Phân tích và đánh giá hàm lượng một số kim loại nặng trong thực phẩm truyền thống ở tỉnh quảng trị

Kim loại chì gây hủy hoại thận, giảm chức năng của hệ thống sinh sản, có thể dẫn đến sẩy thai và vô sinh, nếu hít phải lượng lớn cadimi sẽ gây ra bệnh ung thư phổi, ung thư tuyến tiền li

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH LUYỆN

Huế, Năm 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa được công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Trần Thị Hồng Vân

Lời Cảm Ơn

Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cám ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đình Luyện, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Huế đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn này Cảm ơn quý thầy cô giáo khoa Hóa học, phòng Đào tạo Sau Đại học, Trường Đại học Sư phạm và các thầy trường Đại học Khoa học đã giảng dạy và giúp đỡ tôi trong thời gian học cao học

Cảm ơn ban lãnh đạo và cán bộ Trung tâm Kiểm nghiệm Thuốc, Mỹ phẩm, Thực phẩm Thừa Thiên Huế đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian làm việc tại trung tâm để thực hiện đề tài này

Xin cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn

Huế, tháng 09 năm 2016 Tác giả luận văn Trần Thị Hồng Vân

MỤC LỤC

Trang phụ bìa i

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

Mục lục 1

Danh mục các kí hiệu và các chữ viết tắt 3

Danh mục các bảng 4

Danh mục các hình 5

MỞ ĐẦU 6

NỘI DUNG 8

Chương 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 8

1.1 Sơ lược về vệ sinh an toàn thực phẩm và một số kim loại nặng 8

1.1.1 Thực trạng và vai trò của vệ sinh an toàn thực phẩm 8

1.1.2 Giới thiệu đồng, tác dụng sinh hóa và độc tính 11

1.1.3 Giới thiệu chì, tác dụng sinh hóa và độc tính 12

1.1.4 Giới thiệu cadimi, tác dụng sinh hóa và độc tính 14

1.1.5 Giới thiệu kẽm, tác dụng sinh hóa và độc tính 16

1.1.6 Một số phương pháp phân tích lượng vết Cu, Pb, Cd, Zn 18

1.2 Giới thiệu phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 19

1.2.1 Nguyên tắc của phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 20

1.2.2 Trang bị của phép đo 21

1.2.3 Các kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu 22

1.2.4 Một số yếu tố ảnh hưởng và biện pháp khắc phục trong phép đo AAS 24

1.2.5 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của phép đo AAS 27

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

2.1 Nội dung nghiên cứu 28

2.2 Phương pháp nghiên cứu 28

2.2.1 Lấy mẫu và xử lý mẫu 28

2.2.2 Phương pháp định lượng 29

2.2.3 Đánh giá độ tin cậy của phương pháp 30

2.2.4 Xử lí số liệu thực nghiệm 33

2.3 Thiết bị, dụng cụ, hóa chất 35

2.3.1 Thiết bị và dụng cụ 35

2.3.2 Hóa chất 36

2.4 Tiến hành phân tích mẫu thực tế 37

2.4.1 Các thông số máy và chương trình nhiệt độ tối ưu để xác định hàm lượng Cu, Pb, Cd, Zn bằng phương pháp AAS 37

2.4.2 Cách tiến hành đo độ hấp thụ của Cu, Pb, Cd, Zn 37

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39

3.1 Đánh giá độ tin cậy của phương pháp AAS xác định hàm lượng Cu, Pb, Cd, Zn 39

3.1.1 Xây dựng đường chuẩn 39

3.1.2 Khảo sát giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phương pháp 41

3.1.3 Độ lặp lại của phương pháp AAS 41

3.1.4 Độ đúng của phương pháp AAS 44

3.2 Xác định hàm lượng Cu, Pb, Cd, Zn trong mẫu thực tế 45

3.3 Đánh giá, so sánh hàm lượng Cu, Pb, Cd, Zn trong các mẫu thực phẩm truyền thống 48

3.3.1 Đánh giá hàm lượng Cu, Pb, Cd, Zn trong các mẫu thực phẩm theo vị trí lấy mẫu 48

3.3.2 Đánh giá hàm lượng trung bình của Cu, Pb, Cd, Zn giữa các loại thực phẩm 60

3.3.3 So sánh hàm lượng Cu, Pb, Cd, Zn trong thực phẩm truyền thống với tiêu chuẩn cho phép về vệ sinh an toàn thực phẩm 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

6 Độ lệch chuẩn tương đối Relative Standard Devistion RSD

11 Hiệp hội các nhà hóa phân tích

chính thống

Association of Official Analytical Chemits AOAC

16 Quang phổ hấp thụ nguyên tử Atomic Absorption

DANH MỤC CÁC BẢNG

2.1 Sự biến động hàm lượng kim loại theo các yếu tố khảo sát 33

2.3 Các thông số tối ưu của máy đo xác định Cu, Pb, Cd, Zn 37 2.4 Chương trình nhiệt độ của lò graphit để xác định Cu, Pb, Cd và lưu

lượng dòng khí O2 – C2H2 của ngọn lửa để xác định Zn 37 3.1 Các giá trị a, b, Sy, LOD và LOQ tính từ phương trình đường chuẩn 41 3.2 Kết quả đánh giá độ lặp lại của phép đo Cu trong các mẫu thực

3.11 Kết quả phân tích ANOVA 1 chiều của sự biến động hàm lượng Cu

trong các mẫu thực phẩm theo vị trí lấy mẫu 49 3.12 Độ lệch nhỏ nhất và độ lệch giữa các giá trị trung bình của hàm

lượng Cu trong thực phẩm theo vị trí lấy mẫu 50 3.13 Kết quả phân tích ANOVA 1 chiều của sự biến động hàm lượng Pb

trong các mẫu thực phẩm theo vị trí lấy mẫu 52 3.14 Độ lệch nhỏ nhất và độ lệch giữa các giá trị trung bình của hàm

lượng Pb trong thực phẩm theo vị trí lấy mẫu 53 3.15 Kết quả phân tích ANOVA 1 chiều của sự biến động hàm lượng Cd

trong các mẫu thực phẩm theo vị trí lấy mẫu 55 3.16 Độ lệch nhỏ nhất và độ lệch giữa các giá trị trung bình của hàm

lượng Cd trong thực phẩm theo vị trí lấy mẫu 56 3.17 Kết quả phân tích ANOVA 1 chiều của sự biến động hàm lượng Zn

trong các mẫu thực phẩm theo vị trí lấy mẫu 58 3.18 Độ lệch nhỏ nhất và độ lệch giữa các giá trị trung bình của hàm

lượng Zn trong thực phẩm theo vị trí lấy mẫu 59 3.19 Các đại lượng thống kê thu được khi đánh giá hàm lượng trung bình

của Cu, Pb, Cd, Zn giữa các loại thực phẩm chế biến từ bột gạo 61

3.20 Các đại lượng thống kê thu được khi đánh giá hàm lượng trung bình

của Cu, Pb, Cd, Zn giữa các loại thực phẩm chế biến từ thịt lợn 63 3.21 Các đại lượng thống kê thu được khi đánh giá hàm lượng trung bình

của Cu, Pb, Cd, Zn giữa các loại thực phẩm chế biến từ hải sản 66 3.22 Kết quả phân tích ANOVA 1 chiều của sự biến động hàm lượng Cu

3.23 Độ lệch nhỏ nhất và độ lệch giữa các giá trị trung bình của hàm

lượng Cu trong thực phẩm theo nguồn gốc khác nhau 69 3.24 Kết quả phân tích ANOVA 1 chiều của sự biến động hàm lượng Pb

3.25 Độ lệch nhỏ nhất và độ lệch giữa các giá trị trung bình của hàm

lượng Pb trong thực phẩm theo nguồn gốc khác nhau 70 3.26 Kết quả phân tích ANOVA 1 chiều của sự biến động hàm lượng Cd

3.27 Độ lệch nhỏ nhất và độ lệch giữa các giá trị trung bình của hàm

lượng Cd trong thực phẩm theo nguồn gốc khác nhau 71 3.28 Kết quả phân tích ANOVA 1 chiều của sự biến động hàm lượng Zn

3.29 Độ lệch nhỏ nhất và độ lệch giữa các giá trị trung bình của hàm

lượng Zn trong thực phẩm theo nguồn gốc khác nhau 72 3.30 Kết quả so sánh hàm lượng các kim loại Cu, Pb, Cd, Zn trong các

DANH MỤC CÁC HÌNH

1.1 Sơ đồ cấu tạo máy đo phổ hấp thụ nguyên tử 22

3.5 Biểu đồ biểu diễn sự biến động hàm lượng Cu, Pb, Cd, Zn trong

3.6 Biểu đồ biểu diễn sự biến động hàm lượng Cu, Pb, Cd, Zn trong

3.7 Biểu đồ biểu diễn sự biến động hàm lượng Cu, Pb, Cd, Zn trong

3.8 Biểu đồ biểu diễn sự biến động hàm lượng Cu, Pb, Cd, Zn trong

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Thực phẩm truyền thống là loại thực phẩm được sản xuất thủ công, mang bản sắc riêng của từng đất nước, từng dân tộc, từng vùng miền và được truyền từ đời này sang đời khác Hiện nay, thực phẩm truyền thống đã không còn được sản xuất hoàn toàn bằng phương pháp thủ công mà đã người sản xuất đã ứng dụng nhiều công nghệ mới đảm bảo cả về số lượng và nâng cao chất lượng sản phẩm

Sự phát triển nhanh chóng của nền công nghiệp hóa làm môi trường sống của chúng ta đang bị ô nhiễm trầm trọng Các nguồn thải kim loại nặng từ các khu công nghiệp đi vào không khí, nước, đất và vào thực phẩm rồi xâm nhập vào cơ thể con người qua đường hô hấp, ăn uống làm cho con người bị nhiễm độc Vấn đề ngộ độc thực phẩm do nhiễm kim loại nặng ngày càng được quan tâm hơn bởi tác hại khôn lường của nó tới sức khỏe con người Hiện nay có nhiều kim loại nặng nhiễm vào thực phẩm như Hg, As, Pb, Cd, Cu, Ni, Zn … Kim loại nặng nhiễm vào thực phẩm với lượng lớn thường gây ngộ độc cấp tính và tỉ lệ tử vong rất cao Nhất là đối với trẻ em - đối tượng nhạy cảm nhất và dễ bị các bệnh về não do nhiễm độc chì, thể hiện rõ nhất là chậm phát triển về trí tuệ Kim loại chì gây hủy hoại thận, giảm chức năng của hệ thống sinh sản, có thể dẫn đến sẩy thai và vô sinh, nếu hít phải lượng lớn cadimi sẽ gây ra bệnh ung thư phổi, ung thư tuyến tiền liệt… Vì vậy, việc nghiên cứu và xác định chính xác hàm lượng của chúng trong các mẫu thực phẩm là vấn đề cấp thiết và có tình thời sự hiện nay [1], [7], [20], [31], …vv…

