Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Xác định đồng thời hàm lượng vết kẽm, cadimi, chì và đồng trong đất trồng rau và rau xanh khu vực thành phố Thái Nguyên bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:78

Thêm vào BST

Báo xấu

39
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của Luận văn nhằm đánh giá độ đúng, độ chụm, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phương pháp phân tích thông qua mẫu chuẩn. Xác định đồng thời hàm lượng vết Zn, Cd, Pb và Cu trong một số mẫu đất trồng và rau xanh khu vực thành phố Thái Nguyên. 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: Xác định đồng thời hàm lượng vết kẽm, cadimi, chì và đồng trong đất trồng rau và rau xanh khu vực thành phố Thái Nguyên bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM LAVANH SITTHILATH XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI HÀM LƯỢNG VẾT KẼM, CADIMI, CHÌ VÀ ĐỒNG TRONG MẪU ĐẤT TRỒNG VÀ MẪU RAU XANH KHU VỰC THÁI NGUYÊN BẰNG PHƯƠNG PHÁP VON-AMPE HÒA TAN LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÁI NGUYÊN - 2018
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM LAVANH SITTHILATH XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI HÀM LƯỢNG VẾT KẼM, CADIMI, CHÌ VÀ ĐỒNG TRONG MẪU ĐẤT TRỒNG VÀ MẪU RAU XANH KHU VỰC THÁI NGUYÊN BẰNG PHƯƠNG PHÁP VON-AMPE HÒA TAN Ngành: Hóa Phân tích Mã số: 60.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Dương Thị Tú Anh THÁI NGUYÊN - 2018
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đề tài: “Xác định đồng thời hàm lượng vết kẽm, cadimi, chì và đồng trong mẫu đất trồng và mẫu rau xanh khu vực thành phố Thái Nguyên bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan” là do bản thân tôi thực hiện. Cács ố liệu, kết quả trong đề tài là trung thực.Nếu sai sự thật tôi xin chịu trách nhiệm. Thái Nguyên, tháng 4 năm 2018 Tác giả luận văn LAVANH SITTHILATH Xác nhận Xác nhận của Trưởng khoa chuyên môn của Người hướng dẫn khoa học PGS.TS. Nguyễn Thị Hiền Lan PGS.TS. Dương Thị Tú Anh i
LỜI CẢM ƠN Để luận văn được hoàn thành và có kết quả như ngày hôm nay,em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo PGS.TS. Dương Thị Tú Anh,người đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo và giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu, thực hiện và hoàn thành đề tài. Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên, các thầy, cô giáo trong bộ môn Hóa học Cơ sở, các thầy, cô giáo và cán bộ các phòng thí nghiệm thuộc Khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm- Đại học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành luận văn. Em xin chân thành cảm ơn Đại sứ quán nước Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào, Ban Giám Hiệu, các thầy, cô giáo, các bạn đồng nghiệp trường Kỹ thuật Nông nghiệp Đông Kham Xang, nơi em đang công tác đã tạo mọi điều kiện để em được học tập và hoàn thành luận văn. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình và bạn bè đã quan tâm, động viên em và tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu. Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện luận văn một cách hoàn chỉnh nhất, song do lần đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, cũng như hạn chế về thời gian, kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn để luận văn của em được hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 4 năm 2018 Tác giả luận văn LAVANH SITTHILATH ii
MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii MỤC LỤC ................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT ...................................... iv DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................... v DANH MỤC CÁC HÌNH............................................................................................ vi MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1 Chương 1: TỔNG QUAN........................................................................................... 3 1.1. Công dụng và độc tính của kẽm, cadimi, chì, đồng............................................... 3 1.1.1. Công dụng và độc tính của kẽm ........................................................................ 3 1.1.2. Công dụng và độc tính của cadimi ..................................................................... 5 1.1.3. Công dụng và độc tính của chì ........................................................................... 6 1.1.4. Công dụng và độc tính của đồng ........................................................................ 7 1.2. Một số vấn đề về đất trồng và rau trồng ................................................................ 8 1.2.1. Một số vấn đề về đất trồng ................................................................................. 