Phân tích, đánh giá hàm lượng chì và sắt trong nước sông Cầu Rào ở khu vực thành phố Đồng Hới tỉnh Quảng Bình

An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 14 (2), 65 – 71<br /> <br /> PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG CHÌ VÀ SẮT TRONG NƯỚC<br /> SÔNG CẦU RÀO Ở KHU VỰC THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI, TỈNH QUẢNG BÌNH<br /> Nguyễn Mâ ̣u Thành1<br /> 1<br /> Trường Đại học Quảng Bình<br /> Thông tin chung:<br /> Thông tin chung:<br /> Ngày nhận bài: 08/01/2016<br /> Ngày nhận kết quả bình duyệt:<br /> 10/03/2016<br /> Ngày chấp nhận đăng: 04/2017<br /> Title:<br /> An analysis and evaluation on<br /> the level of lead and iron on the<br /> surface water of Cau Rao river<br /> at Dong Hoi, Quang Binh<br /> Keywords:<br /> River water, AAS method, lead,<br /> iron, standard<br /> Từ khóa:<br /> Nước sông, phương pháp<br /> AAS, chì, sắt, tiêu chuẩn<br /> <br /> ABSTRACT<br /> The more society develops, the higher demand people would like to use clear<br /> water. However, overpopulation together with urbanization and<br /> industrialization has negatively influenced on the environment, particularly on<br /> the groundwater resources and surface water. The Atomic Absorption<br /> Spectrophotometric method (AAS) was used to determine the level of lead and<br /> iron on the surface water of Cau Rao river in Dong Hoi, Quang Binh province.<br /> This method had a high repetition with RSD < 5.08%, the recovery from<br /> 92.63% to 102.71%, and a low limit of detection. The result shows that the<br /> average level of lead in water was quite low (0.0041mg/L) and reached<br /> standards allowed in Vietnam whereas the average level of iron was quite high<br /> (2.16 mg/L) and over Vietnam’s required standards.<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Xã hội ngày càng phát triển cùng với nhu cầu sử dụng nước sạch ngày càng<br /> cao, tuy nhiên, sự bùng nổ dân số cùng với tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa<br /> nhanh chóng đã tạo ra một sức ép lớn tới môi trường sống, đặc biệt là với<br /> nguồn nước ngầm, nước mặt. Phương pháp quang phổ hấ p thụ nguyên tử (AAS)<br /> được áp dụng để xác đi ̣nh hàm lượng chì và sắt trong nước sông Cầu Rào ở khu<br /> vực thành phố Đồng Hới, tỉnh Quảng Bı̀nh. Phương pháp này cho độ lặp lại<br /> cao với RSD < 5,08%, độ thu hồ i 92,63  102,71%, giới hạn phát hiê ̣n thấ p.<br /> Kế t quả này cho thấ y, hàm lượng trung bı̀nh của chì tương đối thấp<br /> (0,0041mg/L) và đạt các tiêu chuẩn cho phép của Viê ̣t Nam. Ngược lại hàm<br /> lượng trung bình của sắt tương đối cao (2,16 mg/L), vượt tiêu chuẩn cho phép<br /> của Việt Nam.<br /> <br /> nguồn nước ngày càng nghiêm trọng do chất thải<br /> của các nhà máy, xí nghiệp, công trình đô thị thải<br /> ra môi trường chưa qua xử lý, các chất thải rắn do<br /> con người sử dụng trong sinh hoạt hàng ngày<br /> không được thu gom để xử lý triệt để đã làm ô<br /> nhiễm và ảnh hưởng đến chất lượng của các<br /> nguồn nước mặt, nước ngầm. Vì vậy, vấn đề sức<br /> khỏe của con người đang bị đe dọa nghiêm trọng<br /> nếu như chất lượng nước không được đảm bảo<br /> (Lê Huy Bá, 2001).