Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Phân tích và đánh giá hàm lượng kim loại nặng trong cây cỏ mần trầu (eleusine indica gagerth)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:54

Thêm vào BST

Báo xấu

38
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của Luận văn nhằm xác định hàm lượng tổng số của Cd, Cu, Pb và Zn trong cây cỏ mần trầu bằng phương pháp phân tích phổ khối lượng nguyên tử ICP-MS và so sánh với giới hạn tiêu chuẩn cho phép của WHO. 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 và đánh giá hàm lượng kim loại nặng trong cây cỏ mần trầu (eleusine indica gagerth)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC –––––––––––––––––––––––– NGUYỄN THỊ THU HẰNG PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG KIM LOẠI NẶNG TRONG CÂY CỎ MẦN TRẦU (ELEUSINE INDICA GAGERTH) LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Thái Nguyên-2018
LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ, Khoa Hóa Học - Trường Đại học Khoa Học - Đại học Thái Nguyên, em đã nhận được sự ủng hộ, giúp đỡ của các thầy cô giáo, các đồng nghiệp, bạn bè và gia đình. Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến thầy giáo TS. Vương Trường Xuân đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báu để em có thể hoàn thành luận văn này. Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, các thầy cô trong Ban Giám hiệu trường Đại học Khoa Học - Đại học Thái Nguyên đã giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu . Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 20 tháng 09 năm 2018 Học viên Nguyễn Thị Thu Hằng
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 1. Thông tin chung: - Tên luận văn: “Phân tích và đánh giá hàm lượng kim loại nặng trong cây cỏ mần trầu (eleusine indica gagerth)” - Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Thu Hằng - Lớp: Cao học Hóa Phân tích K10 Khoa: Hoá học - Người hướng dẫn: TS. Vương Trường Xuân 2. Mục tiêu đề tài: Xác định hàm lượng tổng số của Cd, Cu, Pb và Zn trong cây cỏ mần trầu bằng phương pháp phân tích phổ khối lượng nguyên tử ICP-MS và so sánh với giới hạn tiêu chuẩn cho phép của WHO. 3. Tính mới và sáng tạo: Đã khảo sát và chọn được các điều kiện thực nghiệm phù hợp cho việc xác định hàm lượng tổng số của Cd, Cu, Pb và Zn trong lá cây cỏ mần trầu trong các mẫu phân tích bằng phép đo phổ khối lượng nguyên tử ICP-MS. 4. Kết quả nghiên cứu: Đã xác định được hàm lượng tổng số Cd, Cu, Pb và Zn trong 11 mẫu cây cỏ mần trầu bằng phương pháp ICP-MS. 5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài: Kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ là tài liệu tham khảo và học tập cho sinh viên ngành Hóa, hoá dược, cử nhân Hóa học và công nghệ hoá học, trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên. 6. Công bố khoa học của học viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có): chưa có.