Cho đến nay, có rất nhiều phương pháp xác định hàm lượng các ion kim loại nặng như phương pháp trắc quang, phương pháp phân tích điện hóa và một số phương pháp phân tích lí hóa khác Trong các phương pháp xác định trên thì phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử đã được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực để phân tích lượng vết các kim loại Với phương pháp này có thể định lượng được hầu hết các kim loại đến giới hạn nồng độ cỡ ppm, ppb…Ở nhiều nước trên thế giới, nhất là các nước phát triển, phương pháp phân tích này đã trở thành một phương pháp siêu chuẩn để định lượng nhiều kim loại [17]

Quảng Trị làm một tỉnh nằm ở phía Bắc miền Trung của đất nước Việt Nam, nổi tiếng với nhiều sản phẩm truyền thống như: rượu Kim Long, bánh lá gai, bánh bột lọc, cháo vạt giường, bún, bánh ướt, bắp hầm, bánh khoái, bánh tu huýt, mắm đam Trà Trì, nem, chả, mắm, ruốc … được chế biến từ gạo, bột mì, bột sắn, từ thịt, hải sản [13] …

Các cơ sở chế biến thực phẩm ở đây hầu hết sản xuất sản phẩm truyền thống theo quy mô nhỏ lẻ hay theo hộ gia đình nên công tác quản lí vệ sinh an toàn thực phẩm không kiểm soát được Vì vậy, việc tìm hiểu hàm lượng của một số kim loại nặng trong các mẫu thực phẩm là một vấn đề cần được quan tâm hiện nay để góp phần đảm bảo sức khỏe cho người dân

Xuất phát từ những vấn đề trên, tôi đã chọn đề tài nghiên cứu:

“Phân tích và đánh giá hàm lượng một số kim loại nặng trong thực phẩm truyền thống ở tỉnh Quảng Trị” bằng phương pháp quang phổ hấp thụ

nguyên tử với mong muốn góp một phần nào đó trong việc bảo vệ sức khỏe cho người tiêu dùng

Đề tài được thực hiện với hai mục tiêu chính:

Xác định hàm lượng kim loại nặng Cu, Pb, Cd, Zn trong các mẫu thực phẩm truyền thống ở Quảng Trị bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

Đánh giá mức độ ô nhiễm Cu, Pb, Cd, Zn trong các mẫu thực phẩm, so sánh với các quy định chuẩn hiện hành

2 Bố cục luận văn

Luận văn gồm 77 trang, 8 hình vẽ, 30 bảng số liệu và 33 tài liệu tham khảo Kết cấu luận văn gồm: mở đầu 2 trang, tổng quan 21 trang, phương pháp nghiên cứu và kĩ thuật thực nghiệm 12 trang, kết quả và thảo luận 36 trang, kết luận 1 trang, tài liệu tham khảo 3 trang

Chương 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

1.1 SƠ LƯỢC VỀ VỆ SINH AN TOÀN THỰC PHẨM VÀ MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG

1.1.1 Thực trạng và vai trò của vệ sinh an toàn thực phẩm [3], [6], [7]

1.1.1.1 Thực trạng vệ sinh an toàn thực phẩm hiện nay

An toàn thực phẩm (ATTP) là vấn đề có tầm quan trọng đặc biệt, thực phẩm

an toàn đóng góp vai trò lớn trong việc cải thiện sức khỏe con người, chất lượng

cuộc sống và chất lượng giống nòi An toàn thực phẩm không chỉ ảnh hưởng trực

tiếp, thường xuyên đến sức khỏe mà còn liên quan chặt chẽ đến năng suất, hiệu quả phát triển kinh tế, thương mại, du lịch và an sinh xã hội Đảm bảo an toàn thực phẩm góp phần quan trọng thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội, xóa đói giảm nghèo

và hội nhập quốc tế

Ngộ độc thực phẩm (NĐTP) và các bệnh do thực phẩm gây ra không chỉ gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe và cuộc sống của mỗi người, mà còn gây thiệt hại lớn về kinh tế, là gánh nặng chi phí chăm sóc sức khỏe Vệ sinh an toàn thực phẩm trên thế giới nói chung và của nước ta nói riêng đang tạo nhiều lo lắng cho người dân Thực chất nhiều sự kiện như việc tiếp tục sử dụng những hóa chất cấm dùng trong nuôi trồng, chế biến nông thủy sản, thực phẩm; việc sản xuất một số sản phẩm kém chất lượng hoặc do quy trình chế biến hoặc do nhiễm độc từ môi trường, … đang gây ảnh hưởng xấu đến xuất khẩu và tiêu dùng Các vụ ngộ độc thực phẩm tại một số bếp ăn tập thể, nhiều thông tin liên tục về tình hình an toàn vệ sinh thực phẩm ở một vài nước trên thế giới, cộng thêm dịch cúm gia cầm tái phát, bệnh heo tai xanh ở một số địa phương trong nước càng làm bùng lên sự lo âu của mọi người chúng ta

 Thực trạng an toàn thực phẩm trên thế giới

Theo báo cáo gần đây của Tổ chức Y tế Thế Giới (WHO), hơn 1/3 dân số các nước phát triển bị ảnh hưởng của bệnh do thực phẩm gây ra mỗi năm Đối với các nước đang phát triển, tình trạng ngộ độc thực phẩm lại càng trầm trọng hơn nhiều,

hằng năm gây tử vong hơn 2,2 triệu người, trong đó hầu hết là trẻ em Cuộc khủng hoảng gần đây (2006) ở Châu Âu là 1.500 trang trại sử dụng cỏ khô bị nhiễm Dioxin gây nên tình trạng tồn dư chất độc này trong sản phẩm thịt gia súc được lưu hành ở nhiều lục địa Việc lan tỏa thịt và bột xương từ những con bò điên (BSE) trên khắp thế giới làm nổi lên nỗi lo ngại của nhiều quốc gia Cũng theo báo cáo của WHO (2006) dịch cúm gia cầm H5N1 đã xuất hiện ở 44 nước Châu Âu, Châu Á, Châu Phi

và Trung Đông gây tổn thất nghiêm trọng về kinh tế Ở Pháp, 40 nước đã từ chối không nhập khẩu sản phẩm thịt gà từ Pháp gây thiệt hại 48 triệu USD/tháng Tại Đức, thiệt hại vì cúm gia cầm đã lên tới 140 triệu Euro Tại Ý đã phải chi 100 triệu Euro cho phòng chống cúm gia cầm Tại Mỹ phải chi 3,8 tỷ USD để chống bệnh này

 Thực trạng an toàn thực phẩm ở Việt Nam

Ở nước ta, công tác bảo đảm an toàn thực phẩm còn gặp nhiều khó khăn, thách thức Tình trạng ngộ độc thực phẩm có xu hướng tăng và ảnh hưởng không nhỏ tới sức khỏe cộng đồng Sản xuất, kinh doanh thực phẩm ở nước ta cơ bản vẫn nhỏ lẻ, quy mô hộ gia đình nên việc kiểm soát an toàn vệ sinh rất khó khăn Mặc dù

ở Việt Nam đã có những tiến bộ rõ rệt trong đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm trong thời gian qua song công tác quản lý an toàn thực phẩm còn nhiều yếu kém, bất cập, hạn chế nguồn lực, và đầu tư kinh phí, chưa đáp ứng được yêu cầu thực tiễn

Theo thống kê của Bộ Y tế, từ năm 2004 – 2009 đã có 1.058 vụ NĐTP, trung bình 176,3 vụ/năm, số người bị NĐTP là 5.302 người/năm, số người chết là 298 người (49,7 người/năm), tính trung bình tỷ lệ người bị NĐTP cấp tính là 7,1 người/100 ngàn dân/năm Năm 2009 có 152 vụ ngộ độc thực phẩm với 5.212 người mắc và 31 người tử vong So sánh với năm 2008, số vụ ngộ độc/năm 2009 giảm 53

vụ (25,9%); số người mắc giảm 2.616 người (33,4%); số người đi viện giảm 1.888 người (31,3%); số người bị tử vong giảm 26 trường hợp (42,6%) Về nguyên nhân NĐTP, 29,6% số vụ do thực phẩm bị ô nhiễm vi sinh vật, 5,2% số vụ do hóa chất, 24,7% do thực phẩm có sẵn độc tố tự nhiên, 40,5% số vụ không xác định được nguyên nhân Riêng trong năm 2010 (tính đến 20/12/2010), cả nước đã xảy ra 175

vụ ngộ độc (trong đó có 34 vụ ngộ độc trên 30 người) làm 5.664 người mắc và 42 trường hợp tử vong So sánh với số liệu trung bình/năm của giai đoạn 2006 – 2009,

số vụ NĐTP giảm 9,1%, số mắc giảm 17,6% và số người tử vong giảm 19,2%

Trong xu hướng toàn cầu hóa, việc sản xuất, chế biến, phân phối thực phẩm ngày càng mở rộng, đem lại nhiều lợi ích lẫn nhiều mối nguy cho người tiêu dùng

Ở nước ta tình trạng nhập khẩu thực phẩm, phụ gia thực phẩm không có giấy xác nhận chất lượng nhập khẩu của cơ quan kiểm tra nhà nước, nhập lậu động vật, sản phẩm động vật, hoa quả tươi không qua kiểm dịch vẫn còn xảy ra Vấn đề hàng giả, hàng nhái, hàng không đạt tiêu chuẩn chất lượng đang là vấn đề phổ biến

Đa số các cơ sở chế biến thực phẩm ở nước ta có quy mô vừa và nhỏ với đặc điểm thiếu vốn đầu tư, mặt hàng sản xuất hẹp, chế biến thủ công, thiết bị cũ và lạc hậu nên việc tuân thủ các quy trình kỹ thuật chế biến thực phẩm, kiểm soát nguồn nguyên liệu đầu vào theo quy định còn nhiều hạn chế và chưa đảm bảo chất lượng

vệ sinh an toàn thực phẩm Vì vậy, kiến thức, thái độ và hành vi của người kinh doanh, chế biến thực phẩm là yếu tố rất quan trọng để đảm bảo việc thực hiện an toàn vệ sinh thực phẩm hiện nay

