ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ––––––––––––––––––––––
DƯƠNG THỊ HUYỀN
PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG CÁC KIM LOẠI NẶNG Cd, Cu, Pb
TRONG CÂY NGẢI CỨU
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
THÁI NGUYÊN - 2018
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ––––––––––––––––––––––
DƯƠNG THỊ HUYỀN
PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG CÁC KIM LOẠI NẶNG Cd, Cu, Pb TRONG CÂY NGẢI CỨU
Ngành: Hóa phân tích
Mã số: 8.44.01.18
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
Người hướng dẫn khoa học: TS. Vương Trường Xuân
THÁI NGUYÊN - 2018
LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn khoa học Vương Trường Xuân
đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành luận văn thạc sỹ này.
Em chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong và ngoài trường, bạn bè, đồng
nghiệp, các thầy cô trong Khoa Hóa học - Trường Đại học khoa học - Đại học Thái
Nguyên đã giúp đỡ và hỗ trợ em thực hiện các thủ tục trong quá trình hoàn thành
luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 20 tháng 5 năm 2018
Học viên
Dương Thị Huyền
a
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. a
MỤC LỤC ................................................................................................................... b
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................ d
DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... e
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................... f
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
Chương 1: TỔNG QUAN ......................................................................................... 2
1.1. Tổng quan về cây Ngải cứu ................................................................................. 2
1.1.1. Giới thiệu chung về cây Ngải cứu ..................................................................... 2
1.1.2. Công dụng và cách dùng cây ngải cứu.............................................................. 3
1.2. Tổng quan về kim loại nặng ................................................................................. 4
1.2.1. Khái niệm kim loại nặng ................................................................................... 4
1.2.2. Độc tính của kim loại ........................................................................................ 5
1.3. Vị trí trong bảng tuần hoàn, trạng thái tự nhiên và vai trò sinh học của Cd,
Cu, Pb .......................................................................................................................... 6
1.3.1. Cadimi ............................................................................................................... 6
1.3.2. Đồng .................................................................................................................. 7
1.3.3. Chì ..................................................................................................................... 9
1.4. Các phương pháp xác định Cd, Cu và Pb .......................................................... 10
1.4.1. Phương pháp phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS) ........................................ 10
1.4.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS ......................................... 13
1.4.3. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử AES ........................................... 14
1.4.4. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS ........................................... 14
1.4.5. Các phương pháp phân tích điện hoá .............................................................. 15
1.5. Các Phương pháp xử lý mẫu để xác định kim loại ............................................ 17
1.5.1. Kỹ thuật xử lí ướt ............................................................................................. 17
1.5.2. Kĩ thuật xử lí khô ............................................................................................ 18
1.5.3. Kĩ thuật xử lí khô - ướt kết hợp ....................................................................... 18
b
1.6. Phương pháp phân hủy mẫu bằng lò vi sóng ..................................................... 19
1.7. Tác nhân vô cơ hoá ............................................................................................ 20
1.8. Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế ..................................................... 20
Chương 2: THỰC NGHIỆM .................................................................................. 22
2.1. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... 22
2.2. Đối tượng, và phương pháp nghiên cứu ............................................................. 22
2.2.1. Đối tượng nghiên cứu...................................................................................... 22
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 22
2.3. Thiết bị, hóa chất ................................................................................................ 22
2.3.1. Thiết bị, dụng cụ ............................................................................................. 22
2.3.3. Thiết bị phân hủy mẫu và phân tích mẫu ........................................................ 23
2.4.1. Lấy mẫu ........................................................................................................... 25
2.4.2. Đặc điểm về các khu vực lấy mẫu .................................................................. 26
2.4.3. Quy trình xử lí mẫu ......................................................................................... 26
2.5. Xây dựng đường chuẩn của các nguyên tố Cd, Pb ............................................ 27
2.5.1. Pha hóa chất .................................................................................................... 27
2.5.2. Phương pháp xử lí kết quả phân tích theo phương pháp đường chuẩn .......... 28
2.6. Phân tích mẫu ..................................................................................................... 29
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 30
3.1. Các điều kiện phân tích Cu, Pb Cd bằng ICP-MS ............................................. 30
3.1.1. Các điều kiện phá mẫu của lò vi sóng ............................................................. 30
3.1.2. Các điều kiện đo Cd, Cu và Pb của thiết bị ICP-MS ...................................... 30
3.1.3. Chọn đồng vị phân tích ................................................................................... 30
3.2. Đường chuẩn của Cd, Cu và Pb. ........................................................................ 31
3.2.1. Đường chuẩn của Cd ....................................................................................... 31
3.2.2. Đường chuẩn của Cu ....................................................................................... 32
3.2.3. Đường chuẩn của Pb ....................................................................................... 33
3.3. Kết quả xác định hàm lượng các kim loại Cd, Cu và Pb trong các mẫu cây
Ngải cứu .................................................................................................................... 35
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 40
c
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Nghĩa Viết tắt
AAS Phổ hấp thụ nguyên tử
BTH Bảng tuần hoàn
F-AAS Phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa
GF-AAS Phổ hấp thụ nguyên tử lò graphit
ICP Nguồn plasma cao tần cảm ứng
ICP-MS Phổ khối nguyên tử nguồn plasma cao tần cảm ứng
ICP-AES Phổ phát xạ nguyên tử nguồn plasma cao tần cảm ứng
ICP-OES Phổ phát xạ quang học nguyên tử nguồn plasma cao tần cảm ứng
AES Phổ phát xạ nguyên tử
LOD Giới hạn phát hiện của phương pháp
LOQ Giới hạn định lượng của phương pháp
d
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. So sánh khả năng phát hiện của các kỹ thuật phân tích ............................ 12
Bảng 2.1. Thời gian, địa điểm lấy và kí hiệu các mẫu Ngải cứu .............................. 25
Bảng 3.1. Các thông số của lò vi sóng phá mẫu ....................................................... 30
Bảng 3.2. Các điều kiện đo của máy ICP-MS để xác định hàm lượng Cd, Cu, Pb ......... 30
Bảng 3.3. Tỷ số khối lượng/điện tích (M/Z) của các kim loại cần phân tích ........... 31
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát độ tuyến tính của các nguyên tố ................................... 31
Bảng 3.5. Các thông số và giá trị của đường chuẩn của Cd ..................................... 32
Bảng 3.6. Các thông số và giá trị của đường chuẩn của Cu ..................................... 33
Bảng 3.7. Các thông số và giá trị của đường chuẩn của Pb ...................................... 34
Bảng 3.8. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) ....................... 34
Bảng 3.9. Kết quả xác định hàm lượng của Cd, Cu và Pb trong các mẫu lá cây
Ngải cứu ................................................................................................... 35
e
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Lò vi sóng Anton Paar............................................................................... 23
Hình 2.2. Ống teflon .................................................................................................. 24
Hình 2.3. Thiết bị ICP-MS Perkin Elmer .................................................................. 25
Hình 3.1. Đường chuẩn của Cd ................................................................................. 32
Hình 3.2. Đường chuẩn của Cu ................................................................................. 33
Hình 3.3. Đường chuẩn của Pb ................................................................................. 34
Hình 3.4. Hàm lượng của Cd trong mẫu cây Ngải cứu và giới hạn theo quy
chuẩn cho phép của WHO ....................................................................... 37
Hình 3.5. Hàm lượng của Cu trong mẫu cây Ngải cứu và giới hạn cho phép
theo quy chuẩn của Singapore ................................................................. 37
Hình 3.6. Hàm lượng của Pb trong mẫu cây Ngải cứu và giới hạn theo quy
chuẩn cho phép của WHO ....................................................................... 38
f
MỞ ĐẦU
Theo Tổ chức Y tế Thế giới, 80% dân số toàn cầu sử dụng các loại thảo dược
truyền thống để bảo vệ sức khỏe. Việt Nam là một trong những nước có tài nguyên
cây thuốc phong phú với số lượng trên 3.800 loài cây làm thuốc trên tổng số hơn
10.600 loại thực vật. Thị trường dược liệu và thuốc có nguồn gốc từ dược liệu đang
phát triển mạnh mẽ. Cây Ngải cứu là một dược liệu có nguồn gốc tự nhiên, gần gũi
dễ tìm (Ngải cứu tên khoa học: Artemisia vulgaris. L) có vị đắng, mùi thơm, tính
ấm, được sử dụng lâu đời trong dân gian và trong Đông y để: Cầm máu, giảm đau
nhức, sát trùng, kháng khuẩn, ghẻ lở, trị viêm da, dị ứng, viêm gan, trừ giun nhờ
tinh dầu có tính kháng khuẩn cao, điều hòa khí huyết, đau kinh, ôn kinh, an thai,
đau bụng do lạnh, nôn mửa, kiết lỵ, bạch đới, phong thấp, hàn thấp, lợi tiểu.
Tuy nhiên xã hội ngày càng phát triển, quá trình công nghiệp hóa, hiện đại
hóa diễn ra ngày càng nhanh thì các chất độc hại, chất thải từ công nghiệp tác động
đến môi trường càng nhiều. Các chất độc hại đi vào nước, không khí rồi tích tụ
trong đất làm cho chất lượng dược liệu bị giảm sút trong đó có cây Ngải cứu. Môi
trường đất bị nhiễm các ion kim loại nặng nó có thể tác động trực tiếp hoăc gián
tiếp đến sức khỏe con người.
Có nhiều phương pháp xác định trực tiếp các kim loại nặng, ICP-MS là một
trong những phương pháp hiện đại nhất, có thể xác định đồng thời nhiều kim loại
nặng cùng một lúc và được ứng dụng phổ biến để phân tích hàm lượng các kim loại
nặng trong các mẫu thực phẩm, dược phẩm và môi trường.
Xuất phát từ những yêu cầu trên chúng tôi lựa chọn đề tài “Phân tích và
đánh giá hàm lượng các kim loại nặng Cd, Cu, Pb trong cây Ngải cứu’’ với mục
đích sau:
- Nghiên cứu và lựa chọn các điều kiện tối ưu trong quá trình xử lí mẫu để
định lượng các kim loại nặng trong cây Ngải cứu (Artemisia vulgaris. L) bằng
phương pháp ICP - MS.
- Lựa chọn các thông số phù hợp của máy đo
- Đưa ra quy trình phân tích Cd, Cu và Pb bằng phương pháp ICP - MS và áp
dụng phân tích một số mẫu thực tế.
1
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về cây Ngải cứu
1.1.1. Giới thiệu chung về cây Ngải cứu
Tên khoa học: Artemisia vulgaris.L
Tên gọi khác: thuốc cứu, ngải diệp, nhả ngải (tiếng Tày), quá
sú (H'mông), cỏ linh li (Thái), Ngỏi (Dao).
Tên nước ngoài: Worrn wood, mugwort, fleahane, flonherb, motherwort,
sailor’s tobacco (Anh).
Họ: Asteraceae [6-T362].
Ngải cứu là một loại cỏ sống lâu năm, cao 50-60cm, thân to có rãnh dọc. Lá
mọc so le, rộng, không có cuống (nhưng lá phía dưới thường có cuống), xẻ thùy
lông chim, màu lá ở hai mặt rất khác nhau: mặt trên nhẵn màu lục sẫm, mặt dưới
màu trắng do có rất nhiều lông nhỏ, trắng. Hoa mọc thành chùy kép gồm rất nhiều
hoa hình đầu [13- T36].
