nghiên cứu qui trình xác định đồng thời các kim loại nặng trong đất trồng trọt bằng thiết bị icp-oes

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN




NGUYỄN HỮU TÍN




NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH XÁC ĐỊNH ĐỒNG
THỜI CÁC KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT
TRỒNG TRỌT BẰNG THIẾT BỊ ICP-OES





LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC - HÓA HỌC






THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2011


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN




NGUYỄN HỮU TÍN




NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH XÁC ĐỊNH ĐỒNG
THỜI CÁC KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT
TRỒNG TRỌT BẰNG THIẾT BỊ ICP-OES


CHUYÊN NGÀNH: HÓA PHÂN TÍCH
MÃ SỐ: 60 44 29


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC - HÓA HỌC

GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. TRƢƠNG THỊ TỐ OANH


THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2011


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành gởi lời cảm ơn sâu sắc đến:

- TS. Trƣơng Thị Tố Oanh, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, định hƣớng giúp tôi
hoàn thành đề tài.
- Hội đồng chấm luận văn đã có những nhận xét, góp ý quí báu về các thiếu sót
trong đề tài.
- Thầy cô Bộ môn Hóa phân tích đã tận tình truyền dạy kiến thức trong suốt quá
trình học tập của tôi.
- Ban giám đốc Trung tâm Kĩ thuật 3 và tập thể phòng thử nghiệm Môi trƣờng
đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi để tôi thực hiện đề tài.
- Anh Nguyễn Công Chính đã động viên, ủng hộ, nhiệt tình giúp đỡ tôi để hoàn
thành luận văn.



















MỤC LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT i
DANH MỤC BẢNG ii
DANH MỤC HÌNH iv
CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Tình hình nghiên cứu kim loại nặng ở Việt Nam 2
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 6
2.1 Độc tính của một số kim loại 6
2.2 Sự tích lũy kim loại trong môi trƣờng đất: 8
2.2.1 Hoạt động nông nghiệp 8
2.2.2 Hoạt động công nghiệp 10
2.3 Phƣơng pháp ICP-OES 13
2.3.1 Giới thiệu phƣơng pháp ICP-OES 13
2.3.2 Nguyên tắc đo với ICP-OES 13
2.3.3 Sơ lƣợc cấu tạo nguyên tử và sự xuất hiện phổ phát xạ 14
2.3.4 Nguồn phóng điện plasma ICP và sự kích thích phổ trong plasma ICP 15
2.3.5 Các bộ phận chính của thiết bị ICP-OES 17
2.3.6 Cản nhiễu trong phép đo với ICP-OES 20
CHƢƠNG 3: HOẠCH ĐỊNH THÍ NGHIỆM 26
3.1 Thiết bị-hóa chất 26
3.1.1 Thiết bị 26
3.1.2 Hóa chất 26
3.2 Thực nghiệm 26
3.2.1 Tối ƣu thiết bị 26
3.2.2 Khảo sát cản nhiễu 27
3.2.3 Xử lý mẫu 29
3.2.4 Định trị phƣơng pháp thử 33
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 36
4.1 Tối ƣu hóa thiết bị 36
4.1.1 Công suất RF 36

4.1.2 Lƣu lƣợng khí nebulizer 37
4.2 Khảo sát cản nhiễu 39


4.2.1 Cản nhiễu quang phổ 39
4.2.2 Cản nhiễu vật lý 41
4.2.3 Loại trừ cản nhiễu 42
4.3 Khảo sát acid chiết các nguyên tố trong mẫu đất 44
4.4 Khảo sát chƣơng trình nhiệt cho microwave 47
4.5 Định trị phƣơng pháp thử 49
4.5.1 Khoảng tuyến tính 49
4.5.2 Giới hạn phát hiện, giới hạn định lƣợng 49
4.5.3 Hiệu suất thu hồi, độ chệch, độ lặp lại và độ tái lập 49
4.5.4 Độ không đảm bảo đo 52
4.6 Áp dụng qui trình phân tích mẫu thật 53
CHƢƠNG 5: KIỂM SOÁT CHẤT LƢỢNG THỬ NGHIỆM 56
5.1 Mục đích 56
5.2 Phƣơng thức kiểm soát 56
5.2.1 Kiểm soát thiết bị, dụng cụ, chất chuẩn 56
5.2.2 Kiểm soát quá trình vận hành thiết bị 56
5.2.3 Áp dụng biểu đồ kiểm soát chất lƣợng 60
CHƢƠNG 6: TÓM TẮT QUI TRÌNH 65
6.1 Nguyên tắc của qui trình 65
6.2 Thiết bị - Hóa chất – Các dung dịch chuẩn 65
6.2.1 Thiết bị - Hóa chất 65
6.2.2 Các dung dịch chuẩn 65
6.3 Chuẩn bị mẫu 66
6.3.1 Chuẩn bị sơ bộ mẫu thử 66
6.3.2 Phân hủy mẫu bằng microwave 66
6.4 Phân tích trên thiết bị 67

6.5 Tính kết quả 68
6.6 Các lƣu ý về an toàn 68
CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 70
A. Kết luận 70
B. Kiến nghị 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO 58
PHỤ LỤC






i

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
CRM : Certified reference material - Mẫu chuẩn đã đƣợc chứng nhận.
GF-AAS : Graphite furnace atomic absorption spectrometry - Phổ hấp thu nguyên
tử lò graphite.
F-AAS : Flame atomic absorption spectrometry - Phổ hấp thu nguyên tử ngọn
lửa.
ICP-OES : Inductively coupled plasma optical emission spectrometry - Quang phổ
phát xạ ghép cặp cao tần cảm ứng.
IS : Internal standard - Nội chuẩn.
LOD : Limit of detection - Giới hạn phát hiện.
LOQ : Limit of quantitation - Giới hạn định lƣợng.
MDL : Method detection limit - Giới hạn phát hiện của phƣơng pháp.
MSF : Multi component spectral fitting.
Rec : Recovery - Hiệu suất thu hồi.
r : Repeatability - Độ lặp lại.

