Luận văn Xác định hàm lượng cadimi và chì trong một số loại rau xanh tại huyện đại từ- Tỉnh Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (f-aas)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN THỊ HÂN XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG CADIMI VÀ CHÌ TRONG MỘT SỐ LOẠI RAU XANH TẠI HUYỆN ĐẠI TỪ- TỈNH THÁI NGUYÊN BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ NGỌN LỬA (F-AAS) LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC Thái Nguyên, năm 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN THỊ HÂN XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG CADIMI VÀ CHÌ TRONG MỘT SỐ LOẠI RAU XANH TẠI HUYỆN ĐẠI TỪ- TỈNH THÁI NGUYÊN BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ NGỌN LỬA (F-AAS) Chuyên ngành: Hoá phân tích Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN ĐĂNG ĐỨC Thái Nguyên, năm 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên của luận văn này tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Đăng Đức. Thầy đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên; các thầy cô, anh chị và các bạn trong bộ môn Hóa học, Trường Đại Học Khoa Học, Đại học Thái Nguyên đã giúp đỡ tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Dù đã có nhiều cố gắng, song do năng lực còn hạn chế nên trong luận văn của tôi chắc chắn không thể tránh khỏi thiếu sót. Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn để luận văn này được hoàn chỉnh hơn. Thái Nguyên, tháng 8 năm 2010 Học viên Nguyễn Thị Hân Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Abs Absorbance Độ hấp thụ AAS Atomic Absorption Spectrometry Phép đo quang phổ hấp thụ nguyên tử F- AAS Flame - Atomic Absorption Spectrometry Phép đo quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa HCL Hollow Cathoe Lamps Đèn catôt rỗng ppm Part per million Một phần triệu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU ..................................................................................................................1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ...................................................................................3 1.1. Giới thiệu chung về rau xanh ..........................................................................3 1.1.1. Vai trò của rau ..........................................................................................3 1.1.2. Thế nào là rau sạch ...................................................................................3 1.1.3. Công dụng của một số loại rau ..................................................................4 1.1.4. Một số tiêu chí rau an toàn ........................................................................6 1.1.4.1. Định nghĩa .........................................................................................6 1.1.4.2. Các yếu tố gây ô nhiễm cho rau ..........................................................7 1.1.4.3. Về chất lượng của rau an toàn ............................................................9 1.2. Tính chất của Cd và Pb [14,22,23] ..................................................................9 1.2.1. Tính chất vật lý .........................................................................................9 1.2.2. Tính chất hóa học. .................................................................................. 11 1.2.3. Các hợp chất của Cd và Pb ..................................................................... 12 1.2.3.1. Các ôxít ............................................................................................ 12 1.2.3.2. Các hyđroxit ..................................................................................... 13 1.2.3.3. Các muối .......................................................................................... 13 1.3. Vai trò, chức năng và sự nhiễm độc Cd, Pb [5,17] ......................................... 14 1.3.1. Vai trò, chức năng và sự nhiễm độc Cd................................................... 14 1.3.2. Vai trò, chức năng và sự nhiễm độc Pb [10] ............................................ 16 1.4. Các phương pháp xác định Cd, Pb ................................................................. 17 1.4.1. Phương pháp phân tích hoá học [13] ....................................................... 17 1.4.1.1. Phương pháp phân tích khối lượng ................................................... 17 1.4.1.2. Phương pháp phân tích thể tích ........................................................ 18 1.4.2. Phương pháp phân tích công cụ .............................................................. 19 1.4.2.1. Phương pháp điện hoá [7,13] ............................................................ 19 1.4.2.2. Phương pháp quang phổ ................................................................... 21 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1.5. Phương pháp xử lý mẫu phân tích xác định Cd và Pb [12,25] ........................ 