Ngày 20 tháng 9 năm 2018 Học viên chịu trách nhiệm chính thực hiện luận văn (kí, họ và tên) Nguyễn Thị Thu Hằng Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của học viên thực hiện luận văn (phần này do người hướng dẫn ghi): ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… ………….. Ngày.… tháng 9 năm 2018 Xác nhận của Trường Người hướng dẫn (kí tên và đóng dấu) (kí, họ và tên) Vương Trường Xuân
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i MỤC LỤC .......................................................................................................... i DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... vi MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU............................................................ 2 1.1.Tổng quan về cây cỏ mần trầu .................................................................... 2 1.1.1. Giới thiệu về cây cỏ mần trầu ................................................................. 2 1.1.2. Mô tả thực vật ......................................................................................... 2 1.1.3. Công dụng của cỏ mần trầu..................................................................... 3 1.2. Một số tính chất lý, hóa của đồng, chì, cadimi và kẽm. ............................ 4 1.2.1. Tính chất vật lý của đồng, chì, cadimi và kẽm ....................................... 4 1.2.2. Một số tính chất hóa học của đồng, chì, cadimi và kẽm ......................... 4 1.3. Vai trò sinh học của các nguyên tố đồng, cadimi, chì và kẽm................... 5 1. 3.1. Vai trò sinh học của đồng ...................................................................... 5 1.3.2. Vai trò sinh học của kẽm......................................................................... 6 1.3.3. Vai trò sinh học của cadimi ..................................................................... 6 1.3.4. Vai trò sinh học của chì ........................................................................... 7 1.4. Các phương pháp xác định hàm lượng kim loại trong mẫu ....................... 8 1.4.1. Phương pháp phân tích thể tích ............................................................... 8 1.4.2. Phương pháp điện hoá ............................................................................. 8 1.4.3. Phương pháp quang phổ .......................................................................... 9 1.4.4. Phương pháp quang phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS) ................... 10 1.5. Các phương pháp xử lý mẫu để xác định kim loại .................................. 14 1.5.1. Kỹ thuật xử lý ướt .................................................................................. 14 1.5.2. Kỹ thuật xử lý khô................................................................................. 14 1.5.3. Kỹ thuật xử lý khô-ướt kết hợp ............................................................. 14 1.5.4. Phương pháp phân hủy mẫu bằng lò vi sóng ........................................ 15 1.5.5. Thiết bị phân hủy mẫu và phân tích mẫu .............................................. 15 i
1.6. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới. .................................. 16 1.7. Độ chụm của phép đo, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phương pháp ................................................................................................................. 17 1.7.1. Độ chụm của phép đo ............................................................................ 17 1.7.2. Giới hạn phát hiện (Limit of Detection - LOD) .................................... 19 1.7.3. Giới hạn định lượng (Limit Of Quantity - LOQ) .................................. 