8 1.2.2. Một số vấn đề về rau trồng ............................................................................... 11 1.3. Một số công trình nghiên cứu xác định hàm lượng kẽm, cadimi, chì và đồng trong đất trồng và rau xanh đã được công bố ............................................................. 12 1.3.1. Ở Việt Nam ....................................................................................................... 12 1.3.2. Trên thế giới ...................................................................................................... 15 1.4. Phương pháp Von - ampe hòa tan ....................................................................... 18 1.5. Quy chuẩn Việt nam về giới hạn cho phép của một số kim loại nặng trong đất trồng và rau trồng .................................................................................................. 19 Chương 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 21 2.1. Thiết bị dụng cụ và hóa chất ................................................................................ 21 2.1.1. Thiết bị và dụng cụ ........................................................................................... 21 2.1.2. Hóa chất ............................................................................................................ 21 2.2. Nội dung nghiên cứu............................................................................................ 23 2.3. Thực nghiệm - Phương pháp nghiên cứu ............................................................ 23 iii
2.3.1. Nghiên cứu khảo sát các điều kiện thí nghiệm thích hợp cho phép ghi đo xác định đồng thời Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) .................................................... 24 2.3.2. Đánh giá độ đúng, độ chụm của phép đo và giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phương pháp ...................................................................................... 26 Chương 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN ................................................................... 29 3.1. Kết quả nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo xác định đồng thời Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) bằng phương pháp DPASV sử dụng điện cực làm việc BiFE/CNTP ......................................................................................................... 29 3.1.1. Nghiên cứu sự xuất hiện pic của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) .................... 29 3.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất nền khác nhau ......................................... 30 3.1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH ......................................................................... 31 3.1.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của thế điện phân ........................................................ 33 3.1.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ quay điện cực ............................................. 35 3.1.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ quét thế ...................................................... 37 3.1.7. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian điện phân ............................................... 39 3.1.8. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chất tạo màng ......................................... 40 3.1.9. Ảnh hưởng của các ion cản trở ......................................................................... 42 3.2. Đánh giá độ đúng, độ chụm của phép đo,giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phương pháp .............................................................................................. 43 3.2.1. Đánh giá độ đúng của phép đo ......................................................................... 43 3.2.2. Đánh giá độ chụm của phép đo......................................................................... 44 3.2.3. Giới hạn phát hiện (Limit of Detection - LOD) ............................................... 46 3.2.4. Giới hạn định lượng(Limit Of Quantity - LOQ) .............................................. 47 3.3. Phân tích mẫu thực................................................................................................. 47 3.3.1. Vị trí lấy mẫu ..................................................................................................... 47 3.3.2. Lấy mẫu và bảo quản mẫu ................................................................................ 