nghiên cứu xác định dạng cu, pb, zn và cd trong một số cột trầm tích thuộc lưu vực sông cầu

1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC
KHOA HỌC TỰ NHIÊN
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN HOÁ HỌC










VŨ VĂN TUẤN






NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH
DẠNG Cu, Pb, Zn và Cd TRONG MỘT SỐ CỘT TRẦM TÍCH
THUỘC LƢU VỰC SÔNG CẦU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC






Hà Nội - năm 2013


2


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC
KHOA HỌC TỰ NHIÊN
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN HOÁ HỌC





VŨ VĂN TUẤN

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH
DẠNG Cu, Pb, Zn và Cd TRONG MỘT SỐ CỘT TRẦM TÍCH
THUỘC LƢU VỰC SÔNG CẦU






Chuyên ngành: Hóa Phân Tích
Mã số: 60 44 29



LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC




Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Vũ Đức Lợi




Hà Nội - năm 2013
3

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC HÌNH
MỞ ĐẦU …………………………………………………………………………… 1
Chƣơng 1: TỔNG QUAN ………………………………………………………… … 3
1.1 Trầm tích và sự tích lũy kim loại trong trầm tích ………… …………… … 3
1.1.1 Trầm tích và sự hình thành trầm tích ………… ……………… … 3
1.1.2 Các nguồn tích lũy kim loại vào trầm tích …………………………… 3
1.1.3 Cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy kim loại vào trầm tích
………………………………………………………………………………. 3
1.1.4 Các dạng tồn tại của kim loại trong trầm tích ……………………… 4
1.1.5 Dạng tồn tại của một số kim loại nặng trong trầm tích ………… … 5
1.1.5.1 Kim loại đồng …………………… …………………….…. 5
1.1.5.2 Kim loại chì ………… …… …………… ………………. 6
1.1.5.3 Kim loại kẽm ……………………… ……………… ……. 7
1.1.5.4 Kim loại cacdimi ……………………………….…………. 7
1.2 Phân tích dạng kim loại trong trầm tích ………………………………….….… 8
1.2.1 Khái niệm về phân tích dạng ……………………….…………… … 8
1.2.2 Các qui trình chiết liên tục ………………………………………….… 8
1.3 Một số chỉ số và tiêu chuẩn đánh giá chất lượng trầm tích ……………….… 13
1.3.1 Chỉ số tích lũy địa chất (Geoaccumulation Index: I

geo
) ……………. 13
1.3.2 Chỉ số đánh giá rủi ro RAC (Risk Assessment Code) … … 14
1.3.3 Tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại trong trầm tích theo hàm
lượng tổng kim loại của Mỹ và Canada …………….……………………. 15
1.4 Một số phương pháp hiện đại phân tích lượng vết kim loại ………….… …. 16
1.4.1 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) ……………….………. 16
4

1.4.2 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES) ……………… ….… 18
1.4.3 Phương pháp phổ huỳnh quang nguyên tử ………….………… … 19
1.4.4 Các phương pháp điện hóa …………………….……………….…… 19
1.4.5 Phương pháp phổ khối lượng ICP-MS …………….… ……… … 20
1.5 Một số công trình nghiên cứu xác định các dạng kim lọai nặng trong mẫu trầm
tích …………………………………………….…………………………….… …
20
1.6 Khu vực nghiên cứu ………………………………….….…….……….….…. 22
1.6.1 Điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội lưu vực sông Cầu …….….… 22
1.6.2 Tình hình ô nhiễm trên lưu vực sông Cầu đoạn đi qua địa bàn tỉnh Thái
Nguyên ……………………………………………………………………. 24
1.6.3. Khu vực lấy mẫu …………….………………………….…… ……. 25
Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM 27
2.1 Đối tượng nghiên cứu 27
2.2 Nội dung nghiên cứu 27
2.3 Trang thiết bị và hóa chất phục vụ nghiên cứu 27
2.4 Lấy mẫu và bảo quản mẫu 28
2.4.1 Vị trí lấy mẫu 28
2.4.2 Phương pháp lấy mẫu 29
2.4.3 Bảo quản mẫu 30
2.5 Tiến hành thực nghiệm 31

