Luận văn Xác định Asen trong chè xanh ở Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ĐẶNG QUỐC TRUNG XÁC ĐỊNH ASEN TRONG CHÈ XANH Ở THÁI NGUYÊN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC Thái Nguyên – Năm 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ĐẶNG QUỐC TRUNG XÁC ĐỊNH ASEN TRONG CHÈ XANH Ở THÁI NGUYÊN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS NGUYỄN ĐĂNG ĐỨC Thái Nguyên – Năm 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực. Những kết luận của luận văn chưa công bố trong bất kỳ công trình nào khác. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đăng Đức đã trực tiếp giao cho em đề tài, tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện cho em hoàn thành luận văn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Xuân Trung, PGS.TS Nguyễn Duy Lương đã tham gia đóng góp giúp đỡ trong quá trình hoàn thành bản luận văn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Hoá học, Khoa Sau đại học – ĐHSPTN, các thầy cô giáo, các cán bộ nhân viên phòng thí nghiệm Khoa Hoá học – ĐHKH – ĐHTN, Phòng Hóa phân tích – Đại học KHTN – Đại học Quốc gia Hà Nội, Ban lãnh đạo, các cô chú anh (chị) khoa Xét nghiệm Trung tâm y tế dự phòng tỉnh Thái Nguyên đã giúp đỡ tạo điều kiện cho em hoàn thành bản luận văn này. Thái Nguyên, ngày 10 tháng 8 năm 2011 Học viên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ............................................................................................................................ 1 Chƣơng 1 ............................................................................................................................ 2 TỔNG QUAN .................................................................................................................... 2 1.1. Giới thiệu chung về cây chè ................................................................... 2 1.1.1. Đặc điểm và thành phần ................................................................... 2 1.1.2. Công dụng của cây chè..................................................................... 2 1.2. Giới thiệu về nguyên tố Asen ................................................................. 3 1.2.1.Vị trí, cấu hình electron và trạng thái tự nhiên ................................. 3 1.2.2.Tính chất vật lí, tính chất hoá học ..................................................... 4 1.2.3. Hợp chất của asen và tính chất của chúng ....................................... 6 1.2.4. Các phản ứng đặc trưng của hợp chất asen ...................................... 8 1.3. Sự ô nhiễn Asen và độc tính của nó ....................................................... 9 1.3.1. Nguồn gốc sự ô nhiễm Asen ............................................................ 9 1.3.2. Ô nhiễm asen trên thế giới ............................................................. 10 1.3.3. Ô nhiễm asen ở Việt Nam .............................................................. 12 1.3.4. Độc tính của asen ........................................................................... 13 1.4. Phương pháp điện phân ........................................................................ 15 1.5. Các phương pháp xác định Asen .......................................................... 15 1.5.1. Các phương pháp khối lượng ......................................................... 16 1.5.2. Các phương pháp phân tích thể tích ............................................... 18 1.5.3.Các phương pháp đo quang ............................................................. 19 1.5.4. Các phương pháp điện hoá ............................................................. 20 1.5.5. Phương pháp phân tích quang phổ ................................................. 21 1.6. Phương pháp xử lý mẫu phân tích xác định Asen ................................ 24 1.6.1. Phương pháp xử lí ướt (bằng axit đặc oxi hoá mạnh) .................... 24 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 1.6.2. Phương pháp xử lý khô .................................................................. 25 Chƣơng 2 .......................................................................................................................... 26 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................................... 26 2.1. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu ....................................................... 26 2.1.1. Đối tượng và mục tiêu .................................................................... 26 2.1.2. Các nội dung nghiên cứu ................................................................ 26 2.2. Giới thiệu về phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử .............................. 27 2.2.1. Nguyên tắc của phương pháp AAS ................................................ 27 2.2.2. Hệ trang bị của phép đo AAS ........................................................ 