Xác định hàm lượng một số kim loại nặng trong động vật nhuyễn thể ở khu vực Hồ Tây

MỞ ĐẦU Ngày nay , người ta đã khẳng định được rằng nhiều nguyên tố kim loại có vai trò cực kỳ quan trọng đối với cơ thể sống và con người.Tuy nhiên nếu hàm lượng lớn chúng sẽ gây độc hại cho cơ thể. Sự thiếu hụt hay mất cân bằng của nhiều kim loại vi lượng trong các bộ phận của cơ thể như gan, tóc, máu, huyết thanh, ... là những nguyên nhân hay dấu hiệu của bệnh tật, ốm đau hay suy dinh dưỡng và có thể gây tử vong. Thậm chí, đối với một số kim loại người ta mới chỉ biết đến tác động độc hại của chúng đến cơ thể. Kim loại nặng có thể xâm nhập vào cơ thể con người chủ yếu thông qua đường tiêu hóa và hô hấp. Tuy nhiên, cùng với mức độ phát triển của công nghiệp và sự đô thị hoá, hiện nay môi trường sống của chúng ta bị ô nhiễm trầm trọng. Các nguồn thải kim loại nặng từ các khu công nghiệp vào không khí, vào nước, vào đất, vào thực phẩm rồi xâm nhập vào cơ thể con người qua đường ăn uống, hít thở dẫn đến sự nhiễm độc. Do đó việc nghiên cứu và phân tích các kim loại nặng trong môi trường sống, trong thực phẩm và tác động của chúng tới cơ thể con người nhằm đề ra các biện pháp tối ưu bảo vệ và chăm sóc sức khoẻ cộng đồng là một việc vô cùng cần thiết. Nhu cầu về thực phẩm sạch, đảm bảo sức khỏe đã trở thành nhu cầu thiết yếu, cấp bách và được toàn xã hội quan tâm. Các loài động vật nhuyễn thể như: trai, ốc, nghêu, sò…cũng là một trong những nguồn thực phẩm thiết yếu và được ưa chuộng ở nước ta. Tuy nhiên trong những năm gần đây một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng các loài động vật này có thể tích tụ một số chất ô nhiễm, đặc biệt là các kim loại nặng trong cơ thể chúng với hàm lượng cao hơn nhiều lần so với hàm lượng ở môi trường bên ngoài. Vì vậy chúng tôi chọn đề tài : “Xác định hàm lượng một số kim loại nặng trong động vật nhuyễn thể ở khu vực Hồ Tây” Chương 1. TỔNG QUAN 1.1.Vài nét về Hồ Tây và vấn đề ô nhiễm ở Hồ Tây Hồ tây là hồ lớn nhất của Hà Nội, nằm ở phía tây bắc thành phố, có vai trò quan trọng trong đời sống kinh tế, văn hóa, xã hội của thủ đô. Cùng với tốc độ đô thị hóa, sự can thiệp của con người đã và đang làm cho Hồ Tây bị biến dạng, theo đó là ô nhiễm môi trường, mất đi nhiều loài thủy sản, đặc sản có giá trị. Theo kết quả khảo sát của Công ty Khai thác Hồ Tây năm 1997, diện tích Hồ Tây là 526,16 ha, chu vi 18.967m, độ sâu trung bình 1,5 – 2,0 m, nơi sâu nhất là 3,0 m, lượng nước trung bình khoảng 10 triệu mét khối. Hồ Tây có 36 loài cá thuộc 12 họ, 106 loài thực vật phù du thuộc 6 ngành tảo và vi khuẩn lam, 58 loài chim thuộc 17 họ, 214 loài cây bóng mát, hoa và cây cảnh thuộc 79 chi của 50 họ, nằm trong 4 ngành thực vật…Ngoài ra còn nhiều loài thủy đặc sản như baba, trai, ốc, nghêu….Hồ Tây có sự đa dạng sinh học cao và điển hình ở vùng đồng bằng sông Hồng.[1] Những năm gần đây mặt nước của Hồ Tây bị thu hẹp dần và bị ảnh hưởng lớn bởi tốc độ đô thị hóa. Nhiều tổ chức, cá nhân thuộc các thành phần kinh tế đã đầu tư và phát triển dịch vụ, du lịch như Câu lạc bộ Hà Nội, Công viên nước, Du thuyền Hồ Tây,…Một số diện tích ven bờ hồ đã được kè với mục đích tránh sạt lở và lấn chiếm nhưng hồ vẫn được coi là nơi chứa các chất xả thải. Theo chủ trương của Ban Quản lý Dự án Hạ tầng kỹ thuật xung quanh Hồ Tây, Trung tân Môi trường Biển cùng với Viện Hóa học, Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia đã có đợt nghiên cứu, khảo sát chất lượng nước hồ vào tháng 6 năm 2001 và đã kết luận: Nước Hồ Tây đang bị ô nhiễm nặng. Các thông số của đợt khảo sát gồm các thông số thủy hóa thông dụng ( nhiệt độ, độ dẫn điện, độ muối, PH, oxy hòa tan, độ đục); các thông số hóa học, vi sinh (coli tổng, fecal coli); các chất hữu cơ (COD,BOD5); các chất dinh dưỡng và các kim loại nặng (Cu, Zn, Cd, As, Hg, và Pb);hàm lượng dầu và hàm lượng thuốc trừ sâu clo và cơ phốt pho. Chất lượng nước của vùng hồ có hàm lượng BOD từ 15 – 20 mg/l, hàm lượng DO>6mg/l. Vùng ven bờ đặc biệt là khu vực gần cổng từ hồ Trúc Bạch sang, hàm lượng BOD có thời điểm đạt tới 25 – 28 mg/l. Về mùa khô, nấm sợi và vi khuẩn cao gấp 1000 lần so với mùa mưa.[2] Nguyên nhân chính gây ô nhiễm là do hàng năm có hàng triệu mét khối nước thải của thành phố độ trực tiếp vào hồ qua cống “ Cây Si” ở đường Thanh Niên, cống “ Tàu Bay ” gần vườn hoa Lý Tự Trọng và “Cống Đõ” phường Thụy Khuê,… cộng với nước thải và một phần rác thải của các nhà hàng, khách sạn quanh hồ, trên hồ và cư dân xung quanh. Từ năm 2002, người ta đã phát hiện ốc ở Hồ Tây bị mất vẩy, số lượng ốc còn sống sót rất ít, còn con nào sống chỉ bé bằng 2/3 những con ốc cùng loại ở nơi khác. Phòng Sinh thái Môi trường nước thuộc Viện Sinh thái và tài nguyên Sinh vật cho biết trước đó họ chưa từng ghi nhận trường hợp ốc mất vẩy nào như thế. Giả thiết đưa ra là ốc mất vẩy do bị nhiễm độc.[15] Hồ Tây đang đứng trước nguy cơ bị mất cân bằng sinh thái một cách nghiêm trọng. Theo thống kê, mỗi ngày hồ Tây nhận khoảng trên 10.000m3 nước thải sinh hoạt từ các hộ dân sống xung quanh hồ, và một lượng lớn nước thải từ hàng chục nhà hàng, khách sạn kinh doanh trên mặt hồ và xung quanh hồ. Vấn đề ô nhiễm môi trường ở Hồ Tây đã được nhắc đến từ lâu. Những năm gần đây đã có rất nhiều các công trình, đề tài nghiên cứu đánh giá tình trạng ô nhiễm ở khu vực Hồ Tây để xúc tiến nhanh chóng việc giữ gìn và bảo vệ hồ. Các dự án “ Thay nước Hồ Tây”, “ Trồng cây thủy sinh để làm sạch nước” đã gây nhiều tranh cái trong giới nghiên cứu, đã bị hoãn vô thời hạn và dường như đã bị lãng quên. 1.2.Vài nét về động vật nhuyễn thể Y học cổ truyền đã khảng định các loài nhuyễn thể có vị ngọt, mặn, tính lạnh. Các món ăn chế biến từ nhuyễn thể có tính thanh nhiệt, trừ thấp, giải độc. tính chất này dùng để giải độc rược. Người bị tiểu đường cũng nên ăn nghêu sò ốc hến. Ăn nhuyễn thể còn giúp bổ gân, bổ thận,… Theo dược sĩ Bùi Kim Tùng ăn nhuyễn thể còn là giải pháp bổ sung kẽm và iod. Các loài nhuyễn thể có nhiều iod gấp 200 lần so với trứng và thịt, thịt nhuyễn thể có thể dùng làm thực phẩm hỗ trợ cho các bệnh tim mạch, bướu cổ, làm loãng đờm giãi, tăng tính miễn nhiễm, tăng chuyển hóa chất dinh dưỡng và tăng nội tiết tố. Tuy nhiên thịt nhuyễn thể có thể làm cho các bà mẹ đang nuôi con bú bị tắc sữa. Như vậy, nhuyễn thể là một loài thực phẩm thuốc quý nhưng cho đến nay những nghiên cứu cơ bản về loài nhuyễn thể còn quá ít ỏi. Theo một số tác giả thì loài nhuyễn thể có hai vỏ cứng như trai, trùng trục hay ốc là các loài thích hợp dùng làm chỉ thị sinh học đối với lượng vết các kiim loại. Chúng có khả năng tích tụ các kim loại lượng vết như Pb, Cd, Hg… với hàm lượng lớn. Trai, ốc có thể tích tụ Cd trong mô của chúng ở mức hàm lượng cao hơn gấp 100.000 lần mức hàm lượng tìm thấy trong môi trường xung quanh.