MỞ ĐẦU
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường do các hoạt động sinh hoạt và sản xuất của
con người đã và đang là vấn đề nhức nhối của toàn xã hội. Một trong các chương trình
đang được nhà nước quan tâm là nghiên cứu và đánh giá mức độ ô nhiễm thuộc lưu vực
một số hệ thống sông chính như: sông Đáy, sông Nhuệ, sông Cầu... để từ đó có các biện
pháp quản lí thích hợp.
Trong số các chỉ số ô nhiễm, ô nhiễm kim loại nặng là một trong những chỉ số được
quan tâm nhiều bởi độc tính và khả năng tích lũy sinh học của chúng. Để có thể đánh giá
một cách đầy đủ về mức độ ô nhiễm của các kim loại nặng ta không thể chỉ dựa vào việc
xác định hàm lượng của các kim loại hòa tan trong nước mà cần xác định cả hàm lượng các
kim loại trong trầm tích. Rất nhiều công trình khoa học nghiên cứu về trầm tích sông, hồ
đều cho thấy hàm lượng của các kim loại trong trầm tích lớn hơn nhiều so với trong nước.
Dưới một số điều kiện lí hóa nhất định các kim loại nặng từ trong nước có thể tích
lũy vào trầm tích đồng thời cũng có thể hòa tan ngược trở lại nước [65, 68]. Khả năng hòa
tan của kim loại trong mẫu trầm tích vào nước cũng như khả năng tích lũy sinh học của nó
phụ thuộc vào dạng tồn tại của kim loại trong trầm tích [69]. Vì vậy cần thiết phải xác định
cụ thể dạng tồn tại của các kim loại trong trầm tích mới có thể đưa ra những đánh giá cụ
thể và chính xác hơn về mức độ ô nhiễm và ảnh hưởng đến hệ sinh thái của các kim loại
nặng [48].
Một vấn đề đáng lưu ý nữa là hàm lượng của các kim loại trong mẫu trầm tích phụ
thuộc vào hàm lượng của các kim loại trong nước tại mỗi thời điểm. Do đó dựa vào việc
xác định hàm lượng của các kim loại tại các điểm khác nhau trên cùng một cột trầm tích có
thể giúp ta thấy được sự thay đổi về mức độ ô nhiễm kim loại nặng tại khu vực nghiên cứu
theo thời gian.
Để xác định dạng kim loại trong trầm tích, công đoạn quan trọng nhất là chiết tách
riêng từng dạng kim loại ra khỏi trầm tích. Đã có rất nhiều quy trình chiết được đưa ra
nhưng quy trình chiết liên tục của Tessier (Tessier et.al, 1979 [34]) được nhiều tác giả lựa
chọn sử dụng và cải tiến thêm phương pháp này. Theo quy trình chiết liên tục của Tessier,

1


Công Nghệ Việt Nam.

2


Chương 1: TỔNG QUAN
1.1 Trầm tích và sự tích lũy kim loại trong trầm tích
1.1.1 Trầm tích và sự hình thành trầm tích
Trầm tích là các vật chất tự nhiên bị phá vỡ bởi các quá trình xói mòn hoặc do thời
tiết, sau đó được các dòng chảy vận chuyển đi và cuối cùng được tích tụ thành các lớp trên
bề mặt hoặc đáy của một khu vực chứa nước như ao, hồ, sông, suối, biển. Quá trình hình
thành trầm tích là một quá trình tích tụ và lắng đọng các chất cặn lơ lửng (bao gồm cả các
vật chất vô cơ và hữu cơ) để tạo nên các lớp trầm tích. Ao, hồ, sông, biển tích lũy trầm tích
thành các lớp theo thời gian. Vì vậy trầm tích là một hỗn hợp phức tạp của các pha rắn bao
gồm sét, silic oxit, chất hữu cơ, cacbonat và một quần thể các vi khuẩn (Trần Nghi, 2003
[14]; [71] ).
Trầm tích là một trong những đối tượng thường được nghiên cứu để đánh giá và
xác định mức độ cũng như nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng đối với môi trường nước bởi
hàm lượng kim loại trong trầm tích thường lớn hơn nhiều so với lớp nước phía trên và có
mối quan hệ chặt chẽ với hàm lượng của các ion kim loại tan trong nước. Các kim loại
trong nước có thể tích lũy đi vào trầm tích và ngược lại kim loại trong trầm tích ở dạng di
động có khả năng hòa tan ngược lại vào nước. Chính vì lí do đó nên trầm tích được xem là
một chỉ thị quan trọng dùng để nghiên cứu và đánh giá sự ô nhiễm môi trường.
1.1.2 Các nguồn tích lũy kim loại vào trầm tích
Sự tích lũy kim loại vào trầm tích đến từ hai nguồn là nguồn nhân tạo và nguồn tự
nhiên.
Nguồn tự nhiên gồm các kim loại nằm trong thành phần của đất đá xâm nhập vào
môi trường nước và trầm tích thông qua các quá trình tự nhiên như: phong hóa, xói mòn,
rửa trôi (Ip Crman 2007 [46]).
Nguồn nhân tạo là các nguồn ô nhiễm từ các hoạt động sinh hoạt và sản xuất của