2.5.1 Tiền xử lí mẫu 31
2.5.2 Quy trình phân tích hàm lượng tổng kim loại 31
2.5.3 Quy trình phân tích dạng kim loại 31
2.6 Xử lí số liệu 32
Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN …………………….…… …………….…… 33
3.1 Các điều kiện đo phổ AAS của Cu, Pb, Zn, Cd ……………………….……… 33
3.1.1 Các điều kiện đo phổ F-AAS của Cu, Pb, Zn …………………….… 33
3.1.2 Các điều kiện đo phổ GF-AAS của Cd ……………………… …… 33
3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nền đến phép đo ………………………………….… 34
5

3.3 Xây dựng đường chuẩn xác định Cu, Pb, Zn, Cd ………………………… 36
3.3.1 Đường chuẩn của Cu ………………………………………….… 37
3.3.2 Đường chuẩn của Pb ……………………………………… … …. 38
3.3.3 Đường chuẩn của Zn …………………………………… ………. 39
3.3.4 Đường chuẩn của Cd ……………………………………… ……. 40
3.4 Khảo sát giới hạn phát hiện của phương pháp đo ………………… ….….… 41
3.4.1 Khảo sát giới hạn phát hiện trong phép đo F- AAS ………………… 41
3.4.2 Khảo sát giới hạn phát hiện trong phép đo GF-AAS ……………… 43
3.5 Đánh giá độ chính xác của phương pháp ……………………… ……… … 43
3.6. Kết quả phân tích hàm lượng tổng của các kim loại Cu, Pb, Zn, Cd 44
3.6.1 Kết quả phân tích hàm lượng tổng kim loại Cu …….………….…… 44
3.6.2 Kết quả phân tích hàm lượng tổng kim loại Pb trong 3 cột trầm tích
…………………………………………………………………….…… 46
3.6.3 Kết quả phân tích hàm lượng tổng kim loại Zn trong 3 cột trầm tích
………………………………………………………………………… 48
3.6.4 Kết quả phân tích hàm lượng tổng kim loại Cd trong 3 cột trầm tích
…………………………………………………………………….…… 50
3.6.5 Mối tương quan về hàm lượng tổng giữa các kim loại Cu, Pb, Zn, Cd
trong các cột trầm tích …………………………… ……………………. 52

3.6 Kết quả phân tích hàm lượng các dạng kim loại Cu, Pb, Zn, Cd trong 3 cột trầm
tích ………….………………………………….… ………………………… 53
3.6.1 Kết quả phân tích hàm lượng các dạng của kim loại Cu ……… 53
3.6.2 Kết quả phân tích hàm lượng các dạng của kim loại Pb … 57
3.6.3 Kết quả phân tích hàm lượng các dạng của kim loại Zn ……… 60
3.6.4 Kết quả phân tích hàm lượng các dạng của kim loại Cd ……… 62
KẾT LUẬN ……………………………………………… ………….…………… … 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………….…….………………… …… 66



6





DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
AAS
Atomic Absorption Spectrometry
Phổ hấp thụ nguyên tử
AES
Atomic Emission Spectrometry
Phổ phát xạ nguyên tử
BCR
Community Bureau of Reference

Ủy ban tham chiếu cộng đồng
CV
Cold Vapour
Hơi lạnh
EDL
Electrodeless Disharge Lamp
Đèn không điện cực
F-
Flame
Ngọn lửa
GCS
Geological Society ò Canada
Hiệp hội địa chất Canada
GF-
Graphit Furnace
Lò graphit
HCL
Hollow cathode lamp
Đèn catot rỗng
ICP
Inductively coupled plasma
Plasma cao tần cảm ứng
MS
Mass Spectrometry
Phổ khối
RSD
Relative standard deviation
Độ lệch chuẩn tương đối
SEP
Sequential Extraction Procedure

