Xác định hàm lượng các nguyên tố độc hại pb, cd, as trong một số loài rau ở vùng trồng rau đà lạt

Do đó, việc phân tích để tìm ra hàm lượng các kim loại nặng trong rau xanh ở vùng trồng rau ĐàLạt sẽ góp phần kiểm soát được chất lượng rau sạch theo tiêu chuẩn rau sạchđang được áp dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

NGUYỄN KIM NGÂN

XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CÁC NGUYÊN TỐ ĐỘC HẠI Pb, Hg, Cd, As TRONG MỘT SỐ LOÀI RAU Ở

VÙNG TRỒNG RAU ĐÀ LẠT

Chuyên ngành: hóa vô cơ

Mã số: 60.44.01.13

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Quốc Thắng

Vinh, 2012

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc của mình tới TS Nguyễn Quốc Thắng – Người đã tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn.

Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô khoa Hóa đã đóng góp những ý kiến quý báu của mình, các thầy, các cô kỹ thuật viên phụ trách phòng thí nghiệm đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho việc nghiên cứu và hoàn thành luận văn.

Qua đây tôi cũng xin cám ơn Ban Giám hiệu, Ban lãnh đạo Khoa Hóa, Khoa Sau đại học – Trường Đại học Vinh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè cùng với các đồng nghiệp và tất cả những người đã nhiệt tình giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành tốt luận văn.

Tuy nhiên, trong luận văn sẽ không tránh được những khuyết điểm và thiếu sót nên tôi rất mong quý thầy cô và các bạn góp ý để hoàn thiện hơn luận văn và tích lũy kinh nghiệm cho công tác nghiên cứu sau này.

Xin chân thành cảm ơn!

Vinh, Tháng 09 năm 2012

Nguyễn Kim Ngân

MỤC LỤC

Lời cảm ơn 1

Mục lục 2

Danh mục bảng 2

Danh mục hình 4

Mở đầu 5

Chương 1: TỔNG QUAN 8

1.1 Giới thiệu chung về rau xanh 8

1.2 Giới thiệu về Đà Lạt và rau Đà Lạt 11

1.3 Giới thiệu về kim loại nặng 15

1.4 Vai trò, chức năng sinh hóa và sự nhiễm độc Pb, Hg, Cd, As 23

1.5 Các phương pháp nghiên cứu 32

1.6 Phương pháp xử lý mẫu phân tích xác định Pb, Hg, Cd, As 41

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 45

2.1 Dụng cụ và hóa chất 45

2.2 Lấy mẫu và xử lí mẫu 48

2.3 Pha các dung dịch cần cho nghiên cứu 52

2.4 Qui trình thực nghiệm 53

2.5 Xử lí các số liệu từ kết quả đo được 56

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 58

3.1 Kết quả xác định hàm lượng Pb, Cd trong mẫu rau và trong nước tưới bằng phương pháp cực phổ 58

3.2 Kết quả xác định đồng thời hàm lượng Pb, Cd, Hg, As trong mẫu rau và trong nước tưới bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS 61

3.3 Kết quả xác định đồng thời hàm lượng Pb, Cd, Hg, As trong mẫu rau và trong nước tưới bằng phương pháp quang phổ plasma ghép nối khối phổ ICP-MS 62

3.4 So sánh kết quả phân tích với giới hạn an toàn của kim loại nặng 64

3.5 Mối liên hệ giữa kim loại nặng trong nước tưới và trong rau 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

PHỤ LỤC 71

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tải lượng một số chất gây ô nhiễm đổ ra biển của một số hệ thốngsông 22Bảng 1.2 Tải lượng chất gây ô nhiễm đổ ra biển Hải Phòng – Quảng Ninh 23Bảng 1.3 So sánh khả năng phát hiện của các kỹ thuật phân tích (ppb) 40Bảng 2.1 Vị trí lấy mẫu và kí hiệu mẫu 49Bảng 2.2 Tỉ lệ khối lượng của một số loại rau trước và sau khi sấy khô 51Bảng 2.3 Qui trình xử lý mẫu trên máy vi sóng Anton Paar Multiwave 300055Bảng 2.4 Điều kiện đo mẫu trên máy phổ hấp thu nguyên tử ngọn lửa

Shimadzu AAS 6300 cho hai nguyên tố Cd, Pb 55Bảng 2.5 Điều kiện đo trên máy bằng phương pháp HVG-AAS cho nguyên tốAs 56Bảng 2.6 Điều kiện đo trên máy bằng phương pháp MVU-AAScho nguyên tốHg 57Bảng 2.7 Thông số đo trên ICP-MS 7500 Series Agilent 57Bảng 3.1 Kết quả xác định hàm lượng chì bằng phương pháp cực phổ 59Bảng 3.2 Kết quả xác định hàm lượng cadimi bằng phương pháp cực phổ 59Bảng 3.3 Kết quả xác định hàm lượng chì bằng phương pháp AAS 62Bảng 3.4 Kết quả xác định hàm lượng cadimi bằng phương pháp AAS 63Bảng 3.5 Kết quả xác định hàm lượng thủy ngân bằng phương pháp AAS 63Bảng 3.6 Kết quả xác định hàm lượng asen bằng phương pháp AAS 63Bảng 3.7 Kết quả xác định hàm lượng chì bằng phương pháp ICP – MS 64Bảng 3.8 Kết quả xác định hàm lượng cadimi bằng phương pháp ICP – MS 64Bảng 3.9 Kết quả xác định hàm lượng thủy ngân bằng phương pháp ICP –MS 64

Bảng 3.10 Kết quả xác định hàm lượng asen bằng phương pháp ICP – MS 64

Bảng 3.11 So sánh kết quả phân tích với giới hạn an toàn của kim loại nặng:

Pb, Cd, Hg, As trong thực phẩm 65Bảng 3.12 So sánh kết quả phân tích với giới hạn an toàn của kim loại nặng:

Pb, Cd, Hg, As trong nước tưới rau 66

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Bản đồ phân bố diện tích canh tác rau các loại tại các phường xã

thành phố Đà Lạt 14

Hình 1.2 Kim loại chì 24

Hình 1.3 Kim loại cadimi 24

Hình 2.1: Máy đo cực phổ 797 Computrace 46

Hình 2.2: Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA – 6300 48

Hình 2.3: Hệ thống Agilent 7500 Series ICP-MS 48

Hình 2.4 Ruộng súp lơ 50

Hình 2.5 Ruộng bắp cải 50

Hình 2.6 Ruộng hành tây 50

Hình 3.1 Đường cong cực phổ mẫu nước Đà Lạt 59

Hình 3.2 Đường cong cực phổ mẫu trắng nước Đà Lạt 60

Hình 3.3: Đường cong cực phổ mẫu súp lơ xanh 60

Hình 3.4 Đường cong cực phổ mẫu bắp cải 61

Hình 3.5 Đường cong cực phổ mẫu hành tây 61

Hình 3.6 Đường cong cực phổ mẫu trắng rau 62

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Ngày nay việc bảo vệ môi trường và an toàn thực phẩm là vấn đề quantrọng đối với mỗi quốc gia Trong đời sống, rau xanh luôn là nguồn thựcphẩm cần thiết và quan trọng Hiện nay do nhiều nguyên nhân khác nhau màchủ yếu là việc sử dụng phân bón hoá học, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừsâu, diệt cỏ, chất thải của các nhà máy, khu công nghiệp đã dẫn đến sự ônhiễm nguồn đất, nguồn nước và bầu khí quyển Do đó rau xanh có thể bịnhiễm một số kim loại nặng như Se, Pb, Hg, As, Cd, Sn, Mn, Cu, Zn và các

vi sinh vật gây bệnh Nếu con người sử dụng phải sẽ bị ngộ độc có thể gây ranhững căn bệnh hiểm nghèo như ung thư sẽ dẫn đến tử vong

Hiện nay, Đà Lạt là nơi cung cấp rau xanh lớn và có uy tín trên cảnước Vấn đề đang được đặt ra là làm thế nào để có được rau xanh an toàn(rau sạch)?