ion của nước sẽ ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ hoặc giải hấp các kim loại này dẫn đến
sự giải phóng hoặc tích lũy kim loại tại bề mặt tiếp xúc của nước và trầm tích. Chính vì
vậy kim loại trong trầm tích ở dạng này rất linh động có thể dễ dàng giải phóng ngược trở
lại môi trường nước.
+ Dạng liên kết với cácbonat: Các kim loại tồn tại ở dạng kết tủa muối cacbonat.
Các kim loại tồn tại ở dạng này rất nhạy cảm với sự thay đổi của pH, khi pH giảm các kim
loại ở dạng này sẽ được giải phóng.

4


+ Dạng liên kết với Fe-Mn oxit: Ở dạng liên kết này kim loại được hấp phụ trên
bề mặt của Fe-Mn oxi hydroxit và không bền trong điều kiện khử, bởi vì trong điều kiện
khử trạng thái oxi hóa của sắt và mangan sẽ bị thay đổi, dẫn đến các kim loại trong trầm
tích sẽ được giải phóng vào pha nước.
+ Dạng liên kết với hữu cơ: Các kim loại ở dạng liên kết với hữu cơ sẽ không bền
trong điều kiện oxi hóa, Khi bị oxi hóa các chất cơ sẽ phân hủy và các kim loại sẽ được
giải phóng vào pha nước.
+ Dạng cặn dư: Phần này chứa các khoáng chất bền vững tồn tại trong tự nhiên có
thể giữ các vết kim loại trong nền cấu trúc của chúng, hoặc một số kết tủa bền khó tan của
các kim loại như PbS, HgS... Do vậy khi kim loại tồn tại trong phân đoạn này sẽ không
thể hòa tan vào nước trong các điều kiện như trên.
1.1.5 Kim loại nặng và nguồn tích lũy một số kim loại nặng trong trầm tích
Kim loại nặng là các kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5 g/cm3, nhưng thông
thường ta dùng để chỉ những kim loại độc hại và gây ô nhiễm môi trường. Trong trầm tích,
kim loại nặng có thể tồn tại ở các dạng khác nhau, có khả năng tích lũy trong trầm tích,
khả năng tích lũy sinh học và độc tính khác nhau [30]. Trong giới hạn của đề tài, chúng tôi
chỉ tập trung nghiên cứu bốn kim loại nặng là: đồng, chì, kẽm và cadimi.
1.1.5.1 Kim loại đồng
Đồng là một nguyên tố thiết yếu đối với cơ thể động thực vật và con người. Đối với

1.1.5.2 Kim loại chì
Chì là một nguyên tố có độc tính cao đối với con người và động vật. Khi xâm nhập
vào cơ thể kim loại chì kết hợp với một số enzim làm rối loạn hoạt động của cơ thể. Khi
nồng độ chì trong máu lớn hơn 50 µg/dl sẽ gây ra ra nguy cơ mắc chứng thiếu máu, thiếu
sắc tố da, hồng cầu kém bền vững. Khi nồng độ chì trong máu lớn hơn 80 µg/dl sẽ gây ra
các bệnh về thần kinh với các biểu hiện như mất điều hòa, giảm ý thức, vận động khó khăn,
hôn mê và co giật [19, 20].
Ở pH cao kim loại chì trở nên ít tan do dễ tạo phức với các hợp chất hữu cơ, kết tủa
dưới dạng oxit, hidroxit và liên kết với oxit và silica của đất sét vì vậy ở pH cao kim loại
chì có khả năng tích lũy sinh học thấp. Nhưng ở pH thấp hơn thì khả năng tích lũy sinh học
của chì tăng dần.
Trong tự nhiên hàm lượng Pb trong vỏ trái đất khoảng 17 ppm. Chì thường được tìm
thấy ở dạng quặng cùng với kẽm, bạc, và (phổ biến nhất) đồng, và được thu hồi cùng với
các kim loại này. Trong tự nhiên, khoáng chì chủ yếu là galena (PbS) ngoài ra còn có một
số dạng khoáng chứa chì khác như cerussite (PbCO3) và anglesite (PbSO4) [15, 18, 22].
Trong công nghiệp, kim loại chì được sử dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau như:
công nghiệp chế tạo ắc quy, sơn, nhựa, luyện kim. Vì vậy nguồn phát thải chì nhân tạo chủ