Ngải cứu có nguồn gốc từ vùng ôn đới ấm châu Âu hoặc châu Á, hiện nay
cây được trồng và trở nên hoang dại hóa ở vùng nhiệt đới Nam Á, Đông - Nam Á
và Ấn Độ, Pakistan, Srilanca, Bangladesh, Lào, Thái Lan, Indonesia, Trung Quốc…
Ở Việt Nam, cây được trồng từ lâu đời trong nhân dân từ nam đến bắc. Ở độ cao từ
khoảng 800m trở lên, có cây ngải dại mọc tự nhiên rất nhiều ở tỉnh Lào Cai (Sa Pa,
Bắc Hà, Bát Xát, Mường Khương, Than Uyên); Lai Châu (Phong Thổ, Sìn Hồ,
Tuần Giáo, Tủa Chùa); Yên Bái (Mù Cang Chải); Cao Bằng (Trùng Khánh, Bảo
Lạc); Lạng Sơn (Mẫu Sơn); Hòa Bình (Mai Châu) và Hà Giang…chính ngải dại
nguồn dược liệu được khai thác thường xuyên mỗi năm phải đến 1000 tấn để
sản xuất thuốc. Còn ngải cứu trồng chỉ được sử dụng tại chỗ, trong phạm vi
nhân dân [6 -T363].
Ngải cứu là cây ưa ẩm, có thể chịu bóng, thường được trồng phân tán trong
các vườn gia đình, hay các vườn thuốc của các cơ sở y học dân tộc. Cây mọc thành
từng khóm, nếu không bị thu hái, tỉa thưa sẽ nhanh chóng bò lan tạo thành đám lớn
khó phân biệt giữa các cá thể. Cây sinh trưởng mạnh trong mùa xuân - hè; về mùa
2
đông, phần thân cành trên mặt đất có hiện tượng tàn lụi một phần. Ngải cứu ra hoa
quả nhiều hàng năm, song hạt không được sử dụng để gieo trồng [6-T363].
Hình 1.1. Cây Ngải cứu
1.1.2. Công dụng và cách dùng cây ngải cứu
Đông y coi ngải cứu là một vị thuốc có vị cay, dùng làm thuốc điều kinh, an
thai, chữa đau bụng do hàn, kinh nguyệt không đều, thai động không yên, thổ huyết,
máu cam.
Ngải cứu được dùng làm thuốc điều kinh như sau: một tuần lễ trước dự kỳ có
kinh, uống mỗi ngày từ 6-12g (tối đa 20g), sắc với nước hay hãm với nước sôi như
hãm chè, chia làm 3 lần uống trong ngày. Có thể uống dưới dạng thuốc bột (5-10g)
hay dưới dạng thuốc cao đặc 1- 4 gam. Nếu có thai, thuốc không gây sẩy thai vì
không có tác dụng kích thích đối với tử cung có thai.
Ngoài công dụng điều kinh, ngải cứu còn được dùng làm thuốc giúp sự tiêu
hóa, chữa đau bụng, nôn mửa, thuốc giun, sốt rét [6-T36].
Đơn thuốc có ngải cứu:
- Thuốc chữa kinh nguyệt kéo dài, máu ra nhiều, người mệt mỏi, đi đứng mệt
yếu, hàng tháng đến ngày bắt đầu hành kinh và cả những ngày đang có kinh, uống
3
sáng một lần, chiều một lần theo đơn thuốc sau đây: Ngải cứu khô 10g, nước
200ml, cô thành 100ml thêm ít đường cho dễ uống. Có thể cân luôn một lần: 20g
ngải cứu, 400ml nước, cô lại còn 200ml chia làm 2 lần uống sáng và chiều. Chỉ sau
1 - 2 ngày là có kết quả. Đơn thuốc này còn có thể dùng chữa kinh nguyệt kéo dài,
đau bụng, máu ra đen và xấu. nhưng uống hàng tháng vào 7-10 ngày trước ngày dự
kiến có kinh.
- Thuốc an thai (chữa đang có thai, đau bụng, chảy máu): lá ngải cứu 16g,
tía tô 16g, nước 600ml, sắc đặc còn 100ml. Thêm ít đường vào cho dễ uống. Chia
làm 3 lần uống trong ngày [6-T36].
1.2. Tổng quan về kim loại nặng
1.2.1. Khái niệm kim loại nặng
Có rất nhiều cách định nghĩa khác nhau về kim loại nặng, trong đó hai cách
định nghĩa sau được xem là khá phổ biến. Định nghĩa theo phương diện hóa lý
thì kim loại nặng được định nghĩa là những kim loại có khối lượng riêng từ
5g/cm3 trở lên còn về khía cạnh độc học thì thuật ngữ “Kim loại nặng” chủ yếu
được dùng để chỉ các kim loại có nguy cơ gây ra các tác động tiêu cực đối với
môi trường [2, 3, 4].
Hình 1.2. Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học
4
Kim loại nặng phân bố rộng rãi trên vỏ trái đất. Chúng được phong hóa từ các
dạng đất đá tự nhiên, tồn tại trong môi trường dưới dạng bụi hay hòa tan trong nước
sông hồ, nước biển, sa lắng trong trầm tích. Trong vòng hai thế kỷ qua, các kim loại
được thải ra từ hoạt động của con người như: hoạt động sản xuất công nghiệp (khai
khoáng, giao thông, chế biến quặng kim loại,..), nước thải sinh hoạt, hoạt động sản
xuất nông nghiệp (hóa chất bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu diệt cỏ )… đã khiến cho
hàm lượng kim loại nặng trong môi trường tăng lên đáng kể.
Một số kim loại nặng rất cần thiết cho cơ thể sống và con người. Chúng là các
nguyên tố vi lượng không thể thiếu, sự mất cân bằng các này có ảnh hưởng trực tiếp
tới sức khỏe của con người. Sắt giúp ngừa bệnh thiếu máu, kẽm là tác nhân quan
trọng trong hơn 100 loại Enzyme...Lượng nhỏ các kim loại này có trong khẩu phần
ăn của con người vì chúng là thành phần quan trọng trong các phân tử sinh học như
hemoglobin, hợp chất sinh hóa cần thiết khác. Nhưng nếu cơ thể hấp thu một lượng
lớn các kim loại này, chúng có thể gây rối loạn quá trình sinh lí, gây độc cho cơ thể
hoặc làm mất tính năng của các kim loại khác [32].
1.2.2. Độc tính của kim loại
Kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể người qua đường hô hấp, thức ăn hay hấp
thụ qua da được tích tụ trong các mô theo thời gian sẽ đạt tới hàm lượng gây độc.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng kim loại nặng có thể gây rối loạn hành vi của con
người do tác động trực tiếp đến chức năng tư duy và thần kinh. Gây độc cho các cơ
quan trong cơ thể như máu, gan, thận, cơ quan sản xuất hoocmon, cơ quan sinh sản,
hệ thần kinh gây rối loạn chức năng sinh hóa trong cơ thể do đó làm tăng khả năng
bị dị ứng, gây biến đổi gen. Các kim loại nặng còn làm tăng độ axit trong máu, cơ
thể sẽ rút canxi từ xương để duy trì pH thích hợp trong máu dẫn đến bệnh loãng
xương. Các nghiên cứu mới đây đã chỉ ra rằng hàm lượng nhỏ các kim loại nặng có
thể gây độc hại cho sức khỏe con người nhưng chúng gây hậu quả khác nhau trên
những con người cụ thể khác nhau.
Sự nhiễm độc kim loại nặng không phải là hiện tượng chỉ có trong thời hiện
đại. Các nhà sử học đã nói đến trường hợp ô nhiễm rượu vang và nước nho do dùng
bình chứa và dụng cụ đun nấu thức ăn làm bằng chì như là một nguyên nhân làm
5
suy yếu và sụp đổ đế quốc La Mã. Bệnh điên dại “Alice ở Wonderland” hồi thế kỷ
XIX ở những người làm mũ do họ đã dùng thủy ngân như một loại nguyên liệu. Họ
thường bị rối loạn ý thức do nhiễm độc thủy ngân [23].
Sự nhiễm độc kim loại nặng đã tăng lên nhanh chóng từ những năm 50 của thế
kỷ trước do hậu quả của việc sử dụng ngày càng nhiều các kim loại nặng trong các
ngành sản xuất công nghiệp. Độc tính của các kim loại nặng chủ yếu do chúng có
thể sinh các gốc tự do, đó là các phần tử mất cân bằng năng lượng, chứa những điện
tử không cặp đôi chúng chiếm điện tử từ các phân tử khác để lặp lại sự cân bằng của
chúng. Các gốc tự do tồn tại tự nhiên khi các phân tử của tế bào phản ứng với O2 (bị
ôxi hóa) nhưng khi có mặt các kim loại nặng- tác nhân cản trở quá trình ôxi hóa, sẽ
sinh ra các gốc tự do vô tổ chức, không kiểm soát được. Các gốc tự do này phá hủy
các mô trong toàn cơ thể gây nhiều bệnh tật [4].
1.3. Vị trí trong bảng tuần hoàn, trạng thái tự nhiên và vai trò sinh học của Cd,
Cu, Pb
1.3.1. Cadimi
a) Vị trí trong BTH:
Cadimi (tiếng latinh là Cadimia) là nguyên tố hóa học nằm ở ô số 48, chu kì 5,
nhóm IIB trong bảng tuần hoàn, nguyên tử khối 112 (đvc), cấu hình electron
[Kr]4d105s2 [22, 33].
b) Trạng thái tự nhiên:
Cadimi được tìm thấy trong tạp chất của cacbonat kẽm (calamin). Trong thạch
quyển của vỏ trái đất cadimi chiếm khoảng 5×10-5 % về khối lượng. Khoáng vật
chủ yếu của cadimi là quặng [22, 33].
c) Vai trò sinh học của Cadimi
Cadimi có thể xâm nhập vào cơ thể con người bằng nhiều con đường khác
nhau như tiếp xúc với bụi cadimi, ăn uống các nguồn có sự ô nhiễm cadimi. Sự kiện
bị ngộ độc cadimi trên thế giới là sự kiện xảy ra ở Nhật Bản với bệnh itai-itai là một
bệnh có liên quan đến ô nhiễm nguồn nước bởi cadimi. Người khi hít phải bụi chứa
cadimi có thể bị các bệnh về hô hấp và thận. Nếu ăn phải một lượng đáng kể cadimi
sẽ bị ngộ độc, có thể dẫn đến tử vong. Đã có bằng chứng chứng minh rằng cadimi
6
tích tụ trong cơ thể gây nên chứng bệnh giòn xương. Ở nồng độ cao, cadimi gây đau
thận, thiếu máu và phá hủy tủy xương. Người bị nhiễm độc cadimi, tùy theo mức độ
sẽ bị ung thư phổi, thủng vách ngăn mũi, đặc biệt là bị tổn thương thận, ảnh hưởng
đến nội tiết, máu và tim mạch. Mặt khác, cadimi còn là chất gây ung thư qua đường
hô hấp. Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy mối quan hệ giữa cadimi với chứng bệnh
loãng xương, nứt xương. Sự hiện diện của cadimi trong cơ thể khiến cho việc cố định
canxi trở nên khó khăn dẫn đến những tổn thương về xương gây đau đớn ở vùng xương
chậu và hai chân. Ngoài ra, tỷ lệ ung thư tiền liệt tuyến vú và ung thư phổi cũng khá
lớn ở nhóm người thường xuyên tiếp xúc với chất độc này [1, 3, 8, 29].
Phần lớn Cadimi thâm nhập vào cơ thể được đào thải ra ngoài, còn giữ lại ở
thận khoảng 1% do Cadimi liên kết với protein tạo thành metallotion có ở thận.
Phần còn lại được giữ trong cơ thể và dần dần được tích tụ theo thời gian. Khi
lượng Cd2+ được tích tụ đủ lớn, nó có thể thế chỗ Zn2+ trong các enzyme quan trọng
và gây rối loạn tiêu hóa và các chứng bệnh rối loạn chức năng của thận, gây thiếu
máu, tăng huyết áp, phá hủy tủy xương gây ung thư … Cadimi cũng có thể can
thiệp vào quá trình sinh học có chứa magie và canxi theo cách thức tương tự như
đối với kẽm [1, 7, 12, 19].
Cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế (IARC) đã xếp cadimi và hợp chất của
nó vào nhóm 2A theo thứ tự sắp xếp về mức độ độc hại của các nguyên tố trong
ngành y tế. Lượng cadimi đưa vào cơ thể hàng tuần, cơ thể có thể chịu đựng được là
7g/kg thể trọng [25].