19 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ...................................................................... 21 2.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................... 21 2.2. Nội dung nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu ................................... 21 2.2.1. Nội dung nghiên cứu.............................................................................. 21 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu....................................................................... 21 2.3. Thiết bị, hóa chất ...................................................................................... 22 2.3.1. Thiết bị, dụng cụ ................................................................................... 22 2.3.2. Hóa chất................................................................................................. 22 2.4. Phương pháp lấy mẫu xử lí mẫu sơ bộ và phá mẫu ................................. 22 2.4.1. Lấy mẫu ................................................................................................. 22 2.4.2. Quy trình xử lí mẫu sơ bộ ..................................................................... 23 2.4.3. Quy trình phá mẫu bằng lò vi sóng ....................................................... 24 2.5. Xây dựng đường chuẩn của các nguyên tố Cd, Cu, Pb, Zn ..................... 24 2.5.1. Pha hóa chất .......................................................................................... 24 2.5.2. Xây dựng đường chuẩn ......................................................................... 25 2.6. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị ....................................................................... 26 2.6.1. Hóa chất................................................................................................. 26 2.6.2. Dụng cụ ................................................................................................. 26 2.7. Phương pháp xử lí kết quả phân tích theo phương pháp đường chuẩn ......... 26 2.8. Phương pháp thêm chuẩn - đánh giá độ thu hồi Cu(II), Pb(II), Cd(II) và Zn(II) sau khi thêm chuẩn ........................................................................................... 27 2.9. Phân tích mẫu thật .................................................................................... 29 CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................. 30 ii
3.1. Tối ưu hóa điều kiện phân tích bằng ICP-MS ......................................... 30 3.1.1. Các điều kiện phá mẫu của lò vi sóng................................................... 30 3.1.2. Các điều kiện đo phổ khối nguyên tử của Cu, Pb, Cd, Zn bằng ICP-MS ... 30 3.1.3. Chọn đồng vị phân tích ......................................................................... 30 3.2. Đường chuẩn của Cu, Pb, Cd và Zn........................................................ 31 3.2.1. Đường chuẩn của Cu ............................................................................. 32 3.2.2. Đường chuẩn của Pb ............................................................................. 33 3.2.3. Đường chuẩn của Cd ............................................................................. 33 3.2.4. Đường chuẩn của Zn ............................................................................. 34 3.3. Phương pháp thêm chuẩn tính độ thu hồi của Cu(II), Pb(II), Cd(II) và Zn(II) ......................................................................................................................... 36 3.4. Kết quả xác định hàm lượng tổng số của các kim loại Cu, Pb, Cd, Zn trong các mẫu cây Mần Trầu .................................................................................... 