6


yếu từ các hoạt động sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp như: công nghiệp luyện
kim, ắc quy, sơn, nhựa và các làng nghề tái chế chì, tái chế nhựa...
1.1.5.3 Kim loại kẽm
Kẽm là một nguyên tố vi lượng rất cần thiết đối với con người và động thực vật.
Kẽm hiện diện trong hầu hết các bộ phận cơ thể con người. Kẽm cần thiết cho thị lực, giúp
cơ thể chống lại bệnh tật, chống nhiễm trùng và cần thiết cho các hoạt động sinh dục và
sinh sản... Tuy nhiên khi hàm lượng kẽm trong cơ thể lớn quá có thể tạo ra các tác dụng
ngược lại gây ra các bệnh như ngộ độc thần kinh, và hệ miễn nhiễm [20, 21].
Trong công nghiệp, kim loại kẽm có rất nhiều ứng dụng đặc biệt trong lĩnh vực

1.2.1 Khái niệm về phân tích dạng
Thuật ngữ “dạng”, theo Fillip M. tack và Marc G. Verloo [40], là sự nhận dạng và
định lượng các dạng, các hình thức hay các pha khác nhau mà trong đó kim loại tồn tại
Trong thực tế, độ linh động và hoạt tính sinh học cũng như khả năng tích lũy sinh
học của kim loại phụ thuộc vào dạng tồn tại bao gồm dạng hóa học ( trạng thái oxi hóa,
điện tích, trạng thái hóa trị và liên kết) và dạng vật lí (trạng thái vật lí, kích thước hạt... ).
Chẳng hạn crôm ở dạng Cr(III) không độc nhưng ở dạng Cr(VI) rất độc. Trong các dạng
của asen thì As(III) có độc tính cao gấp khoảng 50 lần As(V), asen ở dạng hợp chất vô cơ
độc hơn ở dạng hợp chất hữu cơ. Trong trầm tích, các kim loại tồn tại ở dạng linh động dễ
dàng có thể giải phóng vào nước dẫn đến nguy cơ gia tăng sự hấp thụ các kim loại này vào
cơ thể con người thông qua chuỗi thức ăn. Trong khi đó các kim loại tồn tại ở dạng cặn dư
rất khó hòa tan vào nước nên rất ít ảnh hưởng đến sức khỏe con người [31, 40]. Vì vậy cần
thiết phải xác định cụ thể hàm lượng của các kim loại ở từng dạng tồn tại cụ thể của nó.
Theo tác giả Tessier, kim loại trong mẫu trầm tích và mẫu đất tồn tại ở 5 dạng chủ
yếu là: dạng trao đổi, dạng liên kết với cácbonat, dạng liên kết với Fe-Mn oxit, dạng
liên kết với hữu cơ, dạng cặn dư. Vấn đề đặt ra ở đây là phải tìm ra các dung môi và các
điều kiện thích hợp để có thể chiết riêng từng dạng kim loại. Có nhiều phương pháp khác
nhau đã được đưa ra để chiết riêng từng dạng kim loại như: chiết một giai đoạn, chiết liên
tục, sử dụng nhựa trao đổi ion... Trong đó, phương pháp chiết liên tục được áp dụng phổ
biến nhất do những ưu điểm của nó.
1.2.2 Các quy trình chiết liên tục
Có rất nhiều quy trình chiết liên tục được các tác giả khác nhau đưa ra để phân tích
dạng kim loại trong trầm tích. Dưới đây là một số quy trình tiêu biểu.
* Quy trình chiết liên tục của Tessier:

8


Đây là quy trình được nhiều tác giả khác nhau sử dụng để xác định hàm lượng kim
loại trong đất và trầm tích. Các điều kiện cụ thể của quy trình chiết liên tục Tessier được

giờ
(3) sau khi làm nguội thêm 5 ml NH4OAc 3,2 M trong HNO3
20% và pha loãng thành 20 ml, khuấy liên tục trong 30 phút

