Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Phân tích xác định hàm lượng Pb, Cd và Zn trong sữa bằng phương pháp pha loãng đồng ICP-MS

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:93

Thêm vào BST

Báo xấu

206
lượt xem 29
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung chính của luận văn gồm những phần sau: Nghiên cứu và lựa chọn các điều kiện tối ưu trong quá trình xử lý mẫu để định lượng các kim loại chì, cadimi và kẽm trong sữa; nghiên cứu và lựa chọn các điều kiện tối ưu trên thiết bị ICP-MS để kết quả phân tích nồng độ chì, cadimi và kẽm đạt độ chính xác cao bằng phương pháp pha loãng đồng vị.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Phân tích xác định hàm lượng Pb, Cd và Zn trong sữa bằng phương pháp pha loãng đồng ICP-MS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  HÀ TIẾN LƯỢNG PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG Pb, Cd VÀ Zn TRONG SỮA BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHA LOÃNG ĐỒNG VỊ ICPMS LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  HÀ TIẾN LƯỢNG PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG Pb, Cd VÀ Zn TRONG SỮA BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHA LOÃNG ĐỒNG VỊ ICPMS Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số : 60 44 01 18 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN THỊ HUỆ
Hà Nội Năm 2014
LƠI CAM ̀ ̉ ƠN Vơi long bi ́ ̀ ết ơn chân thành và sâu săc, em xin cam ́ ̉ ơn cô PGS.TS. Nguyên Thi ̃ ̣ ̣ ện Công nghệ môi trường – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Huê, Vi ̀ ̀ ̀ ̣ ̀ ướng dân, tao điêu kiên cho em trong su đa giao đê tai va tân tinh h ̃ ̃ ̣ ̀ ̣ ốt quá trình thực tập và làm luận văn tốt nghiệp. ̉ ơn PGS.TS. Ta Thi Thao cung cac thây cô trong bô môn Em xin chân thanh cam ̀ ̣ ̣ ̉ ̀ ́ ̀ ̣ Hoa phân tich đa truy ́ ́ ̃ ền thụ những kiến thức quý báo và luôn tao điêu kiên giup đ ̣ ̀ ̣ ́ ỡ em trong suốt qua trinh hoc tâp va nghiên c ́ ̀ ̣ ̣ ̀ ứu. Tôi cung xin g ̃ ửi lơi cam ̀ ̉ ơn đên ThS. Vu Văn Tu, ThS. Pham Hai Long cung cac ́ ̃ ́ ̣ ̉ ̀ ́ ̣ ́ ượng môi trường – Viên Công nghê môi tr anh chi em trong phong phân tich chât l ̀ ́ ̣ ̣ ường ̣ – Viên Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đa luôn đông viên, giup đ ̃ ̣ ́ ỡ tôi ̀ ực nghiêm. trong suôt qua trinh lam th ́ ́ ̀ ̣ Cuối cùng tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu Trường THPT Nho Quan A, các bạn đồng nghiệp, gia đình và bạn bè, những người đã quan tâm giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. ̀ ̣ Ha Nôi, ngay 6 thang 12 năm 2014 ̀ ́ ̣ Hoc viên cao h ọc Hà Tiến Lượng