1.1.1.2 Vai trò của vệ sinh an toàn thực phẩm đối với sức khỏe và kinh tế xã hội

An toàn thực phẩm ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người và liên quan chặt chẽ tình hình phát triển kinh tế, an sinh xã hội, là gánh nặng lớn cho chi phí chăm sóc sức khỏe cộng đồng và phát triển bền vững trên phạm vi toàn cầu Thực phẩm đảm bảo chất lượng, an toàn vệ sinh không những làm giảm tỷ lệ bệnh tật, tăng khả năng lao động mà còn góp phần phát triển kinh tế, văn hóa, xã hội và thể hiện nếp sống văn minh của một dân tộc Thực phẩm có vai trò quan trọng trong nhiều ngành kinh tế Chất lượng an toàn thực phẩm là chìa khóa tiếp thị của sản phẩm Tăng cường chất lượng an toàn thực phẩm đã mang lại uy tín cùng với lợi nhuận lớn cho ngành sản xuất nông nghiệp, công nghiệp chế biến thực phẩm cũng như dịch vụ du lịch và thương mại

Xu hướng ngộ độc thực phẩm, bệnh truyền qua thực phẩm xảy ra ở quy mô rộng nhiều quốc gia càng trở nên phổ biến, việc phòng ngừa và xử lý vấn đề này càng ngày càng khó khăn với mỗi quốc gia, trở thành một thách thức lớn của toàn nhân loại Chiến lược hành động quốc gia về dinh dưỡng 2001 - 2010 và kế hoạch hành động quốc gia về an toàn thực phẩm đã được các cấp ngành phát triển và đã đạt được nhiều kết quả nhưng tình hình ngộ độc thực phẩm và vi phạm các quy định

về an toàn vệ sinh thực phẩm vẫn xảy ra ở nhiều nơi Điều đó đòi hỏi các cơ quan

quản lý và toàn thể cộng đồng phải nổ lực quyết tâm hơn nữa để triển khai thực hiện các mục tiêu chiến lược quốc gia trong giai đoạn tới Công tác an toàn vệ sinh thực phẩm phải được xã hội hóa

1.1.2 Giới thiệu đồng, tác dụng sinh hóa và độc tính [1], [9], [10], [14], [15], [19], [20], [22], [23]

1.1.2.1 Giới thiệu về đồng

Cu thuộc chu kì IV, nhóm IB (Cu, Ag, Au) trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học Kim loại Cu mềm, có màu đỏ, dẫn nhiệt tốt và tương đối phổ biến Đồng là kim loại màu quan trọng nhất đối với công nghiệp và kỹ thuật

Về mặt hóa học, Cu là kim loại kém hoạt động Trong không khí, ở nhiệt độ thường, đồng bị bao phủ bởi một lớp màng màu đỏ gồm đồng kim loại và đồng (I) oxit Nếu trong không khí có CO2 thì đồng bị phủ một lớp CuCO3 có màu xanh Khi đun nóng ngoài không khí ở 1300C, đồng tạo nên ở trên bề mặt một màng

Cu2O, ở 2000C tạp nên lớp hỗn hợp gồm oxit Cu2O và CuO Cu dễ dàng phản ứng với các halogen (Cl2, Br2) tạo thành CuX2 ở nhiệt độ thường

Đồng không tan trong các axit thông thường mà tan trong các axit có tính oxi hóa như H2SO4 đặc, HNO3 Trạng thái oxi hóa +1 ít đặc trưng đối với đồng Cu (I) oxit tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật cuprit Hợp chất Cu2O là bột màu

đỏ, rất ít tan trong nước nhưng tan được trong kiềm đặc:

Cu2O + 2NaOH + H2O  2Na[Cu(OH)2] (natri hidroxocuprit)

Cu2O hòa tan hoàn toàn trong HCl đặc với sự tao thành phức [CuCl2]

-Cu2O + 4HCl  2H[CuCl2] + H2O

Cu2O hòa tan trong NH3 đặc tạo phức amoniacat

Cu2O + 4NH3 + H2O  2[Cu(NH3)2]OH Trạng thái oxi hóa +2 là rất đặc trưng đối với đồng Các hợp chất Cu (II) nói chung đều bền hơn các dẫn xuất cùng kiểu Cu (I)

CuO không tan trong nước nhưng tan tốt trong dung dịch axit, tạo thành muối đồng (II) và tan trong dung dịch NH3, tạo thành phức amoniacat

CuO + 2H+ Cu2+ + H2O CuO + 4NH3 + H2O  [Cu(NH3)4](OH)2

Khi đun nóng với dung dịch SnCl2, FeCl2, CuO bị khử thành muối Cu (I):

2CuO + SnCl2  2CuCl + SnO23CuO + 2FeCl2 2CuCl + CuCl2 + Fe2O3

Đa số muối Cu (II) đều dễ tan trong nước, dễ bị thủy phân, kết tinh từ dung dịch thường ở dạng hidrat Dung dịch loãng của các muối tan có màu lam (màu của ion [Cu(H2O)6]2+), trong khi ở trạng thái rắn, các muối có màu khác

1.1.2.2 Tác dụng sinh hóa và độc tính của đồng

Đồng có vai trò quan trọng đối với nhiều loại thực vật và động vật Trong cơ thể người, đồng có trong thành phần của một số protein, enzim và tập trung chủ yếu

ở gan Hợp chất của Cu là cần thiết đối với quá trình tổng hợp hemoglobin và photpholipit Nó tham gia vào các hoạt động sản xuất hồng cầu, sinh tổng hợp elastin và myelin, tổng hợp hocmon và các sắc tố

Sự thiếu Cu gây nên bệnh thiếu máu Với cá, khi hàm lượng đồng là 0,002 mg/l đã có 50% cá thí nghiệm bị chết Với khuẩn lam khi hàm lượng đồng là 0,01 mg/l làm chúng chết Với thực vật khi hàm lượng đồng là 0,1 mg/l đã gây độc, khi hàm lượng đồng là 0,17 – 0,20 mg/l gây độc cho củ cải đường, cà chua, đại mạch Khi hàm lượng đồng trong cơ thể người là 10g/kg thể trọng gây tử vong, liều lượng 60 –

100 mg/kg gây nôn mửa Thiếu Cu ở những người phụ nữ mang thai có thể dẫn đến

đẻ non và những trẻ sơ sinh này rất dễ bị tổn thương

Tuy nhiên, thừa Cu cũng mang đến những hậu quả nghiêm trọng, ở nồng độ cao nó gây rối loạn dạ dày, bệnh gan, thận Đồng kích thích cho sự oxi hoá của dầu

mỡ, một lượng vết đồng cũng đủ làm thúc đẩy sự phá huỷ của các vitamin, làm mất giá trị dinh dưỡng của thức ăn Việc thừa đồng cũng gây ra những biểu hiện ngộ độc

mà chúng có thể dẫn tới tình trạng cây chết Lý do của việc này là do dùng thuốc diệt nấm, thuốc trừ sâu, đã khiến cho chất liệu đồng bị cặn lại trong đất từ năm này qua năm khác, ngay cả bón phân Sulfat Cu cũng gây tác hại tương tự

1.1.3 Giới thiệu chì, tác dụng sinh hóa và độc tính [1], [4], [7], [14], [15], [16], [18], [20], [22], [23]

1.1.3.1 Giới thiệu về chì

Chì (Pb) là nguyên tố hóa học thuộc chu kỳ 6, nhóm IVA trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học Pb là kim loại có màu xanh thẫm, mềm, dễ

dát mỏng, dễ kéo sợi, dễ cắt và dễ định hình, là một kim loại nặng và độc hại

Chì có mặt trong vỏ Trái Đất, trong trầm tích, trong nước tự nhiên, trong không khí và trong sinh vật Trong tự nhiên, Pb tồn tại chủ yếu dưới dạng các hợp chất như sunfua (PbS), sunfat (PbSO4), cacbonat (PbCO3), hidroxit (Pb(OH)2), Các muối của Pb thường ít tan nên hàm lượng chì trong nước ngầm tương đối thấp Khoảng 95% tổng lượng Pb thải vào khí quyển là do hoạt động nhân tạo

Ở điều kiện thường, Pb bị oxi hóa bởi không khí tạo thành lớp oxit màu xám xanh bọc trên bề mặt bảo vệ cho Pb không tiếp tục bị oxi hóa nữa

Chì có khả năng tương tác với các nguyên tố halogen và nhiều nguyên tố không kim loại khác Pb chỉ tương tác trên bề mặt với dung dịch axit HCl loãng và axit H2SO4 dưới 80% vì bị bao phủ bởi một lớp muối khó tan đó là PbCl2 và PbSO4nhưng với dung dịch đậm đặc hơn của các axit đó, Pb có thể tan vì lớp muối bảo vệ

đã chuyển thành hợp chất theo phản ứng :

PbCl2 + 2HCl  H2PbCl4PbSO4 + H2SO4  Pb(HSO4)2 Với axit HNO3 ở bất kỳ nồng độ nào, Pb cũng phản ứng với vai trò một kim loại và tạo thành Pb(NO3)2 Trong HCl đậm đặc, Pb phản ứng cho H2PbCl4 và

H2PbCl3 Pb có thể tương tác với dung dịch kiềm khi đun nóng và giải phóng H2:

Pb + 2KOH + 2H2O  K2[Pb(OH)4] + H2Trong các hợp chất Pb thường có số oxi hóa là +2, +4, trong đó hợp chất có

số oxi hóa +2 là phổ biến và bền hơn Oxit PbO ít tan trong nước nhưng dễ tan trong axit và trong kiềm mạnh PbO2 kém hoạt động về mặt hóa học, không tan trong nước PbO2 có tính lưỡng tính nhưng tan trong kiềm dễ dàng hơn trong axit

Khi tương tác với axit H2SO4 đậm đặc, PbO2 giải phóng khí oxi, với HCl giải phóng Cl2 Pb(OH)2 là chất kết tủa màu trắng ít tan trong nước Khi đun nóng, nó bị mất nước tạo thành oxit PbO Pb(OH)2 cũng có tính chất lưỡng tính, nó có khả năng tác dụng với cả axit và kiềm

1.1.3.2 Tác dụng sinh hóa và độc tính của chì

Pb là nguyên tố không thiết yếu đối với cơ thể sống Nó có thể xâm nhập vào cơ thể con người chủ yếu là từ thức ăn Ở nồng độ rất thấp, chúng có thể cần thiết cho sinh vật nên được xem là nguyên tố vi lượng, nhưng ở nồng độ cao, Pb

ảnh hưởng có hại đối với cơ thể con người và động thực vật Do có khả năng tạo phức với hợp chất hữu cơ trong cơ thể sinh vật, nên trong môi trường, Pb dễ dàng thâm nhập vào cơ thể sinh vật và tích lũy dần qua chuỗi thức ăn