1.3.2. Đồng
a) Vị trí trong BTH
Đồng ( tiếng la tinh là cuprum) là nguyên tố hóa học nằm ở ô thứ 29, chu kì 4,
nhóm I B trong bảng tuần hoàn, nguyên tử khối 64 (đvc), cấu hình electron
[Ar]3d104s1 [22, 33].
b) Trạng thái tự nhiên
Đồng là nguyên tố được con người biết đến và sử dụng sớm nhất. Những công
cụ lao động bằng đồng được làm cách đây 6000 năm. Trong thiên nhiên, đồng là
nguyên tố tương đối phổ biến. Trữ lượng đồng trong thạch quyển của vỏ trái đất
7
chiếm khoảng 10-2 % về khối lượng. Những khoáng vật chính của đồng là: cancosin
(Cu2S) chứa 79,8% đồng; cuprit (Cu2O) chứa 88,8% đồng; covelin (CuS) chứa
66,5% đồng; cancopirit (CuFeS2) chứa 34,57% đồng và malachit (CuCO3.Cu(OH)2)
[22, 33].
c) Vai trò sinh học của Cu
Đồng là nguyên tố cơ bản, lượng đưa vào cơ thể thông qua thực phẩm
khoảng 2 -3 mg/ngày. Đối với người lớn tỉ lệ hấp thụ và lưu giữ đồng tùy thuộc vào
lượng đồng đưa vào cơ thể hàng ngày.
Bệnh Wilson ở người sinh ra do cơ thể giữ lại đồng, mà không bài tiết ra
khỏi gan vào trong mật. Do cơ thể bị rối loạn một số chức năng hoặc do đột biến
của gen nên ở người mắc bệnh Wilson, lượng đồng vào cơ thể không thải ra được
mà đọng lại hết trong cơ thể. Theo thống kê mỗi năm tại bệnh viện nhi trung ương
có khoảng 5 trẻ mắc bệnh Wilson.
Đồng tích tụ dần và gây nhiễm độc tại những cơ quan mà nó lắng đọng như
gan, não, máu, mắt, khớp…nếu không được điều trị sớm sẽ dẫn tới các tổn thương
về não và gan. Khi chất đồng lắng đọng ở cơ quan thần kinh, trẻ sẽ có những biểu
hiện như tự nhiên khó nói, chảy nước miếng, những vận động khéo léo của bàn tay
bị mất đi, viết chữ chậm, xấu, nặng hơn trẻ sẽ bị co cứng tay, chân hoặc có những
biểu hiện tâm thần như trầm cảm, những rối loạn tâm thần, khó nuốt.
Sự tích tụ lượng đồng ở mắt sẽ gây ra bệnh Keyer-Fleischer, ở tim gây bệnh
cơ tim và ở thận sẽ gây bệnh thận. Đặc biệt, khi đồng phóng thích đột ngột vào
máu sẽ gây tán huyết (vỡ hồng cầu dữ dội). Trong trường hợp này, nếu bệnh
trường diễn sẽ dẫn đến suy gan tối cấp, nếu không được ghép gan thì bệnh nhân
sẽ bị tử vong. Theo WHO lượng đồng cần cho một ngày đối với nam là 12mg
và 10mg đối với nữ [25, 38].
Năm 1982, JECEF đã đề nghị giá trị tạm thời cho lượng tiếp nhận tối đa
hàng ngày có thể chịu đựng được là 0,5 mg/kg thể trọng. Đề nghị này căn cứ
trên những nghiên cứu trước đó. Người ta đã tính ra giá trị hướng dẫn để bảo vệ
sức khỏe là 2 mg/lít [25].
8
1.3.3. Chì
a) Vị trí trong BTH:
Chì (tiếng la tinh là Plumbum) là nguyên tố hóa học nằm ở ô số thứ tự 82, chu
kì 6, nhóm IVA trong bảng tuần hoàn, nguyên tử khối 208 (đvc), cấu hình electron
[Kr]6s26p2 [22, 33].
b) Trạng thái tự nhiên:
Chì đã được con người biết đến từ thời thượng cổ. 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) [22, 33].
c) Vai trò sinh học của Pb
Chì gây ức chế ALA-dehidraza enzym, do đó giai đoạn tiếp theo hình thành
porphobilinogen không xảy ra được. Tác dụng chung là chì phá hủy quá trình tổng
hợp hemoglobin và các sắc tố cần thiết cho máu như cytochoromes. Hàm lượng chì
trong máu khoảng 0,3 (ppm) thì nó ngăn cản quá trình sử dụng oxy để oxy hóa
glucoza tạo ra năng lượng cho quá trình sống do đó làm cơ thể mệt mỏi. Ở nồng độ
cao hơn (> 0,8 ppm) có thể gây nên thiếu máu do thiếu hemoglobin. Hàm lượng chì
trong máu khoảng 0,5 - 0,8 (ppm) gây ra rối loạn chức năng của thận và phá hủy
não [19, 38].
Đối với sức khỏe con người, nhiễm độc chì gây ra bệnh về tai, mũi, họng,
phế quản, máu, gan, xương và các bệnh ngoài da. Khi ngộ độc chì, người lớn hay
than phiền, đau tê ở đầu ngón chân, tay, bắp thịt mỏi yếu, nhức đầu, đau bụng, tăng
huyết áp, thiếu máu, giảm trí nhớ, thay đổi tâm trạng, sảy thai, kém sản xuất tinh
trùng... Lâu ngày bệnh trở thành mãn tính dẫn tới suy thận, tổn thương thần kinh
ngoại vi, giảm chức năng não bộ (do chì có khả năng tạo thành các hợp chất alkyl ái
lipit) [8, 19].
9
1.4. Các phương pháp xác định Cd, Cu và Pb
1.4.1. Phương pháp phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS)
Thuật ngữ ICP (Inductively Coupled Plasma) dùng để chỉ ngọn lửa plasma
tạo thành bằng dòng điện có tần số cao (cỡ MHz) được cung cấp bằng một máy phát
Radio Frequency Power (RFP). Ngọn lửa plasma có nhiệt độ rất cao có tác dụng
chuyển các nguyên tố trong mẫu cần phân tích thành dạng ion.
MS (Mass Spectrometry) là phép ghi phổ theo số khối hay chính xác hơn là
theo tỷ số giữa số khối và điện tích (m/Z) [19].
ICP - MS là một phương pháp phân tích các chất vô cơ dựa trên sự ghi đo
phổ theo tỷ số m/z của ion nguyên tử các nguyên tố cần phân tích. ICP là ngọn lửa
plasma tạo thành bằng dòng điện có tần số cao có MHz được cung cấp bằng một
máy phát cao tần RF. Ngọn lửa plasma có nhiệt độ cao có tác dụng chuyển các
nguyên tố có trong mẫu thành các ion. MS là phép ghi đo phổ theo tỉ số m/z.
ICP - MS được phát triển vào những năm 80 của thế kỉ trước, là sự kết hợp
thành công và hoàn hảo của hai thiết bị ICP-MS. Đây là một trong những phương
pháp phân tích hiện đại nhất hiện nay và ngày càng chứng tỏ có nhiều ưu điểm vượt
trội so với các phương pháp phân tích khác trong nghiên cứu xác định lượng vết các
nguyên tố cũng như xác định thành phần đồng vị của chúng.
1.4.1.1. Nguyên tắc của phương pháp ICP - MS
Dưới tác dụng của nguồn ICP, các phân tử trong mẫu phân tích được phân li
thành các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi. Các phần tử này khi tồn tại trong môi
trường kích thích phổ ICP năng lượng cao sẽ bị ion hóa, tạo ra đám hơi ion của chất
mẫu (thường có điện tích +1). Nếu dẫn dòng ion đó vào buồng phân cực để phân
giải chúng theo số khối (m/Z) sẽ tạo ra phổ khối của nguyên tử chất cần phân tích
và được phát hiện nhờ các detector thích hợp.
ICP-MS sử dụng nguồn năng lượng cao tần, nhiệt điện lên đến 6000-
100000C cho phép hóa hơi, nguyên tử hóa và ion hóa tất cả các chất với hiệu suất
cao và ổn định. Tách loại các ion nhờ hệ từ trường tứ cực.
10
1.4.1.2. Các quá trình xảy ra trong nguồn ICP
- Hóa hơi chất mẫu, nguyên tử hóa các phân tử, ion hóa các nguyên tử, sự
phân giải của các ion theo số khối sẽ sinh ra phổ ICP-MS:
Hóa hơi: MnXm(r) Mnxm(k)
Phân li: MnXm(k) nM(k) + mX(k)
Ion hóa: M(k)0 + Enhiệt M(k)+
- Thu toàn bộ đám hơi ion của mẫu, lọc và phân ly chúng thành phổ nhờ hệ
thống phân giải khối theo số khối của ion, phát hiện chúng bằng detector, ghi lại phổ.
- Đánh giá định tính, định lượng phổ thu được.
Như vậy thực chất phổ ICP - MS là phổ của các nguyên tử ở trạng thái khí tự
do đã bị ion hóa trong nguồn năng lượng cao tần ICP theo số khối các chất [11, 15].
1.4.1.3. Ưu điểm của phương pháp phân tích bằng ICP-MS
Phân tích nhanh đồng thời nhiều nguyên tố nó cho phép phân tích hơn 70
nguyên tố từ Li - U, có thể xác định đồng thời chúng với độ nhạy và độ chọn lọc
cao (giới hạn từ ppb - ppt đối với tất cả các nguyên tố).
Giới hạn phát hiện thấp thích hợp phân tích lượng vết và siêu vết.
Khả năng phân tích định lượng và bán định lượng rất tốt do không cần phải
dùng mẫu chuẩn mà vẫn đạt độ chính xác cao, có thể phân tích các đồng vị và tỉ lệ
của chúng.
Có thể phân tích và đưa ra đầy đủ thông tin về các đồng vị của một nguyên
tố trong một mẫu.
ICP là nguồn kích thích phổ rất ổn định, nên phép đo ICP- MS có độ lặp lại
cao, độ sai số rất nhỏ.
Với nhiều ưu điểm vượt trội, kỹ thuật phân tích ICP -MS được ứng dụng
rộng rãi để phân tích nhiều đối tượng khác nhau đặc biệt là trong các lĩnh vực phân
tích vết và siêu vết phục vụ nghiên cứu sản xuất vật liệu bán dẫn, vật liệu hạt nhân,
nghiên cứu địa chất, môi trường....[12, 20].
11
Bảng 1.1. So sánh khả năng phát hiện của các kỹ thuật phân tích
STT Nguyên tố
ICP-MS (ppb) < 0,050 ICP-AES (ppb) < 20 GFA-AAS (ppb) < 1 1 As F-AAS (ppb) < 500
2 Al < 0,010 < 50 < 0,5 < 3,0
3 Ba < 0,005 < 50 < 1,5 < 0,2
4 Be < 0,050 < 5 < 0,05 < 0,5
5 Bi < 0,005 < 100 < 1 < 20
6 Cd < 0.010 < 5 < 0,03 < 3,0
7 Ce < 0.005 < 200000 KPH < 15
8 Co < 0,005 < 10 < 0,5 < 10
9 Cr < 0,005 < 10 < 0,15 < 10
10 Cu < 0,010 < 5 < 0,5 < 5,0
11 Gd < 0,005 < 4000 KPH < 5,0
12 Ho < 0,005 < 80 KPH < 1,0
13 In < 0,010 < 80 < 0,5 < 30
14 La < 0,005 KPH < 0,05 < 4000
15 Li < 0,020 < 5 < 0,5 < 1
16 Mn < 0,005 < 5 < 0,06 < 0,5
17 Ni < 0,005 < 20 < 0,5 < 10
18 Pb < 0,005 < 20 < 0,5 < 20
19 Se < 0,10 < 1000 < 1 < 50
20 Tl < 0,010 < 40 < 1,5 < 30
21 U < 0,010 < 100000 KPH < 30
< 0,005 < 500 KPH < 0,5 22 Y
< 0,02 < 2 < 0,01 < 1,0 23 Zn
Chú thích bảng 1.1: không phát hiện được (KPH)
So sánh giới hạn và phát hiện của phương pháp thì người ta thấy rõ ưu điểm
của phương pháp ICP -MS là khả năng phân tích hầu hết các nguyên tố với giới hạn
phát hiện tốt nhất. Tuy nhiên ICP - MS cũng có một số ảnh hưởng nhất định như
ảnh hưởng của tốc độ bơm mẫu không đồng đều dẫn đến kết quả phân tích cũng có
12
lệch tương đối CV khoảng 5% đối với mẫu có hàm lượng thấp thì CV có thể lên đến
10 - 20%, một ảnh hưởng nữa của ICP - MS là sự trùng số khối của có thể xảy ra.
