TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM
KHOA CÔNG NGHỆ HOA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Phạm Thị Hà vân MSSV: 07116069
Ngành: Công nghệ Thực Phẩm Lớp: 071160
1. Tên đồ án: Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của kim loại Pb trong nước tưới đến sự hấp thu
kim loại cần thiết (Cu, Zn) của cây rau muống (Ipomoea aquatica) và tích luỹ Pb trong phần
thương phẩm của rau muống
2.Nhiệm vụ đồ án:
- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết của phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật nguyên
tử hóa ngọn lửa F-AAS
- Xây dựng đường chuẩn Cu, Pb, Zn, xác định giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của
phương pháp
- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của kim loại không cần thiết (Pb) đến sự hấp thụ kim loại cần
thiết (Cu, Zn) trong rau muống
- Đánh giá khả năng hấp thụ Pb trong cây rau muống
- So sánh hàm lượng Cu, Pb, Zn trong thương phẩm rau muống với giới hạn cho phép Cu, Pb,
Zn trong rau xanh của Việt Nam (TCVN)
- Ước lượng hàm lượng Cu, Pb, Zn trung bình hấp thụ vào cơ thể người trong 1 ngày.
3. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
4. Ngày hoàn thành đồ án:
5. Họ tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn: Nội dung và yêu cầu ĐATN đã được thông qua.
cho em học tập và nghiên cứu trong suốt thời gian qua.
Em xin kính chúc Ban Giám Hiệu trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, quý thầy
cô, đặc biệt là thầy cô trong khoa CNHH & TP, Bộ môn Công nghệ thực phẩm lời chúc sức
khỏe và thành công trong công tác đào tạo.
Em xin chân thành cảm ơn!
TP.HCM, tháng 7 năm 2011
Phạm Thị Hà Vân
ii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Tên đồ án: “Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của kim loại Pb trong nước tưới đến sự hấp
thu kim loại cần thiết (Cu, Zn) của cây rau muống (Ipomoea aquatica) và tích luỹ Pb trong
phần thương phẩm của rau muống”.
trình đường chuẩn của Pb là: y = 0,027x + 0,000; hệ số tương quan R
2
= 0,999; LOD =
0,14ppm; LOQ = 0,47ppm.
- Xác định được khoảng tuyến tính của Zn trên máy từ 0,0mg/l đến 1,5mg/l; với phương
trình đường chuẩn của Zn là: y = 0,2498x + 0,0044; hệ số tương quan R
2
= 0,999; LOD =
0,055ppm; LOQ = 0,18ppm.
iii
Khảo sát mức độ ảnh hưởng của Pb trong nước tưới đến sự hấp thụ kim loại cần thiết
Cu, Zn của cây rau muống, kết quả phân tích cho thấy:
- Sự hiện diện của Pb trong nước tưới đã ảnh hưởng khá rõ đến sự hấp thụ Cu của rau
muống. Có nghĩa là sự xuất hiện các kim loại không cần thiết (Pb) sẽ gây cản trở thực vật hấp
thụ kim loại cần thiết (Cu).
- Sự hiện diện của Pb trong nước tưới đã ảnh hưởng khá rõ đến sự hấp thụ Zn của rau
muống. Có nghĩa là sự xuất hiện các kim loại không cần thiết (Pb) sẽ gây cản trở thực vật hấp
thụ kim loại cần thiết (Zn).
Nghiên cứu khả năng tích lũy Pb trong rau muống khi tưới nước ô nhiễm Pb ở các
nồng độ (ĐC, 1ppm, 3ppm, 5ppm), ta kết luận được rằng: ở nồng độ ô nhiễm càng cao, thời
gian tưới càng lâu thì hàm lượng Pb trong rau càng lớn và khả năng tích lũy của Pb trong rau
muống là rất cao khi nguồn nước tưới bị ô nhiễm.
So sánh hàm lượng Cu, Pb, Zn trong thương phẩm rau muống với giới hạn cho phép
Cu, Pb, Zn trong rau xanh của Việt Nam (TCVN), kết quả thu được:
- Hàm lượng Cu tích lũy trong rau ở các lô thí nghiệm trong 2 lần thu hoạch (30 và 40
ngày) đều thấp hơn giới hạn tối đa (30 mgCu/kg rau tươi) rất nhiều.
