Luận văn Thạc sĩ Khoa học vật chất: Xác định đồng thời hàm lượng vết kẽm và cadimi trong lá chè xanh trên địa bàn Thái Nguyên bằng phương pháp Von- Ampe hòa tan

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:70

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của Luận văn nhằm biến tính điện cực cacbon nano paste bằng tác nhân biến tính thích hợp, trên cơ sở đó dùng điện cực cacbon nano đã biến tính xác định đồng thời hàm lượng vết Kẽm và Cadimi trong lá chè xanh trên địa bàn 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 Khoa học vật chất: Xác định đồng thời hàm lượng vết kẽm và cadimi trong lá chè xanh trên địa bàn Thái Nguyên bằng phương pháp Von- Ampe hòa tan

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM VŨ DUY HÙNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI HÀM LƯỢNG VẾT KẼM VÀ CADIMI TRONG LÁ CHÈ XANH TRÊN ĐỊA BÀN THÁI NGUYÊN BẰNG PHƯƠNG PHÁP VON - AMPE HÒA TAN Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT CHẤT Người hướng dẫn khoa học: TS. Dương Thị Tú Anh Thái Nguyên, năm 2016
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Thái Nguyên, tháng 4 năm 2016 Tác giả Vũ Duy Hùng i
LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ, chuyên ngành Hóa phân tích, Khoa Hóa học – Trường Đại học Sư phạm – 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 TS. Dương Thị Tú Anh, cô đã 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 Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường. 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, tháng 04 năm 2016 Tác giả Vũ Duy Hùng ii
MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ Lời cam đoan ..............................................................................................................i Lời cảm ơn.................................................................................................................ii Mục lục.................................................................................................................... iii Danh mục các kí hiệu và chữ viết tắt.........................................................................iv Danh mục bảng ..........................................................................................................v Danh mục các hình....................................................................................................vi Mở đầu ......................................................................................................................1 Chương 1. TỔNG QUAN.............................................................................................2 1.1. Giới thiệu chung về cây chè ............................................................................2 1.1.1. Đặc điểm và thành phần ...............................................................................2 1.1.2. Công dụng của cây chè.................................................................................2 1.1.3. Phân loại chè................................................................................................3 1.1.4. Nguồn gốc cây chè .......................................................................................3 1.1.5. Vài nét về chè Thái Nguyên .........................................................................4 1.2. Công dụng và đặc tính của Kẽm và Cadimi.....................................................5 1.2.1. Công dụng và đặc tính của Kẽm...................................................................5 1.2.2. Công dụng và độc tính của Cadimi...............................................................8 1.3. Một số phương pháp phân tích xác định vết kim loại nặng .............................9 1.4. Giới thiệu về phương pháp Von-Ampe hòa tan .............................................10 1.4.1. Nguyên tắc của phương pháp Von-Ampe hòa tan.......................................10 1.4.2. Ưu điểm của phương pháp Von-Ampe hòa tan...........................................11 1.4.3. Nhược điểm của phương pháp Von-Ampe hòa tan .....................................11 1.4.4. Một số loại điện cực thường trong phương pháp Von-Ampe hòa tan ..........12 1.5. Tổng quan các nghiên cứu về các loại điện cực biến tính và xác định hàm lượng các kim loại nặng trong chè xanh ở trong nước và trên thế giới..................13 1.5.1. Điện cực cacbon biến tính ..........................................................................13 1.5.2. Các loại điện cực biến tính khác .................................................................15 iii