Cặn dư (F5)

(1) HClO4 (2 ml) + HF (10 ml) đun đến gần cạn
(2) HClO4 (1 ml) + HF (10 ml) đun đến gần cạn
(3) HClO4 (1 ml)
(4) hòa tan bằng HCl 12N sau đó định mức thành 25 ml

* Quy trình chiết liên tục của Ủy ban tham chiếu cộng đồng (Community
Bureau of Reference procedure, BCR):
Quy trình này gần tương tự như quy trình của Tessier nhưng dạng trao đổi và dạng
cacbonat được gộp chung lại thành một dạng

9


Bảng 1.2 Quy trình chiết liên tục của BCR (1993) [32]
Dạng kim loại

Điều kiện chiết (1 gam mẫu)

Trao đổi và liên kết 40 ml HOAc 0,11M, 22±50C, khuấy liên tục 16 giờ
với cacbonat
Liên kết với Fe-Mn 40 ml NH2OH.HCl 0,1M (pH = 2 với HNO3), 22±50C,
oxit

khuấy liên tục 16 giờ

Cặn dư

Cường thủy + HF

(1): DTPA: pentetic axit hay dietylen triamin pentaaxetic axit
(2): TEA: trietanolamin
* Quy trình chiết của Hiệp hội Địa chất Canada (GCS):

10


Quy trình chiết liên tục của GCS phân chia dạng kim loại liên kết với Fe-Mn oxit
thành 2 dạng là dạng liên kết với Fe oxihydroxit vô định hình và dạng kim loại nằm trong
cấu trúc tinh thể của oxit. Do đó số dạng kim loại tăng từ 5 lên 6. Quy trình này được
Benitez và Dubois đưa ra trên cơ sở cải tiến quy trình của Tessier nhờ vậy mà thời gian
chiết được giảm đi đáng kể.
Bảng 1.4 Quy trình chiết liên tục của Hiệp hội Địa chất Canada (GCS) (1999) [51]
Dạng kim loại
Trao đổi (F1)

Điều kiện chiết (0,5 gam mẫu)
(1) 30 ml NaNO3 0,1M; 250C; 1,5 giờ
(2) 30 ml NaNO3 0,1M; 250C; 1,5 giờ

Dạng di

Liên kết với

(1) 30 ml NaOAc 1M (pH = 5 với HOAc); 250C;


tinh thể oxit (F5)

900C; 1,5 giờ
(2) 30 ml NH2OH.HCl 1M trong HOAc 25%;
900C; 1,5 giờ

Cặn dư (F6)

HF:HNO3:HCl

Nói chung hầu hết các quy trình chiết liên tục đều dựa trên quy trình chiết của
Tessier nhưng có những cải tiến để phù hợp với các đối tượng phân tích khác nhau để làm
tăng độ chính xác của kết quả phân tích và giảm thời gian chiết. Các cải tiến này đều chủ

11


yếu tập trung vào việc thay đổi loại, thể tích dung môi chiết và thời gian chiết. Rất nhiều
tác giả như G.Glosinska [42], J.Zerbe [49], P.O.Oviasogie [61], Md.Abull Kashem [53],
Vũ Đức Lợi [6,7]... đã thay thế MgCl2 1M trong bước chiết dạng trao đổi (F1) bằng
NH4OAc hoặc NaOAc (pH=5) bằng NH4OAc (pH = 5). Mục đích của việc thay thế này sẽ
làm giảm tính mặn (nồng độ các ion kim loại ) trong dung dịch chiết nhờ đó sẽ làm tăng độ
chính xác trong kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong dịch chiết bằng phương pháp
phổ hấp thụ nguyên tử (AAS). Trong giai đoạn chiết dạng liên kết với cacbonat ( F2), các
tác giả trên đã tăng lượng thuốc thử từ 2 ml lên 20 ml để làm giảm sự thay đổi pH của dung
dịch trong quá trình chiết.
Bảng 1.5 Quy trình chiết liên tục của J.Zerbe (1999) [49]
Dạng kim loại
Trao đổi (F1)



10 ml CH3COONH4 1M (pH=7), t0 phòng, lắc liên tục
trong 1 giờ

Liên kết với cacbonat 20 ml CH3COONH4 1M (pH = 5 với HOAc), lắc liên
tục trong 5 giờ, to phòng

(F2)

Liên kết với Fe-Mn oxit 20 ml NH2OH.HCl 0,04M trong HOAc 25%, lắc liên
tục 5 giờ, toC phòng