36 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 41 iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu STT và chữ Tiếng Anh Tiếng Việt viết tắt Atomic Absorption Quang phổ hấp thụ 1 AAS Spectrometry nguyên tử Flame atomic absorbtion Phổ hấp thụ nguyên 2 F-AAS spectroscopy tử ngọn lửa GF- Graphite furnace atomic Phổ hấp thụ nguyên 3 AAS absorption spectroscopy tử lò graphit ICP Nguồn plasma cao tần 4 Inductively coupled plasma cảm ứng ICP-MS Inductively coupled plasma Phổ khối nguyên tử 5 mass spectrometry nguồn plasma cao tần cảm ứng ICP- Phổ phát xạ nguyên tử Inductively coupled plasma 6 AES nguồn plasma cao tần atomic emission spectroscopy cảm ứng ICP- Inductively coupled plasma - Phổ phát xạ quang OES optical emission spectrometry học nguyên tử nguồn 7 plasma cao tần cảm ứng 8 AES Atomic emission spectroscopy Phổ phát xạ nguyên tử 9 M/Z Mass-to-charge ratio Khối lượng/điện tích 10 ppb Parts per billion Một phần tỉ LOD Limit of detection Giới hạn phát hiện 11 của phương pháp LOQ Limit of quantity Giới hạn định lượng 12 của phương pháp 13 WHO World Health Organization Tổ chức y tế thế giới iv
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 . So sánh khả năng phát hiện của các kỹ thuật phân tích ................ 12 Bảng 2.1. Thời gian, địa điểm lấy và kí hiệu các mẫu Cỏ Mần Trầu ............ 23 Bảng 2.2. Thể tích các dung dịch cần lấy ....................................................... 26 Bảng 3.1. Các thông số thích hợp cho lò vi sóng phá mẫu ............................. 30 Bảng 3.2. Các điều kiện vận hành thích hợp cho máy đo ............................... 30 Bảng 3.3. Tỷ số khối lượng/điện tích (m/z) của các kim loại cần phân tích .. 31 Bảng 3.4. Kết quả khảo sát độ tuyến tính của các nguyên tố ......................... 31 Bảng 3.5. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của các nguyên tố ....... 36 Bảng 3.6. Kết quả độ thu hồi của các nguyên tố............................................. 36 Bảng 3.7. Kết quả xác định hàm lượng Cu, Pb, Cd, Zn trong mẫu phân tích .... 37 v
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Cỏ mần trầu ....................................................................................... 3 Hình 3.1. Đường chuẩn của đồng ................................................................... 32 Hình 3.2. Đường chuẩn của chì....................................................................... 33 Hình 3.3. Đường chuẩn của Cadmi ................................................................. 34 Hình 3.4. Đường chuẩn của kẽm..................................................................... 35 Hình 3.5. Biểu đồ thể hiện hàm lượng các kim loại Cu, Pb, Cd trong các mẫu phân tích so với giới hạn cho phép của WHO và Singapore. ........................ 39 vi
MỞ ĐẦU Cỏ mần trầu (Eleusine indica Gagerth) là loại cây thảo sống, cao từ 15- 90cm, có rễ mọc khỏe, thân bò dài ở gốc, phân nhánh, sau mọc thẳng đứng thành bụi. Cây được biết đến rộng rãi vì mọc phổ biến ở nhiều nơi, nhưng đặc biệt hơn vì những tác dụng của nó trong các bài thuốc dân gian như : chữa cao huyết áp, sản dịch, viêm gan... Song ngày nay môi trường đất, nước, không khí đang chịu ảnh hưởng nghiêm trọng của các loại rác thải, khí thải.. nên cây cỏ Mần Trầu có thể bị nhiễm một số kim loại nặng từ môi trường. Vì vậy, ngoài việc quan tâm nghiên cứu các chất có hoạt tính sinh học sử dụng làm thuốc mà chúng ta cần phải quan tâm nghiên cứu và kiểm tra khống chế các chất có hại đặc biệt là các kim loại nặng (Cd, Zn, Cu, Pb) ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người trong khi sử dụng. Trong nhiều phương pháp phân tích xác định hàm lượng các kim loại nặng, ICP-MS là một trong những phương pháp phù hợp nhất, có