[16] 1.3.Độc tính của các kim loại nặng 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 nặng được thải ra từ hoạt động của con người như: hoạt động sản xuất công nghiệp (khai khoáng, giao thông, chế biến quạng 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. Trên nhãn của các lọ thuốc vitamin, thuốc bổ xung khoáng chất thường có Cr, Cu, Fe, Zn, Mn, Mg, K, chúng có hàm lượng thấp và được biết đến như lượng vết. 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.[16] Kim loại nặng có độc tính là các kim loại có tỷ trọng ít nhất lớn gấp 5 lần tỷ trọng của nước. Chúng là các kim loại bền (không tham gia vào quá trình inh hóa trong cơ thể) và có tính tích tụ sinh học (chuyển tiếp trong chuỗi thức ăn và đi vào cơ thể người). Các kim loại này bao gồm: Hg, Ni, Pb, As, Cd, Al, Pt, Cu, Cr, Mn….Các kim loại nặng khi xâm nhập vào cơ thể sinh vật gây độc tính.[22] 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 suy yếu và sụp đổ đế quốc La Mã. Bệnh điên dại Alice ở Wonderland hồi thế kỷ 19 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.[16] 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. Ngày nay sự nhiễm độc mãn tính có thể xuất phát từ việc dùng chì trong sơn, nước máy, các hóa chất trong quá trình chế biến thực phẩm, các sản phẩm “chăm sóc con người” (mỹ phẩm, dầu gội đầu, thuốc nhuộm tóc, thuốc đánh răng, xà phòng,…). Trong xã hội ngày nay, con người không thể tránh được sự nhiễm các hóa chất độc và các kim loại. 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.[3] Trong phạm vi bản luận văn này, chúng tôi chỉ đề cập đến độc tính của ba kim loại As, Cd và Pb ba trong số các kim loại thuộc chương trình nghiên cứu đánh giá môi trường của EU(2001) cũng như nhiều quốc gia khác trên thế giới. Độc tính của Asen Asen được quy định là chất độc hại bảng A, tổ chức nghiên cứu ung thư thế giới IARC đã xếp Asen vào nhóm các chất gây ung thư cho con người. Nhiễm độc Asen gây ung thư da, làm tổn thương gan, gây bệnh dạ dầy, bệnh ngoài da, bệnh tim mạch…. Asen xâm nhập vào cơ thể qua 2 con đường: Đường tiêu hóa: Nhận được chủ yếu thông qua thực phẩm mà nhiều nhất là trong đồ ăn biển, động vật nhuyễn thể, đặc biệt là động vật nhuyễn thể. Hoặc do tiếp xúc với thuốc bảo vệ thực vật, hóa chất, thuốc, nước uống có hàm lượng As cao… Đường hô hấp: As lắng đọng trong không khí gây tác hại trực tiếp cho con người qua đường hô hấp. Ngoài ra, Asen còn xâm nhập vào cơ thể người qua tiếp xúc với da. Asen ở các trạng thái tồn tại khác nhau thì cũng khác nhau về độc tính đối với sức khỏe con người. Hàm lượng Asen 0.01mg/kg có thể gây chết người. Các hợp chất As(III) có độc tính mạnh nhất ( thường gọi là thạch tín). Khi xâm nhập vào cơ thể As(III) sẽ kết hợp với các nhóm – SH của Enzim trong người làm mất hoạt tính của chúng.[21] Độc tính của Chì Trong sản xuất công nghiệp thì Pb có vai trò quan trọng, nhưng đối với cơ thể thì chưa chứng minh được Pb có vai trò tích cực gì. Song độc tính của Pb và các hợp chất của nó đối với cơ thể người và động vật thì quá rõ. Không khí, nước và thực phẩm bị ô nhiễm Pb đều rất nguy hiểm cho mọi người, nhất là trẻ em đang phát triển và động vật. Chì có tác dụng âm tính lên sự phát triển của bộ não trẻ em, Pb ức chế mọi hoạt động của các enzym, không chỉ ở não mà còn ở các bộ phận tạo máu, nó là tác nhân phá hủy hồng cầu. Khi hàm lượng Pb trong máu khoảng 0,3 ppm thì nó ngăn cản quá trình sử dụng oxi để oxi hóa glucoza tạo ra năng lượng cho quá trình sống, do đó làm cho 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 nằm trong khoảng ( >0,5 – 0,8 ppm) gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá hủy não. Xương là nơi tàng trữ, tích tụ chì trong cơ thể, ở đó chì tương tác với photphat trong xương rồi truyền vào các mô mềm của cơ thể và thể hiện độc tính của nó.[22] Vì thế tốt nhất là tránh những nơi có Pb ở bất kì dạng nào, đồng thời trong dinh dưỡng chú ý dùng loại thực phẩm có hàm lượng Pb dưới quy định cho phép và có đủ Ca và Mg để hạn chế tác động của Pb. Vì dù chúng ta không muốn thì cũng luôn có một lượng Pb rất nhỏ nhất định vẫn thâm nhập vào cơ thể của chúng ta qua đường ăn uống và hít thở. Vì thế nên uống sữa, ăn nhiều rau xanh, các loại thực phẩm và đồ uống giàu vitamin B1 và vitamin C thì có lợi cho việc chống lại và hạn chế ảnh hưởng của Pb đối với cơ thể. Các chất được dùng để giải độc chì là EDTA, 2,3- dimercaptopropanol, penicillamin…., do đó chúng tạo với Pb các phức chelat bền và được đào thải ra ngoài qua nước tiểu. Độc tính của Cadimi Cadmi là nguyên tố rất độc. Giới hạn tối đa cho phép của cadmi:[25] Trong nước : 0,01 mg/l (hay 10ppb), Trong không khí : 0,001 mg/m3, Trong thực phẩm : 0,001- 0,5 mg/kg. Trong tự nhiên cadmi thường được tìm thấy trong các khoáng vật có chứa kẽm. Nhiễm độc cadmi gây nên chứng bệnh giòn xương. Ở nồng độ cao, cadmi gây đau thận, thiếu máu và phá huỷ tuỷ xương. Phần lớn cadimi thâm nhập vào cơ thể con người được giữ lại ở thận và được đào thải, còn một phần ít (khoảng 1%) được giữ lại trong thận, do cadmi liên kết với protein tạo thành metallotionein có ở thận. Phần còn lại được giữ lại trong cơ thể và dần dần được tích luỹ cùng với tuổi tác. Khi lượng cadmi được tích trữ lớn, nó có thể thế chỗ ion Zn2+ trong các enzim quan trọng và gây ra rối loạn tiêu hoá và các chứng bệnh rối loạn chức năng thận, thiếu máu, tăng huyết áp, phá huỷ tuỷ sống, gây ung thư.