<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Tài nguyên nước là thành phần chủ yếu của môi<br /> trường sống, quyết định sự thành công trong các<br /> chiến lược, quy hoạch, kế hoạch phát triển kinh tế<br /> - xã hội, bảo đảm quốc phòng, an ninh của một<br /> quốc gia. Tuy nhiên cùng với sự phát triển của<br /> khoa học công nghệ, quá trình đô thị hóa diễn ra<br /> mạnh mẽ, nhu cầu của con người ngày càng được<br /> nâng cao, cuộc sống ngày càng cải thiện. Kéo theo<br /> đó là các vấn đề ô nhiễm môi trường, ô nhiễm<br /> 65<br /> <br /> An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 14 (2), 65 – 71<br /> <br /> Chì (Pb) gây ảnh hưởng đến sự tổng hợp máu, phá<br /> vỡ hồng cầu, gây hại đến hệ thần kinh, nhất là hệ<br /> thần kinh của trẻ sơ sinh, chì kìm hãm việc sử<br /> dụng oxi và glucoza để sản xuất năng lượng cho<br /> quá trình sống. Sự kìm hãm này có thể nhận thấy<br /> khi nồng độ chì trong máu khoảng 0,3 mg/L. Nếu<br /> hàm lượng chì trong máu từ 0,5 - 0,8 mg/L sẽ gây<br /> rối loạn chức năng thận và phá huỷ não (Lê Huy<br /> Bá, 2001). Bên cạnh đó, sắt (Fe) là một trong<br /> những tác nhân, khi hàm lượng chúng cao, nước sẽ<br /> có mùi tanh đặc trưng, khi tiếp xúc với khí trời kết<br /> tủa Fe (III) hydrat hình thành làm nước trở nên có<br /> nhiều cặn bẩn màu vàng hay màu đỏ gạch tạo ấn<br /> tượng không tốt cho người sử dụng. Nếu thiếu sắt<br /> người sẽ mệt mỏi, giảm khả năng tập trung, rụng<br /> tóc, đau đầu. Ngược lại, khi cơ thể hấp thụ quá<br /> nhiều sắt sẽ gây hiện tượng dễ giận dữ, viêm khớp,<br /> táo bón (Nguyễn Mậu Thành và cs., 2015).<br /> <br /> hội. Vı̀ vâ ̣y trong bà i bá o nà y, chú ng tôi trı̀n h<br /> bà y kế t quả nghiên cứ u xá c đi nh,<br /> đá nh giá<br /> ̣<br /> hà m lươ ṇ g chì và sắ t trong nước sông Cầu Rào<br /> thuộc khu vực thành phố Đồng Hới bằ ng<br /> phương phá p quang phổ hấp thụ nguyên tử là<br /> một việc làm rất cần thiết và có ý nghĩa.<br /> 2. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ<br /> 2.1 Thiết bị, dụng cụ, hóa chất<br /> Các ống nghiệm thủy tinh chịu nhiệt 30 mL có nắp<br /> xoáy; cốc thủy tinh chịu nhiệt, thể tích 100 mL,<br /> 250 mL, 1000 mL; bình định mức thủy tinh thể tích<br /> 25 mL, 50 mL, 100 mL, 1000 mL. Thiết bị quang<br /> phổ hấp thụ nguyên tử AAS 400 của hãng Perkin<br /> Elmer với kỹ thuật ngọn lửa; các micropipette<br /> Eppendorf và đầu hút.<br /> Các hóa chất sử dụng có độ tinh khiết PA của Merck:<br /> dung dịch chuẩn chì, sắt (1001 ± 2 ppm; 998 ± 2<br /> ppm), axít HNO3 đă ̣c, H2O2 đặc, nước cấ t hai lần.