1.5.3. Tổng quan các công trình khoa học trong nước và trên thế giới nghiên cứu về sự ô nhiễm kim loại nặng trong chè xanh ........................................................15 1.6. Tiêu chuẩn của một số kim loại nặng trong chè và sản phẩm chè ..................18 Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................19 2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất.........................................................................19 2.1.1. Thiết bị và dụng cụ.....................................................................................19 2.1.2. Hóa chất.....................................................................................................19 2.2. Nội dung nghiên cứu .....................................................................................20 2.3. Phương pháp nghiên cứu...............................................................................20 2.3.1. Tiến trình thí nghiệm theo phương pháp Von-Ampe hòa tan ......................20 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...................................25 3.1. Điện cực làm việc (WE)................................................................................25 3.2. Nghiên cứu đặc tính điện hóa của điện cực làm việc (BiF/CNTPE)...............25 3.2.1. So sánh điện cực cacbon nanotubes paste với điện cực Glassy cacbon .......25 3.2.2. Lựa chọn chất tạo màng thích hợp trên nền cacbon nanotubes paste...........26 3.2.3. Lựa chọn dung dịch làm thành phần nền ....................................................28 3.2.4. Bản chất sự xuất hiện peak hòa tan của Zn và Cd .......................................29 3.3. Nghiên cứu, lựa chọn các điều kiện tối ưu cho phép ghi đo xác định đồng thời Zn(II) và Cd(II)....................................................................................................30 3.3.1. Nghiên cứu lựa chọn thời gian sục khí N2 đuổi oxi hòa tan........................30 3.3.2. Nghiên cứu lựa chọn pH tối ưu...................................................................32 3.3.3. Nghiên cứu lựa chọn thời gian điện phân làm giàu .....................................34 3.3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của thế điện phân ...................................................35 3.3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ quay điện cực........................................37 3.3.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chất tạo màng.....................................39 3.3.7. Ảnh hưởng của tốc độ quét thế ...................................................................40 3.4. Đánh giá độ đúng, độ lặp của phép đo, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp........................................................................................43 3.4.1. Đánh giá độ đúng của phép đo ...................................................................43 3.4.2. Đánh giá độ lặp của phép đo ......................................................................44 iv
3.4.3. Giới hạn phát hiện (Limit of Detection - LOD) ..........................................45 3.4.4. Giới hạn định lượng (Limit Of Quantificati0n - LOQ)................................46 3.5. Xác định hàm lượng Zn và Cd trong các mẫu phân tích ................................46 3.5.1. Vị trí lấy mẫu .............................................................................................46 3.5.2. Lấy và bảo quản mẫu trước khi phân tích ...................................................48 3.5.3. Quy trình phân hủy mẫu phân tích..............................................................48 3.5.4. Kết quả phân tích .......................................................................................48 KẾT LUẬN ............................................................................................................56 TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................57 v