MỤC LỤC
Chương 1. GIỚI THIỆU 1
Chương 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
2.1 Tình hình nhiễm kim loại nặng trong rau hiện nay 3
2.2 Tổng quan về kim loại đồng (Cu) 4
2.3 Tổng quan về kim loại kẽm (Zn) 5
2.4 Tổng quan về kim loại chì (Pb) 6
2.4.1 Đặc tính của chì 6
2.4.2 Môi trường tồn tại của chì 7
2.4.3 Cơ chế xâm nhập, phân bố và tích tụ của chì trong cơ thể con người 9
2.5 Kim loại nặng đối với con người và cây trồng 11
2.5.1 Vai trò của kim loại và cây trồng 11
2.5.2 Cơ chế hấp thụ kim loại nặng vào thực vật 11
2.5.3 Quá trình xâm nhập kim loại nặng vào trong cây 12
2.6 Tổng quan về tình hình nghiên cứu kim loại nặng trong rau xanh ở Việt Nam 12
2.7 Phương pháp định lượng vết kim loại nặng 13
2.8 Cơ sở lý thuyết của phương pháp nghiên cứu 14
2.8.1 Phương pháp xử lý mẫu phân tích 14
2.8.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS 15
Chương 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21
3.1 Đối tượng nghiên cứu 21
3.1.1. Thực vật nghiên cứu 21
3.1.2 Kim loại nghiên cứu 22
3.2 Phương pháp nghiên cứu 22
3.2.1 Quy trình nghiên cứu 22
3.2.2 Phương pháp lập thực nghiệm 22
3.3 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị 24
3.3.1 Hóa chất 24
3.3.2 Dụng cụ và thiết bị 24
4.7.2 Ước lượng hàm lượng Zn hấp thụ vào cơ thể người trong 1 ngày 44
4.7.3 Ước lượng hàm lượng Pb hấp thụ vào cơ thể người trong 1 ngày 44
Chương 5. KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO 48
PHỤ LỤC vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Một số phương pháp phân tích hóa lý và khoảng định lượng 14
Bảng 3.1 Thành phần hóa học của rau muống 22
Bảng 3.2: Hàm lượng kim loại trong lô thí nghiệm 23
Bảng 3.3: Giới hạn tối đa của kim loại theo TCVN 26
Bảng 4.1 Các điều kiên tối ưu đo phổ Cu 30
Bảng 4.2. Các điều kiện tối ưu đo phổ Pb 32
Bảng 4.3. Các điều kiện tối ưu đo phổ Zn 33
Bảng 4.4: Kết quả phân tích đất trồng và nước tưới trước khi làm ô nhiễm 35
Bảng 4.5: Hàm lượng Cu tích lũy trong mẫu rau theo thời gian và theo nồng độ Pb trong nước
tưới 36
Bảng 4.6: Hàm lượng Zn tích lũy trong mẫu rau theo thời gian và theo nồng độ Pb trong nước
tưới 37
Hình 2.8: Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA – 6200 20
Hình 3.1: Cây rau muống 21
Sơ đồ 3.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 23
Hình 3.2: Cân phân tích 4 số 24
Hình 3.3:Tủ sấy chân không 24
Hình 3.4: Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử GBC Avanta 25
Hình 3.5: Quy trình xử lý mẫu 25
Hình 3.6: Máy xử lý mẫu bằng vi sóng CEM MARXS 26
Hình 4.1: Đường chuẩn xác định Cu bằng kỹ thuật nguyên tử hóa ngọn lửa 31
Hình 4.2: Đường chuẩn xác định Pb bằng kỹ thuật nguyên tử hóa ngọn lửa 32
Hình 4.3: Đường chuẩn xác định Zn bằng kỹ thuật nguyên tử hóa ngọn lửa 34
Hình 4.4: Hàm lượng Cu tích lũy trong mẫu rau theo thời gian 36
Hình 4.5: Hàm lượng Zn tích lũy trong mẫu rau theo thời gian 37
Hình 4.6: Hàm lượng Pb tích lũy trong mẫu rau theo thời gian 39
Hình 4.7: Biểu diễn mối tương quan giữa lượng Pb trong nước tưới và Pb trong mẫu rau 40
Hình 4.8: Hàm lượng Cu tích lũy trong mẫu rau sau 30,40 ngày 41
Hình 4.9: Hàm lượng Zn tích lũy trong mẫu rau sau 30,40 ngày 42
Hình 4.10: Hàm lượng Pb tích lũy trong mẫu rau sau 30,40 ngày 42 viii
Trung bình
Q
Quận
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
Chương 1: Giới thiệu Trang 1 Chương 1. GIỚI THIỆU
Mở đầu
Thực phẩm là nguồn dinh dưỡng không thể thiếu đối với đời sống của con người. Trong
quá trình phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, con người đã tạo ra nhiều sản phẩm vật chất tốt
đặc biệt là các sản phẩm về thực phẩm, đó là cơ sở để tạo nên một cuộc sống no đủ và dinh
dưỡng cho con người. Và nhu cầu của con người càng ngày càng thay đổi từ “ ăn no mặc ấm”
- Nghiên cứu sự hấp thụ và tích luỹ Pb trong phần thương phẩm của rau muống nhằm
cảnh báo nguy cơ nhiễm Pb qua tiêu thụ rau muống.