24 1.5.1. Phương pháp xử lý ướt (bằng axit đặc oxi hóa mạnh) ............................. 25 1.5.2. Phương pháp xử lý khô ........................................................................... 25 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................... 27 2.1. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu................................................................. 27 2.1.1. Đối tượng và mục tiêu ............................................................................ 27 2.1.2. Các nội dung nghiên cứu ........................................................................ 27 2.2. Giới thiệu phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử [9] ....................................... 27 2.2.1. Nguyên tắc của phương pháp .................................................................. 27 2.2.2. Hệ trang bị của phép đo .......................................................................... 28 2.3. Giới thiệu về phương pháp xử lý ướt mẫu bằng axit ...................................... 29 2.3.1. Nguyên tắc của phương pháp .................................................................. 30 2.3.2. Cơ chế phân hủy ..................................................................................... 30 2.4. Dụng cụ - hóa chất ........................................................................................ 31 2.4.1. Dụng cụ máy móc ................................................................................... 31 2.4.2. Hoá chất ................................................................................................. 31 CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ .............................. 32 3.1. Khảo sát các điều kiện thực nghiệm để đo phổ của cadimi và chì .................. 32 3.1.1. Khảo sát chọn vạch đo phổ ..................................................................... 32 3.1.2. Khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng (HCL) ....................................... 33 3.1.3. Khảo sát độ rộng khe đo ......................................................................... 34 3.1.4. Khảo sát chiều cao của đèn nguyên tử hoá mẫu ...................................... 35 3.1.5. Khảo sát thành phần hỗn hợp khí cháy .................................................... 36 3.1.6. Tốc độ dẫn mẫu ...................................................................................... 37 3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo .................................................. 37 3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit ............................. 38 3.2.2. Khảo sát thành phần nền của mẫu ........................................................... 40 3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của các ion .............................................................. 42 3.2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của các cation ................................................... 42 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của các anion.................................................... 44 3.2.3.3. Ảnh hưởng của tổng các cation và anion .......................................... 45 3.3. Phương pháp đường chuẩn đối với phép đo F- AAS...................................... 47 3.3.1. Khảo sát xác định khoảng tuyến tính của Cd và Pb ................................. 47 3.3.2. Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của Cd và Pb ................................................................ 49 3.3.2.1. Đường chuẩn của Cadimi ................................................................. 49 3.3.2.2. Đường chuẩn của chì ........................................................................ 51 3.4. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo ...................................................... 53 3.5. Tổng kết các điều kiện đo phổ F-AAS của cadimi và chì .............................. 56 3.6. Phân tích mẫu thực ........................................................................................ 56 3.6.1. Lấy mẫu.................................................................................................. 56 3.6.2. Khảo sát quá trình xử lí mẫu ................................................................... 58 3.7. Thực nghiệm đo phổ và tính toán kết quả ...................................................... 60 3.7.1. Phương pháp xử lí kết quả phân tích theo phương pháp đường chuẩn ..... 60 3.7.2. Kết quả xác định hàm lượng cadimi, chì trong các mẫu rau .................... 60 3.8. Kiểm tra quá trình xử lý mẫu......................................................................... 62 3.8.1. Mẫu lặp .................................................................................................. 62 3.8.2. Mẫu thêm chuẩn ..................................................................................... 