MỤC LỤC MỞ ĐẦU …………………………………………………………………………. 1 Chương 1. TỔNG QUAN 3 ……………………………………………………….. 1.1. Thành phần hóa học chính trong sữa 3 ………………………………………….. 1.2. Tình hình ô nhiễm kim loại Pb, Cd và Za trong các sản phẩm tiêu dùng (thực phẩm) ở Việt Nam 5 …………………………………………………………………. 1.3. Trạng thái tự nhiên và một số tính chất lý, hóa của Pb, Cd và 6 Zn....................... 1.3.1. Trạng thái tự nhiên của các kim loại Pb, Cd và Zn 6 ……………………….. 1.3.2. Một số tính chất lý, hóa của Pb, Cd và 7 Zn………………………….......... 1.3.2.1. Tính chất vật lý của Pb, Cd và 7 Zn……………………………………. 1.3.2.2. Một số tính chất hóa học của Pb, Cd và Zn 8 ………………………….. 1.4. Vai trò của các nguyên tố Pb, Cd và Zn đối với con người 9 ………………….. 1.4.1. Độc tính của Pb ………………………………………………………….. 9 1.4.2. Độc tính của Cd ………………………………………………………….. 11 1.4.3. Chức năng sinh học của Zn ……………………………………………………... 12 1.4.4. Giới hạn tối đa cho phép các kim loại trong thực phẩm 13 …………………. 1.5. Các phương pháp phân tích lượng vết kim loại nặng 17 …………………........... 1.5.1. Các phương pháp phân tích quang học 17 ……………………………........... 1.5.1.1. Phương pháp huỳnh quang ……………………………………........... 17
1.5.1.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UVVIS 18 …………………... 1.5.1.3. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử AES 19 ……………………. 1.5.1.4. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS 20 ……………………. 1.5.2. Các phương pháp phân tích điện hoá 21 …………………………………….. 1.5.2.1. Phương pháp cực phổ 21 …………………………………………............ 1.5.2.2. phương pháp VonAmpe hòa tan 22 …………………………………….. 1.5.3. Phương pháp phổ khối plasma cảm ứng (ICPMS) ………………. 23 1.5.4. Kỹ thuật pha loãng đồng vị 28 ………………………………………………. 1.6. Các phương pháp sử lý mẫu thực phẩm để xác định kim loại 32 ……………….. 1.6.1. Nguyên tắc sử lý mẫu 32 …………………………………………………….. 1.6.2. Phương pháp tách chiết, làm giàu bằng dung 33 môi ...................................... 1.6.3. Một số phương pháp sử lý mẫu sữa xác định hàm lượng kim loại nặng 34 … Chương 2: THỰC NGHIỆM .................................................................................. 36 2.1. Mục tiêu nghiên cứu 36 ……………………………………………………........... 2.2. Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu 36 …………………………….. 2.2.1. Đối tượng nghiên cứu 36 ………………………………………………........... 2.2.2. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 36 2.2.3. Phương pháp nghiên cứu 37 ………………………………………………….. 2.3. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị 38 …………………………………………………. 2.4. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu 42
………………………………........... Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 43 3.1. Khảo xát và lựa chọn các điều kiện tối ưu trên thiết bị ICPMS 43 …………….. 3.1.1. Chuẩn hóa số khối – Tunning 43 ……………………………………………. 3.1.2. Tối ưu tốc độ khí mang tạo sol khí 44 ………………………………………. 3.1.3. Khảo sát nguồn năng lượng (ICP) 45 ……………………………………….. 3.1.4. Khảo sát thế điều khiển thấu kính điện tử ion 46 ………………………….. 3.1.5. Khảo sát thời gian phân tích mẫu 46 …………………………………........... 3.1.6. Khảo sát thời gian rửa sạch mẫu 48 …………………………………………. 3.2. Nghiên cứu phân huy mâu …………………………………………………… ̉ ̃ 49 3.2.1. Nghiên cứu hôn h ̃ ợp chât phân huy mâu s ́ ̉ ̃ ữa 49 …………………………….. 3.2.2. Nghiên cứu lượng hôn h ̃ ợp chât phân huy mâu s ́ ̉ ̃ ữa 53 ………………........... 3.2.3. Nghiên cứu nhiêt đô phân huy mâu s ̣ ̣ ̉ ̃ ữa …………………………………. 54 3.3. Khảo sát lượng đồng vị thêm vào phù hợp cho phân tích mẫu sữa 55 ………….. 