Như vậy việc điều tra, đánh giá chất lượng rau sạch trở nên vô cùng cấpthiết Một trong các chỉ tiêu dùng để đánh giá độ an toàn thực phẩm nói chung

và rau sạch nói riêng là hàm lượng các kim loại nặng Do đó, việc phân tích

để tìm ra hàm lượng các kim loại nặng trong rau xanh ở vùng trồng rau ĐàLạt sẽ góp phần kiểm soát được chất lượng rau sạch theo tiêu chuẩn rau sạchđang được áp dụng ở Việt Nam

Vì vậy, chúng tôi chọn đề tài: “ Xác định hàm lượng các nguyên tố độc hại Pb, Hg, Cd, As trong một số loài rau ở vùng trồng rau Đà Lạt” làm nội dung nghiên cứu cho đề tài luận văn cao học thạc sĩ của

mình

2 Mục đích nghiên cứu:

Xác định được hàm lượng các nguyên tố độc hại Pb, Hg, Cd, As trongmột số loài rau xanh, trong nước tưới rau và đánh giá hiện trạng ô nhiễm bởi

các kim loại này trong rau xanh, trong nước tưới rau ở một số vùng trồng rau

Đà Lạt

3 Nhiệm vụ nghiên cứu:

Để thực hiện đề tài này, chúng tôi tập trung giải quyết các nhiệm vụ sau:

3.1 Xác định các nguyên tố kim loại nặng như Pb, Hg, Cd, As trongnuớc tưới, trong rau xanh ở vùng trồng rau Đà Lạt cung cấp cho thànhphố Hồ Chí Minh

3.2 So sánh kết quả phân tích được với giới hạn an toàn của kim loạinặng trong thực phẩm

3.3 Đánh giá mối quan hệ giữa thành phần kim loại nặng trong nướctưới và trong rau xanh

3.4 Rút ra kết luận và có những khuyến cáo cần thiết

Đề tài này được đặt ra là cần thiết vì Đà Lạt là nguồn cung cấp raulớn cho Thành phố Hồ Chí Minh và cả nước hầu như quanh năm Xácđịnh một số chỉ tiêu về chất lượng rau rất quan trọng, làm cho người tiêudùng yên tâm, mở rộng vùng sản xuất, nếu có dấu hiệu ô nhiễm thì cókhuyến cáo đến người sản xuất, người tiêu dùng và các cơ quan chứcnăng để có biện pháp giảm thiểu

4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu:

Lấy mẫu rau ở vùng trồng rau Đà Lạt

Xác định đồng thời hàm lượng Pb, Hg, Cd, As trong một số mẫu rau vàtrong nước tưới bằng các phương pháp khác nhau

So sánh kết quả phân tích với giới hạn an toàn của kim loại nặng: Pb,

Có nhiều phương pháp để xác định hàm lượng các kim loại, tùy thuộcvào hàm lượng chất phân tích mà có thể sử dụng các phương pháp khác nhau:phương pháp phân tích thể tích, phương pháp phân tích trọng lượng, phươngpháp điện hóa, phương pháp phân tích công cụ (phương pháp kích hoạtnơtron, phương pháp phổ phát xạ nguyên tử AES, phương pháp phổ hấp thụnguyên tử AAS)

Trong luận văn này, chúng tôi chủ yếu sử dụng các phương pháp sau:

1 Phương pháp cực phổ

2 Phương pháp AAS

3 Phương pháp ICP-MS

6 Giả thuyết khoa học:

Các kim loại nặng được chọn để khảo sát là Pb, Hg, Cd, As Chúng đượcđánh giá là các nguyên tố độc ở dạng vết (Gover, 1996) và có thể gây ngộ độctức thời hoặc ảnh hưởng lâu dài đến sinh vật và con người

NỘI DUNG

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về rau xanh:[10, 13, 28]

Các loại rau ở nước ta rất phong phú Nhìn chung ta có thể chia rauthành nhiều nhóm: nhóm rau ăn lá như rau cải, rau muống, rau xà lách, raucần nhóm rễ củ như cà rốt, củ cải, củ su hào, củ đậu nhóm cho quả như càchua, dưa chuột nhóm hành gồm các loại hành, tỏi Trong ăn uống hàngngày rau có vai trò đặc biệt quan trọng Rau xanh nằm trong nhóm thực phẩm,cung cấp vitamin và muối khoáng Rau còn quan trọng ở chỗ nó cung cấpchất xơ Chất xơ không dễ tiêu hoá hấp thụ được, không cung cấp năng lượng,

nó tạo ra chất thải lớn trong ruột, làm tăng nhu động ruột, chống táo bón Đây

là điều rất quan trọng trong việc tránh hấp thụ có hại cho cơ thể Nếu phân đểlâu trong ruột do thiếu chất xơ cũng tăng tỉ lệ ung thư tiêu hoá, đại tràng, gây

xơ vữa động mạch Ngoài ra, chất xơ còn thúc đẩy sự hấp thụ của cơ thể đốivới ba nhóm thức ăn đạm, béo, đường Rau còn là nguồn chất sắt quan trọng.Sắt trong rau được cơ thể hấp thụ tốt hơn Các loại rau, đậu, xà lách là nguồncung cấp mangan tốt Tóm lại, rau xanh có vai trò quan trọng trong dinhdưỡng, trong bữa ăn hàng ngày của chúng ta không thể thiếu được Ngày nay

để có sức khỏe tốt trên bàn ăn của mọi gia đình luôn hướng giảm lượng thịt cá

và tăng cường lượng rau xanh Điều quan trọng là phải đảm bảo rau sạch,không có vi khuẩn gây bệnh và các hoá chất độc nguy hiểm

1 1 1 Rau sạch:

Rau sạch là rau không bị ô nhiễm bởi các tác nhân sinh học, hoá học,vật lí vượt qua giới hạn cho phép và không gây nguy hại tới sức khoẻ chongười tiêu dùng

Ô nhiễm sinh học: ô nhiễm vi khuẩn, vi rút, kí sinh trùng

Ô nhiễm hoá học: ô nhiễm kim loại nặng, hoá chất bảo vệ thực vật, phụ gia bảo quản

1.1.2 Một số tiêu chí rau an toàn

1.1.2.1 Định nghĩa

Trong quá trình gieo trồng , để có sản phẩm rau an toàn nhất thiết phải

áp dụng các biện pháp kỹ thuật và sử dụng một số nguyên liệu như nước,phân bón, thuốc phòng trừ sâu bệnh Trong các nguyên liệu này, kể cả đấttrồng đều có chứa các nguyên tố gây ô nhiễm rau và ít nhiều đều để lại một số

dư lượng trên rau sau khi thu hoạch.Trong thực tế hiện nay hầu như không thể

có sản phẩm của rau sạch với ý nghĩa hoàn toàn không có yếu tố độc hại Tuyvậy những yếu tố này thực sự chỉ gây độc khi chúng để lại một dư lượng nhấtđịnh nào đó trên rau, dưới mức dư lượng này thì không độc hại, mức dư lượngtối đa không gây hại cho người có thể chấp nhận được gọi là mức dư lượngcho phép (hoặc ngưỡng dư lượng giới hạn) Như vậy những sản phẩm rautươi (bao gồm các loại rau ăn lá, củ, thân, hoa, quả) có chất lượng đúng nhưđặc tính của chúng, mức độ nhiễm các chất độc hại và các vi sinh vật gây hạikhông vượt quá chỉ tiêu cho phép, đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng vànuôi trồng được coi là rau đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, gọi tắt là “rau

an toàn” (theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn)

1.1.2 2 Các yếu tố gây ô nhiễm cho rau

Có nhiều yếu tố làm rau bị ô nhiễm, song quan trọng nhất là các yếu tố sau:

Dư lượng thuốc bảo vệ thực vật

Dư lượng nitrat (NO3- )

Sinh vật gây bệnh

Dư lượng kim loại nặng

Sự ô nhiễm rau do dư lượng kim loại nặng:

Các kim loại nặng như asen (As), chì (Pb), thủy ngân (Hg), cadimi(Cd), kẽm (Zn), thiếc (Sn), nếu vượt qua mức cho phép là những chất cóhại cho cơ thể, hạn chế sự phát triển của tế bào và hoạt động của máu, gâythiếu máu, biến động thân nhiệt, rối loạn tiêu hóa

Nguyên nhân

- Trong thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) và phân bón NPK có chứa một

số kim loại nặng trong quá trình tưới tiêu , các kim loại nặng này bị rửatrôi xuống ao hồ,sông rạch, thâm nhập vào mạch nước ngầm gây ônhiễm nguồn nước tưới rau

- Nguồn nước thải của thành phố và các khu công nghiệp chứa nhiềukim loại nặng chuyển trực tiếp vào rau tươi

1.2 Giới thiệu về Đà Lạt và rau Đà Lạt [13, 23]

1.2.1 Thông tin chung về thành phố Đà Lạt

1.2.1.1 Diện tích, dân số, lao động

Thành phố Đà Lạt thuộc tỉnh Lâm Đồng Nằm trên cao nguyên LangBiang nên Đà Lạt có độ cao 1.520m so với mặt nước biển Về phía Bắc, ĐàLạt giáp với huyện Lạc Dương, về phía Đông và Đông Nam giáp với huyệnĐơn Dương, về phía Tây và Tây Nam giáp với hai huyện Lâm Hà và ĐứcTrọng

Do ở độ cao trung bình 1.520 m và được bao quanh bởi những dãy núicao, nên tuy ở trong vùng nhiệt đới gió mùa, khí hậu Đà Lạt mang những nétriêng của vùng cao Đà Lạt có được một khí hậu mát mẻ, dễ chịu của vùng ôn

đới với nhiệt độ trung bình trong ngày thấp nhất là 15oC và cao nhất là 24oC.Mặc dù có hai mùa: mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 11 và mùa nắng từ tháng

12 đến tháng 3 năm sau nhưng quanh năm Đà Lạt đều có nắng Các điều kiệnkhí hậu này đã cho phép Đà Lạt sản xuất các loại rau củ, hoa và các trái câyđặc sản

