độ cao nó cháy mãnh liệt cho ngọn lửa mầu sẫm: 5 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
2Cd + O2 → 2CdO Tác dụng với halogen tạo thành đihalogenua, tác dụng với lưu huỳnh và các nguyên tố không kim loại khác như photpho, selen, …: Cd + S → CdS Ở nhiệt độ thường cadimi bền với nước vì có màng oxit bảo vệ, nhưng ở nhiệt độ cao cadimi khử hơi nước biến thành oxit: Cd + H2O → CdO + H2 ↑ Cadimi tác dụng dễ dàng với axit không phải là chất oxi hoá, giải phóng khí hiđro. Ví dụ HCl: Cd + 2HCl → CdCl2 + H2↑ Trong dung dịch thì: Cd + H3O+ + H2O → [Cd(H2O)2]]2+ + 1/2H2↑ 1.1.2.4. Tác dụng sinh hóa [25, 36, 37] Cadimi là nguyên tố rất độc. Cadimi thâm nhập vào cơ thể bằng nhiều cách khác nhau và được tích tụ lại chủ yếu trong thận và có thời gian bán huỷ sinh học rất dài từ 20 - 30 năm. Nhiễm độc cadimi gây nên chứng bệnh giòn xương. Ở nồng độ cao, cadimi gây đau thận, thiếu máu và phá huỷ tuỷ xương. Phần lớn cadimi thâm nhập vào cơ thể con người được giữ lại ở thận và được đào thải, còn một phần ít (khoảng 1%) được giữ lại trong thận, do cadimi liên kết với protein tạo thành metallotionein có ở thận. Phần còn lại được giữ lại trong cơ thể và dần dần được tích luỹ cùng với tuổi tác. Cadimi thường gắn liền với Zn nên có khả năng thay thế Zn. Trong cơ thể, Zn là thành phần thiết yếu của một số hệ thống enzim nên khi bị cadimi thay thế sẽ gây ra rối loạn tiêu hoá và các chứng bệnh rối loạn chức năng thận, thiếu máu, tăng huyết áp, phá huỷ tuỷ sống, gây ung thư. 1.1.3. Chì 1.1.3.1. Trạng thái tự nhiên [16] Chì trong tự nhiên chiếm khoảng 0,0016 % khối lượng vỏ Trái đất, phân bố trong 170 khoáng vật khác nhau nhưng quan trọng nhất là galena (PbS), anglesite (PbSO4) và cerussite (PbCO3), hàm lượng chì trong các khoáng lần lượt là 88 %, 68% và 77%. [16] 6 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
1.1.3.2. Tính chất vật lí [16] Chì là kim loại nặng, có ánh kim. Chì kim loại có màu xanh xám, mềm, bề mặt chì thường mờ đục do bị oxi hóa. Một số hằng số vật lí của chì: Cấu hình electron [Xe]4f145d106s26p2 Năng lượng ion hóa thứ nhất (eV) 7,42 Bán kính nguyên tử (A0) 1,75 Thế điện cực chuẩn (V) -0,126 Khối lượng nguyên tử (đvC) 207,21 Nhiệt độ nóng chảy (oC) 327 Nhiệt độ sôi (oC) 1737 Cấu trúc tinh thể Lập phương tâm diện 1.1.3.3. Tính chất hóa học [16] Nhìn chung, chì là kim loại tương đối hoạt động về mặt hoá học. Ở điều kiện thường, chì bị oxi hoá tạo thành lớp oxit màu xám xanh bao bọc bên trên mặt bảo vệ cho chì không tiếp xúc bị oxi hoá nữa: 2Pb + O2 → 2PbO Khi gặp nước, nước sẽ tách dần màng oxit bao bọc ngoài, tiếp tục bị tác dụng. Chì tương tác với halogen và nhiều nguyên tố không kim loại khác: Pb + X2 → PbX2 Chì có thế điện cực âm nên về nguyên tắc nó tan được trong các axit. Nhưng thực tế chì chỉ tương tác ở trên bề mặt với dung dịch axit clohiđric loãng và axit sunfuric dưới 80% vì bị bao bọc bởi lớp muối khó tan (PbCl2; PbSO4). Với dung dịch đậm đặc hơn của các axit đó, chì có thể tan vì muối khó tan của lớp bảo vệ đã chuyển thành hợp chất tan: PbCl2 + 2HCl → H2PbCl4 PbSO4 + H2SO4 → Pb(HSO4)2 Với axit nitric ở bất kỳ nồng độ nào, chì tương tác như một kim loại: 3Pb + 8HNO3loãng → 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O Khi có mặt oxi, chì có thể tương tác với nước: 2Pb + 2H2O + O2 → 2Pb(OH)2 7 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