Chương 1: Giới thiệu Trang 2
Nội dung nghiên cứu
- Xây dựng đường chuẩn Cu, Pb, Zn theo các thông số tối ưu mà phòng thí nghiệm đã
có
- Khảo sát mức độ ảnh hưởng của Pb trong nước tưới đến sự hấp thụ kim loại cần thiết
Cu, Zn của cây rau muống
- Nghiên cứu sự tích lũy Pb trong thương phẩm rau muống tưới nước ô nhiễm Pb
- So sánh hàm lượng Cu, Pb, Zn trong thương phẩm rau muống với giới hạn cho phép
Cu, Pb, Zn trong rau xanh của Việt Nam
- Ước lượng hàm lượng Cu, Pb, Zn trung bình hấp thụ vào cơ thể người trong 1 ngày.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Kết quả của đồ án là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo ở các lĩnh vực có liên quan về hàm
lượng kim loại nặng và đối tượng cây trồng khác. Kết quả nghiên cứu của đồ án góp phần
định hướng cho việc sử dụng hợp lý và có hiệu quả đối với nước tưới chứa kim loại nặng trên
rau xanh.
Lạt, Đồng Nai, Tây Ninh, Bình Dương, Long An, Tiền Giang, các huyện ngoại thành thành
phố Hồ Chí Minh như Hóc Môn, Củ Chi, Bình Chánh… Tuy nhiên, hiện nay do chạy theo lợi
nhuận để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng, người ta phải tăng năng suất, tăng sản lượng
rau để đạt mức thu nhập cao. Do vậy người ta sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật, phân bón bao
gồm phân hữu cơ và phân vô cơ (phân hóa học), hiện nay sử dụng rất nhiều phân hóa học.
Một số nơi còn sử dụng nước ở các kênh rạch, nước thải từ các xí nghiệp, nhà máy để tưới
rau. Với tình hình này, nó đã gây hậu quả lớn cho sức khỏe của người tiêu dùng, quan trọng là
dư lượng các chất được tích lũy trong rau mà con người sử dụng hàng ngày trong đó có các
kim loại nặng như: Cu, Pb, Zn, Fe, Cd, Cr… Những loại rau bị nhiễm kim loại nặng không
thể nào xử lý hết chất độc trên rau cho dù đã được rửa bằng nước rửa rau, kể cả nấu chín cũng
không có tác dụng.
Rau trồng ở các nơi có nhiều khu công nghiệp sẽ dễ bị nhiễm kim loại nặng từ các chất
thải. Tại Bình Chánh khu vực xung quanh các khu công nghiệp Tân Tạo, Lê Minh Xuân có
khá nhiều người trồng rau muống nước, sen trên ruộng cũng như trên các ao có sẵn. Vùng này
trồng lúa cho năng suất rất thấp cho nên nhiều hộ bỏ hẳn cây lúa chuyển qua trồng rau muống,
sen do thu nhập cao gấp 2, 3 lần cây lúa mà không tốn nhiều chi phí. Theo bà con trồng rau,
sen ở Bình Chánh, không ai biết về vấn đề nhiễm độc kim loại nặng đối với rau. Cho nên hầu
hết đều sử dụng nguồn nước từ kênh, rạch kể cả khu vực lân cận các khu công nghiệp có
nguồn nước thải từ các nhà máy, xí nghiệp để tưới rau.
Kênh Tham Lương hứng nước thải của nhiều nhà máy trong khu vực với màu nước đen
ngòm pha lẫn với màu đỏ hoặc nâu nhưng nhiều hộ trồng rau ở Tân Bình, Gò Vấp, Q.12 vẫn
sử dụng. Con Suối Cái đi qua Q. Thủ Đức, Q.9 hứng nguồn nước thải từ nhiều nhà máy trong
khu vực gây ô nhiễm nặng trong vùng đến nỗi không ai dám lội xuống suối vì sẽ bị ngứa, lở
loét. Nước Suối Cái thường xuyên bốc mùi hôi thối rất khó chịu. Có lúc nước màu đỏ, có khi
màu như nước gạo vo nhưng dân vẫn sử dụng nước để tưới rau. Chị Bùi Thị Hồi ở phường
Linh Trung, Thủ Đức trồng rau muống sát cạnh Suối Cái cho biết, ở đây đâu có nước tưới rau,
nên phải canh lúc nước suối trong lấy lên tưới. Ông Tư Sua có 2 vuông trồng rau muống trên
1.000m
2
bên cạnh Bệnh viện Đa khoa khu vực Thủ Đức cho biết, ông cũng như gần chục hộ
cacbonat azurit (2CuCO
3
Cu(OH)
2
) và malachit (CuCO
3
Cu(OH)
2
) là các nguồn để sản xuất
đồng, cũng như là các sunfua như chalcopyrit (CuFeS
2
), bornit (Cu
5
FeS
4
), covellit (CuS),
chalcocit (Cu
2
S) và các oxit như cuprit (Cu
2
O).