[27] 1.4.Giới thiệu chung về Asen, Cadimi và Chì Trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học, nguyên tố Asen nằm ở ô số 33, thuộc nhóm VA, chu kì 4. Cấu hình electron của As (Z = 48) là: [Ar]3d104s24p3 ,với cấu hình có sự tham gia của các obitan d nên trong các hợp chất As có thể có số ôxi hóa +3, +5 và – 3.[11] Nguyên tố Cadimi (Cd) nằm ở ô số 48, thuộc nhóm IIB, chu kỳ V. Nguyên tử Cd có các obitan d đã điền đủ 10 electron.Cấu hình electron của Cadimi (Z = 48 ): [Kr]4d105S2. Nguyên tố chì có số thứ tự 82, thuộc nhóm IV A, chu kỳ VI. Cấu hình electron của Pb ( Z = 82 ): [Xe]4f145d106S26P2. As chiếm khoảng 10-4% tổng số nguyên tử trong vỏ trái đất là các nguyên tố giàu thứ 20 sau các nguyên tố khác, nhưng ít tồn tại ở dạng nguyên chất trong tự nhiên. Người ta tìm thấy As tồn tại ở dạng hợp chất với một hay một số nguyên tố khác. Thường thì các các dạng hợp chất hữu cơ của Asen ít độc hơn hợp chất asen vô cơ. Trong thiên nhiên, Cd tồn tại ở dạng bền vững là Cd (II). Trữ lượng của Cadimi trong vỏ Trái đất là 7,6.10-6% tổng số nguyên tử tương ứng. Khoáng vật chính của Cadimi là grenokit (CdS), khoáng vật này hiếm khi tồn tại riêng mà thường ở lẫn với khoáng vật của kẽm và thủy ngân là xinaba hay thần sa ( HgS).[12] Chì trong tự nhiên chiếm khoảng 0,0016 % khối lượng vỏ Trái đất, phân bố trong 170 khoáng vật khác nhau nhưng quan trọng nhất là galena (PbS), anglesite ( PbSO4 ) và cerussite ( PbCO3), hàm lượng Chì trong các khoáng lần lượt là 88 %, 68% và 77%. [19] 1.4.1. Tính chất lý, hóa của cadimi và chì 1.4.1.1. Tính chất vật lí.[19] Asen có một vài dạng thù hình, dạng kim loại và dạng không kim loại. Ở dạng không kim loại asen được tạo nên khi ngưng tụ hơi của nó. Đó là chất rắn mầu vàng, ở nhiệt độ thường dưới tác dụng của ánh sáng nó chuyển nhanh thành bột. Ở dạng kim loại: Asen có màu xám và là dạng bền nhất, dễ nghiền nhỏ thành bột, dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, hơi asen có mùi tỏi rất độc. Cadimi và chì đều là các kim loại nặng , có ánh kim. Cadimi là kim loại màu trắng bạc, mềm, dễ nóng chảy, ở trong không khí ấm bị nó dần bị bao phủ bởi lớp màng oxit nên mất ánh kim. Còn chì kim loại có màu xanh xám, mềm, bề mặt chì thường mờ đục do bị oxi hóa. Bảng1: Một số hằng số vật lý quan trọng của Asen, cadimi và chì Hằng số vật lý  Asen  Cadimi  Chì   Khối lượng nguyên tử ( đvC) Nhiệt độ nóng chảy ( 0C ) Nhiệt độ sôi ( 0C ) Tỉ khối ( 25 0C ) (g/cm3) Năng lượng ion hóa thứ nhất (ev) Bán kính nguyên tử (A0) Cấu trúc tinh thể  74,92 817 610 5,727 5,84 1,15 Hộp mặt thoi  112,411 321,07 767 8,642 8,99 1,56 Lục giác bó chặt  207,21 327,4 1740 11,350 7,42 1,75 Lập phương tâm diện   1.4.1.2. Tính chất hóa học. [11,12] Asen là nguyên tố vừa có tính kim loại vừa có tính phi kim. Về lí tính nó có tính chất giống kim loại nhưng hóa tính lại giống các phi kim. Khi đun nóng trong không khí nó cháy tạo thành As2O3 màu trắng As + 3 O2 = As2O3 Ở dạng bột nhỏ As có thể bốc cháy trong khí clo tạo thành triclorua As + 3Cl2 = AsCl3 Khi đun nóng As tương tác với Br, S, kim loại kiềm, kiềm thổ và một số kim loại khác tạo nên asenua. 2As + 3M = M3As2 ( đun nóng, M = Mg, Ca, Cu) 2As + M = MAs2 (đun nóng, M = Zn, Ca, Fe) As + M = MAs ( đun nóng, M = Al, Ga, In, La) Asen không phản ứng với nước, axit loãng nhưn tan trong HNO3 đặc, cường thủy, kiềm, chất ôxi hóa điển hình. As + 3HClđ + HNO3đ = AsCl3 + NO↑ + H2O As + 5 HNO3 + 2 H2O = 3 H3AsO4 + 5 NO↑ As + 6 NaOH = 2NaAsO3 + 2H2 Cadimi là nguyên tố tương đối hoạt động. Trong không khí ẩm, Cd bền ở nhiệt độ thường nhờ màng oxit bảo vệ. Nhưng ở nhiệt độ cao nó cháy mãnh liệt cho ngọn lửa mầu sẫm: 2Cd + O2 = 2CdO Tác dụng với halogen tạo thành đihalogenua, tác dụng với lưu huỳnh và các nguyên tố không kim loại khác như photpho, selen… Cd + S = CdS Ở nhiệt độ thường cadmi bền với nước vì có màng oxit bảo vệ, nhưng ở nhiệt độ cao cadmi khử hơi nước biến thành oxit Cd + H2O = CdO + H2↑ Cd tác dụng dễ dàng với axit không phải là chất oxi hoá, giải phóng khí hiđro. Ví dụ: HCl Cd + 2HCl = CdCl2 + H2↑ Trong dung dịch thì: Cd + H3O+ + H2O = [Cd(H2O)2]]2+ +
H2↑ Nhìn chung, chì là kim loại tương đối hoạt động về mặt hoá học. Ở điều kiện thường, chì bị oxi hoá tạo thành lớp oxit màu xám xanh bao bọc bên trên mặt bảo vệ cho chì không tiếp xúc bị oxi hoá nữa: 2Pb + O2 = 2PbO Nhưng khi gặp nước, nước sẽ tách dần màng oxit bao bọc ngoài và tiếp tục bị tác dụng. Chì tương tác với halogen và nhiều nguyên tố không kim loại khác: Pb + X2 = PbX2 Chì có thế điện cực âm nên về nguyên tắc nó tan được trong các axit. Nhưng thực tế chì chỉ tương tác ở trên bề mặt với dung dịch axit clohiđric loãng và axit sunfuric dưới 80% vì bị bao bọc bởi lớp muối khó tan (PbCl2 và PbSO4). Với dung dịch đậm đặc hơn của các axit đó, chì có thể tan vì muối khó tan của lớp bảo vệ đã chuyển thành hợp chất tan: PbCl2 + 2HCl = H2PbCl4 PbSO4 + H2SO4 = Pb(HSO4)2 Với axit nitric ở bất kỳ nồng độ nào, chì tương tác như một kim loại: 3Pb + 8HNO3,loãng = 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O Khi có mặt oxi, chì có thể tương tác với nước: 2Pb + 2H2O + O2 = 2Pb(OH)2 có thể tan trong axit axetic và các axit hữu cơ khác: 2Pb + 4CH3COOH + O2 = 2Pb(CH3COO)2 + 2H2O Với dung dịch kiềm, chì có tương tác khi đun nóng, giải phóng hiđrô: Pb + 2KOH + 2H2O = K2[Pb(OH)4] + H2 1.4.2. Các hợp chất chính của As, Pb và Cd Các hợp chất của As Asin (AsH3) là chất khí không màu, có mùi tỏi rất độc, liều lượng chết người là 250ppm, Asin là chất khử mạnh, có thể bốc cháy trong không khí và khử được muối của các kim loại Cu2+, Ag2+ đến kim loại. AsH3 + 6 AgNO3 + 3 H2O = 6 Ag + 6 HNO3 + H3AsO3 Trong môi trường pH =8, I2 có thể oxi hóa asin thành asenat AsH3 + 4 I2 = H3AsO4 + 8 HI Asin tác dụng với HgCl2 tẩm trên giâys lọc tạo thành hợp chất có màu biến đổi từ vàng đến nâu. Asin phân hủy ở nhiệt độ cao (15000C) tạo nên trên thành bình kết tủa đen lấp lánh như gương. As2O3 ở trạng thái rắn có màu trắng, rất độc, liều lượng gây chết người là 0.1g, ít tan trong nước cho dung dịch có tính axit yếu gọi là axit asenơ. Asen (V) oxit là chất rắn ở dạng khối vô định hình giống như thủy tinh, cấu trúc của nó chưa được biết rõ và người ta gắn cho nó công thức kinh nghiệm là As2O5.As2O5 dễ tan trong nước tạo thành axit asenic. AsX3 là những hợp chất cộng hóa trị, dễ tan trong nước, trong dung môi hữu cơ và thủy phân mạnh. AsCl3 + 3H2O = As(OH)3 + 3 HCl Asen halogenua dễ dàng kết hợp với halogenua kim loại (MX) tạo nên các phức có công thức chung là M(AsX4), M2(AsX5). Muối của As(V) tác dụng với H2S trong môi trường H+ khi đun nóng sẽ tạo kết tủa As(V) sunfua. AsCl5 + 5H2S = 10 HCl Tương tự photphat, As(V) tác dụng với hỗn hợp dung dịch MgCl2, NH3, cho kết tủa NH4MgAsO4 màu trắng. H3AsO4 + MgCl3 + 3NH4OH = NH4MgAsO4↓ + 2NH4Cl + 3H2O Khi tác dụng với amoniphotphat trong môi trường HNO3, As(V) tạo kết tủa tinh thể màu vàng tương tự PO43 -. Còn khi tác dụng với với AgNO3, As(V) tạo kết tủa màu đỏ nâu Ag3AsO4, trong môi trường axit dựa trên phản ứng tạo với I- ra I2 chuẩn độ theo phương pháp iot – thiosunfat có thể định lượng As(V). AsO33- + I2 + H2O = AsO33- + 2I- + 2H+ Các hợp chất của Cd CdO có màu từ vàng đến nâu gần như đen tuỳ thuộc vào quá trình chế hoá nhiệt, nóng chảy ở 1813oC, có thể thăng hoa, không phân huỷ khi đun nóng, hơi độc. CdO không tan trong nước chỉ tan trong kiềm nóng chảy: CdO + 2KOH(nóng chảy) = K2CdO2 + H2O (Kali cadmiat) CdO có thể điều chế bằng cách đốt cháy kim loại trong không khí hoặc nhiệt phân hiđroxit hay các muối cacbonat, nitrat: 2Cd + O2
= 2CdO Cd(OH)2 = CdO + H2O Cd(OH)2 là kết tủa nhầy ít tan trong nước và có màu trắng. Cd(OH)2 không thể hiện rõ tính lưỡng tính, tan trong dung dịch axit, không tan trong dung dịch kiềm mà chỉ tan trong kiềm nóng chảy. Tan trong dung dịch NH3 tạo thành hợp chất phức Cd(OH)2 + 4NH3 = [Cd(NH3)4](OH)2 Điều chế bằng cách cho dung dịch muối của nó tác dụng với kiềm Các muối halogenua (trừ florua), nitrat, sunfat, peclorat và axetat của Cd(II) đều dễ tan trong nước còn các muối sunfua, cacbonat, hay ortho photphat và muối bazơ ít tan. Trong dung dịch nước các muối Cd2+ bị thuỷ phân: Cd2+ + 2 H2O ↔ Cd(OH)2 + 2 H+ Tích số tan của Cd(OH)2 là T = 10-14 Cd2+ có khả năng tạo phức [CdX4]2- (X = Cl-, Br-, I- và CN-), [Cd(NH3)4]2+, [Cd(NH3)6]2+,… Các đihalogenua của cadmi là chất ở dạng tinh thể màu trắng, có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi khá cao. Các muối halogenua (trừ florua), nitrat, sunfat, peclorat và axetat của Cd(II) đều dễ tan trong nước còn các muối sunfua, cacbonat, hay ortho photphat và muối bazơ ít tan. Cd2+ có khả năng tạo phức [CdX4]2- (X = Cl-, Br-, I- và CN-), [Cd(NH3)4]2+, [Cd(NH3)6]2+,… Các đihalogenua của cadmi là chất ở dạng tinh thể màu trắng, có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi khá cao. Các Hợp chất của Pb Chì tạo thành 2 oxit đơn giản là PbO, PbO2 và 2 oxit hỗn hợp là chì metaplombat Pb2O3 (hay PbO.PbO2), chì orthoplombat Pb3O4 (hay 2PbO.PbO2). Monooxit PbO là chất rắn, có hai dạng: PbO có màu đỏ và PbO có mqàu vàng. PbO tan chút ít trong nước nên Pb có thể tương tác với nước khi có mặt oxi. PbO tan trong axit và tan trong kiềm mạnh. Đioxit PbO2 là chất rắn màu nâu đen, có tính lưỡng tính nhưng tan trong kiềm dễ dàng hơn trong axit. Khi đun nóng PbO2 mất dần oxi biến thành các oxit, trong đó chì có số oxi hoá thấp hơn: 290 - 320oC 390 - 420oC 530 - 550oC PbO2 Pb2O3 Pb3O4 PbO (nâu đen) (vàng đỏ) (đỏ) (vàng) Lợi dụng khả năng oxi hoá mạnh của PbO2 người ta chế ra acquy chì. Chì orthoplombat (Pb3O4) hay còn gọi là minium là hợp chất của Pb có các số oxi hoá +2, +4. Nó là chất bột màu đỏ da cam, được dùng chủ yếu là để sản xuất thuỷ tinh pha lê, men đồ sứ và đồ sắt, làm chất màu cho sơn (sơn trang trí và sơn bảo vệ cho kim loại không bị rỉ). Pb(OH)2 là chất kết tủa màu trắng. Khi đun nóng, chúng dễ mất nước biến thành oxit PbO. Pb(OH)2 cũng là chất lưỡng tính. Khi tan trong axit, nó tạo thành muối của cation Pb2+: Pb(OH)2 + 2HCl = PbCl2 + 2H2O Khi tan trong dung dịch kiềm mạnh, nó tạo thành muối hiđroxoplombit: Pb(OH)2 + 2KOH = K2[Pb(OH)4] Muối hiđroxoplombit dễ tan trong nước và bị thuỷ phân mạnh nên chỉ bền trong dung dịch kiềm dư. Pb tạo nên đihalogenua với tất cả các halogen. Hầu hết các đihalogenua đều là chất rắn không màu, trừ PbI2 màu vàng. Các đihalogenua của Pb tương đối bền. Chì đihalogenua tan ít trong nước lạnh nhưng tan nhiều hơn trong nước nóng. Tất cả các đihalogenua có thể kết hợp với halogenua kim loại kiềm MX tạo thành hợp chất phức kiểu M2[PbX4]. Sự tạo phức này giải thích khả năng dễ hoà tan của chì đihalogenua trong dung dịch đậm đặc của axit halogenhiđric và muối của chúng. PbI2 + 2KI = K2[PbI4] PbCl2 + 2HCl = H2[PbCl4] 1.5. Các phương pháp xác định asen, cadimi và chì Hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau để xác định Cadimi và Chì như phương pháp phân tích khối lượng, phân tích thể tích, điện hoá, phổ phân tử UV – VIS, phổ phát xạ nguyên tử (AES), phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) và không ngọn lửa (ETA-AAS), phương pháp ICP – MS,.