BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

PHAN THANH PHƢƠNG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH
PHÂN TÍCH METYL THỦY NGÂN TRONG
CÁC MẪU SINH HỌC VÀ MÔI TRƢỜNG
TẠI KHU VỰC KHAI THÁC VÀNG THẦN
SA, THÁI NGUYÊN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

HÀ NỘI - 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

PHAN THANH PHƢƠNG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH
PHÂN TÍCH METYL THỦY NGÂN TRONG

Xin chân thành cảm ơn Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hóa học Viện Hàn Lâm Khoa học và Công Nghệ Việt Nam, Phòng Quản lý tổng hợp, Phòng
Hóa Phân tích - Viện Hóa học đã ủng hộ, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện
luận án.
Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trƣờng Đại học Khoa học - Đại học
Thái Nguyên, lãnh đạo và các đồng nghiệp Khoa Hóa học, phòng QT - PV đã động
viên, chia sẻ và tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận án.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, ngƣời thân và bạn
bè, đã luôn động viên khích lệ tinh thần và ủng hộ cho tôi hoàn thành luận án.
Hà Nội, tháng 10 năm 2019
Tác giả

Phan Thanh Phƣơng


iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................... ii
MỤC LỤC...............................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ................................................................. viii
KÝ HIỆU TỪ VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT.................................................................. xi
MỞ ĐẦU.................................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN..................................................................................3
1.1. Thủy ngân trong tự nhiên và nguyên nhân gây ô nhiễm môi trƣờng..................3
1.1.1. Thủy ngân trong tự nhiên................................................................................3
1.1.2. Chu trình chuyển hóa của thủy ngân trong môi trƣờng...................................3
1.1.3. Ứng dụng của thủy ngân..................................................................................6
1.1.4. Nguyên nhân gây ô nhiễm thủy ngân trong môi trƣờng..................................7
1.2. Tính chất của thủy ngân.................................................................................... 13

2.1.3. Chuẩn bị hóa chất và các dung dịch chuẩn.................................................... 51
2.2. Xác nhận giá trị sử dụng của quy trình phân tích hàm lƣợng tổng Hg bằng
phƣơng pháp CV-AAS............................................................................................ 52
2.2.1. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định hàm lƣợng tổng Hg..................................52
2.2.2. Quy trình phân tích tổng Hg trong mẫu đất, trầm tích...................................53
2.2.3. Quy trình phân tích hàm lƣợng tổng Hg trong mẫu nƣớc.............................54
2.2.4. Quy trình phân tích hàm lƣợng tổng Hg trong mẫu thủy sản, tóc và máu.....55
2.3. Xác nhận giá trị sử dụng của quy trình phân tích hàm lƣợng Me-Hg trong
mẫu trầm tích bằng phƣơng pháp GC-ECD............................................................ 56
2.3.1. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định Me-Hg bằng phƣơng pháp GC-ECD........56
2.3.2. Quy trình phân tích hàm lƣợng Me-Hg trong mẫu trầm tích bằng phƣơng
pháp GC-ECD......................................................................................................... 57
2.4. Nghiên cứu, xây dựng quy trình phân tích hàm lƣợng Me-Hg trong mẫu
sinh học bằng phƣơng pháp CV-AAS..................................................................... 58
2.4.1. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định Me-Hg bằng phƣơng pháp CV-AAS........58
2.4.2. Quy trình phân tích hàm lƣợng Me-Hg trong mẫu sinh học bằng phƣơng
pháp CV-AAS.......................................................................................................... 59
2.5. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu........................................................... 60
2.5.1. Đối tƣợng nghiên cứu................................................................................... 60
2.5.2. Phƣơng pháp nghiên cứu............................................................................... 61


v
2.6. Lấy mẫu và xử lí mẫu....................................................................................... 64
2.6.1. Vị trí lấy mẫu................................................................................................. 64
2.6.2. Lấy mẫu và bảo quản mẫu............................................................................. 65
2.7. Xác định hàm lƣợng thủy ngân trong các mẫu môi trƣờng và sinh học...........69
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN....................................................... 70
3.1. Kết quả xác nhận giá trị sử dụng của quy trình phân tích hàm lƣợng tổng
Hg bằng phƣơng pháp CV-AAS.............................................................................. 70