<br /> <br /> Thành phố Đồng Hới là một trong những trung<br /> tâm du lịch của tỉnh Quảng Bình nói riêng và các<br /> tỉnh miền Trung nói chung; là nơi chịu nhiều hậu<br /> quả của chiến tranh để lại. Những tác hại của chất<br /> độc chiến tranh cùng với các tác động của con<br /> người như sử dụng phân bón hoá học, lạm dụng<br /> thuốc bảo vệ thực vật và sự biến đổi khí hậu nên<br /> nguy cơ ô nhiễm nguồn nước sông là rất lớn.<br /> Sông Cầu Rào là tuyến thoát nước chính của<br /> thành phố Đồng Hới vừa đóng vai trò thoát nước,<br /> vừa phục vụ cho các hoạt động sản suất, giao<br /> thông thuỷ, là khu vực tập kết tàu thuyền tránh<br /> bão; đồng thời là trung tâm vui chơi giải trí của<br /> nhân dân. Mặt khác, đây là vùng sinh thái nhạy<br /> cảm có hệ sinh thái thuỷ sinh tự nhiên bao gồm<br /> các loài cá, tôm, động thực vật đáy nước ngọt,<br /> nước lợ và nước mặn sinh sống. Nhìn chung, chất<br /> lượng nguồn nước mặt từ hệ thông sông ngòi có<br /> vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước sinh<br /> hoạt, sản xuất, phục vụ mọi hoạt động đời sống xã<br /> <br /> 2.2<br /> <br /> Nguyên liệu, thời điểm và thiết bị lấy mẫu<br /> <br /> Mẫu nước được lấy tại 6 vị trí được thể hiện ở<br /> Hình 1 trên sông Cầu Rào, thành phố Đồng Hới<br /> vào 2 đơ ̣t. Đợt 1 ngày 4/10/2015 (trời nắng nhẹ,<br /> nhiệt độ không khí 30 0C); Đợt 2 ngày 12/12/2015<br /> (trời lạnh, nhiệt độ không khí 18 0C, trước thời<br /> điểm lấy mẫu 1 ngày trời có mưa phùn, thời điểm<br /> lấy mẫu trời không mưa)<br /> Thiết bị lấy mẫu và bảo quản mẫu: thiết bị lấy<br /> mẫu kiểu ngang, loại chuyên dùng cho lấy mẫu<br /> nước mặt. Việc lấy mẫu và bảo quản mẫu theo<br /> các quy định trong Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN<br /> 5992:1995, TCVN 6663:1-2011 - Chất lượng<br /> nước - Lấy mẫu; Hướng dẫn vận chuyển, bảo<br /> quản và xử lý mẫu; TCVN 5996:1995, TCVN<br /> 6663:3-2008 - Chất lượng nước - Lấy mẫu. Ký<br /> hiệu mẫu nước sông là Ni-j, trong đó: i = 1  2<br /> (đợt lấy mẫu), j = 1  6 (ví trí lấy mẫu).<br /> <br /> 66<br /> <br /> An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 14 (2), 65 – 71<br /> <br /> Hình 1. Sơ đồ vị trí lấy mẫu nước sông Cầu Rào<br /> <br /> chuẩn Đo lường Chất lượng Quảng Bıǹ h và chấp<br /> nhận những điều kiện hoạt động của thiết bị đã<br /> được công bố (Phạm Luận, 2006), như nêu ở<br /> Bảng 1.<br /> <br /> 2.3 Phương pháp phân tı́ch<br /> Trong nghiên cứu này, chúng tôi áp dụng kỹ thuật<br /> phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ<br /> thuật pha mẫu ướt, được thực hiê ̣n ta ̣i Trung tâm<br /> Kỹ thuật Đo lường Thử nghiệm - Chi cu ̣c Tiêu<br /> Bảng 1. Điề u kiê ̣n đo F-AAS xác đinh<br /> ̣ Pb và Fe trong nước<br /> <br /> Thố ng số<br /> <br /> Pb<br /> <br /> Fe<br /> <br /> λ (nm)<br /> <br /> 283,31<br /> <br /> 248,33<br /> <br /> Khe đo (mm)<br /> <br /> 2,7/1,8<br /> <br /> 2,7/1,8<br /> <br /> Hỗn hơ ̣p khı́ đố t<br /> <br /> KK-C2H2<br /> <br /> KK-C2H2<br /> <br /> Kiể u đèn<br /> <br /> Catot rỗng chì<br /> <br /> Catot rỗng sắt<br /> <br /> Đèn bổ chính nền<br /> <br /> D2<br /> <br /> D2<br /> <br /> 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> 3.1 Xây dựng đường chuẩn, khảo sát giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng<br /> Đường chuẩn xác định hàm lượng Pb và Fe được thể hiện trên Hình 2 và Bảng 2, với Pb phương trình có<br /> dạng: APb = 0,0217 C + 0,0011 và Fe phương trình có dạng: AFe = 0,0909 C - 0,0021, trong đó C là hàm<br /> lượng (ppm).