… Sau đây là một số phương pháp xác định Asen, Cadimi và Chì. 1.5.1. Các phương pháp hoá học 1.5.1.1. Phương pháp phân tích khối lượng Phương pháp phân tích khối lượng là phương pháp cổ điển, độ chính xác có thể đạt tới 0,1%. Cơ sở của phương pháp là sự kết tủa định lượng của chất phân tích với một thuốc thử thích hợp. Asen thường được kết tủa dưới dạng Ag3AsO4, As2S3, Mg(NH4)AsO4 hay Ag2HAsO4, sau đó kết tủa được lọc, rửa, sấy rồi đem cân từ đó xác định hàm lượng chất phân tích. [17] Cadimi thường được kết tủa dưới dạng CdS, CdSO4, CdNH4PO4 sau đó kết tủa được lọc, rửa, sấy (hoặc nung) đem cân. Chì được kết tủa dưới dạng PbSO4, PbCrO4 hay PbMoO4 sau đó được kết tủa được lọc, rửa, sấy hoặc nung rồi cân và từ đó xác định được hàm lượng chất phân tích. Phương pháp này không đòi hỏi dụng cụ đắt tiền nhưng quá trình phân tích lâu, nhiều giai đoạn phức tạp đặc biệt khi phân tích lượng vết các chất. Vì vậy phương pháp này không được dùng phổ biến trong thực tế để xác định lượng vết các chất mà chỉ dùng trong phân tích hàm lượng lớn. 1.5.1.2. Phương pháp phân tích thể tích Phương pháp phân tích thể tích dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử đã biết nồng độ chính xác (dung dịch chuẩn) được thêm vào dung dịch chất định phân để tác dụng đủ toàn bộ lượng chất định phân đó. Thời điểm thêm lượng thuốc thử tác dụng với toàn bộ chất định phân gọi là điểm tương đương. Để nhận biết điểm tương đương, người ta dùng các chất gây ra hiện tượng có thể quan sát bằng mắt gọi là các chất chỉ thị. Asen có thể được xác định bằng phương pháp chuẩn độ iot, chuẩn độ bicromat hay phương pháp chuẩn độ brom. Xác định asen bằng chuẩn độ iot người ta chuyển asen về dạng AsO33- bằng K2CO3, NaHCO3 và H2SO4 loãng, sau đó chuẩn độ bằng iot với chỉ thị hồ tinh bột cho tới khi dung dịch xuất hiện màu xanh. Phương pháp này xác định được hàm lượng As trong khoảng từ 0.1% đến vài chục %. Với Cadimi và Chì, ta có thể dùng các phép chuẩn độ như chuẩn độ phức chất , chuẩn độ ôxi hoá-khử với các chất chỉ thị khác nhau. Ta có thể xác định Cadimi bằng EDTA ở môi trường pH = 9-10 với chỉ thị ETOO hoặc môi trường pH=6 với chỉ thị xylendacam. Khi đó chất chỉ thị chuyển từ màu đỏ sang màu vàng : H6F + Cd2+ ( H4FCd + 2H+ H4FCd + H2Y2- ( CdY2- + H6F (đỏ) (vàng) Đối với chì ta có thể chuẩn độ trực tiếp bằng EDTA hay chuẩn độ ngược bằng Zn2+ hoặc chuẩn độ thay thế với ZnY2- với chất chỉ thị ETOO. - Cách 1: Chuẩn độ trực tiếp Pb2+ bằng EDTA ở pH trung tính hoặc kiềm (pH khoảng 8 -12), với chỉ thị ET-OO. Pb2+ + H2Y2- = PbY2- + 2H+ Tuy nhiên, chì rất dễ thuỷ phân nên trước khi tăng pH phải cho Pb2+ tạo phức kém bền với tactrat hoặc trietanolamin. - Cách 2: Chuẩn độ ngược Pb2+ bằng Zn2+: cho Pb2+ tác dụng với một lượng dư chính xác EDTA đã biết nồng độ ở pH = 10. Sau đó chuẩn độ EDTA dư bằng Zn2+ với chỉ thị là ET-OO. Pb2+ + H2Y2- = PbY2- + 2H+ H2Y2- (dư) + Zn2+ = ZnY2- + 2H+ ZnInd + H2Y2- = ZnY2- + HInd (đỏ nho) (xanh) - Cách 3: Chuẩn độ thay thế dùng ZnY2-, chỉ thị ET-OO. Do phức PbY2- bền hơn ZnY2- ở pH = 10 nên Pb2+ sẽ đẩy Zn2+ ra khỏi phức ZnY2-. Sau đó, chuẩn Zn2+ sẽ xác định được Pb2+: Pb2- + ZnY2- = Zn2+ + PbY2- ZnInd + H2Y2- = ZnY2- + HInd (đỏ nho) (xanh) 1.5.2.Phương pháp phân tích công cụ. 1.5.2.1. Các phương pháp quang phổ. 1.5.2.1.1. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV - VIS[5] Phương pháp này chính là phương pháp phổ hấp thụ phân tử trong vùng UV-VIS. Ở điều kiện thường, các phân tử, nhóm phân tử của chất bền vững và nghèo năng lượng. Đây là trạng thái cơ bản. Nhưng khi có một chùm sáng với năng lượng thích hợp chiếu vào thì các điện tử hoá trị trong các liên kết (л, ∂ , n) sẽ hấp thụ năng lượng chùm sáng, chuyển lên trạng thái kích thích với năng lượng cao hơn. Hiệu số giữa hai mức năng lượng (cơ bản EO và kích thích Em) chính là năng lượng mà phân tử hấp thụ từ nguồn sáng để tạo ra phổ hấp thụ phân tử của chất.[9,17] * Nguyên tắc: Phương pháp xác định dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của một dung dịch phức tạo thành giữa ion cần xác định với một thuốc thử vô cơ hay hữu cơ trong môi trường thích hợp khi được chiếu bởi chùm sáng. Phương pháp định lượng phép đo: A = K.C Trong đó: A: độ hấp thụ quang K: hằng số thực nghiệm C: nồng độ nguyên tố phân tích Phương pháp này cho phép xác định nồng độ chất ở khoảng 10-5 - 10-7M và là một trong các phương pháp được sử dụng khá phổ biến. Phương pháp trắc quang có độ nhạy, độ ổn định và độ chính xác khá cao, được sử dụng nhiều trong phân tích vi lượng. Tuy nhiên với việc xác định Cd, Pb thì lại gặp rất nhiều khó khăn do ảnh hưởng của một số ion kim loại tương tự. Khi đó phải thực hiện các công đoạn che, tách phức tạp. 1.5.2.1.2. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES) [9] Khi ở điều kiện thường, nguyên tử không thu hay phát ra năng lượng nhưng nếu bị kích thích thì các điện tử hoá trị sẽ nhận năng lượng chuyển lên trạng thái có năng lượng cao hơn (trạng thái kích thích). Trạng thái này không bền, chúng có xu hướng giải phóng năng lượng để trở về trạng thái ban đầu bền vững dưới dạng các bức xạ. Các bức xạ này được gọi là phổ phát xạ của nguyên tử. Phương pháp AES dựa trên sự xuất hiện phổ phát xạ của nguyên tử tự do của nguyên tố phân tích ở trạng thái khí khi có sự tương tác với nguồn năng lượng phù hợp. Hiện nay, người ta dùng một số nguồn năng lượng để kích thích phổ AES như ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện, tia lửa điện, plasma cao tần cảm ứng (ICP)… Nhìn chung, phương pháp AES đạt độ nhạy rất cao (thường từ n.10-3 đến n.10-4%), lại tốn ít mẫu, có thể phân tích đồng thời nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu. Vì vậy, đây là phương pháp dùng để kiểm tra đánh giá hoá chất, nguyên liệu tinh khiết, phân tích lượng vết ion kim loại độc trong nước, lương thực, thực phẩm. Tuy nhiên, phương pháp này lại chỉ cho biết thành phần nguyên tố trong mẫu mà không chỉ ra được trạng thái liên kết của nó trong mẫu. Nhiều tác giả đã sử dụng nguồn plasma cao tần cảm ứng kích thích phổ AES để xác định hàm lượng Cd, Cu và Pb trong mẫu nước, đạt hiệu suất thu hồi khá cao. 1.5.2.1.