ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC

PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH DẠNG
CÁC KIM LOẠI NẶNG Zn, Cd, Pb VÀ Cu
TRONG TRẦM TÍCH THUỘC LƯU VỰC SÔNG CẦU
Mã số: ĐH2014-TN04-09
Chủ nhiệm đề tài: TS. DƯƠNG THỊ TÚ ANH

Thái Nguyên, 2016


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC

PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH DẠNG
CÁC KIM LOẠI NẶNG Zn, Cd, Pb VÀ Cu
TRONG TRẦM TÍCH THUỘC LƯU VỰC SÔNG CẦU
Mã số: ĐH2014-TN04-09
Xác nhận của tổ chức chủ trì

Chủ nhiệm đề tài

(ký, họ tên, đóng dấu)


Khoa
Trường

Hóa

- Xử lý mẫu

ĐHSP

Thái Nguyên

ĐƠN VỊ PHỐI HỢP NGHIÊN CỨU

Tên đơn vị

Nội dung phối hợp

Họ và tên người đại

trong và ngoài nước

nghiên cứu

diện đơn vị

Khoa Hóa học – ĐHSP - ĐHTN

Đo Von-Ampe hòa PGS.TS Nguyễn Thị
tan
Hiền Lan

iii

1.4.3. Nhược điểm của phương pháp Von-Ampe hòa tan ............................................ 16
1.5. Tổng quan các nghiên cứu về dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb và Cu trong trầm tích ở
trong nước và trên thế giới ...................................................................................... 16
Chương 2. THỰC NGHIỆM – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................. 22
2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất ................................................................................... 22
2.1.1. Thiết bị ..................................................................................................................... 22
2.1.2. Dụng cụ, hóa chất ................................................................................................... 22
2.2. Nội dung – phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 23
2.2.1. Nghiên cứu lựa chọn các điều kiện tối ưu cho phép xác định đồng thời Zn,
Cd, Pb và Cu bằng phương pháp Von-Ampe hoà tan ......................................... 23
2.2.1.1. Nghiên cứu lựa chọn chất điện li nền ............................................................... 23
2.2.1.2. Thí nghiệm trắng ................................................................................................. 24
2.2.1.4. Nghiên cứu lựa chọn thời gian sục khí ............................................................. 24
2.2.1.5. Nghiên cứu lựa chọn thời gian điện phân làm giàu ........................................ 25
2.2.1.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của kích cỡ giọt thủy ngân ........................................ 25
2.2.1.7. Nghiên cứu ảnh hưởng của thế điện phân làm giàu ........................................ 25
2.2.1.8. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ khuấy dung dịch ....................................... 25
2.2.2. Đánh giá độ đúng, độ chụm của phép đo và giới hạn phát hiện, giới hạn định
lượng của phương pháp ........................................................................................... 26
2.2.2.1. Đánh giá độ đúng của phép đo .......................................................................... 26
2.2.2.2. Đánh giá độ chụm của phép đo ......................................................................... 26
2.2.2.3. Giới hạn phát hiện (Limit of Detection - LOD) .............................................. 28
2.2.2.4. Giới hạn định lượng (Limit Of Quantity - LOQ) ............................................ 28
2.2.3. Nghiên cứu xác định dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong trầm tích ............ 29
2.2.3.1. Lấy và bảo quản mẫu trước khi phân tích ........................................................ 29


iv

3.3.2.1. Kết quả phân tích xác định hàm lượng tổng số mỗi kim loại trong mẫu
nghiên cứu đợt 1 ...................................................................................................... 55
3.3.2.2. Kết quả phân tích xác định hàm lượng tổng số mỗi kim loại trong mẫu
nghiên cứu đợt 2 ...................................................................................................... 57
3.3.3. Kết quả phân tích xác định hàm lượng các dạng tồn tại của mỗi kim loại
trong mẫu nghiên cứu ............................................................................................. 60
3.3.3.1. Kết quả phân tích xác định hàm lượng các dạng tồn tại của mỗi kim loại
trong mẫu nghiên cứu đợt 1 ................................................................................... 61
3.3.3.2. Kết quả phân tích xác định hàm lượng các dạng mỗi kim loại trong mẫu
nghiên cứu đợt 2 ...................................................................................................... 70
3.4. Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng ................................................................ 78
KẾT LUẬN ........................................................................................................................ 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 83


vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Quy trình chiết liên tục của Tessier ................................................................... 17
Bảng 1.2. Quy trình phân tích dạng kim loại của Kersten và Forstner ........................ 18
Bảng 1.3. Quy trình phân tích dạng kim loại của Davidson ........................................... 18
Bảng 1.4. Quy trình phân tích dạng kim loại của Han và Banin .................................... 19
Bảng 1.5. Quy trình chiết liên tục cải tiến của Tessier .................................................... 21
Bảng 3.1. Các giá trị Ep của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) trong nền đệm axetat....... 33
Bảng 3.2. Các giá trị Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) tương ứng với pH khác
nhau của dung dịch đệm axetat ..................................................................................... 34
Bảng 3.3. Các giá trị Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) tương ứng với thời gian
sục khí (tsk) khác nhau ..................................................................................................... 36
Bảng 3.4. Các giá trị Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) ở các thời gian............... 38
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của kích cỡ giọt đến dòng đỉnh hòa tan của

Hình 3.2. Phổ đồ Von - Ampe hoà tan anot của mẫu trắng ......................................33
Hình 3.3. Các đường ASV của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) trong dung dịch đệm
axetat với các giá trị pH khác nhau ..................................................................34
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ip vào giá trị pH dung dịch đệm .......35
Hình 3.5. Các đường ASV của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) ở các thời gian sục
khí khác nhau ....................................................................................................36
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) ................37
Hình 3.7. Các đường ASV của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) ở các thời gian điện
phân làm giàu khác nhau ..................................................................................38
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II)
vào thời gian điện phân làm giàu .....................................................................39
Hình 3.9. Các đường ASV Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) ......................................40
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của IP của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II)
vào kích cỡ giọt thủy ngân ...............................................................................41
Hình 3.11. Các đường ASV của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) ở các thế điện phân
làm giàu khác nhau ...........................................................................................42
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của dòng đỉnh hòa tan Ip vào thế điện
phân làm giàu ...................................................................................................43
Hình 3.13. Các đường ASV khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy dung dịch đến dòng
đỉnh hòa tan Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) ..........................................44
Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ip vào tốc độ khuấy dung dịch..........45
Hình 3.15. Các đường ASV phân tích dung dịch chuẩn Zn(II), Cd(II), Pb(II) và
Cu(II)................................................................................................................46


ix

Hình 3.16. Các đường ASV của Zn(II), Cd (II), Pb (II) và Cu (II) trong 10 lần đo lặp
lại......................................................................................................................47
Hình 3.17. Bản đồ các điểm lấy mẫu khu vực Thái Nguyên đợt 1 ...........................51

mẫu TTSC – 3,2T .............................................................................................74
Hình 3.35. Đồ thị biểu diễn hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong
mẫu TTSC – 3,2D ............................................................................................75


xi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Số

Tiếng Việt

TT

Tiếng Anh

Viết tắt,
ký hiệu

1

Biên độ xung

Pulse Amplitude

E

2

Dòng pic


Điện cực màng thuỷ ngân

Mercury Film Electrode

MFE

7

Điện cực làm việc

Working Electrode

WE

8

Độ lệch chuẩn tương đối

Relative Standard Deviation

RSD

9

Độ thu hồi

Recovery

Rev


15 Quang phổ hấp thụ nguyên tử

Atomic Absorption Spectrometry

AAS

16

17

18

Quang phổ hấp thụ nguyên tử Flame Atomic Absorption
ngọn lửa

Spectrometry

Quang phổ hấp thụ nguyên tử Electrothermal Atomic Absorption
không ngọn lửa

Spectrometry

Quang phổ hấp thụ nguyên tử Furnace Grapit Atomic Absorption
không ngọn lửa ( lò grapit)

