Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

NGUYỄN NHƢ LÂM
PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ
XÁC ĐỊNH CADIMI VÀ CHÌ
TRONG CHÈ XANH Ở THÁI NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60.44.29
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS NGUYỄN ĐĂNG ĐỨC

Thái Nguyên - Năm 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ii 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 từng được ai công

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

iv
MỤC LỤC

Lời cam đoan ii
Lời cảm ơn iii
MỤC LỤC iv
DANH MỤC CÁC BẢNG viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ x
MỞ ĐẦU 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN 3
1.1. Giới thiệu chung về cây chè 3
1.1.1. Đặc điểm và thành phần 3
1.1.2. Công dụng của cây chè 3
1.2. Giới thiệu chung về nguyên tố Cadimi và Chì [17], [23], [25] 4
1.3. Tính chất của Cadimi và Chì [17], [23], [25] 4
1.3.1. Tính chất vật lí 4
1.3.2. Tính chất hoá học [16], [17] 5
1.4. Vai trò và sự nhiễm độc của Cd và Pb [6], [7] 10
1.4.1. Vai trò và sự nhiễm độc của Cd 10

2.3.1. Nguyên tắc và bản chất 33
2.3.2. Cơ chế phân huỷ 33
2.4. Hóa chất và dụng cụ 34
2.4.1. Hóa chất 34
2.4.2. Dụng cụ 34
Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35
3.1. Khảo sát điều kiện đo phổ GF- AAS của Cd và Pb 35
3.1.1. Khảo sát chọn vạch đo 35
3.1.2. Khảo sát khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử 36
3.1.3. Khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng (HCL) 36
3.1.4. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hoá mẫu 38
3.1.5. Các điều kiện khác 43
3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo GF-AAS 44
3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit và loại axit 44

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

vi
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của chất cải biến nền 45
3.2.3. Khảo sát sơ bộ thành phần mẫu 47
3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của các cation và anion 48
3.3. Phương pháp đường chuẩn đối với phép đo GF - AAS 54
3.3.1. Khảo sát xác định khoảng tuyến tính 54
3.3.2. Xây dựng đường chuẩn 56
3.3.3. Đánh giá sai số, độ lặp lại, giới hạn phát hiện và giới hạn định
lượng của phép đo 60
3.4. Tóm tắt các điều kiện đo phổ GF - AAS của Cd và Pb 63
3.5. Xác định Cd và Pb trong chè xanh 64
3.5.1. Địa điểm lấy mẫu thời gian lấy mẫu và ký hiệu mẫu 64
3.5.2. Chuẩn bị mẫu phân tích 66

(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)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

viii
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Một số hằng số vật lý quan trọng của Cadimi và Chì 5
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn Việt Nam về hàm lượng Cd, Pb trong chè xanh
(Tiêu chuẩn Việt Nam 2007) 12
Bảng 3.1. Khảo sát vạch đo của Cd 35
Bảng 3.2. Khảo sát vạch đo của Pb 36
Bảng 3.3. Khảo sát cường độ dòng đèn đối với Cd 37
Bảng 3.4. Khảo sát cường độ dòng đèn đối với Pb 38
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát nhiệt độ tro hoá của Cd 40
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát nhiệt độ nguyên tử hoá mẫu 42
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ axit đối với Cd 44
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ axit đối với Pb 45
Bảng 3.9. Khảo sát ảnh hưởng của chất cải biến hóa học 46
Bảng 3.10. Khảo sát nồng độ Mg(NO
3
)
2
47
Bảng 3.11. Kết quả khảo sát sơ bộ thành phần mẫu 48
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của kim loại kiềm 49
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

x
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

Hình 2.1. Đèn catot rỗng 30
Hình 2.2. Đèn D
2
30

Hình 2.3. Cuvet Graphite 31
Hình 2.4. Bộ phận nguyên tử hoá mẫu 31
Hình 2.5. Sơ đồ hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử 32
Hình 2.6. Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA-6300 32
Hình 3.1. Đồ thị kết quả khảo sát nhiệt độ tro hoá của Cd 40
Hình 3.2. Đồ thị kết quả khảo sát nhiệt độ tro hoá của Pb 41