Theo Niên giám thống kê tỉnh Lâm Đồng, tổng diện tích đất tự nhiêncủa Tp Đà Lạt là 39.106 ha Do rừng, đồi hoang chiếm với diện tích lớn nênđất dành cho nông nghiệp ở Đà Lạt không nhiều, chỉ khoảng 10.000 ha, chia

ra đất chuyên nông nghiệp 5.300 ha, đất xen canh 4.678 ha Ðất sản xuất nôngnghiệp chia làm 2 nhóm chính: nhóm feralit vàng đỏ chiếm tỷ lệ cao, nhưng

độ phì từ thấp đến trung bình, tuy nhiên lượng lân dễ tiêu và một số nguyên tố

vi lượng thích hợp cho cây rau, hoa và cây ăn quả Nhóm còn lại là feralit nâu

đỏ trên đá bazan có độ phì cao hơn, thích hợp cho việc canh tác loại rau có củ.Điều kiện giao thông tương đối thuận lợi để mở rộng giao lưu kinh tế với cácvùng trọng điểm kinh tế phía Nam, các tỉnh Duyên hải miền Trung và TâyNguyên

Từ năm 1990 đến nay, dân số thành phố Đà Lạt tăng khá nhanh Năm

2004 Đà Lạt có 188 467 người với 96% là người Kinh Trong đó, dân sốsống ở khu vực thành thị là 88.94%, sống ở các khu vực nông thôn là 11,06%,mật độ dân số là 480 người/km2 Mặt bằng dân trí trong những năm gần đâyđược nâng lên đáng kể nhưng vẫn còn có khoảng cách nhất định giữa cư dânsống ở khu vực thành thị và nông thôn

Lao động xã hội tăng nhanh, nhất là lao động nông nghiệp phổ thông(chiếm 38,5%) Lao động có tay nghề chưa được đào tạo theo quy chuẩn vàcũng chưa có điều kiện để hoạt động do Đà Lạt chưa có những khu côngnghiệp lớn

1.2.1.2 Nông nghiệp: Tình hình hiện tại & phương hướng phát triển

Hiện nay ngành nông nghiệp Đà Lạt vẫn còn thu hút 38.5% lao động xãhội Sản xuất nông nghiệp trên lĩnh vực trồng trọt đang phát triển về diện tích,tăng vụ, tăng năng suất và chất lượng nông sản Hàng năm, ngành nôngnghiệp Đà Lạt cung ứng cho thị trường tiêu dùng (chủ yếu Tp.Hồ Chí Minh

và các tỉnh phía Nam) khoảng 200.000 tấn rau các loại, trên 300 triệu cànhhoa. Lĩnh vực chăn nuôi phát triển chậm

Thành phố đang thực hiện các chương trình chuyển đổi cơ cấu câytrồng, vật nuôi nhằm tăng cường tính đa dạng của sản phẩm nông nghiệp, đápứng cho nhu cầu của thị trường tiêu dùng trong nước theo hướng chất lượngcao và từng bước tạo lập thị trường xuất khẩu nông sản

Về cơ cấu ngành nông nghiệp Lâm Đồng - Đà Lạt, trồng trọt đangchiếm tỷ trọng lớn hơn chăn nuôi và dịch vụ Trong đó nghề trồng rau và hoađang là thế mạnh của địa phương nói riêng và cả nước nói chung với tốc độphát triển bình quân trong 5 năm là 9.1%/năm

Tại Đà lạt có hơn 20.000 cơ sở sản xuất, hộ nông dân tham gia trồngrau, trong đó có 13 đơn vị đăng kí và cấp giấy chứng nhận rau an toàn, tậptrung nhiều nhất ở phường 7,5,8,11, xã Xuân Trường, xã Xuân Thọ …(xembản đồ sau)

Hình 1.1 Bản đồ phân bố diện tích canh tác rau các loại tại các phường xã thành phố Đà Lạt

Những loại rau quả chính trồng ở Đà Lạt gồm:

- Rau ăn lá (là bắp cải, cải thảo, xà lách, cải ngọt, súp lơ xanh, cần tây,

bó xôi…)

- Rau ăn củ (khoai tây, hành tây, củ dền, su hào, cà rốt, củ cải trắng…)

- Rau an quả (cà chua, cà tím, đậu cô ve v.v.)

1.2.2 Giới thiệu về nghề trồng rau ở Đà Lạt

Đà Lạt không chỉ là một thành phố du lịch nổi tiếng của Việt Nam mà

là vùng trồng rau nổi tiếng của cả nước

Nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, chịu ảnh hưởng của độ cao nên ĐàLạt có nền khí hậu của vùng ôn đới Mặc dù với diện tích không lớn (42.400

ha) nhưng được ưu đãi bởi thiên nhiên, nhờ có đặc điểm khí hậu của vùng ônđới mà Đà Lạt có thể sản xuất được những loại rau quả ôn đới quanh năm.

Nghề trồng rau ở Đà Lạt đã có từ lâu và phát triển mạnh trong nhữngnăm cuối của thập kỷ 30 Rau Đà Lạt ngon, bổ, mang hương vị đặc thù củarau ôn đới Những loại rau cao cấp hiện nay như bó xôi (spinach), xà lách,khoai tây hồng, lơ xanh, trắng, cải bắp xú đã đi vào các bữa ăn thông thườngkhông chỉ của người dân Đà Lạt mà còn cư dân của thành phố Hồ Chí Minh,các tỉnh miền Tây Nam Bộ, các tỉnh miền Trung và cả các nước lân cận

Nói đến rau Đà Lạt là nói đến huyện Đơn Dương, Đức Trọng và thànhphố Đà Lạt, tổng sản lượng rau của 3 vùng là này khoảng 250.000 tấn, chiếm30% rau quả cả nước Nguồn lợi do rau trồng từ Đà Lạt không chỉ là nguồnlợi nhuận đáng kể và giải quyết việc làm cho phần lớn lao động của Tp ĐàLạt mà cả tỉnh Lâm Đồng, góp một phần lớn thúc đẩy sự tăng trưởng về kinh

tế chung của tỉnh trong vòng 10 năm qua

1.3 Giới thiệu về kim loại nặng [11, 18, 20, 25, 26, 30]

Một số kim loại nặng rất cần thiết cho cơ thể sống và con người Chúng

là các nguyên tố vi lượng không thể thiếu, sự mất cân bằng các này có ảnhhưởng trực tiếp tới sức khỏe của con người Sắt giúp ngừa bệnh thiếu máu,kẽm là tác nhân quan trọng trong hơn 100 loại enzyme Trên nhãn của các lọthuốc vitamin, thuốc bổ xung khoáng chất thường có Cr, Cu, Fe, Zn, Mn, Mgchúng có hàm lượng thấp và được biết đến như lượng vết Lượng nhỏ các kimloại này có trong khẩu phần ăn của con người vì chúng là thành phần quantrọng trong các phân tử sinh học như hemoglobin, hợp chất sinh hóa cần thiếtkhác Nhưng nếu cơ thể hấp thu một lượng lớn các kim loại này, chúng có thểgây rối loạn quá trình sinh lí, gây độc cho cơ thể hoặc làm mất tính năng củacác kim loại khác

Kim loại nặng có độc tính là các kim loại có tỷ trọng ít nhất lớn gấp 5

lần tỷ trọng của nước Chúng là các kim loại bền (không tham gia vào quátrình sinh hóa trong cơ thể) và có tính tích tụ sinh học (chuyển tiếp trongchuỗi thức ăn và đi vào cơ thể người) Các kim loại này bao gồm: Hg, Ni, Pb,

As, Cd, Pt, Cu, Cr, Mn….Các kim loại nặng khi xâm nhập vào cơ thể sinh vậtgây độc tính

1.3.1 Nguồn gốc xuất hiện và sự di chuyển các kim loại nặng

Ở Việt Nam tình hình ô nhiễm đất bởi kim loại nặng nhìn chung khôngphổ biến Tuy nhiên trường hợp cục bộ gần khu công nghiệp, đặc biệt ởnhững làng nghề tái chế kim loại, tình trạng ô nhiễm kim loại nặng diễn rakhá trầm trọng

1.3.1.3 Trong không khí

Kim loại nặng tồn dư trong không khí do các nguồn sau:

Công nghiệp luyện kim, cơ khí thải ra nhiều khói bụi kim loại, khói thải

do dùng nhiên liệu hoá thạch, hoá chất độc hại trong quá trình luyện gang,thép, nhiệt luyện kim loại

Khí thải ở các nhà máy luyện kim thường có nhệt độ cao 300 – 4000Cnên dễ dàng được phân tán ra nếu kết hợp được với ống khói cao.