18

Bảng 1.3. Lƣợng ăn vào hàng tuần có thể chấp nhận đƣợc tạm thời (trích
QCVN 8-2:2011/BYT)

19

Bảng 1.4. Giới hạn ô nhiễm thủy ngân (Hg) trong thực phẩm (trích QCVN 82:2011/BYT) 19
Bảng 1.5. Giá trị giới hạn các thông số chất lƣợng nƣớc mặt (trích QCVN
08:2008/BTNMT) 20
Bảng 1.6. Độ lặp lại tối đa chấp nhận tại các nồng độ khác nhau (theo AOAC)......32
Bảng 1.7. Độ thu hồi chấp nhận ở các nồng độ khác nhau (theo AOAC)................34
Bảng 1.8. Hàm lƣợng thủy ngân trong máu (ng/L)................................................. 37
Bảng 2.1. Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân..........................62
Bảng 2.2. Các điều kiện đo metyl thủy ngân bằng phƣơng pháp sắc ký khí GCECD 63
Bảng 2.3. Các điều kiện đo metyl thủy ngân bằng phƣơng pháp HPLC -ICP MS

63

định hàm lƣợng tổng Hg

71

Bảng 3.1. Kết quả đo lặp các điểm nồng độ khi xây dựng đƣờng chuẩn xác
Bảng 3.2. Kết quả đo lặp 01 mẫu trầm tích 10 lần để xác định LOD, LOQ.............72
Bảng 3.3. Kết quả đo lặp mẫu máu để xác định LOD và LOQ................................73
Bảng 3.4. Kết quả đo lặp xác định tổng Hg trong mẫu chuẩn MESS-3...................74
Bảng 3.5. Kết quả đo lặp xác định tổng Hg trong mẫu chuẩn DOLT-3....................74
Bảng 3.6. Kết quả đo lặp xác định tổng Hg trong mẫu chuẩn DORM-2..................75

định Me-Hg bằng phƣơng pháp CV-AAS

92

Bảng 3.16. Kết quả xác định LOD, LOQ của phƣơng pháp.................................... 93
Bảng 3.17. Kết quả phân tích Me-Hg trong mẫu cá chuẩn DOLT-3........................94
Bảng 3.18. Kết quả xác định hàm lƣợng trung bình T-Hg và Me-Hg trong các
mẫu trầm tích tại xã Thần Sa, tỉnh Thái Nguyên 95
Bảng 3.19. Kết quả xác định hàm lƣợng T-Hg trong các mẫu nƣớc tại xã Thần
Sa, tỉnh Thái Nguyên............................................................................100
Bảng 3.20. Kết quả xác định hàm lƣợng tổng thủy ngân và Me-Hg trong các
mẫu thủy sản tại xã Thần Sa, tỉnh Thái Nguyên...................................102
Bảng 3.21. Kết quả xác định hàm lƣợng tổng thủy ngân và Me-Hg trong các
mẫu tóc tại xã Thần Sa, tỉnh Thái Nguyên...........................................106
Bảng 3.22. Kết quả xác định hàm lƣợng tổng thủy ngân và Me-Hg trong các
mẫu máu tại xã Thần Sa, tỉnh Thái Nguyên.........................................111


viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1a. Chu trình chuyển hóa của thủy ngân trong môi trƣờng...........................4
Hình 1.1b. Sự hình thành Me-Hg trong nƣớc mặt, trầm tích và sự chuyển hóa
các dạng thủy ngân do hòa tan và khuếch tán

6

Hình 1.2. Lƣợng phát thải thủy ngân của các khu vực trên thế giới..........................8
Hình 1.3. Nguồn phát thải thủy ngân tại Việt Nam năm 201616...............................9
Hình 1.4. Lƣợng phát thải thủy ngân vào các môi trƣờng tại Việt Nam năm 2016. 10
Hình 1.5. Lƣợng thủy ngân phát thải vào môi trƣờng từ hoạt động chiết tách

định hàm lƣợng tổng Hg (sự phụ thuộc tín hiệu đo vào nồng độ)

70

Hình 3.2. Đƣờng chuẩn xác định tổng Hg bằng phƣơng pháp CV- AAS (sự
phụ thuộc tín hiệu đo vào nồng độ)

