Ứng dụng kĩ thuật chiết điểm mù và phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử để xác định hàm lượng dạng crom hữu cơ và crom vô cơ trong dịch chiết của chè trồng tại xã tà xùa, huyện bắc yên, tỉnh sơn la

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC NGUYỄN THỊ THU HOÀI ỨNG DỤNG KĨ THUẬT CHIẾT ĐIỂM MÙ VÀ PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG DẠNG CROM HỮU CƠ VÀ CR

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC

NGUYỄN THỊ THU HOÀI

ỨNG DỤNG KĨ THUẬT CHIẾT ĐIỂM MÙ VÀ PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG DẠNG CROM HỮU CƠ VÀ CROM VÔ CƠ TRONG DỊCH CHIẾT CỦA CHÈ TRỒNG TẠI XÃ TÀ XÙA,

HUYỆN BẮC YÊN, TỈNH SƠN LA

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

SƠN LA, NĂM 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC

NGUYỄN THỊ THU HOÀI

ỨNG DỤNG KĨ THUẬT CHIẾT ĐIỂM MÙ VÀ PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG DẠNG CROM HỮU CƠ VÀ CROM VÔ CƠ TRONG DỊCH CHIẾT CỦA CHÈ TRỒNG TẠI XÃ TÀ XÙA,

HUYỆN BẮC YÊN, TỈNH SƠN LA

Chuyên ngành: TN2

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn: ThS Lê Sỹ Bình

SƠN LA, NĂM 2016

LỜI CẢM ƠN Khóa luận được hoàn thành tại bộ môn Hóa vô cơ – phân tích – hóa lí,

Khoa Sinh-Hóa, Trường Đại học Tây Bắc

Lời đầu tiên em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo ThS Lê Sỹ Bình, người đã giao đề tài và tận tình chỉ bảo, giúp đỡ, động viên em trong quá trình thực khóa luận này

Em xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Sinh – Hóa và các thầy

cô giáo trong khoa đã tạo điều kiện, đã đóng góp ý kiến và cho em một môi trường học tập và nghiên cứu tốt, phát huy năng lực khoa học của bản thân, giúp

đỡ cho em mượn dụng cụ thí nghiệm, hỗ trợ hóa chất để em thực hiện khóa luận

Em xin chân thành cảm ơn tập thể Phòng Hóa Phân tích – Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam đã đo mẫu giúp em trong quá trình thực hiện khóa luận

Em xin chân thành cảm ơn các phòng chức năng, Trung tâm thông tin Thư viện đã hết sức giúp đỡ em trong quá trình em thực hiện khóa luận này

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã động viện về tinh thần cũng như vật chất cho em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận

Do chưa có nhiều kinh nghiệm trong nghiên cứu khoa học nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô và độc giả góp ý để khóa luận hoàn thiện hơn

Sơn La, ngày 09 tháng 05 năm 2016

Sinh viên

Nguyễn Thị Thu Hoài

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CE Capillary Electrophoresis Phương pháp điện di mao

quản CMC Critical Micelle Concentration Nồng độ mixen tới hạn

CP Cloud Point Điểm mù

CPE Cloud Point Extraction Kỹ thuật chiết điểm mù

CPE-FAAS Flame Atomic Absorption

GFAAS Graphite furnace-atomic

ICP-AES Inductively Coupled Pla sma

Atomic Emission Spectrometry

Phổ phát xạ nguyên tử plasma cao tần cảm ứng LOD Limitation of detection Giới hạn phát hiện

LOQ Limited Of Quantities Giới hạn định lượng

Ppm Part Per Million Một phần triệu

SPE Solid Phase Extraction Chiết pha rắn

UV Ultraviolet Tia tử ngoại

MỤC LỤC

PHẦN I: MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 2

3 MỤC TIÊU CỦA KHÓA LUẬN 7

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 7

5 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU, THỜI GIAN, PHẠM VI NGHIÊN CỨU 7

PHẦN II NỘI DUNG 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 8

1.1 Giới thiệu về nguyên tố crom 8

1.1.1 Vị trí, cấu hình electron và trạng thái tự nhiên của nguyên tố crom (Cr) 8

1.1.2 Tính chất vật lí 8

1.1.3 Tính chất hóa học 9

1.1.4 Ứng dụng của crom 10

1.1.5 Vai trò sinh học của crom 11

1.1.6 Độc tính của crom 12

1.1.7 Sự tạo phức của ion Cr(III) 13

1.2 Tổng quan về cây chè 13

1.2.1 Nguồn gốc, đặc điểm và sự phân bố của cây chè 13

1.2.2 Thành phần hoá học của lá chè tươi 16

1.2.3 Công dụng của cây chè 17

1.3 Tổng quan về sự phân bố của cây chè tại xã Tà Xùa 18

1.3.1 Điều kiên tự nhiên 18

1.3.2 Điều kiện kinh tế, xã hội 19

1.3.3 Sự phân bố của cây chè Tà Xùa 19

1.4 Các phương pháp xác định crom 19

1.4.1 Phương pháp cực phổ 19

1.4.2 Phương pháp von-ampe hòa tan 21

1.4.3 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (phương pháp trắc quang) 22

1.4.4 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử 22

1.5 Giới thiệu về phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 23

1.5.1 Sự xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử 24

1.5.2 Nguyên tắc của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 25

1.5.3 Ưu nhược điểm của phép đo AAS 26

1.5.4 Trang thiết bị của phép đo AAS: 27

1.5.5 Đối tượng và phạm vi ứng dụng của phương pháp AAS 28

1.5.6 Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử đối với Cr 29

1.5.7 Một số công trình đã nghiên cứu về phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 29

1.6 Các phương pháp xác định từng dạng crom 31

1.6.1 Điện di 31

1.6.2 Sắc ký rây phân tử 32

1.6.3 Chiết pha rắn 33

1.6.4 Chiết điểm mù 34

1.6.4.1 Khái niệm 34

1.6.4.2 Nguyên tắc 34

1.6.4.3 Đặc điểm của phương pháp chiết điểm mù 37

1.6.4.4 Các tác nhân sử dụng để tạo phức với kim loại 38

1.6.4.5 Ứng dụng của phương pháp CPE 38

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 41

2.1 Thiết bị, dụng cụ và hóa chất thí nghiệm 41

2.1.1 Thiết bị 41

2.1.2 Dụng cụ 41

2.1.3 Hóa chất 41

2.1.4 Chuẩn bị hóa chất và dung dịch chuẩn 42

2.2 Lấy mẫu và bảo quản mẫu 43

2.2.1 Lấy mẫu 43

2.2.2 Xử lí sơ bộ 44

2.2.3 Chuẩn bị mẫu nước chè 44

2.3 Phương pháp xác định hàm lượng crom trong mẫu chè 44

2.3.1 Xác định hàm lượng Cr tổng trong mẫu nước chè 44

2.3.2 Xác định dạng Cr trong mẫu nước chè 44

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45

3.1 Khảo sát các điều kiện chiết điểm mù đối với phép phân tích Cr3+ và đánh giá hiệu suất của phương pháp chiết điểm mù 45

3.1.1 Ảnh hưởng của pH 45

3.1.2 Ảnh hưởng của nồng độ 8-HQ 46

3.1.3 Ảnh hưởng của nồng độ triton X-100 47

3.1.4 Đánh giá hiệu suất của phương pháp CPE đối với Cr3+ 48

3.2 Đường chuẩn crom 49

3.3 Xây dựng quy trình phân tích 50

3.3.1 Xác định hàm lượng crom tổng chiết trong nước chè 50

3.3.1.1 Sử dụng phương pháp vô cơ hóa ướt 51

3.3.1.2 Sử dụng phương pháp chiết điểm mù 51

3.3.2 Xác định dạng crom liên kết với flavonoid trong nước chè 51

3.4 Phân tích mẫu thực 52

3.4.1 Kết quả phân tích crom tổng chiết trong nước chè 52

3.4.1.1 Sử dụng phương pháp vô cơ hóa ướt 52

3.4.1.2 Sử dụng phương pháp chiết điểm mù 52

3.4.2 Kết quả phân tích hàm lượng crom liên kết với flavonoid trong nước chè 53

3.4.3 Xác định hàm lượng crom tự do và phức yếu trong nước chè 54

KẾT LUẬN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Thống kê các công trình nghiên cứu về phương pháp

chiết điểm mù xác định crom 3 Bảng 1.1: Một số hằng số vật lý của crom 9 Bảng 1.2: Sản lượng chè của các nước trên thế giới (đơn vị tính:

Bảng 3.5: Hàm lượng crom tổng chiết trong nước chè theo

Bảng 3.6: Hàm lượng crom tổng chiết trong nước chè theo

phương pháp chiết điểm mù 53 Bảng 3.7: Hàm lượng crom liên kết với flavonoid trong nước

chè theo phương pháp chiết điểm mù 53 Bảng 3.8: Hàm lượng crom tự do và phức yếu trong nước chè 54

Hình 3.5 So sánh hàm lượng crom liên kết với flavonoid và

hàm lượng crom tự do và phức yếu trong nước chè 54

PHẦN I: MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trà là một loại đồ uống được nhiều quốc gia trên thế giới ưa chuộng và sử dụng, trong đó có Việt Nam Trà được sản xuất từ búp và lá non của cây chè Tục uống trà đã trở thành nét văn hóa lâu đời của mỗi dân tộc, mỗi quốc gia trên mọi miền lãnh thổ Ước tính mỗi ngày chúng ta uống khoảng 18 đến 20 tỷ cốc trà Không chỉ dùng để tạo ra đồ uống, chè còn được các chuyên gia y tế chứng nhận là một vị thuốc quý có thể giúp chúng ta phòng và chữa nhiều loại bệnh trong cuộc sống Như vậy, chè là một loại cây công nghiệp dài ngày, có giá trị kinh tế cao, được trồng ở nhiều nơi

Trong lá chè có rất nhiều khoáng chất cần thiết cho sức khỏe con người như kẽm, mangan, magie, sắt, đồng, titan, nhôm, brom, natri, kali, niken, crom, photpho Các nhà khoa học đã bỏ nhiều công sức để nghiên cứu vai trò của các nguyên tố vi lượng có trong trà và chỉ ra rằng chúng có một vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của cơ thể con người Tình trạng thiếu hoặc dư thừa các nguyên tố vi lượng này đều có thể gây bệnh

Hiện nay, một số nghiên cứu đã được thực hiện để đánh giá chất lượng trà bằng cách phân tích một số thành phần hóa học có trong trà để tìm ra sự ảnh hưởng của nó đến sắc tố da và các đặc tính hương liệu Tuy nhiên, công việc này

đã gặp phải rất nhiều khó khăn bởi các thành phần kim loại có trong trà thường không giống nhau, chúng thường phụ thuộc vào các loại trà (xanh hoặc đen) và các nguồn địa chất Nghiên cứu và kiểm tra để khống chế các chất có hại, đặc biệt là các kim loại nặng ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người

Trên thế giới và trong nước đã có nhiều công trình nghiên cứu xác định hàm lượng tổng Cr và nồng độ từng dạng của Cr trong các mẫu nước, mẫu đất

và mẫu thực phẩm nhưng chưa có nhiều công trình nghiên cứu phân tích hàm lượng một số dạng của Cr trong lá chè

Bắc Yên là một vùng nguyên liệu chè của tỉnh Sơn La Thương hiệu chè

Tà Xùa đã được biết đến là một loại chè đặc sản của huyện Bắc Yên với chất

lượng cao, giá thành đắt Cho đến nay chưa có đề tài nào xác định hàm lượng các dạng của Cr trong lá chè trên địa bàn huyện Bắc Yên

Hiện nay có một số phương pháp để xác định hàm lượng dạng crom trong các mẫu như: điện di, sắc kí rây phân tử, chiết pha rắn, chiết điểm mù Phương pháp chiết điểm mù là phương pháp có các đặc điểm sau: cách tiến hành đơn giản, sử dụng lượng ít hóa chất, các hóa chất sử dụng không độc, hệ số làm giàu lớn.…Cho đến nay, ở nước ta có rất ít công trình nghiên cứu về phương pháp chiết điểm mù

Xuất phát từ những lí do trên, tôi đã chọn khóa luận: “ Ứng dụng kĩ thuật chiết điểm mù và phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử để xác định hàm lượng dạng crom hữu cơ và crom vô cơ trong dịch chiết của chè trồng tại

Xã Tà Xùa, Huyện Bắc Yên, Tỉnh Sơn La.”

2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

2.1 Lịch sử nghiên cứu trên thế giới

Trên thế giới, có một số công trình nghiên cứu về ứng dụng phương pháp chiết điểm mù để xác định hàm lượng kim loại trong các mẫu môi trường, mẫu sinh học Chúng tôi thống kê trong bảng sau:

Bảng 1: Thống kê các công trình nghiên cứu về phương pháp chiết điểm mù xác định crom

Chất tạo

phức

Chất hoạt động bề mặt

Hòa tan pha giàu chất hoạt động bề

mặt

PP Phân tích

Giới hạn phát hiện

Khoảng tuyến tính

Hệ số làm giàu

Phân tích mẫu thực

Tài liệu tham khảo

5-Br-PADAP Triton X-114 HNO 3 (1+1) GFAAS 23 ng L-1 0.25–2 μg L-1 25,2 Lá cây cam 55

PAN Triton X-114 HNO 3 ICP-OES 2,1 μg L -1 15-1000 μg L -1 13 Đolomit và tro

TAN Triton X-114 Metanol HPLC 3,5 μg L -1 50-5000 μg L-1 40 Trầm tích hồ

APDC Triton X-114 1 mol L

-1 HNO 3 in methanol

ICP-OES,

APDC Triton X-114 1 mol L

tự nhiên

60

APDC Triton X-114 1 mol L

-1 HNO 3 in methanol FAAS 0,6 μg L -1 Up to 100 μgL -1

Nước biển, nước sông, nước hồ và nước tiểu

61 APDC

Cr(III)

0,025 μgL -1 Cr (III) 0,3 -5 μg L

-1

APDC

Cr(VI) Triton X-114 1 mol L

-1 HNO 3 in methanol FAAS

0,65 μg L -1

Cr(VI) Upto 85 μg L

-1 120 Nước sông, nước

biển và hóa mĩ phẩm

DDTC Triton X-114 Methanol

HPLC with

UV detection

3,4 μg L -1 Cr(III) 5,2 μg L -1 Cr(VI)

50-1000 Cr(III) 50-2000 Cr(VI)

65 Cr(III)

19 Cr(VI)

Tuyết, nước sông, nước biển và nước

thải

DDTC Triton X-100 1 mol L

-1 HNO 3 in methanol FAAS 0,08 μg L -1 Upto 100 μg L -1 98

Nước máy, nước đập và nước thải công nghiệp

HNO 3 in methanol FAAS 75 ng L

và nước cất 56 Bis (2-

2.2 Lịch sử nghiên cứu ở Việt Nam

Ở Việt Nam, có rất ít công trình nghiên cứu về kĩ thuật chiết điểm mù để xác định hàm lượng kim loại trong các mẫu sinh học, mẫu thực phẩm và mẫu môi trường

Năm 2014, Lê Thị Hạnh đã xác định chì, cadimi bằng phương pháp quang

phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật ngọn lửa sau khi chiết điểm mù (CPE-FAAS) Tối ưu hóa các điều kiện xác định các kim loại Pb, Cd bằng phương pháp F-AAS: khảo sát các điều kiện tách và làm giàu bằng kỹ thuật chiết điểm mù; ảnh hưởng của pH; ảnh hưởng của nồng độ thuốc thử Dithizone; ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt động bề mặt Triton X-100; nhiệt độ và thời gian cân bằng; tỉ

lệ của các ion Pb2+, Cd2+ trong hỗn hợp chiết; khảo sát nồng độ đệm; khảo sát độ nhớt; ảnh hưởng của một số ion kim loại đến việc xác đinh Pb, Cd Trình bày ứng dụng phương pháp CPE- FAAS xác định Pb, Cd trong mẫu nước [10]