66 KẾT LUẬN ............................................................................................................ 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 71 PHỤ LỤC .................................................................... Error! Bookmark not defined. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1: Hằng số vật lý của Cd ............................................................................ 10 Bảng 1.2: Hằng số vật lý của Pb ............................................................................ 10 Bảng 3.1: Kết quả khảo sát vạch phổ của cadimi ................................................... 32 Bảng 3.2: Kết quả khảo sát vạch phổ của chì ......................................................... 33 Bảng 3.3: Khảo sát cường độ dòng đèn với nguyên tố Cd ...................................... 33 Bảng 3.4: Kết quả khảo sát cường độ dòng đèn với nguyên tố Pb .......................... 34 Bảng 3.5 : Kết quả khảo sát khe đo với nguyên tố Cd ........................................... 34 Bảng 3.6 : Kết quả khảo sát khe đo với nguyên tố Pb ........................................... 35 Bảng 3.7: Kết quả khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hoá mẫu của Cd ................... 36 Bảng 3.8: Kết quả khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hoá mẫu của Pb .................... 36 Bảng 3.9: Kết quả khảo sát thành phần khí cháy C2H2 đối với Cd.......................... 37 Bảng 3.10: Kết quả khảo sát thành phần khí cháy C2H2 đối với Pb ........................ 37 Bảng 3.11: Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo Cd................ 39 Bảng 3.12: Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo Pb ................ 39 Bảng 3.13: Khảo sát ảnh hưởng của thành phần nền .............................................. 41 Bảng 3.14: Kết quả khảo sát nồng độ LaCl3 ........................................................... 41 Bảng 3.15: Ảnh hưởng của nhóm cation kim loại kiềm ......................................... 42 Bảng 3.16: Ảnh hưởng của nhóm cation kim loại kiềm thổ.................................... 43 Bảng 3.17: Ảnh hưởng của nhóm cation kim loại nặng hoá trị II ........................... 43 Bảng 3.18: Ảnh hưởng của nhóm cation kim loại hoá trị III .................................. 43 Bảng 3.19 : Ảnh hưởng tổng của cation ................................................................. 44 Bảng 3.20: Khảo sát ảnh hưởng của anion SO4 2- ,H2PO4 - , F - , I - .............................. 45 Bảng 3.21: Khảo sát ảnh hưởng của tổng các anion ............................................... 45 Bảng 3.22 : Ảnh hưởng của tổng các cation và anion ............................................. 46 Bảng 3.23: Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Cd ............................ 47 Bảng 3.24: Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Pb ............................ 48 Bảng 3.25: Kết quả sai số và độ lặp của phép đo cadimi ........................................ 54 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Bảng 3.26: Kết quả sai số và độ lặp của phép đo chì .............................................. 55 Bảng 3.27: Tổng kết các điều kiện đo phổ F- AAS của Cd, Pb .............................. 56 Bảng 3.28: Địa điểm và thời gian lấy mẫu ............................................................. 57 Bảng 3.29: Tỉ lệ khối lượng của một số loại rau trước và sau khi sấy khô .............. 58 Bảng 3.30: Kết quả khảo sát lượng HNO3 ứng với 1 gam mẫu rau khô .................. 59 Bảng 3.31: Kết quả đo phổ F- AAS đối với nguyên tố Cd ..................................... 61 Bảng 3.32 : Kết quả đo phổ F- AAS đối với nguyên tố Pb ..................................... 61 Bảng 3.33 : Kết quả xử lý số liệu hàm lượng Cd .................................................... 63 Bảng 3.34 : Hàm lượng chính xác Cd trong rau ..................................................... 63 Bảng 3.35: Kết quả xử lý số liệu hàm lượng Pb ..................................................... 64 Bảng 3.36: Hàm lượng chính xác Pb trong rau ...................................................... 65 Bảng 3.37 : Mẫu thêm chuẩn ................................................................................. 66 Bảng 3.38: Kết quả phân tích cadimi ..................................................................... 67 Bảng 3.39: Kết quả phân tích chì ........................................................................... 67 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên DANH MỤC HÌNH Trang Hình 2.1 : Sơ đồ cấu tạo máy phổ hấp thụ nguyên tử .............................................. 29 Hình 3.1: Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Cd .................................. 48 Hình 3.2: Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Pb .................................. 