Để khắc phục điều này, một kỹ thuật pha loãng đồng vị được phát triển.
1.4.1.4. Hạn chế của phương pháp ICP-MS
Các khí Ar, O2, H2 và các axit dùng để chuẩn bị mẫu vì ở nhiệt độ cao chúng
bị phản ứng với các nguyên tố trong mẫu để tạo ra các oxit, các hạt ion có cùng khối
lượng với các nguyên tố cần phân tích, ví dụ như Fe không thể phân tích được bằng
phương pháp này. Tuy nhiên ảnh hưởng này có thể được loại bỏ dựa vào các kỹ
thuật phân tích ICP - MS và lựa chọn đồng vị thích hợp để phân tích. Các nguyên tố
có thể bị ion hóa quá cao sẽ có độ nhạy phân tích rất kém: P, S, Cl, Au...
Sự hình thành các ion đa nguyên tử dẫn đến hiện tượng che lấp phổ.
Sự đóng cặn xảy ra trong bộ phận cấp mẫu, trong nón và các bộ phận khác dẫn
đến làm tăng nồng độ các nguyên tố trong mẫu trắng cũng như làm trôi kết quả đo.
Giá thiết bị, chi phí vận hành cao, cần tiêu tốn Ar khoảng 10 - 12 l/phút để
duy trì hoạt động [15, 20].
1.4.1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo ICP-MS
- Nồng độ muối ảnh hưởng từ 0,1 - 0,4%.
- Đồng vị của các nguyên tố khác nhau có số khối trùng nhau. Sự kết hợp
giữa các nguyên tử tạo ra một phân tử mới có số khối trùng với số khối của nguyên
tố cần phân tích.
- Các nguyên tử khi ion hóa bậc 1 hoặc bậc 2 sẽ cho các số khối khác nhau
trùng với số khối của nguyên tố cần phân tích.
- Ảnh hưởng của mẫu phân tích trước [17,19].
1.4.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS
Nguyên tắc của phương pháp là dựa trên sự tạo phức mầu của các ion với
thuốc thử. Nồng độ của các ion trong phức thay đổi sẽ tạo ra màu khác nhau, dẫn
đến độ hấp thụ quang khác nhau. Độ hấp thụ quang được xác định theo định luật
Lamber-Beer theo phương trình:
A = .l.C
13
Trong đó:
: Hệ số hấp thụ phụ thuộc vào bản chất màu và bước sóng của ánh sáng tới.
l: Chiều dày cu vet.
C: Nồng độ chất phân tích. Khi l và không đổi, độ hấp thụ quang phụ thuộc
tuyến tính vào nồng độ. Vì vậy, khi xây dựng được đường chuẩn biểu thị mối quan
hệ giữa độ hấp thụ và nồng độ C trong từng trường hợp cụ thể sẽ dễ dàng xác định
được nồng độ chưa biết của một chất thông qua độ hấp thụ quang. Giới hạn phát
hiện của phương pháp cỡ 10-5M-10-6M [34].
1.4.3. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử AES
*Nguyên tắc của phương pháp: Mẫu phân tích được chuyển thành hơi của
nguyên tử hay ion tự do trong môi trường kích thích bằng cách dùng nguồn năng
lượng phù hợp. Thu, phân li và ghi toàn bộ phổ phát xạ của nguyên tố cần phân tích
nhờ máy quang phổ. Đánh giá phổ đã ghi về mặt định tính và định lượng theo
những yêu cầu đã đặt ra.
*Đối tượng của phương pháp
Xác định hàm lượng các kim loại trong các các đối tương mẫu khác nhau
như địa chất, hóa học, nông nghiệp, thực phẩm, y dược,…thuộc các loại mẫu rắn,
mẫu dung dịch, mẫu bột, mẫu quặng, mẫu khí.
*Ưu điểm của phương pháp: Có độ nhạy rất cao (10-5-10-8 M) và độ chính
xác cao (sai số dưới 10%). Phân tích đồng thời nhiều nguyên tố trong một mẫu mà
không cần tách riêng, tiêu tốn ít mẫu, có thể kiểm tra được độ đồng nhất về thành
phần của vật mẫu ở những vị trí khác nhau. Kết quả phổ thu được ghi trên phim ảnh
có thể lưu trữ, khi cần thiết có thể đánh giá hay xem xét lại mà không cần phải có
mẫu phân tích [17].
1.4.4. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS
*Nguyên tắc của phương pháp: Mẫu phân tích được chuyển thành hơi của
nguyên tử hay ion tự do trong môi trường kích thích bằng cách dùng nguồn năng
lượng phù hợp. Thu, phân li và ghi toàn bộ phổ hấp thụ của nguyên tố cần nghiên
cứu nhờ máy quang phổ. Đánh giá phổ đã ghi về mặt định tính và định lượng theo
những yêu cầu đặt ra.
14
Gần 60 nguyên tố hóa học có thể được xác định bằng phương pháp với giới
hạn phát hiện thấp 10-4 đến 10-5 ppm. Đặc biệt nếu sử dụng kĩ thuật không ngọn lửa
thì có thể hạ giới hạn phát hiện xuống 10-7 ppm.
*Đối tượng của phương pháp
Phương pháp này thích hợp để xác định lượng vết của kim loại, đặc biệt là
xác định các nguyên tố vi lượng trong các mẫu y học, sinh học, nông nghiệp, kiểm
tra các hóa chất có độ tinh khiết cao.
*Ưu nhược điểm của phương pháp: Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có độ nhạy
và độ chọn lọc cao, nên trong nhiều trường hợp không phải làm giàu nguyên tố cần
xác định trước khi phân tích. Do đó tốn ít nguyên liệu mẫu, tốn ít thời gian, không
cần phải dùng nhiều hóa chất tinh khiết cao khi làm giàu, nên cũng tránh được sự
nhiễm bẩn khi xử lí mẫu qua các giai đoạn phức tạp. Kết quả phân tích ổn định, sai
số nhỏ, có thể lưu lại đường chuẩn cho các lần sau. Bên cạnh những ưu điểm, phép
đo phổ hấp thụ nguyên tử cũng có hạn chế như trang thiết bị rất đắt tiền, rất tinh vi,
phức tạp nên cần các cán bộ phân tích có trình độ cao để vận hành máy. Phương
pháp này chỉ cho ta biết thành phần nguyên tố của chất mà không chỉ ra được trạng
thái liên kết của nguyên tố trong mẫu [17, 24].
1.4.5. Các phương pháp phân tích điện hoá
1.4.5.1. Phương pháp cực phổ
* Nguyên tắc của phương pháp: Phương pháp cực phổ dựa trên việc nghiên
cứu và sử dụng các đường dòng thế được ghi trong các điều kiện đặc biệt. Trong đó
các chất điện phân có nồng độ khá nhỏ từ 10-3 đến n.10-6 M còn chất điện ly trơ có
nồng độ lớn, gấp hơn 100 lần. Do đó, chất điện phân chỉ vận chuyển đến điện cực
bằng con đường khuếch tán.
Điện cực làm việc (còn gọi là điện cực chỉ thị) là điện cực phân cực có bề
mặt rất nhỏ, khoảng một vài mm2. Trong cực phổ cổ điển người ta dùng điện cực
chỉ thị là điện cực giọt thủy ngân. Điện cực so sánh là điện cực không phân cực.
Đầu tiên người ta dùng điện cực đáy thủy ngân có diện tích bề mặt tương đối lớn,
sau đó thay bằng điện cực Calomen hay điện cực Ag/AgCl. Đặt vào điện cực làm
việc điện thế một chiều biến thiên liên tục nhưng tương đối chậm để có thể coi là
15
không đổi trong quá trình đo dòng I. Cực phổ hiện đại bao gồm cực phổ sóng
vuông, cực phổ xung và cực phổ xung vi phân đã đạt tới độ nhạy 10-5-5.10-7 M.
* Ưu điểm của phương pháp: Trang thiết bị tương đối đơn giản, tốn ít hóa
chất mà có thể phân tích nhanh với độ nhạy và độ chính xác khá cao. Trong nhiều
trường hợp có thể xác định hỗn hợp các chất vô cơ và hữu cơ mà không cần tách
riêng chúng ra. Do đó phương pháp này phù hợp để phân tích hàm lượng các chất
trong mẫu sinh học [11].
1.4.5.2. Phương pháp Von-Ampe hòa tan
Phương pháp này có thể xác định được gần 30 kim loại trong khoảng nồng
độ 10-6 -10-9M với độ chính xác khá cao có thể định lượng đồng thời 3-4 ion kim
loại cùng có trong một dung dịch.
Phương pháp này được thực hiện qua hai giai đoạn:
- Điện phân làm giàu chất cần phân tích lên bề mặt điện cực tại thế không
đổi, đo dưới dạng một kết tủa (kim loại, hợp chất khó tan).
- Hòa tan kết tủa đã được làm giàu và ghi đo đường hòa tan. Nồng độ của
chất tương ứng với chiều cao pic hòa tan.
* Ưu điểm của phương pháp: Phương pháp có độ nhạy và độ chính xác cao,
kỹ thuật phân tích và trang thiết bị không quá phức tạp, kết quả ổn định. Chính vì
vậy, phạm vi ứng dụng của phương pháp này rất rộng như phân tích môi trường,
xác định lượng vết kim loại trong nước biển và các loại nước thiên nhiên. Ngoài ra
phương pháp này còn sử dụng để phân tích kim loại trong các mẫu lâm sàng (máu,
tóc, nước tiểu,…) và trong mẫu thực phẩm (sữa, rau quả, gạo, thịt…) [10].
1.4.5.3. Phương pháp ICP -OES
*Nguyên tắc của phương pháp: Kỹ thuật ICP-OES: mẫu bị hóa hơi sau đó bị
nguyên tử hóa, ion hóa, bị kích thích lên mức năng lượng cao hơn, sau đó trở về mức
năng lượng thấp hơn. Năng lượng giải phóng ra ở dạng chùm sáng bước sóng λ hay
photon với tần số mang năng lượng h. Số lượng photon phát ra tỉ lệ với số nguyên tử
của nguyên tố có mặt trong mẫu các quá trình nguyên tử hóa trong ICP-OES.
16
* Ưu điểm của phương pháp:
Quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-OES) là kỹ thuật phân tích hàm
lượng các nguyên tố ở dạng vết với những đặc điểm: nhiệt độ kích thích lớn (7000-
8000 K) mật độ điện tích lớn, có khả năng xác định được nhiều nguyên tố cùng lúc,
phát xạ nền thấp, ảnh hưởng về mặt hóa học tương đối thấp, độ ổn định tốt dẫn tới
kết quả phân tích chính xác. Kỹ thuật có giới hạn phát hiện thấp (0,1ng/ml-
100ng/ml) đối với hầu hết các nguyên tố, phạm vi tuyến tính rộng, có hiệu quả kinh
tế [26, 27].