có thể tan trong axit axetic và các axit hữu cơ khác: 2Pb + 4CH3COOH + O2 → 2Pb(CH3COO)2 + 2H2O Với dung dịch kiềm, chì có tương tác khi đun nóng, giải phóng hiđro: Pb + 2KOH + 2H2O → K2[Pb(OH)4] + H2 1.1.3.4. Tác dụng sinh hóa [25, 31] Chì là một nguyên tố không cần thiết cho cơ thể sinh vật. Không khí, nước và thực phẩm bị ô nhiễm chì đều rất nguy hiểm cho con người, nhất là trẻ em đang phát triển. Chì có tác dụng âm tính lên sự phát triển của bộ não trẻ em, chì ức chế mọi hoạt động của các enzim, không chỉ ở não mà còn ở các bộ phận tạo máu, nó là tác nhân phá hủy hồng cầu. Chì có thể thâm nhập vào cơ thể con người qua thức ăn, nước uống, hít thở hoặc thông qua da nhưng chủ yếu lượng chì đi vào cơ thể con người là do khẩu phần ăn uống, chúng được tích tụ trong xương, ít gây độc cấp tính trừ liều lượng cao, nguy hiểm hơn là sự tích luỹ lâu dài trong cơ thể ở liều lượng thấp nhưng với thời gian dài. Triệu chứng thể hiện nhiễm độc chì là mệt mỏi, ăn không ngon, đau đầu, nó tác dụng lên hệ thần kinh trung ương và ngoại vi, hiệu ứng sinh hoá quan trọng của chì là can thiệp vào hồng cầu, nó can thiệp vào quá trình tạo hợp chất trung gian trong quá trình hình thành Hemoglobin. Khi nồng độ chì trong máu đạt 0,3 ppm thì nó ngăn cản quá trình sử dụng oxi để oxi hóa glucoza tạo ra năng lượng cho quá trình sống, do đó làm cho cơ thể mệt mỏi và khi nồng độ lớn hơn 0,8 ppm thì hụt hẳn Hemoglobin gây thiếu máu và làm rối loạn chức năng thận. Ngoài ra Pb2+ đồng hình với Ca2+ nên có thể thay thế Ca2+ tạo phức trong xương (làm xương đen), nếu lượng Ca2+ cao lại đẩy Pb2+ ra và Pb2+ được tích luỹ ở mô mềm. 1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ RAU [26] 1.2.1. Đặc điểm, vai trò và công dụng của rau xanh Trong ăn uống hàng ngày rau tươi có vai trò đặc biệt quan trọng chứa nhiều sinh tố, chất khoáng và chất sơ cần thiết cho cơ thể. Rau là nguồn khoáng chất và vitamin phong phú, một số loại rau tuy không cung cấp nhiều nhiệt lượng nhưng lại cung cấp những sinh tố và chất khoáng không thể thiếu đối với sức khoẻ. Rau còn quan trọng ở chỗ nó cung cấp chất xơ. Chất xơ không dễ tiêu hoá hấp thụ 8 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
được, không cung cấp năng lượng, nó tạo ra chất thải lớn trong ruột, làm tăng nhu động ruột, chống táo bón. Đây là điều rất quan trọng trong việc tránh hấp thụ có hại cho cơ thể. Nếu phân để lâu trong ruột do thiếu chất xơ cũng tăng tỉ lệ ung thư tiêu hoá, đại tràng, gây xơ vữa động mạch. Ngoài ra, chất xơ còn thúc đẩy sự hấp thụ của cơ thể đối với 3 nhóm thức ăn đạm, béo, đường. Rau còn là nguồn chất sắt quan trọng. Sắt trong rau được cơ thể hấp thụ tốt hơn sắt ở các hợp chất vô cơ. Các loại rau, đậu, xà lách là nguồn mangan tốt. Rau không những là loại thực phẩm hàng ngày rất cần thiết cho cơ thể mà còn là loại thuốc chữa bệnh rất dễ kiếm và dễ sử dụng. Cải bắp là loại rau có nguồn gốc ôn đới, có rất nhiều tác dụng. Dùng đắp ngoài để tẩy uế làm liền sẹo, mụn nhọt, … Ngoài ra, còn là thuốc làm dịu đau trong bệnh thấp khớp, đau dây thần kinh hông, … Sau hết, nó là loại thuốc mạnh để chống kích thích thần kinh và chứng mất ngủ, dùng cho những người hay lo âu, người bị suy nhược thần kinh. Cải xoong giúp ta ăn ngon miệng, tẩy độc, lợi tiểu, cung cấp nhiều chất xơ có tác dụng tốt đối với dạ dày. Canh cải xoong nấu với cỏ tươi vừa ngon, bổ, mát lại có tác dụng giải nhiệt, … Ngoài ra, cải xoong kết hợp với một số vị thuốc khác có tác dụng chữa một số bệnh như: viêm phế quản, ho lao, bí tiểu, … Rau muống là loại rau rất phổ biến, dễ trồng, có thể trồng trên cạn hoặc dưới nước có tính hàn, vị ngọt. Khi bị chảy máu mũi dùng rau muống tươi nghiền nát với đường đỏ uống sẽ giúp cầm máu. Nếu có mụn nhọt, dùng rau muống tươi đánh nhuyễn với mật ong đắp vào chỗ đau cũng rất tốt. Cải thìa có nhiều vitamin A, B, C. Lượng vitamin C của nó rất phong phú, đứng vào bậc nhất trong các loại rau. Sau khi phơi khô, hàm lượng vitamin C vẫn còn cao. Cải thìa có tác dụng chống scorbut (bệnh do thiếu vitamin C gây ra), tạng khớp và làm tan sưng. Hạt cải thìa kích thích, làm dễ tiêu, nhuận tràng. 1.2.2. Hiện trạng ô nhiễm rau xanh ở Thái Nguyên Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ thì việc ô nhiễm vi sinh vật, hoá chất độc hại, kim loại nặng và thuốc bảo vệ thực vật tồn dư trong rau, đặc biệt là rau ăn lá đã ảnh hưởng không nhỏ trước mắt cũng như lâu dài đối 9 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/