1.3.2 Tác hại của kim loại nặng

Kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể một phần bị đào thải, một phầnđược giữ lại trong cơ thể Các kim loại nặng là nguồn chất độc nguy hiểm đốivới hệ sinh thái đất, chuỗi thức ăn và con người Những kim loại nặng có tínhđộc cao nguy hiểm là Thuỷ ngân (Hg), Cadimi (Cd), Chì (Pb), Niken (Ni).Các kim loại nặng có tính độc mạnh là Asen (As), Crôm (Cr), Kẽm (Zn),Thiếc (Sn), Đồng (Cu)

Các kim loại nặng nếu tồn tại dư trong thực phẩm với hàm lượng quácao sẽ gây tác hại cho sức khoẻ người tiêu dùng Biểu hiện trước hết là ngộđộc mãn tính

- Đối với người:

Gây độc hại cấp tính, thí dụ thuỷ ngân (Hg) hay asen (As) với liều cao

có thể gây ngộ độc chết người ngay

Gây độc hại mãn tính hoặc tích luỹ thí dụ chì (Pb) với liều lượng nhỏhàng ngày, liên tục, sau một thời gian sẽ gây nhiễm độc chì, rất khó chữa, cáckim loại khác gây sỏi thận

- Đối với thức ăn:

Làm hư hỏng thức ăn, thí dụ chỉ cần cho lượng vết đồng sẽ kích thíchquá trình oxi hoá và tự oxi hoá của dầu mỡ

Làm giảm giá trị dinh dưỡng của thực phẩm, thí dụ chỉ cần cho lượngvết kim loại nặng cũng đủ để kích thích sự phân huỷ vitamin C, vitamin B1…

1.3.3 Sự xâm nhập của kim loại nặng vào cơ thể sinh vật

Kim loại nặng có thể xâm nhập vào cơ thể người và sinh vật thông qua

ba con đường sau:

- Hô hấp

Không khí được cơ thể sống hít vào có những chất ô nhiễm không chỉ ởdạng khí mà còn ở dạng lỏng, bụi rắn có khả năng bay hơi Các chất độc saukhi được hấp thụ qua màng nhầy sẽ lan toả đi vào máu, gây ngộ độc.

Các chất độc ở dạng rắn hay lỏng, lơ lửng trong không khí như sương

mù, khói… với hạt nhỏ hơn 1 micron có thể vào phổi Bụi khí độc có kíchthước phân tử từ 1 – 5 micron đi vào các phế quản hay phế nang Toàn bộ phếnang có diện tích rất lớn với một mạng lưới mao mạch dày đặc giúp chất độckhuếch tán nhanh vào máu, không qua gan và không được giải độc như theođường tiêu hoá mà đi ngay qua tim để đi đến các phủ tạng, đặc biệt hệ thầnkinh trung ương Do đó, chất độc xâm nhập qua đường hô hấp tác động gây độcnhanh và rất nguy hiểm

- Tiêu hoá

Thức ăn và nước uống bị nhiễm bẩn không đảm bảo qui tắc an toàn vệsinh thực phẩm hay bản thân thức ăn và nước uống có chứa kim loại nên kimloại nặng dễ xâm nhập vào cơ thể sinh vật và gây bệnh Chỉ có một số độcchất đi vào não, còn lại độc chất chủ yếu đi qua gan, thận, qua sữa mẹ, tuyến

mồ hôi và tuyến sinh dục

- Tiếp xúc

Da có vai trò bảo vệ chống tác động của yếu tố hoá học, vật lý và sinhhọc Do một số yếu tố nhạy cảm với lớp mỡ dưới da nên kim loại nặng có thể

đi qua da, vào hệ tuần hoàn chung của cơ thể Nhiễm độc qua da càng xảy ra

dễ dàng nếu da bị tổn thương về mặt cơ học (chấn thương), lý học (bỏng), cácchất hoá học (các chất kích thích và ăn da, gây bỏng) Nếu nhiễm qua niêmmạc càng nguy hiểm hơn vì niêm mạc có mật độ mao mạch dày

Khi các chất độc hoặc chất lạ đi vào cơ thể thông qua một hoặc nhiềuđường trên, chúng sẽ đi vào máu Sau đó chúng có thể bị đào thải ra khỏi cơthể bằng một sự chuyển hoá sang một thể khác hoặc bài tiết qua gan, thận(các chất độc tan được trong nước), qua phổi (các chất độc có tính bay hơicao) Các chất độc không bài tiết ra có thể tồn lưu, tích luỹ trong các mô, các

cơ quan nội tạng rồi gây các bệnh nguy hiểm như ung thư hoặc các bệnh độtbiến về gan hoặc di truyền.

1.1.4 Tình hình ô nhiễm kim loại nặng trên thế giới và Việt Nam

1.1.4.1 Tình hình ô nhiễm kim loại nặng trên thế giới[10, 11, 27, 32]

Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng thường gặp ở các khu công nghiệp,các thành phố lớn, khu vực hoạt động nông nghiệp và khu vực khai tháckhoáng sản Từ các nguồn phát thải các kim loại nặng đi vào môi trường đất,nước, không khí gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe, đời sốngsinh vật và tốn kém chi phí để khắc phục, xử lý

Hiện nay, tình trạng ô nhiễm Pb, Cd, Zn, Cu cũng như các kim loạinặng khác diễn ra ở nhiều nơi, từ các nước phát triển đến các nước đang pháttriển, tuy nhiên mức độ trầm trọng thường xảy ra cục bộ tại một số khu vực.Hoạt động công nghiệp đặc biệt là công nghiệp khai khoáng, sử dụng thuốcbảo vệ thực vật, sử dụng phân bón, giao thông, từ tự nhiên … đã đưa vào môitrường một lượng lớn kim loại nặng

Năm 1953 ở Nhật Bản, một nhà máy sản xuất hóa chất đã thải metylthủy ngân ra vịnh Minamata, thông qua con đường thực phẩm đã gây ra cáctriệu chứng bệnh thần kinh và được biết đến như là bệnh "Minamata" Ở tỉnhCreuse (Pháp) từ năm 1905 – 1955 hoạt động khai thác vàng đã thải ra550.000 tấn cianua và thuỷ ngân gây ô nhiễm nặng cho một vùng rộng lớn vànước sông Tardes Ở Irắc, đất bị ô nhiễm metyl thuỷ ngân từ thuốc bảo vệthực vật đã làm hơn 6.000 người nhiễm độc và 88 người chết Ở dạng muối

vô cơ, thủy ngân đã gây nên các rối loạn thần kinh cho công nhân làm mũ(nón) trong công nghiệp làm mũ của Hà Lan và trở nên nổi tiếng với cụm từ

"mad as a hatter"

Ở một số vùng trên thế giới như Đài Loan, Nam Mỹ, Banglades nồng

độ của asen trong nước ngầm khá cao Cư dân sinh sống và sử dụng nướcngầm ở các vùng có nồng độ asen cao thường bị mắc các bệnh như bệnh sừng

hóa, tăng hắc tố da Phơi nhiễm ở mức nồng độ cao hơn có thể dẫn đến hậuquả nghiêm trọng như bị hoại tử đầu ngón tay, ngón chân, bệnh "blackfoot",ung thư

Tại Thiên Tân (Trung Quốc), nơi sản xuất hơn một nửa lượng chì choTrung Quốc, do công nghệ thấp và quản lý kém nên một lượng lớn chì và cáckim loại nặng độc hại khác từ mỏ và quá trình khai thác chế biến đã phát tánvào môi trường cao gấp 24 lần tiêu chuẩn cho phép gây ảnh hưởng nghiêmtrọng cho khoảng 140.000 người

Ở Sukinda (Ấn Độ), nơi có một trong những mỏ Crom lộ thiên lớn nhấtthế giới, 60% nước uống ở đây bị nhiễm Cr+6 ở mức cao gấp hai lần tiêuchuẩn quốc tế Theo ước tính của một nhóm y tế Ấn Độ, 84,75% số ngườichết ở khu mỏ này đều liên quan đến các bệnh do crom gây ra Vapi – mộtthành phố khác của Ấn Độ, theo điều tra cho thấy hàm lượng thủy ngân trongnước ngầm của thành phố cao hơn 96 lần so với tiêu chuẩn an toàn của Tổchức Y tế thế giới (WHO), các kim loại nặng bị phát tán vào không khí vànhiễm vào các sản phẩm của địa phương, số người có nguy cơ ảnh hưởng lênđến 71.000 người Ở thành phố La Oraya – một thành phố mỏ của Peru,99% số trẻ em có hàm lượng chì nhiễm vào trong máu vượt quá mức chophép, theo khảo sát năm 1999, hàm lượng Pb, Cu, Zn ở đây cao gấp 3 lần sovới giới hạn cho phép và chúng sẽ tồn tại trong đất của thành phố này hàngthế kỷ nữa [theo thống kê năm 2006 của tổ chức nghiên cứu môi trường quốc

tế Viện Blacksmith]

1.3.4.2 Tình hình ô nhiễm kim loại nặng ở Việt Nam [1, 3, 20]

Việt Nam là nước đang phát triển, quá trình công nghiệp hóa, đô thịhóa gia tăng, cùng với nó là tình trạng ô nhiễm kim loại nặng ngày càng trầmtrọng Các khu vực ô nhiễm kim loại nặng cao tại Việt Nam tập trung tại cácthành phố lớn, khu công nghiệp phát triển hay tại các khu vực làng nghềtruyền thống

