ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
TRỊNH NHẬT QUANG
XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG KIM LOẠI NẶNG
TRONG NƯỚC NGẦM, TÓC VÀ MÓNG CỦA NGƯỜI DÂN
Ở BÃI THU GOM, TÁI CHẾ RÁC THẢI ĐIỆN TỬ THUỘC
THỊ TRẤN NHƯ QUỲNH – VĂN LÂM – HƯNG YÊN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC
Mã số : 60.44.29
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC
Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Tạ Thị Thảo Thái Nguyên, năm 2012
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong
bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn
Học viên
Trịnh Nhật Quang
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4i
MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục i
Danh mục các bảng iii
Danh mục các hình iv
MỞ ĐẦU 1
Chương 1. TỔNG QUAN 3
1.1. Tổng quan về rác thải điện tử 3
1.1.1 Tình hình rác thải điện tử trên thế giới 3
1.1.2. Đặc điểm của rác thải điện tử 5
2.1. Hóa chất, thiết bị 32
2.2. Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu 33
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5ii
2.3. Lấy mẫu và xử lý mẫu 34
2.3.1. Lấy mẫu 34
2.3.2. Xử lý mẫu 37
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40
3.1. Điều kiện phân tích các kim loại nặng trên thiết bị ICP-MS 40
3.1.1. Chọn đồng vị phân tích 40
3.1.2. Tóm tắt các thông số tối ưu 41
3.1.3. Giá trị SD của phương pháp phân tích ICP-MS 41
3.2. Kết quả phân tích mẫu nước ngầm 48
3.3. Nghiên cứu các điều kiện xử lý mẫu tóc và móng tay. 55
3.3.1. Nghiên cứu quá trình xử lý mẫu 55
Bảng1.6: Thời gian và quy trình phá mẫu tóc với hỗn hợp HNO
3
, H
2
O
2
và HF 24
Bảng 1.7: Kết quả phân tích mẫu máu và mẫu tóc 24
Bảng 1.8: Hàm lượng Pb và Cr theo độ tuổi 25
Bảng 1.9: Hàm lượng Pb và Cr theo giới tính 26
Bảng 1.10: Hàm lượng Pb và Cr theo màu tóc 26
Bảng 1.11: So sánh khả năng phát hiện của các kỹ thuật phân tích 29
Bảng 1.12: Hàm lượng trung bình các kim loại Ba, Sr, Cd, Pb có trong
tóc của các nhóm đối tượng 30
Bảng 1.13: Hàm lượng một số nguyên tố trong tóc 31
Bảng 2.1: Mẫu nước ngầm 35
Bảng 2.2: Mẫu tóc và móng 36
Bảng 2.4: Các thông số tối ưu cho máy đo ICP-MS 41
Hình 1.8: Tỉ lệ ứng dụng ICP – MS trong các lĩnh vực 30
Hình 2.1: Sơ đồ khối về nguyên tắc cấu tạo của hệ ICP- MS 32
Hình 2.2: Hình ảnh máy ICP – MS (ELAN 9000) 33
Hình 2.3. Bản đồ khu vực lấy mẫu 34
Hình 2.4. Bộ phá mẫu tự chế 39
Hình 3.1: Hàm lượng As trong các mẫu nước ngầm 49
Hình 3.2: Hàm lượng Cd trong các mẫu nước ngầm 50
Hình 3.3: Hàm lượng Cr trong các mẫu nước ngầm 50
Hình 3.4: Hàm lượng Cu trong các mẫu nước ngầm 50
Hình 3.6: Hàm lượng Mn trong các mẫu nước ngầm 51
Hình 3.7: Hàm lượng Pb trong các mẫu nước ngầm 51
Hình 3.8: Hàm lượng Zn trong các mẫu nước ngầm 52
Hình 3.9: Hàm lượng Hg trong các mẫu nước ngầm 52
Hình 3.10: Hàm lượng Co trong các mẫu nước ngầm 52
Hình 3.11: Hàm lượng Ni trong các mẫu nước ngầm 53
tái chế rác thải được tập trung thành các làng nghề như khu vực Như Quỳnh -
Hưng Yên hay khu Triều Khúc – Hà Nội. Tại các khu vực này rác thải được
tái chế một cách rất thô sơ thủ công, nước thải của quá trình tái chế được thải
trực tiếp xuống mương nước, ao, hồ ở xung quanh khu vực gần nơi tái chế
gây ô nhiễm môi trường.