50 3.3.3. Phân hủy mẫu đất.............................................................................................. 50 3.3.4. Kết quả phân tích hàm lượng Zn, Cd, Pb và Cu trong mẫu nghiên cứu........... 50 KẾT LUẬN ................................................................................................................ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 65 iv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT Ký hiệu chữ STT Tiếng Việt Tiếng Anh viết tắt 1 Ip Dòng pic Peak Current 2 ĐKTN Điều kiện thí nghiệm Experimental conditions 3 LOD Giới hạn phát hiện Limit of Detection 4 LOQ Giới hạn định lượng Limit Of Quantity Điện cực màng bitmut trên Bitmut film electrode per 5 BiFE/ CNTP đế nano cacbon ống nhão paste nano carbon tubes 6 Ep Thế đỉnh pic Peak Potential 7 Eđp Thế điện phân Deposition Potential 8 tđf Thời gian điện phân Deposition Time Anodic Stripping 9 ASV Von-Ampe hòa tan anot Voltammetry Von-ampe hoà tan anot xung Differential Pulse Anodic 10 DPASV vi phân Stripping Voltammetry iv
DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn cho phép của một số kim loại nặng trong đất (theo QCVN 03-MT:2015/BTNMT) .......................... 19 Bảng 1.2. Quy chuẩn kĩ thuật Quốc gia đối với giới hạn ô nhiễm kim loại nặng trong thực phẩm (QCVN 8-2: 2011/BYT) ................................................ 20 Bảng 3.1. Các giá trị Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) ở các chất nền khác nhau............................................................................................................ 30 Bảng 3.2. Các giá trị Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) tương ứng với pH khác nhau của dung dịch đệm axetat ......................................................... 32 Bảng 3.3. Các giá trị Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) ở các giá trị thế điện phân (Eđp) khác nhau .................................................................................. 34 Bảng 3.4. Các giá trị Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) ở các giá trị tốc độ quay điện cực khác nhau............................................................................ 36 Bảng 3.5. Các giá trị Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) ở các giá trị tốc độ quét thế khác nhau ..................................................................................... 38 Bảng 3.6. Các giá trị Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) ở các thời gian điện phân làm giàu khác nhau ........................................................................... 39 Bảng 3.7. Các giá trị Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) ở các giá trị nồng độ chất tạo màng khác nhau............................................................................ 41 Bảng 3.8. Các điều kiện thí nghiệm thích hợp cho phép đo xác định đồng thời Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) .................................................................. 43 Bảng 3.9. Kết quả phân tích xác định đồng thời Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) trong mẫu dung dịch chuẩn ....................................................................... 44 Bảng 3.10. Các giá trị Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) trong 10 lần đo lặp lại ....... 45 Bảng 3.11. Vị trí, địa điểm và thời gian lấy mẫu đất ................................................... 49 Bảng 3.12. Kết quả phân tích hàm lượng Zn trong các mẫu đất trồng ở 4 đợt ........... 51 Bảng 3.13. Kết quả phân tích hàm lượng Cd trong các mẫu đất trồng ở 4 đợt ........... 52 Bảng 3.14. Kết quả phân tích hàm lượng Pb trong các mẫu đất trồng ở 4 đợt............ 53 Bảng 3.15. Kết quả phân tích hàm lượng Cu trong các mẫu đất trồng ở 4 đợt ........... 54 v
Bảng 3.16. Kết quả phân tích hàm lượng Zn, Cd, Pb và Cu trong mẫu đất đợt 1 ...... 55 Bảng 3.17. Kết quả phân tích hàm lượng Zn (µg/g) trong các mẫu rau trồng ở 4 đợt ..... 56 Bảng 3.18. Kết quả phân tích hàm lượng Cd (µg/g) trong các mẫu rau trồng ở 4 đợt ..... 57 Bảng 3.19. Kết quả phân tích hàm lượng Pb (µg/g) trong các mẫu rau trồng ở 4 đợt ..... 58 Bảng 3.20. Kết quả phân tích hàm lượng Cu (µg/g) trong các mẫu rau trồng ở 4 đợt ..... 59 Bảng 3.21. Kết quả phân tích hàm lượng Zn, Cd, Pb và Cu trong mẫu rau đợt 1 ....... 60 vi
DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 3.1. Đường DPASV của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) .................................. 29 Hình 3.2. Các đường DPASV của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) ở các chất nền khác nhau ............................................................................................. 30 Hình 3.3. Các đường DPASV của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) ở các giá trị pH khác nhau .............................................................................................. 31 Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) vào giá trị pH dung dịch .................................................................. 32 Hình 3.5. Các đường DPASV của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) ở các giá trị thế điện phân khác nhau ............................................................................. 33 Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và u(II) vào thế điện phân (Eđp) ............................................................................... 34 Hình 3.7. Các đường DPASV của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) ở các tốc độ quay điện cựckhác nhau ............................................................................. 35 Hình 3.8. Sự phụ thuộc Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) vào tốc độ quay điện cực ...................................................................................................... 36 Hình 3.9. Các đường DPASV của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) ở các tốc độ quét thế khác nhau ...................................................................................... 37 Hình 3.10. Sự phụ thuộc Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) vào tốc độ quét thế ........ 38 Hình 3.11. Các đường DPASV của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) ở các thời gian điện phân khác nhau ........................................................................... 39 Hình 3.12. Sự phụ thuộc Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) vào thời gian điện phân .................................................................................................... 40 Hình 3.13. Các đường DPASV của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) ở các giá trị nồng độ chất tạo màng khác nhau .............................................................. 41 Hình 3.14. Sự phụ thuộc Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) vào nồng độ chất tạo màng ..................................................................................................... 42 Hình 3.15. Các đường DPASV của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) trong mẫu dung dịch chuẩn ......................................................................................... 44 vi
Hình 3.16. Các đường DPASV của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) trong 10 lần đo lặp lại ..................................................................................................... 45 Hình 3.17. Bản đồ các điểm lấy mẫu phường Túc Duyên, Thái Nguyên .................. 48 Hình 3.18. Hình ảnh lấy mẫu thực tại phường Túc Duyên, Thái Nguyên ................. 48 Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Zn ở các mẫu đất ở 4 đợt ............................. 51 Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Cd trong các mẫu đất ở 4 đợt ..................... 52 Hình 3.21. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Pb trong các mẫu đất ở 4 đợt ...................... 53 Hình 3.22. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Cu trong các mẫu đất ở 4 đợt ...................... 54 Hình 3.23. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Zn, Cd, Pb và Cu trong các mẫu đất đợt 1 ............ 55 Hình 3.24. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Zn trong các mẫu rau ở 4 đợt ...................... 56 Hình 3.25. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Cd trong các mẫu rau ở 4 đợt ...................... 57 Hình 3.26. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Pb trong các mẫu rau ở 4 đợt ...................... 58 Hình 3.27. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Cu trong các mẫu rau ở 4 đợt ...................... 59 Hình 3.28. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Zn, Cd, Pb và Cu trong mẫu rau đợt 1......... 60 vii
MỞ ĐẦU Xã hội càng phát triển, vấn đề ô nhiễm môi trường càng được đặt lên hàng đầu, ô nhiễm môi trường từ nhiều nguồn khác nhau là mối nguy cơ đe dọa sự sống của muôn loài. Nhu cầu phát triển kinh tế nhanh với mục tiêu lợi nhuận cao, con người đã cố tình bỏ qua các tác động đến môi trường một cách trực tiếp hoặc gián tiếp. Tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa, hiện đại hóa rất nhanh chóng ở các nước phát triển là nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng cho nước, đất và không khí. Do đó con người cần phải nhanh chóng đề xuất thêm các biện pháp bảo vệ môi trường một cách hiệu quả nhất. Một trong các tác nhân gây ô nhiễm không thể không kể đến đó là các kim loại nặng như: kẽm (Zn), cadimi (Cd), chì (Pb), đồng (Cu)…. Sự nhiễm độc bởi các kim loại