<br /> <br /> 67<br /> <br /> An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 14 (2), 65 – 71<br /> <br /> R² = 0.9999<br /> <br /> 0.030<br /> <br /> Độ hấp thụ (A)<br /> <br /> Độ hấp thụ (A)<br /> <br /> 0.040 y = 0.0217x + 0.0011<br /> <br /> 0.020<br /> 0.010<br /> 0.000<br /> 0.0<br /> <br /> 0.5<br /> <br /> 1.0<br /> <br /> 1.5<br /> <br /> 0.15 y = 0.0909x - 0.0021<br /> R² = 0.9987<br /> 0.10<br /> 0.05<br /> 0.00<br /> 0.0<br /> <br /> 2.0<br /> <br /> 0.5<br /> <br /> 1.0<br /> <br /> 1.5<br /> <br /> 2.0<br /> <br /> Nồng độ (ppm)<br /> <br /> Nồng độ (ppm)<br /> <br /> (a)<br /> <br /> (b)<br /> <br /> Hình 2. Đường chuẩn xác định Pb và Fe trong nước (a.Pb; b.Fe)<br /> Bảng 2. Các giá trị a, b, Sy, LOD, LOQ tính từ phương trình đường chuẩn A = bC + a<br /> <br /> Me<br /> <br /> a<br /> <br /> b<br /> <br /> Sy<br /> <br /> R<br /> <br /> LOD, ppm<br /> <br /> LOQ, ppm<br /> <br /> Pb<br /> <br /> 0,0011<br /> <br /> 0,0217<br /> <br /> 0,0001<br /> <br /> 0,9999<br /> <br /> 0,024<br /> <br /> 0,080<br /> <br /> Fe<br /> <br /> - 0,0021<br /> <br /> 0,0909<br /> <br /> 0,002<br /> <br /> 0,9994<br /> <br /> 0,077<br /> <br /> 0,256<br /> <br /> Từ Bảng 2 ta thấy, giới hạn phát hiện (LOD), giới<br /> hạn định lượng (LOQ) của phép đo F-AAS trong<br /> phép xác định Pb và Fe đã được xác định. Cụ thể<br /> LOD xác định Pb là 0,024 và Fe là 0,077 ppm;<br /> LOQ xác định Pb và Fe lần lượt là 0,080 và 0,256<br /> ppm.<br /> <br /> Độ đúng của phương pháp phân tích chì và sắt bất<br /> kỳ được xác định thông qua độ thu hồi (Recovery)<br /> theo công thức:<br /> <br /> Rev(%) <br /> <br /> x2<br />  100 .<br /> x0  x1<br /> <br /> Trong đó, x0 là nồng độ chất phân tích trong mẫu;<br /> x1 là nồng độ chất chuẩn thêm vào mẫu; x2 là<br /> nồng độ xác định được trong mẫu đã thêm chuẩn.<br /> Kết quả phương pháp xác định hàm lượng chì và<br /> sắt sau ba lần đo khi thêm đồng thời 0,5 ppm Pb<br /> và 0,5 ppm Fe vào ba mẫu nước nói trên cho độ<br /> thu hồi lần lượt đạt từ 92,63  99,38% và 93,65 <br /> 102,71%. Vậy, phương pháp F-AAS đạt được độ<br /> đúng tốt, nên có thể áp dụng để phân tích chì và<br /> sắt trong nước sông.<br /> <br /> 3.2 Đánh giá độ lặp lại và độ đúng của phép<br /> đo<br /> Độ lặp lại được xác định qua độ lệch chuẩn (S)<br /> hay độ lệch chuẩn tương đối (RSD). Chúng tôi<br /> tiến hành phân tích trên mẫu N1-j. Đo ba mẫu N1-j,<br /> mỗi mẫu đo ba lần. Theo Horwitz, khi phân tích<br /> những nồng độ cỡ ppb thì sai số trong nội bộ<br /> phòng thí nghiệm nhỏ hơn ½ RSD tính theo công<br /> thức: RSD(%)= 2(1 – 0,5lgC) (C là nồng độ chất phân<br /> tích) thì đạt yêu cầu. Lấy mẫu N1-j, rồi thêm chuẩn<br /> vào mẫu này ba lần với nồng độ của Pb và Fe tăng<br /> dần. Các kết quả cho thấy, phương pháp F-AAS<br /> khi phân tích mẫu nước đạt độ lặp lại tương đối<br /> tốt RSD < 4,52% đối với chì và RSD < 5,08%<br /> đối với sắt.