28 2.3. Giới thiệu về phương pháp xử lý ướt mẫu ........................................... 31 2.3.1. Nguyên tắc và bản chất .................................................................. 31 2.3.2. Cơ chế phân huỷ ............................................................................. 32 2.4. Hóa chất và dụng cụ ............................................................................. 32 2.4.1: Hóa chất.......................................................................................... 32 2.4.2: Dụng cụ .......................................................................................... 33 Chƣơng 3 .......................................................................................................................... 34 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................................... 34 3.1. Khảo sát các điều kiện đo phổ GF-AAS của Asen ............................... 34 3.1.1. Khảo sát chọn vạch đo ................................................................... 34 3.1.2. Khảo sát chọn khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử.................. 35 3.1.3. Khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng ......................................... 35 3.2. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hoá mẫu .......................................... 36 3.2.1. Nhiệt độ sấy khô mẫu ..................................................................... 37 3.2.2. Khảo sát nhiệt độ tro hoá luyện mẫu .............................................. 37 3.2.3. Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hoá mẫu ............................................ 38 3.2.4.Các điều kiện khác .......................................................................... 39 3.3.Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo GF - AAS ........................ 39 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 3.3.1.Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit và loại axit .......................... 39 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của chất cải biến nền (chất cải biến hóa học) 40 3.3.3. Khảo sát thành phần mẫu ............................................................... 42 3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của các cation và anion ................................. 43 3.5 Phương pháp đường chuẩn đối với phép đo GF – AAS ........................ 48 3.5.1 Khảo sát khoảng tuyến tính ............................................................. 48 3.7.2. Xây dựng đường chuẩn .................................................................. 49 3.4.2. Đánh giá sai số, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng và độ lặp lại của phép đo .......................................................................................... 52 3.4.3. Tóm tắt các điều kiện đo phổ của Asen ......................................... 54 3.5. Xác định Asen trong chè xanh .............................................................. 54 3.5.1 Địa điểm thời gian lấy mẫu và ký hiệu mẫu ................................... 54 3.5.2. Chuẩn bị mẫu phân tích .................................................................. 56 3.5.3. Kết quả phân tích các mẫu chè xanh .............................................. 56 3.5.4: Kiểm tra quá trình sử lý mẫu ......................................................... 57 KẾT LUẬN ..................................................................................................................... 61 TÀI LIỆU THAM KHẢ0 ........................................................................................... 62 PHỤ LỤC ......................................................................................................................... 65 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT AAS : Atomic Absorption Spectrometry ( Phổ hấp thụ nguyên tử) Abs : Absorbance (Độ hấp thụ) AES : Atomic Emission Spectrometry (Phổ phát xạ nguyên tử) ETA-AAS : Electro Thermal Atomization – Atomic Absortion spectrometry (Phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa) F-AAS : Flame- Atomic Absorption Spectrometry (Phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa) GC-MS : Gas Chromatography Mas Spectroscopy (Sắc kí khí ghép khối phổ) GF-AAS : Graphite Furnace- Atomic Absorption Spectrometry (Phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa) HCL : Hollow Cathode Lamp (Đèn catot rỗng) HG-AAS : Hyđrie Generation- Atomic Absorption Spectrometry (Phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật Hidrua hóa) HPLC : High Performance Liquid Chromatography (Sắc kí lỏng hiệu năng cao) ICP-AES : Inductively Coupled Plasma Mass- Atomic Emission Spectrometry (Phổ phát xạ nguyên tử dùng năng lượng plasma cao tần cảm ứng) ICP-MS : Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (Phổ khối lượng dùng năng lượng Plasma cao tần cảm ứng) LOD : Limit of detection (Giới hạn xác định) LOQ : Limit of quantitation (Giới hạn định lượng) UNICEF : United Nations Children's Fund ( Quỹ nhi đồng Liên hiệp quốc) WHO : Wolrd Health Organization (Tổ chức Y tế thế giới) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Các thông số vật lí của Asen ........................................................... 