Ô nhiễm Asen tại Việt Nam thường phân bố rộng và là một trongnhững quốc gia ô nhiễm Asen cao trên thế giới Từ năm 1995 – 2000, nhiềunghiên cứu đã cho thấy nồng độ Asen trong các mẫu nước khảo sát ở thượnglưu sông Mã, Sơn La, Phú Thọ, Bắc Giang, Hưng Yên, Nam Định, ThanhHoá, Hà Nội… đều vượt tiêu chuẩn cho phép nước sinh hoạt quốc tế và ViệtNam

Ngoài ra, tình trạng ô nhiễm kim loại nặng cadimi và chì cũng gia tăngnhanh chóng, mức độ ô nhiễm nghiêm trọng nhất vẫn là các thành phố lớn,các khu dân cư, khu công nghiệp, các làng nghề truyền thống… Tại huyệnĐông Anh, Hà Nội hàm lượng cadimi, chì trong đất và nước của khu vựctrồng rau đều vượt tiêu chuẩn cho phép

Năm 2004 tại huyện Tân Trụ (Long An), hàm lượng cadimi trong nước

từ 2 – 8 mg/l gấp 40 – 60 lần tiêu chuẩn cho phép, chì từ 0,7 - 2,7 mg/l gấp 7

- 27 lần tiêu chuẩn cho phép

Đất ở khu vực xung quanh nhà máy Pin Văn Điển và nhà máy phân lânVăn Điển (Hà Nội) có hàm lượng kim loại nặng là: chì 17,44 – 2047 ppm;đồng 12,85 – 49,69 ppm; mangan 172,78 – 2018,05 ppm; kẽm 25,190 –243,477 pmm

Một số khu vực biển đã có biểu hiện ô nhiễm kim loại nặng, Theo sốliệu năm 2000 của các trạm quan trắc biển, các trầm tích chủ yếu bị ô nhiễmbởi các kim loại nặng như: asen, cadimi, đồng, kẽm và thủy ngân

biển của một số hệ thống sông

Hệ thống sông Thông số (đơn vị tấn/năm)

(Nguồn: Chương trình Nghiên cứu biển cấp nhà nước KT.03.07)

Phòng – Quảng Ninh

Chất gây ô nhiễm (đơn vị tấn/năm)

65,29 45,12 840,73 5,13 45,89 9,44

(Nguồn: Báo cáo hiện trạng môi trường Việt Nam 2003, Phạm Văn Ninh)

Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong thực phẩm là vấn đề cần đượcquan tâm vì kim loại nặng chủ yếu xâm nhập vào cơ thể con người qua conđường tích luỹ sinh học Theo kết quả phân tích vào tháng 4 năm 2004 tạithôn Bằng B, xã Hoàng Liệt, huyện Thanh Trì, Hà Nội qua các mẫu rau dùng

để phân tích như: mồng tơi, hành, cải xanh, muống cạn, ngải cứu, muốngnước thì hàm lượng các kim loại nặng như Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, As là cao sovới tiêu chuẩn của WHO Ở thành phố Hồ Chí Minh nhiều hệ thống kênhrạch, ao mương đã phải hứng chịu một cách lâu dài các chất thải độc hại từhàng ngàn nhà máy, cơ sở sản xuất trên địa bàn Điển hình như năm 2008,Nhà máy bột ngọt Vedan đã bị phát hiện việc đổ nước thải chưa xử lí ra sôngThị Vải đã gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước và thiệt hại nặng nề chongười dân trong khu vực đã bị cơ quan nhà nước xử lý

Những công trình nghiên cứu gần đây của một số nhà khoa học chothấy rau bán ở các chợ trong thành phố Hồ Chí Minh, nhiều loại nhiễm kimloại nặng đặc biệt chì có hàm lượng cao hơn mức cho phép 30 lần Theonghiên cứu của Phó giáo sư tiến sĩ Bùi Cách Tuyến (Đại học Nông Lâm

TP.HCM) hàm lượng kẽm trong các mẫu rau muống ở quận Bình Chánh caogấp 30 lần mức cho phép.

Các dẫn liệu trên cho thấy tình hình ô nhiễm kim loại nặng trên thế giới

và Việt Nam đã và đang gây ảnh hưởng rất lớn đến sức khoẻ, chất lượng cuộcsống của con người Mặc dù tình trạng ô nhiễm kim loại nặng ở nước ta tuychưa ở mức phổ biến và trầm trọng, song một số vùng nhất là các vùng gầnkhu công nghiệp đã có dấu hiệu ô nhiễm kim loại nặng cục bộ Vì vậy việcnghiên cứu công cụ nhằm nâng cao hiệu quả đánh giá ô nhiễm kim loại nặng

là vấn đề có ý nghĩa thực tiễn nhằm quan trắc và kiểm soát các ảnh hưởng của

nó đến đời sống con người và môi trường

1.4 Vai trò, chức năng sinh hóa và sự nhiễm độc Pb, Hg, Cd, As [1,

oxi hoá 0, +2, +4 trong đó muối chì hoá

trị 2 là bền và hay gặp nhất Có khoảng

170 khoáng vật của chì chủ yếu là: Galen

(PbS), Cerndute (PbCO3), Anglesite

(PbSO4) và pyromorphite [Pb5Cl(PO4)3]

Hình 1.2 Kim loại chì

Trong khí quyển chì tương đối giàu hơn so với kim loại khác Nguồnchính của chì phân tán trong không khí xuất phát từ quá trình đốt cháy các

nhiên liệu xăng chứa chì Chì được trộn thêm dưới dạng Pb(CH3)4 vàPb(C2H5)4 cùng với các chất làm sạch 1,2-đicloetan và 1,2-đibrometan.

Chì là một kim loại mềm, nặng, độc hại và có thể tạo hình Chì có màutrắng xanh khi mới cắt nhưng bắt đầu xỉn màu thành xám khi tiếp xúc vớikhông khí

1.4.1.2 Ứng dụng của chì

- Chì được dùng làm tấm điện cực trong ăcquy, dây cáp điện, đầu đạn

và các ống dẫn trong công nghiệp hóa học

- Chì được sử dụng như chất nhuộm trắng trong sơn, thành phần màu trong tráng men

- Chì hấp thụ tốt tia phóng xạ và tia rơnghen nên được dùng làm những tấm bảo vệ phóng xạ hạt nhân

1.4.1.3 Tác dụng sinh hóa của chì

Tác dụng sinh hóa chủ yếu của Pb là tác dụng của nó đến sự tổng hợpmáu dẫn đến sự phá vỡ hồng cầu Chì ức chế một số enzym quan trọng củaquá trình tổng hợp máu do sự tích lũy của các hợp chất trung gian của quátrình trao đổi chất Một phần quan trọng của tổng hợp máu là do sự chuyểnhóa delta –amino levunilicaxit (ALA–dehydrase) Chì ức chế ALA –dehydrase enzym, do đó giai đoạn tiếp theo tạo thành porpho biliogen khôngthể xảy ra Kết quả là phá hủy quá trình tổng hợp hemoglobin cũng như cácsắc tố hô hấp khác cần thiết trong máu như cytochromes

Cuối cùng, chì cản trở việc sử dụng oxi và glucoza để sản sinh nănglượng trong quá trình sống Sự cản trở này có thể tìm thấy khi nồng độ cồntrong máu nằm khoảng 0,3 ppm Ở các nồng độ cao hơn có thể gây hiệntượng thiếu máu (thiếu hemoglobin) nếu hàm lượng chì trong máu khoảng0,5 – 0,8 ppm gây ra sự rối loạn chức năng thận và phá hủy não

Xương là nơi tàng trữ, tích tụ chì của cơ thể Sau đó phần chì này có thểtương tác cùng với photphat trong xương và thể hiện tính độc hại khi truyền

vào mô mềm của cơ thể Chì nhiễm vào cơ thể qua da, đường tiêu hóa, hôhấp Nhiễm chì có thể dẫn đến vô sinh, sảy thai, mắc phải các rối loạn về thầnkinh, thiếu máu, đau đầu, sưng khớp, chóng mặt Ở trẻ em, chỉ số IQ sẽ khôngcao, đôi khi có những biểu hiện rối loạn hành vi Do chì tích lũy dần trong cơthể một cách chậm chạp nên những triệu chứng sẽ không được nhận biết kịpthời.