R : Reproducibility - Độ tái lập.











ii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Hàm lƣợng một số kim loại nặng trong một số loại đất tại Việt
Nam (tầng đất mặt) 3
Bảng 1.2: Hàm lƣợng một số kim loại nặng trong đất tại khu vực Công ty
Pin Văn Điển 3
Bảng 2.1: Hàm lƣợng một số kim loại trong phân bón……………….…………. 9
Bảng 2.2: Hàm lƣợng một số kim loại nặng trong đất gần đƣờng giao thông 12
Bảng 2.3: Một số ví dụ so sánh giữa phân hủy mẫu bằng phƣơng pháp
cổ điển và phƣơng pháp vi sóng……………………………………… 25
Bảng 3.1: Các giá trị khảo sát công suất RF và nebulizer………………………. 27
Bảng 3.2: Thông số của các nguyên tố cho khảo sát cản nhiễu
quang phổ…………………………………………… ………………. 28
Bảng 3.3: Các matrix mô phỏng nền đất 29
Bảng 3.4: Chƣơng trình nhiệt cho microwave 32
Bảng 3.5: Hàm lƣợng các nguyên tố thêm vào mẫu khảo sát 34
Bảng 4.1: Các thông số vận hành ICP-OES 5300DV 38

Bảng 4.2: Bảng tóm tắt cản nhiễu quang phổ 39
Bảng 4.3: Các bƣớc sóng của các nguyên tố sử dụng cho qui trình phân tích 40
Bảng 4.4: Khảo sát cản nhiễu vật lý………………………………………………. 41
Bảng 4.5.(a): Khảo sát loại trừ cản nhiễu vật lý với nội chuẩn Sc 360.073.……. 42
(b): Khảo sát loại trừ cản nhiễu vật lý với nội chuẩn Y 371.029 …… 42
Bảng 4.6: Cản nhiễu đối với Cd 214.440 43
Bảng 4.7: Hàm lƣợng kim loại và hiệu suất thu hồi khi phân hủy mẫu đất
bằng các acid khác nhau 45
Bảng 4.8: Hàm lƣợng các kim loại trong mẫu đất thu đƣợc với các chƣơng
trình nhiệt khác nhau 47
Bảng 4.9: Khoảng tuyến tính…………………………………………………… 49
Bảng 4.10: Giới hạn phát hiện, giới hạn định lƣợng của các kim loại trong
nền mẫu đất…………………………………………………………… 49

iii

Bảng 4.11: Kết quả xác định các kim loại trong mẫu thêm chuẩn tại 3 mức
hàm lƣợng khác nhau…………… ………………………………… 50
Bảng 4.12: Hiệu suất thu hồi, độ chệch, độ lặp lại và độ tái lập của kim loại
trong mẫu thêm chuẩn tại 3 mức hàm lƣợng khác nhau…………… 50
Bảng 4.13: Kết quả xác định các kim loại trong mẫu thêm chuẩn tại
mức nồng độ 2 với ICP-OES và AAS ……………….51
Bảng 4.14: Độ không đảm bảo đo của các nguyên tố trên nền đất 52
Bảng 4.15: Kết quả xác định kim loại trong một số mẫu đất 54
Bảng 5.1: Các dung dịch, cách sử dụng và các yêu cầu cho vận hành ICP-OES 56
Bảng 5.2: Trình tự phân tích mẫu trên ICP-OES 58
Bảng 5.3: Đánh giá kết quả các dung dịch kiểm soát và hành động khắc phục 59
Bảng 5.4: Hiệu suất thu hồi của các mẫu QC 62

iv

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Các quá trình hấp thu và phát xạ trong nguyên tử và ion……………15
Hình 2.2: Quá trình hình thành ngọn plasma 16
Hình 2.3: Phân chia các vùng và nhiệt độ trong ngọn plasma Argon 16
Hình 2.4: Các quá trình diễn ra khi mẫu đƣợc đƣa vào plasma 17
Hình 2.5: Cấu tạo torch dùng trong ICP-OES 18
Hình 2.6: Chế độ lấy tín hiệu của ICP-OES 20
Hình 3.1: Chuẩn bị sơ bộ mẫu đất………………………………………………… 30
Hình 4.1.(a): Ảnh hƣởng công suất RF đến tín hiệu các nguyên tố (As, Ni, Pb) 36
(b): Ảnh hƣởng công suất RF đến tín hiệu các nguyên tố (Cd, Cu, Zn) 36
Hình 4.2.(a): Ảnh hƣởng của nebulizer đến tín hiệu các nguyên tố (As, Ni, Pb) 37
(b): Ảnh hƣởng của nebulizer đến tín hiệu các nguyên tố (Cd, Cu, Zn) 38
Hình 4.3: So sánh hàm lƣợng các kim loại trong mẫu đất thu đƣợc đối với
các loại acid khác nhau 46
Hình 4.4: Hiệu suất chiết các kim loại khỏi nền mẫu đất đối với các acid
khác nhau 46
Hình 4.5: So sánh hàm lƣợng các kim loại thu đƣợc với các chƣơng trình
nhiệt khác nhau 48
Hình 4.6: Các dung dịch chuẩn dùng cho phân tích mẫu 53
Hình 5.1: Biểu đồ kiểm soát chất lƣợng………………………………………… 60
Hình 5.2.(a): Biểu đồ kiểm soát chất lƣợng của As……………………………… 62
(b): Biểu đồ kiểm soát chất lƣợng của Cd……………………………… 63
(c): Biểu đồ kiểm soát chất lƣợng của Cu……………………………… 63
(d): Biểu đồ kiểm soát chất lƣợng của Ni……………………………… 63
(e): Biểu đồ kiểm soát chất lƣợng của Pb………………………………. 64
(f): Biểu đồ kiểm soát chất lƣợng của Zn………………………………. 64