71

Hình 3.3. Đƣờng chuẩn xác định Me-Hg bằng phƣơng pháp GC-ECD.................77
Hình 3.4. Quy trình phân tích metyl thủy ngân trong các mẫu sinh học..................80


ix
Hình 3.5. Quy trình tiền xử lý mẫu sinh học để phân tích Me-Hg...........................81
Hình 3.6. Ảnh hƣởng của nồng độ KOH đến hiệu suất thu hồi Me-Hg..................82
Hình 3.7. Ảnh hƣởng của thời gian gia nhiệt đến hiệu suất thu hồi Me-Hg............83
Hình 3.8. Quy trình tách Me-Hg.............................................................................. 85
Hình 3.9. Ảnh hƣởng tác nhân tạo phức và tỷ lệ dung môi chiết đến hiệu suất
thu hồi của Me-Hg 86
Hình 3.10. Sắc ký đồ của của các dạng thủy ngân trong pha nƣớc sau khi tiền
xử lý mẫu

87

Hình 3.11. Sắc ký đồ của của Me-Hg sau khi chiết................................................. 88
Hình 3.12. Quy trình phân tích Me-Hg trong các mẫu sinh học bằng phƣơng
pháp CV-AAS

90


104


x
Hình 3.25. Biểu đồ tƣơng quan giữa hàm lƣợng thủy ngân tổng số và metyl
thủy ngân trong mẫu thủy sản............................................................. 105
Hình 3.26. Hàm lƣợng T-Hg, Me-Hg trong mẫu tóc của nhóm đối chứng và
nhóm tạo hỗn hỗng.............................................................................. 108
Hình 3.27. Sự chuyển hóa của metyl thủy ngân trong tóc...................................... 109
Hình 3.28. Mối tƣơng quan giữa hàm lƣợng T-Hg và Me-Hg trong tóc của
nhóm đối chứng................................................................................... 110
Hình 3.29. Tƣơng quan giữa hàm lƣợng T-Hg và Me-Hg trong tóc của nhóm
tạo hỗn hống........................................................................................ 110
Hình 3.30. Hàm lƣợng thủy ngân trong máu của các đối tƣợng nghiên cứu.........113
Hình 3.31. Tƣơng quan giữa hàm lƣợng T-Hg trong máu và tóc của nhóm chứng
............................................................................................................................... 113
Hình 3.32. Tƣơng quan giữa hàm lƣợng T-Hg trong máu và tóc của nhóm tạo
hỗn hống.............................................................................................. 114


xi
KÝ HIỆU TỪ VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT
Chữ
viết tắt
AAS
Abs - A
ADI
AES
AOAC


nhiều nhà khoa học quan tâm. Trong số các chất ô nhiễm tồn tại trong môi trƣờng
thì kim loại nặng, đặc biệt là thủy ngân đóng một vai trò quan trọng trong các quá
trình chuyển hóa và tích lũy sinh học, khi xâm nhập vào cơ thể các kim loại nặng sẽ
gây ảnh hƣởng lớn tới sức khỏe con ngƣời, chúng đƣợc coi là một trong các tác
nhân gây ung thƣ và các bệnh hiểm nghèo khác. Độc tính của thuỷ ngân phụ thuộc
vào dạng hóa học của nó; thủy ngân hữu cơ độc hơn thuỷ ngân vô cơ, dạng độc nhất
+