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Tiếng Việt Tiếng Anh Ký hiệu 1 Dòng đỉnh hòa tan Peak current Ip 2 Điện cực màng bitmut Bismuth Film Electrode BiFE 3 Điện cực giọt thủy ngân treo Mercury Drop Elactrode HMDE 4 Điện cực làm việc Working Electrode WE Điện cực paste nền ống nano Carbon nanotubes paste 5 CNTPE cacbon electrode Điện cực Bismust trên nền ống Bismuth film /Carbon nanotubes BiF/CNT 6 nano cacbon paste electrode PE 7 Điều kiện thí nghiệm Experimental conditions ĐKTN 8 Độ lệch chuẩn Standard Deviation S 9 Độ lệch chuẩn tương đối Relative Standard Deviation RSD 10 Độ thu hồi Recovery Rev 11 Giới hạn định lượng Limit of quantification LOQ 12 Giới hạn phát hiện Limit of detection LOD 13 Nồng độ phần tỷ Part per billion ppb 14 Oxy hòa tan Dissolve Oxygen DO 15 Than thủy tinh Glassy carbon GC 16 Thế đỉnh Peak potential Ep 17 Thế điện phân làm giàu Deposition potential Edep 18 Thế làm sạch điện cực Cleaning potential EClr 19 Thời gian điện phân làm giàu Deposition time tdep iv
20 Thời gian làm sạch điện cực Cleaning time tcls 21 Thời gian nghỉ Rest time trest 22 Tốc độ quay điện cực The rotating speed of electrode w 23 Tốc độ quét thế Sweep rate v 24 Von-ampe hòa tan anot Anodic Stripping Voltammetry ASV 25 Von-ampe hòa tan catot Cathodic Stripping Voltammetry CSV 26 Xung vi phân Differential Pulse DP 27 Ống nano cacbon Carbon nanotubes CNT 28 Điện cực màng thủy ngân Mecury film electrode MFE 29 Thời gian sục khí tsk v
DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1. Một số phương pháp phân tích xác định lượng vết các kim loại ..... 9 Bảng 1.2. Tiêu chuẩn kim loại nặng cho phép trong chè và sản phẩm chè ... 18 Bảng 3.1. Kết quả so sánh Ip của Zn(II) và Cd(II) giữa hai điện cực GC và CNTPE..................................................................................................... 26 Bảng 3.2. Kết quả so sánh Ip của Zn(II) và Cd(II) giữa hai điện cực GC và CNTPE..................................................................................................... 27 Bảng 3.3. Giá trị thế đỉnh píc E p của Zn(II), Cd(II) trong nền đệm axetat ..... 29 Bảng 3.4. Các giá trị Ip của Zn(II), Cd(II) tương ứng với thời gian sục khí (t sk ) khác nhau ................................................................................................. 31 Bảng 3.5. Các giá trị Ip của Zn(II), Cd(II) tương ứng với pH khác nhau...... 33 Bảng 3.6. Các giá trị Ip của Zn(II), Cd(II) ở các thời gian điện phân làm giàu khác nhau ................................................................................................. 34 Bảng 3.7. Giá trị Ip của Zn(II), Cd(II) ở các thế điện phân (E đf) khác nhau ... 36 Bảng 3.8. Các giá trị Ip của Zn(II) và Cd(II) ở các Tốc độ quay điện cực (  ) khác nhau ................................................................................................. 38 3+ Bảng 3.9. Các giá trị Ip của Zn(II) và Cd(II) ở các giá trị [Bi ] tạo màng khác nhau ................................................................................................. 39 Bảng 3.10. Các giá trị Ip của Zn(II) và Cd(II) ở các giá trị tốc độ quét thế khác nhau ................................................................................................. 41 Bảng 3.11. Các điều kiện thí nghiệm thích hợp cho phép ghi đo xác định đồng thời Zn(II) và Cd(II) ................................................................................. 42 Bảng 3.12. Kết quả phân tích Zn 2+ và Cd 2+ trong mẫu dung dịch chuẩn ........ 43 Bảng 3.13. Các giá trị Ip của Zn(II) và Cd(II) trong 10 lần đo lặp lại .......... 44 Bảng 3.14. Địa điểm và thời gian lấy mẫu .................................................. 47 Bảng 3.15. Hàm lượng Zn, Cd trong các mẫu phân tích............................... 49 v
DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 3.1. Một số hình ảnh về điện cực đã được chế tạo .................................. 25 Hình 3.2. Các đường DPASV của Zn(II) và Cd(II) khi đo bằng điện cực GC và điện cực CNTPE............................................................................................. 26 Hình 3.3. Đường DPASV của Zn(II) và Cd(II) trên nền điện cực cacbon nanotubes paste với các màng khác nhau ........................................................ 27 Hình 3.4. Đường DPASV của Zn(II), Cd(II) trong nền đệm khác nhau .......... 28 Hình 3.5. Đường DPASV khi: 1) không có đệm axatat................................... 30 Hình 3.6. Các đường DPASV của Zn(II), Cd(II) ở các thời gian sục khí khác nhau................................................................................................................ 31 Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa IP của Cd(II) và Zn(II) vào thời gian sục khí..................................................................................................... 32 Hình 3.8. Các đường DPASV của Zn(II), Cd(II) trong dung dịch đệm axetat 32 Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa IP của Cd(II) và Zn(II) vào pH dung dịch đệm ................................................................................................ 