(F3)

Liên kết với hữu cơ (F4) 10 ml CH3COONH4 3,2M trong HNO3 20 %, lắc 30
phút, toC phòng
Cặn dư (F5)

Nước cường thủy

1.3 Một số chỉ số và tiêu chuẩn đánh giá chất lượng trầm tích
Hiện nay, nước ta vẫn chưa có tiêu chuẩn đánh giá về chất lượng trầm tích. Chính vì
vậy, trong luận văn chúng tôi đã sử dụng một số chỉ số và tiêu chuẩn đánh giá chất lượng
trầm tích của nước ngoài. Để đánh giá chất lượng trầm tích, nhiều tác giả đã đưa ra các tiêu
chí và tiêu chuẩn khác nhau, nhưng chủ yếu đều tập trung đánh giá chất lượng trầm tích
dựa vào hàm lượng tổng của các kim loại nặng và thành phần phần trăm dạng linh động
(F1, F2). Dưới đây, chúng tôi giới thiệu một số chỉ số và tiêu chuẩn đánh giá trầm tích hay
dùng.
1.3.1 Chỉ số tích lũy địa chất (Geoaccumulation Index : Igeo)
Igeo là chỉ số dùng để đánh giá sự ô nhiễm bằng cách so sánh hàm lượng tổng kim


55

15

70

0,1

Mức độ ô nhiễm trầm tích dựa theo chỉ số Igeo được phân loại như sau:
Bảng 1.8 Phân loại mức độ ô nhiễm dựa vào Igeo (Muller P.J và Suess E, 1979 [55])
Phân loại

Giá trị Igeo

Mức độ ô nhiễm

0

Igeo ≤ 0

Không

1

0 ≤ Igeo ≤ 1

Không

2

nặng

rất nghiêm trọng

Hàm lượng nền chỉ là giá trị hàm lượng trung bình bình của các kim loại trong vỏ
trái đất. Thực tế, ở các địa điểm khác nhau hàm lượng kim loại trong đất, đá có thể rất khác
nhau. Vì vậy, việc đánh giá ô nhiễm trầm tích theo chỉ số này chỉ nên xem là một chỉ số
tham khảo thêm.
1.3.2 Chỉ số đánh giá mức độ rủi ro RAC (Risk Assessment Code)
Chỉ số đánh giá rủi ro RAC (Risk Assessment Code) là thông số để đánh giá khả
năng kim loại trong trầm tích giải phóng vào nước, đi vào chuỗi thức ăn và dẫn đến nguy
cơ tích lũy các kim loại nặng trong cơ thể con người (Rath et.al, 2009 [64]). Trong trầm
tích, ở dạng trao đổi (F1) và dạng cacbonat (F2) kim loại liên kết tương đối yếu với trầm
tích do đó dễ giải phóng vào nước và đi vào chuỗi thức ăn. Vì vậy chỉ số RAC được tính
theo tổng phần trăm của dạng trao đổi và cacbonat.
Tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm dựa vào chỉ số RAC được trình bày trong
bảng sau:

14


Bảng 1.9 Tiêu chuẩn đánh giá mức độ rủi ro theo chỉ số RAC
STT

Mức độ rủi ro

RAC (%)

(dạng
F1+ F2)

Trong các tiêu chuẩn đánh giá trầm tích trên, mỗi tiêu chuẩn thể hiện một khía cạnh
đánh giá ô nhiễm trầm tích. Vì vậy, để có thể đánh giá một cách toàn diện về chất lượng
trầm tích, chúng ta nên kết hợp cả 2 cách đánh giá trầm tích theo hàm lượng tổng và theo
thành phần phần trăm các dạng của kim loại trong trầm tích.
1.3.3 Tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại trong trầm tích theo hàm lượng
tổng kim loại của Mỹ và Canada
Trong luận văn, chúng tôi sử dụng 2 tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại nặng
trong trầm tích theo hàm lượng tổng là tiêu chuẩn của Canada (2002) và tiêu chuẩn của
Mỹ U.S EPA (1997).
Bảng 1.10 Tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích theo hàm lượng
tổng (mg/kg) của Canada (2002) [35]
Mức độ ô nhiễm

Cu

Pb

Zn

Cd

Yếu

18,7

32

124

0,676


Mức gây ảnh hưởng

108

112

271

4.21

15


Bảng 1.11 Tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích theo hàm lượng
tổng (mg/kg) của Mỹ (US EPA (1997) [68])
Mức độ ô nhiễm