3.4. Đánh giá sự ảnh hưởng của các ion kim loại khác trong nền mẫu đến quá trình xác định Pb, Cd và Zn...................................................................................... 58 3.5. Đánh giá phương pháp phân tích …………………………………………….. 61 3.5.1. Khoảng tuyến tính và đường chuẩn 61 ……………………………………… 3.5.2. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng 62 ………………………………. 3.5.3. Đánh giá hiệu suất thu hồi và độ lập lại của phương pháp 63 ………………. 3.6. So sánh các kết quả phân tích mẫu chuẩn và mẫu thực giữa ba kỹ thuật 65 ……. 3.7. Phân tích mẫu chuẩn được công nhận 66
……………………………………….. 3.8. Quy trình phân tích mẫu thực tế 66 ………………………………………........... 3.9. Kết quả phân tích mẫu thực tế 67 ……………………………………………….. Chương 4: KẾT LUẬN .......................................................................................... 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 72
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý của các nguyên tố chì, cadimi và kẽm 7 ………… Bảng 1.2. Mức giới hạn tối đa cho phép các kim loại trong thực phẩm 14 …………… Bảng 1.3. Giới hạn cho phép của một số kim loại nặng trong sữa 16 ………………… Bảng 1.4. Giới hạn rủi ro đối với một số kim loại 17 nặng ............................................. Bảng 1.5. So sánh khả năng phát hiện của các kỹ thuật phân tích 28 ………………… Bảng 1.6. Nguyên tố, số khối, tỷ lệ đồng vị và các yếu tố ảnh hưởng do trùng 30 số khối Bảng 3.1. Kết quả khảo sát tốc độ khí sol hóa mẫu 44 ……………………………… Bảng 3.2. Kết quả khảo sát công suất máy phát cao tần 45 …………………………… Bảng 3.3. Kết quả khảo sát thời gian phân tích 47 …………………………………… Bảng 3.4. Kết quả khảo sát thời gian rửa sạch mẫu 48 ……………………………… ̉ ̣ ́ ưu trên thiêt bi ICPMS …………………… Bang 3.5. Cac điêu kiên phân tich tôi ́ ̀ ́ ́ ̣ 49 Bảng 3.6. Kết quả khảo sát các loại axit cho quá trình xử lí mẫu hệ hở 50 …………… Bảng 3.7. Kết quả khảo sát các loại axit cho quá trình xử lí mẫu hệ kín 52 ………… Bảng 3.8. Kết quả khảo sát anh h ̉ ưởng cua l ̉ ượng hôn h ̃ ợp phân huy ̉ 54 ……………… Bảng 3.9. Kết quả khảo sát anh h ̉ ưởng cua nhiêt đô phân huy ̉ ̣ ̣ ̉ 55
…………………… Bảng 3.10. Kết quả phân tich môt sô mâu s ́ ̣ ́ ̃ ữa trên ICPMS 55 ……………………… Bảng 3.11. Kết quả khao sat l ̉ ́ ượng đông vi ……………………………………… ̀ ̣ 57 Bảng 3.12. Kết quả phân tich ́ các thành phần ảnh hưởng của nền mẫu 58 …………… Bảng 3.13. Nồng độ các ion ảnh hưởng 59 …………………………………………… Bảng 3.14. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của các ion kim loại trong nền mẫu 60 … Bảng 3.15. Kết quả xác định LOD và LOQ của Pb, Cd và Zn 63 …………………… Bảng 3.16. Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi của phương pháp 64 ………………… Bảng 3.17. Kết quả đánh giá độ lập lại của phương pháp 64 ………………………… Bảng 3.18. Kết quả phân tích mâu chuân so sánh gi ̃ ̉ ữa 3 kỹ thuật 65 ………………… Bảng 3.19. Kết quả phân tich m ́ ẫu thực giữa 3 kỹ thuật 66 …………………………… Bảng 3.20. Kết quả phân tích mẫu chuẩn được công nhận 66 ………………………… Bảng 3.21. Kết quả phân tích hàm lượng các kim loại nặng trong mẫu sữa 68 bột ........ Bảng 3.22. Kết quả phân tích hàm lượng các kim loại nặng trong mẫu sữa nước 69 ..... Bảng 3.23. Danh sách các mẫu có hàm lượng Pb vượt quy 69 định. .............................. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT QCVN Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam Phương pháp cảm ứng cao tần ghép nối khối phổ (Inductively ICPMS Coupled Plasma emission Mass Spectrometry) Phương pháp pha loãng đồng vị trên thiết bị cảm ứng cao tần ghép IDICPMS nối khối phổ (Isotope Dilution Inductively Coupled Plasma emission Mass Spectrometry)
Phương pháp hấp thụ nguyên tử sử dung ky thuât nguyên t ̣ ̃ ̣ ử hoa lò ́ GFAAAS nhiệt điện (Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry) Phương phap hâp thu nguyên t ́ ́ ̣ ử sử dung ky thuât nguyên t ̣ ̃ ̣ ử hoá FAAS ̣ ửa (Flame Atomic Absorption Spectrometry) ngon l UVVIS Phương pháp trắc quang (Ultraviolet Visible Spectrometry) Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic Absorption AAS Spectrometry) Phương pháp quang phổ phát xạ plasma (Inductively Coupled ICPAES Plasma atomic Emission Spectroscopy) Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (Atomic Emission AES Spectrometry) LOD Giới hạn phát hiện (Limit of Detection) LOQ Giới hạn định lượng (Limit of Quantitation) RSD Độ lặp lại tương đối (Relative Standard Deviation) WHO Tổ chức Y tế Thế giới (World Health Organization) FAO ̉ ưc nông l Tô ch ́ ương thê gi ́ ới (Food and Agriculture Organization)
MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, đã có sự gia tăng ô nhiễm các kim loại nặng độc hại như chì, cadimi, kẽm, thủy ngân, đồng … trong lương thực và thực phẩm. Ô nhiễm do các chất hóa học, hóa chất bảo vệ thực vật, phân bón, chất phụ gia liên quan đến các sản phẩm tiêu dùng đã ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người và môi trường. Các nguyên tố vi lượng như chì, cadimi, đồng, kẽm là thành phần rất cần trong cơ thể, nhưng nếu dư thừa hoặc thiếu hụt sẽ gây ra một số bệnh như bệnh Schizophrenia, bệnh Willson hay biểu hiện tím tái người ngất xiu đ ̉ ột ngột do nhiễm độc chì,… Sữa là một thực phẩm quan trọng có nguồn gốc từ động vật, nó có hầu hết các chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể, đặc biệt cho trẻ sơ sinh và người già. Tuy nhiên do nhu cầu tiêu thụ sản phẩm về sữa ngày càng gia tăng nên đã có một số loại sữa không đủ chất lượng, hàm lượng một số kim loại nặng trong sữa cao hơn mức cho phép. Để đánh giá chính xác hiện tượng này trong các sản phẩm về sữa, người ta phải sử dụng một số thiết bị đo có độ chính xác cao để phân tích như AAS, AES, ICPAES, UVVIS, ICPMS … vì hàm lượng của chúng khá nhỏ (dạng vết). Trong đó ICPMS có tính ưu việt hơn các phương pháp khác về khả năng phân tích nhanh, phân tích đồng thời được nhiều nguyên tố kim loại ở dạng vết trong cùng một mẫu với độ chính xác cao, ít bị ảnh hưởng bởi các nguyên tố khác. Bằng kĩ thuật pha loãng đồng vị ICPMS có thể xác định chính xác hơn nồng độ các kim loại trong mẫu. Để xác định thật chính xác lượng vết các ion kim loại chì, cadimi và kẽm trong sữa, việc xây dựng một quy trình phân tích hoàn thiện từ quá trình chuẩn bị mẫu, xử lý mẫu và phép phân tích là hết sức cần thiết. Chính vì vậy đề tài “Phân tích xác định hàm lượng Pb, Cd và Zn trong sữa bằng phương pháp pha loãng đồng ICPMS” được lựa chọn. Nội dung chính của luận văn gồm những phần sau:  Nghiên cứu và lựa chọn các điều kiện tối ưu trong quá trình xử lý mẫu để định lượng các kim loại chì, cadimi và kẽm trong sữa. 1