33 Hình 3.10. Đường DPASV của Zn(II), Cd(II) ở các thời gian điện phân làm giàu khác nhau................................................................................................ 34 Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa IP của Cd(II) và Zn(II) vào thời gian điện phân làm giàu .................................................................................. 35 Hình 3.12. Các đường DPASV của Zn(II), Cd(II) ở các thế điện phân làm giàu khác nhau ....................................................................................................... 36 Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa IP của Cd(II) và Zn(II) vào thế điện phân (Eđf) ................................................................................................ 37 Hình 3.14. Các đường DPASV khảo sát ảnh hưởng tốc độ quay điện cực đến dòng đỉnh hòa tan Ip của Zn(II) và Cd(II)........................................................ 37 Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa giá trị IP của Cd(II) và Zn(II) vào tốc độ quay điện cực ............................................................................... 38 vi
Hình 3.16. Các đường DPASV khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch chất tạo màng đến dòng đỉnh hòa tan Ip của Zn(II) và Cd(II)................................. 39 Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa giá trị IP của Cd(II) và Zn(II) vào giá trị nồng độ chất [Bi 3+] tạo màng ........................................................ 40 Hình 3.18. Các đường DPASV khảo sát ảnh hưởng của tốc độ quét thế đến dòng đỉnh hòa tan Ip của Zn(II) và Cd(II)........................................................ 41 Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa giá trị IP của Cd(II) và Zn(II) vào tốc độ quét thế.......................................................................................... 42 Hình 3.20. Các đường DPASV của Zn(II) và Cd(II) trong mẫu dung dịch chuẩn ....43 Hình 3.21. Các đường DPASV của Zn(II) và Cd (II) trong 10 lần đo lặp lại.. 44 Hình 3.22. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Zn (µg/g) trong lá chè xanh Quyết Thắng ngày 28/11/2015 .............................................................................................. 49 Hình 3.23. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Zn (µg/g) trong lá chè xanh Quyết Thắng ngày 5/2/2016.................................................................................................. 50 Hình 3.24. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Cd (µg/g) trong lá chè xanh Quyết Thắng ngày 28/11/2015 .............................................................................................. 50 Hình 3.25. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Cd (µg/g) trong lá chè xanh Quyết Thắng ngày 5/2/2016 .................................................................................................. 50 Hình 3.26. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Zn (µg/g) trong lá chè xanh Định Hóa ngày 16/12/2015 .............................................................................................. 51 Hình 3.27. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Zn (µg/g) trong lá chè xanh Định Hóa ngày 20/3/2016 ................................................................................................ 51 Hình 3.28. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Cd (µg/g) trong lá chè xanh Định Hóa ngày 16/12/2015 .............................................................................................. 51 Hình 3.29. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Cd (µg/g) trong lá chè xanh Định Hóa ngày 20/3/2016 ................................................................................................ 52 vii