hiện đại, chè xanh chứa những chất có khả năng tăng cường miễn dịch khử
gốc tự do, chống oxy hóa, bảo vệ sức khỏe, thích nghi tốt với môi trường sống
và xã hội. Nên chè là loại thức uống khá phổ biến và đã có thương hiệu riêng.
Nhưng nếu trong chè chứa một lượng lớn kim loại nặng thì sẽ gây hại cho con
người. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và nền công nghiệp hoá làm
cho môi trường ô nhiễm chủ yếu là do nguồn phế thải chưa được xử lý hoặc
xử lý chưa đạt yêu cầu. Phế thải công nghiệp, phế thải sinh hoạt, hoá chất
nông nghiệp tồn dư đi vào trong nước vào không khí rồi tích tụ trong đất, làm
cho đất bị thoái hoá, làm giảm chất lượng sản phẩm. Đặc biệt là các loại cây
trồng trên khu vực đất bị ô nhiễm có thể trở thành độc hại cho người sử dụng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2
Thái Nguyên là khu vực sản xuất chè và có nhiều khu công nghiệp, khai
thác khoáng sản. Trong đó, nguồn đất, nước sản xuất nông nghiệp gần khu
công nghiệp, khai thác khoáng sản thường bị ô nhiễm kim loại nặng. Vì vậy,
để sản xuất chè an toàn cần khảo sát đánh giá hiện trạng một số chỉ tiêu về
kim loại nặng trong chè sản xuất trên khu vực này. Do đó, trong luận văn này
chúng tôi nghiên cứu „„Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử xác định hàm
lượng cadimi và chì trong chè xanh ở Thái Nguyên‟‟. Với nhiệm vụ cụ
thể là:
1. Tìm các điều kiện tối ưu cho phép đo Cd, Pb.
2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo; 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 Cd, Pb.
3. Ứng dụng xác định hàm lượng Cd, Pb trong một số mẫu chè ở các
huyện, tỉnh Thái Nguyên.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

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 đập của tim, 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 là cafein. Chè còn có tác dụng phòng và trị được nhiều loại bệnh khác
nhau, đặc biệt là các bệnh về tim mạch, ung thư. Tuy vậy, nếu sử dụng kéo

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

4
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.
Công 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 nhanh ra da và lên da non.
1.2. Giới thiệu chung về nguyên tố Cadimi và Chì [17], [23], [25]
Trong tự nhiên, Cadimi được tìm thấy chủ yếu cùng với Kẽm trong
quặng Cabonat và Sunfua, Cadimi ít tồn tại dưới dạng đơn chất, mà thường
tồn tại trong các hợp chất Cd(II) như: cadmium oxide, cadmium chloride,
cadmium sulfate, và cadmium sulfite. Trữ lượng của cadmi 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 ở riêng mà thường ở lẫn với khoáng
vật của kẽm, và của thủy ngân là xinaba hay thần sa(HgS). [8]
Chì trong tự nhiên chiếm khoảng 1,6.10
-4
% khối lượng vỏ Trái Đất và đa

[Xe]4f
14
5d
10
6s
2
6p
2

Vị trí
48
82
Khối lượng nguyên tử (đvc)
112,411
207,21
Nhiệt độ nóng chảy (
0
C)
321,07
327,4
Nhiệt độ sôi (
0
C)
767
1740
Tỉ khối (25
0
C) (g/cm
3
)

→ CdX
2

Pb + X
2
→ PbX
2Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

6
Ở nhiệt độ thường Cd và Pb bền với nước do có màng oxit bảo vệ.
Nhưng ở nhiệt độ cao Cd khử hơi nước biến thành oxit, còn khi có mặt oxi thì
Pb có thể tương tác với nước tạo ra hidroxit:
Cd + H
2
O → CdO + H
2

2Pb + O
2
+ 2H
2
O → 2Pb(OH)
2
Cd tác dụng dễ dàng với axit không phải là chất oxi hóa (vì thế điện cực
khá âm) giải phóng H
2
.