 Nghiên cứu và lựa chọn các điều kiện tối ưu trên thiết bị ICPMS để kết quả phân tích nồng độ chì, cadimi và kẽm đạt độ chính xác cao bằng phương pháp pha loãng đồng vị.  Nghiên cứu khảo sát các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình phân tích các nguyên tố kim loại nói trên.  Đưa ra quy trình phân tích chì, cadimi và kẽm trong sữa bằng phương pháp pha loãng đồng vị trên thiết bị ICPMS.  Áp dụng phân tích một số đối tượng mẫu thực tế. 2
Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. Thành phần hóa học chính trong sữa [14, 18]. Trong sữa có một số thành phần như: lipit, gluxit, protein, chất khoáng, vitamin, ngoài ra còn có chất màu và nhiều chất khác. Chất béo: Chất béo là một trong những thành phần quan trọng nhất của sữa. Hàm lượng chất béo của sữa thay đổi trong một phạm vi khá rộng. Có loại sữa ít béo, khoảng 3g/100ml sữa, có loại sữa nhiều chất béo khoảng 56g/100ml sữa. Khoảng 98% chất béo trong sữa là một hỗn hợp của triacyl glycerides. Ngoài ra còn có chất béo trung tính, các vitamin tan trong chất béo và các chất màu (ví dụ như carotene cho bơ màu vàng của nó), sterol và sáp. Chất béo cung cấp cho cơ thể một nguồn tập trung năng lượng: quá trình oxy hóa của chất béo trong cơ thể mang lại 9 calo/g. Ngoài ra chất béo làm dung môi hòa tan các vitamin A, D, E, K trong chất béo và cũng cung cấp các axit béo thiết yếu (linoleic, linolenic và arachidonic). Protein: Nhóm hợp chất hữu cơ quan trọng nhất cửa sữa là protein. Hàm lượng protein của các loại sữa không chênh lệch nhiều, chúng thường nằm trong giới hạn 3.0 4.6%. Các protein của sữa là những protein hoàn thiện. Trong thành phần protein của sữa có đến 19 loại axit amin khác nhau, trong đó có đầy đủ các acid amin không thay thế được như: valin, lơxin, izolơxin, metionin, treonin, phenylalanin, triptophan và lyzin. Trong sữa có 3 loại protein chủ yếu: Casein chiếm khoảng 80%, lactalbumin chiếm 12% và lactoglobulin chiếm 6% trong toàn bộ lượng protein có trong sữa và còn một vài loại protein khác nhưng hàm lượng không đáng kể. Casein là nhóm protein chủ yếu trong protein của sữa. Nó bao gồm nhiều loại casein khác nhau, casein, casein, casein, casein là thể phức hợp phosphoryl gồm 3