Khi đi vào cơ thể, Pb phá hủy myelin của dây thần kinh ngoại biên, làm giảm sự dẫn truyền dây thần kinh vận động, ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương, Pb còn làm gián đoạn quá trình chuyển hóa axit amino-levalinic, vì vậy dẫn đến thiếu máu ở người lớn và viêm não ở trẻ em Bên cạnh đó, Pb còn ức chế một

số enzym quan trọng trong quá trình tổng hợp máu do sự tích lũy các hợp chất trung gian của quá trình trao đổi chất, dẫn đến làm phá vỡ hồng cầu Ngoài ra, Pb còn cản trở việc sử dụng oxy để oxy hóa glucoza sản xuất năng lượng cho quá trình sống Hàm lượng Pb trong máu nằm trong khoảng 0,5 - 0,8 ppm sẽ gây ra sự rối loạn chức năng của thận và ảnh hưởng đến não

Tùy theo mức độ nhiễm độc ở người trưởng thành có thể bị đau tê ở đầu ngón tay, bắp thịt mỏi yếu, đau khớp, đau đầu, đau bụng, táo bón, buồn nôn, xanh xao, giảm trí nhớ, viêm thận, suy thận nhiễm độc nặng có thể gây tử vong Bị nhiễm độc Pb trong thời kỳ mang thai sẽ đe dọa tính mạng người mẹ, kìm hãm sự phát triển của thai nhi cũng như để lại nhưng di chứng bệnh tật cho đứa trẻ sinh ra sau này Trẻ em bị nhiễm độc Pb sẽ ảnh hưởng đến quá trình phát triển, nhất là ảnh hưởng đến hệ thần kinh, làm giảm trí thông minh

1.1.4 Giới thiệu cadimi, tác dụng sinh hóa và độc tính [1], [4], [14], [15], [18], [19], [23], [25], [26], [30]

1.1.4.1 Giới thiệu về cadimi

Cadimi là một nguyên tố hóa học thuộc chu kỳ 5, nhóm IIB trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học; là một kim loại nặng, độc hại Cd có màu trắng bạc nhưng ở trong không khí ẩm chúng dần dần bị bao phủ bởi màng oxit nên mất ánh kim, mềm, dễ nóng chảy Cd có mặt trong vỏ Trái Đất, trong trầm tích

Trong nước tự nhiên, trong không khí và trong sinh vật Trong tự nhiên, Cd tồn tại chủ yếu dưới dạng các hợp chất oxit (CdO), sunfua (CdS), cacbonat (CdCO3) Cd và hợp chất của nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như được dùng trong công nghiệp mạ để chống ăn mòn, cadimi sunfit dùng trong công

nghiệp chất dẻo, gốm sứ

Ở nhiệt độ thường Cd bị oxi hóa bởi không khí tạo thành lớp oxit bền, mỏng bao phủ bên ngoài kim loại Cd tác dụng được với các phi kim như halogen, tác dụng với lưu huỳnh và các nguyên tố không kim loại khác như photpho, selen

Cd bền với nước ở nhiệt độ thường do có màng oxit bảo vệ, nhưng ở nhiệt

độ cao Cd khử nước thành oxit, Cd dễ dàng tác dụng với axit không oxi hóa giải phóng khí hidro

CdO có các màu từ vàng đến nâu gần như đen tùy thuộc quá trình chế hóa nhiệt Những màu khác nhau đó của chúng có liên quan đến kiểu khuyết trong mạng lưới tinh thể Hơi CdO rất độc CdO không tan trong nước, chỉ tan trong axit

và kiềm nóng chảy:

CdO + 2KOH (nóng chảy)  K2CdO2 + H2O Cd(OH)2 kết tủa nhầy, ít tan trong nước và có màu ừắng, khi đun nóng dễ mất nước thành oxit Cd(OH)2 không thể hiện rõ tính chất lưỡng tính, tan trong dung dịch axit, không tan trong dung dịch kiềm mà chỉ tan trong kiềm nóng chảy

Đa số các muối Cd (II) đều không màu, Cd(II) tạo rất nhiều phức chất, có khả năng tạo phức mạnh với nhiều thuốc thử hữu cơ cũng như vô cơ Các phức của

Cd2+ với halogenua, SCN-, CN-, NH3, đều là các phức tan

1.1.4.2 Tác dụng sinh hóa và độc tính của cadimi

Cd rất độc đối với con người, Cd xâm nhập vào cơ thể người qua đường thực phẩm và hô hấp Thức ăn hàng ngày là một nguồn chính của sự hấp thụ Cd, nghĩa là mọi người đều bị tiếp xúc với Cd và sự tiếp xúc này có thể tồn tại trong cơ thể suốt đời Điều đó có nghĩa là không thể giảm việc hấp thụ Cd với bất kỳ biện pháp nào ngoại trừ một chế độ ăn uống thích hợp

Hút thuốc lá cũng là nguyên nhân đáng kể gây nhiễm Cd, khoảng 30 - 50%

Cd từ thuốc lá được hấp thụ trong phổi Trung bình những người hút thuốc lá có nồng độ Cd trong máu cao gấp 4 - 5 lần và trong thận cao gấp 2 - 3 lần những người không hút thuốc lá Phần lớn Cd xâm nhập vào cơ thể con người được giữ lại ở thận

và được đào thải, một phần nhỏ được liên kết mạnh với protein của cơ thể thành metallothionein có mặt ở thận, trong khi phần còn lại được giữ trong cơ thể và dần dần được tích lũy cùng với tuổi tác Khi lượng Cd được tích trữ lớn, nó có thể thay thế kẽm trong các enzim quan trọng và gây rối loạn tiêu hóa, các chứng bệnh rối loạn

chức năng thận, thiếu máu, tăng huyết áp, phá hủy tủy sống, gây ung thư

Cd còn được biết đến như là một chất độc trực tiếp ảnh hưởng đến xương Khi bị nhiễm Cd với lượng lớn làm cho xương bị đau nhức, làm biến dạng xương

và gãy xương, kèm theo với các dấu hiệu của bệnh suy thận mãn tính

1.1.5 Giới thiệu kẽm, tác dụng sinh hóa và độc tính [1], [4], [14], [15], [18], [19], [23], [25], [26], [30]

1.1.5.1 Giới thiệu về kẽm

Kẽm là một nguyên tố kim loại lưỡng tính, kí hiệu là Zn và có số nguyên

tử là 30 Nó là nguyên tố đầu tiên trong nhóm 12 của bảng tuần hoàn nguyên tố Trên một số phương diện, kẽm có tính chất hóa học giống với magie, vì ion của chúng có bán kính giống nhau và có trạng thái oxy hóa duy nhất ở điều kiện bình thường là +2 Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 24 trong lớp vỏ Trái Đất và có 5 đồng

vị bền Quặng kẽm phổ biến nhất là quặng sphalerit, một loại kẽm sulfua

Kẽm là một kim loại màu trắng xanh nhạt, ở nhiệt độ thường nhưng khi nấu đến 100o

C – 150oC nó trở nên mềm, dẻo, dễ dát mỏng, dễ kéo dài Trong không khí

nó bị phủ bởi một lớp oxit nên mất tính ánh kim Kẽm có khối lượng riêng 7,13 (g/cm3), nhiệt độ nóng chảy 419oC, nhiệt độ sôi 907oC Kẽm là một kim loại hoạt động trung bình có thể kết hợp với oxy và các á kim khác, có phản ứng với axit loãng để giải phóng hidro

Kẽm trong tự nhiên là hỗn hợp của 4 đồng vị ổn định Zn64, Zn66, Zn67 và

Zn68 với đồng vị 64 là phổ biến nhất 22 đồng vị phóng xạ được viết đến với phổ biến hay ổn định nhất là Zn65 với chu kỳ bán rã 244,26 ngày và Zn72 với chu kỳ bán

rã 46,5 giờ Các đồng vị phóng xạ khác có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 14 giờ với phần lớn có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 1 giây Nguyên tố này cũng có 4 trạng thái đồng phân nguyên tử Kẽm là kim loại được sử dụng phổ biến hàng thứ tư sau sắt, nhôm, đồng tính theo lượng sản xuất hàng năm

Kẽm được sử dụng để mạ kim loại, sử dụng trong các hợp kim, trong dập khuôn, sơn công nghiệp, hóa mỹ phẩm, chất khử mùi và bảo quản gỗ, chất lân quang, trong hóa học hữu cơ, công nghiệp sản xuất chất dẻo và cung cấp các loại khoáng chất và vitamin thiết yếu cho con người…

1.1.5.2 Tác dụng sinh hóa và độc tính của kẽm

Kẽm tham gia vào thành phần cấu trúc tế bào và đặc biệt là tác động đến hầu hết các quá trình sinh học trong cơ thể Kẽm có trong thành phần của hơn 80 loại enzym khác nhau, đặc biệt có trong hệ thống enzym vận chuyển, thủy phân, đồng hóa, xúc tác phản ứng gắn kết các chuỗi trong phân tử AND, xúc tác phản ứng oxy hóa cung cấp năng lượng Đặc biệt, kẽm có vai trò sinh học rất quan trọng là tác động chọn lọc lên quá trình tổng hợp, phân giải acid nucleic và protein - những thành phần quan trọng nhất của sự sống Vì vậy các cơ quan như hệ thần kinh trung ương, da và niêm mạc, hệ tiêu hóa, tuần hoàn… rất nhạy cảm với sự thiếu hụt kẽm Trẻ thiếu kẽm sẽ biếng ăn

Kẽm tham gia điều hòa chức năng của hệ thống nội tiết và có trong thành phần các hormon (tuyến yên, tuyến thượng thận, tuyến sinh dục ) Hệ thống này có vai trò quan trọng trong việc phối hợp với hệ thần kinh trung ương, điều hòa hoạt động sống trong và ngoài cơ thể, phản ứng với các kích thích từ môi trường và xã hội, làm cho con người phát triển và thích nghi với từng giai đoạn và các tình huống phong phú của cuộc sống

Ngoài ra, các công trình nghiên cứu còn cho thấy kẽm có vai trò làm giảm độc tính của các kim loại độc như nhôm (Al), asen (As), candimi (Cad) Góp phần vào quá trình giảm lão hóa, thông qua việc ức chế sự ôxy hóa và ổn định màng tế bào Khả năng miễn dịch của cơ thể được tăng cường nhờ kẽm, bởi nó hoạt hóa hệ thống này thông qua cơ chế kích thích các đại thực bào, tăng các limpho T