1.5. Các Phương pháp xử lý mẫu để xác định kim loại
1.5.1. Kỹ thuật xử lí ướt
Dùng axit mạnh đặc và nóng (ví dụ HCl, H2SO4), hay axit mạnh, đặc và nóng
có tính oxi hoá mạnh (HNO3, HClO4) hoặc hỗn hợp 2 axit (HNO3 + H2SO4) hay 3
axit (HNO3 + H2SO4 + HClO4) hoặc là 1 axit đặc và một chất oxi hoá mạnh (H2SO4
+ KMnO4) ... hoặc dùng các dung dịch kiềm mạnh, đặc nóng (NaOH, KOH 15-
20%) hay hỗn hợp của kiềm mạnh và muối kim loại kiềm (NaOH +NaHCO3) hay
một kiềm mạnh và peroxit (KOH + Na2O2) nồng độ (10 -20%) để phân huỷ mẫu
trong điều kiện đun nóng trong bình Kendan, trong ống nghiệm, trong cốc hay lò vi
sóng...thường từ vài giờ đến hàng chục giờ, cũng tuỳ loại mẫu, bản chất của các
chất, còn nếu trong lò vi sóng hệ kín thì cần vài chục phút. Thường khi phân huỷ
xong phải đuổi hết axit dư trước khi định mức và tiến hành đo phổ [14, 16].
Ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng:
+ Không mất một số kim loại như Pb, Cd,….
+ Không làm mất chất phân tích.
+ Thời gian phân huỷ lâu, thường là từ 10-12 giờ.
+ Tốn nhiều axit tinh khiết, axit dư nhiều, phải đuổi axit sau khi xử lý.
+ Dễ gây nhiễm bẩn, nếu các hoá chất không có độ sạch cao.
+ Thời gian đuổi axit dư lâu.
17
1.5.2. Kĩ thuật xử lí khô
Kĩ thuật xử lí khô (tro hóa khô) là kĩ thuật nung để xử lĩ mẫu trong lò nung ở
nhiệt độ thích hợp (450 - 7500C). Sau khi nung mẫu bã còn lại phải hòa tan (xử lý
tiếp) bằng dung dịch muối hay dung dịch axit phù hợp thì mới chuyển các chất phân
tích trong tro mẫu vào dung dịch để sau đó xác định nó theo một phương pháp đã
chọn. Khi nung, các chất hữu cơ của mẫu sẽ bị đốt cháy thành CO2 và H2O. Thời
gian nung có thể từ 5 -12h tùy thuộc vào mỗi loại cần phân tích cấu trúc, dạng liên
kết các chất trong mẫu [14, 16].
Ưu điểm của kỹ thuật này là:
+ Tro hoá triệt để mẫu, hết các chất hữu cơ
+ Đơn giản, dễ thực hiện, quá trình xử lý không lâu như phương pháp ướt
+ Không tốn nhiều axit tinh khiết cao, và không có axit dư
+ Hạn chế được sự nhiễm bẩn do dùng ít hoá chất
+ Mẫu dung dịch thu được sẽ sạch và trong
Nhược điểm: hay bị mất một số nguyên tố như Cd, Pb, Zn… nếu không dùng
chất bảo vệ.
1.5.3. Kĩ thuật xử lí khô - ướt kết hợp
Nguyên tắc: mẫu được phân huỷ trong chén hay cốc nung mẫu. Trước tiên
người ta thực hiện xử lý ướt trong cốc hay chén bằng một lượng nhỏ dung môi hay
hỗn hợp dung môi để phá vỡ sơ bộ cấu trúc ban đầu của hợp chất mẫu và tạo điều
kiện giữa một số nguyên tố có thể bay hơi khi nung, sau đó mới đem nung ở một
nhiệt độ thích hợp cho đến tro trắng [14, 16, 18].
Ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng:
+ Hạn chế được sự mất mát của một số chất phân tích do nhiệt độ cao.
+ Sự tro hoá là triệt để, sau khi hoà tan sẽ được dung dịch mẫu trong.
+ Không tốn nhiều dung môi đặc biệt là axit tinh khiết (lượng dung môi chỉ
bằng 1/4 đến 1/3 lượng cần dùng cho xử lí ướt).
+ Thời gian xử lý nhanh và triệt để hơn so với cách xử lý thông thường.
+ Không phải đuổi axit dư lâu nên hạn chế được sự nhiễm bẩn do môi trường.
+ Phù hợp cho nhiều loại mẫu khác nhau để xác định kim loại và anion.
18
+ Thời gian nung lâu, sử dụng lò nung.
1.6. Phương pháp phân hủy mẫu bằng lò vi sóng
Nguyên tắc: dùng năng lượng của lò vi sóng để đun nóng mẫu được đựng
trong bình kín. Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, mẫu được hòa tan dễ dàng.
Đây là phương pháp xử lý mẫu hiện đại nhất hiện nay, làm giảm đáng kể thời gian
xử lý mẫu, không mất mẫu và vô cơ hóa mẫu được triệt để. Có thể vô cơ hóa cùng
một lúc được nhiều mẫu. Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi thiết bị rất đắt tiền mà
nhiều cơ sở phân tích không đủ điều kiện trang bị [18, 20].
Cơ chế sự phân hủy mẫu trong lò vi sóng:
Các tác nhân phá hủy mẫu bao gồm axit, năng lượng nhiệt, sự khuếch tán đối
lưu, chuyển động nhiệt và va chạm của các hạt mẫu với nhau làm cho chúng bị bào
mòn dần. Ngoài ra, trong lò vi sóng còn có sự phá vỡ trong lòng hạt mẫu ra ngoài,
do các phân tử nước hấp thụ 90% năng lượng vi sóng và có động năng lớn, nên
chúng có chuyển động nhiệt rất mạnh, làm căng và xé các hạt mẫu từ trong ra.
Thêm vào đó, vì hệ kín nên có áp suất cao, sẽ làm cho nhiệt độ dôi lại cao hơn, đây
là tác nhân phân hủy mạnh nhất, do đó thúc đẩy quá trình phân hủy mẫu rất nhanh
từ trong ra và từ ngoài vào. Vì thế nên việc xử lý mẫu trong lò vi sóng chỉ cần thời
gian rất ngắn (30-70 phút) mà lại triệt để [17, 19].
Các quá trình xảy ra khi phân hủy mẫu bằng lò vi sóng:
Dưới tác dụng của axit, năng lượng nhiệt, và năng lượng vi sóng các quá trình
vật lý và hóa học sau đây sẽ xảy ra:
- Sự phá vỡ mạng lưới cấu trúc của hạt mẫu, giải phóng các chất phân tích, để
đưa chúng vào dung dịch dưới dạng các muối tan.
- Quá trình oxi hóa khử làm thay đổi hóa trị, chuyển đổi dạng làm tan vỡ các
hạt mẫu, để giải phóng chất phân tích về dạng muối tan.
- Nếu xử lý mẫu hữu cơ phân tích kim loại, thì có sự đốt cháy, phá hủy các hợp
chất hữu cơ và mùn tạo ra khí CO2 và nước, để giải phóng các kim loại trong chất
hữu cơ về dạng muối vô cơ tan trong dung dịch.
- Tạo hợp chất dễ bay hơi làm mất đi các anion trong phân tử chất mẫu, làm
mẫu bị phân hủy tạo ra các hợp chất tan trong dung dịch.
19
- Sự tạo thành các hợp chất muối hay phức tan trong dung dịch.
- Cơ chế tách chất phân tích ra khỏi mẫu ban đầu ở dạng kết tủa không tan và
nhờ đó người ta tách được các chất phân tích và làm giàu chúng [17, 19].
Như vậy, trong quá trình xử lý mẫu ở đây cũng có thể có các phản ứng hóa học
xảy ra như phản ứng oxy hóa khử, phản ứng thủy phân, phản ứng tạo phức, phản
ứng hòa tan, kết tủa...của các phân tử chất mẫu với các axit dùng để phân hủy mẫu
và các chất có trong mẫu với nhau. Trong đó, quá trình chính, phụ được quyết định
bởi thành phần chất nền, bản chất của chất mẫu.
1.7. Tác nhân vô cơ hoá
Khi xử lý mẫu bằng phương pháp vô cơ hoá việc lựa chọn tác nhân vô cơ phải
căn cứ vào khả năng, đặc tính oxi hoá của thuốc thử và đối tượng mẫu. Một số tác
nhân vô cơ hoá mẫu thường sử dụng như sau:
+ Axit nitric (HNO3) là chất được sử dụng rộng rãi nhất để vô cơ hoá mẫu.
Đây là tác nhân vô cơ hoá dùng để giải phóng nhanh vết nguyên tố từ các mẫu sinh
học và thực vật dưới dạng muối nitrit dễ tan. Điểm sôi axit nitric ở áp xuất khí
quyển là 1200C, lúc đó sẽ ion hoá toàn bộ các chất hữu cơ trong mẫu phân tích và
giải phóng kim loại dưới dạng ion. Loại mẫu được áp dụng chủ yếu là các mẫu hữu
cơ như: nước giải khát, protein, chất béo, nguyên liệu thực vật, nước thải, một số
sắc tố polyme và các mẫu phân tích [14, 17].
+ Axit sunfuaric (H2SO4) là chất có tính oxi hoá mạnh, có nhiệt độ sôi là
3390C. Khi kết hợp với axit nitric sẽ có khả năng phá huỷ hoàn toàn hầu hết các hợp
chất hữu cơ. Nếu sử dụng lò vi sóng thì phải vô cơ hoá trước trong cốc thuỷ tinh
hay thạch anh và giám sát quá trình tăng nhiệt độ của lò. Loại mẫu áp dụng: mẫu
hữu cơ, oxit vô cơ, hidroxit, hợp kim, kim loại và quặng…[14, 17].
1.8. Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế
Hiện nay ở Việt Nam các nghiên cứu về phân tích hàm lượng các kim loại
nặng trong các cây thuốc dân gian còn rất ít. Chưa có công trình nào nghiên cứu
một cách hệ thống các kim loại nặng trong cây thuốc dân gian bằng phương pháp
ICP-MS. Do đó thông tin toàn diện về phân tích và đánh giá hàm lượng các kim loại
nặng trong cây thảo dược tại Việt nam hiện nay hầu như chưa có. Sự ô nhiễm các
kim loại nặng trong các phương thuốc thảo dược đã được báo cáo ở các nước Châu
20
Á, Nam Mỹ và Châu Phi. Tuy nhiên, ở Việt Nam, có rất ít các thông tin về sự an
toàn của thảo dược và các sản phẩm từ thảo dược có bán trên thị trường. Sau đây là
một số đề tài nghiên cứu về ảnh hưởng của kim loại nặng đến sức khỏe con người
của các nước trên thế giới cũng như Việt Nam.
Tác giả Nguyễn Thị Nga đã xác định 11 kim loại nặng: Cu, Cd, Pb, Hg... trong
các mẫu rau, củ, quả và mẫu thịt bằng phương pháp ICPMS. Kết quả phân tích cho
thấy Pb và Hg là 2 kim loại nhiễm ở nhiều mẫu nhất so với các kim loại khác [ 21].
Tống Minh Tuấn luận văn thạc sĩ 2017 của đại học khoa học - đại học Thái
Nguyên đã phân tích các kim loại nặng trong cây Mã Đề bằng phương pháp ICP -
MS’’ phân tích kim loại nặng Zn, Cd, Pb...trong cây Mã Đề [29].
Vũ Đình Tuấn, Phạm Quang Hà (2003), cũng đã điều tra hiện trạng kim loại
nặng trong đất và cây rau vùng ngoại thành Hà Nội, kết quả cho thấy: lượng Pb
trong 13 mẫu rau và lượng Cd trong 11 mẫu rau trồng tại Từ Liêm đặc biệt là nhóm
rau gia vị và rau ăn lá nấu chín (tía tô, mùi, hành, tỏi, kinh giới, rau ngót, cải ngọt,
mồng tơi...), vượt khỏi tiêu chuẩn cho phép của Việt Nam [31].