5 Bảng 1.2: Một số thông số vật lí của các hợp chất của Asen ........................... 6 Bảng 1.3: Tình hình ô nhiễm asen tại một số vùng quốc gia trên thế giới ..... 11 Bảng 1.4: Tiêu chuẩn Việt Nam về hàm lượng As trong nước (Tiêu chuẩn Việt Nam 2007) ................................................................................ 15 Bảng 3.1: Khảo sát vạch đo của Asen ............................................................. 34 Bảng 3.2: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào cường độ dòng đèn .................... 36 Bảng 3.3: Kết quả khảo sát nhiệt độ tro hoá của Asen ................................... 38 Bảng 3.4: Kết quả khảo sát nhiệt độ nguyên tử hoá mẫu ............................... 39 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nồng độ axit và loại axit ....................................... 40 Bảng 3.6. Khảo sát ảnh hưởng của chất cải biến hóa học ............................... 41 Bảng 3.7: Khảo sát nồng độ Mg(NO3)2 .......................................................... 42 Bảng 3.8: Kết quả khảo sát sơ bộ thành phần mẫu ......................................... 43 Bảng 3.9: Ảnh hưởng của kim loại kiềm đến phổ hấp thụ của Asen ............. 44 Bảng 3.10: Ảnh hưởng kim loại kiềm thổ đến phổ hấp thụ của Asen ............ 44 Bảng 3.11: Ảnh hưởng của kim loại nhóm III, IV đến phổ hấp thụ của Asen .. 44 Bảng 3.12: Ảnh hưởng của nhóm kim loại nặng đến phổ hấp thụ của Asen ..... 45 Bảng 3.13: Ảnh hưởng của nhóm kim loại màu đến phổ hấp thụ của Asen .. 45 Bảng 3.14: Ảnh hưởng của tổng cation ......................................................... 45 Bảng 3.15: Ảnh hưởng của nhóm anion đến phép đo phổ hấp thụ của Asen . 46 Bảng 3.16: Ảnh hưởng của tổng cation và anion đến phép đo phổ hấp thụ của Asen ........................................................................................... 47 Bảng 3.17: Khảo sát khoảng tuyến tính của Asen .......................................... 48 Bảng 3.18: Xác định đường chuẩn của Asen .................................................. 51 Bảng 3.19: Kết quả sai số và độ lăp lại của phép đo ...................................... 53 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6 Bảng 3.20: Tổng kết các điều kiện đo phổ GF-AAS của Asen ...................... 54 Bảng 3.21: Địa điểm, thời gian lấy mẫu và kí hiệu mẫu ................................ 55 Bảng 3.22: Hàm lượng kim loại As tính theo mg/kg ...................................... 56 Bảng 3.23: Kết quả phân tích đối với các mẫu lặp ......................................... 58 Bảng 3.24: Mẫu thêm chuẩn ........................................................................... 59 Bảng 3.25: Kết quả phân tích mẫu thêm chuẩn .............................................. 59 Bảng 3.26: Kết quả xác định Asen bằng hai phương pháp GF – AAS và ICP - MS ................................................................................................. 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Vòng tuần hoàn của Asen trong môi trường ..................................... 4 Hình 1.2: Các con đường xâm nhập của Asen vào cơ thể người .................... 14 Hình 2.1: Đèn catot rỗng ................................................................................. 28 Hình 2.2: Đèn D2 ............................................................................................ 28 Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử ........................ 30 Hình 2.4: Cuvet Graphite ................................................................................ 30 Hình 2.5: Hệ lò Graphite nguyên tử hoá mẫu ................................................ 31 Hình 2.6: Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA-6300 .................. 31 Hình 3.1: Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính của Asen .................................. 49 Hình 3.2: Phổ hấp thụ của Asen ...................................................................... 50 Hình 3.3: Đồ thị và phương trình đường chuẩn của Asen .............................. 