Để đánh giá sự ô nhiễm môi trường tại khu vực ô nhiễm, người ta có thể
lựa chọn các đối tượng mẫu khác nhau để tiến hành phân tích như mẫu nước,
mẫu đất, mẫu trầm tích, mẫu thực vật …Song việc sử dụng các mẫu chỉ thị
sinh học là tóc và móng tỏ ra khá ưu việt do trong quá trình sinh trưởng, tóc
cũng như móng đã lưu giữ trong mình nó tất cả các chất do máu mang
đến[30]. Không như các tế bào khác, tóc và móng là sản phẩm cuối cùng của
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 92
sự chuyển hóa và giữ lại các nguyên tố vào cấu trúc của mình trong quá trình
phát triển. Những protein dạng sợi đã trải qua quá trình xơ hóa nên các
nguyên tố do máu mang đến sẽ được gắn vào cấu trúc protein của tóc, móng.
Vì vậy, nồng độ các nguyên tố trong tóc, móng luôn tương quan với nồng độ
của các nguyên tố có trong cơ thể.
Xuất phát từ những yếu tố căn bản trên, trong bản luận văn này, chúng
tôi đã chọn đối tượng phân tích là nước ngầm, tóc và móng của những người
dân sống gần các bãi thu gom, tái chế rác thải điện tử thuộc khu vực Như
Quỳnh – Văn Lâm – Hưng Yên, tiến hành nghiên cứu các quy trình xử lý mẫu
tóc, móng tìm ra quy trình xử lý mẫu tốt nhất ứng dụng cho việc phân tích xác
định tổng hàm lượng các kim loại nặng. Đồng thời chúng tôi cũng tiến hành
xác định tổng hàm lượng kim loại nặng trong nước ngầm, tóc, móng từ đó
đánh giá mức độ ô nhiễm cũng như đưa ra được các bằng chứng xác thực
giúp đẩy mạnh công tác y tế dự phòng cũng như phục vụ cho việc tuyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 114Hình 1.2: Châu Á – điểm đến của rác điện tử[27]
UNEP nhận định vấn đề then chốt hiện nay là phải tạo ra một khuôn
khổ toàn cầu về xử lý rác thải độc hại, kể cả việc quản lý, theo dõi hoạt động
vận chuyển rác thải để biết được nguồn gốc và điểm đến của nguồn rác độc
hại. Các tổ chức, các nhà khoa học đang nghiên cứu và tìm ra kinh nghiệm xử
lí các loại rác thải như máy tính, điện thoại, acquy, xe hơi, tàu thủy, các linh
kiện điện tử khác…[30]. Những giải pháp giúp giải quyết tận gốc vấn đề rác
thải điện tử là gắn trách nhiệm với nhà sản xuất việc làm này sẽ mang lại hai
lợi ích. Thứ nhất, các nhà sản xuất sẽ đưa chi phí quản lý rác thải vào giá
thành sản phẩm, sẽ thúc đẩy họ thay đổi thiết kế sản phẩm theo hướng thân
thiện với môi trường hơn và kéo dài vòng đời của sản phẩm. Thứ hai, các nhà
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 125
sản xuất sẽ buộc phải thiết kế các sản phẩm “sạch” hơn bằng cách loại bớt các
chất nguy hiểm, thay thế các chất gây hại bằng cách sử dụng các vật liệu thay
thế an toàn hơn.