của thuỷ ngân là metyl thuỷ ngân (CH3Hg ), dạng này đƣợc tích luỹ trong tế bào cá
và động vật. Metyl thủy ngân tan đƣợc trong mỡ, phần chất béo của các màng và
trong não tủy. Đặc tính nguy hiểm nhất của metyl thủy ngân là có thể chuyển dịch
đƣợc qua màng tế bào và thâm nhập vào mô của bào thai qua nhau thai.
Trên thế giới, đã có nhiều trƣờng hợp nhiễm độc thủy ngân xảy ra ở quy mô
lớn. Năm 1953 - 1960 tại thành phố Minamata, Nhật Bản đã có 2955 ngƣời nhiễm
độc thuỷ ngân. Trong số những ngƣời bị nhiễm độc, đã có 45 ngƣời chết. Những
khuyết tật về gien đã đƣợc quan sát thấy ở trẻ em sơ sinh mà mẹ của chúng ăn hải
sản đƣợc khai thác từ vịnh. Tiếp đó năm 1972 tại Irac đã có 459 nông dân bị chết
sau khi ăn phải lúa mạch nhiễm độc thuỷ ngân do thuốc trừ sâu.
Thủy ngân đƣợc sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp nhƣ hóa chất, phân
bón, chất dẻo, kỹ thuật điện, điện tử, sơn, tách vàng trong các quặng sa khoáng, sản
xuất các loại đèn huỳnh quang, pin, nhiệt kế, huyết áp kế, mỹ phẩm...
Theo báo cáo của Cục hóa chất - Bộ Công thƣơng, năm 2016, Việt Nam có 4
ngành chính liên quan đến sử dụng và phát thải thủy ngân gồm sản xuất và sử dụng
thiết bị chiếu sáng, đốt than từ nhà máy, sử dụng trong lĩnh vực y tế và khai thác
vàng thủ công quy mô nhỏ, hàng năm nƣớc ta phát thải ra môi trƣờng khoảng
49.131 kg thủy ngân.
Trong môi trƣờng, thuỷ ngân biến đổi qua các dạng tồn tại hoá học của nó
bởi các hoạt động của tự nhiên và con ngƣời, thủy ngân đƣợc giải phóng vào khí
quyển bởi nhiều nguồn khác nhau, sau đó phân tán và lắng đọng xuống trái đất, thủy

pháp sắc ký khí sử dụng detector cộng kết điện tử (GC-ECD).
- Nghiên cứu, khảo sát và xây dựng quy trình phân tích hàm lƣợng metyl

thủy ngân trong mẫu sinh học bằng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với
kỹ thuật hóa hơi lạnh cải tiến kết hợp các kỹ thuật chiết lỏng - lỏng.
- Áp dụng quy trình phân tích xây dựng đƣợc để xác định hàm lƣợng tổng

thủy ngân và metyl thủy ngân trong mẫu trầm tích, sinh học tại khu vực khai thác
vàng Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên và đánh giá sự chuyển hóa và tích
lũy thủy ngân trong các đối tƣợng mẫu nghiên cứu trên.


3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Thủy ngân trong tự nhiên và nguyên nhân gây ô nhiễm môi trƣờng
1.1.1. Thủy ngân trong tự nhiên
Thủy ngân (Hg) tồn tại chủ yếu ở các dạng 0, +1, +2, rất ít hợp chất của thủy
ngân tồn tại ở trạng thái oxit hóa +3. Trong tự nhiên thủy ngân tồn tại chủ yếu ở các
dạng sau [1]:
o

- Dạng thủy ngân kim loại (Hg ), tồn tại ở trạng thái lỏng và hơi.
- Dạng thủy ngân vô cơ tồn tại ở các dạng nhƣ: HgS, HgO, Hg(OH) 2,

Hg2Cl2, HgCl2, HgCN2, Hg(NO3)2,… có độ hòa tan khác nhau.
- Dạng có khả năng trao đổi ion (liên kết với Mn - Fe trong mẫu trầm tích).
- Dạng thủy ngân hữu cơ tồn tại ở các dạng nhƣ: (CH3)2Hg phân hủy chậm,
+

CH3Hg hầu nhƣ không phân hủy và các dạng thủy ngân hữu cơ RHgX;

tán vào khí quyển chủ yếu ở dạng hơi (Hg ). Hơi thủy ngân tồn tại với thời gian dài
trong khí quyển có thể đến một năm vì vậy chúng có khả năng phát tán rộng.
(3) Sự lắng đọng thủy ngân xuống đất và nƣớc mặt: Hơi thủy ngân trong khí

quyển qua quá trình oxi hóa quang hóa tạo thành thủy ngân II, kết hợp với hơi nƣớc
và theo mƣa rơi xuống mặt đất.
(4) Sự chuyển hóa thành sunfua thủy ngân không tan.
(5) Sự chuyển hóa hóa học và chuyển hóa sinh học thành các dạng dễ hòa

tan, trong đó có 5 quá trình chuyển hóa lớn:
 Quá trình metyl hóa thủy ngân.
 Quá trình đề metyl hóa thủy ngân.
 Quá trình khử Hg

2+

o

thành thủy ngân kim loại Hg .
o

2+

 Quá trình oxy hóa Hg thành Hg .
 Tác động của các vi sinh vật chuyển hóa Hg

khác nhau.