51 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 MỞ ĐẦU Hiện nay môi trường nông nghiệp nói riêng đang chịu ảnh hưởng nghiêm trọng bởi sự gia tăng phế thải. Phần lớn nguồn phế thải chưa được xử lí đều đổ vào môi trường đất, nước, làm cho môi trường ngày càng bị ô nhiễm. Phế thải công nghiệp, phế thải sinh hoạt, phế thải các mỏ khai thác khoáng sản, hoá chất nông nghiệp tồn dư đi vào nước, vào không khí rồi tích tụ trong đất, làm cho đất bị thoái hoá, làm giảm năng suất, chất lượng sản phẩm, đặc biệt là sản phẩm nông nghiệp sản xuất trên khu vực đất bị ô nhiễm có thể trở thành độc hại cho người sử dụng. Thái Nguyên là khu vực có nhiều mỏ khoáng sản đang khai thác, các khu công nghiệp đồng thời cũng là vùng sản xuất chè đặc sản. Đất, nước sản xuất nông nghiệp ở khu vực khai thác khoáng sản, công nghiệp thường bị ô nhiễm trong đó có kim loại nặng. Chè có thể bị nhiễm một số kim loại nặng từ đất, nước, và không khí. Vì vậy, cần phải quan tâm nghiên cứu và kiểm tra khống chế các chất có hại, đặc biệt là các kim loại nặng ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người. [17] “Xác định Asen trong chè xanh ở Thái Nguyên bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử ” là một trong các nghiên cứu phục vụ mục tiêu nói trên. Nhiệm vụ cụ thể là: 1. Tìm các điều kiện tối ưu cho phép đo Asen 2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo xác định Asen. Tìm khoảng tuyến tính, xây dựng đường chuẩn. Đánh giá sai số và độ lặp lại giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phép đo Asen. 3. Vận dụng phương pháp xác định hàm lượng Asen trong một số mẫu chè khu vực Thái Nguyên, và nêu ra một số kết luận ban đầu về Asen trong chè xanh ở một số khu vực của tỉnh Thái Nguyên. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về cây chè 1.1.1. Đặc điểm và thành phần Cây chè có tên khoa học là Camellia Sinensis. Cây thường được trồng lấy lá tươi sắc nước uống hoặc chế biến theo những quy trình nhất định thành trà để pha nước uống. Cây chè có màu xanh, cao 1- 6m, lá mọc so le, hình trái xoan, dài 4 - 10cm, rộng 2 - 2,5cm, nhọn gốc, nhọn tù có mũi ở đỉnh, phiến lá lúc non có lông mịn, khi già thì dày, bóng, mép khía răng cưa rất đều. Hoa to với 5-6 cánh hoa màu trắng, mọc riêng lẻ ở nách lá, có mùi thơm, nhiều nhị. Quả nang thường có ba van, chứa một hạt gần tròn, đôi khi nhăn nheo. Nguồn gốc cây chè ở Bắc Ấn Độ và Nam Trung Quốc, được truyền sang Mianma, Thái Lan, Việt Nam. Chè được trồng khắp nơi ở nước ta, tập trung nhiều ở Phú Thọ, Hà Giang, Thái nguyên, Quảng Nam - Đà Nẵng cho tới Đắc Lắc, Lâm Đồng. Cây ưa khí hậu ẩm, đất chua và cần được che bóng ở một mức độ nhất định để đảm bảo hương thơm. Thành phần hoá học: Trong lá chè có tinh dầu, các dẫn xuất polyphenolic (flavonoid, catechol, tanin) các alcaloid cafein, theophyllin, theobromin, xanthin. Còn có các vitamin C, B1, B2, B3 và các men. Cây chè được sử dụng cành lá nấu nước uống gọi là chè tươi. Chè hái búp và lá non, vò rồi sao để làm chè hương pha nước uống gọi là trà. Hoặc để cho chè lên men sau đó phơi sấy khô làm chè mạn hay chế thành chè đen. 1.1.2. Công dụng của cây chè Chè đã được sử dụng hơn 2000 năm trước Công nguyên. Do có cafein và theophyllin, chè là một chất kích thích não, tim và hô hấp. Nó tăng cường sức làm việc trí óc và của cơ, làm tăng hô hấp, tăng cường và điều hoà nhịp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 đập của tim. Nó cũng lợi tiểu, làm dễ tiêu hoá. Sự có mặt của các dẫn xuất polyphenolic làm cho tác dụng của chè đỡ hại hơn và kéo dài hơn cafein. Các flavonol và polyphenol làm cho chè có tính chất của vitamin P. Tuy vậy, nếu sử dụng kéo dài với liều cao, chè có thể gây nhiễm độc mãn tính, biểu hiện bởi sự mất ngủ, sự gầy yếu, mất cảm giác ngon miệng, có rối loạn thần kinh. Tác dụng của cây chè: Thanh nhiệt, giải khát, tiêu cơm, lợi tiểu, định thần, làm cho đầu não được thư thái, da mát mẻ, khỏi chóng mặt, bớt mụn nhọt, và cầm tả lị. Chè thường được dùng trong các trường hợp: Tâm thần mệt mỏi, ngủ nhiều, đau đầu, mắt mờ, sốt khát nước, tiểu tiện không lợi, ngộ độc rượu. Hoặc nấu nước rửa vết bỏng, lở loét sẽ nhanh ra da và lên da non. 1.2. Giới thiệu về nguyên tố Asen 1.2.1. Vị trí, cấu hình electron và trạng thái tự nhiên [5], [6], [8] Asen(As) là nguyên tố thứ 33 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học. Nó thuộc chu kì 4, phân nhóm chính nhóm VA. Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p64s23d104p3 hay [Ar]3d104s24p3 với cấu hình lớp vỏ electron có sự tham gia của các obitan d nên trong các hợp chất As có thể có số oxi hoá +3, +5, -3. [14], [15] Asen chiếm khoảng 10-4% tổng số nguyên tử trong vỏ trái đất là nguyên tố giàu thứ 20 sau các nguyên tố khác. Trong vỏ trái đất, Asen nguyên chất là kim loại màu xám, nhưng dạng này ít tồn tại trong tự nhiên. Người ta tìm thấy As tồn tại ở dạng hợp chất với một hay một số nguyên tố khác như Oxi, Clo, Lưu huỳnh, Asen kết hợp với các nguyên tố trên tạo thành các hợp chất asen vô cơ như các khoáng vật, đá thiên thạch: Reagal (AsS), orpiment (As2S3), Arsenolite (As2O3), Arsenopyrite (FeAs2, FeAsS, AsSb)Hợp chất của Asen với cacbon và hidro gọi là hợp chất asen hữu cơ. Thường các dạng hợp chất hữu cơ của asen ít độc hơn