Mặc dù kẽm là vi chất cần thiết cho sức khỏe, tuy nhiên nếu hàm lượng kẽm vượt quá mức cần thiết sẽ có hại cho sức khỏe Hấp thụ quá nhiều kẽm làm ngăn chặn sự hấp thu đồng và sắt Ion kẽm tự do trong dung dịch là chất có độc tính cao đối với thực vật, động vật không xương sống, và thậm chí là cả động vật có xương sống Zn còn có khả năng gây ung thư đột biến, gây ngộ độc thần kinh, sự nhạy cảm, sự sinh sản, gây độc đến hệ miễn nhiễm Sự thiếu hụt Zn trong cơ thể gây ra các triệu chứng như bệnh liệt dương, teo tinh hoàn, mù màu, viêm da, bệnh về gan

và một số triệu chứng khác

1.1.6 Một số phương pháp phân tích lượng vết đồng, chì, cadimi, kẽm [9], [11], [12], [17], [21], [25], [26], [30]

1.1.6.1 Phương pháp trắc quang

Để xác định Cu, Pb, Cd, Zn theo phương pháp trắc quang (UV-VIS), người

ta cho thuốc thử vào mẫu cần phân tích để kim loại tạo phức với thuốc thử rồi chiết các phức đó vào trong các dung môi hữu cơ thích hợp.Sau đó đo độ hấp thụ ánh sáng của dung dịch màu ở bước sóng () thích hợp Từ đó, tiến hành định lượng kim loại theo phương pháp đường chuẩn hoặc thêm chuẩn

Phương pháp UV-VIS tuy xác định được Cu, Pb, Cd, Zn ở khoảng nồng độ tương đối thấp (cỡ 0,1÷ 1 ppm), nhưng để xác định Cu, Pb, Cd, Zn trong nước tự nhiên thường phải cô, làm giàu mẫu Mặt khác, trong nước tự nhiên còn có mặt nhiều kim loại khác như Ni, Co và các kim loại này cũng tạo phức được với thuốc thử nên ảnh hưởng đến phép phân tích trước khi xác định Cu, Pb, Cd, Zn và do vậy, làm phức tạp quy trình phân tích và có thể dẫn đến làm nhiểm bẫn mẫu phân tích

Vì vậy, phương pháp này ít được sử dụng trong phân tích vết

1.1.6.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

Để phân tích Cu, Pb, Cd theo phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), trước hết mẫu chứa kim loại cần phân tích phải được nguyên tử hóa bằng một trong các kỹ thuật sau: ngọn lửa (F - AAS), lò graphit (GF -AAS), hoặc nhiệt điện (ET - AAS), rồi chiếu ánh sáng đơn sắc thích hợp qua đám hơi nguyên tử đó

và đo độ hấp thụ ánh sáng Từ đó, tiến hành định lượng Cu, Pb, Cd, Zn theo phương pháp đường chuẩn hoặc thêm chuẩn

Phương pháp AAS tuy đạt được giới hạn phát hiện thấp, nhưng để phân tích các kim loại trong nước tự nhiên thường phải cô, làm giàu mẫu hoặc chiết phức của kim loại với thuốc thử hữu cơ do đó làm phức tạp quy trình phân tích, làm nhiễm bẫn hoặc làm mất chất phân tích

1.1.6.3 Các phương pháp phân tích điện hóa

Các phương pháp phân tích điện hóa sử dụng để phân tích lượng vết Cu,

Pb, Cd, Zn chủ yếu là phương pháp cực phổ và phương pháp von-ampe hòa tan Phương pháp cực phổ (thuật ngữ “cực phổ” được dùng khi điện cực làm việc là điện cực giọt thủy ngân rơi (DME) đã từ lâu đã được áp dụng để phân tích

Cu, Pb Cd, Zn) Trong phương pháp này, thế được quét tuyến tính rất chậm theo thời gian (thường là 1 ÷ 5 mV/s) và đồng thời ghi dòng là hàm của thế trên điện cực giọt thủy ngân rơi Sóng cực phổ (hay đường von - ampe) thu được có dạng bậc thang Chiều cao của bậc thang là độ lớn của dòng giới hạn khuếch tán và là cơ sở

để định lượng chất phân tích Với nguyên tắc đó, có thể xác định Cu, Pb, Cd, Zn trong các nền đệm khác nhau Do ảnh hưởng của dòng tụ điện, nên phương pháp cực phổ chỉ đạt được giới hạn phát hiện cỡ ppm Để loại trừ ảnh hưởng của dòng tụ điện và nậng cao độ nhạy, các phương pháp cực phổ hiện đại như cực phổ xung vi phần (DPP), cực phổ sóng vuông (SQWP), đã phát triển và cho phép phân tích lượng vết Cu, Pb, Cd, Zn Song, để phân tích những nồng độ vết Cu, Pb, Cd, Zn gần đây người ta đã áp dụng thành công các phương pháp von - ampe hòa tan Phương pháp von - ampe hòa tan là phương pháp phân tích điện hóa có triển vọng nhất hiện nay, vì có thể đạt được giới hạn phát hiện rất thấp (cỡ ppb) và

do vậy, rất thích hợp cho phân tích lượng vết và siêu vết Trong các phương pháp von - ampe hòa tan, người ta sử dụng chủ yếu hai phương pháp von - ampe hòa tan anot (ASV) và von - ampe hòa tan hấp phụ (AdSV) Các phương pháp von - ampe hòa tan (ASV và AdSV) sử dụng các loại điện cực làm việc khác nhau đã được dùng phổ biến trên thế giới để xác định riêng hoặc đồng thời lượng vết và siêu vết

Cu, Pb, Cd, Zn trong các đối tượng môi trường khác nhau và đạt được giới hạn phát hiện rất thấp

Ngoài các phương pháp thường dùng nói trên, người ta còn sử dụng các phương pháp khác để xác định Cu, Pb, Cd, Zn như: quang phổ phát xạ nguyên tử (AES), quang phổ huỳnh quang nguyên tử (AFS), quang phổ phát xạ nguyên tử plasma (ICP- AES), phổ khối plasma (ICP-MS), kích hoạt nơtron (NAA) Mặc dù trong một số trường hợp, các phương pháp này có độ nhạy cao và GHPH thấp, nhưng

do chi phí thiết bị và phân tích đắt hoặc quy trình phân tích phức tạp, nên hiện nay các phương pháp này ít được phổ biến ở các phòng thí nghiệm của Việt Nam

1.2 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN

TỬ (AAS)

Phép đo AAS là một kỹ thuật phân tích hóa lý đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học kỹ thuật, trong sản xuất công nghiệp, nông

nghiệp y học, địa chất, hóa học Ở nhiều nước trên thế giới, nhất là các nước phát triển, phương pháp phân tích phổ AAS đã trở thành một phương pháp tiêu chuẩn để phân tích lượng vết các kim loại trong nhiều đối tượng mẫu khác nhau như đất, nước, không khí, dược phẩm, các mẫu sinh học

Với các trang bị và kỹ thuật hiện nay, bằng phương pháp phân tích này, người ta có thể định lượng được hầu hết các kim loại (khoảng 65 nguyên tố) và một

số á kim đến giới hạn nồng độ cỡ ppm bằng kĩ thuật F - AAS và đến nồng độ ppb bằng kỹ thuật GF-AAS với sai số không lớn hơn 15%, các kết quả phân tích lại rất

ổn định

Ở nhiều nước trên thế giới, nhất là ở các nước phát triển, phương pháp này

đã trở thành một phương pháp tiêu chuẩn để định lượng nhiều kim loại

1.2.1 Nguyên tắc của phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử [9], [11], [12], [17]

Cơ sở của phương pháp là dựa trên quá trình hấp thụ năng lượng (bức xạ đơn sắc) của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi (khí) của nguyên tố cần xác định khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên tố ấy trong môi trường hấp thụ và tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử của nguyên tố ấy Để đo phổ hấp thụ nguyên tử của nguyên tố, chúng ta cần thực hiện các quá trình sau:

1 Hoá hơi và nguyên tử hóa mẫu: Nhờ quá trình này, chúng ta có được đám hơi của các nguyên tử tự do của các nguyên tố trong mẫu phân tích Đám hơi này chính là môi trường hấp thụ bức xạ và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử

Chúng ta có thể nguyên tử hóa mẫu phân tích theo hai kỹ thuật: kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu trong ngọn lửa (phun dung dịch chứa chất phân tích ở trạng thái aerosol vào ngọn lửa đèn khí) và kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu không ngọn lửa (nhờ tác dụng nhiệt của lò graphit)

2 Chiếu chùm tia bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử vừa điều chế được ở trên Các nguyên tử của các 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 Nguồn phát tia bức xạ đơn sắc đó là các đèn catot rỗng (HCL), các đèn phóng điện không điện cực (EDL), hay nguồn phát bức xạ liên tục đã được biển điệu

3 Tiếp đó, nhờ một hệ thống máy quang phổ người ta thu toàn bộ chùm sáng phân li và chọn một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần nghiên cứu để đo cường

độ của nó Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử Trong một giới hạn nhất định của nồng độ, giá trị cường độ vạch phổ hấp thụ phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ C của nguyên tố ở trong mẫu phân tích theo phương trình sau:

A = K.L.C Trong đó: A: cường độ vạch phổ hấp thụ

K: hằng số thực nghiệm

L: bề dày của môi trường hấp thụ

C: nồng độ chất phân tích

Ba quá trình trên chính là nguyên tắc của phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

1.2.2 Trang bị của phép đo AAS [9], [11], [12], [17]

Muốn thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, hệ thống trang bị của máy

đo phổ hấp thụ nguyên tử gồm các phần cơ bản sau đây:

- Phần 1: Nguồn phát chùm tia bức xạ đơn sắc của nguyên tố phân tích

Hiện nay, người ta thường dùng chủ yếu hai loại đó là các đèn catot rỗng (HCL - Hollow Cathode Lamp) và các đèn phóng điện không điện cực hay nguồn phát bức

xạ liên tục đã được biến điệu

- Phần 2: Hệ thống nguyên tử hóa mẫu, được chế tạo theo hai loại kỹ thuật:

kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa đèn khí và kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu không ngọn lửa

- Phần 3: Hệ quang học và detector (nhân quang điện) để thu, phân ly toàn

bộ phổ của nguyên tố phân tích và chọn vạch phổ cần đo để hướng vào detector để

đo cường độ của vạch phổ, khuếch đại và đưa ra bộ phận chỉ thị kết quả

- Phần 4: Hệ thống chỉ thị tín hiệu hấp thụ của vạch phổ Hệ thống này có

thể là điện kế chỉ năng lượng hấp thụ của vạch phổ, hay máy ghi tự động để ghi lại cường độ của vạch phổ dưới dạng các pic trên băng giấy (đây là loại trang bị đơn giản và lưu lại được kết quả), hay máy phân tích kế để thu, xử lý và in các kết quả phân tích ra bằng giấy, nhưng loại này đắt tiền