2+



Hình 1.1b. Sự hình thành Me-Hg trong nƣớc mặt, trầm tích và sự chuyển hóa các
dạng thủy ngân do hòa tan và khuếch tán
1.1.3. Ứng dụng của thủy ngân
Thủy ngân có rất nhiều ứng dụng do có những tính chất phong phú nhƣ tính
dẫn điện, nhạy với sự thay đổi nhiệt độ, áp suất và tạo đƣợc hợp kim với hầu hết
kim loại. Chính vì vậy thủy ngân đóng một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực
công nghiệp khác nhau [2, 3].
- Trong công nghiệp hóa chất: Thủy ngân đƣợc sử dụng phổ biến nhất là

công nghiệp sản xuất Cl2 và NaOH bằng phƣơng pháp điện phân sử dụng điện cực
thủy ngân.
- Trong công nghiệp điện, điện tử: Thủy ngân đƣợc sử dụng để sản xuất bóng

đèn huỳnh quang, các thiết bị siêu dẫn, đồng hồ đo, pin oxit thủy ngân.
- Trong y học: Thủy ngân là một thành phần trong hỗn hợp để chữa các bệnh

sâu răng, hàn răng. Thủy ngân cũng đƣợc dùng làm thuốc sát trùng nhƣ
HgCl2. Nhiều hợp chất của thủy ngân đƣợc sử dụng làm chất bảo quản cho nhiều
loại dƣợc phẩm.
- Trong nông nghiệp: Ngƣời ta sử dụng một lƣợng lớn các hợp chất của thủy

ngân hữu cơ để chống nấm mốc và làm sạch các hạt giống, và là thành phần có
trong thuốc bảo vệ thực vật.


7
- Trong khai thác vàng: Thủy ngân đƣợc sử dụng để tách vàng trong quặng

sa khoáng nhờ tạo hỗn hống.

Hình 1.2. Lƣợng phát thải thủy ngân của các khu vực trên thế giới[16]
Trên Hình 1.2 cho thấy lƣợng phát thải thủy ngân do hoạt động của con
ngƣời gây ra ở khu Châu Á chiếm tỷ lệ rất lớn lên đến 65% tổng lƣợng phát thải
thủy ngân trên thế giới.
 Phát thải thủy ngân ở Việt Nam

Việt Nam là quốc gia đang phát triển, hiện nay rất nhiểu tỉnh thành có các
khu công nghiệp, khu chế xuất và khu kinh tế. Các khu công nghiệp trên cả nƣớc đã
tạo bộ mặt mới cho nền công nghiệp Việt Nam. Các khu công nghiệp đƣợc phân bố
trên 54 tỉnh thành, chủ yếu ở vùng Đông Nam bộ, đồng bằng sông Hồng và ven biển
miền Trung. Sự phát triển các khu công nghiệp góp phần thúc đẩy kinh tế của nhiều
tỉnh thành, hệ thống giao thông đƣợc cải thiện, đời sống nhân dân đƣợc dần dần
nâng cao. Tuy nhiên, song song với lợi ích về kinh tế cũng xuất hiện rất nhiều vấn
đề liên quan đến môi trƣờng. Do các khu công nghiệp thƣờng gần quốc lộ, khu dân
cƣ, gần các dòng sông để thuận tiện cho sự giao dịch của doanh nghiệp, đã làm cho
môi trƣờng ngày càng ô nhiễm.
Việt Nam đã ký kết công ƣớc Minamata về thủy ngân vào tháng 11 năm 2013
tại Nhật Bản và phê duyệt công ƣớc vào tháng 6 năm 2017. Mục tiêu chính của Công
ƣớc Minamata là bảo vệ sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng do ảnh hƣởng của thủy


ngân gây ra. Công ƣớc đƣa ra quy định kiểm soát, cung cấp thông tin về các hoạt động
liên quan đến khai thác, xuất nhập khẩu, kinh doanh, sử dụng, lƣu trữ và hạn chế sử
dụng thủy ngân trong các ngành công nghiệp và các điều khoản không sử dụng thủy
ngân trong các quy trình công nghệ không sử dụng thủy ngân


9
nhằm bảo vệ sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng do phát thải nhân sinh của thủy
ngân và các hợp chất thủy ngân. Nhật Bản là quốc gia đi đầu trong việc loại bỏ sử