Năm 2014, trong công trình đăng trên Tạp chí Hóa học các tác giả Nguyễn Thị Hiên, Lưu Thị Nguyệt Minh, Vũ Đức Lợi, Dương Tuấn Hưng và Lê

Sỹ Bình đã nghiên cứu xác định dạng mangan trong lá chè bằng phương pháp chiết điểm mù và phổ hấp thụ nguyên tử Dạng Mn(II)-flavonoid và dạng Mn(II)-phức yếu được tách ra nhờ phương pháp chiết điểm mù Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) lần lượt là 0,063 và 0,21 μg/L Phương pháp đã được ứng dụng phân tích một số mẫu chè tại Thái Nguyên [12]

Ở Việt Nam đã có một số đề tài sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử để xác định hàm lượng kim loại nặng trong chè như:

Năm 2011, Nguyễn Như Lâm đã xác định hàm lượng cadimi và chì trong chè xanh ở Thái Nguyên bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử [15] Năm 2011, Đặng Quốc Trung đã Xác định asen trong chè xanh ở Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử [29]

Năm 2013, Đỗ Thị Nga đã ứng dụng Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử xác định kẽm và mangan trong chè xanh ở Thái Nguyên [20]

Năm 2014, trong bài báo đăng trên tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ các tác giả Nguyễn Đăng Đức, Lê Thị Vân, Nguyễn Tô Giang, Đỗ Thị Nga đã

Xác định hàm lượng đồng, crom trong chè xanh ở Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử [9]

3 MỤC TIÊU CỦA KHÓA LUẬN

- Áp dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử định lượng crom tổng trong mẫu chè khô

- Nghiên cứu, khảo sát và thiết lập các điều kiện tối ưu để xây dựng phương pháp định lượng crom tổng chiết, crom ở dạng liên kết flavonoids, crom ở dạng tự do và phức yếu trong nước chè bằng phương pháp chiết điểm mù kết hợp với phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

4.1 Phương pháp lấy mẫu, xử lí sơ bộ mẫu

4.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử để xác định hàm lượng crom

4.3 Phương pháp chiết điểm mù để chiết dạng crom trong nước chè

5 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU, THỜI GIAN, PHẠM VI NGHIÊN CỨU

5.1 Đối tượng nghiên cứu

Hàm lượng crom – hữu cơ và crom- vô cơ trong nước chè

5.2 Phạm vi nghiên cứu

Chè trồng tại Xã Tà Xùa, Huyện Bắc Yên, Tỉnh Sơn La

5.3 Thời gian nghiên cứu

Từ tháng 11 năm 2015 đến tháng 5 năm 2016 chia thành các giai đoạn sau:

Từ 01/10/2015 đến 30/10/2015 thu thập, nghiên cứu tài liệu, khảo sát thực địa

Từ 01/11/2015 đến 15/12/2015 khảo sát các điều kiện tối ưu với phép chiết điểm mù Cr(III)

Từ 16/12/2015 đến 30/12/2015 dựng đường chuẩn của crom trong điều kiện chiết điểm mù

Từ 01/01/2016 đến 04/02/2016 lấy mẫu và phân tích mẫu

Từ tháng 04 đến tháng 05 hoàn thiện khóa luận

PHẦN II NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về nguyên tố crom

1.1.1 Vị trí, cấu hình electron và trạng thái tự nhiên của nguyên tố crom (Cr)

Crom là một nguyên tố tương đối phổ biến trong tự nhiên Trong vỏ trái đất crom chiếm 6.10-3 % tổng số nguyên tử Khoáng vật chính của crom là sắt cromit [Fe(CrO2)2] Crom là nguyên tố thứ 21 phong phú nhất trong vỏ trái đất với nồng độ trung bình là 100ppm Hợp chất của crom được tìm thấy trong môi trường do sự sói mòn của crom ở trong các loại đá, có thể xuất hiện do núi lửa phun trào Nồng độ trong đất là khoảng từ 1- 3.000 mg/kg Những nước có giàu

mỏ quặng crom là Ca-dắc-tan (Kazakhstan), Nam Phi, Ấn Độ, Thổ Nhĩ Kì và Dim-ba-bu-ê (Zimbabwe) Nước ta có một mỏ sa khoáng cromit khá lớn ở Cổ Định, Tân Ninh, Triệu Sơn, Thanh Hóa, mỏ này đã được khai thác nhiều năm

Cr kim loại được điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện, người ta dùng bột Al khử Cr2O3 ở nhiệt độ cao

Cr là kim loại màu trắng bạc, có ánh kim Dưới đây là một số hằng số vật

lý quan trọng của crom

Tỉ khối (g/cm3) 7,2

Độ cứng (thang Moxơ) 5

Độ dẫn điện (Hg = 1) 7,1

Cr có khối lượng riêng lớn, dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, rất khó nóng chảy

và khó bay hơi, khi Cr rất tinh khiết đều mềm, dễ chế hóa cơ học, tuy nhiên khi

o

300 C

Khi nung nóng bột Cr với bột S trong ampun kín thu được các sufua có thành phần khác nhau như: CrS, Cr2S3, Cr3S4, Cr5S6, Cr7S8

Với halogen: Phản ứng với F2 ngay ở điều kiện thường tạo CrF4, các halogen còn lại cần đun nóng

Cr bị thụ động hóa trong dung dịch HNO3, H2SO4 đặc, nguội

Crom không tan trong dung dịch kiềm nguội nhưng tan trong dung dịch kiềm nóng chảy với nitrat hay clorat kim loại kiềm tạo cromat

Làm thuốc nhuộm và sơn: oxit crom (Cr2O3) là chất đánh bóng kim loại

với tên gọi phấn lục Các muối crom nhuộm màu cho thủy tinh thành màu xanh

lục của ngọc lục bảo Crom là thành phần tạo ra màu đỏ của hồng ngọc, vì thế

nó được sử dụng trong sản xuất hồng ngọc tổng hợp Nó tạo ra màu vàng rực rỡ của thuốc nhuộm và sơn

Là một xúc tác cromit được sử dụng làm khuôn để nung gạch ngói, các muối crom được sử dụng trong thuộc da, kali dicromat (K2Cr2O7), là một thuốc thử hóa học, được sử dụng trong quá trình làm vệ sinh các thiết bị bằng thủy tinh trong phòng thí nghiệm cũng như trong vai trò một tác nhân chuẩn độ Nó cũng được sử dụng làm chất ổn định màu cho các thuốc nhuộm vải

Oxit crom (hóa trị IV) (CrO2) được sử dụng trong sản xuất băng từ, tạo hiệu suất tốt hơn Trong y học, crom như là chất phụ trợ ăn kiêng để giảm cân, thông thường dưới dạng Clorua crom (hóa trị III) hay picolinat crom (III) Ngoài

ra còn được dùng làm phụ gia cho vào xăng hexacacbonyl crom [Cr(CO)6], làm dây dẫn điện chịu nhiệt độ cao borua crom (CrB)

1.1.5 Vai trò sinh học của crom [7],[27]

Crom có thể tồn tại ở dạng hóa trị +3 hoặc +6 Nồng độ crom trong nước uống thường thấp hơn 2 µg/L (mặc dù thực tế đã có trường hợp nồng độ crom trong nước uống cao tới 120 µg/L) Nhìn chung, thực phẩm là nguồn chính đưa crom vào cơ thể người Sự hấp thụ crom tùy thuộc trạng thái oxy hóa của chất

đó Crom (VI) hấp thu qua dạ dày, ruột nhiều hơn crom (III) và còn có thể thấm qua màng tế bào Các hóa chất hóa trị 6 của Crom để gây viêm loét da, xuất hiện mụn cơm, viêm gan, viêm thận, thủng vách ngăn giữa hai lá mía, ung thư phổi, IARC đã xếp crom (VI) vào nhóm 1 và Crom (III) vào nhóm 3

