Đồ án Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của kim loại Pb trong nước tưới đến sự hấp thu kim loại cần thiết (Cu, Zn) của cây rau muống (Ipomoea aquatica) và tích luỹ Pb trong phần thương phẩm của rau muống

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ HOA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Phạm Thị Hà vân MSSV: 07116069 Ngành: Công nghệ Thực Phẩm Lớp: 071160 1. Tên đồ án: Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của kim loại Pb trong nước tưới đến sự hấp thu kim loại cần thiết (Cu, Zn) của cây rau muống (Ipomoea aquatica) và tích luỹ Pb trong phần thương phẩm của rau muống 2.Nhiệm vụ đồ án: - Tìm hiểu cơ sở lý thuyết của phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật nguyên tử hóa ngọn lửa F-AAS - Xây dựng đường chuẩn Cu, Pb, Zn, xác định giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phương pháp - Nghiên cứu sự ảnh hưởng của kim loại không cần thiết (Pb) đến sự hấp thụ kim loại cần thiết (Cu, Zn) trong rau muống - Đánh giá khả năng hấp thụ Pb trong cây rau muống - So sánh hàm lượng Cu, Pb, Zn trong thương phẩm rau muống với giới hạn cho phép Cu, Pb, Zn trong rau xanh của Việt Nam (TCVN) - Ước lượng hàm lượng Cu, Pb, Zn trung bình hấp thụ vào cơ thể người trong 1 ngày. 3. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 4. Ngày hoàn thành đồ án: 5. Họ tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn: Nội dung và yêu cầu ĐATN đã được thông qua. Ngày….. tháng……năm 2011 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CHÍNH i Lời cảm ơn Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu nhà trường cùng các thầy cô trong khoa Công nghệ hóa học & thực phẩm, bộ môn Công nghệ thực phẩm trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tạo điều kiện học tập, nghiên cứu, hết lòng giảng dạy và truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian em học tập ở trường. Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tiến sĩ Nguyễn Thị Kim Phượng, người đã tận tân hướng dẫn, chỉ bảo cho em, cô luôn theo sát và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đồ án, đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn đến phòng hóa lý phân tích của viện công nghệ hóa học số 1 Mạc Đỉnh Chi đã tạo điều kiện để em thực hiện tốt đồ án tốt nghiệp của mình. Cuối cùng, em rất cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em học tập và nghiên cứu trong suốt thời gian qua. Em xin kính chúc Ban Giám Hiệu trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, quý thầy cô, đặc biệt là thầy cô trong khoa CNHH & TP, Bộ môn Công nghệ thực phẩm lời chúc sức khỏe và thành công trong công tác đào tạo. Em xin chân thành cảm ơn! TP.HCM, tháng 7 năm 2011 Phạm Thị Hà Vân ii TÓM TẮT ĐỒ ÁN  Tên đồ án: “Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của kim loại Pb trong nước tưới đến sự hấp thu kim loại cần thiết (Cu, Zn) của cây rau muống (Ipomoea aquatica) và tích luỹ Pb trong phần thương phẩm của rau muống”. 1) Giới thiệu khái quát về đồ án Nội dung của đồ án gồm 3 phần chính:  Phần 1: Giới thiệu sơ lược về Cu, Pb, Zn, tác hại của chúng đối với sức khỏe của con người và đối với thực vật, cơ chế hấp thụ kim loại nặng ở thực vật, giới thiệu chung về cơ sở lý thuyết của phương pháp nghiên cứu. Tổng quan về tình hình nghiên cứu kim loại nặng trong rau tại Việt Nam  Phần 2: Trình bày về đối tượng và phương pháp nghiên cứu, các hóa chất, thiết bị và các dụng cụ sử dụng trong quá trình nghiên cứu. Phương pháp thực hiện đồ án : Thực hiện trồng rau muống tưới nước được bổ sung kim loại cần thiết (Cu2+, Zn2+) trong giới hạn cho phép (1ppm Cu, 2ppm Zn) và bổ sung kim loại không cần thiết Pb2+ cao hơn giới hạn cho phép (ĐC, 1ppm, 3ppm, 5ppm). Phân tích hàm lượng kim loại nặng trong thương phẩm của rau bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS – kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa đèn khí F - AAS để xác định ảnh hưởng của kim loại không cần thiết đến sự hấp thụ kim loại cần thiết của thực vật, đánh giá khả năng phát triển của rau muống và tích lũy của Pb lên cây rau.  