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) Khi nguyên tử tồn tại tự do ở thể khí và ở trạng thái năng lượng cơ bản, thì nguyên tử không thu hay không phát ra năng lượng. Tức là nguyên tử ở trạng thái cơ bản. Song nếu nguyên tử đang tồn tại ở trạng thái này mà chúng ta kích thích nó bằng một chùm tia sáng đơn sắc có năng lượng phù hợp, có độ dài sóng trùng với các vạch phổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố đó, thì chúng sẽ hấp thụ các tia sáng đó sinh ra một loại phổ của nguyên tử. Phổ này được gọi là phổ hấp thụ của nguyên tử. [9] Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử dựa trên sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử khi nguyên tử tồn tại ở trạng thái khí tự do và trong mức năng lượng cơ bản. Phương pháp này có thể phân tích được lượng vết của hầu hết các kim loại và cả những hợp chất hữu cơ hay anion không có phổ hấp thụ nguyên tử. Do đó nó được sử dụng rộng rãi trong các nghành: địa chất, công nghiệp hoá học, hoá dầu, y học, sinh hoá, công nghiệp dược phẩm, nông nghiệp và thực phẩm … Tác giả Nguyễn Ngọc Sơn[20] đã sử dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa GF-AAS để xác định lượng vết chì trong đất hiếm tinh khiết (≥ 99,5%) có so sánh với kỹ thuật ICP-MS và có đưa ra nhận xét: phương pháp GF-AAS có thể xác định tạp chất trong đất hiếm tinh khiết với độ nhạy và độ chính xác cao. Sự sai khác giữa hai phương pháp GF-AAS và ICP-MS là rất nhỏ, dưới 9% đối với Pb. 1.5.2.2 Phương pháp điện hoá 1.5.2.2.1. Phương pháp cực phổ Phương pháp này sử dụng điện cực giọt thuỷ ngân rơi làm cực làm việc, trong đó thế được quét tuyến tính rất chậm theo thời gian (thường 1 – 5 mV/s) đồng thời ghi dòng là hàm của thế trên cực giọt thuỷ ngân rơi. Sóng cực phổ thu được có dạng bậc thang, dựa vào chiều cao có thể định lượng được chất phân tích. Tuy nhiên phương pháp cực phổ bị ảnh hưởng rất lớn của dòng tụ điện, dòng cực đại, lượng oxi hoà tan hay bề mặt điện cực nên giới hạn phát hiện kém khoảng 10-5 – 10-6 M. [13] Nhằm loại trừ ảnh hưởng trên đồng thời tăng độ nhạy, hiện nay đã có các phương pháp cực phổ hiện đại: cực phổ xung vi phân (DPP), cực phổ sóng vuông (SQWP)… chúng cho phép xác định lượng vết của nhiều nguyên tố. 1.5.2.2.2. Phương pháp Von-Ampe hoà tan Về bản chất, phương pháp Von-Ampe hoà tan cũng giống như phương pháp cực phổ là dựa trên việc đo cường độ dòng để xác định nồng độ các chất trong dung dịch. Nguyên tắc gồm hai bước: [4] Bước 1: Điện hoá làm giàu chất cần phân tích trên bề mặt điện cực làm việc trong khoảng thời gian xác định, tại thế điện cực xác định. Bước 2: Hoà tan kết tủa đã được làm giàu bằng cách phân cực ngược cực làm việc, đo và ghi dòng hoà tan. Trên đường Von-Ampe hoà tan xuất hiện pic của nguyên tố cần phân tích. Chiều cao pic tỉ lệ thuận với nồng độ. Tác giả Phan Diệu Hằng đã xác định chì trong mẫu nước ngọt giải khát Sprite bằng phương pháp Von-ampe hoà tan và kết quả hàm lượng chì là (2,70-0,06) (µg/l). Còn tác giả Lê Thị Thu đã áp dụng phương pháp von-ampe hoà tan anốt và kỹ thuật đánh rửa bề mặt điện cực tự động xác định đồng thời Cd, Cu, Pb trong một số mẫu nước biển. 1.6. Các phương pháp tách và làm giàu hàm lượng vết các kim loại Trong thực tế phân tích, hàm lượng các chất có trong mẫu đặc biệt là hàm lượng các ion kim loại nặng trong nước thường rất nhỏ, nằm dưới giới hạn phát hiện của các công cụ phân tích. Vì vậy, trước khi xác định chúng thì cần thông qua quá trình tách và làm giàu. Để tách, làm giàu kim loại nặng trong nước thường dùng một số phương pháp thông dụng như phương pháp kết tủa và cộng kết, phương pháp chiết pha rắn SPE, phương pháp chiết lỏng – lỏng, phương pháp tách và làm giàu bằng điện hoá… 1.6.1. Phương pháp kết tủa, cộng kết Cộng kết là phương pháp kết tủa chất cần phân tích bằng cách đưa thêm những chất kết tủa đồng hanh thường gọi là chất góp, vào đối tượng phân tích để cộng kết các nguyên tố khi hàm lượng của chúng nhỏ rất nhỏ. Nhờ vậy mà chất phân tích sẽ được thu góp lại. Khi đó hàm lượng của nó đó tăng lên rất nhiều lần. Người ta có thể chọn một số hyđroxyt khó tan như: Fe(OH)3, Al(OH)3......hoặc một số sunfua hay một số chất hữu cơ làm chất góp. [17] Khi sử dụng chất hữu cơ để cộng kết có thể kết tủa được những hàm lượng vết tới 10-3 – 10-5 M. Việc dùng chất hữu cơ kết tủa có ưu điểm hơn so với chất vô cơ vỡ kết tủa dễ lọc rửa. Bằng cách thay đổi pH của dung dịch có thể tiến hành kết tủa lần lượt và tách được nhiều cation kim loại khác nhau với cùng một chất kết tủa hữu cơ. Hơn nữa phân tử hữu cơ dễ dàng bị phân huỷ khi nung kết tủa từ đó thu được nguyên tố cần xác định ở trạng thái đó làm giàu, tinh khiết. Mặt khác, chất góp hữu cơ cũng có khả năng cộng kết được hàm lượng vết nguyên tố khi có mặt lượng lớn nguyên tố khác. Phương pháp cộng kết có ưu điểm: Đơn giản, hiệu quả cao nền mẫu phân tích được chuyển từ phức tạp sang đơn giản hơn. Tuy nhiên nhược điểm chính của phương pháp là mất nhiều thời gian nên phương pháp này ít được sử dụng. 1.6.2. Phương pháp chiết lỏng - lỏng * Nguyên tắc: Phương pháp dựa trên sự phân bố chất tan khi được tạo thành ở dạng phức liên hợp hay ion phức vòng càng không mang điện tích giữa hai pha không trộn lẫn, thường là các dung môi hữu cơ và nước. Tách và làm giàu chất bằng phương pháp chiết lỏng - lỏng có nhiều ưu điểm hơn so với một số phương pháp làm giàu khác và sự kết hợp giữa phương pháp chiết với các phương pháp xác định tiếp theo (trắc quang, cực phổ...) có ý nghĩa rất lớn trong phân tích. Để xác định riêng từng dạng As nhất thiết phải chiết, ví dụ: As(III) và As(V) trong đất có thể xác định riêng biệt sau khi chiết bằng CCl4 và HCl (theo Chappell et al. 1995) Một số hệ chiết thường dùng trong tách, làm giàu Pb, Cd. - Hệ chiết Pb, Cd – dithizonat trong CCl4 hoặc CHCl3 sau đó xác định chúng bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử (UV – VIS) - Có thể chiết phức halogenua hoặc thioxianat cacdimi bằng các dung môi hữu cơ; xiclohexano, metyl isobutyl xeton (MIBK), dietyl ete... - Tạo phức chelat với NaDDC (natridietyldithiocacbamat) từ dung dịch đệm amoni xitrat ở pH=9,5 dung môi chiết là MIBK. 1.6.3. Phương pháp tách và làm giàu bằng điện hoá Nguyên tắc của phương pháp là dựa vào việc tách chất cần xác định trên các điện cực trơ dưới dạng nguyên tố hoặc kết tủa không tan khi cho dòng điện một chiều đi qua. Quá trình này phụ thuộc rất nhiều vào điện thế, cường độ dòng, cấu tạo điện cực và nồng độ dung dịch. Ngày nay các phương pháp điện hoá được dùng để tách hợp chất của đa số các nguyên tố hoá học và là phương pháp hữu hiệu vì chúng không đòi hỏi phải đưa chất lạ vào đối tượng phân tích. Hơn nữa, khi dùng các phương pháp kết tủa điện hoá khác nhau với sử dụng các điện cực có thể tách các hỗn hợp phức tạp gồm nhiều ion. Nghiên cứu điều kiện tách Pb ra khỏi dung dịch bằng phương pháp điện phân, tác giả Hoàng Văn Thượng thu được hiệu suất điện phân khi có mặt NaCl đạt 84%, không có mặt NaCl chỉ đạt 65%. 