1

CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề:
Ngày nay, ô nhiễm môi trƣờng là một vấn đề nóng bỏng đƣợc cả thế giới quan
tâm. Dân số ngày càng tăng, quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, đô thị hóa
diễn ra nhanh chóng và mạnh mẽ cùng với thiên tai, lũ lụt làm cho chất lƣợng môi
trƣờng diễn biến theo chiều hƣớng xấu. Hiện nay, bên cạnh ô nhiễm nguồn nƣớc,
không khí…thì chất lƣợng đất cũng đang diễn biến theo tình trạng đáng lo ngại. Đất
là một thành phần của môi trƣờng cùng với không khí, nƣớc và vành đai sinh vật
nên đất tiếp nhận những chất ô nhiễm từ các thành phần khác mọi lúc, mọi nơi.
Môi trƣờng của Việt Nam đang chịu tác động mạnh từ các hoạt động phát
triển của công nghiệp, nông nghiệp. Nƣớc ta hiện đang trong công cuộc công
nghiệp hóa, hiện đại hóa. Các khu công nghiệp đƣợc xây dựng rất nhiều, các làng
nghề tại nông thôn cũng đƣợc khôi phục và mở rộng. Tuy nhiên, việc quản lý các
nguồn thải từ các khu công nghiệp, làng nghề còn nhiều bất hợp lý, nhiều khó khăn
bên cạnh đó ý thức bảo vệ môi trƣờng của ngƣời sản xuất, ngƣời dân còn thấp nên
dẫn đến ô nhiễm môi trƣờng sống, tác động xấu đến nguồn nƣớc, không khí, đất
đai.
Song song với hoạt động công nghiệp thì hoạt động nông nghiệp cũng gây ô
nhiễm đất thông qua việc lạm dụng phân bón, thuốc bảo vệ thực vật. Ô nhiễm đất
ảnh hƣởng đến nông nghiệp, chất lƣợng nông sản và từ đó gián tiếp ảnh hƣởng đến
sức khỏe con ngƣời, động vật sống thông qua lƣơng thực, thực phẩm Bên cạnh đó,
đất nƣớc ta đã gia nhập WTO - hòa nhập gia thị trƣờng thƣơng mại toàn cầu, chúng
ta có nhiều cơ hội để phát huy lợi thế nông nghiệp của mình nhƣng cũng đầy khó
khăn, thử thách. Để nông sản đƣợc xuất ra thị trƣờng thế giới thì bắt buộc chất
lƣợng sản phẩm phải vƣợt qua những rào cản kĩ thuật mà thị trƣờng nhập khẩu yêu
cầu. Hiện nay, một số mặt hàng nông sản nƣớc ta đã và đang áp dụng qui trình sản
xuất theo chuẩn VietGAP - đƣợc kiểm soát chặt chẽ các yếu tố tác động đến chất
lƣợng nông sản nhƣ nhƣ kim loại nặng trong đất trồng, nguồn nƣớc tƣới; hóa chất

bảo vệ thực vật tồn dƣ trong đất, trên nông sản nhằm tạo ra đƣợc sản phẩm đạt yêu
cầu xuất khẩu, đƣa nông sản Việt Nam hòa nhập vào thị trƣờng thế giới, góp phần
2

thúc đẩy đất nƣớc phát triển nói riêng và nâng cao uy tín của Việt Nam trên thị
trƣờng thế giới nói chung.
Từ thực tế này, để góp thêm công cụ giúp đánh giá chất lƣợng môi trƣờng đất
trồng trọt, đề tài sau đây đƣợc chọn để thực hiện trong luận văn này:
“NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI CÁC KIM LOẠI
NẶNG TRONG ĐẤT TRỒNG TRỌT BẰNG THIẾT BỊ ICP-OES”.
Mục tiêu chính của đề tài là khảo sát đồng thời các nguyên tố As, Cd, Cu, Ni,
Pb, Zn trong mẫu đất. Ngoài Ni, các nguyên tố còn lại đƣợc kiểm soát và đánh giá
theo quyết định 99/2008/QĐ-BNN
[3]
của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn
cho đất trồng theo VietGAP và có thể mở rộng đối với đất sử dụng ở một số mục
đích khác theo mức qui định của TCVN 7209:2002.
[15]
1.2 Tình hình nghiên cứu kim loại nặng ở Việt Nam:
Trên thế giới, các nhà khoa học quan tâm đến độc tính của các kim loại từ lâu.
Các phƣơng pháp thƣờng đƣợc áp dụng để phân tích kim loại trong môi trƣờng đất
là cực phổ, quang phổ (F-AAS, GF-AAS, ICP-OES), khối phổ (ICP-MS). Hiện nay,
sử dụng ICP-OES, ICP-MS để xác định hàm lƣợng kim loại rất phổ biến. Có rất
nhiều tác giả sử dụng thiết bị này cho nghiên cứu của mình và đã có những công bố
nhất định nhƣ M.Bettinelli
[23]
, M.Hoenig
[31]
, A.Mazzucotelli
[37]

, A.Miyazaki
[38]
,
H.Tao
[49]
, G.A.Zachariadis
[57]
Ƣu điểm lớn nhất của ICP-OES, ICP-MS là có thể
đo đồng thời nhiều nguyên tố, vì vậy thời gian phân tích mẫu sẽ đƣợc rút ngắn đáng
kể, ít độc hại, thân thiện hơn với môi trƣờng
Tại Việt Nam, nghiên cứu về kim loại cũng đã đƣợc sự quan tâm của các nhà
khoa học. Tuy nhiên, phƣơng tiện kĩ thuật phục vụ cho mục đích này còn kém phát
triển so với thế giới. Các công trình nghiên cứu chủ yếu sử dụng phƣơng pháp cực
phổ và quang phổ hấp thu ngọn lửa để xác định các kim loại. Có thể kể đến kết quả
một số công trình nghiên cứu tiêu biểu của các tác giả trong nƣớc đƣợc công bố trên
một số tạp chí khoa học trong nƣớc và nƣớc ngoài nhƣ dƣới đây.
Năm 1998, tác giả Trần Công Tấu và Trần Công Khánh đã điều tra tổng hàm
lƣợng các kim loại (Co, Cr, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) tại tầng đất mặt (độ sâu từ 0-20 cm)
của một số loại đất ở nƣớc ta cho kết quả nhƣ trình bày trong bảng 1.1.
[16]

3

Năm 1999, Lê Khoa và cộng sự đã thực hiện khảo sát hàm lƣợng các kim loại
trong đất gần khu vực Công ty pin Văn Điển để đánh giá tác động ô nhiễm do hoạt
động sản xuấtt của công ty, kết quả cho thấy đất khu vực này bị ô nhiễm Zn
[11]
.
Hàm lƣợng Zn cao hơn tiêu chuẩn cho phép đối với đất nông nghiệp theo TCVN
7209:2000
[15]
nhƣ trong bảng 1.2.








Tiếp theo vào năm 2002, nghiên cứu của tác giả Nguyễn Ngọc Huỳnh và Lê
Huy Bá đã thực hiện trên 126 mẫu đất trồng lúa ở thành phố Hồ Chí Minh cho thấy
rằng có sự tích lũy các kim loại Cr, Cu, Pb, Hg ở một số mẫu tuy nhiên vẫn dƣới
mức cho phép. Mẫu đất gần các khu công nghiệp phía Bắc thành phố Hồ Chí Minh
(quận Thủ Đức, quận 2, quận 9) có khả năng ô nhiễm Zn rất cao. Hàm lƣợng Zn tại
tầng đất mặt quận 2 dao động trong khoảng 161-390 mg/kg, tại tầng đất mặt quận 9
dao động trong khoảng 356-679 mg/kg.
[10]