Cu

Pb

Zn

Không ô nhiễm

< 25

< 40


1.4.1 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [4, 13]
1.4.1.1 Nguyên tắc
Các nguyên tử ở trạng thái khí ở mức năng lượng cơ bản E0 có thể hấp thụ một số
bước sóng nhất định và đặc trưng cho nguyên tố hóa học để nhảy lên mức năng lượng cao
hơn. Khi chiếu qua đám hơi nguyên tử kim loại một chùm sáng đơn sắc có bước sóng thích
hợp một phần chùm sáng sẽ bị hấp thụ. Dựa vào độ hấp thụ ta có thể xác định được hàm
lượng của kim loại cần xác định trong đám hơi đó.
Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử có độ chọn lọc rất cao và có giới hạn phát hiện
có thể tới cỡ µg/kg vì vậy nó được xem là một phương pháp tiêu chuẩn để xác định hàm
lượng các ion kim loại.
Thực hiện phép đo AAS để xác định các một nguyên tố thường thực hiện theo các
bước sau:
1. Chuyển mẫu phân tích thành dạng dung dịch đồng thể.

16


2. Hóa hơi dung dịch phân tích.
3. Nguyên tử hóa chất phân tích. Có 4 kỹ thuật nguyên tử hóa trong AAS đó là:
kỹ thuật ngọn lửa (F-AAS); kỹ thuật không ngọn lửa (GF-AAS); kỹ thuật
Hydrua hóa; kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu rắn và bột.
4. Chiếu chùm sáng có bước sóng đặc trưng qua đám hơi nguyên tử.
5. Thu phổ, phân giải và chọn một bước sóng xác định để đo và đo Aλ.
6. Ghi lại kết quả đo Aλ.
Cường độ của vạch phổ hấp thụ phụ thuộc vào nồng độ của nguyên tố đó trong dung
dịch phân tích. Trong một khoảng giới hạn nồng độ nhất định (vùng tuyến tính) thì cường
độ vạch phổ phụ thuộc tuyến tính bậc nhất vào nồng độ. Vì vậy dựa vào cường độ vạch
phổ ta có thể xác định được nồng độ của các kim loại trong dung dịch phân tích.
1.4.1.2 Trang thiết bị của máy đo AAS
Hệ thống máy AAS gồm các bộ phận chủ yếu sau:

để đốt nóng tức khắc cuvet Graphite chứa mẫu phân tích, thực hiện nguyên tử hoá (NTH)
mẫu phân tích trong cuvet (hay trong thuyền Ta đặt trong cuvét graphit để loại trừ sự hình
thành hợp chất cacbua kim loại của chất phân tích).

Kỹ thuật GF-AAS do tạo được

ngọn lửa có nhiệt độ cao và ổn định vì vậy nó có độ nhạy rất cao gấp hàng trăm đến hàng
ngàn lần phương pháp ngọn lửa ( giới hạn phát hiện cỡ ppb).
1.4.2 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES) [13]
Cơ sở lí thuyết của phương pháp này dựa trên hiện tượng các nguyên tử ở trạng thái
khí khi bị kích thích nó thấp thụ năng lượng chuyển lên mức năng lượng cao Em sau đó nó

18


phát ra các tia phát xạ có bước sóng xác định đặc trưng cho nguyên tử của mỗi nguyên tố
để trở về trạng thái năng lượng cơ bản E0.
Các bước thực hiện khi phân tích một nguyên tố theo phương pháp AES:
1. Hóa hơi mẫu phân tích.
2. Nguyên tử hóa chất phân tích.
3. Kích thích nguyên tử bằng năng lượng thích hợp để chuyển lên mức năng lượng
cao. Các nguyên tử kích thích sẽ phát ra các tia phát xạ.
4. Thu toàn bộ phổ và phân giải thành từng tia.
5. Ghi lại phổ phát xạ.
6. Đánh giá định tính và định lượng ion kim loại.
Phổ AES là phổ vạch và có nhiều vạch hơn so nên độ nhạy kém hơn so với phổ
AAS. Những vạch phổ đặc trưng của AES trùng với AAS.
1.4.3 Phương pháp phổ huỳnh quang nguyên tử [8, 13]
Cơ sở của phương pháp phổ huỳnh quang nguyên tử dựa trên hiện tượng một số
nguyên tử khi bị kích thích bởi các bức xạ nó hấp thu năng lượng chuyển lên mức năng