Năm 2006, Nguyễn Thị Ngọc Ẩn, Dương Thị Bích Huệ, Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM với đề tài “Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng
trong rau xanh ở ngoại ô Tp HCM” đã cho thấy một số kết quả như sau: Mẫu có
hàm lượng Cu (theo TCVN) cao hơn các mẫu khác là ở xã Đông Thạnh, huyện Hóc
Môn (6,963 mg/kg); mẫu có hàm lượng Cd (theo TCVN) cao hơn các mẫu khác
như mẫu ở xã Đa Phước, huyện Bình Chánh hàm lượng 118,40 µg/kg và mẫu ở xã
Tân Thông Hội, huyện Củ Chi hàm lượng 109,78 µg/kg [1].
Phạm Ngọc Thụy và các cộng sự (2006) đã điều tra hiện trạng về Pb, Hg,
As, Cd trong đất nước và một số rau trồng ở khu vực Đông Anh, Hà Nội. Kết quả
điều tra cho thấy một số mẫu rau như xà lách, rau muống, cải cúc, cải bắp, cải ngọt,
hành hoa, cải thảo... bị ô nhiễm Pb và Cd [28].
Mulaudzi R.B. và các cộng sự đã dùng phương pháp ICP- MS để xác định
hàm lượng các kim loại trong 05 loại hỗn hợp thuốc thảo dược [36].
Yishu Peng và các cộng sự đã phân tích kim loại nặng As, Cd, Cu, Hg và Pb hoa
Bụt giấm ở quận Wudang tỉnh Quý Châu, phía Tây Nam Trung Quốc bằng phương pháp
phổ phát xạ (ICP-AES) và phổ khối phổ plasma cảm ứng (ICP-MS) [37].
21
Chương 2
THỰC NGHIỆM
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định hàm lượng tổng số của các kim loại Cd, Cu và Pb trong lá cây Ngải
cứu bằng phương pháp ICP-MS.
2.2. Đối tượng, và phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận văn này là phân tích hàm lượng các kim loại
nặng Cd, Cu và Pb trong mẫu cây Ngải cứu được lấy tại các địa điểm khác nhau:
Thái Nguyên, Bắc Kạn, Quảng Ninh, Hòa Bình.
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu tài liệu
Thu thập, nghiên cứu và phân tích, kế thừa các tài liệu đã có về phương pháp
phân hủy xác định cadimi, đồng và chì trong mẫu cây Ngải cứu.
Phương pháp nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích Cd, Cu và Pb trong
mẫu cây Ngải cứu.
Phương pháp nghiên cứu hàm lượng tổng kim loại trong cây Ngải cứu bằng
phương pháp ICP-MS bao gồm 2 phần chính là quy trình phân hủy mẫu cây Ngải
cứu và quy trình phân tích mẫu trên thiết bị ICP-MS.
Phương pháp xử lí số liệu
Sử dụng các thuật toán để tính toán kết quả phân tích và sử dụng phần
mềm excel.
2.3. Thiết bị, hóa chất
2.3.1. Thiết bị, dụng cụ
- Bình định mức bằng nhựa 50 mL.
- Pipet
- Tủ sấy Memmert
- Cân phân tích
- Thiết bị lò vi sóng Anton paar
- Thiết bị ICP - MS Perkin Elmer
22
2.3.2. Hóa chất
- Dung dịch axit HNO3 65% (Merck)
- Nước cất
- Nước Đề ion
2.3.3. Thiết bị phân hủy mẫu và phân tích mẫu
2.3.3.1. Thiết bị phân hủy mẫu
Hệ phân hủy mẫu bằng lò vi sóng Anton Paar với công suất 2000w có ưu
điểm: Phá mẫu ở nhiệt độ cao, áp suất lớn, phá nhanh và đồng thời nhiều mẫu, độ
sạch cao, dễ sử dụng, có một màn hình cảm ứng màu rộng để vận hành được thuận
tiện, dễ dàng đọc kết quả từ một khoảng cách xa.
.
Hình 2.1. Lò vi sóng Anton Paar
Lò vi sóng có các ống phá mẫu bằng teflon có xuất xứ ở Úc có thể chịu được
nhiệt độ, áp suất lớn.
23
Hình 2.2. Ống teflon
2.3.3.2. Thiết bị phân tích mẫu
Thiết bị ICP-MS Perkin Elmer với hệ từ trường bát cực, sử dụng nguồn năng
lượng cao tần cho quá trình hóa hơi và ion hóa tất cả các nguyên tử với hiệu suất
cao và ổn định.
Hệ máy đo ICP-MS bao gồm các bộ phận chính sau:
- Nguồn ion plasma
- Bộ quang học ion (tứ cực)
- Thiết bị đo phổ khối lượng - tứ cực
- Bộ lấy mẫu tự động (ống và dây hút mẫu)
- Bộ sol hóa mẫu bằng sóng siêu âm trước khi đưa mẫu vào buồng plasma. Hệ
này giúp cho quá trình làm giàu mẫu lên nhiều lần tăng khả năng phát hiện.
- Buồng chân không và hệ lọc khối (trường tứ cực và các thấu kính điện từ ion)
- Vùng ghép nối
- Máy tính
Ngoài ra còn có máy lạnh tuần hoàn và hệ thống quạt hút, ống đựng chất thải.
24
Hình 2.3. Thiết bị ICP-MS Perkin Elmer
2.4. Lấy mẫu và xử lí mẫu
2.4.1. Lấy mẫu
Cây Ngải cứu được lấy ở các địa điểm khác nhau (khu công nghiệp Điềm
Thụy - Thái Nguyên, Khu công nghiệp Yên Bình -Sam sung - Thái Nguyên, Khu
công Nghiệp Thanh Bình - Bắc Kạn), Quảng Ninh, Hòa Bình, Bắc Kạn, Thái
Nguyên. Sau khi lấy được đựng trong túi nilon sạch và được mang về phòng thí
nghiệm bảo quản. Các thông tin về thời gian và địa điểm lấy mẫu được thể hiện ở
bảng 2.1
Bảng 2.1. Thời gian, địa điểm lấy và kí hiệu các mẫu Ngải cứu
STT Thời gian lấy mẫu
Địa điểm lấy mẫu
Ngày 10/1/2018 Ngày 12/3/2018
1 2
Đồng Đò - Bình Triều-Đông Triều-Quảng Ninh Trại Dọc - Bình Triều - Đông Triều- Quảng Ninh
Kí hiệu mẫu NC1 NC2
Ngày 12/3/2018 Ngày 13/1/2018
3 4
Trại Thông -Bình Triều-Đông Triều- Quảng Ninh Mãn Đức - Tân Lạc - Hòa Bình
NC3 NC4
Ngày 16/11/2017
5
NC5
Sau trường THPT Ba Bể - Bắc Kạn Khu công nghiệp Sam Sung - Phổ Yên-Thái
Ngày 3/3/2018
6
NC6
Nguyên (ven đường cách khu công nghiệp 100m) Khu công nghiệp Thanh Bình - Chợ Mới-Bắc Kạn
Ngày 3/3/2018
7
NC7
Ngày 3/3/2018
8
NC8
(trước cửa nhà máy xử lí nước thải của KCN) Khu công nghiệp Điềm Thụy -Phú Bình-Thái Nguyên (lấy hộ dân trồng cách khu công nghiệp 50m)
25
2.4.2. Đặc điểm về các khu vực lấy mẫu
Khu công nghiệp Điềm Thụy - Phú Bình - Thái Nguyên : Mẫu lấy tại nhà
dân cách khu công nghiệp 50 m. Xung quanh nơi lấy mẫu là các công ty hoạt động
về lĩnh vực điện tử, bao bì... và nhà máy xử lý nước thải của khu công nghiệp. Các
nhà máy này đều có hệ thống xử lí các chất thải nghiêm ngặt trước khi chúng được
đưa ra ngoài môi trường.
Khu công nghiệp Sam Sung - Phổ Yên - Thái Nguyên: Mẫu được lấy ở ven
đường cách khu công nghiệp 100m. Xung quanh chỗ lấy mẫu có rất nhiều rác thải
từ khu công nghiệp, hàng quán ăn uống thải ra.
Khu công nghiệp Thanh Bình - Chợ Mới - Bắc Kạn: xung quanh nơi lấy mẫu
có một số công ty về khoáng sản, gỗ, chi nhánh nhỏ của Sam Sung....địa điểm lấy
mẫu là trước cửa nhà máy xử lí nước thải của cả khu công nghiệp. Hệ thống xử lí
các chất thải nghiêm ngặt trước khi chúng được đưa vào môi trường.
Trường THPT Ba Bể - Ba Bể - Bắc Kạn: Mẫu lấy ngay sau trường cạnh chỗ
cống thoát nước của phòng thí nghiệm bộ môn Lý - Hóa - Sinh của trường học.
Khu dân cư tại Quảng Ninh: Mẫu được lấy tại các nơi gần trường học, nơi
sinh sống của người dân. Có mẫu được lấy tại khu vực gần đường quốc lộ, nơi có
rất nhiều các phương tiện qua lại như xe tải chở than, container, ô tô…
Khu dân cư Hòa Bình: Mẫu được lấy gần nơi sinh sống của người dân.
2.4.3. Quy trình xử lí mẫu
2.4.3.1. Nghiền mẫu
Cây Ngải cứu sau khi được lấy, rửa sạch bằng nước cất sau đó được phơi
khô tự nhiên ở 40-500C và chuyển vào túi nhựa có gắn mép để bảo quản. Sau
khi được đưa về phòng thí nghiệm mẫu được sấy khô ở 1050C trong khoảng 2
tiếng đồng hồ đến khi khối lượng không đổi. Các mẫu cây khô sau đó được
nghiền bằng máy xay, chuyển ra các túi nhựa có gắn mép đã được đánh dấu
tương ứng với các kí hiệu mẫu.
2.4.3.2. Phá mẫu
- Chuẩn bị thuyền cân và ghi tên mẫu, cân lần lượt khoảng 0,2g mẫu đã
nghiền, để riêng, lượng mẫu còn thừa có thể bảo quản trong túi nilon.
26
- Cho mỗi một lượng mẫu vừa cân vào mỗi ống teflon đã được đánh dấu tương
ứng. Thêm vào mỗi ống 6 mL HNO3 65%. Đậy nắp các ống lại và cho các ống đó
vào lò vi sóng để phá mẫu khoảng 30 phút, để nguội khoảng trong 20 phút, lấy các
ống ra, mở nắp từ từ cho khí thoát ra ngoài.
- Định mức: Chuyển dung dịch từ ống teflon ra các bình định mức 50mL, lấy
nước Đề ion tráng nắp và ống Teflon 3 lần (nước tráng đó cũng chuyển vào bình
định mức tránh hiện tượng mất mẫu), định mức đến vạch bằng nước khử ion.
2.4.3.3. Đo bằng máy ICP - MS
- Đem các mẫu được đánh dấu đi đo để xác định hàm lượng cadimi, đồng và
chì bằng phương pháp phổ khối plasma cao tần cảm ứng (ICP-MS).
2.5. Xây dựng đường chuẩn của các nguyên tố Cd, Pb
2.5.1. Pha hóa chất
Đường chuẩn của các nguyên tố kim loại được lập theo bảng dưới bằng cách
pha loãng chất chuẩn gốc các kim loại bằng axit HNO3 1%
- Giai đoạn 1 (dung dịch (1)): Pha dung dịch hỗn hợp các chất chuẩn có nồng
độ 100 mg/L ra nồng độ 500 µg/L từ dung dịch chất chuẩn
Hút 0,25 mL dung dịch chuẩn Cd nồng độ 100 mg/L , hút 0,25 mL dung
dịch chuẩn Cu nồng độ 100mg/L và hút 0,25 mL dung dịch chuẩn Pb nồng độ 100
1% tới vạch mức. Ta được hỗn
mg/L cho vào bình định mức 50 mL (bình 1).
Định mức bình 1 bằng dung dịch axit HNO3
hợp dung dịch có nồng độ 500 µg/L cho các kim loại Cd, Cu và Pb.
- Giai đoạn 2: Pha dung dịch chuẩn có nồng độ từ 0 - 50 µg/L. Từ dung dịch
(1) ta pha các dung dịch có nồng độ 1 µg/L , 5 µg/L, 10 µg/L, 25 µg/L, 50 µg/L.