1.6.4. Phương pháp chiết pha rắn (SPE) Chiết pha rắn SPE (Solid - Phase Extraction) là quá trình phân bố chất tan giữa hai pha lỏng - rắn. Pha rắn có thể là các hạt silicagen xốp, các polime hữu cơ hoặc các loại nhựa trao đổi ion hay than hoạt tính. Phương pháp này tách, làm giàu được chất phân tích có lượng vết ra khỏi mẫu ban đầu bằng cách hấp phụ chúng vào một cột chiết pha rắn, sau đó rửa giải chất phân tích với dung môi thích hợp cho phân tích công cụ. Chiết pha rắn thay thế cho chiết lỏng – lỏng rất tốt do chuẩn bị mẫu tiện lợi, có các ưu điểm như: thu hồi các chất phân tích với hiệu suất cao, chiết chất phân tích và làm sạch tạp chất dễ dàng, phương pháp tiến hành đơn giản, giảm lượng dung môi hữu cơ dẫn đến giá thành hạ. Hiện nay, chiết pha rắn SPE được ứng dụng rất rộng rãi trong phân tích mẫu môi trường, mẫu thuốc, mẫu lâm sàng. 1.7. Một số phương pháp xử lý mẫu động vật nhuyễn thể Tác giả Lê Thị Mùi [10] đã vô cơ hóa mẫu động vật nhuyễn thể theo phương pháp khô - ướt kết hợp sử dụng hóa chất HClO4, HNO3 đặc, và H2O2 để xác định Cu và Pb bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan xung vi phân cho kết quả hàm lượng các kim loại là 1,13 – 2,12 µg/g đối với đồng và 7,15 – 16,25 µg/g đối với Pb. Mohamed Maanan [30] đã phá mẫu động vật thân mềm vùng biển bằng HNO3 đặc để xác định hàm lượng các kim loại nặng. Sau đó sử dụng phương pháp AAS cho kết quả hamg lượng các kim loại nặng như sau: Cd 7,2 mg/kg; Cu 26,8 mg/kg; Zn 292 mg/kg; Mn 20,8 mg/kg. Tác giả Locatelli [28] đã dùng hỗn hợp H2SO4 và HNO3 phân hủy mẫu trai, ốc, cá để xác định hàm lượng kim loại thông thường. Để xác định hàm lượng Hg bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử hóa hơi lạnh (CV- AAS) hỗn hợp H2SO4 và K2Cr2O7 đã được sử dụng. Quy trình tỏ ra đơn giản, an toàn, mẫu phân hủy tốt. Tác giả M. Lucila Lare, Gilberto Flores – Munozb, Ruben Lara – Lara đã nghiên cứu đánh giá những biến đổi theo thời gian về hàm lượng Cd, Al, Hg, Zn, Mn theo các tháng trong trai và rong biển. Tác giả đã đưa ra phương pháp xử lý mẫu như sau: Mẫu trai được xử lý sạch và rửa bằng nước cất sau đó cho vào cốc sạch sấy ở 70 0C đến khối lượng không đổi. Sau đó cân khoảng 1g mẫu khô thêm lượng HNO3 xác định để phân hủy mẫu sau đó thêm H2O2 để phá hủy hoàn toàn lượng lipit khó tan. Đối với phá mẫu xác định Hg sau khi phá mẫu bằng hỗn hợp HNO3 và H2SO4 tỉ lệ 2:1 cho thêm hỗn hợp KMnO4, H2O2. Các tác giả Jose’Úero, Jose’Morillo, Ignacio Gracia mẫu trai sau khi lấy về được ngâm trong 24h. Các bộ phận cơ thể khác nhau của 30 mẫu trai được tách bằng dao plastic, sau đó chúng được làm đông khô và đồng nhất mẫu đến mịn bằng cối trước khi đem phân tích. Mẫu được phân hủy trong lò vi sóng dùng axit HNO3 cùng với tác dụng của áp suất và nhiệt độ, mẫu được phân hủy hoàn toàn. Để phân hủy mẫu động vật nhuyễn thể, tác giả Sari Arias [23] thêm 2ml HNO3 và 0,5 ml H2O2 vào 1g mẫu rồi tiến hành phân hủy mẫu trong lò vi song. CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu 2.1.1. Đối tượng và mục tiêu Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học, công nghệ thì vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng, đặc biệt là ô nhiễm các kim loại nặng. Các loại động vật nhuyễn thể không chỉ là một nguồn thuốc quý mà còn là nguồn thực phẩm được ưa chuộng ở nước ta. Tuy nhiên, chúng có thể bị nhiễm các chất độc hại từ môi trường, do đó ngoài việc nghiên cứu những hoạt tính sinh học cũng cần phải kiểm tra hàm lượng của các chất có hại, ảnh hưởng tới sức khỏe con người. Đặc biệt phải giám sát hàm lượng các kim loại nặng vì chỉ cần một lượng rất nhỏ của chúng cũng có thể gây độc cao đối với con người và động vật. Hơn nữa, động vật nhuyễn thể không chỉ chứa các nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể ở nồng độ nhỏ, mà còn có thể tích lũy các kim loại nặng không hề có lợi cho cơ thể. Chính vì vậy, đối tượng và mục tiêu của luận văn này là nghiên cứu xác định hàm lượng một số kim loại nặng trong động vật nhuyễn thể ở khu vực Hồ Tây. 2.1.2. Phương pháp ứng dụng để nghiên cứu Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử là phương pháp xác định đặc hiệu đối với hầu hết các nguyên tố kim loại, giới hạn định lượng của phương pháp ở mức ppm đối với kỹ thuật ngọn lửa (F – AAS) và ở mức ppb đối với kỹ thuật không ngọn lửa (GF – AAS). Do đó trong luận văn này chúng tôi chọn phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật không ngọn lửa để xác định hàm lượng As, Cd và Pb trong động vật nhuyễn thể. Đối với phương pháp xử lý mẫu, chúng tôi lựa chọn phương pháp vô cơ hóa ướt. Đối với phương pháp này có thể xử lý mẫu trong kín với áp suất cao (lò vi sóng ) hoặc hệ hở ở điều kiện bình thường. 2.1.3. Các nội dung nghiên cứu Khảo sát các điều kiện phù hợp để đo phổ GF- AAS của As, Cd và Pb Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến phép xác định As, Cd và Pb Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn cho phép đo Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phép đo. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phương pháp. Lựa chọn và đánh giá quy trình xử lý mẫu động vật nhuyễn thể Ứng dụng phương pháp xác định hàm lượng As, Cd, Pb trong một số mẫu động vật nhuyễn thể ở khu vực Hồ Tây – Hà Nội. 2.2. Giới thiệu về phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 2.2.1. Nguyên tắc của phương pháp AAS. Khi nguyên tử tồn tại tự do ở thể khí và ở trạng thái năng lượng cơ bản, thì nguyên tử không thu hay không phát ra năng lượng. Tức là nguyên tử ở trạng thái cơ bản. Song nếu nguyên tử đang tồn tại ở trạng thái này mà chúng ta kích thích nó bằng một chùm tia sáng đơn sắc có năng lượng phù hợp, có độ dài sóng trùng với các vạch phổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố đó, thì chúng sẽ hấp thụ các tia sáng đó sinh ra một loại phổ của nguyên tử. Phổ này được gọi là phổ hấp thụ của nguyên tử. [9] Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử dựa trên sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử khi nguyên tử tồn tại ở trạng thái khí tự do và trong mức năng lượng cơ bản. Phương pháp này có thể phân tích được lượng vết của hầu hết các kim loại và cả những hợp chất hữu cơ hay anion không có phổ hấp thụ nguyên tử. Do đó nó được sử dụng rộng rãi trong các nghành: địa chất, công nghiệp hoá học, hoá dầu, y học, sinh hoá, công nghiệp dược phẩm, nông nghiệp và thực phẩm … Tác giả Nguyễn Ngọc Sơn[20] đã sử dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa GF-AAS để xác định lượng vết chì trong đất hiếm tinh khiết (≥ 99,5%) có so sánh với kỹ thuật ICP-MS và có đưa ra nhận xét: phương pháp GF-AAS có thể xác định tạp chất trong đất hiếm tinh khiết với độ nhạy và độ chính xác cao. Sự sai khác giữa hai phương pháp GF-AAS và ICP-MS là rất nhỏ, dưới 9% đối với Pb. Giới thiệu về kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa ra đời sau kỹ thuật nguyên tử hóa trong ngọn lửa. Nhưng được phát triển nhanh và hiện nay đang được ứng dụng rất phổ biến vì nó có độ nhạy rất cao ( mức ppb). Do đó có thể phân tích lượng vết kim loại mà không nhất thiết phải làm giàu sơ bộ các nguyên tố phân tích. Nguyên tắc của phép đo. Dùng năng lượng nhiệt của dòng điện rất cao (300 – 500 A) để đốt nóng tức khắc cuvet graphite chứa mẫu phân tích để thực hiện nguyên tử hóa mẫu cho phép đo AAS ( hay thuyền Tantan đặt trong cuvet graphite). Đặc điểm của phép đo. Mẫu để trong cuvet graphite hay thuyền Tantan Quá trình nguyên tử hóa diễn ra theo 3 giai đoạn chính kế tiếp: Sấy mẫu, tro hóa luyện mẫu, và nguyên tử hóa để đo phổ Trong môi trường khí trơ Argon, Nitơ, hay Heli Nhiệt độ cao cuvet ( 2000- 33000 C). Nguyên tử hóa để đo phổ là tức khắc ( ở giai đoạn 3, chỉ xảy ra từ 3- 5 giây) Phép đo có độ nhạy cao( 0,1- 10 ng/ml) Lượng mẫu nhỏ (10 – 50 µl) cho mỗi phép đo. 2.2.2. Hệ trang thiết bị của phép đo AAS không ngọn lửa Dựa vào nguyên tắc của phép đo ta có thể mô tả hệ thống trang thiết bị của máy phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật không ngọn lửa gồm các bộ phận sau: Nguồn phát chùm sáng đơn sắc của nguyên tố phân tích. Đèn catot rỗng (Hollow cathode lamp – HCL) Đèn phát phổ liên tục đã biến hiệu ( Deuterium Hollow cathode lamp – D2). Hình 1: Cấu tạo đèn Catot rỗng Hình 2: Cấu tạo đèn D2 Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng hệ đèn As – HCL, Cd – HCL, Pb – HCL và đèn D2 (shimadzu) Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích theo kỹ thuật không ngọn lửa. Hệ lò graphite gồm có: Hộp lò, giá kẹp, cuvet graphite Hệ ống dẫn khí trơ Argon Hệ ống dẫn nước làm sạch hộp lò và cuvet Cuvet hay thuyền tantan đựng mẫu để nguyên tử hóa ( trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng cuvet graphite).

Hình 3: Cuvet graphite Hình 4:Bộ phận nguyên tử hóa mẫu Nguồn năng lượng để nung cuvet: thế dùng 1 – 12V, dòng 10-600A Hệ thống quang học và Detector dùng để thu, phân li toàn bộ phổ của mẫu và chọn vạch phổ hấp thụ cần đo hướng vào nhân quang điện để phát tín hiệu của vạch phổ. Hệ thống chỉ thị kết quả: máy tính, máy in,… Để tiến hành nghiên cứu xác định hàm lượng Pb, Cd trong động vật nhuyễn thể chúng tôi xử dụng hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA – 6300 của hãng shimazu.
Hình 5: Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA - 6300 2.3. Lấy mẫu, xử lý và bảo quản mẫu 2.3.1. Lấy mẫu Các mẫu động vật nhuyễn thể được lấy tại các địa điểm khác nhau ở Hồ Tây. Các mẫu sau khi lấy được ghi kèm theo các thông tin về vị trí lấy mẫu, thời gian và loại mẫu. Bảng 2: Vị trí lấy mẫu và kí hiệu mẫu Vị trí lấy mẫu  Tên mẫu  Kí hiệu mẫu  Ngày lấy mẫu   Khu vực Phủ Tây Hồ  Mẫu ốc  M1a  8/07/2010    Trùng trục  M1c  8/07/2010   Công viên nước Hồ Tây  Mẫu trai  M2b  9/07/2010   Khu vực làng Vệ Hồ  Mẫu ốc  M3a  9/07/2010    Mẫu trai  M3b  9/072010    Trùng trục  M3c  9/07/2010   Khu vực làng Hồ phường Bưởi  Mẫu ốc  M4a  10/07/2010    Mẫu trai  M4b  10/07/2010   Khu vực Nghi Tàm – Yên Phụ  Mẫu ốc  M5a  6/07/2010    Mẫu trai  M5b  6/07/2010    Trùng trục  M5c  6/07/2010   Khu vực Chùa Trấn Quốc  Mẫu ốc  M6a  6/07/2010   Khu vực nhà khách chính phủ  Mẫu ốc  M5a  8/07/2010    Mẫu trai  M5b  8/07/2010   2.3.2. Xử lý sơ bộ và bảo quản mẫu Mẫu sau khi chuyển về phòng thí nghiệm được giữ sống trong chính môi trường nước tại nơi lấy mẫu để chúng nhả hết các chất bẩn. Trước khi mổ lấy phần thịt bên trong cần phải rửa kỹ lớp vỏ bên ngoài bằng nước sạch để loại bỏ hết các chất bẩn bám trên vỏ của chúng. Mẫu được mổ tại phòng thí nghiệm đảm bảo độ sạch tiêu chuẩn, tay đeo gang polyetylen, dùng dao có lưỡi dùng từ thép không gỉ, thớt gỗ cứng không tạo mùn. Khi kết thúc mổ một mẫu, trước khi mổ mẫu thứ tiếp theo phải rửa kỹ dụng cụ bằng nước sạch. Sau khi tách được phần vỏ cứng, tách lấy phần thịt. Dùng bình tia tráng kỹ phần mẫu vừa thu được, dùng giấy lọc sạch thấm khô kiệt hết nước bám bên ngoài, đồng nhất mẫu bằng máy xay. Sau đó sấy khô mẫu ở 70 0C đến khối lượng không đổi, nghiền mẫu tới mịn, trộn đều được mẫu đồng nhất. Bảo quản mẫu trong lọ polyetylen để trong bình hút ẩm.