MỞ ĐẦU Hiện nay môi trường đất, nước, không khí nói chung và môi trường đất trồng cây công nghiệp nói riêng đang chịu ảnh hưởng nghiêm trọng bởi sự gia tăng phế thải. Phần lớn nguồn phế thải chưa được xử lí đều đưa trực tiếp vào môi trường đất, nước, không khí làm cho môi trường ngày càng bị ô nhiễm. Phế thải công nghiệp, phế thải sinh hoạt, phế thải các mỏ khai thác khoáng sản, hoá chất nông nghiệp tồn dư đi vào nước, không khí rồi tích tụ trong đất, làm cho đất bị thoái hoá, dẫn tới năng suất, chất lượng sản phẩm bị suy giảm, đặc biệt là sản phẩm nông nghiệp, cây công nghiệp sản xuất trên khu vực đất bị ô nhiễm có thể trở thành độc hại cho người sử dụng. Theo kết quả của một số khảo sát cho thấy hàm lượng kim loại nặng trong đất gần các khu công nghiệp đã tăng lên trong những năm gần đây như hàm lượng Cr cao gấp 15 lần so với tiêu chuẩn, Cd cao từ 1,5 đến 5 lần, As cao hơn tiêu chuẩn 1,3 lần.... Thái Nguyên là một thành phố phát triển, là khu vực có nhiều mỏ khoáng sản đã và đang được khai thác, các khu công nghiệp, nhà máy đang hoạt động. Mặt khác nơi đây cũng là vùng sản xuất chè đặc sản không những của địa phương mà còn mang tầm quốc gia, quốc tế. Không khí, đất, nước sản xuất nông nghiệp, cây công nghiệp ở khu vực khai thác khoáng sản, khu công nghiệp thường bị ô nhiễm trong đó có kim loại nặng. Dựa trên đặc điểm thổ nhưỡng, điều kiện tự nhiên, chế độ nuôi trồng chăm bón, điều kiện canh tác của người dân…, chúng em nhận thấy trong các mẫu chè khu vực Thái Nguyên có nhiều khả năng sẽ chứa lượng vết các kim loại Zn và Cd. Hơn nữa bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan có thể xác định đồng thời được Zn và Cd do thế điện cực của chúng có giá trị khá gần nhau trong khoảng thế khảo sát. Chè có thể bị nhiễm một số kim loại nặng trong đó có Zn , Cd từ đất, nước, và không khí. bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan có thể xác định đồng thời được Zn và Cd do thế điện cực của chúng có giá trị khá gần nhau trong khoảng thế khảo sát. Xuất phát từ những lí do trên, em lựa chọn và thực hiện đề tài: “Xác định đồng thời hàm lượng vết kẽm và cadimi trong lá chè xanh trên địa bàn Thái Nguyên bằng phương pháp Von- Ampe hòa tan”. Với mục đích biến tính điện cực cacbon nano paste bằng tác nhân biến tính thích hợp, trên cơ sở đó dùng điện cực cacbon nano đã biến tính xác định đồng thời hàm lượng vết Kẽm và Cadimi trong lá chè xanh trên địa bàn thành phố Thái Nguyên. Dựa trên những kết quả thu được bước đầu nhận xét đánh giá về sự phân bố khả năng gây độc của Kẽm và Cadimi trong lá chè xanh, từ đó có thể đề xuất biện pháp làm giảm thiểu ô nhiễm. 1
Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về cây chè 1.1.1. Đặc điểm và thành phần Cây chè cao 1 – 6m có tên khoa học là Camellia Sinensis. Lá chè có màu xanh, mọc so le, hình trái xoan, dài 4-10cm, rộng 2-2,5cm, có mũi ở đỉnh, phiến lá lúc non có lông mịn, khi già thì dày, bóng, mép khía răng cưa rất đều. Hoa chè thường có từ 5-6 cánh, màu trắng, mọc riêng lẻ ở nách lá, có mùi thơm, nhiều nhụy. Quả chè thường có ba van, chứa một hạt gần tròn, đôi khi nhăn nheo [14]. Cây chè có nguồn gốc từ Bắc Ấn Độ và Nam Trung Quốc. Sau đó diện tích chè được mở rộng sang các quốc gia khác như Mianma, Thái Lan, Việt Nam… Ở Việt Nam, chè được coi là cây công nghiệp dài ngày có giá trị kinh tế cao. Vì thế, chè được trồng ở khắp mọi nơi nhưng tập chung chủ yếu nhất vẫn là vùng trung du miền núi phía Bắc và Tây Nguyên. So với các vùng lãnh thổ khác trong nước thì hai vùng trên có nhiều điều kiện tự nhiên thuận lợi, rất thích hợp cho sự phát triển của cây chè. Thành phần hóa học của cây chè: lá chè có chứa dầu, các dẫn xuất Poplyphenolic ( Flavonoid, Catechol, Tanin), các Alcaloid Cafein, Theophylin, Theobromin, Xanthin, Vitamin C, B1, B2 , B3 và các men [14]. Lá chè vừa hái trên cây, dùng để nấu nước uống thì được gọi là chè tươi. Còn chè được sản xuất bằng cách sấy khô búp và lá non rồi sao thành chè khô để pha với nước đun sôi thì được gọi là chè xanh. Quá trình làm chè đen hay chè mạn thì phức tạp hơn nhiều bởi chúng đều phải trải qua quá trình lên men sau đó mới đến công đoạn phơi và sấy khô. 1.1.2. Công dụng của cây chè Khoảng 2000 năm trước công nguyên, người ta đã biết đến công dụng của cây chè bởi trong chè có chứa chất Cafein và Theophyllin. Đây là chất kích thích não, tim, hô hấp, lợi tiểu, dễ tiêu hoá. Nó giúp chúng ta tăng cường sức lao động trí óc, tăng hô hấp, điều hòa nhịp đập của tim. Tuy vậy, nếu chúng ta lạm dụng chè quá 2