Thể tích các dung dịch chuẩn cần lấy và định mức theo như bảng 2.2
27
Bảng 2.2. Nồng độ các dung dịch chuẩn cần hút và định mức
Nồng độ (µg/L) 1 5 10 25 50
V hút (mL) 0,02 0,1 0,2 0,5 1
Định mức bằng hỗn hợp dung dịch HNO3 1%
10 10 10 10 10 V định mức (mL)
2.5.2. Phương pháp xử lí kết quả phân tích theo phương pháp đường chuẩn
Các công thức tính toán
- Hàm lượng chất cần phân tích được tính theo công thức:
(mg/kg)
Trong đó:
CMay là độ hấp thụ đo được trên máy tương ứng với nồng độ µg/L của mẫu thử;
Cblank là độ hấp thụ đo được trên máy tương ứng với nồng độ µg/L của mẫu trắng;
K là hệ số pha loãng mẫu (K=1)
V là thể tích cuối sau khi phá mẫu và định mức (V=0,05L)
mMau là khối lượng mẫu thử
1000 là hệ số chuyển đổi từ µg/kg sang mg/kg
Sử dụng các công thức thống kê trong hoá học để xử lý các kết quả thực nghiệm
- Trung bình cộng: Xtb =
- Độ lệch chuẩn :
- Giới hạn phát hiện: LOD =
28
- Giới hạn định lượng: LOQ =
2.6. Phân tích mẫu
Sau khi xử lý mẫu như ở mục 2.4.3, các mẫu phân tích được phân tích hàm
lượng của các kim loại Cd, Cu và Pb bằng phương pháp ICP-MS. Kết quả thu được
được xử lý thống kê và dùng để tính hàm lượng các kim loại Cd, Cu và Pb trong các
mẫu cây Ngải cứu đã phân tích.
29
Chương 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Các điều kiện phân tích Cu, Pb Cd bằng ICP-MS
3.1.1. Các điều kiện phá mẫu của lò vi sóng
Chúng tôi đã tiến hành đo 8 lần và lựa chọn được các điều kiện tối ưu của lò vi
sóng để phá mẫu cây Ngải cứu như trong bảng 3.1.
Bảng 3.1. Các thông số của lò vi sóng phá mẫu
1 Công suất ~2000W
2 Nâng nhiệt độ lên 1800C
3 Thời gian giữ nhiệt 10 phút
4 Làm mát ở nhiệt độ 700C ( khoảng 20 phút)
3.1.2. Các điều kiện đo Cd, Cu và Pb của thiết bị ICP-MS
Chúng tôi đã tiến hành đo 8 lần và lựa chọn được các điều kiện tối ưu để đo
bằng phương pháp ICP - MS của kim loại nặng Cd, Cu và Pb. Kết quả được thể
hiện ở bảng 3.2.
Bảng 3.2. Các điều kiện đo của máy ICP-MS để xác định hàm lượng Cd, Cu, Pb
Công suất cao tần ~1600W
Tốc độ dòng khí tạo plasma ~15L/min
Tốc độ khí phụ trợ ~1,2L/min
Tốc độ khí phun sương ~1L/min
Thời gian dừng lại ~0,5 ms
3.1.3. Chọn đồng vị phân tích
Trong tự nhiên, các nguyên tố hóa học thường có một số đồng vị. Trong phép
phân tích ICP-MS người ta thường chọn đồng vị dựa trên ba tiêu chí:
- Phải là một trong những đồng vị phổ biến nhất trong tự nhiên
- Ảnh hưởng bởi sự chèn khối phải không có hoặc bé nhất.
- Sự hiệu chỉnh ảnh hưởng của các mảnh ion oxit phải đơn giản và càng ít
bước càng tốt.
30
Sau khi nghiên cứu, ta chọn được các đồng vị của Cd, Cu và Pb như trong
bảng 3.3.
Bảng 3.3. Tỷ số khối lượng/điện tích (M/Z) của các kim loại cần phân tích
STT Nguyên tố Kí hiệu M/Z
1 Cadimi Cd 111
2 Đồng Cu 65
3 Chì Pb 208
3.2. Đường chuẩn của Cd, Cu và Pb.
Tiến hành khảo sát độ tuyến tính trong khoảng nồng độ từ 0 - 50 µg/L của
các nguyên tố Cd, Cu và Pb thì thu được kết quả trong bảng 3.4.
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát độ tuyến tính của các nguyên tố
Cường độ tín hiệu (cps) Nồng Độ
(μg/L) Cd Cu Pb
1 10784,7 1692,8 43306,2
5 54925,7 7556,8 205355,5
10 108260,0 14725,6 398186,9
25 261355,6 36234,6 950539,1
50 491851,2 70595,7 1691529,4
Cps: cường độ tín hiệu (count/second)
3.2.1. Đường chuẩn của Cd
Tiến hành dựng đường chuẩn của Cd, đo tín hiệu của các dung dịch chuẩn
tương ứng có nồng độ từ 0-50 µg/L. Sau khi đo và xử lí kết quả ta thu được đường
chuẩn của Cd như trong hình 3.1.
31
Hình 3.1. Đường chuẩn của Cd
Dựa vào phần mềm excel tính được các giá trị như trong bảng 3.5.
Bảng 3.5. Các thông số và giá trị của đường chuẩn của Cd
Thông số A B R P SD N
Giá trị 9794,2 7180,5 0,9989 <0.0001 0,0000 5
Giới hạn phát hiện LOD hay giới hạn định tính được định nghĩa là nồng độ
nhỏ nhất của chất phân tích mà thiết bị phân tích còn cho tín hiệu phân tích khác với
tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu nền.
Giới hạn phát hiện (LOD) của Cd = = 0,0003 (µg/L)
Giới hạn định lượng LOQ là nồng độ nhỏ nhất mà thiết bị đo cho phép định
lượng được với độ chính xác trên 95%.
Giới hạn định lượng (LOQ) của Cd = = 0,0004 (µg/L)
3.2.2. Đường chuẩn của Cu
Tiến hành dựng đường chuẩn của Cu, đo tín hiệu của các dung dịch chuẩn
tương ứng có nồng độ từ 0-50 µg/L. Sau khi đo và xử lí kết quả ta thu được đường
chuẩn của Cu như trong hình 3.2.
32
Hình 3.2. Đường chuẩn của Cu
Dựa vào phần mềm excel tính được các giá trị như trong bảng 3.6.
Bảng 3.6. Các thông số và giá trị của đường chuẩn của Cu
Thông số A B R P SD N
Giá trị 1405,6 587,3 0,9999 <0.0001 0,0001 5
Giới hạn phát hiện (LOD) của Cu = = 0,0012 (µg/L)
Giới hạn định lượng (LOQ) của Cu = = 0,0017 (µg/L)
3.2.3. Đường chuẩn của Pb
Tiến hành dựng đường chuẩn của Pb, đo tín hiệu của các dung dịch chuẩn
tương ứng có nồng độ từ 0-50 µg/L. Sau khi đo và xử lí kết quả ta thu được đường
chuẩn của Pb như trong hình 3.3.
33
Hình 3.3. Đường chuẩn của Pb
Dựa vào phần mềm excel tính được các giá trị như trong bảng 3.7
Bảng 3.7. Các thông số và giá trị của đường chuẩn của Pb
SD Thông số A B R N P
Giá trị 33568 46853 0,9961 <0.0001 5 0,0002
Giới hạn phát hiện (LOD) của Pb = = 0,0137 (µg/L)
Giới hạn định lượng (LOQ) của Pb = = 0,0152 (µg/L)
Từ hình 3.1, 3.2, 3.3 cho thấy các phương trình đường chuẩn đều có hệ số
tương quan R rất tốt lần lượt là 0,9989 và và 0,9999 và 09961 đối với Cd, Cu và
Pb. Điều đó cho thấy đường chuẩn có độ tuyến tính rất tốt và khoảng tuyến tính
rộng từ 0-50 µg/L.
Kết quả tính LOD và LOQ của các nguyên tố được tóm tắt ở bảng 10
như sau:
Bảng 3.8. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ)
Nguyên tố
Cd Cu Pb Giới hạn phát hiện (LOD) (ppb) 0,0003 0,0012 0,0137 Giới hạn định lượng (LOQ) (ppb) 0,0004 0,0017 0,0152
34
3.3. Kết quả xác định hàm lượng các kim loại Cd, Cu và Pb trong các mẫu cây
Ngải cứu
Sau khi đo thực nghiệm và xử lí kết quả, ta thu được bảng 3.9 là hàm lượng
các kim loại Cd, Cu và Pb có trong các mẫu cây Ngải cứu.
Bảng 3.9. Kết quả xác định hàm lượng của Cd, Cu và Pb
trong các mẫu lá cây Ngải cứu
STT Kí hiệu mẫu Cd (mg/kg) Cu (mg/kg) Pb (mg/kg)
1 NC1 12,581 0,613 0,183
2 NC2 9,325 0,870 0,068
3 NC3 9,951 0,247 0,105
4 NC4 11,648 0,509 0,108
5 NC5 22,237 0,977 0,205
6 NC6 14,067 2,924 0,209
7 NC7 15,054 3,294 0,171
8 NC8 16,398 2,872 0,244
Từ bảng 3.9 cho ta thấy hàm lượng Cadimi trong các mẫu lá cây Ngải cứu là
từ 0,068 - 0,244 (mg/kg). Các giá trị đo được đều cao hơn giá trị LOD và LOQ của
đường chuẩn xác định Cd.
Hàm lượng Đồng trong mẫu lá là 9,325 - 22,237 (mg/kg. Các giá trị đều cao
hơn LOD và LOQ của đường chuẩn xác định Cu.
Từ bảng 3.9 cho ta thấy hàm lượng Chì trong các mẫu là 0,247- 3,294 (mg/kg).
Hàm lượng tổng số của Cu, Pb, Cd trong cây Ngải theo thứ tự như sau Cu > Pb>
Cd. Thứ tự này giống với kết quả của các nghiên cứu về hàm lượng các kim loại
nặng trong cây thảo dược [35, 36, 37].
Sự khác nhau về hàm lượng của Cd, Cu và Pb giữa các mẫu có thể được giải
thích do ở các địa điểm các lấy mẫu có sự khác nhau về môi trường đất, môi trường
35
nước, môi trường không khí, ngoài ra còn có điều kiện thời tiết và thời gian lấy mẫu
cũng khác nhau.
Đối với Cd, mẫu cây NC8 (lấy gần khu công nghiệp Điềm Thụy - Phú Bình
- Thái Nguyên) có hàm lượng Cd cao nhất (0,244 mg/kg) có thể do môi trường
đất, môi trường nước tại địa điểm lấy mẫu NC8 bị ô nhiễm kim loại Cd. Ngược
lại, mẫu cây NC2 (lấy tại Trại Dọc - Bình Khê- Đông Triều - Quảng Ninh) lại có
hàm lượng Cd thấp nhất (0,068 mg/kg).
Đối với Cu, mẫu cây NC5 (lấy sau trường THPT Ba Bể - Bắc Kạn) có hàm
lượng Cu cao nhất (22,237 mg/kg) do mẫu cây Ngải cứu lấy ngay cạnh cống
nước thải của phòng thí nghiệm bộ môn Lý - Hóa - Sinh của trường THPT Ba Bể
Nên có thể làm cho môi trường đất, môi trường nước tại địa điểm lấy mẫu bị
nhiễm Cu. Ngược lại, mẫu cây NC2 (lấy tại Trại Dọc - Bình Khê- Đông Triều -
Quảng Ninh) lại có hàm lượng Cu thấp nhất (9,325 mg/kg).
Đối với Pb, mẫu cây có hàm lượng Pb cao nhất (3,294 mg/kg) là mẫu NC7
(lấy tại trước cửa nhà máy xử lí nước thải của khu công nghiệp Thanh Bình - Chợ
Mới - Bắc Kạn) do mẫu nghiên cứu được lấy trước cửa nhà máy xử lí nước thải của
khu công nghiệp, có thể do môi trường đất, môi trường nước tại đây có hàm lượng
Pb cao nhất trong các địa điểm ta lấy mẫu. Mẫu cây NC3 (lấy tại Trại Thông - Bình
Khê - Đông Triều - Quảng Ninh) có hàm lượng Pb thấp nhất (0,247 mg/kg).