Thông thường, hàm lượng crom trong cơ thể động vật và thực vật vào khoảng 10-3 ÷ 10-4 %, còn trong cơ thể người khoảng 10-3 ÷ 10-6 % nhu cầu crom hằng ngày của cơ thể con người là khoảng 50÷ 200µg Crom có ích cho cơ thể người lớn là đồng hóa cacbonhidrat và lipit kép Sự thiếu crom trong cơ thể dẫn đến sự tăng đường huyết Y học khuyến cáo phụ nữ đang mang thai và mẹ đang trong thời kì cho con bú, bệnh nhân tiểu đường và người trên 45 tuổi nên sử dụng những thực phẩm chứa nhiều crom như thuốc lên men, gan động vật, rau quả tươi

Không có dấu hiệu về tác động độc hại của crom (III) tuy nhiên crom (VI) rất độc vì nó có hoạt tính làm biến đổi gen và gây ung thư Cơ chế của tác động này còn chư rõ ràng Có thể là CrO42- xâm nhập vào tế bào sẽ bị khử thành các phần tử trung gian crom (IV) và crom (V) trước khi trở thành crom (III) Các phần tử trung gian này tương tác với các nhóm -SH của các peptit hoặc các nhóm photphat của AND… Bằng cách đó chúng ảnh hưởng đến các chức năng của những phần tử quan trọng này

1.1.6 Độc tính của crom [27]

Với đặc tính lí hóa của crom (bền ở nhiệt độ cao, khó oxi hóa, cứng và tạo màu tốt…) nên nó ngày càng được sử dụng rộng rãi, tác hại của nó gây ra càng nhiều Crom được xếp vào nhóm có khả năng gây ung thư Crom thường tồn tại dưới dạng là Cr(VI) và Cr(III) Trong đó các hợp chất Cr(VI) rất độc, độc hơn nhiều so với Cr(III) Tuy nhiên con người lại hấp thụ Cr(VI) nhiều hơn Cr(III) Crom kim loại thì không độc

Crom xâm nhập vào cơ thể người bằng ba con đường là qua da, qua tiêu hóa và hô hấp Dù xâm nhập bằng con đường nào thì crom cũng được hòa tan vào trong máu ở nồng độ 0,001 mg/l Sau đó chúng chuyển vào hồng cầu và hòa tan nhanh trong hồng cầu 10 ÷ 20 lần Từ hồng cầu crom chuyển vào các tổ chức phủ tạng rồi được giữ lại ở phổi, xương, thận, gan, phần còn lại chuyển qua nước tiểu Ở các cơ quan phủ tạng, crom hòa tan dần vào máu, rồi đào thải qua nước tiểu từ vài tháng đến vài năm

Qua da: Crom và các hợp chất của crom chủ yếu gây các bệnh ngoài da

bởi bề mặt da là bộ phận dễ bị ảnh hưởng, niêm mạc mũi dễ bị loét Phần sụn của vách mũi dễ bị thủng Khi da tiếp xúc trực tiếp với dung dịch Cr(VI), chỗ tiếp xúc sẽ bị nổi phồng và loét sâu, có thể bị loét đến xương Khi Cr(VI) xâm nhập vào cơ thể qua da, nó kết hợp với protein tạo thành phản ứng kháng nguyên, kháng thể gây hiện tượng dị ứng, bệnh tái phát Khi tiếp xúc trở lại, bệnh sẽ tiến triển nếu không được cách ly và sẽ trở thành tràm hóa

Qua đường hô hấp: Khi crom xâm nhập theo đường hô hấp dễ dẫn đến

bệnh viêm yết hầu, viêm phế quản, viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích

(sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước mũi) Khi ở dạng hóa hơi chất này sẽ gây bỏng nghiêm trọng cho hệ thống hô hấp của người bị thấm nhiễm

Qua đường tiêu hóa: Con đường xâm nhập, đào thải crom ở cơ thể người

chủ yếu qua con đường thức ăn, lên mô để tạo ra sự phát triển tế bào không nhân, gây ung thư Tuy nhiên với hàm lượng cao, Crom làm kết tủa các protein, các axit nuclêic và ức chế lên men cơ bản Cr(VI) hấp thụ qua dạ dày, ruột nhiều hơn Cr(III) Mức độ hấp thụ qua đường ruột tùy thuộc vào dạng hợp chất mà nó

sẽ hấp thụ và còn có thể thấm qua màng tế bào Nếu Cr(III) chỉ hấp thụ 1% thì lượng hấp thụ của Cr(VI) sẽ lên tới 50%

1.1.7 Sự tạo phức của ion Cr(III)

Revanasiddappa H D and Kiran Kumar T N (2002) đã xác định Cr(VI) bằng phương pháp đo quang với thuốc thử Trifluoperazine Hydrochloride trong môi trường H3PO4 Dung dịch có màu đỏ, độ hấp thụ quang cực đại ở bước sóng

505 nm Hệ số hấp thụ mol là 1,08.104 l.mol-1cm-1 Giới hạn phát hiện 0,003 mg/L [63]

Rubina Soomro, M Jamaluddin Ahmed và Najma Memon đã xác định hàm lượng Cr trong mẫu bằng cách dùng bis (salicylaldehyde) orthophenylenediamine (BSOPD) tạo phức với Cr(VI), sau đó đo quang Phức

có hệ số hấp thụ mol là 3,5.105 L.mol-1.cm-1, bước sóng hấp thụ cực đại của phức là 482 nm, giới hạn phát hiện 1,5 μg/L [64]

Sung-Il Kim, Dong-Jin Woo, Myung-Hee Lee, Gun-Jo Woo, Dae-Kyung Kang, and Ki-Won Cha (2003) đã xác định hàm lượng Cr(III) dùng kĩ thuật HPLC ghép đầu dò UV Phức Cr-(pic)3 màu đỏ, hấp thụ cực đại ở bước sóng

264 nm [66]

Phức tạo thành giữa Cr(III) với 8-hydroxyquynoline có công thức HQ)3, Cr(VI) không tạo phức với 8-hydroxyquynoline [41]

Cr(8-1.2 Tổng quan về cây chè

1.2.1 Nguồn gốc, đặc điểm và sự phân bố của cây chè

Cây chè cao 1 – 6m có tên khoa học là Camellia Sinensis Lá chè có màu xanh, mọc so le, hình trái xoan, dài 4 – 10 cm, rộng 2 - 2,5 cm, có mũi ở đỉnh,

phiến lá lúc non có lông mịn, khi già thì dày, bóng, mép khía răng cưa rất đều Hoa chè thường có từ 5 - 6 cánh, màu trắng, mọc riêng lẻ ở nách lá, có mùi thơm, nhiều nhụy Quả chè thường có ba van, chứa một hạt gần tròn, đôi khi nhăn nheo [29]

Cây chè được trồng dưới 1500 năm trước đây Sự trồng chè thích hợp ở các vùng có lượng mưa 12-150 cm và nhiệt độ 12-30oC Điều kiện phát triển tối ưu là lượng mưa 250 – 300 cm và nhiệt độ trung bình 18-20oC (Williges 2004) Cây chè được trồng ở các vùng có độ cao từ 2200 mét so với mực nước biển, một số cây chè tìm thấy ở độ cao 3000 m Độ cao càng lớn thường kèm theo chất lượng chè tốt hơn Lượng ánh sáng cần thiết hằng ngày đối với cây chè

là từ 5 đến 11 giờ Đất trồng chè tốt được khuyến cáo là loại đất pha cát, khô ráo, thoát khí, lớp đất trồng sâu và giàu dinh dưỡng với nhiều mùn và pH thấp Hạn hán, ngập úng, nhiệt độ cao quá mức và sương giá là những nguyên nhân có hại cho sự sinh trưởng của cây chè và kết quả có thể làm giảm chất lượng sản phẩm về các mặt hóa học, mùi vị [68]