Phần 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận  Xây dựng đường chuẩn xác định Cu, Pb, Zn bằng phương pháp AAS, xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ), kết quả thu được như sau: - Xác định được khoảng tuyến tính của Cu trên máy từ 0,0mg/l đến 2mg/l; với phương trình đường chuẩn của Zn là: y = 0,056x – 0,001; hệ số tương quan R2= 0,996; LOD = 0,36ppm; LOQ = 1,21ppm - Xác định được khoảng tuyến tính của Pb trên máy từ 0,0mg/l đến 4mg/l; với phương trình đường chuẩn của Pb là: y = 0,027x + 0,000; hệ số tương quan R2= 0,999; LOD = 0,14ppm; LOQ = 0,47ppm. - Xác định được khoảng tuyến tính của Zn trên máy từ 0,0mg/l đến 1,5mg/l; với phương trình đường chuẩn của Zn là: y = 0,2498x + 0,0044; hệ số tương quan R2= 0,999; LOD = 0,055ppm; LOQ = 0,18ppm. iii  Khảo sát mức độ ảnh hưởng của Pb trong nước tưới đến sự hấp thụ kim loại cần thiết Cu, Zn của cây rau muống, kết quả phân tích cho thấy: - Sự hiện diện của Pb trong nước tưới đã ảnh hưởng khá rõ đến sự hấp thụ Cu của rau muống. Có nghĩa là sự xuất hiện các kim loại không cần thiết (Pb) sẽ gây cản trở thực vật hấp thụ kim loại cần thiết (Cu). - Sự hiện diện của Pb trong nước tưới đã ảnh hưởng khá rõ đến sự hấp thụ Zn của rau muống. Có nghĩa là sự xuất hiện các kim loại không cần thiết (Pb) sẽ gây cản trở thực vật hấp thụ kim loại cần thiết (Zn).  Nghiên cứu khả năng tích lũy Pb trong rau muống khi tưới nước ô nhiễm Pb ở các nồng độ (ĐC, 1ppm, 3ppm, 5ppm), ta kết luận được rằng: ở nồng độ ô nhiễm càng cao, thời gian tưới càng lâu thì hàm lượng Pb trong rau càng lớn và khả năng tích lũy của Pb trong rau muống là rất cao khi nguồn nước tưới bị ô nhiễm.  So sánh hàm lượng Cu, Pb, Zn trong thương phẩm rau muống với giới hạn cho phép Cu, Pb, Zn trong rau xanh của Việt Nam (TCVN), kết quả thu được: - Hàm lượng Cu tích lũy trong rau ở các lô thí nghiệm trong 2 lần thu hoạch (30 và 40 ngày) đều thấp hơn giới hạn tối đa (30 mgCu/kg rau tươi) rất nhiều. - Hàm lượng kẽm tích lũy trong mẫu rau ở các lô thí nghiệm sau 30 ngày ở tất cả các lô thí nghiệm đều nằm dưới giới hạn cho phép tối đa lượng Zn trong rau tươi. Sau 40 ngày thì hàm lượng Zn trong rau muống ở tất cả lô thí nghiệm kể cả lô đối chứng đều vượt qua giới hạn tối đa cho phép 40 mgZn /kg rau tươi (TCVN 5487:1991). Điều này cho thấy rau muống có khả năng hấp thụ và tích lũy lượng lớn Zn kể cả khi trồng trong môi trường đất và nước tưới không bị ô nhiễm Zn nếu kéo dài thời gian thu hoạch rau sau 30 ngày. - Hàm lượng chì tích lũy trong mẫu rau ở 3 nồng độ ô nhiễm ở các lô thí nghiệm trong cả hai lần thu hoạch đều lớn hơn rất nhiều so với giới hạn tối đa cho phép 0,3 mgPb/kg rau tươi (TCVN 7602 : 2007)  Ước lượng hàm lượng Cu, Pb, Zn trung bình hấp thụ vào cơ thể người trong 1 ngày - Ước lượng được hàm lượng Cu, Zn hấp thụ vào cơ thể người trong 1 ngày đều trong giới hạn chấp nhận đó là mỗi khẩu phần ăn hàng ngày cung cấp từ 0,17 đến 0,25 mgZn/kg thể trọng; 0,5 mgCu/ kg thể trọng - Ước lượng được hàm lượng Pb hấp thụ vào cơ thể người trong 1 ngày trong các mẫu ô nhiễm đều cao hơn giới hạn chấp nhận được trong khẩu phần ăn hàng ngày là 0,0033 đến 0,005 mgPb/kg thể trọng. iv MỤC LỤC Chương 1. GIỚI THIỆU ......................................................................................................... 1 Chương 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................................................... 3 2.1 Tình hình nhiễm kim loại nặng trong rau hiện nay ......................................................... 3 2.2 Tổng quan về kim loại đồng (Cu) .................................................................................... 4 2.3 Tổng quan về kim loại kẽm (Zn) ..................................................................................... 5 2.4 Tổng quan về kim loại chì (Pb) ........................................................................................ 6 2.4.1 Đặc tính của chì ........................................................................................................ 