vị đồng trong miệng. Cu là thành phần của nhiều enzyme oxy hóa như cytochrome oxidase,
superixode dismutase, tyrosinase, amine oxidase…Trong máu, Cu sẽ gắn với ceruloplasmin
để tham gia vào phản ứng oxi hóa Fe
2+
thành Fe
3+
. Đây chính là phản ứng rất quan trọng vì
chỉ có dạng ion Fe
3+
được transferrin protein vận chuyển đến nơi dự trữ sắt ở gan. Thiếu đồng
dẫn đến thiếu máu, da tái nhợt, chậm phát triển trí tuệ, với mức Cu thấp cũng được coi là
nguyên nhân của hội chứng tóc xoăn Menke mà nó thể hiện những rối loạn sắc tố và các rối
loạn khác của tóc. Mặt khác, Cu là nguyên tố rất không có lợi trong quá trình chế biến và bảo
quản thực phẩm do nó xúc tác phản ứng oxy hóa nhiều hợp chất quan trọng như acid
asocorbic, lipid…
2.3 Tổng quan về kim loại kẽm (Zn) [5, 6, 18, 24]
Kẽm là một kim loại hoạt động trung bình có thể kết hợp với oxy và các á kim khác, có
phản ứng với axit giải phóng hydro. Trạng thái oxy hóa phổ biến của Zn là +2. Kẽm là kim
loại được sử dụng phổ biến thứ 4 trên thế giới sau sắt, nhôm, đồng tính theo lượng sản xuất
hàng năm. Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 23 trong vỏ Trái Đất. Các loại khoáng chất nặng
nhất có xu hướng chứa khoảng 10% sắt và 40 - 50% kẽm. Các loại khoáng chất để tách kẽm
chủ yếu là sphalerit, blenđơ, smithsonit, calamin, franklinit.
Hình 2.2: Tinh thể Kẽm
đập khẽ, chết sau 10 đến 48 giờ. Zn cũng là thành phần của nhiều enzyme như alcohol
dehrydrogenase, lactate dehydrogenase, glutamate dehydrogenase…Thiếu hụt Zn gây ra
những rối loạn nghiêm trọng, nhưng thừa Zn lại gây ra hiện tượng ngộ độc. Kẽm liên quan
đến sự phát triển của xương, lượng năng lượng và sự phát triển giới tính. Thiếu kẽm làm cho
vết thương khó lên da non và đau khớp xương.
2.4 Tổng quan về kim loại chì (Pb)
2.4.1 Đặc tính của chì [5,6]
Chì là nguyên tố hóa học nhóm IV trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev, số thứ tự
nguyên tử là 82, khối lượng nguyên tử 297,19; nóng chảy ở nhiệt độ 327,4
0
C; sôi ở 1725
0
C;
khối lượng riêng bằng 11,34 g/cm
3
.
Chì là kim loại có màu xám nhạt, không mùi, không vị, không hòa tan trong nước, không
cháy. Chì rất mềm, dễ gia công, có thể dùng dao cắt được và dễ nghiền thành bột. Chì được
coi là mềm và nặng nhất trong tất cả các kim loại thông thường. Hơi chì có vị ngọt ở họng nên
trong quá khứ ở một số nơi người ta lén cho chì vào trong rượu để làm cho rượu ngọt hơn.
Hiện nay, một số rượu thuốc Trung Quốc cũng như một số thuốc cổ truyền vẫn thịnh hành ở
Trung Đông đều có chứa một lượng chì đáng kể.
Chương 2: Tổng quan tài liệu
vậy, chì trong không khí chủ yếu tồn tại dưới dạng các hợp chất vô cơ, còn gọi là các hạt bụi
chì vô cơ. Trong điều kiện tự nhiên, hàm lượng chì trong khí quyển thường trong khoảng
5.10
-5
mg/m
3
, trong khi đó hàm lượng chì trung bình tại các đô thị có mật độ giao thông lớn
thường trong khoảng 3.10
-3
mg/m
3
.