đậm đặc hơn Pb có thể tan vì muối khó tan của lớp bảo vệ đã chuyển thành
hợp chất tan:
PbCl
2
+ 2HCl → H
2
PbCl
4

PbSO
4
+ H
2
SO
4
→ Pb(HSO
4
)
2
.
Với axit có tính oxy hóa mạnh như HNO
3
, H
2
SO
4
đặc thì Pb tỏ ra khá
hoạt động:
3Pb + 8HNO
3

7
CdO + 2 KOH
nc
→ K
2
CdO
2
+ H
2
O
(Kali cadimiat)
CdO có thể được điều chế bằng cách đốt cháy kim loại trong không khí
hoặc nhiệt phân hidroxit hay các muối cacbonat, nitrat
CdO + O
2
→ 2CdO
Cd(OH)
2
→ CdO + H
2
O
CdCO
3
→ CdO + CO
2

b. Chì oxit
Chì có hai loại oxit chính là PbO, PbO
2
và hai oxit hỗn hợp là Pb

khi đun nóng mất dần oxi biến thành các oxit, trong đó chì có
số oxi hóa thấp hơn.
PbO
2

290 –

320
Pb
2
O
3

390 - 420
Pb
3
O
4

530 - 550
PbO
( nâu đen ) ( vàng đỏ ) ( đỏ ) ( vàng )
PbO
2
kém hoạt động về mặt hóa học, không tan trong nước, tan trong
kiềm dễ dàng hơn trong axit. Khi tan trong kiềm, tạo ra hợp chất hidroxo kiểu
M
2
[E(OH)
6

→ 2PbSO
4
+ 2H
2
O + O
2

PbO
2
+ HCl → PbCl
2
+ 2H
2
O + Cl
2

Trong môi trường axit đậm đặc, PbO
2
oxi hóa Mn(II) đến Mn(VII), ở
môi trường kiềm mạnh oxi hóa Cr(III) đến Cr(VI).
5PbO
2
+ 2MnSO
4
+ 6HNO
3
→ 2HMnO
4
+3Pb(NO
3

) được xem là chì (II) metaplombat và
oxit hỗn hợp Pb
3
O
4
(2PbO.PbO
2
) được coi là chì (II) orthoplombat.
* Chì metaplombat (Pb
2
O
3
) tồn tại dưới hai dạng tinh thể: dạng lập
phương màu vàng - đỏ và dạng đơn tà màu đen. Đun nóng ở 390 - 420
0
C thành
Pb
3
O
4
, không tan trong nước, tác dụng với dung dịch kiềm nóng tạo nên PbO
2
.
* Chì orthoplombat (Pb
3
O
4
) hay còn gọi là minium là hợp chất của Pb có
các số oxi hóa +2 và +4. Nó là chất bột màu đỏ da cam. Minium ít tan trong
nước và độc đối với con người.Khi đun nóng, nó phân hủy ở nhiệt độ 550


2HCl → CdCl
2
+ H
2
O
Cd(OH)
2
+ 4 NH
3
→ [Cd(NH
3
)
4
](OH)
2
b. Chì hidroxit: Pb(OH)
2
là kết tủa rất ít tan trong nước có màu trắng.
Khi đun nóng, Pb(OH)
2
rất dễ mất nước biến thành oxit PbO.
Pb(OH)
2
là chất lưỡng tính tan trong axit tạo nên muối của cation Pb
2+
:
Pb(OH)
2
+ 2HCl → PbCl

Cd
2+
+ 2H
2
O → Cd(OH)
2
+ 2H
+
Tích số tan của Cd(OH)
2
là T = 10
-14

Cd
2+
có khả năng tạo phức mạnh với các phối tử hữu cơ và vô cơ, ví dụ
[CdX
4
]
2-
trong đó X
-
là: Cl
-
, Br
-
, CN
-
,