6 2.4.2 Môi trường tồn tại của chì ........................................................................................ 7 2.4.3 Cơ chế xâm nhập, phân bố và tích tụ của chì trong cơ thể con người ...................... 9 2.5 Kim loại nặng đối với con người và cây trồng ............................................................. 11 2.5.1 Vai trò của kim loại và cây trồng ............................................................................ 11 2.5.2 Cơ chế hấp thụ kim loại nặng vào thực vật ............................................................. 11 2.5.3 Quá trình xâm nhập kim loại nặng vào trong cây.................................................... 12 2.6 Tổng quan về tình hình nghiên cứu kim loại nặng trong rau xanh ở Việt Nam ........... 12 2.7 Phương pháp định lượng vết kim loại nặng .................................................................. 13 2.8 Cơ sở lý thuyết của phương pháp nghiên cứu ................................................................ 14 2.8.1 Phương pháp xử lý mẫu phân tích ........................................................................... 14 2.8.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS .................................................. 15 Chương 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................... 21 3.1 Đối tượng nghiên cứu .................................................................................................... 21 3.1.1. Thực vật nghiên cứu ............................................................................................... 21 3.1.2 Kim loại nghiên cứu ............................................................................................... 22 3.2 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................ 22 3.2.1 Quy trình nghiên cứu ............................................................................................... 22 3.2.2 Phương pháp lập thực nghiệm ................................................................................. 22 3.3 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị .......................................................................................... 24 3.3.1 Hóa chất ................................................................................................................... 24 3.3.2 Dụng cụ và thiết bị .................................................................................................. 24 3.4 Quy trình xử lý mẫu rau để đo phổ Cu, Pb và Zn bằng phương pháp F-AAS ............... 25 3.5 Giới hạn tối đa của các kim loại theo TCVN trong rau và nước tưới ............................ 26 3.6 Tính toán và đánh giá hàm lượng kim loại nặng con người ăn vào hàng ngày………….25 v 3.7 Phương pháp xử lý số liệu .................................................................................................. 27 3.7.1 Phương pháp đường chuẩn ..................................................................................... 27 3.72 Các phương pháp xử lý thống kê. ............................................................................. 28 Chương 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................................. 30 4.1 Đường chuẩn xác định Cu, Pb, Zn bằng phương pháp F-AAS ...................................... 30 4.1.1 Đường chuẩn Cu ...................................................................................................... 30 4.1.2 Đường chuẩn Pb ...................................................................................................... 32 4.1.3 Đường chuẩn Zn ...................................................................................................... 33 4.2 Hàm lượng kim loại trong đất và nước tưới ................................................................... 34 4.3 Khảo sát mức độ ảnh hưởng của Pb trong nước tưới đến sự hấp thụ kim loại cần thiết Cu, Zn của cây rau muống .................................................................................................... 