Khi hàm lượng Pb trong máu khoảng 0,3 ppm thì nó ngăn cản quá trình sửdụng oxi để oxi hóa glucoza tạo ra năng lượng cho quá trình sống, do đó làmcho cơ thể mệt mỏi Ở nồng độ cao hơn (>0,8 ppm) có thể gây nên thiếu máu

do thiếu hemoglobin Hàm lượng chì trong máu nằm trong khoảng ( >0,5 –0,8 ppm) gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá hủy não Xương là nơitàng trữ, tích tụ chì trong cơ thể, ở đó chì tương tác với photphat trong xươngrồi truyền vào các mô mềm của cơ thể và thể hiện độc tính của nó

Vì thế tốt nhất là tránh những nơi có Pb ở bất kì dạng nào, đồng thời trongdinh dưỡng chú ý dùng loại thực phẩm có hàm lượng Pb dưới quy định chophép và có đủ Ca và Mg để hạn chế tác động của Pb Vì dù chúng ta khôngmuốn thì cũng luôn có một lượng Pb rất nhỏ nhất định vẫn thâm nhập vào cơthể của chúng ta qua đường ăn uống và hít thở Vì thế nên uống sữa, ăn nhiềurau xanh, các loại thực phẩm và đồ uống giàu vitamin B1 và vitamin C thì cólợi cho việc chống lại và hạn chế ảnh hưởng của Pb đối với cơ thể

Các chất được dùng để giải độc chì là EDTA, 2,3- dimercaptopropanol,penicillamin…., do đó chúng tạo với Pb các phức chelat bền và được đào thải

ra ngoài qua nước tiểu

1.4.2 Vai trò, chức năng sinh hóa và sự nhiễm độc Cd [1, 2, 9, 11]

1.4.2.1 Sơ lược về Cadimi

Cadimi chiếm khoảng 5.10-5% khối

lượng vỏ trái đất ứng với 7.10-6 % tổng số

nguyên tử Cadimi là nguyên tố kém phổ

biến Cadimi có 19 đồng vị, 8 trong số đó là

bền như 114Cd (28,86%), 113Cd (12,26%),

112Cd (24,07%), 111Cd (12,7%), 110Cd (12,39%)

và 100Cd Cadimi thường có trong các khoáng Hình 1.3 Kim loại cadimi

vật chứa kẽm và là sản phẩm phụ quá trình sản xuất kẽm, đồng và chì Thí dụ,khoáng vật chứa cadimi là grenokit (CdS), thường tồn tại lượng nhỏ trongquặng kẽm là: blen kẽm (ZnS), và calamin (ZnCO3) có chứa khoảng 3%cadimi, hoặc trong quặng thủy ngân là xinaba thần sa (HgS) Cadimi còn tồntại trong quặng đa kim với chì và đồng

1.4.2.2 Ứng dụng của Cadimi

Cadimi được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1817 bởi FriedrichStromeyer (1778-1838) và mới được sử dụng rộng rãi ở thế kỷ XX Việc sảnxuất Cadimi trên thế giới tăng từ 11.000 tấn trong năm 1960 lên đến 19.000tấn năm 1985

- Khoảng ¾ cadimi sản xuất ra được sử dụng trong các loại pin (đặcbiệt là Ni – Cd ) và phần lớn trong công nghiệp

- Cadimi được sử dụng chủ yếu trong các chất màu, lớp sơn phủ, cácchất mạ kim loại ( mạ vỏ ô tô, máy bay và tàu biển)

- Cadimi được sử dụng chế tạo hợp kim, làm chất ổn định trong plastic,làm điện cực ắc quy kiềm Hợp kim Cu – Cd dùng làm thanh điều chỉnh trong

lò phản ứng hạt nhân

- Ngoài ra Cadimi còn có mặt trong phân bón và một số thuốc trừ sâubởi độc tính để diệt nấm và côn trùng

1.4.2.3 Tác dụng sinh hóa của cadimi

Sau khi xâm nhập vào cơ thể, cadimi được gắn vào trong các mô dướidạng một hợp chất với một protein có chọn lọc và có trọng lượng phân tử thấpnhưng giàu nhóm tiol (-SH) là metalothionein Metalothionein thường có

61 axit amin trong đó có 20 axit amin cystein và không có axit amin thơm.Chính sự tổng hợp nên hợp chất metalothionein này được kích thích khi cómặt của cadimi Metalothionein tập trung nhiều nhất ở gan và thận, nơi màcadimi thường tích lũy ( khoảng 50 – 60 % lượng cadimi trong cơ thể)

bởi lẽ một bệnh ở ống mà lại chỉ gây tác hại một cách có chọn lọc đến duynhất cái ống đầu gần.

1.4.2.4 Độc tính của cadimi [24, 29]

Cadmi là nguyên tố rất độc Giới hạn tối đa cho phép của cadmi:

Trong nước : 0,01 mg/l (hay 10ppb),Trong không khí : 0,001 mg/m3,

Trong thực phẩm : 0,001- 0,5 mg/kg

Trong tự nhiên cadmi thường được tìm thấy trong các khoáng vật cóchứa kẽm Nhiễm độc cadmi gây nên chứng bệnh giòn xương Ở nồng độ cao,cadmi gây đau thận, thiếu máu và phá huỷ tuỷ xương

Phần lớn cadimi thâm nhập vào cơ thể con người được giữ lại ở thận vàđược đào thải, còn một phần ít (khoảng 1%) được giữ lại trong thận, do cadmiliên kết với protein tạo thành metallotionein có ở thận Phần còn lại được giữlại trong cơ thể và dần dần được tích luỹ cùng với tuổi tác Khi lượng cadmiđược tích trữ lớn, nó có thể thế chỗ ion Zn2+ trong các enzim quan trọng vàgây ra rối loạn tiêu hoá và các chứng bệnh rối loạn chức năng thận, thiếu máu,tăng huyết áp, phá huỷ tuỷ sống, gây ung thư

1.4.3 Vai trò, chức năng sinh hóa và sự nhiễm độc asen

1.4.3.1 Sơ lược về Asen

Asen có ký hiệu hóa học là As, có số hiệu nguyên tử Z = 33, thuộcnhóm VA, chu kỳ 4 trong bảng hệ thống tuần hoàn Chiếm 1.10-4 % tổng sốnguyên tử trong vỏ nguyên tử trong vỏ trái đất Trạng thái oxi hóa của asen

là +3, +5 Asen kim loại có màu trắng bạc, dẫn điện, dẫn nhiệt nhưng giòn,

dễ nghiển thành bột, tan trong CS2

As có khối lượng nguyên tử là 74,92 đvC, khối lượng riêng 5,72 g/cm3

nhiệt độ nóng chảy 8170C, nhiệt độ sôi 6100C

1.4.3.2 Chức năng sinh hóa và độc tính Asen [1, 2, 9, 11, 22]

Về mặt hoá học As là một á kim, về mặt sinh học As nằm trong danhmục các hoá chất độc hại cần được kiểm soát As được xếp cùng hàng với cáckim loại nặng, As là chất độc có thể gây nên 19 bệnh khác nhau trong đó cóung thư da và phổi, bàng quang, ruột Các triệu chứng cổ điển của nhiễm độc

As là sậm màu da, tăng sừng hóa và ung thư, tác động đến hệ thần kinh ngoạibiên và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe như chứng to chướng gan, bệnh đái tháođường, cao huyết áp, bệnh tim, viêm cuống phổi, các bệnh về đường hôhấp… As ở dạng vô cơ có độc tính cao gấp nhiều lần As ở dạng hữu cơ,trong đó các hợp chất có chứa As thì hợp chất chứa As (III) độc tính cao hơn

As (V), tuy nhiên trong cơ thể As (V) có thể bị khử về As (III) As3+ tác độngvào nhóm - SH của các enzim do vậy ức chế hoạt động của men

nặng bình thường vì đa số các hợp chất As hữu cơ ít độc hơn các As vô cơ.Lượng As trong các cây có thể ăn được thường rất ít Sự có mặt của As trongđất ảnh hưởng đến sự thay đổi pH, khi độc tố As tăng lên khiến đất trồng trởnên chua hơn, nồng độ pH < 5 khi có sự kết hợp giữa các loại nguyên tố khácnhau như Fe, Al.

Chất độc ảnh hưởng từ As làm giảm đột ngột sự chuyển động trongnước hay làm đổi màu của lá kéo theo sự chết lá cây, hạt giống thì ngừng pháttriển Cây đậu và những cây họ Đậu (Fabaceae) rất nhạy cảm đối với độc tố

As

1.4.4 Vai trò, chức năng sinh hóa và sự nhiễm độc thủy ngân

1.4.4.1 Sơ lược về thủy ngân

Thủy ngân có kí hiệu hóa học là Hg (tên latinh là hydragyrum) số thứ

tự 80 chu kỳ 6 nhóm IIB trong hệ thống tuần hoàn có số oxi hóa +1, +2.Khối lượng nguyên tử là 200,59 đvC Thế ion hóa 10,43 eV cao nhất trongcác nguyên tố nhóm d, nhiệt độ nóng chảy -38,830C, nhiệt độ sôi 356,730C,khối lượng riêng 13,55 g/cm3, độ âm điện 2,0 Ở nhiệt độ thường, thủy ngân

là chất lỏng

Thủy ngân là kim loại màu trắng xám Các hợp chất của thủy ngânkém bền so với hợp chất các nguyên tố cùng nhóm, nhưng phức chất củathủy ngân với các phối tử NH3, CN-, X- lại bền hơn Các dẫn xuất của thủyngân đều rất độc thủy ngân dễ tạo hợp kim, các hợp kim của thủy ngân gọi

là hỗn hống, phần lớn hỗn hống ở thể lỏng hoặc nhão

1.4.4.2 Ứng dụng của thủy ngân và các hợp chất của thủy ngân

- Thủy ngân kim loại dùng làm điện cực trong máy đo cực phổ, làmnhiệt kế thủy ngân…