Năm 2006, nhóm của tác giả Phạm Ngọc Thụy đã nghiên cứu hiện trạng kim
loại Hg, As, Pb, Cd trong đất, nƣớc và một số rau trồng trên khu vực 14 xã thuộc
huyện Đông Anh-Hà Nội với 39 mẫu đất mặt, 39 mẫu nƣớc mặt và 136 mẫu rau các
Bảng 1.1: Hàm lƣợng một số kim loại nặng trong một số loại đất tại Việt Nam (tầng đất

mặt).
Loại đất
Nguyên tố (mg/kg)
Co
Cr
Fe
Mn
Ni
Pb
Zn
Đất Feralit phát triển trên đá bazan

59.5
257.6
125091
1192
227.1
9.0
81.0
Đất phù sa vùng đồng bằng sông Cửu Long

6.1
30.8
17924
239
18.6
29.1
36.2
Đất phù sa vùng đồng bằng sông Hồng

13.6
43.2
42280
227
34.9
37.1
86.7

Bảng 1.2: Hàm lƣợng một số kim loại nặng trong đất tại khu vực Công ty Pin
Văn Điển.
Độ sâu (cm)
Nguyên tố (mg/kg)
Cd
Cu
Hg
Pb
Zn
0 - 20

0.98
31.4
0.12
32.6
268.2
20 - 40

0.91
25.5
0.096
25.2

256.0
Qui định theo TCVN
7209:2000
2
50
-
70
200

4

loại. Kết quả cho thấy chƣa có biểu hiện nhiễm As trên các đối tƣợng khảo sát. Ô
nhiễm Hg chủ yếu trong nƣớc nông nghiệp, trong đất và rau trồng ít trƣờng hợp bị
nhiễm nguyên tố này. Nhiều mẫu đất, nƣớc bị ô nhiễm Pb và các mẫu rau sử dụng
đất trồng hay nguồn nƣớc này đều ô nhiễm Pb. Hàm lƣợng Cd trong các mẫu đất ở
mức an toàn, một số mẫu nƣớc và rau bị ô nhiễm nguyên tố này.
[18]

Theo nghiên cứu năm 2007 của các tác giả Hoàng Thị Thanh Thủy, Từ Thị
Cẩm Loan, Nguyễn Nhƣ Hà Vy xác định hàm lƣợng các kim loại Cd, Cr, Cu, Pb,
Zn trong trầm tích sông tại Tp. Hồ Chí Minh cho thấy đã có sự tích lũy kim loại
trong trầm tích sông rạch. Đặc biệt, tại nhiều vị trí nhƣ kênh Tân Hóa Lò Gốm và
Tàu Hủ-Bến Nghé, hàm lƣợng một số kim loại vƣợt qua giới hạn cho phép.
[19]

Năm 2008, tác giả Nguyễn Thị Đức Hạnh cũng tiến hành nghiên cứu về sự ô
nhiễm kim loại nặng (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn) trong lớp bùn đáy tại 10 vị trí lấy mẫu
trải dài trên toàn bộ chiều dài 32 km của sông Thị Vải. Kết quả cho thấy bùn đáy bị
ô nhiễm bởi Ni, Cu, Cr. Các kim loại khác nhƣ Cd, Pb, Zn cũng có hiện diện nhƣng
vẫn nằm trong giới hạn an toàn. Các kim loại có hàm lƣợng cao nơi đầu nguồn (nơi

tiếp nhận nƣớc thải từ các khu công nghiệp) và giảm dần về phía cửa sông.
[9]

Năm 2009, tác giả Kien Chu Ngoc và cộng sự khảo sát các kim loại (As, Cd,
Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn) trong đất trồng xung quanh mỏ khai thác thiếc và tungsten
tại huyện Đại Từ, Hà Nội cho thấy có sự ô nhiễm Cu, Pb và đặc biệt là As đối với
đất rừng và đất trồng hoa màu.
[34]

Nhƣ vậy, việc nghiên cứu kim loại nặng trong đất, bùn, trầm tích tại Việt Nam
đã có những kết quả nhất định. Công cụ chính để xác định hàm lƣợng kim loại trong
nền mẫu này là thiết bị quang phổ hấp thu nguyên tử, thiết bị cực phổ để xác định
lần lƣợt từng kim loại hiện diện trong dung dịch mẫu thử. Do vậy, việc định lƣợng
các kim loại sẽ mất rất nhiều thời gian, tiêu tốn nhiều nhân lực, hóa chất vì có thể
phải sử dụng cả quang phổ và cực phổ thì mới có thể xác định đƣợc các nguyên tố
cần thiết trên một mẫu thử. Bên cạnh đó, hai phƣơng pháp này còn chịu rất nhiều
ảnh hƣởng từ nền mẫu phức tạp.
Nhằm khắc phục những nhƣợc điểm này, qui trình nghiên cứu sẽ ứng dụng
một thiết bị mới đối với Việt Nam là ICP-OES kết hợp với kỹ thuật phân hủy mẫu
5

bằng lò vi sóng để định lƣợng các kim loại trong mẫu đất. ICP-OES sở hữu đƣợc
nhiều ƣu điểm vƣợt trội nhƣ xác định đƣợc khoảng trên 70 nguyên tố, tốc độ phân
tích nhanh, độ nhạy cao, khoảng tuyến tính rộng, ít cản nhiễu và đặc biệt là khả
năng xác định đồng thời các nguyên tố tại cùng một thời điểm. Do đó, sử dụng ICP-
OES giúp tiết kiệm nhân lực, thời gian vì tốc độ phân tích mẫu nhanh, giảm chi phí,
ít độc hại và quan trọng là rút ngắn khoảng cách về thiết bị công nghệ so với các
nƣớc trong khu vực và thế giới.
1.3 Mục tiêu khoa học của đề tài:
Đề tài thực hiện có những mục đích nhƣ sau:

- Nghiên cứu và xây dựng một qui trình tin cậy trong việc xác định hàm
lƣợng kim loại trong mẫu đất bằng thiết bị ICP-OES.
- Áp dụng thiết lập qui trình thử nghiệm và kiểm soát chất lƣợng của qui
trình thử nghiệm đáp ứng yêu cầu của tiêu chuẩn ISO /IEC 17025:2005.
- Cung cấp công cụ giúp đánh giá và theo dõi chất lƣợng đất giúp cơ quan
chức năng đƣa ra biện pháp xử lý thích hợp đối với đất ô nhiễm.
- Qui trình có thể mở rộng áp dụng trên nền mẫu chất thải rắn, bùn, trầm
tích.
1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu:
Đề tài vận dụng tổng hợp các phƣơng pháp sau để nghiên cứu:
- Tổng hợp các bài báo cáo khoa học, công trình nghiên cứu trong và ngoài
nƣớc để định hƣớng cho qui trình nghiên cứu.
- Sử dụng lò vi sóng để phân hủy mẫu. Sau đó xác định đồng thời các kim
loại bằng thiết bị ICP-OES. Hiện nay, đây là hai kỹ thuật hiện đại và có
nhiều ƣu điểm, đƣợc sử dụng rộng rãi ở các nƣớc phát triển.
- Xử lý dữ liệu thu đƣợc bằng phƣơng pháp xử lý thống kê kết hợp với
MS-Excel.
- Kiểm soát chất lƣợng thử nghiệm theo yêu cầu của tiêu chuẩn ISO/IEC
17025:2005.
6

CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1 Độc tính của một số kim loại:
Các kim loại hiện diện trong môi trƣờng do có sẵn trong tự nhiên và chủ yếu
là do hoạt động của con ngƣời. Các kim loại tích tụ trong đất, đƣợc hấp thu vào thực
vật và sau đó theo chuổi thức ăn sẽ xâm nhập vào cơ thể con ngƣời, động vật. Kim
loại tích tụ trong cơ thể với hàm lƣợng vƣợt ngƣỡng an toàn sẽ dẫn đến ngộ độc,
ảnh hƣởng đến sức khỏe, sự sinh trƣởng, phát triển của cơ thể.
2.1.1 As:
Độc tính các hợp chất vô cơ của As phụ thuộc vào trạng thái oxi hóa, thông

thƣờng các hợp chất As
+3
độc hơn As
+5
. Các chất đƣợc hấp thu và phân bố chủ yếu
tại gan, thận, phổi, lá lách, động mạch chủ và da.
[40]

Biểu hiện của ngộ độc cấp tính As thông qua đƣờng dạ dày nhƣ buồn nôn, ói
mửa, tiêu chảy, rối loạn nhịp tim…Ngộ độc mãn tính As có các triệu chứng nhƣ cơ
thể suy nhƣợc, yếu ớt, rụng tóc, rối loạn tinh thần
[40]
…Ngộ độc As và các hợp chất
trong thời gian dài gây ung thƣ biểu mô da, phế quảng, phổi, các xoang, gan …
[1],[17]

Đối với cây trồng, As
3+
có ảnh hƣởng đến sự phát triển cây lúa non, làm cho lá
thật 1 và 2 của cây lúa chậm phát triển, có màu trắng và xanh nhạt trong suốt quá
trình tồn tại,không có khả năng tổng hợp diệp lục tố, không có khả năng quang hợp
và sớm bị khô đọt.
[2]
2.1.2 Cd:
Cd hấp thu vào cơ thể chủ yếu thông qua phổi (30-60%). Cd phân bố khắp cơ
thể nhƣng tập trung chủ yếu ở gan và thận (50-70% lƣợng Cd trong cơ thể).
[41]

Tùy theo mức độ bị nhiễm độc Cd mà con ngƣời có thể bị ung thƣ phổi, thủng
vách ngăn mũi, tổn thƣơng thận, ảnh hƣởng tới nội tiết, tim mạch

[16]
…Cd cũng gây
loãng xƣơng, nứt xƣơng, khó khăn trong việc cố định Ca trong cơ thể. Tỷ lệ ung thƣ
tiền liệt tuyến và ung thƣ phổi cũng khá lớn ở những ngƣời thƣờng xuyên tiếp xúc
với Cd.
[1]

Với thực vật, Cd tập trung nhiều trong mô. Cd chứa nhiều nhất trong lá đối với
rau diếp, carot, khoai tây, thuốc lá. Cd tập trung cao trong rễ các cây yến mạch, đậu
nành, cỏ, bắp, cà chua làm cho rễ không phát triển đƣợc
[9]
. Với cây lúa, nồng độ Cd
7

trong nƣớc khoảng 0.32-0.43 mg/L gây suy giảm thân, lá, rễ và lúa chết 100% sau
21 ngày gieo.
[2]

2.1.3 Cu:
Cu là nguyên tố vi lƣợng cần thiết cho cơ thể sống. Lƣợng Cu hấp thu an toàn
cho ngƣời lớn là 1.5-3.0 mg/ngày, trẻ em là 0.7-2.5 mg/ngày.
[42]

Đối với ngƣời, ngộ độc Cu thông qua đƣờng ăn uống có thể gây đau bụng,
tiêu chảy, hạ huyết áp, hoại tử gan, xuất huyết dạ dày, co giật…thậm chí hôn mê và
chết. Nhiễm độc Cu thông qua da gây ngứa, viêm da.
[42]

Với thực vật, cây trồng thiếu Cu thƣờng có tỷ lệ quang hợp bất thƣờng. Thừa
Cu do dùng thuốc diệt nấm, thuốc trừ sâu, phân bón CuSO

4
làm cho Cu tích tụ trong
đất cũng xảy ra những triệu chứng ngộ độc có thể dẫn đến cây chết.
[1]

2.1.4 Ni:
Đối với ngƣời, các triệu chứng ngộ độc Ni quan sát đƣợc nhƣ choáng váng,
nôn mửa, đau bụng, tiêu chảy Hít thở niken carbonyl dẫn đến đau đầu, đau ngực,
buồn nôn…sau đó là tím tái, thở gấp, có thể tử vong
[43]
. Hợp chất Ni có thể gây ung
thƣ phổi, xoang mũi, phế quản
[17]
…
2.1.5 Pb:
Đối với con ngƣời, Pb hấp thu vào cơ thể tích tụ chính tại 3 nơi: máu, mô mềm
và xƣơng. Xƣơng là nơi tích tụ Pb nhiều nhất. Pb gây ảnh hƣởng đến hệ tiêu hóa, hệ
tim mạch, thần kinh trung ƣơng và ngoại biên, hệ miễn dịch, hệ sinh sản
[44]
. Pb cũng
kìm hãm chuyển hóa Canxi bằng cách trực tiếp hoặc gián tiếp kìm hãm sự chuyển
hóa Vitamin D.
[17]

Đối với cây lúa, Pb làm suy giảm các bộ phân thân, lá, rễ. Lƣợng Pb trong
nƣớc đạt 0.31 mg/L lúa chết 50%, 0.44 mg/L lúa chết 100%. Với cây rau muống,
nồng độ Pb trong nƣớc khoảng 5 mg/L làm rễ rau muống đen và thối, gây chết một
số cây sau khi trồng đƣợc 1 tuần.
[2]

2.1.6 Zn:
Zn là nguyên tố chính cần thiết cho cơ thể, lƣợng yêu cầu hàng ngày là 5mg
Zn/trẻ em và 15 mg Zn/phụ nữ. Zn phân bố nhiều ở tuyến tiền liệt, thận, gan, tim và
tuyến tụy.
[46]