Hàm lượng các kim loại so với các giới hạn cho phép của các kim loại nặng
trong cây thảo dược (tiêu chuẩn của WHO và tiêu chuẩn của Singapore [38] được
biểu diễn dưới hình 3.4, 3.5 và 3.6 như sau:
36
Hình 3.4. Hàm lượng của Cd trong mẫu cây Ngải cứu và giới hạn
theo quy chuẩn cho phép của WHO
Hình 3.5. Hàm lượng của Cu trong mẫu cây Ngải cứu và giới hạn
cho phép theo quy chuẩn của Singapore
37
Hình 3.6. Hàm lượng của Pb trong mẫu cây Ngải cứu và giới hạn
theo quy chuẩn cho phép của WHO
Theo tiêu chuẩn của WHO thì giới hạn cho phép của hàm lượng Cd và Pb trong
cây thảo dược lần lượt là 0,03 (mg/kg) với Cd và 10 (mg/kg) với Pb. Theo tiêu chuẩn
của Singapore thì giới hạn cho phép của hàm lượng Cu là 150 (ppm). [38].
Từ hình 3.4 cho thấy hàm lượng Cadimi từ 0,068 - 0,244 (mg/kg) trong các
mẫu phân tích đều trong giới hạn cho phép theo QC WHO.
Từ hình 3.5 cho thấy hàm lượng Đồng từ là 9,325 - 22,237 (ppm) trong các
mẫu phân tích đều trong giới hạn cho phép quả QC Singapore.
Từ hình 3.6 cho thấy hàm lượng Chì từ 0,247- 3,294 (mg/kg), thì tất cả đều
trong giới hạn cho phép của QC WHO.
38
KẾT LUẬN
Trên cơ sở nghiên cứu phương pháp và qua quá trình thực hiện xác định hàm
lượng Cd, Cu và Pb trong cây ngải cứu bằng phương pháp ICP-MS, tôi đã thu được
kết quả như sau:
1. Đã chọn được các điều kiện thực nghiệm phù hợp cho việc xác định Cd,
Cu và Pb bằng phép đo phổ khối nguyên tử ICP-MS.
2. Xây dựng được đường chuẩn Cd, Cu và Pb. Trong khoảng nồng độ từ 0 -
50(µg/L).
3. Xác định được giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phép đo.
4. Chọn được các điều kiện phù hợp để xử lý mẫu cây.
5. Đã áp dụng phương pháp đường chuẩn để xác định hàm lượng các kim
loại Cd, Cu và Pb trong 8 mẫu cây Ngải cứu. Hàm lượng Cadimi từ 0,068 - 0,244
(mg/kg); hàm lượng Đồng từ là 9,325 - 22,237 (mg/kg); hàm lượng Chì từ 0,247-
3,294 (mg/kg).
6. Các mẫu cây đem phân tích đều có hàm lượng Cd, Pb nằm trong giới
hạn cho phép của tiêu chuẩn theo WHO và hàm lượng Cu nằm trong giới hạn
cho phép của tiêu chuẩn Singapore về hàm lượng Cd, Cu và Pb trong các loại
cây thuốc thảo dược.
Đề xuất: Chúng tôi mới chỉ nghiên cứu trực tiếp đối với một số kim loại
nặng như Cd, Cu và Pb trong một số mẫu cây Ngải cứu. Tuy nhiên trong thành phần
của cây vẫn còn một số kim loại nặng khác như Hg, As, Ni... mà luận văn này chưa
đề cập đến được. Hướng nghiên cứu tiếp theo của chúng tôi là sẽ xác định hàm lượng
của cả các nguyên tố khác như Hg, As, Ni... trong nhiều mẫu cây Ngải cứu hơn nữa
để có một số lượng mẫu đủ lớn để có thể cung cấp đầy đủ và khách quan hơn các
thông tin về hàm lượng của các nguyên tố kim loại nặng trong cây Ngải cứu.
39
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Thị Ngọc Ẩn, Dương Thị Bích Huệ, “Hiện trạng ô nhiễm rau xanh ở ngoại ô
thành phố Hồ Chí Minh”, tạp chí phát triển KH & CN, tập 10, số 01, (2007).
2. Lê Huy Bá, Sinh thái môi trường học cơ bản, NXB ĐH Quốc gia thành phố Hồ
Chí Minh, (2005).
3. Lê Huy Bá, Độc học môi trường, NXB ĐH Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, (2006).
4. Lê Huy Bá, Độc học môi trường cơ bản, NXB ĐH Quốc gia TP. HCM, (2008).
5. Đỗ huy Bích và cộng sự, Cây thuốc và động vật làm thuốc, NXB khoa học và kĩ
thuật Hà Nội, (2004)
6. Cây thuốc và động vật làm thuốc ở Việt Nam, tập 2, NXB khoa học kĩ thuật.
7. Vũ Đăng Độ, Hóa sinh vô cơ, Đại học tổng hợp Hà Nội, (1993).
8. Lê Thị Hợp, Dinh dưỡng ở Việt Nam mấy vấn đề thời sự nhà xuất bản Y học, (2012)
9. Trần Tứ Hiếu, Lê Hồng Minh, Nguyễn Viết Thức, “Xác định lượng vết kim loại
nặng trong các loài trai, ốc Hồ Tây - Hà Nội bằng phương pháp ICP-MS”, tạp
chí phân tích hóa, lý và sinh học, tập 13, số 2, trang 111 - 115. (2008)
10. Vũ Duy Hùng, 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, Luận
văn thạc sĩ khoa học, Đại học sư phạm - Đại học Thái Nguyên, (2015)
11. Trần Chương Huyến, Từ Vọng Nghi, Phạm Luận, Một số phương pháp phân
tích điện hóa hiện đại, ĐH tổng hợp Hà Nội, (1990).
12. Lương Thị Loan, Xây dựng quy trình xác định đồng, chì, cadimi trong mẫu
huyết thanh bằng phương pháp quang phổ plasma ghép nối khổ ICP - MS, Luận
văn thạc sĩ khoa học trường ĐHKH - Đại học Quốc Gia Hà Nội, (2009).
13. Đỗ Tất Lợi, Những cây thuốc và vị thuốc Việt Nam, NXB y học, (2009).
14. Phạm Luận, Các phương pháp và kỹ thuật chuẩn bị mẫu phân tích, ĐHKHTN -
ĐHQGHN, (2000).
15. Phạm Luận, Cơ sở lý thuyết của phương pháp phân tích phổ khối lượng nguyên
tử phép đo ICP - MS, (1998).
40
16. Phạm Luận, Giáo trình hướng dẫn về những vấn đề cơ sở của các kỹ thuật xử lý
mẫu phân tích, phần 1: những vấn đề chung, ĐHKHTN - ĐHQGHN, (2006)
17. Phạm Luận, Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, NXB bách khoa Hà
Nội, (2014).
18. Phạm Luận, Quy trình phân tích các kim loại nặng độ hại trong thực phẩm tươi
sống, Đại học tổng hợp Hà Nội.
19. Hà Tiến Lượng (2014), Phân tích và xác định hàm lượng Pd, Cd và Zn trong
sữa bằng phương pháp pha loãng đồng vị ICP -MS, Luận văn thạc sĩ khoa học
trường đại học khoa học tự nhiên Hà Nội.
20. Lê Hồng Minh (2012), Nghiên cứu và xác định thành phần Đồng vị của một số
nguyên tố có ứng dụng trong địa chất bằng phương pháp ICP - MS, Luận án tiến
sĩ hóa học viện năng lượng nguyên tử Việt Nam.
21. Nguyễn Thị Nga (2012), Xác định kim loại nặng trong thực phẩm bằng phương
pháp phổ khối lượng cao tần cảm ứng plasma (ICPMS), Luận văn thạc sỹ khoa
học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội
22. Hoàng Nhâm, Hóa học vô cơ, tập 3, NXB Giáo dục, (2004)
23. Dương Trọng Phỉ và CTV, Nghiên cứu sự ô nhiễm một số kim loại nguy hại
trong phân bón hóa học, đất canh tác, nguồn nước và rau tại tỉnh Khánh Hòa,
Viện Paustuer Nha Trang, (2003 -2005)
24. Hồ Viết Quý, Các phương pháp phân tích công cụ trong hóa học hiện đại, NXB
Đại học sư phạm Hà Nội, (2008)
25. Trịnh Thị Thanh, Độc học môi trường và sức khỏe con người, NXB Đại học
quốc gia Hà Nội, (2001).
26. Tạ Thị Thảo, Nguyễn Văn Huấn, “Ứng dụng phương pháp khối phổ cao tần cảm
ứng (ICP-MS) để phân tích đánh giá hàm lượng kim loại nặng trong một số cây
thuốc nam và đất trồng cây thuốc”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học, tập
15, số 4, trang 223-229, (2010).
27. Mai Diệu Thúy, Xác định hàm lượng Pb, Cd thuốc đông y bằng phương
pháp qquang phổ hấp thụ nguyên tử không ngon lửa (GF-AAS), Luận văn
thạc sỹ khoa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia
Hà Nội, (2011).
41
28. Phạm Ngọc Thụy, Nguyễn Đình Mạnh, Đinh Văn Hùng, Nguyễn Viết Tùng,
Ngô Xuân Mạnh, và CTV (2006). “Hiện trạng về kim loại nặng (Hg, As, Pb, Cd)
trong đất, nước và một số rau trồng trên khu vực huyện Đông Anh - Hà Nội.
29. Huỳnh Văn Trung, Nguyễn Xuân Tiến, Đặng Kim Tại (2012), “Nghiên cứu và
đánh giá hàm lượng các kim loại trong gạo bằng phương pháp ICP -MS để xác
định nguồn gốc địa lý của chúng”, Tạp chí phân tích hóa, lý và sinh học, tập 17,
số 2, trang 19-25.
30. Tống Minh Tuấn, luận văn thạc sĩ, Phân tích hàm lượng kim loại nặng trong cây
Mã đề bằng phương pháp ICP-MS, (2017)
31. Vũ Đình Tuấn, Phạm Quang Hà (2003), "KLN trong đất và cây rau ở một số vùng
ngoại thành Hà Nội", Tạp chí khoa học đất số 20 - năm 2004, trang 141 - 147
32. Lê Ngọc Tú, Độc tố và an toàn thực phẩm, NXB Khoa học kĩ thuật, (2006)
33. Nguyễn Đức Vận, Hóa vô cơ tập 2, Các kim loại điển hình, NXB khoa học kĩ
thuật Hà Nội.
34.Angeline M.Stoyanova, (2004), “Determination of Cr(VI) by a Catalytic
Spectrometic Method in the presence of p-Aminobenzoic acid”, Turk.J.Biochem,
Volume 29, pp. 367-375.
35.Anna Filipiak-Szok, Marzanna Kurzawa, Edward Szłyk, (2015), ‘’Determination
of toxic metals by ICP-MS in Asiatic and European medicinal plants and dietary
supplements’’, Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, volume 30,
pages 54 - 58.
36. R.B. Mulaudzi, T.E. Tshikalange, J.O. Olowoyo , S.O. Amoo , C.P. Du Plooy
(2017). “Antimicrobial activity, cytotoxicity evaluation and heavy metal content
of five commonly used South African herbal mixtures’’, South African Journal
of Botany, Vol 112, pages 314 -318.
37. Yishu Peng, Rong Chen, Ruidong Yang (2017). “Analysis of heavy metals in
Pseudostellaria heterophylla in Baiyi Country of Wudang District’’, Journal of
Geochemical Exploration, Vol 176, Pages 57-63.
38.WHO guidelines for assessing quality of herbal medicines with references to
contaminants and residues, world health organization (2007).
42