- HgO dùng để điều chế các hợp chất khác của thủy ngân, chế sơn vỏtàu biển, thuốc mỡ và pin thủy ngân Pin thủy ngân gồm có cực âm làm bằng

hỗn hống kẽm, cực dương là bột nhão của HgO trộn với than và chất điện li làbột nhão của ZnO trộn với KOH Trong pin xảy ra phản ứng:

Zn + HgO = ZnO + HgPin được làm ở dạng cúc dùng cho máy nghe, đồng hồ đeo tay

- Những phức chất của Hg (II) dùng trong hóa phân tích như K2[HgI4]

và (NH4)2[Hg(SCN)4]

- Hg2Cl2 dùng làm điện cực calomen là một điện cực so sánh phổ biến

1.4.4.3 Độc tính của Thủy ngân

Nhiễm độc cấp tính: Khi tiếp xúc với Hg ở nhiệt độ cao, không giankín gây ho, khó thở, tim đập nhanh, nếu liều lượng Hg tăng dần thìnhiệt độ cơ thể tăng, choáng váng, nôn mửa, hôn mê, tức ngực, một số người

da tím tái, rét Quá trình khó thở có thể kéo dài đến vài tuần

Ngộ độc cấp tính do ăn uống phải một lượng lớn Hg Ngộ độc cấp tính

có thể là bị ngất, hôn mê Ví dụ: Năm 1952, một ngôi làng ở Irăc có 1450người chết do ăn phải lúa mì giống do Liên hợp quốc viện trợ, do lúa mìgiống được phun tẩm CH3Hg+ để chống nấm

Nhiễm độc mãn tính: Khi tiếp xúc với Hg trong một thời gian dài.Nhiễm độc ở hệ thần kinh, thận, chủ yếu do Hg hữu cơ và một số Hg vô cơ.Triệu trứng sớm nhất của nhiễm độc Hg là lơ đãng, da xanh tái, ăn khó tiêu,hay đau đầu, có thể kèm theo viêm lợi, chảy nước bọt, sau đó răng rụng, mòn,thủng, và có vết đen ở răng, gây tổ thương da

Triệu trứng điển hình của nhiễm độc mãn tính Hg biểu hiện ở thần kinh:liệt, run, liệt mí mắt, môi, lưỡi, cánh tay, bàn chân Người nhiễm độc khó cókhả năng điều khiển vận động, cách diễn đạt thay đổi, nói khó, bắt đầu câunói khó khăn, nói lắp. Đối với trẻ em khi bịnhiễm độc Hg thì thần kinh phânlập, thiểu năng trí tuệ

Metyl thủy ngân (CH3)Hg+: ảnh hưởng chính đến hệ thần kinhtrung ương, ngoài ra nó còn gây ra các rối loạn về tiêu hoá và ítảnh hưởng tớithận. Trong môi trường nước, metyl thủy ngân là dạng độc nhất, nó làm phânliệt nhiễm sắc thể và ngăn cản quá trình phân chia tế bào.

1.5 Các phương pháp nghiên cứu [6, 7, 8, 12, 14, 21, 25, 31]

Hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau để xác định chì, thủyngân, asen, cadimi các phương pháp hóa học như phân tích khối lượng, phântích thể tích Các phương pháp điện hoá như phương pháp cực phổ, phươngpháp von – ampe hòa tan Các phương pháp phân tích công cụ như phổ phân

tử UV – VIS, phổ phát xạ nguyên tử (AES), phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa(F-AAS) và không ngọn lửa (GF-AAS), phương pháp ICP – MS, phươngpháp kích hoạt hạt nơtron mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng Trong phạm vi đề tài này chúng tôi chọn ba phương pháp nghiên cứu chính làphương pháp cực phổ, phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử, phương phápquang phổ plasma ghép nối khối phổ ICP-MS.…Sau đây là một số phươngpháp xác định Chì, Thủy ngân, Asen, Cadimi.

1.5.1 Phương pháp cực phổ

Phương pháp này dựa trên việc ứng dụng sự phân cực nồng độ sinh ratrong quá trình điện phân trên điện cực có bề mặt nhỏ Dựa vào đường congbiểu diễn sự phụ thuộc của sự biến đổi cường độ dòng trong quá trình điệnphân vào thế điện đặt vào, có thể xác định định tính và định lượng với chấtcần phân tích với độ chính xác khá cao Đường biểu diễn cường độ dòng tạithời điểm xảy ra sự khử ion cần phân tích bị gãy đột ngột ở phía trên tạo nênđường gọi là sóng cự phổ Dựa vào vị trí của sóng đó có thể xác định thànhphần định tính của chất điện ly, dựa vào chiều cao của sóng có thể xác địnhhàm lượng của ion bị khử Phương pháp này có khả năng xác định hỗn hợpcác kim loại chứa trong các mẫu kĩ thuật với hàm lượng khoảng 0,001% với

độ chính xác trung bình đến 1%

1.5.1.1 Cơ sở của phương pháp cực phổ

Phương pháp cực phổ là nhóm các phương pháp phân tích dựa vào việcnghiên cứu đường cong Von – Ampe hay còn gọi là đường cong phân cực, làđường cong biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào thế khi tiếnhành điện phân dung dịch phân tích Quá trình điện phân được thực hiện trongbình điện phân đặc biệt, trong đó có một điện cực có diện tích bề mặt bé hơndiện tích bề mặt kia nhiều lần Điện cực có diện tích bề mặt bé hơn gọi là viđiện cực Quá trình khử ( hoặc oxi hóa) các ion chủ yếu xảy ra trên vi điệncực Để vẽ đường cong phân cực, người ta liên tục theo dõi và đo cường độdòng điện chạy qua mạch khi tăng dần điện thế đặt vào hai cực của bình điệnphân và xây dựng đồ thị theo hệ tọa độ I – E, ( I là cường độ dòng điện chạyqua mạch, E là điện thế đặt vào hai cực của bình điện phân) Đường congmang tên đường cong Von – Ampe

* Phương trình Inkovitch

Người ta đã tìm thấy mối liên quan giữa cường độ dòng giới hạn Id vớinồng độ ion kim loại CM và các đại lượng khác Mối quan hệ được mô tả bằngphương trình Inkovitch

Id = 605ZD1/2m2/3t1/6CM (1)Trong đó : Id : Cường độ dòng khuếch tán giới hạn ( A)

Z là điện tích ion kim loại

D là hệ số khuếch tán có thứ nguyên (cm2.s-1)

m là khối lượng giọt thủy ngân chảy ra từ mao quản (g/s)

t là thời gian tạo giọt thủy ngân (s)Trong các đại lượng có trong phương trình (1), hệ số khuếch tán D khóxác định bằng thực nghiệm và cũng ít khi tìm thấy trong các sổ tay

Trong phân tích cực phổ m và t thường được gọi là đặc trưng maoquản, có thể xác định bằng quan sát thực nghiệm

Trong thực tế D, m, t có thể được duy trì không thay đổi trong điềukiện thực nghiệm nên (1) có thể viết dưới dạng :

Id = K.CM (2)

Từ phương trình (2) ta thấy cường độ dòng giới hạn Id phụ thuộc tuyếntính vào nồng độ chất nghiên cứu và (2) là cơ sở cho phân tích cực phổ địnhlượng

1.5.1.2 Quy trình của phương pháp cực phổ

Để phân tích một chất nào đó bằng phương pháp cực phổ, trước hết cầnchuyển nó vào dung dịch Sau đó tạo môi trường cần thiết và tách các chấtngăn cản sự xác định cực phổ

Điều bất tiện nhất đối với phương pháp cực phổ là trong dung dịchphân tích có các chất có thể khử gần với thế khử của nguyên tố cần xác địnhhoặc có thể thấp hơn oxi hòa tan trong dung dịch, chúng sẽ ngăn cản phép xácđịnh Để tách các chất ngăn cản, người ta sử dụng các phản ứng kết tủa, tạophức, oxi hóa khử, tách sắc kí

Quá trình phân tích cực phổ gồm các bước cụ thể sau :

Bước 1: Cho dung dịch phân tích vào bình điện phân

Bước 2: Sục khí H2 hoặc N2 nguyên chất vào dung dịch bình điện phântrong vòng 10 phút để loại trừ oxi hòa tan trong dung dịch Vì oxi cũng chosóng khử catot làm ảnh hưởng đến sóng khử của chất phân tích Nếu dungdịch phân tích có môi trường axit yếu hoặc là kiềm thì có thể loại trừ oxi hòatan bằng Na2S2O3 tinh khiết

Bước 3: Cho chất nền thích hợp vào

Bước 4: Cho 2 chất hoạt động bề mặt ( như gielatin hoặc metyl đỏ hayaga-aga) để giảm sự chênh lệch sức căng bề mặt giọt thủy ngân có lợi chophân tích Cụ thể giảm được cực đại loại 1 và cực đại loại 2 trên đường cựcphổ

Sau đó tiến hành ghi cực phổ.