35 4.3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong nước tưới đến sự hấp thụ Cu của rau muống 35 4.3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong nước tưới đến sự hấp thụ Zn của rau muống 37 4.4 Tích lũy Pb trong rau muống tưới nước ô nhiễm Pb ...................................................... 38 4.5 Tương quan Pb trong nước và Pb trong rau ................................................................... 40 4.6 Hàm lượng Cu, Pb, Zn trong thương phẩm rau muống với giới hạn cho phép Cu, Pb, Zn trong rau xanh của Việt Nam (TCVN) ................................................................................. 41 4.6.1 Hàm lượng Cu tích lũy trong rau so với giới hạn cho phép .................................... 41 4.6.2 Hàm lượng Zn tích lũy trong rau so với giới hạn cho phép (TCVN) ...................... 41 4.6.3 Hàm lượng Pb tích lũy trong mẫu rau so với giới hạn cho phép (TCVN) .............. 42 4.7 Ước lượng hàm lượng Cu, Pb, Zn hấp thụ vào cơ thể người trong 1 ngày .................... 43 4.7.1 Ước lượng hàm lượng Cu hấp thụ vào cơ thể người trong 1 ngày .......................... 43 4.7.2 Ước lượng hàm lượng Zn hấp thụ vào cơ thể người trong 1 ngày .......................... 44 4.7.3 Ước lượng hàm lượng Pb hấp thụ vào cơ thể người trong 1 ngày .......................... 44 Chương 5. KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ ............................................................................... 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................... 48 PHỤ LỤC vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Một số phương pháp phân tích hóa lý và khoảng định lượng .................................. 14 Bảng 3.1 Thành phần hóa học của rau muống ......................................................................... 22 Bảng 3.2: Hàm lượng kim loại trong lô thí nghiệm ................................................................. 23 Bảng 3.3: Giới hạn tối đa của kim loại theo TCVN ................................................................. 26 Bảng 4.1 Các điều kiên tối ưu đo phổ Cu ................................................................................. 30 Bảng 4.2. Các điều kiện tối ưu đo phổ Pb ................................................................................ 32 Bảng 4.3. Các điều kiện tối ưu đo phổ Zn ................................................................................ 33 Bảng 4.4: Kết quả phân tích đất trồng và nước tưới trước khi làm ô nhiễm ............................ 35 Bảng 4.5: Hàm lượng Cu tích lũy trong mẫu rau theo thời gian và theo nồng độ Pb trong nước tưới ........................................................................................................................................... 36 Bảng 4.6: Hàm lượng Zn tích lũy trong mẫu rau theo thời gian và theo nồng độ Pb trong nước tưới ........................................................................................................................................... 37 Bảng 4.7: Hàm lượng Pb tích lũy trong mẫu rau theo thời gian............................................... 38 Bảng 4.8: Kết quả tương quan hàm lượng Pb trong nước tưới - rau ........................................ 41 Bảng 4.9: Hàm lượng Cu ước lượng hấp thụ vào cơ thể người trong 1 ngày .......................... 43 Bảng 4.10: Hàm lượng Zn ước lượng hấp thụ vào cơ thể người trong 1 ngày ........................ 44 Bảng 4.12: Hàm lượng Pb ước lượng hấp thụ vào cơ thể người trong 1 ngày ......................... 45 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ Hình 2.1: Tinh thể Đồng ............................................................................................................. 4 Hình 2.2: Tinh thể Kẽm .............................................................................................................. 5 Hình 2.3: Tinh thể Chì ................................................................................................................ 