nặng nói chung cũng như Zn, Cd, Pb và Cu nói riêng góp phần không nhỏ trong việc gây ra những bệnh nan y và nguy hại đối với con người và động vật. Kim loại Zn, Cu là nguyên tố cần thiết cho cơ thể ở nồng độ thấp, tuy nhiên ở nồng độ cao chúng gây ra các vấn đề về tim mạch, tiêu hóa, thận,…và có thể dẫn đến tử vong; Cd và Pb là các kim loại có tính độc cao với con người và động vật, chúng là mầm mống có thể gây ra các bệnh ung thư, bệnh về xương, bệnh tim mạch… Trong bối cảnh hiện nay, những người làm nông nghiệp không tránh khỏi việc sử dụng các loại thuốc trừ sâu và thuốc bảo vệ thực vật, bên cạnh đó là các loại phân bón hóa học. Chính bởi vậy, bên cạnh những hiệu quả tích cực, đồng thời nó cũng làm phát sinh rất nhiều tác động xấu đến môi trường, có thể nói đây cũng là một trong những nguồn gây ra sự ô nhiễm các kim loại nặng đối với môi trường. Sự có mặt của chúng trong môi trường với hàm lượng vượt quá giới hạn cho phép sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp tới cuộc sống của con người. Phường Túc Duyên là khu vực trồng rau chính của thành phố Thái Nguyên, nơi có diện tích trồng rau lớn nhất và sản lượng cao nhất. Vấn đề về chất lượng rau nhận được nhiều sự quan tâm từ người dân và các cơ quan quản lý ở đây, đặc biệt là sự tích lũy của kim loại nặng trong đất trồng và các sản phẩm rau. Trong các nghiên cứu những năm gần đây, đất trồng và rau xanh tại khu vực nghiên cứu đã bị ô nhiễm kim loại nặng, đặc biệt là Pb và Cd, vì khu vực này đã bị ảnh hưởng bởi các nguồn 1
nước thải từ các khu công nghiệp đầu nguồn, khu dân cư xung quanh khu vực nghiên cứu qua nguồn nước ở sông Cầu. Chính vì vậy, việc xác định và kiểm soát được hàm lượng vết các kim loại nặng nói chung, Zn, Cd, Pb và Cu nói riêng trong đất trồng và rau xanh là việc làm rất cần thiết và cấp bách để góp phần đưa ngành sản xuất rau của phường Túc Duyên nói riêng và cả nước nói chung tiến tới một nền nông nghiệp sạch bền vững. Trên thực tế để có thể xác định định lượng Zn, Cd, Pb và Cu bằng các phương pháp phân tích khác nhau như: quang phổ hấp thụ ngyên tử (AAS), quang phổ phát xạ nguyên tử (AES), khối phổ plasma cảm ứng (ICP-MS).... Trong đó phương pháp Von-Ampe hòa tan (SV) là phương pháp có độ nhạy và độ chính xác cao cho phép xác định lượng vết và siêu vết kim loại, đặc biệt có thể xác định đồng thời hàm lượng vết các kim loại khác nhau trong cùng mẫu phân tích. Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi lựa chọn và thực hiện đề tài: “Xác định đồng thời hàm lượng vết kẽm, cadimi, chì và đồng trong đất trồng rau và rau xanh khu vực thành phố Thái Nguyên bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan”. Với đề tài này chúng tôi đề ra nhiệm vụ: - Lựa chọn được các điều kiện thí nghiệm thích hợp cho phép xác định đồng thời hàm lượng vết Zn, Cd, Pb và Cu bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan sử dụng điện cực màng bitmut trên đế nano cacbon ống nhão (BiFE/CNTP). - Đánh giá độ đúng, độ chụm, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phương pháp phân tích thông qua mẫu chuẩn. - Xác định đồng thời hàm lượng vết Zn, Cd, Pb và Cu trong một số mẫu đất trồng và rau xanh khu vực thành phố Thái Nguyên. 2
Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Công dụng và độc tính của kẽm, cadimi, chì, đồng 1.1.1. Công dụng và độc tính của kẽm 1.1.1.1. Công dụng của kẽm Kẽm (Zn) là một trong số những kim loại có nhiều ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực: đời sống, khoa học công nghệ, công nghiệp, y học, dược học.... Trong công nghiệp, Zn được sản xuất chủ yếu để làm chất bảo vệ sắt, thép khỏi sự ăn mòn và chế tạo hợp kim. Zn cũng được dùng làm nguyên liệu sản xuất pin, tấm in, chất khử trong tinh chế vàng, bạc. Trong y học, hợp chất của Zn được sử dụng làm thuốc gây nôn, giảm đau, chữa ngứa, thuốc sát trùng. Một số hợp chất hữu cơ của Zn còn được sử dụng làm chất bảo vệ thực vật. Zn từ nước thải của các quá trình sản xuất này thâm nhập vào nguồn nước, đất [12], [18]. Đối với cơ thể sống, Zn tham gia vào thành phần cấu trúc tế bào và đặc biệt là tác động đến hầu hết các quá trình sinh học trong cơ thể. Zn có trong thành phần của hơn 80 loại enzym khác nhau, đặc biệt có trong hệ thống enzym vận chuyển, thủy phân, đồng hóa, xúc tác phản ứng gắn kết các chuỗi trong phân tử AND, xúc tác phản ứng oxi hóa cung cấp năng lượng. Nó cũng rất cần thiết cho việc đổi mới các mô ruột và sản sinh mật giúp cho tiêu hóa khỏe mạnh. Ngoài ra, Zn còn hoạt hóa nhiều enzym khác nhau như amylase, pencretinase.... Đặc biệt, Zn có vai trò sinh học rất quan trọng là tác động chọn lọc lên quá trình tổng hợp, phân giải axit nucleic và protein những thành phần quan trọng nhất của sự sống. Vì vậy, các cơ quan như hệ thần kinh trung ương, da và niêm mạc, hệ tiêu hóa, tuần hoàn... rất nhạy cảm với sự thiếu hụt kẽm. Trẻ em thiếu Zn sẽ biếng ăn. Một vai trò cũng rất quan trọng khác của Zn là vừa có cấu trúc vừa tham gia vào duy trì chức năng của hàng loạt cơ quan quan trọng. Zn có độ tập trung cao trong não, đặc biệt là vùng hải mã (hippocampus), vỏ não, bó sợi rêu. Nếu thiếu Zn ở các cấu trúc thần kinh, có thể dẫn đến nhiều loại rối loạn thần kinh và có thể là yếu tố góp phần phát sinh bệnh tâm thần phân liệt [12], [18]. 3