có , S1 , S2 , S3 , S4 , S5 –casein. casein là thành phần chủ yếu có trong sữa bò S6 nhưng lại là thứ yếu trong sữa người. casein là một glycoprotein và nó hiện diện khắp nơi trong thể mixen casein. Chính vì vậy mà mixen ở trạng thái ổn định. casein và casein không tan trong sữa tươi. Các protein này chứa nhóm photphat (photpho chiếm khoảng 0.8% trong toàn casein) và nhóm photphat này kết hợp với ion Ca 2+. Sự trung hòa một phần lớn các điện tích âm ngăn ngừa casein và casein kết khối và kết tủa. Mỗi hạt casein chứa khoảng 70% nước và 30% chất khô. Trong thành phần chất khô casein chiếm khoảng 93% và muối (chủ yếu là canxi photphat) chiếm khoảng 7%. Lactoglobulin còn gọi là globulin của sữa. Hàm lượng lactoglobulin trong sữa khoảng 0,1% theo khối lượng và chiếm tỉ lệ 3% so với lượng protein chung. Globulin sữa có nhiều trong sữa non, thuộc loại protein đơn giản và là protein hoàn thiện. Trong sữa, globulin tồn tại dưới dạng keo và có độ phân tán kém hơn so với albumin sữa khoảng 18.000. Globulin có 3 dạng đồng phân: glactoglobulin, epglobulin và pseudogglobulin. Chúng khác nhau về khả năng hòa tan nước và tính kháng trùng lactoglobulin không tan trong nước, hòa tan tốt trong dung dịch muối loãng, epglobulin tan trong nước khi có mặt muối. Pseudoglobulin hòa tan trong nước nguyên chất. Lactoalbumin còn gọi là albumin của sữa. Hàm lượnglactoalbumin trong sữa không nhiều khoảng 0.51.0% tùy từng loại sữa. Trong sữa non có nhiều lactoalbumin hơn sữa thường. Khác với casein, lactoalbumin ở trong sữa dưới dạng hòa tan. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao lactoalbumin bị đông tụ. Trong môi trường acid, khi tăng nhiệt độ thì mức độ đông tụ nhanh và mau. Các enzim làm đông tụ casein không có khả năng làm đông tụ lactoalbumin. Sau khi đông tụ, lactoalbumin mất khả năng hòa tan lại trong nước, nó chỉ có thể hòa tan lại trong một vài loại dung môi. Carbohydrate: Carbohydrate có ở trong sữa chủ yếu là lactose. Hàm lượng lactose trong sữa khoảng 4.55.1% tùy theo từng loại sữa. Lactose ở trong sữa dưới dạng hòa tan. Lactose khó bị thủy phân hơn các loại đường khác. Khi bị thủy phân sẽ cho một phân tử glucose và một phân tử galactose: 4
Chất khoáng: Nhiều công trình nghiên cứu đã xác nhận lượng chất khoáng của sữa có thể thỏa mãn đầy đủ nhu cầu về chất khoáng cho cơ thể. Hàm lượng chất khoáng trong sữa khoảng 0.60.8% tùy từng loại sữa, tồn tại ở dạng hòa tan hoặc dung dịch keo. Các loại muối khoáng ở trong sữa có nhiều loại, phổ biến là muối photphat, clorua, citrat, caseinat… chứa các nguyên tố đa lượng như Ca, K, Na, Mg, P …trong đó nhiều nhất là Ca. Ngoài ra sữa cũng chứa nguyên tố vi lượng như Zn, Si, Al, Fe, Cu, I, Mn, F, Se, Cr, Co … Vitamin: Sữa có chứa rất nhiều loại vitamin cần thiết cho cơ thể, bao gồm nhóm vitamin tan trong chất béo như vitamin A, D, E và K gắn với phần chất béo, nhóm vitamin tan trong nước như vitamin B1, B2, B12, C, PP … 1.2. Tình hình ô nhiễm kim loại Pb, Cd và Zn trong các sản phẩm tiêu dùng (thực phẩm) ở Việt Nam. Các nhà chuyên môn về vệ sinh an toàn thực phẩm cảnh báo rằng nhiều loại rau sinh trưởng trong vùng đất thấp, ao hồ, kênh rạch như rau muống, rau rút, rau cần, ngó sen dễ tích tụ những kim loại nặng như đồng, chì, kẽm, thủy ngân... Các chất này có trong nước thải chưa được xử lý triệt để từ các nhà máy, xí nghiệp, cơ sở sản xuất. Đề tài nghiên cứu hàm lượng kim loại nặng trong bùn đáy, trong nước và trong một số loại rau thủy sinh, của TS Bùi Cách Tuyến, Hiệu trưởng ĐH