1.5.2 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử : AAS [ 5, 19, 21]

1.5.2.1 Nguyên tắc của phương pháp AAS

Nguyên tắc : Khi nguyên tử tồn tại tự do ở thể khí và ở trạng thái nănglượng cơ bản, thì nguyên tử không thu hay không phát ra năng lượng Tức lànguyên tử ở trạng thái cơ bản Song, nếu chiếu vào đám hơi nguyên tử tự domột chùm tia sáng đơn sắc có bước sóng phù hợp, trùng với bước sóng vạchphổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố phân tích, chúng sẽ hấp thụ tia sáng đósinh ra một loại phổ của nguyên tử Phổ này được gọi là phổ hấp thụ củanguyên tử Với hai kỹ thuật nguyên tử hóa, nên chúng ta cũng có hai phép đotương ứng Đó là phép đo phổ hấp thụ nguyên tử trong ngọn lửa (F- AAS có

độ nhạy cỡ 0,1 ppm) và phép đo phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF –AAS có độ nhạy cao hơn kỹ thuật ngọn lửa 50- 1000 lần, cỡ 0,1- 1 ppb)

Cơ sở của phân tích định lượng theo AAS là dựa vào mối quan hệ giữacường độ vạch phổ và nồng độ nguyên tố cần phân tích theo biểu thức:

Phép đo phổ AAS có thể phân tích được lượng vết của hầu hết các kimloại và cả những hợp chất hữu cơ hay anion không có phổ hấp thụ nguyên tử

Nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành : địa chất,công nghiệp hóa học, hóadầu, y học, sinh học, dược phẩm

* Phép đo phổ có ngọn lửa (F-AAS):

Kỹ thuật F-AAS dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hoáhơi và nguyên tử hoá mẫu phân tích Do đó mọi quá trình xảy ra trong khinguyên tử hoá mẫu phụ thuộc vào đặc trưng và tính chất của ngọn lửa đèn khínhưng chủ yếu là nhiệt độ ngọn lửa Đây là yếu tố quyết định hiệu suấtnguyên tử hoá mẫu phân tích, mọi yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ ngọn lửađèn khí đều ảnh hưởng đến kết quả của phương pháp phân tích

* Phép đo phổ không ngọn lửa:

Gồm: lò graphit, bộ tạo hyđrua (hydride vapor generator – HVG), bộhóa hơi lạnh phân tích thủy ngân (MVU)

Kỹ thuật không ngọn lửa ra đời sau kỹ thuật có ngọn lửa nhưng đãđược phát triển rất nhanh, nó đã nâng cao độ nhạy của phép xác định lên gấphàng trăm lần so với kỹ thuật F-AAS Mẫu phân tích bằng kỹ thuật này khôngcần làm giàu sơ bộ và lượng mẫu tiêu tốn ít

Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa là quá trình nguyên tử hoá tứckhắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng nhiệt của dòng điện có côngsuất lớn và trong môi trường khí trơ (Argon) Quá trình nguyên tử hoá xảy ratheo các giai đoạn kế tiếp nhau: sấy khô, tro hoá luyện mẫu, nguyên tử hoá để

đo phổ hấp thụ nguyên tử và cuối cùng là làm sạch cuvet Nhiệt độ trongcuvet graphit là yếu tố quyết định mọi diễn biến của quá trình nguyên tử hoámẫu

1.5.2.2 Những ưu - nhược điểm của phép đo

Cũng như các phương pháp phân tích khác, phương pháp phân tích phổhấp thụ nguyên tử cũng có những ưu, nhược điểm nhất định đó là:

Ưu điểm:

Đây là phép đo có độ nhạy cao và độ chọn lọc tương đối cao Gần 60nguyên tố hoá học có thể xác định bằng phương pháp này với độ nhạy từ 1.10-

4 – 1.10- 5 %

Đặc biệt, nếu sử dụng kỹ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa thì có thểđạt tới độ nhạy n.10- 7 % Chính vì có độ nhạy cao nên phương pháp phân tíchnày đã được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực để xác định lượng vếtcác kim loại Một ưu điểm lớn của phép đo là: trong nhiều trường hợp khôngphải làm giàu nguyên tố cần xác định trước khi phân tích Do đó, tốn ít mẫu,

ít thời gian cũng như hoá chất tinh khiết để làm giàu mẫu Tránh được sựnhiễm bẩn khi xử lý mẫu qua các giai đoạn phức tạp Đặc biệt, phương phápnày cho phép phân tích hàng loạt mẫu với thời gian ngắn, kết quả phân tích lạirất ổn định, sai số nhỏ

Nhược điểm: Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm phép đo AAS cũng

có nhược điểm là chỉ cho biết thành phần nguyên tố của chất ở trong mẫuphân tích mà không chỉ ra trạng thái liên kết của nguyên tố ở trong mẫu

1.5.3 Phương pháp quang phổ plasma ghép nối khối phổ (ICP – MS) [6, 7, 31]

Kỹ thuật ICP – MS là một trong những kỹ thuật phân tích hiên đại cókhả năng phân tích trên 60 nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn với độnhạy cao Kỹ thuật này được nghiên cứu và phát triển mạnh trong những nămgần đây Chính vì có những ưu điểm vượt trội hơn hẳn các phương pháp phântích trước đó nên kỹ thuật này được nghiên cứu và ứng dụng rất rộng rãitrong nhiều đối tượng khác nhau, đặc biệt là trong lĩnh vực phân tích vết vàsiêu vết, phục vụ nghiên cứu vật liệu bán dẫn, vât liệu hạt nhân, mẫu địa chất,nông nghiệp, sinh học, môi trường

Điểm mạnh của phương pháp này là có thể phân tích đồng thời nhiềunguyên tố kim loại trong một mẫu, có thể phân tích định lượng, bán địnhlượng Ngoài ra kỹ thuật này còn có thể phân tích xác định các đồng vị củamột nguyên tố trong cùng một đối tượng mẫu Vì vậy nó được sử dụng mạnh

mẽ trong phân tích, đánh giá mức độ phơi nhiễm độc tố kim loại trong nhiềuđối tượng sinh học và môi trường

Hai phương pháp phân tích ICP phổ biến hiện nay là phương phápquang phổ phát xạ Plasma (ICP-AES) và ICP – MS Ưu điểm của hai phươngpháp này so với các phương pháp thông thường khác là sử dụng nguồnplasma có thể tạo ra nhiệt độ từ 5000-100000C Với nhiệt độ này có thểnguyên tử hóa hoàn toàn các nguyên tố các nguyên tố cần phân tích So vớiICP-AES thì kỹ thuật ICP-MS có khả năng phân tích tốt hơn bởi vì nó có thểphân tích chính xác các ion khác nhau, xác định các đồng vị trong mẫu dựatrên giá trị tỷ lệ M/z và được tính toán theo các đường chuẩn độc lập Hiệuquả phân tích của ICP-MS so với các kỹ thuật phân tích khác như quang phổhấp thụ nguyên tử (AAS), ICP-OES, … đã được nhiều nhà khoa học nghiêncứu Bảng 1.4 cho thấy khả năng phát hiện của ICP-MS hơn so với các kỹthuật khác

Bảng 1.3 : So sánh khả năng phát hiện của các kỹ thuật phân tích (ppb)

(KPH : không phát hiện được)

*Phương pháp ICP-MS có ưu điểm

- Phân tích nhanh và đồng thời nhiều nguyên tố

- Giới hạn phát hiên thấp thích hợp phân tích lượng vết và siêu vết

- Khả năng phân tích định lương và bán định lượng

- Có thể phân tích và đưa ra đầy đủ thông tin về các đồng vị của mộtnguyên tố trong một mẫu

*Nhược điểm của phương pháp

Kết quả phân tích thường bị ảnh hưởng bởi các khí: Argon, O2, H2 vàcác axit dùng để chuẩn bị mẫu vì ở nhiệt độ cao chúng bị phản ứng với cácnguyên tố trong mẫu để tạo ra các oxit, các hạt ion có cùng khối lượng vớicác nguyên tố cần phân tích Tuy nhiên ảnh hưởng này có thể được loại bỏdựa vào các kỹ thuật phân tích của ICP-MS và lựa chọn đồng vị thích hợp

để phân tích

*Nguyên tắc chung của phương pháp

Mẫu phân hủy tới dạng đồng nhất bằng các phương pháp phân hủy mẫuthích hợp, sau đó được đưa vào phân tích trên thiết bị ICP-MS Mẫu ở dạngđồng nhất được sol hóa thành sol khí và đưa tới tâm ngọn lửa ICP, ở đây xảy

ra quá trình nguyên tử hóa và ion hóa Các ion kim loại được thu nhận qua hệthống phân giải phổ theo số khối (tỉ số khối lượng /điện tích ion m/z) và được