Vai trò hết sức quan trọng nữa của Zn là nó tham gia điều hòa chức năng của hệ thống nội tiết và có trong thành phần các hormon (tuyến yên, tuyến thượng thận, tuyến sinh dục...). Hệ thống này có vai trò quan trọng trong việc phối hợp với hệ thần kinh trung ương, điều hòa hoạt động sống trong và ngoài cơ thể, phản ứng với các kích thích từ môi trường và xã hội làm cho con người phát triển và thích nghi với từng giai đoạn và các tình huống phong phú của cuộc sống. Vì thế thiếu kẽm có thể ảnh hưởng tới quá trình thích nghi và phát triển của con người [12], [18]. Ngoài ra, nhiều công trình nghiên cứu còn cho thấy Zn có vai trò làm giảm độc tính của các kim loại độc như nhôm (Al), asen (As), Cd.... Góp phần vào quá trình giảm lão hóa, thông qua việc ức chế sự oxi hóa và ổn định màng tế bào. Khả năng miễn dịch của cơ thể được tăng cường nhờ Zn, bởi nó hoạt hóa hệ thống này thông qua cơ chế kích thích các đại thực bào, tăng các tế bào limpho T. Vì vậy, khi thiếu kẽm, nguy cơ nhiễm khuẩn ở bệnh nhân sẽ tăng lên [1],[22],[27] Cũng cần nói thêm rằng, kẽm không chỉ quan trọng trong hoạt động sống với vai trò độc lập, mà còn quan trọng hơn khi sự có mặt của nó sẽ giúp cho quá trình hấp thu và chuyển hóa các nguyên tố khác cần thiết cho sự sống như Cu, mangan (Mn), magie (Mg).... Do vậy, khi cơ thể thiếu Zn sẽ kéo theo sự thiếu hụt hoặc rối loạn chuyển hóa của nhiều yếu tố, ảnh hưởng rất lớn đến tình trạng sức khỏe. Zn là thành phần tự nhiên của thức ăn và cần thiết cho đời sống con người. Một khẩu phần mẫu cung cấp hàng ngày từ 0,17 - 0,25 mg Zn/kg thể trọng [1]. 1.1.2.2. Độc tính của kẽm Mặc dù Zn là vi chất cần thiết cho sức khỏe, tuy nhiên nếu hàm lượng Zn vượt quá mức cần thiết sẽ có hại cho sức khỏe. Hấp thụ quá nhiều Zn làm ngăn chặn sự hấp thu đồng và sắt. Ion Zn tự do trong dung dịch là chất có độc tính cao đối với thực vật, ðộng vật không xýõng sống và thậm chí là cả động vật có xương sống. Mô hình hoạt động của ion tự do đã được công bố trong một số ấn phẩm, cho thấy rằng chỉ một lượng nhỏ mol ion Zn tự do cũng giết đi một số sinh vật. Đối với cây trồng, sự dư thừa Zn cũng gây độc đối với cây trồng khi Zn tích tụ trong đất quá cao, dư thừa Zn cũng gây ra bệnh mất diệp lục. Sự tích tụ Zn trong cây quả nhiều cũng gây một số mối liên hệ đến mức dư lượng Zn trong cơ thể người và góp phần phát triển thêm sự tích tụ Zn trong môi trường mà đặc biệt là môi trường đất. 4
Đối với con người, hàm lượng Zn được quy định giới hạn trong thức ăn là từ 5 - 10 ppm. Ngộ độc do Zn cũng là ngộ độc cấp tính, do ăn nhầm phải một lượng lớn Zn (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, tiêu chảy, mồ hôi lạnh, mạch đập chậm, chết sau 10 - 48 giây [22]. 1.1.2. Công dụng và độc tính của cadimi 1.1.2.1. Công dụng của cadimi Các ứng dụng chủ yếu của cadimi (Cd) trong trong công nghiệp như: lớp mạ bảo vệ thép, chất ổn định trong PVC, chất tạo màu trong nhựa và thủy tinh và trong hợp phần của nhiều hợp kim là một trong những nguyên nhân giải phóng Cd vào môi trường [1]. Hàm lượng của Cd trong phân lân biến động khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc của đá photphat. Phân lân có nguồn gốc từ đá phốt phát Bắc Carolina chứa Cd 0,054 g.kg-1, phân lân có nguồn gốc từ đá Sechura chứa hàm lượng Cd 0,012 g.kg-1, trong khi đó phân lân có nguồn gốc từ đá photphat Gafsa chứa hàm lượng Cd 0,07 g.kg-1 [1]. 1.1.2.2. Độc tính của Cadimi Kim loại Cd được dùng trong công nghiệp luyện kim và chế tạo đồ nhựa. Hợp chất của Cd được dùng phổ biến để làm pin. Cd xâm nhập vào môi trường qua nước thải và phân tán ô nhiễm từ phân bón. Cd xâm nhiễm vào nước uống do các ống nước mạ kiềm không tinh khiết hoặc từ các mối hàn và vài loại chất gắn kim loại. Tuy vậy lượng Cd trong nước không quá 1 mg/L. Theo tiêu chuẩn của WHO, nồng độ Cd cho nước uống là 0,003 mg/L. Thực phẩm là nguồn Cd chính nhiễm vào cơ thể người. Theo nhiều chuyên gia, hút thuốc cũng là nguyên nhân đáng kể gây nhiễm Cd. Sự hấp thụ hợp chất Cd tùy thuộc vào độ hòa tan của chúng. Cd tích tụ phần lớn ở thận và có thời gian bán hủy sinh học dài từ 10 - 35 năm. Đã có chứng cứ cho biết Cd là chất gây ung thư đường hô hấp. Cd có độc tính cao đối với động vật thủy sinh và con người. Khi người bị nhiễm độc Cd, tùy theo mức độ nhiễm sẽ bị ung thư phổi, thủng vách ngăn mũi, đặc biệt là gây tổn thương thận dẫn đến protein niệu. Ngoài ra còn ảnh hưởng tới nội tiết, máu, tim 5