7 Hình 2.4: Cấu tạo đền catod rỗng ............................................................................................. 16 Hình 2.5: Đèn phóng điện không điện cực ............................................................................... 17 Hình 2.6: Hệ thống nguyên tử hóa mẫu trong ngọn lửa ........................................................... 17 Hình 2.7: Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo hệ thống máy AAS. ......................................................... 18 Hình 2.8: Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA – 6200 ........................................................ 20 Hình 3.1: Cây rau muống ......................................................................................................... 21 Sơ đồ 3.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm ........................................................................................... 23 Hình 3.2: Cân phân tích 4 số.....................................................................................................24 Hình 3.3:Tủ sấy chân không.....................................................................................................24 Hình 3.4: Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử GBC Avanta ..................................................... 25 Hình 3.5: Quy trình xử lý mẫu ................................................................................................. 25 Hình 3.6: Máy xử lý mẫu bằng vi sóng CEM MARXS ........................................................... 26 Hình 4.1: Đường chuẩn xác định Cu bằng kỹ thuật nguyên tử hóa ngọn lửa .......................... 31 Hình 4.2: Đường chuẩn xác định Pb bằng kỹ thuật nguyên tử hóa ngọn lửa ........................... 32 Hình 4.3: Đường chuẩn xác định Zn bằng kỹ thuật nguyên tử hóa ngọn lửa ........................... 34 Hình 4.4: Hàm lượng Cu tích lũy trong mẫu rau theo thời gian............................................... 36 Hình 4.5: Hàm lượng Zn tích lũy trong mẫu rau theo thời gian ............................................... 37 Hình 4.6: Hàm lượng Pb tích lũy trong mẫu rau theo thời gian ............................................... 39 Hình 4.7: Biểu diễn mối tương quan giữa lượng Pb trong nước tưới và Pb trong mẫu rau ..... 40 Hình 4.8: Hàm lượng Cu tích lũy trong mẫu rau sau 30,40 ngày ............................................. 41 Hình 4.9: Hàm lượng Zn tích lũy trong mẫu rau sau 30,40 ngày ............................................. 42 Hình 4.10: Hàm lượng Pb tích lũy trong mẫu rau sau 30,40 ngày ........................................... 42 viii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Giải thích AAS Máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử ATP Adenozin triphotphta dd Dung dịch ĐC Đối chứng ĐH Đại học NXB Nhà xuất bản TP Thành phố TP.HCM Thành phố Hồ Chí Minh TB Trung bình Q Quận TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Chương 1: Giới thiệu Trang 1 Chương 1. GIỚI THIỆU  Mở đầu Thực phẩm là nguồn dinh dưỡng không thể thiếu đối với đời sống của con người. Trong quá trình phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, con người đã tạo ra nhiều sản phẩm vật chất tốt đặc biệt là các sản phẩm về thực phẩm, đó là cơ sở để tạo nên một cuộc sống no đủ và dinh dưỡng cho con người. Và nhu cầu của con người càng ngày càng thay đổi từ “ ăn no mặc ấm” sang “ăn ngon mặc đẹp” và đang chuyển dần sang ăn đẹp, cân bằng và đầy đủ về dinh dưỡng. Tuy nhiên hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại thực phẩm không an toàn cho người tiêu dùng, có chứa hàm lượng kim loại nặng như: Fe, Zn, Pb, Cu, Cr, Mn, As, Hs, Cd, Ni…vượt quá mức cho phép.  Lý do chọn đề tài: Ô nhiễm môi trường nước, đất bởi kim loại nặng ngày càng gia tăng và đang ở mức báo động. Theo tổ chức bảo vệ môi trường của Mỹ (USEPA) thì 8 nguyên tố kim loại được xếp vào danh sách các chất độc hại hàng đầu: Pb, As, Hg, Cd, Cr, Ni, Cu, Be. Đồng, kẽm là những nguyên tố vi lượng cần thiết cho đời sống con người và