Đó là bốn bộ phận cơ bản quan trọng của một hệ thống máy đo phổ hấp thụ nguyên

tử Nhưng hiện nay, để nâng cao hiệu quả, các hệ máy đo phổ hấp thụ nguyên tử hiện đại còn có thêm máy tính chuyên dụng để làm cả việc xử lý và chỉ thị kết quả

đo in lên băng giấy và điều khiển mọi quá trình làm việc của phép đo, để tăng tốc

độ phân tích và tự động hóa phép đo, đồng thời còn có thêm bộ phận bơm mẫu tự động theo chương trình

Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo máy đo phổ hấp thụ nguyên tử

1 - Nguồn phát tia bức xạ đơn sắc

2 - Hệ thống nguyên tử hoá mẫu

3 - Hệ thống phân li quang học và ghi nhận tín hiệu

4 - Bộ phận khuếch đại và chỉ thị kết quả đo

5 - Máy tính điều khiển

1.2.3 Các kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu [9], [11], [12], [17]

Mục đích của quá trình này là tạo ra được các đám hơi nguyên tử tự do từ mẫu phân tích với hiệu suất cao và ổn định để phép đo đạt kết quả chính xác và có

độ lặp lại cao Đáp ứng mục đích đó, ngày nay người ta thường dùng hai kỹ thuật

đó là kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu trong ngọn lửa (F-AAS) và kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu không ngọn lửa hay còn gọi là phép đo phổ hấp thụ nguyên tử lò graphit (GF-AAS)

* Kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa (F - AAS)

Theo kĩ thuật này người ta dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để

hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu phân tích Trước hết ta chuẩn bị mẫu ở trạng thái

dung dịch sau đó dẫn dung dịch mẫu vào ngọn đèn khí để nguyên tử hoá mẫu Quá trình nguyên tử hoá mẫu trong ngọn lửa xảy ra theo hai bước kế tiếp nhau

54

Bước 1: Phun dung dịch mẫu thành thể các hạt nhỏ sương mù cùng với khí

mang và khí cháy, đó là các sol khí (aerosol), quá trình này gọi là aerosol hoá Tốc

độ dẫn dung dịch, dẫn khí và kĩ thuật của quá trình này ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả phân tích

Bước 2: Dẫn hỗn hợp aerosol vào đèn đốt để nguyên tử hoá Khí mang là một

trong hai khí để đốt, thường là không khí, oxi hay N2O Tác dụng nhiệt của ngọn lửa trước hết làm bay hơi dung môi dùng để hoà tan mẫu và các chất hữu cơ (nếu có) Lúc

đó mẫu còn lại là các hạt rắn rất nhỏ trong ngọn lửa Tiếp đó là quá trình hoá hơi và nguyên tử hoá các hạt mẫu khô đó Quá trình này xảy ra theo hai cơ chế chính sau: Nếu năng lượng (nhiệt độ) hoá hơi (Ehh) của các hợp phần có trong mẫu nhỏ hơn năng lượng nguyên tử hoá (En) của nó thì xảy ra theo cơ chế 1:

Cơ chế 1: MexRy (r)  MexRy (k)  xMe (k) + yR(k)

Me (k) + h  phổ AAS Ngược lại (Ehh > En) thì sẽ xảy ra theo cơ chế 2

Cơ chế 2: MexRy (r)  xMe (r) + yR(k)  X Me (k)

- Sấy khô mẫu: giai đoạn này rất cần thiết nhằm đảm bảo cho dung môi hoà tan mẫu bay hơi nhẹ nhàng và hoàn toàn, nhưng không làm mất mẫu đo bị bắn, nhiệt độ sấy: 80-150°C, thời gian sấy 20-30 giây

- Tro hoá luyện mẫu: mục đích chính là để đốt cháy (tro hoá) các hợp chất

hữu cơ và mùn có trong mẫu sau khi đã sấy khô, đồng thời cũng là để nung luyện mẫu ở một nhiệt độ thuận lợi cho giai đoạn nguyên tử hoá tiếp theo đạt hiệu suất cao và ổn định Nhiệt độ tro hoá: 400-1500°C, thời gian 20 - 30 giây

- Nguyên tử hoá và đo cường độ vạch phổ: giai đoạn này được thực hiện sau giai đoạn sấy và tro hoá song lại bị ảnh hưởng bởi hai giai đoạn trên, thời gian thực hiện giai đoạn này ngắn, thường vào khoảng 3 ÷ 6 giây, tốc độ tăng nhiệt rất lớn, thường là từ 1800°C/giây - 2500°C/giây Nhiệt độ sấy, tro hoá và nguyên tử hoá của mỗi nguyên tố rất khác nhau Nhiệt độ này phụ thuộc vào bản chất của mỗi nguyên tố và cũng phụ thuộc vào dạng hợp chất mà nguyên tố đó tồn tại và thành phần nền của mẫu Nên tiến hành nguyên tử hóa ở nhiệt độ không được lớn hơn nhiệt độ giới hạn và chọn thời gian nguyên tử hóa sao cho peak cường độ vạch phổ thu được phải gọn và chỉ có một đỉnh

- Làm sạch cuvet: loại bỏ các chất còn lại trong lò, chuẩn bị cho lần phân tích mẫu tiếp theo

Các khí trơ như argon (Ar), nitơ (N2), heli (He), thường được dùng làm môi trường cho quá trình nguyên tử hóa mẫu

1.2.4 Một số yếu tố ảnh hưởng và biện pháp khắc phục trong phép đo AAS [9], [11], [12], [17]

Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả phân tích trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử là rất đa dạng và phức tạp, có khi xuất hiện và cũng có khi không xuất hiện, có ảnh hưởng hay không có là tuỳ thuộc vào thành phần của mẫu phân tích và chất nền của nó Các yếu tố ảnh hưởng có thể có và các biện pháp loại trừ trong phép đo này là:

* Nhóm các yếu tố về phổ ảnh hưởng đến phép đo AAS

- Sự hấp thụ nền: Vạch phổ được chọn để đo nằm trong vùng khả kiến thỉ

yếu tố này thể hiện rõ ràng Còn trong vùng tử ngoại thì ảnh hưởng này ít xuất hiện

Để loại trừ phổ nền ngày nay ngựời ta lắp thêm vào máy quang phổ hấp thụ nguyên

tử hệ thống bổ chính Trong hệ thống này người ta dùng đèn W(W- habit lamp) cho vùng khả kiến

- Sự chen lẩn của vạch phổ: Yếu tố này thường thấy khi các nguyên tố thứ ba

ở trong mẫu phân tích có nồng độ lớn và đó là nguyên tố cơ sở của mẫu Để loại trừ

sự chen lấn của các vạch phổ của các nguyên tố khác cần phải nghiên cứu và chọn

những vạch phân tích phù hợp Nếu bằng cách này mà không loại trừ được ảnh hưởng này thì bắt buộc phải tách bỏ bớt nguyên tố có vạch phổ chen lấn ra khỏi mẫu phân tích trong một chừng mực nhất định, để các vạch chen lấn không xuất hiện nữa

- Sự hấp thụ của các hạt rắn: Các hạt này hoặc hấp thụ hoặc chắn đường đi

của chùm sáng từ đèn HCL chiếu vào môi trường hấp thụ Yếu tố này được gọi ỉà

sự hấp thụ giả Để loại trừ sự hấp thụ này cần chọn đúng chiều cao của đèn nguyên

tử hoá mẫu và chọn thành phần hỗn hợp không khí cháy phù hợp

* Nhóm các yếu tố vật lý ảnh hưởng đến phép đo AAS

- Độ nhớt và sức căng bề mặt của dung dịch mẫu:

Do sự khác nhau về nồng độ axit, loại axit, nồng độ chất nền của mẫu, thành phần của các chất có trong dung địch mẫu là nguyên nhân gây ra sự khác nhau về độ nhớt của dung dịch mẫu Để loại trừ ảnh hưởng này chúng ta có thể dùng các biện pháp sau: Đo và xác định theo phương pháp thêm chuẩn; pha loãng mẫu bằng một dung môi hay một nền phù hợp; thêm vào mẫu chuẩn một chất đệm

có nồng độ đủ lớn; dùng bơm để đẩy mẫu với một tốc độ xác định mà chúng ta mong muốn

- Hiệu ứng lưu lại: Khi nguyên tử hoá mẫu để đo cường độ vạch phổ, thì một

lượng nhỏ của nguyên tố phân tích không bị nguyên tử hoá, chứng được lưu lại trên

bề mặt cuvet và cứ thế tích tụ lại qua một số lần nguyên tử hoá mẫu Nhưng đến một lần nào đó thì nó lại bị nguyên tử hoá theo và do đó tạo ra số nguyên tử tự do của nguyên tố phân tích tăng đột ngột không theo nồng độ của nó trong mẫu Cách khắc phục là làm sạch cuvet sau mỗi lần nguyên tử hoá mẫu, để làm bay hơi hết các chất còn lại trong cuvet

- Sự ion hoá: Để loại trừ sự ion hoá của một nguyên tố phân tích có thể sử

dụng các biện pháp sau: Chọn các điều kiện nguyên tử hoá có nhiệt độ thấp, mà trong điều kiện đó nguyên tố phân tích hầu như không bị ion hoá; thêm vào mẫu phân tích một chất đệm cho sự ion hoá Đó là các muối halogen của các kim loại kiềm có thế ion hoá thấp hơn thế ion hoá của nguyên tố phân tích với một nồng độ lớn phù hợp

- Sự kích thích phổ phát xạ: Yếu tố này xuất hiện thường làm giảm nồng độ

của các nguyên tử trung hòa có khả năng hấp thụ bức xạ trong môi trường hấp thụ

Vì vậy: Chọn nhiệt độ nguyên tử hoá mẫu thấp phù hợp mà tại nhiệt độ đó sự kích thích phổ phát xạ là không đáng kể hoặc không xảy ra đối với nguyên tố phân tích; thêm vào mẫu các chất đệm để hạn chế sự phát xạ của nguyên tố phân tích Đó chính là các muối halogen của các kim loại kiềm, có thể kích thích phổ phát xạ thấp hơn thế kích thích phổ phát xạ của nguyên tố phân tích

* Nhóm các yếu tố hoá học ảnh hưởng đến phép đo AAS

Các ảnh hưởng hoá học có thể được sắp xếp theo các loại sau đây:

- Nồng độ axit và loại axit trong dung dịch mẫu: Các axit càng khó bay hơi

thường làm giảm nhiều đến cường độ vạch phổ Các axit dễ bay hơi gây ảnh hưởng nhỏ Chính vì thế trong thực tế phân tích của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử người

ta thường dùng môi trường là axit HCl hay HNO3 1 hay 2%

- Ảnh hưởng của các cation: Các cation có thể làm tăng, cũng có thể làm giảm

và cũng có thể không gây ảnh hưởng gì đến cường độ vạch phổ của nguyên tố phân tích Để loại trừ ảnh hưởng của các cation nên chọn điều kiện xử lý mẫu phù hợp để loại các nguyên tố ảnh hưởng ra khỏi dung dịch mẫu phân tích, chọn các thông số của máy đo thích hợp và thêm vào mẫu phân tích những chất phụ gia phù hợp

- Ảnh hưởng của các anion: Nói chung các anion của các loại axit dễ bay hơi

thường làm giảm ít đến cường độ vạch phổ Cần giữ cho nồng độ của các anion trong mẫu phân tích và mẫu chuẩn là như nhau và ở một giá trị nhất định không đổi Mặt khác không nên chọn axit H2SO4 làm môi trường của mẫu cho phép đo AAS mà chỉ riêng dùng axit HCl hay HNO3 nồng độ dưới 2%

- Thành phần nền của mẫu: Yếu tố ảnh hưởng này người ta quen gọi là

matrix effect Nhưng không phải lúc nào cũng xuất hiện mà thường chỉ thấy trong một số trường hợp nhất định Thông thường đó là các mẫu có chứa các nguyên tố nền ở dưới dạng các hợp chất bền nhiệt, khó bay hơi và khó nguyên tử hoá

- Ảnh hưởng của dung môi hữu cơ: Sự có mặt của dung môi hữu cơ thường

làm tăng cường độ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử của nhiều nguyên tố lên nhiều lần Đây là một phương pháp để tăng độ nhạy của phương pháp phân tích này

1.2.5 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của phép đo AAS [9], [11], [12], [17]

đo ở bất kỳ thời gian nào mà không phải chờ đợi như phương pháp kích hoạt nơtron

Như vậy, có thể nói phương pháp AAS là một phương pháp có tính ưu việt trong hệ thống các phương pháp phân tích hiện nay

* Nhược điểm:

Phải có một hệ thống máy đắt tiền Vì có độ nhạy cao nên sự nhiễm bẩn có thể ảnh hưởng đến kết quả phân tích hàm lượng vết Vì thế môi trường trong phòng thí nghiệm phải có độ sạch cao, các dụng cụ phải sạch, có độ chính xác tiêu chuẩn và hoá chất phải có độ tinh khiết cao

* Phạm vi ứng dụng

Đối tượng là phân tích lượng nhỏ (lượng vết) các kim loại trong các loại mẫu khác nhau của các chất vô cơ và hữu cơ Với các trang bị và kĩ thuật hiện nay người ta có thể định lượng được hầu hết các kim loại ( khoảng 65 nguyên tố) và á kim đến giới hạn nồng độ cỡ ppm, ppb với sai số không lớn hơn 15%

Trong khoảng 10 năm trở lại đây phương pháp này đã được sử dụng để xác định các kim loại trong các mẫu quặng, đất, đá, nước khoáng, y học, sinh học, các sản phẩm nông nghiệp, rau quả, thực phẩm… có thể nói phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử đã trở thành một phương pháp tiêu chuẩn để định lượng nhiều kim loại

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Trong đề tài này, chúng tôi áp dụng quy trình định xác định kim loại nặng bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử dùng lò graphit (GF-AAS) để xác định Cu, Pb, Cd và phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS)

để xác định Zn trong thực phẩm truyền thống ở tỉnh Quảng Trị

Sử dụng phương pháp thống kê để đánh giá hàm lượng trung bình của các kim loại Cu, Pb, Cd, Zn theo vị trí lấy mẫu cũng như đã tiến hành đánh giá biến động hàm lượng trung bình của chúng giữa các loại thực phẩm có cùng và khác nguồn gốc Sau đó tiến hành so sánh hàm lượng trung bình của chúng trong thực phẩm truyền thống với tiêu chuẩn cho phép về về sinh an toàn thực phẩm Các nội dung nghiên cứu cụ thể như sau:

1 Xây dựng đường chuẩn đối với các nguyên tố cần xác định bằng phương pháp GF-AAS và F-AAS

2 Đánh giá độ tin cậy của phương pháp phân tích thông qua độ lặp lại, độ đúng, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phương pháp phân tích

3 Xác định hàm lượng Cu, Pb, Cd, Zn trong các mẫu thực phẩm bằng phương pháp GF-AAS và phương pháp quang F-AAS

4 Đánh giá sự biến động hàm lượng Cu, Pb, Cd, Zn giữa các loại thực phẩm bằng phương pháp thống kê theo vị trí lấy mẫu

5 Đánh giá sự biến động hàm lượng Cu, Pb, Cd, Zn bằng phương pháp thống

kê giữa các loại thực phẩm có cùng và khác nguồn gốc

6 So sánh hàm lượng trung bình Cu, Pb, Cd, Zn trong các mẫu thực phẩm với tiêu chuẩn cho phép của Việt Nam

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1 Lấy mẫu và xử lý mẫu [5], [11], [32]

Lấy mẫu: Trong đề tài này, chúng tôi chọn những mẫu thực phẩm truyền

thống gồm có những thực phẩm được chế biến từ bột gạo (bún, bánh ướt), chế biến

từ thịt lợn (nem, chả), chế biến từ hải sản (ruốc, mắm) Mỗi mẫu, chúng tôi tiến

hành lấy ở ba địa điểm khác nhau

Kí hiệu mẫu: Các mẫu bún kí hiệu Bi, mẫu bánh ướt được kí hiệu BUi, mẫu chả được kí hiệu Ci, mẫu nem Ni, mẫu ruốc Ri, mẫu mắm Mi trong đó i = 1 ÷ 3 là các vị trí lấy mẫu thực phẩm tại Quảng Trị Vị trí lấy các mẫu thực phẩm được nêu phụ lục 2

Xử lý mẫu: Cân 5 gam mẫu vào bộ phá mẫu, thêm vào 7ml dung dịch axit

nitric đậm đặc và 3ml hydropeoxit Tiến hành phá mẫu đến dung dịch trong suốt Đuổi hết axit đến còn muối ẩm Định mức 10ml Song song tiến hành mẫu trắng Mẫu được phân hủy bằng axit nitric và hydropeoxit dưới áp suất cao trong

lò vi sóng Dung dịch thủy phân được pha loãng bằng nước Cu, Pb, Cd được xác định bằng GF-AAS còn Zn được xác định bằng F-AAS

từ đó tính được hàm lượng của nó trong mẫu phân tích

Đây là phương pháp đơn giản, dễ thực hiện và rất phù hợp vói mục đích phân tích hàng loạt mẫu của cùng một nguyên tố

Hàm lượng Cu, Pb, Cd, Zn (Me) trong mẫu phân tích được tính như sau:

 e Me

10 M

m nếu Me tính theo đơn vị ppb (đối với Cu, Pb, Cd)

 e Me

10 M

m nếu Me tính theo đơn vị ppm (đối với Zn)

Trong đó: [Me] là nồng độ của kim loại trong mẫu thực tế

m là khối lượng mẫu phân tích (gam)

2.2.3 Đánh giá độ tin cậy của phương pháp [28]

2.2.3.1 Độ lặp lại

Độ lặp lại là độ sai lệch giữa các giá trị riêng lẻ xi với giá trị trung bình x đo được trong những điều kiện thí nghiệm đồng nhất Độ lặp lại được đánh giá qua độ

lệch chuẩn tương đối (RSD%) của độ hấp thụ nguyên tử (A) đo được, RSD càng nhỏ thì độ lặp lại của phương pháp càng tốt Trong nội bộ phòng thí nghiệm, giá trị RSD chấp nhận được là những RSD nhỏ hơn một nữa RSDH tính theo hàm Horwitz: RSDH (%) = 2(1-0,51gC) trong đó C là nồng độ chất phân tích được biểu diễn dưới dạng phân số

Tính độ lệch chuẩn (S) và độ lệch chuẩn tương đối (RSD) theo công thức (2.1) và (2.2):

Trong đó: n: số lần thí nghiệm

xi: giá trị tính được của lần thí nghiệm thứ i

x: giá trị trung bình của các lần làm thí nghiệm

Từ nồng độ C của chất phân tích, chúng tôi tính giá trị RSD theo hàm Horwitz: RSDHorwitz = 2(1 – 0,5lgC) và so sánh RSD của giá trị đo được với RSD tính theo hàm Horwitz

2.2.3.2 Giới hạn phát hiện (LOD)

Giới hạn phát hiện (LOD): là nồng độ thấp nhất của chất phân tích mà hệ

thống phân tích còn cho tín hiệu phân tích khác có nghĩa với tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu nền

LOD thể hiện khả năng định tính của một phương pháp phân tích, tức là khả năng của một phương pháp phân tích có thể phân biệt được một cách tin cậy giữa tín hiệu đo của chất phân tích và tín hiệu đo của mẫu trắng Mẫu trắng, về lí thuyết, là mẫu không chứa chất phân tích Nhưng trong thực tế, do dung dịch phân tích thường bị nhiễm bẩn bởi các hóa chất sử dụng trong quá trình pha chế/chuẩn bị dung dịch phân tích, nên tín hiệu mẫu trắng hiếm khi bằng 0 Trước khi áp dụng một phương pháp phân tích bất kì vào thực tế, bắt buộc phải thông báo LOD của phương pháp đó (hay nói cách khác LOD là thông số bắt buộc phải thông báo trong kiểm soát chất lượng hay thẩm định phương pháp phân tích)

LOD đối với mỗi phương pháp phân tích là một đại lượng thống kê và nó

2 i (x - x )

S = (2.1)

n - 1 100.S RSD (%) = (2.2)

x



thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: bản chất của phương pháp phân tích, thiết

bị đo, độ tinh khiết của hóa chất sử dụng, môi trường phòng thí nghiệm, kỹ năng của người phân tích…

Có nhiều cách xác định LOD khác nhau, nhưng phổ biến nhất là dựa vào quy tắc “3σ” theo phương pháp bình phương tối thiểu và xác định LOD theo phương pháp hồi quy tuyến tính Theo quy tắc “3σ” ta có công thức:

yLOD = yB + 3σB = yB + 3SB (2.3) Trong đó, yLOD là tín hiệu đo ứng với giới hạn phát hiện (LOD)

yB là tín hiệu đo ứng với mẫu trắng

σB (hoặc SB) là độ lệch chuẩn của tín hiệu mẫu trắng (hay của yB)