1.1.2. Đặc điểm của rác thải điện tử
Rác thải điện tử chứa rất nhiều các kim loại nặng hoặc những hợp chất
Hình 1.3: Thành phần rác thải điện tử khu vực Tây Âu [27]
* Các chất độc hại trong rác thải điện tử
Trong bảng 1.1 có thống kê các chất độc hại xuất hiện trong rác thải điện,
điện tử và tác hại chủ yếu của chúng. [32], [19]
Medical,
1,9%
Toys,
0,2%
E&E tools,
1,4%
Lighting,
1,4%
ICT, 33,9%
Large HH,
42,1%
Small HH,
(TBBA)
Polybrombiphenyl
(PBB)
Diphenylete
(PBDE)
Chất chống cháy cho nhựa (nh
ựa
chịu nhiệt, cáp cách điện)
TBBA được dùng rộng r
ãi trong
ch
ất chống bắt lửa của bản mạch
máy in và phủ lên các bộ phận khác
Gây tổn th
ương
lâu dài đ
ến sức
kh
ỏe, gây ngộ độc
sâu khi cháy
Polybromcloflocacbon
(CFC)
Trong bộ phận làm l
ạnh, bọt cách
điện
Khi cháy gây
nhiễm độc
Polyvinyclorua (PVC) Cáp cách điện
Cháy
Độc cấp tính v
à
mãn tính
Cr(VI) Băng và đĩa ghi dữ liệu
Độc cấp tính v
à
mãn tính, gây d
ị
ứng
Galli asenua Diod phát quang
Tổn thương đ
ến
sức khỏe
Pb
Màn hình CRT, pin, b
ản mạch
máy in, các mối hàn
Gây đ
ộc với hệ
th
ần kinh, thận,
m
ất trí nhớ đặc
biệt với trẻ em
Li Pin liti Gây nổ nếu ẩm
Hg
Trong đèn h
ình màn hình LCD,
pin kiềm và công t
ắc, trong vỏ
Các chất khác
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 169
Các chất độc hữu cơ
Thiết bị hội tụ ánh sáng, m
àn hình
tinh thể lỏng LCD
Bụi màu
Hộp m
àu máy in laser, máy
photocopy
Gây đ
ộc đến hệ hô
hấp
Chất phóng xạ Thiết bị y tế, detector Gây ung thư
1.1.3. Tình hình thu gom, tái chế và xử lý rác thải điện tử ở Việt Nam [33]
Rác thải điện tử ở các nước phát triển đã và đang được đẩy sang cho các
nước đang và kém phát triển. Ở những nơi này chúng được tái chế và xử lý rất
thủ công, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng tới sức khỏe người dân. Rác
thải điện tử vào Việt Nam chủ yếu bằng đường biển. Ở miền Bắc chủ yếu ở
cảng Hải Phòng, miền Nam là ở thành phố Hồ Chí Minh. Ở Hải Phòng có rất
nhiều công ty, tổ chức nhập khẩu tàu cũ, các thiết bị điện tử đã qua sử dụng,
rác thải điện tử sau khi được nhập về sẽ được đưa về các cơ sở tái chế (là hộ
gia đình hoặc một tổ chức kinh tế nhỏ). Riêng đối với “rác” là máy tính, tuy
chưa có thống kê chính thức nhưng theo các chuyên gia ước tính, mỗi tháng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1811
chứa, xử lý, tái chế các loại rác thải này. Với các điều kiện làm việc này, chất độc
có thể bám vào quần áo, dính vào tay, ngoài ra chất độc còn có thể lọt qua đường
hô hấp nữa. Trẻ em gái và phụ nữ đập vỡ các thiết bị, làm chảy các mối hàn chì
để tháo rời các chip máy tính đem bán lại. Chì được nung nóng trên chảo, từ đó
làm bay các hơi kim loại độc như chì, cadmi, thủy ngân… và giải phóng chúng
vào không khí dưới dạng hơi sương độc hại. Sau khi các “chip” được lấy ra, chì
được “tự do” chảy xuống đất. Thế nhưng, không mấy người làm nghề này hay
biết rằng, chì nằm trong số những chất độc thần kinh mạnh nhất, gây tác hại đặc
biệt lên trẻ em và những bé sơ sinh. Các phế liệu thừa và nước thải thường của
quá trình ngâm rửa sau khi sử dụng không được xử lý mà thải ngay ra môi
trường. Hay như để thu hồi đồng và vàng trong biến thế máy tính, bo mạch chủ,
chip vi tính, người ta cho nung chảy các thiết bị này. Theo những người này giải
thích “Chúng cho rất nhiều vàng”. Vì vậy, hàm lượng các kim loại độc hại tích
lũy trong đất ngày càng nhiều, không khí cũng bị ô nhiễm nặng. Việc xử lý lạc
hậu, không đúng cách đang làm ô nhiễm nghiêm trọng môi trường sống xung
quanh, gây rất nhiều bệnh nguy hiểm. [1], [32]
1.2. Ô nhiễm kim loại nặng với môi trường sống
Kim loại nặng là những kim loại có phân tử lượng lớn hơn 52 g bao
gồm một số kim loại như: As, Hg, Cu, Cr, Cd, Co Pb, Zn…Kim loại nặng
phân bố rộng rãi trên lớp 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 sông hồ,
nước biển, sa lắng trong trầm tích.