8

Đối với ngƣời, ngộ độc cấp tính Zn qua đƣờng ăn uống biểu hiện nhƣ nôn
mửa, tiêu chảy, co thắt cơ bụng, thậm chí xuất huyết dạ dày
[45]
. Zn còn có khả năng
gây ung thƣ đột biến, ngộ độc hệ thần kinh, hệ sinh sản, hệ miễn dịch. Tuy nhiên,
thiếu hụt Zn trong cơ thể cũng gây các triệu chứng nhƣ liệt dƣơng, teo tinh hoàn,
mù màu, viêm da, bệnh về gan
[1]
…
Với thực vật, dƣ thừa Zn gây bệnh mất diệp lục tố. Sự tích tụ Zn trong cây ăn
quả có liên hệ đến mức dƣ lƣợng Zn trong cơ thể ngƣời và góp phần phát triển việc
Zn bị tích tụ trong môi trƣờng, đặc biệt là môi trƣờng đất.
[1]

2.2 Sự tích lũy kim loại trong môi trƣờng đất:
Với sức ép dân số ngày càng tăng kéo theo sự phát triển nhanh chóng của các
khu đô thị, khu công nghiệp, tăng cƣờng cơ sở hạ tầng giao thông làm cho tài
nguyên đất bị khai thác mạnh mẽ và suy thoái ngày càng nghiêm trọng. Ô nhiễm
làm đất nghèo dinh dƣỡng, phá hủy cấu trúc đất và làm đảo lộn môi trƣờng sinh
thái. Môi trƣờng đất có quan hệ mật thiết với môi trƣờng nƣớc và không khí nên ô
nhiễm đất có liên kết chặt chẽ, tác động qua lại lẫn nhau với ô nhiễm nguồn nƣớc
và không khí. Một số nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trƣờng đất đến từ hoạt

động nông nghiệp, hoạt động công nghiệp và các khu dân cƣ đô thị.
2.2.1 Hoạt động nông nghiệp:
Sử dụng phân bón và thuốc bảo vệ thực vật một cách bừa bãi trong sản xuất
nông nghiệp là hai nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trƣờng đất.
2.2.1.1 Phân bón:
Phân bón hóa học giúp gia tăng năng suất, tuy nhiên việc sử dụng lặp lại với
liều cao gây ra sự ô nhiễm đất bởi các tạp chất kim loại có trong phân bón (bảng
2.1), các kim loại này có thể tích lũy ở tầng mặt của đất, có thể di động xuống mạch
nƣớc ngầm, đƣợc cây trồng hấp thu và đi vào chuổi thức ăn của con ngƣời.





9










Nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học tại Argentina, NewZealand, Anh và xứ
Wales, Tây Ban Nha chứng minh rằng việc sử dụng phân bón hóa học gây tích tụ
kim loại nhƣ As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn… trong đất.
[26],[30],[39],[50]
. Bên cạnh

phân bón hóa học thì phân chuồng cũng gây tích lũy kim loại Cu, Zn, Mn
[56]

Sử dụng phân bón hóa học ở nƣớc ta ngày càng tăng về số lƣợng, chủng loại.
Trong đó, sử dụng nhiều nhất là phân đạm, lân và kali. Việc sử dụng phân bón tùy
tiện, không đúng kỹ thuật, bón phân không cân đối vì chú trọng về đạm và chất
lƣợng phân bón không đảm bảo gây sức ép lớn đến môi trƣờng đất nông nghiệp.
Trên 50% lƣợng đạm, 50% lƣợng kali và khoảng 80% lƣợng phân lân dƣ thừa gây ô
nhiễm đất.
[4]

Mặt khác, hiện nay có lƣợng lớn phân bón nhập lậu không đƣợc kiểm soát,
thậm chí cả phân bón giả đang tồn tại trên thị trƣờng. Lƣợng phân bón này gây tác
động xấu và ảnh hƣởng không nhỏ đến môi trƣờng đất.
2.2.1.2 Thuốc bảo vệ thực vật:
Việc lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật trong canh tác nông nghiệp gây ô nhiễm
nhiều vùng đất trên phạm vi cả nƣớc. Lƣợng nông dƣợc sử dụng ở nƣớc ta ngày
càng tăng. Từ năm 2000 đến nay, trung bình mối năm tiêu thụ trên 30.000 tấn
thuốc bảo vệ thực vật thành phẩm.
[4]

Theo kết quả khảo sát ở Trung Quốc cho thấy sự hiện diện của Cd, Hg, As
trong đất nông nghiệp chủ yếu là do thuốc trừ sâu và phân bón
[55]
. Tại Tây Ban
Nha, nghiên cứu của tác giả Eugenia Gimeno-García và cộng sự cũng cho thấy
Bảng 2.1: Hàm lƣợng một số kim loại trong phân bón.
[2]

Kim loại

Phân lân (mg/kg)
Phân đạm (mg/kg)
As
2-1200
2.2-120
B
1-115
-
Cd
0.1-170
0.05-8.5
Co
1-12
5.4-12
Cr
66-245
3.2-19
Cu
1-300
-
Ni
7-38
7-34
Pb
7-225
2
Zn
50-1450
15-566

10

việc sử dụng thuốc trừ sâu và trừ cỏ làm tăng nguy cơ tích tụ các kim loại Cd, Fe,
Mn, Zn, Pb, Ni trong đất
[30]
.
Nông dƣợc tích luỹ trong đất, đặc biệt là các thuốc có chứa các nguyên tố nhƣ
Pb, As, Cu, Hg có độc tính lớn, thời gian lƣu lại trong đất dài. Các chất này có
thể đƣợc cây trồng hấp thu, tích tụ và xâm nhập vào cơ thể ngƣời, động vật thông
qua lƣơng thực, thực phẩm, dẫn đến những tác động xấu đến sức khỏe.
2.2.2 Hoạt động công nghiệp:
Hoạt động của khu công nghiệp tác động mạnh đến môi trƣờng chủ yếu thông
qua chất thải rắn và nƣớc thải.
2.2.2.1 Chất thải rắn:
Sự mở rộng các khu công nghiệp làm gia tăng đáng kể lƣợng chất thải rắn,
lƣợng chất thải nguy hại cũng tăng cao. Việc thu gom, vận chuyển và xử lý chất thải
rắn còn nhiều vấn đề tồn đọng dẫn đến gây ô nhiễm môi trƣờng.
Việc quản lý bùn từ hệ thống xử lý nƣớc thải cũng chƣa chặt chẽ. Điều đáng
lo ngại là bùn thải từ hệ thống xử lý nƣớc thải tập trung của các khu công nghiệp
chƣa đƣợc xem là chất thải nguy hại mặc dù chứa nhiều thành phần độc hại, trong