49 Hình 3.3: Đồ thị đường chuẩn của cadimi ............................................................... 50 Hình 3.4: Đồ thị đường chuẩn của chì .................................................................... 52 Hình 3.5: Đồ thị hàm lượng Cd qua kết quả phân tích rau ở một số xã của huyện Đại Từ tỉnh Thái Nguyên ....................................................... 64 Hình 3.6: Đồ thị hàm lượng Pb qua kết quả phân tích rau ở một số xã của huyện Đại Từ tỉnh Thái Nguyên ............................................................. 65 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 MỞ ĐẦU Ngày nay việc bảo vệ môi trường và an toàn thực phẩm là vấn đề quan trọng đối với mỗi quốc gia. Trong đời sống, rau xanh luôn là nguồn thực phẩm cần thiết và quan trọng. Hiện nay do nhiều nguyên nhân khác nhau mà chủ yếu là việc sử dụng phân bón hoá học, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu, diệt cỏ, chất thải của các nhà máy, khu công nghiệp đã dẫn đến sự ô nhiễm nguồn đất, nguồn nước và bầu khí quyển. Do đó rau xanh có thể bị nhiễm một số kim loại nặng như Sn, Pb, Hg, Mn, Zn... và các vi sinh vật gây bệnh. Nếu con người sử dụng phải sẽ bị ngộ độc có thể gây ra những căn bệnh hiểm nghèo như ung thư sẽ dẫn đến tử vong. Vấn đề đang được đặt ra ở Thái Nguyên nói riêng và cả nước nói chung là làm thế nào để có được rau xanh an toàn (rau sạch)? Như vậy việc điều tra, đánh giá chất lượng rau sạch trở nên vô cùng cấp thiết. Một trong các chỉ tiêu dùng để đánh giá độ an toàn thực phẩm nói chung và rau sạch nói riêng là hàm lượng các kim loại nặng. Do đó, việc phân tích để tìm ra hàm lượng các kim loại nặng trong rau xanh trên địa bàn huyện Đại Từ - tỉnh Thái Nguyên sẽ góp phần kiểm soát được chất lượng rau sạch theo tiêu chuẩn rau sạch đang được áp dụng ở Việt Nam. Có nhiều phương pháp để xác định hàm lượng các kim loại, tùy thuộc vào hàm lượng chất phân tích mà có thể sử dụng các phương pháp khác nhau: phương pháp phân tích thể tích, phương pháp phân tích trọng lượng, phương pháp điện hóa, phương pháp phân tích công cụ (phương pháp quang phổ, phương pháp phổ phát xạ nguyên tử AES, phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS) trong đó phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa F- AAS là phương pháp có độ nhạy, độ chọn lọc cao, phù hợp với việc xác định lượng vết các kim loại nặng trong thực phẩm. Xuất phát từ những lý do trên chúng tôi chọn đề tài: "Xác định hàm lượng Cadimi và Chì trong một số loại rau xanh tại huyện Đại Từ- tỉnh Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS)". Mục đích: Xác định được hàm lượng Cadimi và Chì gây ô nhiễm trong rau xanh và đánh giá hiện trạng ô nhiễm bởi hai kim loại này trong rau xanh ở một số xã của huyện Đại Từ tỉnh Thái nguyên. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 Để thực hiện đề tài này, chúng tôi tập trung giải quyết các nhiệm vụ sau: 1. Nghiên cứu tối ưu hóa các điều kiện xác định Cd, Pb trong rau xanh bằng phép đo phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F- AAS) 2. Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình xử lý mẫu đối với các mẫu rau xanh. 3. Xác định hàm lượng của Cd, Pb trong một số mẫu rau xanh tại huyện Đại Từ tỉnh Thái Nguyên bằng phương pháp đường chuẩn và thêm chuẩn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về rau xanh 1.1.1. Vai trò của rau Các loại rau tươi của nước ta rất phong phú. Nhìn chung ta có thể chia rau tươi thành nhiều nhóm: nhóm rau xanh như rau cải, rau muống, rau xà lách, rau cần... nhóm rễ củ như cà rốt, củ cải, củ su hào, củ đậu...nhóm cho quả như cà chua, dưa chuột... nhóm hành gồm các loại hành, tỏi. Trong ăn uống hàng ngày rau tươi có vai trò đặc biệt quan trọng. Rau tươi nằm trong nhóm thứ 4, cung cấp vitamin và muối khoáng. Nếu tính lượng đạm có trong 100 gam có thể thấy một số loại rau rất giàu chất đạm như bồ ngót, rau muống. Mặc dù chất đạm có nhiều trong thịt, cá từ 14 – 15 gam nhưng thịt cá đắt tiền, không phải ai cũng có khả năng mua thường xuyên trong khi rau rất rẻ mà lượng đạm cung cấp cũng khá. 1kg rau muống cung cấp 300 gam lượng đạm tương đương 200 gam thịt. Như vậy rau là loại thức ăn rẻ tiền nhưng lại có vai trò dinh dưỡng rất cao. Rau còn quan trọng ở chỗ nó cung cấp chất xơ. Chất xơ không dễ tiêu hoá hấp thụ được, không cung cấp năng lượng, nó tạo ra chất thải lớn trong ruột, làm tăng nhu động ruột, chống táo bón. Đây là điều rất quan trọng trong việc tránh hấp thụ có hại cho cơ thể. Nếu phân để lâu trong ruột do thiếu chất xơ cũng tăng tỉ lệ ung thư tiêu hoá, đại tràng, gây xơ vữa động mạch. Ngoài ra, chất xơ còn thúc đẩy sự hấp thụ của cơ thể đối với 3 nhóm thức ăn đạm, béo, đường. Rau còn là nguồn chất sắt quan trọng. Sắt trong rau được cơ thể hấp thụ tốt hơn sắt ở các hợp chất vô cơ. Các loại rau, đậu, xà lách là nguồn mangan tốt. Tóm lại, rau tươi có vai trò quan trọng trong dinh dưỡng, trong bữa ăn hàng ngày của chúng ta không thể thiế