Bụi chì trong không khí được gió phát tán đi rất xa khu vực phát thải. Do đó, ô nhiễm chì
trong không khí có tầm ảnh hưởng rộng. Bụi chì sau đó được lắng xuống dưới tác dụng của
trọng lực hoặc do được kéo theo các hạt mưa hoặc tuyết, tham gia vào khí quyển và địa
quyển. Bụi chì ở lớp bên dưới, ngang tầm hoạt động cuả con người còn có khả năng xâm nhập
vào cơ thể con người và động vật. Theo tính toán của các nhà khoa học, hàm lượng chì trung
bình trong khí quyển từ thời kì tiền sử là 0,6 µg/m
3
; tới ngày nay đã tăng lên 3,7 µg/m
3
; chính
là kết quả của các hoạt động nhân tạo. Hàm lượng chì trong khí quyển đô thị trung bình nằm
trong khoảng từ 0,5 – 10 µg/m
3
. Trong đó có tới 30 – 50% hơi chì được hô hấp vào cơ thể sẽ
hấp thụ trong người, trong máu tuần hoàn, do đó hít thở không khí có bụi chì lớn sẽ bị ngộ
Chương 2: Tổng quan tài liệu
hòa tan, được hydrat hóa, hoặc ở dạng huyền phù… Các hợp chất này có xu hướng tham gia
vào các quá trình sau:
- Tạo phức với các phối tử vô cơ hoặc hữu cơ
- Hòa tan hoặc kết tủa hợp chất chì
- Hấp phụ các hợp chất chì lên các hạt rắn lơ lửng có tính keo
- Tạo bông hoặc keo tụ
- Sa lắng xuống lớp trầm tích, gia nhập địa quyển
- Xâm nhập vào sinh quyển, phân bố và tích tụ trong các sinh vật thủy sinh
Chì trong môi trường nước ngọt
Trong nước thiên nhiên chì chiếm khoảng 0,001 – 0,02 mg/l. Nguồn nước máy có dấu vết
của chì là do đường ống nước bằng chì. Nguồn ô nhiễm chì trong nước chủ yếu từ nước thải
của công nghệ sản xuất chì, sản xuất molypden, và vonfram. Nồng độ chì cho phép của nước
uống < 0,01 mg/l; nước tưới trồng trọt < 0,5 mg/l (TCVN 5945-1995); nước dùng cho chăn
nuôi < 0,05 mg/l. Trong nước thải, chì có thể ở dạng hòa tan hoặc dạng khó tan lơ lửng như
nước muối cacbonate, sunfua, sunfat.
Chì trong ống dẫn nước có chứa hàm lượng cacbonic khá cao. Cacbonic tác dụng với chì
làm ống dẫn trở thành cacbonat chì hòa tan trong nước. Khi con người dùng loại nước nhiễm
chì này, thì sẽ lưu lại trong cơ thể, phá hủy canxi trong xương và dẫn tới nhiều chứng bệnh
mãn tính.
Nước mềm, nghèo canxi nên không tạo thành các lớp chì cacbonat ở mặt trong các ống
nước bằng chì, vì thế chì tồn tại ở trạng thái hòa tan trong nước.
Chương 2: Tổng quan tài liệu Trang 9
Chì trong môi trường nước biển
Từ năm 1961, nồng độ chì trong nước biển đã đạt tới mức độ khá cao do hoạt động của con
người. Sự ô nhiễm chì nước biển gần bờ là do chất phụ gia trong xăng, nồng độ chì ở trong
người qua đường hô hấp. Khoảng 30 – 50% lượng chì có trong thành phần không khí do con
người hít vào được lắng đọng trong phổi người, tỷ lệ này phụ thuộc vào đặc tính hóa học, kích
thước các hạt bụi chì và khả năng hòa tan của chúng. Khi đã lắng đọng vào phổi, phần lớn bụi
chì được hấp thụ và tiếp tục xâm nhập vào các bộ phận cơ thể người.
Đường ăn uống
Số lượng và tốc độ hấp thụ chì qua đường tiêu hóa của cơ thể phụ thuộc vào dạng tồn tại
hóa học của chì, kích thước hạt bụi chì, trạng thái no hoặc đói của cơ thể, chế độ dinh dưỡng
Chương 2: Tổng quan tài liệu Trang 10
và độ tuổi. Cơ thể người trưởng thành có khả năng hấp thu 5% hàm lượng chì có trong thức
ăn hoặc nước uống. Con số này có thể tăng tới 50% tùy thuộc vào trạng thái no hoặc đói của
cơ thể. Trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ là những đối tượng nhạy cảm với chì, khoảng 50% lượng chì có
trong thức ăn và nước uống được cơ thể trẻ hấp thụ. Chế độ ăn nghèo canxi, sắt, đồng, kẽm,
photpho sẽ làm tăng khả năng hấp thu chì qua đường tiêu hóa.