sẽ hoá hơi, rồi bị phân ly thành các nguyên tử tự do ở trạng thái khí. Trong Plasma ICP
năng lượng cao (nhiệt độ 6000- 8000oC), các nguyên tử sẽ bị ion hoá, tạo ra đám hơi ion
bậc I (Me+). Đó là các ion của nguyên tố trong mẫu phân tích có điện tích +1 và số khối
m/Z. Các ion này sẽ được đưa vào buồng phân giải phổ để phân ly chúng thành phổ dựa
vào giá trị m/Z.
Phổ ICP-MS có độ nhạy cao hơn nhiều so với các phương pháp phổ hấp thụ và phát
xạ nguyên tử. Giới hạn phát hiện của nó có thể đạt tới cỡ ppt. Đồng thời phổ ICP-MS có độ
ổn định cao, độ lặp lại tốt và vùng tuyến tính rộng. Chính vì vậy phương pháp phổ ICP-MS
ngày càng được chú ý sử dụng rộng rãi.
1.5 Một số công trình nghiên cứu xác định các dạng kim lọai nặng trong mẫu trầm
tích
Những năm gần đây, ô nhiễm môi trường đã và đang là vấn đề nhức nhối của toàn
xã hội. Đã có rất nhiều các công trình công bố về phân tích dạng của kim loại trong mẫu
trầm tích cả trong và ngoài nước. Trong hầu hết các công trình đó quy trình chiết được sử
dụng nhiều nhất là quy trình chiết liên tục cải tiến của Tessier [36, 38, 39, 58, 62, 63, 67]
và quy trình của BCR còn phương pháp để xác định nồng độ các kim loại trong dịch chiết
chủ yếu là dùng phương pháp AAS, ICP-MS...
Tác giả Vũ Đức Lợi cùng các cộng sự (2010) [6] đã phân tích dạng của một số kim
loại nặng trong trầm tích lưu vực sông Nhuệ, sông Đáy trên cơ sở sử dụng quy trình chiết

20


liên tục cải tiến Tessier và dùng phương pháp AAS để xác định hàm lượng kim loại trong
dịch chiết. Kết quả phân tích cho thấy hàm lượng tổng của các kim loại là: Zn: 88,2 –
559,2 mg/kg; Cu: 25 – 95 mg/kg; Pb: 25,7 – 91,7 mg/kg; Ni: 34,69 – 81 mg/kg; Cd: 0,406
– 9,071 mg/kg. Các nguyên tố Cu, Ni, Pb chủ yếu tồn tại ở các dạng liên kết bền F4, F5.
Riêng Cd và Zn chủ yếu tồn tại ở các pha F1, F2 thể hiện nguy cơ lan truyền ô nhiễm và
khả năng tích lũy sinh học của hai nguyên tố này.
Tác giả Vũ Đức Lợi, Nguyễn Thị Vân (2011) [7] đã phân tích dạng các kim loại

1.6.1 Điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội lưu vực sông Cầu
1.6.1.1 Điều kiện tự nhiên [26]

Hình 1.2 Bản đồ lưu vực sông Cầu
Lưu vực sông Cầu là một trong những lưu vực sông lớn ở Việt Nam, có vị trí địa lý
đặc biệt, đa dạng và phong phú về tài nguyên cũng như về lịch sử phát triển kinh tế - xã hội
của các tỉnh nằm trong lưu vực của nó. Lưu vực sông Cầu có diện tích 6.030km3 là một
phần của Lưu vực sông Hồng – Thái Bình (chiếm khoảng 8% diện tích Lưu vực sông Hồng
– Thái Bình trong lãnh thổ Việt Nam). Lưu vực có tổng chiều dài các nhánh sông khoảng
1.600km. Sông Cầu dài 288,5 km bắt nguồn từ núi Vạn On ở độ cao 1175m thuộc huyện