Trong vòng hai thế kỉ qua, các hoạt động sản xuất của con người đã
đưa vào môi trường tự nhiên một lượng lớn các kim loại nặng. Các quá trình
sản xuất như khai thác mỏ, giao thông vận tải, sản xuất, tinh chế đều thải kim
phân tử khác để lập lại sự cân bằng của chúng. Các gốc tự do tự nhiên tồn tại
trong cơ thể sinh ra do các phân tử của tế bào phản ứng với oxy (bị oxy hóa),
nhưng khi có mặt các kim loại nặng – tác nhân cản trở quá trình oxy hóa sẽ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2013
sinh ra các gốc tự do vô tổ chức, không kiểm soát được. Các gốc tự do này
phá hủy các mô trong cơ thể gây nhiều bệnh tật.
Trong phạm vi bản luận văn tốt nghiệp, chúng tôi chỉ trích giới thiệu
độc tính của một số kim loại là chỉ tiêu cần phân tích trong nhiều đối tượng
thuộc chương trình nghiên cứu đánh giá môi trường của EU (2001) cũng như
của nhiều quốc gia khác trên thế giới.
- Mangan (Mn) là kim loại có trong tự nhiên, mọi người đều bị nhiễm
hàm lượng nhỏ Mn có trong không khí, thức ăn, nước uống. Mn là kim loại
vết cần thiết cho sức khỏe người. Mn có thể tìm thấy trong một số loại thức
ăn, ngũ cốc, trong một số loài thực vật như cây chè [12]. Người bị nhiễm Mn
trong một thời gian dài thường mắc các bệnh thần kinh, rối loạn vân động,
nhiễm độc mức hàm lượng cao kim loại này gây các bệnh về hô hấp và suy
giảm chức năng tình dục.
- Đồng (Cu) được dùng nhiều trong sơn chống thấm nước trên tàu
thuyền, các thiết bị điện tử, ống nước. Nước thải sinh hoạt cũng là nguồn
chính đưa Cu vào nước. Cu tồn tại ở hai dạng là: dạng hòa tan và các hạt nhỏ
[10]. Cu cần thiết cho chức năng hô hấp của nhiều sinh vật sống và các chức
năng enzym khác. Cu được lưu giữ trong gan, tủy sống của người. Nhiễm độc
Cu với hàm lượng quá cao sẽ gây hư hại gan, thận, hạ huyết áp, hôn mê, đau
dạ dày, thậm chí tử vong.[26]
- Kẽm (Zn) là nguyên tố cần thiết cho tất cả cơ thể sống, với con
người hàng ngày cần 9 mg Zn cho các chức năng thông thường của cơ thể
dưới dạng hạt nhỏ. [26].