Hấp thụ qua da: Khả năng hấp thụ chì qua da của cơ thể rất kém.
2.4.3.2 Phân bố chì trong cơ thể
Sau khi được hấp thụ qua đường hô hấp hoặc đường ăn uống, chì tiếp tục xâm nhập vào
máu và từ đó được phân bố tới nhiều bộ phận của cơ thể nhờ tế bào hồng cầu và huyết tương.
Tốc độ phân bố chì trong cơ thể không đều và phụ thuộc vào hướng phân bố. Đầu tiên, chì
được chuyển nhanh tới các mô mềm như cơ, não, đặc biệt là gan và thận sau đó được bài tiết
qua đường phân, nước tiểu và mồ hôi. Đối với người trưởng thành, khoảng 99% lượng chì
hấp thụ vào trong cơ thể được thải ra ngoài qua con đường bài tiết, đối với trẻ em dưới 2 tuổi
con số này là 30 – 40%. Chì được chuyển tới các mô cứng của cơ thể như xương, răng, tóc,
móng với tốc độ chậm, khoảng vài tuần. Có tới khoảng 94% lượng chì vào cơ thể người
trưởng thành và 73% trong cơ thể trẻ em được tích tụ trong xương và răng.
2.4.3.3 Độc tính của chì [18, 8]
Chì và nhiều hợp chất của chì được ngành độc học xếp vào nhóm độc bản chất. Trong cơ
ở lợi, da vàng, đau bụng dữ dội, táo bón, đau khớp xương, bại liệt chi trên (tay bị biến dạng),
mạch yếu.
2.5 Kim loại nặng đối với con người và cây trồng [4, 7, 8, 18, 20]
2.5.1 Vai trò của kim loại và cây trồng
Nhiều nguyên tố kim loại có ý nghĩa quan trọng trong đời sống của sinh vật, trung bình
hàm lượng kim loại trong sinh khối khô của sinh vật khoảng từ 1 đến 100ppm. Ở hàm lượng
cao hơn thường gây độc hại cho sinh vật. Khoảng cách từ đủ đến dư thừa là rất hẹp. Một vài
kim loại như: Ca, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni, và Zn là những nguyên tố cần thiết
trong thực vật , được sử dụng cho các quá trình oxy hóa khử, ổn định phân tử, là thành phần
của rất nhiều loại enzym, điều chỉnh áp lực thẩm thấu. Còn một số kim loại không có vai trò
sinh học, không cần thiết như : Ag, Al, Au, Pb, Hg… sẽ gây độc lâu dài đối với sinh vật. Các
kim loại không cần thiết này sẽ thay thế vào vị trí của các kim loại cần thiết. Ở nồng độ cao,
cả hai nguyên tố kim loại cần thiết và không cần thiết đều có thể làm tổn hại màng tế bào,
thay đổi đặc tính của enzym, phá vỡ cấu trúc và chức năng của tế bào.
Thực vật hấp thu tất cả các nguyên tố nằm ở xung quanh vùng rễ. Để xem kim loại (Me
n+
)
cần thiết hay không cần thiết cho cây thì phải loại bỏ kim loại đó ra khỏi môi trường để tìm
hiểu:
(1) Khả năng hoàn chỉnh chu trình sống của thực vật ?
(2) Me
n+
có thể thay thế kim loại cần thiết (vi, đa lượng) ?
(3) Sự liên quan trực tiếp của Me
n+
đến quá trình trao đổi chất ? Thực vật hấp thụ kim
loại ở cả 3 dạng: cation (Ca
2+
), anion (MoO
được thể hiện ở tính thấm chọn lọc của màng sinh chất và các kim loại nặng được vẩn chuyển
vào rễ ngược với quy luật khuếch tán, vì cách hấp thụ này ngược với gradien nồng độ nên cần
thiết phải cung cấp năng lượng, tức là phải có sự tham gia của ATP và của một chất trung
gian, được gọi là chất mang. ATP và chất mang được cung cấp từ quá trình chuyển hóa vật
chất (chủ yếu là từ quá trình hôp hấp).