<br /> <br /> 3.3. Xác định hàm lượng chì và sắt trong nước<br /> sông<br /> Kết quả phân tích hàm lượng chì và sắt trong<br /> nước sông Cầu Rào ở 6 vị trí khảo sát, sau 2 đợt,<br /> với 12 mẫu nước được biểu diễn trên Hình 3.<br /> <br /> 68<br /> <br /> Đợt 1<br /> <br /> Đợt 1<br /> <br /> Đợt 2<br /> <br /> Đợt 2<br /> <br /> Hàm lượng Fe (mg/l)<br /> <br /> Hàm lượng Pb (mg/l)<br /> <br /> An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 14 (2), 65 – 71<br /> <br /> Vị trí lấy mẫu nước<br /> <br /> Vị trí lấy mẫu nước<br /> <br /> (a)<br /> <br /> (b)<br /> <br /> Hình 3. Kết quả xác định hàm lượng Pb và Fe trong nước sông Cầu Rào (a.Pb; b.Fe)<br /> <br /> Từ kế t quả trên Hình 3 cho thấ y, hàm lươ ̣ng chì trung bình trong nước sông Cầu Rào là tương đố i thấp<br /> (0,0041 mg/L), ngược lại khá cao đối với sắt (2,16 mg/L).<br /> <br /> Pb, 1,<br /> 0.0047<br /> <br /> Hàm lượng trung bình của<br /> Fe (mg/l)<br /> <br /> Hàm lượng trung bình của<br /> Pb (mg/l)<br /> <br /> 3.3 Đánh giá, so sánh hàm lượng sắt và mangan trong nước sông<br /> 3.3.1 Đánh giá hàm lượng Pb và Fe trong nước sông Cầu Rào tại các thời điểm khảo sát<br /> Pb, 5,<br /> Pb, 3,<br /> 0.0046<br /> 1<br /> Pb, 2, 0.0043<br /> Pb, 6,<br /> Pb, 4, 2<br /> 0.0037<br /> 0.0036<br /> 0.0034<br /> 3<br /> 4<br /> 5<br /> 6<br /> <br /> Fe, 1, Fe, 2,<br /> Fe, 5,<br /> Fe, 6,<br /> 2.32 2.28 Fe, 3, Fe, 4, 2.28<br /> 1<br /> 2.07<br /> 2.07<br /> 1.96<br /> 2<br /> 3<br /> 4<br /> 5<br /> Thứ tự các mẫu nước sông<br /> <br /> 6<br /> <br /> Thứ tự các mẫu nước sông<br /> <br /> (a)<br /> <br /> (b)<br /> <br /> Hình 4. Kết quả hàm lượng Me trong 12 mẫu nước sông ở 6 vị trí (a.Pb; b.Fe)<br /> <br /> Để đánh giá hàm lượng trung bình chì và sắt theo<br /> vị trí và thời gian lấy mẫu, chúng tôi áp dụng<br /> phương pháp thống kê và xử lý số liệu. Từ kết quả<br /> thu được, chúng tôi biểu diễn qua Hình 4. Dùng<br /> <br /> Data Analysis trong Microsoft Excel 2010, áp<br /> dụng phương pháp Anova 1 chiều đánh giá sự<br /> khác nhau về hàm lượng các kim loại giữa hai đợt<br /> lấy mẫu, thu được các kết quả ở Bảng 3.<br /> <br /> Bảng 3. Kết quả phân tích anova 1 chiều của sự biến động hàm lượng Pb và Fe<br /> <br /> Me<br /> Pb<br /> <br /> Nguồn phương sai<br /> <br /> Tổng<br /> bình<br /> phương<br /> <br /> Bậc tự<br /> do<br /> <br /> Phương<br /> sai<br /> <br /> Giữa các vị trí<br /> <br /> 1,33.10-8<br /> <br /> 1<br /> <br /> 1,33.10-8<br /> <br /> Sai số thí nghiệm<br /> <br /> 4,26.10-6<br /> <br /> 10<br /> <br /> 4,26.10-7<br /> <br /> 69<br /> <br /> Ftính<br /> <br /> P<br /> <br /> Fbảng<br /> ( Fcrit )<br /> <br /> 0,031<br /> <br /> 0,983<br /> <br /> 4,965<br /> <br />