Vùng trồng chè đại trà bao gồm phía tây nam Trung Quốc (các tỉnh Vân Nam, Tứ Xuyên, Quảng Tây, Quý Châu), Bắc Lào, Bắc Việt Nam, Myanma, Campuchia và vùng phía bắc Ấn độ Ngoài ra, cây chè còn được trồng ở các vùng như: phía đông Trung Quốc, Nhật Bản, Nam Triều Tiên, Thái Lan và Đài Loan Ngày nay, cây chè được trồng chủ yếu ở vùng có địa hình cao ở vùng vành đai chè và các nước khác ở vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới và vùng có nhiệt

độ ôn hòa như: Sri Lanka, Indonesia, các nước Trung Phi, Thổ Nhĩ Kỳ, Argentina và Nga [68]

Sản lượng chè của các nước trên Thế giới từ năm 2006 đến năm 2013 được thống kê trong bảng 1.2 [43]

Bảng 1.2: Sản lượng chè của các nước trên thế giới (đơn vị tính: nghìn tấn)

2006-08 2009 2010 2011 2012 2013 Thế giới 3891.2 4040.0 4364.7 4627.0 4784.5 5063.9 Viễn đông 2892.2 3089.7 3280.3 3579.1 3753.3 3965.6

Bangladesh 56.8 60.0 60.0 59.6 62.5 66.2

Trung Quốc

(Đại lục) 1150.5 1344.4 1475.1 1623.2 1789.8 1924.5

Ấn Độ 986.4 982.1 970.3 1119.7 1129.0 1200.4 Indonesia 150.3 156.9 156.6 150.8 150.9 152.7 Sri Lanka 311.3 291.2 331.4 327.5 328.4 343.1 Việt Nam 158.0 177.3 192.0 202.1 200.0 185.0 Các nước khác 78.9 77.8 94.8 96.2 92.7 93.8

Châu Phi 535.9 520.5 616.1 591.7 580.2 649.5

Burundi 6.6 6.7 6.9 7.0 8.7 8.8 Kenya 345.2 318.3 403.3 383.1 373.1 436.3 Malawi 44.9 52.6 51.6 47.1 42.5 46.5 Rwanda 19.1 20.5 22.2 24.1 24.7 25.2 Nam Phi 3.5 2.0 2.1 2.2 2.2 2.5 Tanzania 32.6 32.1 31.6 33.0 32.3 32.4 Uganda 42.4 51.0 59.4 56.3 57.9 58.3 Zimbabwe 12.4 7.3 8.6 8.4 8.5 8.5 Các nước khác 29.0 30.0 30.2 30.6 30.4 30.9

Mỹ La tinh và

Argentina 79.6 73.4 90.7 91.2 81.3 78.9 Brazil 8.5 7.6 7.7 7.7 7.8 7.0 Các nước khác 9.7 8.8 8.9 8.8 9.2 9.1

Vùng Cận Đông 255.1 238.2 262.0 251.1 251.5 253.5

Iran 41.4 39.6 27.0 29.5 26.5 26.5 Thổ Nhĩ Kỳ 213.7 198.6 235.0 221.6 225.0 227.0

Châu Đại

Nhật Bản 94.7 86.0 83.0 82.1 85.9 84.7

Khoảng chừng 76-78% lượng chè sản xuất và tiêu thụ trên thế giới là chè đen, 20-22% là chè xanh, nhỏ hơn 2% là chè Ôlong [43]

1.2.2 Thành phần hoá học của lá chè tươi [2],[17]

* Nước: Nước trong lá chè xanh chiếm từ 75 - 80%

* Tanin (hay flavanoit): Tanin hay còn gọi là hợp chất phenol trong đó có 90% là dạng catechin

Catechin chè là một trong những nhóm chất thuộc lớp flavanoit, có nhiều trong lá cây chè xanh Trong lá chè có chứa đến 20% tanin Tanin trong chè có tác dụng như một vitamin P, có tác dụng chống khuẩn và chống oxi hoá mạnh Tanin tồn tại trong cây chè xanh là các hợp chất catechin: epicatechin (EC), hoặc dưới dạng cấu trúc kết hợp với các nhóm axit gallic: (-)-epigallocatechin gallate (EGCG), (-)-epigallocatechin (EGC), (-)-epicatechingallate (ECG), (-)- epicatechin (EC), (-)-gallocatechin gallate (GCG)…

O

OH HO

OH

O

OH

OH OH

O

OH

OH OH

HO

OH

EC (Epicatechin)

Các flavanoit còn có tác dụng chống oxi hóa (antioxidant) Đây là một trong những cơ sở sinh hóa quan trọng nhất để flavanoit thể hiện được hoạt tính sinh học của chúng Flavanoit có khả năng kìm hãm các quá trình oxi hóa dây chuyền sinh ra bởi các gốc tự do hoạt động Tuy nhiên, hoạt tính này thể hiện mạnh hay yếu phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo hóa học của từng chất flavanoit

1.2.3 Công dụng của cây chè

Khoảng 2000 năm trước Công nguyên, người ta đã biết đến công dụng của cây chè bởi trong chè có chứa chất cafein và theophyllin (C7H8N4O2) Đây là chất kích thích não, tim, hô hấp, lợi tiểu, dễ tiêu hóa Nó giúp chúng ta tăng cường sức lao động trí óc, tăng hô hấp, điều hòa nhịp đập của tim Tuy vậy, nếu chúng ta lạm dụng chè quá mức thì chè sẽ phản tác dụng Chè có thể gây độc mãn tính, mất ngủ, gầy yếu, mất cảm giác ngon miệng, rối loạn thần kinh [29]

Một tác dụng đặc biệt của chè xanh đó là làm giảm nguy cơ ung thư buồng trứng Theo nghiên cứu của các nhà khoa học Australia tiến hành tại Trung Quốc cho thấy phụ nữ uống trà xanh đều đặn hàng ngày giảm được 60% khả năng bị ung thư buồng trứng Kết luận này được các nhà khoa học Đại học Curtin ở Perth (Australia) và các nhà khoa học Trung Quốc đưa ra sau khi

nghiên cứu trên 900 phụ nữ [70]

Chè xanh có tác dụng ngăn ngừa bệnh ung thư do chứa nhiều chất chống oxi hoá, đặc biệt là hợp chất polyphenol có tác dụng ngăn ngừa các gốc tự do phá hoại các DNA, các tế bào làm chậm quá trình phát triển của ung thư Một số polyphenol có khả năng giết chết các tế bào ung thư mà không đụng đến các tế bào lành Mới đây các nhà khoa học Anh đã khám phá thêm hai chất chống oxi hoá khác có trong chè xanh để ức chế sự phát triển của căn bệnh ung thư đó là: EGCG (epigallocatchin gallate) và ECG (epicatechin gallate) [2]

Hợp chất flavonoit có trong lá chè xanh có thể được xem là môt chất dinh dưỡng hữu ích để giúp giảm nguy cơ ung thư nhất định, bệnh tim, và tuổi tác liên quan đến các bệnh thoái hóa Một số nghiên cứu cũng chỉ ra flavonoit có thể giúp ngăn ngừa sâu răng và giảm bớt sự xuất hiện của bệnh thông thường như cảm cúm

Lá chè xanh còn có tác dụng chữa bệnh ngoài da như: bị bỏng, bị ong đốt, bệnh đậu mùa, thủy đậu, viêm da

Ngoài ra, thành phần cafein và một số hợp chất ankaloit khác có trong lá chè là những chất có khả năng kích thích hệ thần kinh trung ương làm cho tinh thần minh mẫn, nâng cao khả năng làm việc, giảm bớt mệt nhọc sau những lúc làm việc căng thẳng) [2]

1.3 Tổng quan về sự phân bố của cây chè tại xã Tà Xùa

1.3.1 Điều kiên tự nhiên

Tà Xùa là một xã vùng cao của Huyện Bắc Yên, Tỉnh Sơn La; cách trung tâm huyện 14,5 km có tổng diện tích đất tự nhiên 4.496,6 ha Phía Bắc giáp

xã Bản Mù huyện Trạm Tấu Tỉnh Yên Bái; phía Nam giáp xã Phiêng Ban huyện Bắc Yên Tỉnh Sơn La; phía Đông giáp xã Suối Tọ và xã Suối Bau huyện Phù Yên Tỉnh Sơn La; phía Tây giáp xã Làng Chếu và xã Xím Vàng huyện Bắc Yên Tỉnh Sơn La Xã Tà Xùa có độ cao trên 1000 mét so với mực nước biển, khí hậu ở đây thất thường và khắc nghiệt, nhiệt độ mùa đông có thể xuống tới