22


Chợ Đồn tỉnh Bắc Cạn chạy qua các tỉnh Bắc Cạn, Thái Nguyên, Bắc Giang, Hà Nội, Bắc
Ninh và đổ vào sông Thái Bình ở thị xã Phả Lại tỉnh Hải Dương. Lưu vực bao gồm gần
như toàn bộ các tỉnh Bắc Kạn, Thái Nguyên và một phần các tỉnh Bắc Ninh, Bắc Giang,
Vĩnh Phúc, Hải Dương và Hà Nội ( huyện Đông Anh, Sóc Sơn).
Lưu vực sông Cầu có cả 3 vùng sinh thái: đồng bằng, trung du và miền núi. Địa hình chung
của lưu vực theo hướng Tây Bắc – Đông Nam. Mạng lưới sông suối trong lưu vực sông
Cầu tương đối phát triển. Các nhánh sông chính phân phối đều dọc theo dòng chính, nhưng
các sông nhánh tương đối lớn đều nằm ở phía hữu ngạn lưu vực, như các sông: Chợ Chu,
Đu, Công, Cà Lồ…Trong toàn lưu vực có 68 sông suối có độ dài từ 10 km trở lên.
Tổng lượng nước trên Lưu vực sông Cầu khoảng 4,5 tỷ m3/năm. Dòng chảy các
sông thuộc Lưu vực sôngCầu được phân biệt thành hai mùa rõ rệt là mùa lũ và mùa khô.
Mùa lũ thường bắt đầu từ tháng 6 đến tháng 10.
Trong lưu vực có vườn quốc gia Ba Bể và vườn quốc gia Tam Đảo, khu bảo tồn
thiên nhiên Kim Hỷ và các khu văn hóa - lịch sử môi trường với giá trị sinh thái cao. Lưu
vực sông Cầu khá giầu các nguồn tài nguyên thiên nhiên: tài nguyên rừng đa dạng, tài
nguyên nước dồi dào, tài nguyên khoáng sản phong phú... Độ che phủ của rừng trong lưu

nhỏ khác nhau mà hầu hết chưa có hệ thống xử lí rác và nước thải sinh hoạt, y tế đồng bộ
cũng góp phần làm cho tình hình ô nhiễm trên hệ thống sông Cầu thêm trầm trọng.
Tóm lại do các hoạt động sinh hoạt và sản xuất chưa được quản lí chặt chẽ đã thải ra
một lượng lớn chất thải hầu hết chưa qua xứ lí vào hệ thống sông, khiến cho sông Cầu đang
đứng trước tình trạng báo động về ô nhiễm môi trường nguồn nước đặc biệt là ô nhiễm các
chất hữu cơ độc hại, các kim loại nặng như Cu, Fe, Zn, Pb, Cd...
1.6.2 Tình hình ô nhiễm trên lưu vực sông Cầu đoạn đi qua địa bàn tỉnh Thái Nguyên
Trước sức ép của việc phát triển dân số, kinh tế và xã hội cộng với việc chưa quan
tâm đúng mức đến vấn đề bảo vệ môi trường đã khiến cho tình hình ô nhiễm trên lưu vực
sông Cầu đoạn đi qua địa bàn tỉnh Thái Nguyên đã đến mức báo động.
Theo thống kê của sở tài nguyên và môi trường tỉnh Thái Nguyên: tổng lượng nước
thải của các ngành luyện kim, cán thép, chế tạo máy vào hệ thống sông Cầu khoảng
16.000 m3/ngày đêm; các cơ sở sản xuất giấy với tổng lượng thải khoảng 35.000 m3/ngày;
các cơ sở chế biến lương thực, thực phẩm tại các tỉnh trong lưu vực xả lượng nước thải
khoảng 2.000 m3/ngày đêm. Sở TN-MT Thái Nguyên cũng cho biết, nhiều sông suối chạy
qua thành phố, qua thị xã Sông Công và huyện Phổ Yên tiếp nhận nước thải công nghiệp,
khai thác khoáng sản, sinh hoạt đã bị ô nhiễm chất hữu cơ và kim loại nặng trước khi hợp

24


lưu với dòng sông Cầu. Chất lượng nước sông sau các điểm hợp lưu và đoạn chảy qua
thành phố Thái Nguyên bị ô nhiễm, không bảo đảm cho mục đích sinh hoạt. Bên cạnh đó,
nước thải của các nhà máy tuy đã qua hệ thống xử lý nhưng chất lượng nước vẫn không đạt
tiêu chuẩn xả thải như: khu công nghiệp Sông Công, Bệnh viện Đa khoa trung ương, khu
công nghiệp luyện kim Lưu Xá. Nước thải chủ yếu là các hợp chất ô nhiễm hữu cơ và kim
loại nặng [1, 2].
Hiện nay, tại các suối tiếp nhận trực tiếp nước thải từ các hoạt động đô thị, công
nghiệp, khai khoáng, mức độ ô nhiễm tại các suối là rất lớn. Đặc biệt, các suối tiếp nhận
nước thải của thành phố Thái Nguyên, mức độ ô nhiễm hữu cơ, dinh dưỡng là rất cao, so