mức thì chè sẽ phản tác dụng. Chè có thể gây nhiễm độc mãn tính, mất ngủ, gầy yếu, mất cảm giác ngon miệng, rối loạn thần kinh…[15]. Tác dụng của cây chè: cây chè có một số tác dụng như thanh nhiệt, giải khát, lợi tiểu, làm cho đầu óc được thư thái, da mát mẻ, khỏi chóng mặt, bớt mụn nhọt, và cầm tả lị. Trong một số trường hợp như tinh thần mệt mỏi, ngủ nhiều, đau đầu, mắt mờ, sốt khát nước, tiểu tiện không lợi, ngộ độc rượu, rửa vết bỏng, vết lở loét…[15] thì người ta thường dùng đến chè. 1.1.3. Phân loại chè - Chè Trung Quốc lá nhỏ - Chè Trung Quốc lá to - Chè Shan - Chè Ấn Độ Cả 4 loại đều đang được trồng tại Việt Nam nhưng nhiều nhất là chè Shan và chè Trung Quốc lá to. 1.1.4. Nguồn gốc cây chè Năm 1753, Carl Von Linnaeus, nhà thực vật học Thụy Điển nổi tiếng, lần đầu tiên trên thế giới đã tiến hành nghiên cứu trên một số loại chè cổ ở Trung Quốc và định tên khoa học cây chè lá Thea Sinensis rồi phân thành 2 loại: Thea Bohea (chè đen) và Thea Viridis (chè xanh). Nhiều công trình nghiên cứu và khảo sát trước đây cho rằng: Nguồn gốc của cây chè là vùng cao nguyên Vân Nam – Trung Quốc, nơi có khí hậu ẩm ướt và ấm. Theo các tài liệu của Trung Quốc thì cách đây khoảng 4000 năm, người Trung Quốc đã biết dùng chè làm dược liệu và sau đó mới dùng để uống. Cũng theo các tài liệu này thì vùng biên giới Tây Bắc nước ta cũng nằm trong vùng nguyên sản của giống cây chè tự nhiên trên thế giới. Năm 1823, Robert Bruce, một học giả người Anh, lần đầu tiên phát hiện một số cây chè hoang dã trong dãy núi Sadiya ở vùng Atxam (Ấn Độ) cao tới 17 đến 20m, thuộc loài thân gỗ lớn, khác hẳn cây chè thân bụi của Linaeus thu thập ở vùng Trung Quốc nói trên. Tiếp sau đó các nhà học giả Anh như Samuel Bildon (1878), JohnH.Blake (1903), E.A.Brown và Ibbetson (1912) đưa ra thuyết: Ấn Độ là vùng nguyên sản của cây chè trên thế giới, vì trong kho tàng cổ thụ Trung Quốc không có ghi nhận gì về các cây chè cổ thụ, trong 3
đất nước Trung Quốc chưa tìm thấy những cây chè cổ thụ lớn như ở Ấn Độ, và giống chè Trung Quốc cũng như Nhật Bản hiện nay là nhập từ Ấn Độ. Năm 1918, Cohen Stuart (Java), một nhà phân loại thực vật Hà Lan đã đi thu thập mẫu tiêu bản chè tại Vân Nam, Bắc Việt Nam và Bắc Mianma. Kết quả đã tìm thấy những cây chè thân gỗ lớn ở khu vực miền núi phía Nam và phía Tây Vân Nam. Tuy có những quan điểm khác nhau về nguồn gốc cây chè, nhưngvùng phân bố chè nguyên sản và vùng chè dại nằm đều nằm ở khu vực núi cao, có điều kiện sinh thái lý tưởng. Thực vậy, vùng Vân Nam (Trung Quốc) hay vùng Atxam (Ấn Độ) đều có độ cao trên 1500m so với mặt nước biển. Còn tại Việt Nam cũng đã tìm thấy chè dại tại Suối Giàng (Yên Bái), Thông Nguyên, Cao Bồ (Hà Giang), Tam Đảo (Vĩnh Phúc). Từ những nghiên cứu trên có thể đi đến kết luận là cây chè có nguồn gốc từ Châu Á [8]. 1.1.5. Vài nét về chè Thái Nguyên Chè là cây công nghiệp chủ lực có giá trị kinh tế cao ở Thái Nguyên. Người Thái Nguyên có nhiều kinh nghiệm trồng, chế biến chè và đã biết tận dụng lợi thế về đất đai, khí hậu tạo nên hương vị đặc trưng cho chè Thái Nguyên. Hiện nay, toàn tỉnh có khoảng 17000 ha chè, trong đó diện tích cho sản phẩm có 14122 ha, năng suất bình quân 66,75 tạ/ha, sản lượng chè búp tươi gần 95000 tấn. Xét về diện tích, tỉnh Thái Nguyên đứng thứ hai trong cả nước sau tỉnh Lâm Đồng. Căn cứ vào điều kiện đất đai và khí hậu của tỉnh, vùng chè nguyên liệu được chia làm hai vùng. Vùng nguyên liệu để chiến biến chè xanh bao gồm: thành phố Thái Nguyên, các huyện Đại từ, Phú Lương, Đồng Hỷ, Phổ Yên, Sông Cầu, Võ Nhai, với diện tích 12400 ha, chiếm 73% diện tích chè của cả tỉnh. Trong đó, chè xanh đặc sản có gần 4000 ha, với các địa danh nổi tiếng như Tân Cương, Phúc Xuân, Phúc Trìu (thành phố Thái Nguyên), La Bằng, Khuôn Gà - Hùng Sơn (Đại Từ), Trại Cài - Minh Lập, Sông Công (Đồng Hỷ) và Phúc Thuận (Phổ Yên). Vùng chè nguyên liệu để chế biến chè đen bao gồm phần lớn chè của Định Hóa, Phú lương với diện tích 4000 ha, chiếm 27% diện tích chè toàn tỉnh. Sự thành công của liên hoan trà quốc tế lần thứ nhất năm 2011 tại Thái Nguyên đã giúp cho vùng này có điều kiện để trưng bày, quảng bá các sản phẩm chè của mình với du khách trong và ngoài nước. Thông qua liên hoan, nhiều người đã biết đến Thái 4