Spectrometry

FAAS


HPLC

23 Sai số tương đối

Relative Error

Re

24 Thế pic

Peak Potential

Ep

25 Thế điện phân

Deposition Potential

Eđp

26 Thế hấp phụ

Adsorptive Potential

Ehp

27 Thời gian

Time




33 Tốc độ quét thế

Sweep Rate

V

34 Von-Ampe hòa tan

Stripping Voltammetry

SV

35 Von-Ampe hòa tan anot

Anodic Stripping Voltammetry

ASV

36 Von-Ampe hòa tan catot

Cathodic Stripping Voltammetry

CSV

37 Von-Ampe hòa tan hấp phụ

Adsorptive Stripping Voltammetry


cacbonat, dạng hấp thụ trên bề mặt Sắt-Mangan ở dạng oxy-hydroxit, dạng liên kết
với các hợp chất hữu cơ và dạng bền nằm trong cấu trúc của trầm tích của 4 kim loại
Zn, Cd, Pb và Cu trong trầm tích lưu vực sông Cầu- khu vực thành phố Thái Nguyên.
- Từ các kết quả nghiên cứu được đánh giá mức độ độc hại do các kim loại
nặng gây ra với nguồn nước sông Cầu và đề xuất các biện pháp xử lý thích hợp.
3. Tính mới và sáng tạo:
Độc tính và mức độ đáp ứng sinh học của kim loại trong trầm tích phụ thuộc
vào các dạng hóa học của chúng, khi kim loại tồn tại ở dạng trao đổi hoặc cacbonat
thì khả năng đáp ứng sinh học tốt hơn so với kim loại được lưu giữ trong cấu trúc
của trầm tích. Do vậy, trong nghiên cứu ô nhiễm trầm tích nếu chỉ phân tích hàm
lượng tổng của các kim loại thì không phản ánh được ảnh hưởng của chúng đến môi
trường nước mà thay vào đó phải phân tích các dạng tồn tại của chúng, xác định
hàm lượng cụ thể của các dạng tồn tại của chúng. Qua đó có thể xác định được mức
độ ô nhiễm của các kim loại nặng nói chung và Zn, Cd, Pb và Cu nói chung đối với
nguồn nước, từ đó có thể đề xuất các biện pháp cụ thể để giảm thiểu ô nhiễm nguồn
nước do các kim loại nặng gây ra.


xiv

4. Kết quả nghiên cứu:
- Đã khảo sát được các điều kiện tối ưu cho phép xác định đồng thời hàm
lượng Zn, Cd, Pb và Cu.
- Đánh giá được độ đúng, độ lặp, xác định giới hạn phát hiện và giới hạn
đinh lượng của phép đo.
- Đã nghiên cứu và áp dụng quy trình chiết liên tục, tách riêng 5 dạng tồn tại
của các nguyên tố Zn, Cd, Pb, Cu trong trầm tích của lưu vực sông Cầu.
- Đã xác định hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb và Cu trong một số
mẫu trầm tích lưu vực sông Cầu – khu vực thành phố Thái Nguyên ở các vị trí khác
nhau và ở những lớp trầm tích khác nhau trong 2 đợt.

Cu trong trầm tích bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan, Luận văn Thạc sỹ ,
Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên.
2. Nguyễn Mạnh Hưng (2015), Nghiên cứu, đánh giá sự tích lũy một số kim loại
nặng trong trầm tích lưu vực sông cầu, Luận văn Thạc sỹ, Trường Đại học Sư
phạm, Đại học Thái Nguyên.
3. Đỗ Thị Bích Phương (2015), Nghiên cứu sự phân bố chì và đồng trong trầm tích
lưu vực sông cầu bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan, Đề tài NCKH Sinh
viên, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên.
4. Kiều Thị Hương (2015), Nghiên cứu sự phân bố kẽm và cadimi trong trầm tích
lưu vực sông cầu bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan, Đề tài NCKH Sinh
viên, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên.
5.3. Tài liệu tham khảo:
Phân tích xác định dạng các kim loại nặng Zn, Cd, Pb và Cu trong trầm tích
thuộc lưu vực sông Cầu (2016), (Được nghiệm thu bởi Hội đồng khoa học- Trường
ĐH Sư phạm, ĐH Thái Nguyên).
6. Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang lại
của kết quả nghiên cứu:
Từ các kết quả nghiên cứu được có thể triển khai nghiên cứu ứng dụng xác định
dạng tồn tại của các kim loại khác trong các mẫu trầm tích, đặc biệt là xác định được
hàm lượng các dạng của chúng. Ngoài ra còn có thể mở rộng việc phân tích với các


xvi

mẫu trầm tích thuộc các khu vực khác nhau, từ đó có cơ sở để đánh giá sự tồn tại của
các kim loại trong trầm tích và các ảnh hưởng của chúng đến môi trường, có sự so
sánh các kết quả ở các khu vực khác nhau, đề xuất các biện pháp xử lý phù hợp.
Kết quả của đề tài còn có thể sử dụng trong việc đào tạo cử nhân , cao học tại
khoa Hóa học - Đại học Sư Phạm - Đại học Thái Nguyên hoặc có thể ứng dụng
trong các trung tâm phân tích môi trường.