thể xác định đồng thời nhiều kim loại nặng cùng một lúc và được ứng dụng phổ biến để phân tích hàm lượng các kim loại nặng trong các mẫu thực phẩm, dược phẩm và môi trường. Xuất phát từ yêu cầu thực tế và tính cấp thiết đó nhằm góp phần vào công tác đảm bảo chất lượng cây thuốc nam tôi chọn và thực hiện đề tài: “Phân tích, đánh giá hàm lượng kim loại nặng trong cây cỏ Mần Trầu (Eleusine Indica Gagerth)” với mục đích sau: - Nghiên cứu và lựa chọn các điều kiện tối ưu trong quá trình xử lí mẫu để định lượng các kim loại nặng trong cây Cỏ Mần Trầu (Eleusine Indica Gagerth) bằng phương pháp ICP - MS. - Lựa chọn các thông số phù hợp của máy đo - Đưa ra quy trình phân tích Cd, Zn, Cu, Pb bằng phương pháp ICP - MS và áp dụng phân tích một số mẫu thực tế. 1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1.Tổng quan về cây cỏ mần trầu 1.1.1. Giới thiệu về cây cỏ mần trầu Tên khoa học: Eleusine indica Gagerth Họ: hòa thảo - Poaceae Tên Việt Nam: cỏ Mần trầu Tên nước ngoài: goosegrass, wiregrass, Indian goosegrass (Anh) Tên khác: cỏ vườn trầu, cỏ màn trầu, thanh tâm thảo, ngưu tâm thảo,sam tự thảo, tất suất thảo, cỏ vườn trầu, cỏ chỉ tía, có dáng, cỏ bắc,.. [1] Đây là loài phân bố ở các vùng khí hậu ấm từ vĩ độ 50 trở lên Cỏ mần trầu mọc hoang ở bãi cỏ, vệ đường ở khắp nước ta. Còn mọc ở Cămpuchia, Lào, Trung Quốc và các nước nhiệt đới và á nhiệt đới khác. Gia súc hay ăn, còn dùng để làm thuốc (toàn cây). Mùa thu hái gần như quanh năm [1]. 1.1.2. Mô tả thực vật Cỏ mần trầu có thân thảo hợp thành cụm dày đặc, hơi sà, hay đứng, cao khoảng 30 đến 90 cm, nhẵn, láng, nhảy con rất mạnh, bao vỏ bên ngoài phẳng, màu trắng hay màu xám nhạt. Rễ chùm và sâu. Lá: lá có phiến không lông lá, ở mép lá là một hàng lông, mọc cách, cặp đôi và mọc xiên thẳng. Vỏ bọc bên ngoài không lông, cạnh có góc, một lớp vảy màng mỏng ôm lấy thân, rất ngắn khoảng 0,5 đến 1 mm . Phiến lá dài 10 đến 35 cm và 3 đến 10 mm rộng, thẳng, gắp lại phía dưới, kế phẳng phía đỉnh lá, kết thúc bằng một đỉnh nhọn Gân lá gần như song song, nổi lên ở giữa tạo thành một rãnh. Bìa lá mỏng mịn và có lông tơ, nhất là ở gần màng mỏng ôm thân phía dưới ligule. [2] Phát hoa: màu xanh là do một số nhánh gắn từ một điểm (ít khi 2), dài 4 đến 6 cm, 2 đến 10 chùm gié hoa chẻ ra và thẳng xiên, dài 3 - 15 cm và 3-7 mm rộng. Những hoa con, không cuống, gắn thành 2 hàng mặt dưới của cột 2
sống rachis gắn, ở một bên, màu xanh dợt. Hoa con phẳng ở bên như cánh quạt, xếp lỏng lẻo, chồng chéo lên nhau, 4 đến 8 mm dài và 3 – 6 mm rộng. Trấu còn gọi là mài lớn glume và glumelle gọi là mài nhỏ. Trấu ở bên dưới 1 – 3 mm dài và trấu bên trên 2,5 – 5 mm dài, có màng, hình mũi giáo hiện diện những gân ở trung tâm rõ và thô. Ban đầu có màu xanh lá cây, không lông, nhưng trở nên sáng bóng và bạc khi có sự hiện diện của những hoa con bên trong sau đó chuyễn thành màu nâu khi chín, những bông con rời khỏi trục giữa các hoa[1,2]. Hình 1.1. Cỏ mần trầu 1.1.3. Công dụng của cỏ mần trầu Lợi tiểu, diệt giun sán , giải nhiệt. Toàn cây rễ thân lá, đặc biệt rễ được xem như thuốc chữa trị: đổ mồ hôi và chống sốt Cỏ mần trầu nguyên cây nhầt là rễ, có những tác dụng như sau : Lọc máu, lợi tiểu ,hạ nhiệt, và nhuận tràng ,duy trì lượng nước tiểu . Người dân Venezuelians đã nấu sắc hạt mần trầu để dùng để chữa trị những bệnh về gan như : bệnh vàng da ở trẻ em, những nước ở Châu Phi dùng 3