mạch. Nồng độ cao, Cd gây đau thận, thiếu máu, phá hủy tủy xương. Các hợp chất chứa Cd cũng là các chất gây ung thư. Phần lớn Cd thâm nhập vào cơ thể người được đào thải qua thận. Một phần nhỏ được liên kết mạnh với protein của cơ thể thành thionin – kim loại có mặt ở thận và phần còn lại được giữ trong cơ thể và dần dần được tích lũy theo thời gian [12], [18]. Nghiên cứu 1021 người đàn ông và phụ nữ bị nhiễm độc Cd ở Thụy Điển cho thấy nhiễm độc kim loại này có liên quan đến gia tăng nguy cơ gãy xương ở độ tuổi trên 50. Bệnh Itai-itai, một loại bệnh nghiêm trọng liên quan tới xương ở lưu vực sông Jinzu tại Nhật Bản, lần đầu tiên gợi ý rằng Cd có thể gây mất xương nghiêm trọng. Itai-itai là kết quả của việc ngộ độc Cd lâu dài do các sản phẩm phụ của quá trình khai thác mỏ được thải xuống ở thượng nguồn sông Jinzu. Xương của các bệnh nhân này bị mất khoáng chất ở mức cao. Những bệnh nhân với bệnh này đều bị tổn hại thận, xương đau nhức trở nên giòn và dễ gãy. Cd xâm nhập vào cơ thể con người chủ yếu qua thức ăn từ thực vật được trồng trên đất giàu Cd hoặc tưới bằng nước có chứa nhiều Cd, hít thở bụi Cd thường xuyên có thể làm hại phổi, vào trong phổi Cd sẽ thấm vào máu và được phân phối đi khắp nơi. Phần lớn Cd xâm nhập vào cơ thể con người được giữ lại ở thận và được đào thải, còn một phần ít (khoảng 1%) vẫn được giữ lại trong cơ thể và dần dần được tích luỹ cùng với tuổi tác. Khi lượng Cd được tích trữ lớn, nó có thể thế chỗ Zn trong các enzim quan trọng và 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 [19], [27]. 1.1.3. Công dụng và độc tính của chì 1.1.3.1. Công dụng của chì Chì (Pb) cũng được ứng dụng khá rộng rãi trong công nghiệp, đời sống.... Trong công nghiệp, Pb được sử dụng để chế tạo pin, acquy chì - axit, hợp kim, thiết bị bảo vệ tia phóng xạ trong lò phản ứng hạt nhân.... Lượng lớn Pb được dùng để điều chế nhiều hợp kim quan trọng: thiếc hàn chứa 20 90%Sn và 10 80%Pb. Hợp kim ổ trục chứa 80%Sn, 12%Sb, 6%Cu và 2%Pb. Hợp chất Pb hữu cơ: Pb(CH3)4, Pb(C2H5)4 một thời gian dài được sử dụng khá phổ biến làm chất phụ gia cho xăng và dầu bôi trơn, hiện nay đã được thay thế. Pb hấp thụ tốt tia phóng xạ và tia rơnghen nên được làm tấm bảo vệ khi làm việc với những tia đó. Tường của phòng thí nghiệm phóng xạ được lót bằng gạch Pb, mỗi viên gạch đó thường nặng hơn 10kg [1]. 6
1.1.3.2. Độc tính của chì Theo khuyến cáo của tổ chức FAO/WHO, hàm lượng Pb cơ thể tiếp nhận qua đường thức ăn tối đa hàng ngày là 3,4 - 4 μg/kg cơ thể. Tiêu chuẩn tối đa cho phép của WHO, nồng độ Pb trong nước uống không vượt quá 0,05 mg/L. Vai trò tích cực của Pb đối với cơ thể người là rất ít, ngược lại nó là nguyên tố có độc tính cao đối với sực khoẻ con người và động vật. Khi cơ thể nhiễm độc Pb sẽ gây ức chế một số enzim quan trọng của quá trình tổng hợp máu gây cản trở quá trình tạo hồng cầu, đó là sản phẩm delta - amino levulinic axit, nó là thành phần rất quan trọng để tổng hợp porphobilinogen. Nói chung Pb phá hủy quá trình tổng hợp hemoglobin và các sắc tố khác cần thiết cho máu như cytochromes [2], [27]. Khi hàm lượng Pb trong máu đạt khoảng 0,3ppm thì nó ngăn cản quá trình sử dụng oxi để oxi hóa glucozơ tạo ra năng lượng cho quá trình sống, do đó làm cho cơ thể mệt mỏi. Ở nồng độ cao hơn (> 8ppm) có thể gây nên bệnh thiếu máu do thiếu các sắc tố cầu. Hàm lượng Pb trong máu nằm khoảng 0,5 0,8 ppm gây rối loạn chức năng của thận và phá hủy tế bào não. Xương là nơi tích tụ và tàng trữ Pb trong cơ thể, ở đó tương tác với photphat trong xương rồi chuyển vào các mô mềm của cơ thể để thể hiện độc tính của nó [2]. Ngày nay hiểm họa môi trường do sản phẩm sinh ra từ các động cơ đốt “xăng chì” và nguồn nước thải công nghiệp đòi hỏi phải kiểm tra lượng Pb trong không khí, trong đất và trong nước. 1.1.4. Công dụng và độc tính của đồng 1.1.4.1. Công dụng của đồng Đồng (Cu) là kim loại màu quan trọng đối với công nghiệp và kĩ thuật, khoảng trên 50% lượng Cu khai thác hàng năm được dùng sản xuất dây dẫn điện, trên 30% được dùng chế tạo hợp kim. Ngoài ra, do có khả năng dẫn nhiệt tốt và chịu ăn mòn, Cu kim loại còn được dùng chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt, sinh hàn và chân không, chế tạo nồi hơi, ống dẫn dầu và dẫn nhiên liệu. Một số hợp chất của Cu được sử dụng làm chất màu trang trí mỹ thuật, chất liệu trừ nấm mốc và cả thuốc trừ sâu trong nông nghiệp. Cu là nguyên tố vi lượng cần thiết trong cơ thể người, có nhiều vai trò sinh lí, nó tham gia vào quá trình tạo hồng cầu, bạch cầu và là thành phần của nhiều enzym. Cu tham gia tạo sắc tố hô hấp hemoglobin [27]. 7