2.5.3 Quá trình xâm nhập kim loại nặng vào trong cây
Quá trình xâm nhập kim loại nặng vào trong cây trải qua 4 giai đoạn sau
Giai đoạn 1: Kim loại nặng đi vào vùng tự do của rễ cây
Sự di chuyển của các ion kim loại không bị giới hạn tại bề mặt rễ cây. Vùng màng của tế
bào có khả năng dễ dàng cho dung dịch xâm nhập, tại đây các ion dương có thể khuếch tán tự
do hoặc bị bẫy vào những tế bào mang điện âm. Kim loại được vận chuyển vào khối hình cầu
thân rễ - vùng rộng khoảng 1 - 2 mm giữa rễ và vùng đất xung quanh. Cơ chế hấp thụ có thể
biến đổi với các ion khác nhau, nhưng những ion được hấp thụ vào trong rễ bởi cùng một cơ
chế sẽ cạnh tranh với nhau, ví dụ như sự hấp thụ của Zn được hạn chế bởi Cu và H
+
nhưng
không bị hạn chế bởi Fe và Mn.
Giai đoạn 2: Các kim loại nặng bị hấp thụ trong tế bào có thể bị mất tính linh động hay
tính độc trong tế bào chất, thông qua quá trình kết hợp tạo phức với các phân tử hữu cơ hoặc
bị sa lắng xuống các khu vực giàu electron.
Giai đoạn 3: Các kim loại ở trong tế bào có thể được chuyển từ tế bào này sang tế bào
khác thông qua con đường hợp sẽ đi vào mao dẫn rễ và đưa tới mầm non. Sự di chuyển của
các dung dịch trong mao dẫn rễ là nguyên nhân gây ra các dòng thở (sự di chuyển khối - dòng
chảy khối). Các cation tự do có thể phản ứng với các nhóm mang điện âm của thành tế bào
mao dẫn rễ, đây chính là lý do làm cản trở sự vận chuyển của kim loại nặng hay làm quá trình
trao đổi bị chậm lại. Ngoài ra, các nhóm tạo phức với kim loại tự do như các axit hữu cơ,
aminoacid trong mao dẫn rễ sẽ làm giảm mức độ linh động của kim loại nặng và cho phép
chúng di chuyển vào các mầm non.
Giai đoạn 4: Với sự góp mặt của kim loại trong cây làm biến đổi gen và làm mất tính linh
động của kim loại trong rễ. Kim loại nặng tích lũy trong rễ chiếm 80 - 90 % tổng lượng kim
2+
đến giun đất,
rau cải và ảnh hưởng của Pb, Cu, Zn, Cd đến cây mạ trên nền đất phù sa sông Hồng. Kết quả
cho thấy, ảnh hưởng trực tiếp của Pb
2+
,
Cu
2+
đến sự nảy mầm của hạt rau cải cũng như sự sinh
rễ, sinh lá và chiều cao trung bình của cây cải, tùy thuộc vào độc tính của từng nguyên tố
(Pb,Cu, Zn, Cd) ở những nồng độ lớn nhỏ khác nhau đã ảnh hưởng đến bộ rễ cũng như gây
chết cây mạ.
- Phạm Ngọc Thuỵ và các cộng sự (2006) đã điều tra hiện trạng về Pb, Hg, As, Cd trong
đất nước và một số rau trồng ở khu vực Đông Anh, Hà Nội. Kết quả điều tra cho thấy một số
mẫu rau như xà lách, rau muống, cải cúc, cải bắp, cải ngọt, hành hoa, cải thảo bị ô nhiễm Pb
và Cd, rất ít mẫu rau bị ô nhiễm As và Hg
2.7 Phương pháp định lượng vết kim loại nặng
Ngày nay, xã hội có nhu cầu rất lớn phân tích vết kim loại trong các mẫu thực phẩm, môi
trường, nước,…. Để định lượng được vết kim loại trong các loại mẫu thì đòi hỏi phải có thiết
bị phân tích hiện đại có độ nhạy, độ chọn lọc và độ chính xác cao, thời gian phân tích ngắn.
Chính vì vậy, đã phát triển rất nhiều các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại khác nhau cho
phép định lượng vết kim loại một cách chính xác và nhanh chóng.
÷ 10
-7
3
Phổ hấp thụ nguyên tử
10
-6
÷ 10
-7
4
Phổ phát xạ nguyên tử
10
-5
÷ 10
-6
5
Phân tích kích hoạt nơtron
10
-9
÷ 10
-10
6
Điện thế dùng điện cực chọn lọc ion
10
-4
÷ 10
-5
đắt tiền, điều kiện tiến hành khó khăn nên ít được sử dụng phổ biến. Phương pháp hấp thụ
nguyên tử có độ nhạy, độ chính xác cao và có ưu điểm nổi bật rất thuận lợi cho việc xác định
chính xác vết kim loại và các hợp chất độc hại trong nhiều đối tượng khác nhau, các kết quả
rất ổn định sai số nhỏ (không quá 15%) với vùng nồng độ cỡ 1-2ppm.