cây này để chữa trị những triệu chứng đường hô hấp như là : bệnh ho ra máu hemoptysis[1,2]. 1.2. Một số tính chất lý, hóa của đồng, chì, cadimi và kẽm. 1.2.1. Tính chất vật lý của đồng, chì, cadimi và kẽm Chì là kim loại có mầu xám thẫm và mềm, có khối lượng riêng lớn. Cadimi là kim loại mầu trắng bạc, mềm, có thể cắt bằng dao, dễ dát mỏng và dễ mất ánh kim trong môi trường không khí ẩm do tạo màng oxit. Đồng là kim loại nặng, mềm, màu ánh đỏ, có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao [3,4]. 1.2.2. Một số tính chất hóa học của đồng, chì, cadimi và kẽm * Tác dụng với oxi - Ở nhiệt độ thường và trong không khí, Cu bị bao phủ bởi một lớp màng đỏ gồm Cu và Cu2O. 2Cu + O2 + 2H2O → 2Cu(OH)2 Cu(OH)2 +Cu→ Cu2O+ H2O Nếu trong không khí có CO2 thì đồng bị bao phủ bởi một lớp màu lục [4]. - Chì bị oxi hóa ở điều kiện thường tạo thành màng oxit bảo vệ cho kim loại. Khi đun nóng trong không khí, chì bị oxi hóa dần đến hết tạo ra PbO 2Pb + O2  0 t 2PbO - Cadimi bền trong điều kiện không khí ẩm và ở nhiệt độ thường nhờ có màng oxit bảo vệ. Nhưng ở nhiệt độ cao cadimi cháy mãnh liệt tạo thành oxit, cho ngọn lửa màu sẫm [4]. - Kẽm cháy trong không khí tạo ngọn lửa màu xanh lục. Zn + ½ O2 ZnO * Tác dụng với các phi kim khác - Ở nhiệt độ thường Cu không tác dụng với flo. Khi đun nóng Cu tác dụng với S, C, P, Cl tạo thành muối tương ứng. - Chì tác dụng được với các halogen, lưu huỳnh tạo thành muối. Pb + S → PbS 4
Pb + Cl2 → PbCl2 - Cadimi và kẽm tác dụng với halogen, lưu huỳnh, photpho, selen ... tạo muối tương ứng [3,4]. * Tác dụng với nước Đồng, chì, cadimi và kẽm không tác dụng được với nước ở nhiệt độ thường. Nhưng ở nhiệt độ cao cadimi khử hơi nước tạo thành oxit. Còn chì phản ứng chậm với nước khi có mặt của oxi tạo ra hidroxit: 2Pb + O2 + 2H2O → 2Pb(OH)2 *Tác dụng với axit - Với axit không có tính oxi hóa như HCl, H2SO4 loãng thì Cu không tác dụng trừ HI và HCN. Nhưng khi có mặt oxi không khí, Cu có thể tan trong HCl. Ngược lại Cd, Pb, Zn có thể tác dụng giải phóng khí H2 [4]. - Với các axit có tính oxi hóa mạnh như HNO3, H2SO4 đặc thì Cu, Cd, Pb, Zn đều hoạt động mạnh. - Chì cũng tan được trong axit axetic và một số axit hữu cơ khác khi có mặt oxi: 2Pb + 4CH3COOH + O2 → 2Pb(CH3COO)2 + 2H2O Đặc biệt, chì và kẽm còn có thể tan được trong dung dịch kiềm giải phóng hiđro: Pb + 2KOH + 2H2O → K2[Pb(OH)4] + H2 ↑ Zn + 2KOH + 2H2O → K2[Zn(OH)4] + H2 ↑ 1.3. Vai trò sinh học của các nguyên tố đồng, cadimi, chì và kẽm 1. 3.1. Vai trò sinh học của đồng Đồng có một lượng nhỏ trong thực vật và động vật. Trong cơ thể người, đồng có trong thành phần của một số protein, enzym và tập trung chủ yếu ở gan. Sự thiếu đồng gây ra thiếu máu. Khi cơ thể bị nhiễm độc đồng có thể gây ra một số bệnh về thần kinh, gan, thận, lượng lớn hấp thụ qua đường tiêu hóa có thể gây tử vong. 5
Đối với thực vật thì đồng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây. Đồng có tác dụng kích thích các loại men, tạo điều kiện cho cây sử dụng protein hình thành clorofom, thiếu đồng thì cây không phát triển được [2, 5]. 1.3.2. Vai trò sinh học của kẽm Kẽm là thành phần tự nhiên của nhiều loại rau củ và cần thiết cho đời sống con người. Một khẩu phần mẫu cung cấp hàng ngày từ 0,17 đến 0,25 mg Zn/kg thể trọng. Nói chung, tất cả các loại động vật đều chịu đựng được kẽm, kim loại mà ít gây độc nếu hàm lượng thấp và khẩu phần ăn chứa nhiều đồng, sắt và chịu tác động tương hỗ giữa các yếu tố khác. Do có giới hạn bảo đảm chắc chắn giữa nồng độ kẽm có trong khẩu phần ăn bình thường hàng ngày, với liều lượng kẽm có thể gây ngộ độc do tích luỹ, cho nên với hàm lượng kẽm được quy định giới hạn trong thức ăn (từ 5 đến 10 ppm) không ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng. Ngộ độc do kẽm cũng là ngộ độc do cấp tính, do ăn nhầm phải một lượng lớn kẽm (5-10g ZnSO4 hoặc 3-5g ZnCl2) có thể gây chết người với triệu chứng như có vị kim loại khó chịu và dai dẳng trong miệng, nôn, ỉa chảy, mồ hôi lạnh, mạch đập khẽ, chết sau 10 đến 48 giây[5,6] 1.3.3. Vai trò sinh học của cadimi Cacdimi là nguyên tố rất độc. Giới hạn cho phép của cadimi: Trong nước: 0,01 mg/l hay 10ppb Trong không khí: 0,001 mg/m3 Trong thực phẩm: 0,001-0,5 mg/kg [6]. Trong tự nhiên cadimi thường được tìm thấy trong các khoáng vật có chứa kẽm. Nhiễm độc cadimi gây nên chứng bệnh giòn xương. Ở nồng độ cao, cadimi gây đau thận, thiếu máu và phá tủy xương [5]. 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 6