đó có nhiều kim loại nhƣ: Cd, Cr, Cu, Pb, Ni, Zn, Hg
[11],[56]
Thậm chí một số nơi
tại thành phố Hồ Chí Minh, bùn thải còn đƣợc làm phân bón cho cây xanh trong
khu công nghiệp (khu công nghiệp Lê Minh Xuân), đƣợc ủ làm phân compost (khu
công nghiệp Vĩnh lộc), bán cho các cơ sở làm phân vi sinh (khu công nghiệp Tân
Tạo)
[8]

Chính việc còn tồn đọng nhiều bất cập trong quản lý nguồn chất thải rắn mà
dẫn đến ô nhiễm môi trƣờng nói chung và môi trƣờng đất nói riêng.
Một minh chứng về tác hại nghiêm trọng của chất thải công nghiệp trong thời
gian gần đây là sự cố vỡ hồ chứa bùn đỏ tại Hungary. Bùn đỏ là chất thải của quá
trình tinh chế quặng bauxite, có chứa nhiều kim loại độc hại, chất phóng xạ và độ
kiềm cao. Kiềm trong bùn đỏ có thể tiêu diệt một phần thảm thực vật, làm hƣ hại
diện tích đất canh tác. Đặc biệt, khi chảy xuống sông, bùn đỏ sẽ làm chết mọi sinh
vật nhƣ tôm, cá Sự cố này là một bài học cũng nhƣ là lời cảnh báo cho các dự án
khai thác bauxit của nƣớc ta hiện nay.
11

2.2.2.1 Nƣớc thải:
Theo kết quả nghiên cứu của tác giả Phạm Ngọc Thụy và cộng sự thì nguồn
nƣớc tƣới tiêu bị ô nhiễm kim loại có liên quan chặt chẽ đến sự hiện diện kim loại
trong môi trƣờng đất và trong cây trồng
[18]
.
Theo báo cáo hiện trạng môi trƣờng quốc gia, một số lƣu vực sông của nƣớc ta
đã bị ô nhiễm từ nguồn nƣớc thải của các khu công nghiệp, trong đó có ô nhiễm
kim loại nặng
[5],[8]

. Thành phần nƣớc thải từ các khu công nghiệp phụ thuộc vào đặc
trƣng ngành nghề của các cơ sở sản xuất. Nhóm ngành gây ô nhiễm kim loại tập
trung vào khai thác, chế biến khoáng sản, luyện kim, cơ khí chế tạo máy, dệt
nhuộm
Nƣớc sông Đồng Nai, đoạn từ nhà máy nƣớc thiện Tân đến Long Đại-Đồng
Nai đã bắt đầu ô nhiễm chất hữu cơ và cặn lơ lửng, đáng chú ý là đã phát hiện hàm
lƣợng Pb vƣợt tiêu chuẩn loại A của TCVN 5942-1995 (tƣơng đƣơng QCVN
24:2009/BTNMT). Hàm lƣợng Hg tại cảng Vedan, cảng Mỹ Xuân vƣợt 1.5-4 lần,
Zn vƣợt 3-5 lần so với nƣớc thải loại B của TCVN 5942-1995.
Tại Tp. HCM, hệ thống sông Sài Gòn cũng bị ô nhiễm nghiêm trọng, chủ yếu
là ô nhiễm chất hữu cơ, vi sinh và một số nơi có dấu hiệu ô nhiễm kim loại. Nhiều
kênh rạch thuộc thành phố đã trở thành kênh nƣớc thải nhƣ: kênh Tân Hóa-Lò
Gốm, kênh Tàu Hủ, kênh Ba Bò, Tham Lƣơng, Nhiêu Lộc

Đối với lƣu vực sông Cầu, ô nhiễm chủ yếu do ngành chế biến khoáng sản và
ngành kim khí. Đoạn sông Cầu chảy qua thành phố Thái Nguyên có mức độ ô
nhiễm nghiêm trọng nhất vì chịu ảnh hƣởng bởi với ngành chủ lực là luyện kim, cán
thép, chế tạo máy với hai khu công nghiệp lớn là Thái Nguyên và Sông Công. Đặc
điểm nƣớc thải của các ngành công nghiệp này chứa nhiều dầu mỡ, kim loại.

Sử dụng nguồn nƣớc ô nhiễm phục vụ tƣới tiêu cho nông nghiệp góp phần làm
tăng nguy cơ ô nhiễm kim loại trong đất và nông sản.
2.2.4 Các khu dân cƣ, đô thị:
Sự phát triển mạnh mẽ của các khu đô thị kéo theo các nguy cơ ô nhiễm đất từ
chất thải rắn và nƣớc thải.
12

Sự bùng nổ dân số kéo theo tăng lƣợng chất thải rắn sinh hoạt. Thiếu các bãi
chôn lấp và hệ thống xử lý nƣớc rỉ rác đạt yêu cầu. Việc thu gom chất thải còn
nhiều bất cập, tỷ lệ thu gom chất thải còn ở mức thấp. Chất thải thƣờng đổ tập trung

ở rìa đƣờng, các mƣơng, rãnh, hoặc đổ xuống sông, suối
[5]
. Đây là nguồn gây ô
nhiễm đáng kể đến nguồn nƣớc mặt, nƣớc ngầm và đất.

Các khu đô thị thƣờng tập trung ngay cạnh sông, hầu hết nƣớc thải sinh hoạt
đều không đƣợc xử lý mà đổ trực tiếp ra sông, hồ, kênh, rạch với số lƣợng lớn gây
tác động trực tiếp đến chất lƣợng nƣớc sông. Đặc biệt là nƣớc thải y tế chứa nhiều
hóa chất độc hại, chất hữu cơ và các vi khuẩn gây bệnh. Tuy vậy, nguồn nƣớc thải
này vẫn không đƣợc xử lý triệt để, đƣợc xả thẳng ra môi trƣờng góp phần gây gia
tăng ô nhiễm nguồn nƣớc
[5]
. Sau đó, nguồn nƣớc này lại đƣợc sủ dụng cho nông
lâm nghiệp, gây ô nhiễm đất trồng, nông sản.
[18]

Bên cạnh đó, hoạt động giao thông vận tải cũng góp phần quan trọng vào ô
nhiễm đất. Hoạt động giao thông vận tải còn sinh ra bụi kim loại nhƣ Pb, Cd, Ni,
Zn Các kim loại này có xu hƣớng tích tụ cao tại tầng đất mặt, khu vực gần đƣờng
và giảm dần ở các tầng đất xa hơn theo kết quả khảo sát của tác giả Ali Falahi-
Ardakani (bảng 2.2).
[29]