- Thủy ngân (Hg) được dùng để làm nhiệt kế, chất hàn răng và một số
loại pin, acquy,… Người bị nhiễm độc thủy ngân tùy vào mức độ sẽ có
những biểu hiện ho, khó thở, mất trí nhớ,… nếu tiếp xúc nhiều có thể gây
viêm dạ dày, tăng huyết áp, thận hư, các bà mẹ bị nhiễm độc đẻ con chậm
phát triển trí tuệ,…
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2215
1.3. Ứng dụng của các mẫu sinh học(tóc và móng) trong nghiên cứu sự
nhiễm độc của các kim loại nặng
Để hiểu rõ sự lưu giữ các nguyên tố trong tóc và móng, cần biết được sự
tạo thành cũng như cấu trúc của tóc và móng.
1.3.1. Sự tạo thành tóc và móng tay
1.3.1.1 Sự hình thành tóc và cấu tạo của tóc[20],[ 36]
Tóc là phần phát triển bên ngoài của da, tóc gồm hai phần: nang tóc và
thân tóc. Hình 1.6. Cấu tạo cùa tóc
- Nang tóc: Là những lỗ nhỏ hình chén nằm sâu dưới lớp mỡ da đầu.
Nang tóc là điểm khởi đầu để từ đó các sợi tóc phát triển. Mỗi nang tóc chứa
rất nhiều mạch máu nhỏ li ti. Chất dinh dưỡng sẽ truyền qua các mạch máu để
đi nuôi tóc. Nang tóc lại được chia làm hai phần:
+ Gốc tóc: Là phần nằm sâu bên trong nang tóc, tập trung các tế bào
phát triển mạnh, sản sinh ra các sợi tóc dài và mảnh sau này. Các tế bào mới
liên tục được sản sinh ở phần dưới của gốc tóc và sẽ đẩy các tế bào trước đó
lên trên.
+ Đĩa móng: Cấu tạo bởi lớp sừng, hàm lượng lưu huỳnh cao, cấu
thành 94% trọng lượng của móng, có màu hồng, nằm trên giường móng, có
nhiều mạch.
+ Giường móng: Được làm từ hai loại mô: hạ bì và biểu bì. Hạ bì là
phần dưới được gắn vào xương, trong khi biểu bì nằm ngay bên dưới tấm
móng tay, biểu bì di chuyển về phía trước với các tấm móng, thuộc hạ bì của
đường ray nhỏ và rãnh cho phép các tấm móng tay di chuyển lên.
Móng phát triển sâu bên trong nếp da ở đầu các ngón tay và chân. Ở
lớp biểu bì có sự gia tăng mạnh về số lượng, dẫn đến tình trạng các tế bào dày
đặc hơn làm cho bề mặt móng trở nên bằng phẳng, cứng và bóng láng. Những
tế bào sau cứ bị đẩy trồi lên và bị đè dẹp xuống tạo nên từng lớp cho móng.
Các tế bào tiếp tục sản xuất, kết quả là tấm móng trở nên dày hơn. Các tế bào
tích tụ quá nhiều móng sẽ dài ra.
1.3.2. Sự tích lũy các kim loại nặng trong tóc và trong móng[37]
Trong qua trình sinh trưởng, tóc cũng như móng đã lưu giữ trong mình
nó tất cả những chất do máu mang đến. Không như các tế bào khác, tóc và
móng là sản phẩm cuối cùng của sự chuyển hóa và giữ lai các nguyên tố vào
cấu trúc của mình trong quá trình phát triển. Những protein dạng sợi đã trải
qua quá trình xơ hóa nên các nguyên tố do máu mang đến sẽ được gắn vào
cấu trúc protein của tóc, móng. Vì vậy, nồng độ các nguyên tố trong tóc,
móng luôn tương quan với nồng độ của các nguyên tố trong cơ thể.
Khi phân tích một cách tỉ mỉ tóc và móng người ta có thể biết được
trong cơ thể con người thừa hoặc thiếu nguyên tố vi lượng nào, hoặc bị đầu
độc bởi loại hóa chất nào. Đặc biệt, để phát hiện các kim loại nặng trong cơ
thể, việc phân tích tóc cho kết quả rất cao. Sự có mặt của những kim loại nguy
hiểm trong tóc giúp các nhà khoa học xác định được tình trạng nhiễm độc
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 25
Copyright: Tài liệu đại học ©