0oC và đôi khi có băng giá [6]

1.3.2 Điều kiện kinh tế, xã hội

Xã Tà Xùa có 8 bản bao gồm: Bản Tà Xùa A, Bản Tà Xùa C, Bản Khe Cải, Bản Mống Vàng, Bản Chung Trinh, Bản Bẹ, Bản Trò A, Bản Trò B Toàn

Xã có 393 hộ với 2678 nhân khẩu trong đó người dân tộc H’Mông chiếm chủ yếu (số liệu tính đến 2013) [6]

Do địa bàn xã đồi núi cao, độ dốc lớn, khí hậu khắc nghiệt, đường xá đi lại khó khăn, cơ sở hạ tầng chưa được đầu tư nhiều, trình độ dân trí còn thấp nên ảnh hưởng rất nhiều đến sự phát triển kinh tế của xã Kinh tế của xã chủ yếu là sản xuất nông nghiệp tự cung tự cấp Tỉ lệ hộ nghèo trong xã còn cao chiếm 41,1% (tính đến năm 2013), thu nhập bình quân đầu người thấp ước chừng đạt 250.000 đ/người/tháng [6]

1.3.3 Sự phân bố của cây chè Tà Xùa

Ở độ cao trên 1000m so với mực nước biển, Tà Xùa có khí hậu và thổ nhưỡng rất đặc biệt, bởi thế những cây chè cổ thụ hàng trăm năm tuổi ở đây cho sản phẩm mang hương vị đặc biệt, màu nước vàng mật cùng vị chát, ngọt đặc trưng, hương thơm dịu nhẹ, chè Tà Xùa đã chinh phục được người tiêu dùng và được thị trường gần xa biết đến

Trước đây, người dân trồng chè tự phát, không theo quy hoạch và không

áp dụng các quy trình kỹ thuật dẫn đến năng suất, chất lượng sản phẩm chưa cao Theo thời gian, số lượng cây chè cổ thụ giảm (do già cỗi hoặc không được chăm sóc, bảo vệ tốt) Hiện nay, cây chè phân bố chủ yếu ở các bản: Bản Bẹ, Bản Chung Trinh, Bản Mống Vàng, Bản Tà Xùa A và Bản Tà Xùa C với diện tích 135 ha Số lượng cây Chè cổ thụ không còn nhiều, theo điều tra khảo sát của chúng tôi cả xã Tà Xùa chỉ còn 3 cây chè cổ thụ có đường kính thân cây trên

40 cm phân bố ở Bản Bẹ 1 cây và Bản Mống Vàng 2 cây Bản Bẹ và Bản Chung Trinh có số lượng cây chè trồng lâu năm nhiều nhất

1.4 Các phương pháp xác định crom [3],[4],[5],[8],[23],[24]

1.4.1 Phương pháp cực phổ

Là phương pháp dựa trên sự khử các ion kim loại xảy ra trên điện cực ở các thế khác nhau (catot Hg và trên catot khác) Nhờ việc theo dõi sự biến đổi

giữa cường độ dòng điện và thế trong quá trình điện phân khi chất phân tích chuyển đến điện cực chỉ bằng khuếch tán Và tín hiệu thu được (cường độ dòng điện phân) sẽ cho tín hiệu phân tích định lượng vì cường độ dòng có quan hệ với nồng độ chất phản ứng ở điện cực

Có thể dùng dung môi nước hoặc khác nước Khoảng tối ưu của nồng độ cho phép đo cực phổ là 10-2 10-4 M Các dạng khác nhau của phép đo cực phổ

có thể cho phép xác định các nồng độ ở mức n.10-3 mg/l Thể tích có thể tiến hành phân tích dung dịch là 12 ml, thậm chí trong một giọt dung dịch (ứng với

sự xác định lượng chất từ một vài miligam tới vài nanogam) Sai số tương đối từ

23% (so với các phương pháp khác) Nói chung đây là phương pháp có thể dùng rộng rãi xác định định tính và định lượng nhiều chất với độ nhạy và độ chính xác, độ chọn lọc cao một cách nhanh chóng, kinh tế

Khi tiến hành phương pháp cực phổ định lượng dùng điện cực giọt Hg ta cần chú ý tới các yếu tố: nền cực phổ (chất điện ly trơ), nhiệt độ của dung dịch, hằng số mao quản của điện cực (chiều cao là tiết diện), dùng khí trơ để đuổi oxi, dùng chất hoạt động bề mặt (gietalin)

Một số công trình đã nghiên cứu:

Trần Hữu Hoan đã xác định Mn trong tro rong biển bằng phương pháp cực phổ với điện cực giọt thủy ngân sử dụng dung dịch nền KOH 1M + Trietanolamin 0,2M

Bằng phương pháp này ta có thể xác định thủy ngân trên điện cực rắn (điện cực vàng (AuRDE)) Điện phân dung dịch chứa thủy ngân tại -0,37V trong thời gian 120 phút, ta có thể xác định thủy ngân ở nồng độ cỡ 0,1 ppm Ta có thể xác định đồng thời cả bốn nguyên tố (Hg, Pb, Cd, Cu) của mẫu trong môi trường đệm axetat với ba hệ điện cực: Điện cực thủy ngân treo HMDE, điện cực so sánh: Ag/AgCl và điện cực hỗ trợ Pt

Tuy nhiên do sự tồn tại của dòng tụ điện mà phương pháp này không thể phân tích các đối tượng ở hàm lượng vết Để khắc phục người ta dùng nhiều phương pháp để tăng độ nhạy như: Phương pháp phổ sóng vuông, cực phổ xung

vi phân… Lê Lương đã xác định Mn trong đất trồng trọt bằng phương pháp cực

phổ sóng vuông với điện cực giọt thủy ngân sử dụng dung dịch nền KOH 5M + Trietanolamin 0,1M với độ nhạy 5 ppm

Đặng Minh Ngọc và cộng sự của Viện Y học Lao động và Vệ sinh môi

trường đã thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Y tế nghiên cứu phương pháp địnhlượng mangan, cadimi trong nước tiểu bằng phương pháp cực phổ xung vi phân để theo dõi sinh học cho các công nhân tiếp xúc với nguyên tố này

1.4.2 Phương pháp von-ampe hòa tan

Phương pháp von - ampe hòa tan là một phương pháp điện hóa có độ nhạy cao, có khả năng xác định được nhiều ion kim loại có nồng độ nhỏ khoảng

10-6 ÷ 10-8 mol/l với sai số 5÷15% trong điều kiện tối ưu Phương pháp này cho phép xác định định lượng vết trong khoảng thời gian ngắn, kỹ thuật phân tích

đơn giản, tốn ít hóa chất, máy móc không phức tạp

Quá trình phân tích theo phương pháp Von –ampe hòa tan gồm ba bước: + Điện phân làm giàu chất phân tích trên bề mặt điện cực làm việc tại một thế phù hợp

+ Ngừng khuấy hoặc ngừng quay cực 1520 giây để đưa hệ từ trạng thái động đến trạng thái tĩnh

+ Hòa tan kết tủa đã được làm giàu trên điện cực hoạt động bằng cách phân cực ngược và ghi dòng von-ampe hòa tan Trong những điều kiện thích hợp, nồng độ của chất cần xác định sẽ tỉ lệ với chiều cao của pic thu được Dựa vào pic chuẩn và pic thu được sẽ xác định được nồng độ các chất

Một số công trình đã nghiên cứu

Lê Lan Anh, Lê Trường Giang, Đỗ Việt Anh và Vũ Đức Lợi (1998), Phân tích kim loại nặng Cr, Cd, Pd trong lương thực, thực phẩm bằng phương pháp von – ampe hòa tan trên điện cực màng thủy ngân, Tạp chí phân tích Hóa – Lí

và Sinh học, tập 3, số 2

Dương Anh Tú, Trịnh Xuân Giản, Tống Thị Thanh Thủy (2010), Nghiên cứu xác định một số dạng tồn tại của crom trong nước bằng phương pháp von – ampe hòa tan, Tạp chí phân tích Hóa – Lí và Sinh Học, tập 15, số 4