Bảng 2.2: Hàm lƣợng một số kim loại nặng trong đất gần đƣờng giao thông.
Kim loại
Khoảng cách từ
đƣờng giao thông (m)

Tầng đất (cm)

0-5 5-10 10-15

Hàm lƣợng (mg/kg)
Cd
8

1.45
0.76
0.54

16

0.40
0.38
0.28

32

0.22

0.20
0.20






Ni
8

4.70
1.00
0.81

16

2.40
0.92
0.60

32

2.20
0.62
0.59

Pb
8

522.0
460.0
116.0

16

378.0
260.0
104.0

32

164.0
108.0
69.0






Zn
8

172.0

94.0
72.0

16

66.0
48.0
42.0

32



54.0
46.0
42.0


13

2.3 Phƣơng pháp ICP-OES:
2.3.1 Giới thiệu phƣơng pháp ICP-OES:
Năm 1964, lần đầu tiên Stanley Greenfield có bài báo cáo về việc xác định
một số nguyên tố bằng kỹ thuật phát xạ với nguồn kích thích là plasma. Báo cáo của
ông chứng tỏ rằng nguồn kích thích plasma có nhiều ƣu điểm hơn ngọn lửa, hồ
quang điện. Nguồn plasma có độ ổn định cao, hạn chế tạo thành các hợp chất bền
nhiệt, có khả năng kích thích một số nguyên tố mà ngọn lửa thông thƣờng có nhiệt
độ thấp không kích thích đƣợc. Tuy nhiên tại thời điểm này, nguồn plasma còn
nhiều hạn chế, chỉ tốt hơn phổ hấp thu nguyên tử ngọn lửa trong việc xác định các
nguyên tố tạo hợp chất bền nhiệt. Đến năm 1973, sau một thời gian cải tiến thiết bị

và kỹ thuật thì nguồn plasma khẳng định đƣợc ƣu thế của mình so với các nguồn
kích phổ phát xạ trƣớc đó. Kể từ đây, ICP thu hút đƣợc sự quan tâm của nhiều nhà
nghiên cứu, tạo nên sự phát triển mạnh mẽ của nguồn kích thích quang phổ này.
[24]

ICP-OES sở hữu đƣợc nhiều ƣu điểm so với F-AAS, GF-AAS nhƣ nguồn kích
thích ổn định, định lƣợng đƣợc khoảng trên 70 nguyên tố, xác định đồng thời các
nguyên tố, tốc độ phân tích nhanh, độ nhạy cao, khoảng tuyến tính rộng, ít cản
nhiễu và xác định đƣợc các mẫu có hàm lƣợng muối hòa tan đến 20%.
[27],[35],[46]

Ngày nay, ICP-OES đƣợc ứng dụng rất rộng rãi, là công cụ xác định hàm
lƣợng các nguyên tố trong các lĩnh vực nhƣ nông nghiệp và thực phẩm, sinh học và
y tế, địa chất, môi trƣờng và nƣớc, kim loại, hữu cơ, hóa chất và mỹ phẩm.
[24]

2.3.2 Nguyên tắc đo với ICP-OES:
[12],[13]

Nguyên tử hay ion nhận năng lƣợng kích thích từ plasma chuyển từ trạng thái
cơ bản lên trạng thái kích thích. Tuy nhiên, trạng thái kích thích chỉ tồn tại trong
thời gian rất ngắn (khoảng 10
-12
-10
-8
s), sau đó nguyên tử hay ion phóng thích năng
lƣợng hấp thu dƣới dạng bức xạ λ để trở về trạng thái bền nhất-trạng thái cơ bản.
Bƣớc sóng λ phát ra là đặc trƣng cho từng nguyên tử hoặc ion và cƣờng độ vạch
phát xạ tỷ lệ với nồng độ của nguyên tử hay ion có trong dung dịch theo phƣơng
trình sau:

14

(*)
Trong đó: I : cƣờng độ vạch phát xạ.
C: nồng độ nguyên tử hoặc ion cho cƣờng độ phát xạ I.
a: đƣợc gọi là hằng số thực ngiệm.
b: là hằng số bản chất, phụ thuộc bản chất từng nguyên tố.
Dựa vào phƣơng trình (*) để định lƣợng một nguyên tố trong dung dịch khi so
sánh cƣờng độ vạch phát xạ gây ra bởi nguyên tố này trong dung dịch với cƣờng độ
phát xạ của một dãy dung dịch chuẩn biết trƣớc nồng độ.
2.3.3 Sơ lƣợc cấu tạo nguyên tử và sự xuất hiện phổ phát xạ:
Nguyên tử bao gồm một hạt nhân và đám mây electron chuyển động theo quỹ
đạo xung quanh tạo thành lớp vỏ nguyên tử. Trong lớp vỏ nguyên tử, điện tử phân
bố thành từng lớp ứng với số lƣợng tử chính (n) của nguyên tử, trong từng lớp lại có
nhiều phân lớp ứng với số lƣợng tử phụ (l). Các phân lớp này đều có mức năng
lƣợng nhất định và các electron sắp xếp vào các phân lớp này tuân theo nguyên lí
vững bền, điện tử chiếm và làm đầy những phân lớp có mức năng lƣợng từ thấp đến
cao.
Trong điều kiện bình thƣờng, nguyên tử tồn tại ở trạng thái có năng lƣợng thấp
nhất có mức năng lƣợng E
o
gọi là trạng thái cơ bản. Khi nguyên tử nhận đƣợc năng
lƣợng từ bên ngoài, các electron ở lớp vỏ ngoài cùng hấp thu năng lƣợng và chuyển
lên trạng thái kích thích có mức năng lƣợng Em cao hơn. Quá trình này gọi là quá
trình hấp thu.
Tuy nhiên, sự tồn tại của nguyên tử ở mức E
m
rất ngắn (khoảng 10

-12
-10
-8
s),
sau đó nguyên tử phóng thích năng lƣợng hấp thu dƣới dạng bức xạ λ để trở về
trạng thái bền nhất, trạng thái cơ bản. Quá trình này gọi là quá trình phát xạ.
Nếu nguyên tử hấp thu năng lƣợng đủ lớn, electron ngoài cùng tách khỏi
nguyên tử, lúc này nguyên tử thiếu electron trở thành ion dƣơng. Ion cũng có mức
năng lƣơng cơ bản E
0i
và mức năng lƣợng kích thích E
mi
và do đó cũng có hiện
tƣợng hấp thu, phát xạ nhƣ nguyên tử (Hình 2.1).