2.8 Cơ sở lý thuyết của phương pháp nghiên cứu
2.8.1 Phương pháp xử lý mẫu phân tích
Xử lý mẫu là một thao tác cực kì quan trọng không thể thiếu khi tiến hành phân tích định
tính cũng như định lượng kim loại bằng phương pháp AAS nói riêng và trong kỹ thuật phân
tích nói chung. Việc xử lý mẫu sai, kết quả thu được sẽ không có giá trị, không đáng tin cậy.
Mục đích của việc xử lý mẫu là nhằm tách các tạp chất, làm giàu mẫu (nếu cần), đưa mẫu về
trạng thái thuận lợi nhất cho việc phân tích. Để phân tích một nguyên tố kim loại có mặt trong
mẫu bằng AAS, trước hết kim loại đó phải ở dưới dạng ion tan. Mặt khác, kim loại tồn tại
trong mẫu thực phẩm dưới dạng phức của các chất hữu cơ. Do đó mục đích của việc xử lý
mẫu ở đây là giải phóng kim loại ra khỏi phức chất và đưa nó về trạng thái ion tan trong dung
dịch. Hầu hết các nguyên tố kim loại phân tích bằng phương pháp AAS đều phải tồn tại dưới
dạng muối acid.
Có hai phương pháp xử lý mẫu:
Chương 2: Tổng quan tài liệu Trang 15
- Phương pháp xử lý ướt: là kỹ thuật dùng các axit mạnh, đặc và nóng, kiềm mạnh đặc,
nóng hoặc hỗn hợp axit hay hỗn hợp kiềm để phân huỷ mẫu trong điều kiện đun nóng trong
bình Kendan, trong hộp kín hay trong lò vi sóng. Các loại acid sử dụng trong phương pháp
ướt:
+ H
2
SO
4
.
Phá mẫu hệ hở
Phương pháp này đơn giản, không cần dụng cụ phức tạp và cho kết quả khá chính xác.
Các axit được sử dụng trong phá mẫu hệ hở như: HF, HCl, H
2
SO
4
, HClO
4
…, tùy theo loại
mẫu và nguyên tố cần phân tích mà ta có quy trình phân tích phù hợp. Ví dụ như để xác định
các nguyên tố dễ bay hơi như Hg thì cần khống chế nhiệt độ < 120
0
C, để phá các mẫu chứa
nhiều SiO
2
cần cho thêm HF….
Phá mẫu bằng lò vi sóng
Hiện nay phổ biến nhất là kỹ thuật xử lý mẫu ướt với axit đặc trong lò vi sóng hệ kín do có
nhiều ưu điểm như: thời gian xử lý mẫu ngắn, phá huỷ mẫu triệt để và không mất chất phân
tích, hiệu suất xử lý mẫu cao.
Dưới tác dụng phá hủy và hoà tan các hạt (phần tử) mẫu của axit, năng lượng nhiệt cùng
axit làm tan rã các hạt mẫu đồng thời do khuếch tán, đối lưu, chuyển động nhiệt và va chạm
của các hạt mẫu với nhau làm chúng bị bào mòn dần, các tác nhân này tấn công và bào mòn
dần các hạt mẫu từ bên ngoài vào, làm cho các hạt mẫu bị mòn dần và tan hết.
Ngoài ra, trong lò vi sóng còn có sự phá vỡ từ trong lòng hạt mẫu do các phân tử nước hấp
thụ ( > 90%) năng lượng vi sóng và do có động năng lớn nên chúng chuyển động nhiệt rất
mạnh, làm căng và xé các hạt mẫu từ trong ra. Hơn nữa, do xử lý mẫu trong hệ kín nên áp
suất cao sẽ làm nhiệt độ cao, đây là tác nhân phân huỷ mạnh nhất do vậy thúc đẩy quá trình
phân huỷ mẫu từ bên trong ra và từ ngoài vào. Do đó, xử lý mẫu trong lò vi sóng chỉ cần thời
- Tiếp đó, nhờ một hệ thống máy quang phổ thu toàn bộ chùm sáng, phân li và
chọn một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần nghiên cứu để đo cường độ của nó. Cường
độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử.
Vì vậy, muốn thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, hệ thống máy đo phổ hấp thụ
nguyên tử phải bao gồm các phần cơ bản sau đây:
Phần 1: Nguồn phát tia phát xạ cộng hưởng của nguyên tố phân tích (vạch phổ
phát xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích), để chiếu vào môi trường hấp thụ chứa các
nguyên tử tự do của nguyên tố. Đó là các đèn catod rỗng (HCL), các đèn phóng điện
không điện cực (EDL), hay nguồn phát bức xạ liên tục đã được biến điệu.
Hình 2.4: Cấu tạo đền catod rỗng
Copyright: Tài liệu đại học ©