sediments Thai Nguyen city .
- From the research results are evaluated by toxic levels of heavy metals cause
source of water of Cau river and to propose appropriate remedial measures.
3. Creativeness and innovativeness:
The toxicity and biological response levels of metals in sediments depends on
their chemical forms, as presented in the form of metal or carbonate exchange, the
abilities to meet the biology that are better than metal preserved in the sedimentary
structures. Therefore, in the study of sediment pollution, if analyzing the content of
the sum of the metal only, it’s impossible to reflect their impact on the environment,
but instead of water to analyze their existing forms, determined specific content of
their physical forms. Through that can determine the level of pollution of heavy
metals in general and Zn, Cd, Pb and Cu in general for water resources, which can


xviii

propose specific measures to reduce pollution sources water from heavy metals
caused.
4. Research results:
- Surveyed the optimal conditions for simultaneous determination allows
content Zn, Cd, Pb and Cu.
- Assessed the trueness, repeatability, defined the limit of detection and
quantitative limits of measurement.
- Researched and applied continuous extraction process, separated 5 types of
elements exist Zn, Cd, Pb, Cu in the sediments of the Cau River basin.
-Identified the determination of the existence of forms of Zn, Cd, Pb and Cu in
some sediment samples Basin Bridge – Thai Nguyen city areas in different
locations and in different sediment layers in 2 tranches.
- The distribution of the four metals form are fairly similar, and there is
appropriate at various sampling points in the second round of Cau River basin –

5.2. Training results:
1. Pham Tuan Nghia (2014), Research, identify existing forms of Zn, Cd, Pb and Cu
in sediment by method of soluble Von- Ampe, Master Thesis, College of
Education, Thai Nguyen University .
2. Nguyen Manh Hung (2015), Study and evaluate the accumulation of some heavy
metals in the sediment basin of Cau river, Master Thesis, College of
Education, Thai Nguyen University
3. Do Thi Bich Phuong (2015), Study the distribution of lead and copper in the
sediment by method of soluble Von- Ampe, Subject Research Students, College
of Education, Thai Nguyen University .
4. Kieu Thi Huong (2015), Studies of zinc and cadmium distribution in sediment by
method of soluble Von- Ampe, Subject Research Students, College of
Education, Thai Nguyen University .
5.3. References:
1 reference manuscript: Analysis determines the form of heavy metals Zn, Cd,
Pb and Cu in sediments 0f Cau rive rbasins, 2016 (Was commissioned by the
Council of College of Education, Thai Nguyen University).
6. Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of
research results:


xx

From the research results can deploy applied research identified physical
forms of other metals in the sediments, especially to identify their content types.
Also can extend the analysis to the sediments of different areas, from which the
basis for assessing the presence of metals in sediments and their impact on the
environment, a comparison of the results in different areas and propose appropriate
remedial measures.
The results of the research can use in training bachelors, postgraduate at the

chúng, khi kim loại tồn tại ở dạng trao đổi hoặc cacbonat thì khả năng đáp ứng sinh
học tốt hơn so với kim loại được lưu giữ trong cấu trúc của trầm tích. Do vậy, trong
nghiên cứu ô nhiễm trầm tích nếu chỉ phân tích hàm lượng tổng của các kim loại thì
không phản ánh được ảnh hưởng của chúng đến môi trường nước mà thay vào đó
phải phân tích các dạng tồn tại của chúng, xác định hàm lượng cụ thể của các kim
loại nặng qua đó ta đánh giá sự khác biệt về hàm lượng kim loại nặng trong mẫu


2

trầm tích mới và mẫu trầm tích cũ của sông. Đánh giá sự phân bố hàm lượng kim
loại theo các lớp trầm tích khác nhau. Đánh giá sự tương quan giữa hàm lượng các
kim loại Zn, Cd, Pb và Cu với nhau. So sánh kết quả đạt được với các tiêu chuẩn
xác định để đánh giá mức độ ô nhiễm.
Chính vì vậy việc nghiên cứu dạng tồn tại vết của kim loại đặc biệt là dạng các
kim loại nặng có độc tính cao như: Cd, Pb, Cu, Zn...có ý nghĩa rất lớn về mặt khoa
học và thực tiễn, đã thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trong nước
và trên thế giới. Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi đã lựa chọn và thực hiện
đề tài “Phân tích xác định dạng các kim loại nặng Zn, Cd, Pb và Cu trong trầm tích
thuộc lưu vực sông Cầu”.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu xác định được các dạng tồn tại khác nhau của các kim loại nặng Zn,
Cd, Pb và Cu trong trầm tích thuộc lưu vực sông Cầu nói riêng và trong trầm tích
nói chung.
Định lượng hàm lượng các dạng tồn tại khác nhau của chúng.
Xác định mức độ ô nhiễm các kim loại này trong các nguồn nước.
3. Khách thể và đối tượng nghiên cứu
3.1. Khách thể nghiên cứu
Môi trường nước bị ô nhiễm các kim loại nặng Zn, Cd, Pb và Cu .
3.2. Đối tượng nghiên cứu