Nguyên “Đệ nhất danh trà”. Chè Thái Nguyên đã được áp dụng quy trình thực hành sản xuất nông nghiệp tốt GAP (Good Agricultural Practice), từ khâu sản xuất đến khâu chế biến thành phẩm, 100% sản phẩm chè ở Thái Nguyên trước khi bán ra thị trường đều đạt tiêu chuẩn chè sạch, chè xanh cao cấp. Vì vậy, chè Thái Nguyên thường được chứng nhận bởi các tổ chức trong nước và quốc tế như: VietGAP, GlobalGAP, Uzt Certified… Hiện tại, thị trường tiêu thụ chè Thái Nguyên rất rộng rãi bao gồm cả thị trường trong nước và ngoài nước. Trong đó thị trường nội địa chiếm 70% với sản phẩm chủ yếu là chè xanh [8], [14], [15]. Như vậy, nghề trồng và chế biến chè đã đem lại hiệu quả lớn về kinh tế, xã hội cho các hộ dân trên địa bàn toàn tỉnh. Chè thực sự là cây xóa đói, giảm nghèo và làm giàu của nông dân Thái Nguyên. 1.2. Công dụng và đặc tính của Kẽm và Cadimi 1.2.1. Công dụng và đặc tính của Kẽm 1.2.1.1. Công dụng của Kẽm Kẽm là nguyên tố thiết yếu đối với cơ thể, toàn cơ thể chứa khoảng 2-2,5 gam, gần bằng lượng Sắt, gấp 20 lần lượng Đồng trong cơ thể. Chính vì vậy Kẽm đóng vai trò sinh học không thể thiếu đối với sức khoẻ con người. Kẽm tham gia vào thành phần cấu trúc tế bào và đặc biệt tác động đến hầu hết các quá trình sinh học trong cơ thể. Kẽm có thành phần của hơn 80 loại Enzym khác nhau, đặc biệt có trong hệ thống Enzym vận chuyển, thuỷ phân, xúc tác phản ứng gắn kết các chuỗi trong phân tử ADN, ngoài ra kẽm còn hoạt hoá nhiều Enzym khác nhau như Amylase, Pencreatinse... Đặc biệt, Kẽm có vai trò sinh học rất quan trọng là tác động chọn lọc lên quá trình tổng hợp, phân giải acid Nucleic và Protein - những thành phần quan trọng nhất của sự sống. Kẽm vừa có cấu trúc, vừa tham gia duy trì chức năng của hàng loạt cơ quan quan trọng, có độ tập chung cao trong não, vỏ não, bó sợi rêu. Nếu thiếu Kẽm 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. 5
Một vai trò hết sức quan trọng nữa của kẽm là tham gia điều hoà chức năng của hệ thống nội tiết và có trong thành phần của 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 hoà 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 [11]. Ngoài ra các nghiên cứu còn cho thấy kẽm có vai trò làm giảm độc tính của các kim loại độc như Asen, Cađimi...Góp phần vào quá trình làm giảm lão hoá. Khả năng miễn dịch của cơ thể được tăng cường nhờ Kẽm. Vì vậy khi thiếu kẽm, nguy cơ nhiễm khuẩn của bệnh nhân sẽ tăng lên. 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 hoá các nguyên tố khác cần thiết cho sự sống như Đồng, Mangan... Do vậy, khi cơ thể thiếu Kẽm sẽ kéo theo sự thiếu hụt hoặc rối loạn chuyển hoá của nhiều yếu tố, ảnh hưởng rất lớn đến tình trạng sức khoẻ. Người trưởng thành cần hấp thu 15mg - 20mg kẽm mỗi ngày. Tuy chỉ là lượng rất nhỏ nhưng nếu thiếu sẽ phát sinh hàng loạt triệu trứng và bệnh lý: Chán ăn, thay đổi vị giác, chậm sinh trưởng, hư hại do nghèo khoáng ở xương, tăng Keratin hoá (sừng hoá) các tổ chức....Thiểu năng hoặc mất khả năng sinh dục nam, giảm khả năng sinh sản ở cả hai giống đực, cái, dị dạng bào thai, hoặc suy giảm miễn dịch, dễ viêm loét và chậm lành vết thương, tổn thương ở mắt, tiêu chảy, rối loạn chuyển hoá Glucid, Protit, hệ thần kinh suy nhược... Ngoài vai trò to lớn đối với cơ thể, Kẽm cũng là một trong số bảy nguyên tố vi lượng rất cần thiết đối với cơ thể động vật và thực vật. Ở động vật sự thiếu Kẽm sẽ dẫn đến các dị tật ở mặt, tim, xương, não, hệ thần kinh..... Vì thiếu Kẽm hay gặp trong chế độ dinh dưỡng nên người ta làm những viên thuốc bổ sung các vi lượng dạng uống, trong đó có những hợp chất của Zn2+.. Kẽm oxit (ZnO): Dạng thuốc mỡ, hồ bôi, bột rắc điều trị nhiễm khuẩn da, vết bổng nông, khô da. Hỗ trợ điều trị các bệnh trên da (Eczima, Zona thần kinh). 6
Kẽm Sunphat (ZnSO4.7H2O): dùng làm thuốc nhỏ mắt, sát trùng... Kẽm Peroxit (ZnO2): Dùng băng bó vết thương nhiễm trùng, vết bỏng. Lượng Kẽm cao làm giảm lượng Đồng trong cơ thể. Vì vậy, chỉ bổ sung Kẽm khi đã đủ lượng Đồng. Kẽm ít gây ngộ độc, trừ khi uống phải muối Kẽm vô cơ. Thuốc giải độc thường dùng là NaHCO3. Trong thực đơn hàng ngày kẽm có trong thành phần các loại khoáng chất và vitamin. Kẽm còn được cho rằng có thuộc tính chống oxi hoá, do vậy nó được sử dụng như là nguyên tố vi lượng để chống sự lão hoá của da và cơ thể [12]. Các nguồn thức ăn tự nhiên giàu Kẽm gồm có: Sò huyết, các loại thịt màu đỏ, các loại quả có nhân, ngũ cốc nguyên vẹn, hạt bí, hạt hướng dương... Trong nông nghiệp Kẽm cũng là một trong những vi chất quan trọng. Nó thường có mặt trong đất với tỷ lệ 25-200 mg Zn/kg trọng lượng khô, trong không khí với hàm lượng 40 – 100mg Zn/m3, trong nước với hàm lượng 3 – 40 mg Zn/lit. Thiếu kẽm trong nông nghiệp là sự thiếu hụt vi chất dinh dưỡng phổ biến nhất ở những loài cây trồng, đặc biệt phổ biến trong đất có pH cao. Nguyên tố Kẽm có vai trò quan trọng trong sự tổng hợp sinh học axit Indol Acetic; là thành phần thiết yếu của men Metallo-Enzimes Carbonic, Anhydrase, Anxohol Dehydrogenase. Kẽm còn đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp axit Nucleic và Protein cho cây. Đặc biệt, Kẽm