1.4.3 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (phương pháp trắc quang)

Phương pháp này dựa vào đo độ hấp thụ năng lượng ánh sáng của một chất xác định ở vùng phổ nhất định Trong phương pháp này các chất phân tích được chuyển thành các hợp chất có khả năng hấp thụ năng lượng ánh sáng (các phức màu) Đây là phương pháp sử dụng rộng rãi vì nó đơn giản, tiện lợi,

và cho độ nhạy và độ chính xác cao Giới hạn phát hiện 10-6 – 10-7 M Với việc xác định đồng có thể dung thuốc thử NaDDC trong dung môi CCl4 cho độ nhạy 0,2 – 0,4 mg/ml Có thể dùng dung môi CHCl3, cho bước sóng hấp thụ cực đại λ = 440 nm

Phương pháp trắc quang cho phép xác định nồng độ chất ở khoảng 10-5 –

10-7 M và là một trong những phương pháp được dùng phổ biến

Các tác giả Nguyễn Văn Ly, Ngô Huy Du, Trần Tứ Hiếu, năm 2010 đã nghiên cứu xác định crom (VI) bằng phương pháp trắc quang – động học xúc tác, Tạp chí phân tích Hóa – Lí, Sinh Học, tập 15, số 3

Nguyễn Thị Ánh Tuyết, Xác định hàm lượng crom trong nước thải tại thành phố Thái Nguyên bằng phương pháp trắc quang phổ hấp thụ nguyên tử, Luận văn Thạc sĩ hóa học (2013)

1.4.4 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử

Đây là kỹ thuật phân tích được sử dụng rộng rãi và là một trong những phương pháp quan trọng của phép phân tích Phổ phát xạ nguyên tử là sản phẩm sinh ra do sự tương tác vật chất, mà ở đây là các nguyên tử tự do ở trạng thái khí với một nguồn năng lượng nhiệt, điện nhất định phù hợp

Ưu điểm của phương pháp này là phân tích nhanh, hàng loạt, đỡ tốn mẫu, phân tích được nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu Phân tích được cả những đối tượng rất xa dựa vào ánh sáng phát xạ của chúng Cho độ nhạy và độ chính xác cao Độ nhạy cỡ ≤ 10-3 % Đặc biệt với kỹ thuật ICP –AES cho độ nhạy trong phép xác định đồng cỡ 1ppb

Cần chú ý đến các yếu tố ảnh hưởng tới độ nhớt của dung dịch, sự phát xạ của nền, sự chen lấn của vạch phổ, sự ion hóa của các nguyên tố lạ Để có thể hạn chế chúng, làm giảm các sai số người ta có thể cho thêm vào dung dịch các chất có

thể kích thích phát xạ nhỏ hơn thế phát xạ của chất phân tích hoặc thêm vào dung dịch các chất có thế ion nhỏ hơn thế ion hóa của nguyên tố phân tích

Các tác giả Phạm Luận, Chu Xuân Anh, Trần Hồng Côn, Dương Thanh Thủy đã thành công trong việc xác định tạp chất trong oxit lantan tinh khiết bằng phương pháp quang phổ phát xạ

Đặc biệt với sự ra đời của phổ phát xạ ICP trong vòng hơn chục năm trở lại đây đã đưa AES trở thành công cụ phân tích đắc lực với hàm lượng cỡ ng (nanogam) Một trong công trình thành công của phương pháp này là: “Xác định hàm lượng Vàng trong mẫu địa chất bằng phương pháp quang phổ phát xạ nguồn Plasma cao tần cảm ứng ICP – AES” của các tác giả Dương Minh Đức, Nguyễn Tiến Lượng, Đỗ Thị Thìn, Phạm Luận và Trần Tứ Hiếu Các tác giả Mehmet Musa Ozcan Fahad Y AL Juhaimi đã xác định các kim loại nặng Mo,

Cd, Cr, Fe, Mn, Ni, Zn trong hai phần: tiếp xúc với dây kim loại và không tiếp xúc với dây kim loại trong mật ong bằng ICP-AES sau khi xử lý mẫu bằng lò vi sóng

1.5 Giới thiệu về phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

Vào năm 1955 Alan Walsh công bố công trình “ứng dụng quang phổ hấp

thụ nguyên tử để phân tích hóa chất” đăng tên tạp chí Spectrochimica Acta

Công bố đó đã khai sinh ra một phương pháp phân tích mới: quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [34] Kể từ đó đến nay, phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử đã được nhiều tác giả sử dụng để xác định một số kim loại nặng trong nhiều đối tượng khác nhau

Cơ sở lý thuyết của phép đo AAS là sự hấp thụ năng lượng (bức xạ đơn sắc) của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi khi chiếu chùm tia bức xạ của nguyên tố ấy trong môi trường hấp thụ Tùy thuộc vào kỹ thuật nguyên tử hóa người ta phân biệt phép đo AAS có độ nhạy 0,1 mg/l và phép đo ETA – AAS

có độ nhạy cao hơn kỹ thuật không ngọn lửa là ppb (μg/L)

Thực tế cho thấy phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có nhiều ưu việt: Độ nhạy, độ chọn lọc cao, độ chính xác cao, tốn ít mẫu, tốc độ phân tích nhanh Gần

60 nguyên tố hóa học có thể được xác định bằng phương pháp này với độ nhạy

từ 10-4 ÷ 10-5 % [16]

1.5.1 Sự xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử [17], [25]

Khi ở trạng thái cơ bản nguyên tử không thu, không phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ Đó là trạng thái bền vững và nghèo năng lượng nhất của nguyên tử Nhưng khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu ta chiếu một chùm tia sáng có những bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử tự do đó, thì các nguyên tử tự do đó sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định ứng đúng với những tia bức xạ mà nó có thể phát ra được trong quá trình phát xạ của nó Lúc này nguyên tử đã nhận năng lượng của các tia bức xạ chiếu vào nó và nó chuyển lên trạng thái kích thích có năng lượng cao hơn trạng thái cơ bản Đó chính là tính chất đặc trưng của nguyên tử ở trạng thái hơi Quá trình đó được gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử ở trạng thái tự do và tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử của nguyên tố đó

Nếu gọi năng lượng của tia sáng đã bị nguyên tử hấp thụ là thì chúng

ta có:

 m o

ΔE =  E – E  = hν   hay là = h.c /λ Trong đó Eo và Em là năng lượng của nguyên tử ở trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích m; h là hằng số plank; c là tốc độ ánh sáng trong chân không ; λ là độ dài sóng của vạch phổ hấp thụ

Như vậy, ứng với mỗi giá trị năng lượng  mà nguyên tử đã hấp thụ ta

sẽ có một vạch phổ hấp thụ với độ dài sóng i đặc trưng cho quá trình đó, nghĩa

là phổ hấp thụ của nguyên tử cũng là phổ vạch Nhưng nguyên tử không hấp thụ tất cả các bức xạ mà nó có thể phát ra được trong quá trình phát xạ Quá trình hấp thụ chỉ xảy ra đối với các vạch phổ nhạy, các vạch phổ đặc trưng và các vạch phổ cuối cùng của các nguyên tố đó Cho nên đối với các phổ đó quá trình hấp thụ và phát xạ là hai quá trình ngược nhau Nếu giá trị năng lượng là dương ta có quá trình phát xạ; ngược lại nếu giá trị là âm ta có quá trình hấp thụ Chính vì thế tùy theo từng điều kiện cụ thể của nguồn năng lượng dùng để nguyên tử hóa mẫu và kích thích nguyên tử mà quá trình nào xảy ra là chính, nghĩa là nếu kích nguyên tử:

- Bằng năng lượng Em ta có phổ phát xạ nguyên tử

- Bằng chùm tia đơn sắc ta có phổ hấp thụ nguyên tử

1.5.2 Nguyên tắc của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [16], [17]

Trong điều kiện thường, nguyên tử không thu cũng không phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ, lúc này nguyên tử ở trạng thái cơ bản Nhưng khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu chúng ta kích thích nó bằng một chùm tia sáng đơn sắc có năng lượng phù hợp, có độ dài sóng trùng với các vạch phổ phát

xạ đặc trưng của nguyên tố đó thì chúng sẽ hấp thụ các tia sáng đó và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử

Như vậy, phổ hấp thụ nguyên tử chỉ được sinh ra khi nguyên tử tồn tại ở trạng thái khí tự do và ở mức năng lượng cơ bản.Vì thế muốn thực hiện được phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố cần thực hiện một số quá trình sau:

Chọn các điều kiện và loại trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự

do

Chiếu chùm tia sáng bức xạ đặc trưng của các nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử vừa điều chế được ở trên Các nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong đám hơi đó sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó Ở đây phần cường độ của chùm tia sáng đã bị một loại nguyên tử hấp thụ là phụ thuộc vào nồng độ của nó ở môi trường hấp thụ Nguồn cung cấp chùm tia sáng phát xạ của nguyên tố cần nghiên cứu gọi là nguồn phát xạ đơn sắc hay bức xạ cộng hưởng

Nhờ một hệ thống máy quang phổ người ta thu toàn bộ chùm sáng sau khi

đi qua môi trường hấp thụ, phân li chúng thành phổ và chọn một vạch phổ cần

đo của nguyên tố phân tích hướng vào khe đo để đo cường độ của nó Trong một giới hạn nhất định của nồng độ, giá trị cường độ này phụ thuộc tuyến tính vào

nồng độ của nguyên tố cần phân tích theo phương trình:

A= k.C.l Trong đó: A: cường độ vạch phổ hấp thụ

k: hằng số thực nghiệm l: bề dày lớp hấp thụ C: nồng độ nguyên tố cần xác định

1.5.3 Ưu nhược điểm của phép đo AAS [17]

Cũng như các phương pháp phân tích khác, phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử cũng có những ưu điểm và nhược điểm nhất định:

y học, sinh học, nông nghiệp, kiểm tra các hóa chất có độ tinh khiết cao

- Đồng thời do có độ nhạy cao nên nhiều trường hợp không phải làm giàu nguyên tố cần xác định trước khi phân tích Do đó tốn ít mẫu, tốn ít thời gian, không cần phải dùng nhiều hóa chất tinh khiết cao khi làm giàu mẫu Mặt khác cũng tránh được sự nhiễm bẩn mẫu khi xử lý qua các giai đoạn phức tạp Đó cũng là một ưu điểm lớn của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử

- Ưu điểm thứ ba của phương pháp này là các động tác thực hiện nhẹ nhàng Các kết quả phân tích lại có thể ghi lại trên giấy hay bản đồ để lưu giữ lại sau này Cùng với trang thiết bị hiện nay người ta có thể xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong mẫu Các kết quả phân tích lại rất ổn định, sai số rất nhỏ

- Trong nhiều trường hợp sai số không quá 15% với vùng nồng độ cỡ 1-2 mg/l Hơn nữa, bằng sự ghép nối với máy tính cá nhân và các phần mềm thích hợp, kết quả phân tích sẽ nhanh và dễ dàng hơn, lưu lại đường chuẩn cho các lần sau

Nhược điểm:

- Bên cạnh những ưu điểm, phép đo phổ hấp thụ nguyên tử cũng có những

hạn chế nhất định Điều hạn chế trước hết là muốn thực hiện phép đo này cần phải có một hệ thống máy AAS tương đối đắt tiền, do đó nhiều cơ sở nhỏ không

đủ điều kiện để xây dựng phòng thí nghiệm và mua sắm trang thiết bị

- Mặt khác, cũng chính do phép đo có độ nhạy cao, cho nên sự nhiễm bẩn

có ảnh hưởng rất lớn đển kết quả phân tích hàm lượng vết Vì thế môi trường không khí trong phòng thí nghiệm phải không có bụi Các dụng cụ phải sạch, hóa chất dùng trong phép đo phải có độ tinh khiết cao Mặt khác, trang thiết bị máy móc khá phức tạp nên cần phải có kĩ sư có trình độ cao để vận hành máy và bảo dưỡng

- Nhược điểm chính của phương pháp phân tích này là chỉ cho ta biết thành phần nguyên tố của chất ở trong mẫu phân tích mà không chỉ ra trạng thái liên kết của nguyên tố ở trong mẫu

1.5.4 Trang thiết bị của phép đo AAS:

Hệ thống máy đo phổ hấp thụ nguyên tử phải bao gồm các phần cơ bản sau đây:

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 canh rỗng (HCL), các đèn phóng điện không điện cực (EDL), hay nguồn phát bức xạ liên tục đã được biến điệu

- Đèn catot rỗng (Hollow Cathode Lamp – HCL)

- Đèn phóng điện không điện cực (Electrodeless Discharge Lamp – EDL)

- Đèn phát phổ liên tục đã biến điệu (Deuterium Hollow Cathode Lamp – D2)

2 Hệ thống nguyên tử hoá mẫu phân tích

Để nguyên tử hóa mẫu, trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử người ta thường dùng hai kĩ thuật khác nhau:

- Kỹ thuật nguyên tử hoá bằng ngọn lửa (F – AAS): Theo kỹ thuật này người ta dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu phân tích Vì thế mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hoá mẫu phụ

thuộc vào các đặc trưng và tính chất của ngọn lửa đèn khí, nhưng chủ yếu là nhiệt độ của ngọn lửa Đó là yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hoá mẫu phân tích, và mọi yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ của ngọn lửa đèn khí đều ảnh hưởng đến kết quả của phép phân tích Giới hạn phát hiện của kĩ thuật này khoảng 0,1 ppm Trong kĩ thuật này hệ thống bao gồm:

+ Bộ phận dẫn mẫu vào buồng aerosol hoá và thực hiện quá trình aerosol hoá 0mẫu (tạo thể sol khí)

+ Đèn để nguyên tử hoá mẫu (Burner head) để đốt cháy hỗn hợp khí có chứa mẫu ở thể huyền phù sol khí

- Kỹ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa (Electro Thermal – AAS) là kỹ thuật dùng năng lượng nhiệt của dòng điện rất cao (300 – 500A) đốt nóng tức khắc cuvet Graphite (hay thuyền Tatan đặt trong cuvet Graphite) chứa mẫu phân tích để thực hiện nguyên tử hoá mẫu cho phép đo AAS Quá trình nguyên tử hoá xảy ra theo 3 giai đoạn kế tiếp nhau đó là sấy khô, tro hoá luyện mẫu, nguyên tử hoá để đo phổ hấp thụ và cuối cùng là làm sạch cuvet Trong đó hai giai đoạn đầu là chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tử hoá mẫu để đạt kết quả tốt thì nhiệt độ trong cuvet Graphite là yếu tố chính quyết định cho mọi sự diễn biến của quá trình nguyên tử hoá mẫu

3 Hệ thống máy quang phổ hấp thụ là bộ đơn sắc có nhiệm vụ thu, phân

li và chọn tia sáng (vạch phổ cần đo) hướng vào nhân quang điện để phát tín hiệu hấp thụ AAS của vạch phổ

4 Hệ thống chỉ thị tín hiệu hấp thụ của vạch phổ (tức là cường độ của vạch

phổ hấp thụ hay nồng độ nguyên tố phân tích) Hệ thống có thể là các trang bị:

+ Đơn giản nhất là một điện kế chỉ năng lượng hấp thụ (E) của vạch phổ, + Một máy tự ghi lực của vạch phổ,

+ Hoặc bộ hiện số,

+ Hay bộ máy tính và máy in

1.5.5 Đối tượng và phạm vi ứng dụng của phương pháp AAS [17], [25]

Đối tượng chính của phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử là xác định lượng vết các kim loại trong các mẫu khác nhau: Trong mẫu quặng, đất, đá,