Nông Lâm TP HCM, thực hiện trong 2 năm (19992000) tại TP HCM cho thấy, nhiều mẫu rau được lấy phân tích không an toàn, rất nhiều loại bị ô nhiễm nặng. Hàm lượng kẽm trong mẫu rau muống ở Bình Chánh cao gấp 30 lần mức cho phép, tại các ao rau muống ở Thạnh Xuân cao gấp 24 đến 12 lần. Hai mẫu rau rút ở Thạnh Xuân có hàm lượng chì gấp 8,4 15,3 lần mức cho phép, mẫu rau muống ở Thạnh Xuân có hàm lượng chì cao gấp 2,24 lần, mẫu rau muống ở Bình Chánh có hàm lượng chì cao gấp 3,9 lần, mẫu ngó sen ở 5
Tân Bình có hàm lượng chì cao gấp 13,65 lần. Hàm lượng kim loại đồng tại một ruộng rau muống ở Thạnh Xuân cao gấp 2 lần mức cho phép [15]. Viện Dinh dưỡng Quốc gia vừa công bố số liệu điều tra khẩu phần ăn của trẻ từ 2436 tháng tuổi ở các phường thuộc 4 quận nội thành Hà Nội, gồm: Ba Đình, Hoàn Kiếm, Đống Đa và Hai Bà Trưng. Kết quả cho thấy, 12 loại thực phẩm như: gạo, thịt lợn, rau muống… có tỷ lệ nhiễm chì và asen rất cao. Theo kết quả xét nghiệm 12 mẫu thực phẩm cho thấy, nhóm thực phẩm ăn hàng ngày bị nhiễm chì cao nhất là ở gạo, thịt lợn, rau muống, tôm dảo, cam, quýt… [6]. Thực phẩm vượt quy định của Bộ Y tế về cadimin nhiều nhất cũng có ở gạo, thịt lợn, thịt bò. Cadimin cũng xuất hiện tại các thực phẩm khác như trứng gà. Nhóm nghiên cứu cũng cho rằng, lượng cadimin trong gạo chiếm tới 358% , trong sữa bột là 31% và trong cam là 15,6% lượng tối đa cho phép ăn vào hàng ngày của trẻ dưới hai tuổi (cân nặng trung bình 13kg). Còn trong thịt lợn đã lên tới 177,5%, thịt bò là 60,58%, tôm rảo là 35,73% và thịt gà là 6,84% so với lượng tối đa cho phép ăn hàng tuần của trẻ. Theo quy định của bộ Y tế, giới hạn chì tối đa trong các loại quả là
ăn rau muống với khối lượng ăn trung bình là 108,9 g/người/bữa, với tần suất ăn trung bình là 75 lần/năm. 90,9% người dân được hỏi có ăn cá rô phi, khối lượng ăn trung bình là 132 g/người/ngày, tần suất ăn trung bình 65 lần/năm. Với mức ô nhiễm Pb và Cd (mặc dù vẫn ở trong giới hạn cho phép), thực trạng tiêu thụ rau muống và cá rô phi khai thác tại sông Nhuệ của người dân, các tác giả nhóm nghiên cứu khẳng định, người dân có thể có nguy cơ nhiễm Pb, Cd qua đường ăn uống từ những thực phẩm này [7]. 1.3. Trạng thái tự nhiên và một số tính chất lý, hóa của Pb, Cd và Zn [16, 21, 22, 29] 1.3.1. Trạng thái tự nhiên của các kim loại Pb, Cd và Zn Chì đã được con người biết đến từ thời thượng cổ. Chì là nguyên tố phân bố khá rộng trong tự nhiên ở dạng kết hợp với các kim l oại khác đặc biệt là với Ag và Zn. Chì trong vỏ trái đất ứng với thành phần thạch quyển chiếm 1,6×10 3 % về khối lượng. Galen (PbS) là quặng chì quan trọng nhất trong công nghiệp, ngoài ra còn gặp chì trong quặng xeruzit (PbCO3), anglebit (PbSO4). Cadimi được tìm thấy trong tạp chất của cacbonat kẽm (calamin). Trong thạch quyển của vỏ trái đất cadimi chiếm khoảng 5.105 % về khối lượng. Khoáng vật chủ yếu của cadimi là quặng grinokit (CdS). Trong quặng blen kẽm (ZnS) và calamine (ZnCO3) có chứa khoảng 3% cadimi. Kẽm trong thạch quyển của vỏ quả đất chiếm khoảng 5.10 3% về khối lượng, tồn tại ở