1.1.4.2. Độc tính của đồng Cu là nguyên tố cơ bản cần thiết cho sinh vật ở mức độ nhất định, lượng đưa vào cơ thể khoảng 1 - 3 mg/ngày. Các hợp chất của Cu không độc lắm, các muối Cu gây tổn thương đường tiêu hóa, gan, thận, niêm mạc. Độc nhất là muối đồng xianua. Cu có trong nước với nồng độ lớn 1 mg/L có thể tạo vết bẩn trên quần áo hay các đồ vật được giặt giũ trong nước đó. Nồng độ an toàn của Cu trong nước uống đối với con người dao động theo từng nguồn, nhưng có xu hướng nằm trong khỏang 1,5 – 2 mg/L. Mức cao nhất có thể chịu được về Cu trong chế độ ăn uống đối với cơ thể người mỗi ngày khoảng 2 - 4 mg/L. Khi vào cơ thể Cu sẽ liên kết với màng tế bào ngăn cản quá trình vận chuyển chất qua màng [12], [18]. Khi hàm lượng Cu trong cơ thể người là 10 g/kg thể trọng gây tử vong, liều lượng 60 - 100 mg/kg gây nôn mửa. Cu ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe do thiếu hụt cũng như dư thừa. Bệnh thiếu máu do thiếu hụt sắt (Fe) ở trẻ em đôi khi cũng được kết hợp với sự thiếu hụt Cu. Với cá, khi hàm lượng Cu là 0,002 mg/L đã có 50% cá thí nghiệm bị chết. Với khuẩn lam, khi hàm lượng Cu là 0,01 mg/L sẽ làm chúng chết. Với thực vật, khi hàm lượng Cu là 0,1 mg/L đã gây độc; khi hàm lượng Cu là 0,17-0,20 mg/L gây độc cho củ cải đường, cà chua, đại mạch. Việc thừa Cu cũng gây ra những biểu hiện ngộ độc mà chúng có thể dẫn tới tình trạng cây chết. Lý do của việc này là do dùng thuốc diệt nấm, thuốc trừ sâu đã khiến cho chất liệu Cu bị cặn lại trong đất từ năm này qua năm khác, ngay cả bón phân CuSO4 cũng gây tác hại tương tự. Mọi hợp chất của Cu đều là những chất độc, khoảng 30 gam CuSO4 có khả năng gây chết người. Nồng độ an toàn của Cu trong nước uống và nước mặt là 0,02 - 1,5 mg/L tùy theo tiêu chuẩn của từng quốc gia. Nước tưới cây nông nghiệp là 0,2 mg/L, riêng với đất rất thiếu Cu có thể dùng nước chứa tới 5 mg/L để tưới trong thời gian ngắn [27]. 1.2. Một số vấn đề về đất trồng và rau trồng 1.2.1. Một số vấn đề về đất trồng Đất là một thành phần quan trọng của môi trường, là một tài nguyên vô giá mà tự nhiên đã ban tặng cho con người. Đất là tư liệu sản xuất đặc biệt, là đối tượng lao động độc đáo, là một yếu tố cấu thành của hệ sinh thái Trái Đất. Trên quan điểm sinh 8
thái học, đất là một tài nguyên tái tạo, là vật mang của nhiều hệ sinh thái khác trên trái đất. Với sức ép ngày càng tăng về dân số đã kéo theo sự phát triển mạnh về công nghiệp, đô thị hoá, việc làm và giao thông, làm cho tài nguyên đất bị khai thác mạnh và sự suy thoái môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng. Con người tác động vào đất cũng chính là tác động vào các hệ sinh thái mà đất “mang” trên mình nó. Như vậy, tuỳ thuộc vào phương thức đối xử của con người đối với đất mà đất có thể phát triển theo chiều hướng tốt và cũng có thể phát triển theo chiều hướng xấu. Cho nên việc bảo vệ môi trường đất, duy trì sức sản xuất lâu dài của đất là một trong những chiến lược quan trọng của nước ta trong việc sử dụng hợp lý và lâu bền các nguồn tài nguyên thiên nhiên. Ngày nay, với tốc độ phát triển mạnh mẽ của công nghiệp và hình thành nhiều thành phố lớn, vấn đề ô nhiễm ngày càng trở nên nghiêm trọng. Khói từ nhà máy, từ hoạt động giao thông làm ô nhiễm bầu khí quyển. Nước thải từ các nhà máy, khu dân cư làm ô nhiễm nguồn nước. Phế thải từ các khu công nghiệp, các làng nghề và việc sử dụng phân bón hoá học, bùn thải, thuốc bảo vệ thực vật trong nông nghiệp làm ô nhiễm nghiêm trọng nguồn tài nguyên đất. Hiện nay, ở các vùng nông thôn miền Bắc, tập quán sử dụng phân bắc và phân chuồng tươi trong canh tác vẫn còn phổ biến. Chỉ tính riêng trong nội thành Hà Nội, hàng năm lượng phân bắc thải ra khoảng 550.000 tấn; trong khi đó, công ty Vệ sinh môi trường chỉ đảm bảo thu được 1/3, số còn lại được nông dân chở về bón cho cây trồng gây mất vệ sinh và gây ô nhiễm đất. Ở các vùng nông thôn phía nam, đặc biệt là vùng đồng bằng sông Cửu Long, phân tươi ở một số nơi còn được coi là nguồn thức ăn cho cá [11]. Tại vùng trồng rau Mai Dịch (Từ Liêm, Hà Nội) mật độ trứng giun đũa là 27,4 trứng/100g đất; trứng giun tóc là 3,2 trứng/100g đất. Theo điều tra của Viện Thổ nhưỡng–Nông hóa (1993-1994), tại một số vùng trồng rau, nông dân chủ yếu sử dụng phân bắc tươi với liều lượng khoảng từ 7 – 12 tấn/ha. Do vậy, trong 1 lít nước mương máng khu trồng rau có tới 360 E.coli, ở nước giếng công cộng là 20, còn trong đất lên tới 2105/100g đất. Như vậy ở Việt Nam, tình hình đất bị nhiễm trứng giun ký sinh, nhiễm trùng vi sinh vật nổi lên ở từng nơi, từng lúc, nhất là ở vùng nông thôn và vùng trồng rau hàng hóa...[7]. 9