liên kết với protein tạo thành metallotionein có ở thận. Phần còn lại được giữ lại trong cơ thể và dần dần được tích lũy cùng với tuổi tác. Khi lượng cadimi được tích trữ lớn, nó có thể thế chỗ ion Zn2+ trong các enzim quan trọng và gây ra rối loạn tiêu hóa và các chứng bệnh rối loạn chức năng thận, thiếu máu, tăng huyết áp, phá hủy tủy sống, gây ung thư...[5]. 1.3.4. Vai trò sinh học của chì Trong sản xuất công nghiệp, Pb có vai trò quan trọng, nhưng đối với cơ thể thì chưa chứng minh được Pb có vai trò tích cực gì. Song độc tính của Pb và các hợp chất của nó đối với cơ thể của con người và động vật thì quá rõ. Không khí, nước và thực phẩm bị ô nhiễm Pb đều rất nguy hiểm cho mọi người, nhất là trẻ em đang phát triển và động vật. Chì có tác dụng âm tính lên sự phát triển của não bộ trẻ em, Pb ức chế mọi hoạt động của các enzym, không chỉ ở não mà còn ở các bộ phận tạo máu, nó là tác nhân phá hủy hồng cầu. Khi hàm lượng Pb trong máu khoảng 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. Ở nồng độ cao hơn lớn hơn 0.8 ppm có thể gây nên bệnh thiếu máu do thiếu hemoglobin. Hàm lượng chì trong máu nằm trong khoảng > 0.5-0.8 ppm gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá hủy não. Xương là nơi tích tụ chì trong cơ thể, ở đó chì tương tác với photphat trong xương rồi truyền vào các mô mềm của cơ thể và thể hiện độc tính của nó. Vì thế tốt nhất là tránh những nơi có Pb ở bất kì dạng nào, đồng thời trong dinh dưỡng chú ý dùng loại thực phẩm có hàm lượng Pb dưới quy định cho phép và có đủ Ca và Mg để hạn chế tác động của Pb. Vì dù chúng ta không muốn thì cũng luôn có một lượng Pb rât nhỏ nhất định vẫn thâm nhập vào cơ thể của chúng ta qua đường ăn uống và hít thở. Vì thế nên uống sữa, ăn nhiều rau xanh, các loại thực phẩm và đồ uống giàu vitamin B1 và các vitamin C thì có lợi cho việc chống lại và hạn chế ảnh hưởng của Pb đối với cơ thể. Các chất được dùng để giải độc chì là EDTA,2,3- dimercaptoprppanol, penicillamin..., do đó chúng tạo với Pb các phức chelat bền và được đào thải ra ngoài qua nước tiểu [7, 8]. 7
1.4. Các phương pháp xác định hàm lượng kim loại trong mẫu Hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau để xác định hàm lượng kim loại như phương pháp phân tích khối lượng, phân tích thể tích, điện hoá, phổ phân tử UV-VIS, sắc kí lỏng hiệu năng cao (HLPC), phổ phát xạ nguyên tử (AES), quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) và không ngọn lửa (GF-AAS)…sau đây là một số phương pháp xác định [9]. 1.4.1. Phương pháp phân tích thể tích Nguyên tắc: Dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử đã biết nồng độ chính xác (dung dịch chuẩn) được thêm vào dung dịch chất định phân để tác dụng đủ toàn bộ lượng chất định phân đó. Thời điểm thêm lượng thuốc thử tác dụng vừađủ với chất định phân gọi là điểm tương đương. Để nhận biết điểm tương đương, người ta dùng các chất gây ra hiện tượng đổi màu hay kết tủa có thể quan sát bằng mắt gọi là chất chỉ thị. Tuỳ thuộc vào loại phản ứng chính được dùng mà người ta chia phương pháp phân tích thể tích thành các nhóm phương pháp trung hoà, phương pháp oxi hoá khử, phương pháp complexon [10]. 1.4.2. Phương pháp điện hoá Phương pháp cực phổ Nguyên tắc: Người ta thay đổi liên tục và tuyến tính điện áp đặt vào 2 cực để khử các ion kim loại, do mỗi kim loại có thế khử khác nhau. Thông qua chiều cao của đường cong Von-Ampe có thể định lượng được ion kim loại trong dung dịch ghi cực phổ [11]. Phương pháp Von-ampe hoà tan Về bản chất, phương pháp Von-ampe hoà tan cũng giống như phương pháp cực phổ là dựa trên việc đo cường độ dòng để xác định nồng độ các chất trong dung dịch. Nguyên tắc gồm 2 bước: 8