dạng các khoáng vật chủ yếu là quặng blen kẽm (ZnS), calamin (ZnCO 3), phranclinit hay ferit kẽm (Zn(FeO2)2), ngoài ra còn có zincit ZnO. Trong tự nhiên các khoáng vật của Zn đều có lẫn khoáng vật của Pb, Ag và Cd. 1.3.2. Một số tính chất lý, hóa của Pb, Cd và Zn 1.3.2.1. Tính chất vật lý của Pb, Cd và Zn Chì là kim loại có mầu xám thẫm và mềm, có khối lượng riêng lớn nhất. Chì có 18 đồng vị, trong đó có 4 đồng vị thiên nhiên là 204Pb (1,48%), 206Pb (23,6%), 207Pb 7
(22,6%) và 208Pb (52,3%). Đồng vị phóng xạ bền nhất của chì là 202Pb có chu kỳ bán hủy là 3.105 năm. 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. Cadimi có 19 đồng vị, trong đó có 8 đồng vị gặp trong thiên nhiên 106Cd (1,215%), 108Cd (0,875%), 110Cd (12,39%), 111Cd (12,7%), 112Cd (24,07%), 113Cd (12,26%), 114Cd (28,86%), và 116Cd (7,58%). Trong các đồng vị phóng xạ thì đồng vị 100Cd có chu kỳ bán hủy 470 ngày đêm là bền nhất. Kẽm là kim loại mầu trắng bạc, mềm. Ở trong không khí bị phủ lớp màng hidroxit – cacbonat bền. Kẽm có 15 đồng vị, trong đó có 5 đồng vị thiên nhiên là 64Zn (48,89%), 66Zn (27,81%), 67Zn (4,11%), 68Zn (18,56%) và 70Zn (0,62%). Trong các đồng vị phóng xạ thì động vị 65Zn bền nhất có chu kỳ bán hủy 245 ngày đêm. Một số tính chất vật lý của chì, cadimi và kẽm được tổng kết trong bảng 1.1 Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý của các nguyên tố chì, cadimi và kẽm STT Tính chất vật lý Chì Cadimi Kẽm STT trong bảng hệ thống tuần 82 48 30 1 hoàn 2 Nguyên tử khối (u) 207,21 112,41 65,37 3 Cấu hình electron [Kr]6s26p2 [Kr]4d105s2 [Ar]3d104s2 I1= 7,42 I1= 8,99 I1= 9,39 4 Năng lượng ion hóa (eV) I2= 15,03 I2= 16,90 I2= 17,96 5 Bán kính nguyên tử ( A0 ) 1,75 1,56 1,39 6 Nhiệt độ nóng chảy (0C) 327,4 321 419,5 7 Nhiệt độ sôi (0C) 1740 767 906 8 Khối lượng riêng (g/cm3) 11,34 8,63 7,13 1.3.2.2. Một số tính chất hóa học của Pb, Cd và Zn * Tác dụng với oxi 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 t0 2PbO 8
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. Ở nhiệt độ thường và trong không khí ẩm, kẽm bị bao phủ bởi lớp màng hdiddroxxit – cacbonat bền. 2Zn + 2H2O + O2 2Zn(OH)2 2Zn + H2O + O2 + CO2 Zn2CO3(OH)2 Khi đốt nóng kẽm cháy trong oxi tạo ra oxit: ZnO * Tác dụng với các phi kim khác Chì tác dụng được với các halogen, lưu huỳnh tạo thành muối. Pb + S → PbS Pb + Cl2 → PbCl2 Cadimi, kẽm tác dụng với halogen, lưu huỳnh, photpho, selen ... tạo muối tương ứng. * Tác dụng với nước Chì, cadimi và kẽm không tác dụng được với nước ở nhiệt độ thường. Nhưng ở nhiệt độ cao cadimi và kẽm 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, H 2SO4 loãng,…) chì, cadimi và kẽm đều tác dụng, giải phóng khí hiđro. Cd + 2HCl → CdCl2 + H2↑ Tuy nhiên, khi chì tan trong HCl lại tạo ra lớp PbCl2 khó tan làm cho chì không tan thêm được nữa; nhưng với HCl đặc chì lại dễ tan hơn do tạo thành hợp chất dễ tan dạng H2[PbCl4] PbCl2 + 2HCl → H2[PbCl4] Với các axit có tính oxi hóa (như HNO3, H2SO4 đặc) thì chì, cadimi và kẽm đều phản ứng, sẩn phẩm không có hiđro: Cd + 2H2SO4 đ → CdSO4 + SO2 ↑ + 2H2O 9