còn giúp cho việc tăng cường khả năng sử dụng đạm và lân trong cây. Đối với cây chè nói riêng, nhu cầu các chất vi lượng, trong đó có Kẽm... có tác dụng tham gia cấu tạo các men để xúc tác hình thành các hợp chất khoáng, các hợp chất vitamin, các hợp chất ta nanh trong búp và lá quyết định hương vị và chất lượng của chè. Thiếu Kẽm, cây dễ bị sâu bệnh và đồng thời làm cho sản lượng thu hoạch giảm 50% so với bình thường. Kẽm được bổ sung vào đất chủ yếu từ quá trình phong hóa đá, nhưng con người đã thêm Kẽm qua việc đốt các nhiên liệu hóa thạch, chất thải mỏ, phân Phosphat, thuốc trừ sâu (Kẽm photphit), đá vôi, phân, bùn thải, và các hạt ở dạng xi mạ. 1.2.1.2. Độc tính của Kẽm Lượng Kẽm cơ thể tiếp nhận tối đa hằng ngày có thể chịu đựng được là 1mg/kg từ nguồn thức ăn, nước uống, chế độ dinh dưỡng... 7
Nếu trong cơ thể sinh vật và con người mà hấp thụ quá nhiều Kẽm thì sẽ gặp nhiều nguy hiểm. Độc tính của Kẽm gây ra đối với cơ thể sinh vật (động vật và con người) đó là sẽ làm ảnh hưởng tới hệ thần kinh, khả năng phát triển, gây ngộ độc (nôn mửa, tiêu chảy) thậm chí nếu nhiễm Kẽm nặng còn có thể gây tử vong…[11]. 1.2.2. Công dụng và độc tính của Cadimi 1.2.2.1. Công dụng của Cadimi [6] Cadimi là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn các nguyên tố có ký hiệu hóa học là Cd. Là một kim loại chuyển tiếp tương đối hiếm, mềm, màu trắng ánh xanh và có độc tính, Cadimi tồn tại trong các quặng Kẽm và được sử dụng chủ yếu trong các loại pin Cadimi là kim loại được sử dụng nhiều trong công nghiệp luyện kim và chế tạo đò nhựa. Hợp chất cadimi được sử dụng phổ biến để sản xuất pin và chất bán dẫn Cadimi oxit. Do vậy nó có trong nước thải của các ngành công nghiệp này. 1.2.2.2. Độc tính của Cadimi Cadimi là một trong rất ít nguyên tố không có ích lợi gì cho cơ thể con người. Nguyên tố này và các dung dịch các hợp chất của nó là những chất cực độc thậm chí chỉ với nồng độ thấp, và chúng sẽ tích lũy sinh học trong cơ thể cũng như trong các hệ sinh thái. Một trong những lý do có khả năng nhất cho độc tính của chúng là chúng can thiệp vào các phản ứng của các Enzime chứa Kẽm. Kẽm là một nguyên tố quan trọng trong các hệ sinh học, nhưng Cadimi, mặc dù rất giống với Kẽm về phương diện hóa học, nói chung dường như không thể thay thể cho Kẽm trong các vai trò sinh học đó. Cadimi cũng có thể can thiệp vào các quá trình sinh học có chứa Magiê và Canxi theo cách thức tương tự. Hít thở phải bụi có chứa Cadimi nhanh chóng dẫn đến các vấn đề đối với hệ hô hấp và thận, có thể dẫn đến tử vong (thông thường là do hỏng thận). Nuốt phải một lượng nhỏ Cadimi có thể phát sinh ngộ độc tức thì và tổn thương gan và thận. Các hợp chất chứa Cadimi cũng là các chất gây ung thư. Ngộ độc Cadimi là nguyên nhân của bệnh itai-itai, tức "đau đau" trong tiếng Nhật. Ngoài tổn thương thận, người bệnh còn chịu các chứng loãng xương và nhuyễn xương [6]. 8
1.3. Một số phương pháp phân tích xác định vết kim loại nặng Ngày nay, yêu cầu xác định các hàm lượng các chất với hàm lượng ngày càng thấp, độ chính xác càng cao. Đặc biệt trong phân tích môi trường thường xuyên đòi hỏi phân tích lượng vết các chất ô nhiễm trong các đối tượng môi trường với hiệu suất cao (độ nhạy, độ chọn lọc, tính bền, phạm vi tuyến tính, đúng đắn, chính xác và thời gian phân tích). Chính vì vậy đã phát triển rất nhiều phương pháp phân tích khác nhau cho phép định lượng chính xác và nhanh chóng [15]. Bảng 1.1. Một số phương pháp phân tích xác định lượng vết các kim loại STT Tên phương pháp Khoảng nồng độ (ion.g/l) 1 Quang phổ hấp thụ phân tử 10-5 ÷10-6 2 Quang phổ huỳnh quang phân tử 10-6 ÷10-7 3 Quang phổ hấp thụ nguyên tử 10-6 ÷10-7 4 Quang phổ huỳnh quang nguyên tử 10-7 ÷10-8 5 Quang phổ phát xạ nguyên tử 10-5 ÷10-6 6 Phân tích kích hoạt nơtron 10-9 ÷10 -10 7 Phân tích điện thế dùng điện cực chọn lọc ion 10-4 ÷10-5 8 Cực phổ cổ điển 10-4 ÷10-5 9 Cực phổ sóng vuông 10-6 ÷10-7 10 Cực phổ xoay chiều hòa tan bậc hai 10-6 ÷10-8 11 Von–Ampe hòa tan dùng điện cực HMDE 10-6 ÷10-9 12 Von–ampe hòa tan dùng điện cực màng Hg 10-8 ÷10-10 Theo bảng trên phương pháp kích hoạt nơtron có độ nhạy cao nhất, nhưng đòi hỏi thiết bị đắt tiền, điều kiện tiến hành khó khăn nên ít được sử dụng phổ biến. Phương pháp Von-Ampe hòa tan anot có độ nhạy, độ chính xác cao có ưu điểm nổi bật, thiết bị tại trường có sẵn rất thuận lợi cho việc xác định chính xác vết kim loại và các chất độc hại trong chè xanh cho các kết quả rất ổn định, sai số nhỏ. 9