Bước 1: Điện phân làm giàu chất cần phân tích trên bề mặt điện cực làm việc, trong khoảng thời gian xác định, tại thế điện cực xác định. Bước 2: Hoà tan kết tủa đã được làm giàu bằng cách phân cực ngược điện cực làm việc, đo và ghi dòng hoà tan.Trên đường Von-Ampe hoà tan cho pic của nguyên tố cần phân tích [11]. 1.4.3. Phương pháp quang phổ Phương pháp trắc quang Nguyên tắc: dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của một dung dịch phức tạo thành giữa ion cần xác định với một thuốc thử vô cơ hoặc hữu cơ trong môi trường thích hợp khi được chiếu bởi chùm sáng. Phương pháp định lượng theo phương trình cơ bản : A = K.C Trong đó: A là độ hấp thụ quang của chất K là hằng số thực nghiệm C là nồng độ của chất phân tích [9]. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES) Nguyên tắc: dựa trên sự xuất hiện phổ phát xạ của nguyên tử tự do của nguyên tố phân tích ở trạng thái khi có sự tương tác với nguồn năng lượng phù hợp. Một số nguồn năng lượng thường dùng để kích thích phổ AES như ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện, tia lửa điện… Ưu điểm: phương pháp AES có độ nhạy cao (thường từ n.10 -3 đến n.10- 4 %), tốn ít mẫu có thể phân tích đồng thời nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu, phân tích được lượng vét kim loại trong nước, lương thực, thực phẩm. Nhược điểm: chỉ cho biết thành phần nguyên tố trong mẫu mà không chỉ ra được trạng thái liên kết của nó trong mẫu [10]. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) AAS là một trong những phương pháp hiện đại, được áp dụng phổ biến trong các phòng thí nghiệm. Phương pháp này xác định được hầu hết các kim loại trong các phòng thí nghiệm. Phương pháp này xác định được hầu hết các 9
kim loại trong mẫu sau khi chuyển hoá chúng về dạng dung dịch. Phương pháp có độ nhạy cao, kết quả phân tích ổn định [9,12]. 1.4.4. Phương pháp quang phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS) ICP-MS là một phương pháp phân tích các chất vô cơ dựa trên sự ghi đo phổ theo tỷ số m/z của ion nguyên tử các nguyên tố cần phân tích. ICP là ngọn lửa plasma tạo thành bằng dòng điện có tần số cao cỡ MHz được cung cấp bằng một máy phát cao tần RF. Ngọn lửa plasma có nhiệt độ cao có tác dụng chuyển các nguyên tố có trong mẫu cần phân tích ra dạng ion. MS là phép ghi phổ theo tỉ số m/z. ICP-MS được phát triển vào đầu những năm 80 của thế kỉ trước, là sự kết hợp thành công và hoàn hảo của hai thiết bị ICP và MS. Đây là một trong những phương pháp phân tích hiện đại nhất hiện nay và ngày càng chứng tỏ có nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp phân tích khác trong nghiên cứu xác định lượng vết nguyên tố cũng như xác định thành phần đồng vị của chúng [9,12]. 1.4.4.1. Nguyên tắc của phương pháp ICP-MS Phương pháp phân tích ICP-MS dựa trên nguyên tắc của sự hóa hơi, nguyên tử hóa, ion hóa của các nguyên tố hóa học khi chúng được đưa vào môi trường plasma, sau đó các ion này được tách ra khỏi nhau theo tỉ số m/z của chúng bằng thiết bị phân tách khối rồi được phát hiện khuyếch đại và đếm bằng thiết bị điện tử kĩ thuật số.Trong phương pháp phân tích ICP-MS, hàm lượng các nguyên tố hay các đồng vị được xác định bằng cách đo phổ khối MS của các ion được đưa vào vùng plasma Ar [9,12]. 1.4.4.2. Các quá trình xảy ra trong nguồn ICP 1. Hóa hơi chất mẫu, nguyên tử hóa các phân tử, ion hóa các nguyên tử, sự phân giải của các ion theo số khối sẽ sinh ra phổ ICP-MS: Hóa hơi: MnXm(r) → MnXm(k) 10