[PbX
4
]. 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.
PbI
2
+ 2KI → K
2
[PbI
4
]
PbCl
2
+ 2HCl → H
2
[PbCl
4
]
Ion Pb
2+
có thể tạo phức với nhiều hợp chất hữu cơ, ví dụ như dithizon
ở pH = 5,5 ÷ 9,5 tạo phức màu đỏ. Người ta lợi dụng phản ứng này để chiết chì.
1.4. Vai trò và sự nhiễm độc của Cd và Pb [6], [7]
1.4.1. Vai trò và sự nhiễm độc của Cd
Cadimi là nguyên tố rất độc. Giới hạn tối đa cho phép của Cadimi: [24]
Trong nước: 0,01 mg/l (hay 10ppb),
Trong không khí: 0,001 mg/m
3
,

nhiễ m độ c cadimi.
1.4.2. Vai trò và sự nhiễm độc của Pb [12]
Chì là kim loại nặng có nhiều ứng dụng trong đời sống. Nó không chỉ
cần thiết trong lao động kinh tế sản xuất mà còn có vai trò sinh học rất lớn đối
với cơ thể động thực vật và con người. Từ trước tới giờ, chì chỉ được sử dụng
nhiều trong các công việc như sản xuất sơn, đạn, pin, vỏ dây cáp, đúc kim loại
và các mối hàn. Ngoài ra còn được sử dụng để sản xuất ăcquy Pb hàn mạ
bằng hợp kim Pb, đúc chữ in Đặc biệt là Pb(C
2
H
5
)
4
và Pb(CH
3
)
4
được sử
dụng rộng rãi làm chất chống kích nổ và tăng chỉ số octan của xăng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

12
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].


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

13
1.5. Các phƣơng pháp xác định Cadimi và Chì
Hiện nay, có nhiều phương pháp khác nhau để xác định Cd và Pb như
phương pháp phân tích khối lượng, phân tích thể tích, điện hoá, phổ phân tử
UV-VIS, sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC), phổ phát xạ nguyên tử (AES),
phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) và không ngọn lửa (GF-AAS)…
Sau đây là một số phương pháp xác định Cadimi và Chì.
1.5.1. Phương pháp phân tích hoá học [15]
Nhóm các phương pháp này dùng để xác định hàm lượng lớn (đa dạng)
của các chất, thông thường lớn hơn 0,05%, tức là mức độ mg. Các thiết bị và
dụng cụ cho các phương pháp này đơn giản và không đắt tiền.
1.5.1.1. Phương pháp phân tích khối lượng
a. Nguyên tắc: Đây là phương pháp dựa trên sự kết tủa chất cần phân tích
với thuốc thử phù hợp, sau đó lọc, rửa, sấy hoặc nung rồi cân chính xác sản
phẩm và từ đó xác định được hàm lượng chất phân tích.
b. Cách tiến hành: Với Cadimi , người ta thường cho tạ o kế t tủ a dưới
dạng CdS mà u và ng trong môi trường axit yếu . Còn chì có thể tạo kết tủa
dưới dạng PbSO
4
, PbCrO
4
hay PbMoO
4
. Sau đó lọc lấy kết tủa, rửa, sấy hoặc
nung rồi cân chính xác sản phẩm, xác định hàm lượng chất phân tích.
Phương pháp này đơn giản không đòi hỏi máy móc hiện đại, đắt tiền, có
độ chính xác cao, tuy nhiên đòi hỏi nhiều thời gian, thao tác phức tạp và chỉ

H
4
FCd + H
2
Y
2-
 CdY
2-
+ H
6
F
(đỏ) (vàng)
Đối với chì ta có thể chuẩn độ trực tiếp bằng EDTA hay chuẩn độ
ngược bằng Zn
2+
hoặc chuẩn độ thay thế với ZnY
2-
với chất chỉ thị ETOO.
- Cách 1: Chuẩn độ trực tiếp Pb
2+
bằng EDTA ở pH trung tính hoặc
kiềm (pH khoảng 8 -12), với chỉ thị ET-OO.
Pb
2+
+ H
2
Y
2-
→ PbY
2-

Y
2-
(dư) + Zn
2+
→ ZnY
2-
+ 2H
+

ZnInd
-
+ H
2
Y
2-
→ ZnY
2-
+ HInd
2-
+ H
+

(đỏ nho) (xanh)