Như vậy, để xác định LOD, trước hết cần xác định được yB và σB (hoặc SB), rồi theo công thức trên sẽ tính được yLOD Từ yLOD, sẽ tính được LOD, vì theo hồi quy tuyến tính ta có:

y = ax + b (2.4)

Từ đó sẽ tính được: LOD = x = (yLOD – a)/b (2.5)

Theo phương pháp hồi quy tuyến tính, yB và σB được tính như sau:

+ Vì yB là tín hiệu ứng với mẫu trắng, nghĩa là tín hiệu ở nồng độ chất phân tích (x) bằng 0 → Khi x = 0, từ (2.4) sẽ có yB = a

+ Trong phương pháp bình phương tuyến tính, đã chấp nhận rằng, ở mọi xi,

độ lệch chuẩn của các giá trị yi là như nhau, tức là: Sy1 = Sy2 = … = Syn = Sy

Như vậy, tại x = 0 (nồng độ chất phân tích trong mẫu trắng), độ lệch chuẩn của yB là σB (hoặc SB) cũng phải bằng Sy, tức là σB (hoặc SB) = Sy

Từ (2.3) suy ra: yLOD = a + 3Sy (2.6)

Thay yLOD ở (2.6) vào (2.5), ta có:

LOD = (yLOD – a)/b = (a + 3Sy – a)/b = 3Sy/b (2.7)

(Có thể tính LOD trên excel – Data analysis - Regression)

2.2.3.3 Giới hạn định lượng (LOQ)

Giới hạn định lượng (LOQ): là tín hiệu hay nồng độ thấp nhất trên một đường

chuẩn tin cậy

Cách xác định LOQ: Tín hiệu đo ứng với LOQ (yLOQ) được xác định theo

Như vậy, sau khi xác định LOD, dễ dàng xác định được LOQ

Lưu ý: + LOD thể hiện khả năng định tính của một phương pháp phân tích,

còn LOQ thể hiện khả năng định lượng của phương pháp phân tích, nghĩa là, phương pháp phân tích chỉ xác định chính xác những nồng độ chất bằng LOQ trở lên

+ Trong thực tế, nhiều khi nồng độ chất phân tích trong mẫu nằm ngoài vùng đường chuẩn, tức là nhỏ hơn LOQ Trong trường hợp đó, phải thông báo kết quả như sau: Nồng độ chất phân tích trong mẫu (x) < LOD (và ghi chú: LOD đối với chất phân tích bằng bao nhiêu?)

2.2.3.4 Độ nhạy

Độ nhạy được định nghĩa là nồng độ nhỏ nhất của nguyên tố phân tích có trong mẫu để có thể phát hiện được tín hiệu hấp thụ của nó theo một vạch phổ nhất định đã chọn và tín hiệu này phải bằng 1% hấp thụ toàn phần, hay bằng ba lần dao động của giá trị nền

2.2.3.4 Độ đúng

Độ đúng được đánh giá qua độ thu hồi (recovery) Độ đúng là độ gần sát giữa kết quả xác định được x và giá trị thực μ của nó Có ba cách xác định độ đúng: Cách 1: Phân tích mẫu vật liệu so sánh được cấp chứng chỉ (CRMs: Certified ference materials)

Cách 2: Phân tích mẫu thêm chuẩn

Tính độ thu hồi (Rev) theo công thức:

x Me o

C : nồng độ của các Me thêm chuẩn vào mẫu (ppb)

CMex : nồng độ của các Me trong mẫu sau khi thêm chuẩn (ppb) Cách 3: So sánh với một phương pháp chuẩn khác

* Sử dụng phần mềm Excel 2013, OriginPro 7.5 để tính toán thống kê, biểu diễn kết quả thí nghiệm, thiết lập phương trình đường chuẩn và tính hệ số tương quan (R)

Đánh giá hàm lượng các kim loại nặng bằng phương pháp thống kê

* Phân tích phương sai 1 yếu tố (ANOVA 1 chiều)

Bảng 2.1 Sự biến động hàm lượng kim loại theo các yếu tố khảo sát

Bảng 2.2 Kết quả phân tích ANOVA 1 chiều

Nguồn phương

sai

Tổng bình phương (SS)

Bậc tự

do (f)

Phương sai (MS) F tính F lí thuyết

Giữa các vị trí

k 2 2 i i

T T

S S

Flt(p = 0,05,

fA, fTN)

Sai số thí

nghiệm (2) = (3) – (1) k.(n-1)

2 TN

Nếu Ftính < F lí thuyết tương ứng với mức ý nghĩa p = 0,05: Các kết quả thí

nghiệm như nhau hay yếu tố khảo sát không ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm có ý nghĩa về mặt thống kê với p > 0,05

Nếu Ftính > F lí thuyết tương ứng với mức ý nghĩa p = 0,05: Các kết quả thí

nghiệm khác nhau, hay yếu tố khảo sát ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm có ý nghĩa về mặt thống kê với p < 0,05

Lưu ý: Để xác định xem x nào khác nhau thì phải tính độ lệch nhỏ nhất ()

x gần nhau

Nếu xi xi-1   thì hai giá trị xi khác nhau (p < 0,05)

Nếu xi xi-1   thì hai giá trị xi như nhau (p > 0,05)

* So sánh các giá trị trung bình và giá trị trung bình với giá trị tiêu chuẩn

+ Nếu ttính < tlí thuyết: xvà μ như nhau (hay không khác nhau) với p > 0,05

+ Nếu ttính > tlí thuyết: xvà μ khác nhau với p < 0,05

tlí thuyết tra bảng ở mức ý nghĩa p = 0,05 và f = n1 + n2 - 2

+ Nếu ttính < tlí thuyết: x1và x2như nhau (hay không khác nhau) với p > 0,05

+ Nếu ttính > tlí thuyết: x1và x2 khác nhau với p < 0,05

Nếu độ lặp lại khác nhau: áp dụng phương pháp gần đúng

tlí thuyết tra bảng ở mức ý nghĩa p = 0,05 và f*

So sánh giá trị ttính và tlí thuyết để rút ra kết luận

2.3 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT

2.3.1 Thiết bị và dụng cụ

- Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử hiệu AA-7000 Shimazu (Nhật) cùng với hệ ghép nối thiết bị tự động bơm mẫu (ASC-6100) vào lò GFA-EX7

- Thiết bị lọc nước siêu sạch (EASYpure RF của hãng Barnstead (Mỹ)

- Cân phân tích (10-4g) điện tử AUW 220D Shimazu (Nhật)

- Dụng cụ đun nóng BUCHI426 (Đức), bếp điện từ

- Bộ phá mẫu vi sóng, bình phân hủy Teflon,

- Bình Kjeldahl, bình định mức, phễu, pipet, micropipet, cốc, chai bằng chất dẻo

- Các lọ polietilen (PE) chứa mẫu và chứa dung dịch chuẩn

- Bình tia polietilen chứa nước cất siêu sạch

- Đèn catot rỗng hoặc đèn phóng điện không điện cực loại dùng cho Cu, Pb,

Cd, Zn

2.3.2 Hóa chất

Chỉ sử dụng các thuốc thử loại tinh khiết phân tích và sử dụng nước cất hoặc nước đã loại ion, có điện trở 18 M cm

- Axit nitric đậm đặc (HNO3), 65% khối lượng (*)

- Axit nitric (HNO3) 0,1M (Pha loãng 7 ml dung dịch (*) bằng nước đến 1 lít

- Axit nitric HNO3) 3M (Pha loãng 200 ml dung dịch (*) bằng nước đến 1 lít

- Dung dịch hydro peroxit H2O2 30% khối lượng

- Dung dịch chuẩn gốc (dùng các dung dịch chuẩn kim loại có bán sẵn loại dùng cho quang phổ hấp thụ nguyên tử)

- Dung dịch chuẩn kẽm (1 mg/ml): Hòa tan 1,000 kẽm trong 14 ml nước và

7 ml axit nitric (*) trong bình định mức 1000ml Pha loãng bằng nước đến vạch

- Dung dịch chuẩn đồng (1 mg/ml): Hòa tan 1,000 đồng trong 7 ml axit nitric (*) trong bình định mức 1000ml Pha loãng bằng nước đến vạch

- Dung dịch chuẩn chì (1 mg/ml): Hòa tan 1,000 chì trong 7 ml axit nitric (*) trong bình định mức 1000ml Pha loãng bằng nước đến vạch

- Dung dịch chuẩn cadimi (1 mg/ml): Hòa tan 1,000 cadimi trong 14 ml nước

và 7 ml axit nitric (*) trong bình định mức 1000ml Pha loãng bằng nước đến vạch

- Dung dịch chuẩn làm việc:

+ Dung dịch chuẩn làm việc dùng trong phân tích FAAS: Pha loãng dung dịch của các kim loại với axit nitric 0,1M để có dải chuẩn làm việc bao trùm nồng

độ của nguyên tố cần xác định

+ Dung dịch chuẩn làm việc dùng trong phân tích GFAAS: Pha loãng dung dịch của các kim loại với axit nitric 0,1M để có dải chuẩn làm việc bao trùm khoảng tuyến tính của các nguyên tố cần xác định

2.4 TIẾN HÀNH PHÂN TÍCH MẪU THỰC TẾ

2.4.1 Các thông số máy và chương trình nhiệt độ tối ưu để xác định hàm lượng

Cu, Pb, Cd, Zn bằng phương pháp AAS

Phương pháp GF-AAS xác định Cu, Pb, Cd và F-AAS xác định Zn được thực hiện tại Trung tâm Kiểm nghiệm Thuốc – Mỹ phẩm – Thực phẩm Thừa Thiên Huế Định lượng Cu, Pb, Cd, Zn theo phương pháp đường chuẩn Các thông số kỹ thuật để định lượng Cu, Pb, Cd, Zn theo phương pháp GF-AAS và F-AAS được

Bảng 2.4 Chương trình nhiệt độ của lò graphit để xác định Cu, Pb, Cd và lưu

lượng dòng khí O 2 – C 2 H 2 của ngọn lửa để xác định Zn

Nguyên tố Giai đoạn Nhiệt độ

( o C)

Thời gian (s)

Lưu lượng dòng Ar (L/phút)

2.4.2 Cách tiến hành đo độ hấp thụ của Cu, Pb, Cd, Zn

* Đo độ hấp thụ theo phương pháp GF-AAS

Để tiến hành đo độ hấp thụ nguyên tử cần được thực hiện thao tác như sau:

- Mở van khí Argon, lưu lượng của dòng khí lL/phút

- Mở máy làm lạnh lò

- Bật máy chính bằng nút turn on