Quy trình chiết liên tục























7

DANH MỤC BẢNG
Chƣơng 1: TỔNG QUAN
Bảng 1.1 Quy trình chiết liên tục của Tessier (1979) ……………………………… 9
Bảng 1.2 Quy trình chiết liên tục của BCR (1993) ……………………………….……
10
Bảng 1.3 Quy trình chiết ngắn của Maiz (2000) ………………….………….… 10
Bảng 1.4 Quy trình chiết liên tục của hiệp hội địa chất Canada (GCS) ……… … 11
Bảng 1.5 Qui trình chiết liên tục của J.Zerbe (1999) ……………………….…….… 12
Bảng 1.6 Qui trình chiết liên tục cải tiến Tessier ( Vũ Đức Lợi, 2010) ….….… … 13
Bảng 1.7 Giá trị hàm lượng các kim loại trong vỏ Trái đất ………………….…… 14
Bảng 1.8 Phân loại mức độ ô nhiễm dựa vào Igeo ………………………….……… 14
Bảng 1.9 Tiêu chuẩn đánh giá mức độ rủi ro theo chỉ số RAC ……………….….… 15
Bảng 1.10 Tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích theo hàm lượng
tổng của Canada (2002) ……………………………………………………….…. 15
Bảng 1.11 Tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích theo hàm lượng
tổng của Mỹ (US EPA (1997) ………………………………………….….… 16
Chƣơng 2 THỰC NGHIỆM
Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
Bảng 3.1 Các điều kiện đo phổ F-AAS của Cu, Pb, Zn
…………… ……………….… 33
Bảng 3.2 Các điều kiện đo phổ GF-AAS của Cd ………………………………… 33
Bảng 3.3 Chương trình hóa nhiệt độ cho lò graphit ………………………….…… 34
Bảng 3.4 Kết quả phân tích mẫu Cu
2+
1 mg/l ……………………………….……. 41
Bảng 3.5 Kết quả phân tích mẫu Pb
2+
4 mg/l ……………………………………. 42
Bảng 3.6 Kết quả phân tích mẫu Zn

2+
1 mg/l ……………………………… …… 42
Bảng 3.7 Kết quả phân tích mẫu Cd
2+
2 µg/l …………………………………….…. 43
Bảng 3.8 Kết quả phân tích Cu, Pb, Zn, Cd trong mẫu trầm tích chuẩn .
MESS-3 ………………………………………………….……… … 43
Bảng 3.9 Hàm lượng tổng của kim loại Cu trong các cột trầm tích ……………… 44
Bảng 3.10 Giá trị Igeo trong các cột trầm tích ………………….….……… … … 45
Bảng 3.11 Hàm lượng tổng Pb trong các cột trầm tích …….…….……………… 46
Bảng 3.12 Giá trị Igeo của Pb trong các cột trầm tích ……………………….….………
47
Bảng 3.13 Hàm lượng tổng Zn trong các cột trầm tích ……………….…………… 48
Bảng 3.14 Giá trị Igeo của Zn trong các cột trầm tích
………………………………… 50
Bảng 3.15 Hàm lượng tổng Cd trong các cột trầm tích ……………………………. 50
Bảng 3.16 Giá trị Igeo của Cd trong các cột trầm tích …………………………… 51
Bảng 3.17 Hệ số tương quan giữa hàm lượng tổng Cu, Pb, Zn và Cd trong mỗi cột trầm
tích ………………………………………………………………………………….…. 52
8

Bảng 3.18 Hàm lượng các dạng của kim loại Cu (mg/kg) trong các cột trầm
tích……………………………………………………………………………………… 54
Bảng 3.19 Hệ số tương quan về hàm lượng các dạng của Cu trong mỗi cột trầm tích
…………………………………………………………………………………….…… 56
Bảng 3.20 Hàm lượng các dạng của kim loại Pb (mg/kg) trong các cột trầm tích
…………………………………………………………… …… ……… 57
Bảng 3.21 Hệ số tương quan hàm lượng các dạng của Pb trong mỗi cột trầm Tích
.…………………………………….…………………………………… 59
Bảng 3.22 Hàm lượng các dạng của kim loại Zn (mg/kg) trong các cột trầm tích

…………………………………………………………….………. 60
Bảng 3.23 Hàm lượng các dạng của Cd (mg/kg) trong các cột trầm tích …………. 62

9





DANH MỤC HÌNH
Chƣơng 1: TỔNG QUAN
Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống máy AAS …………………………. 18
Hình 1.2 Bản đồ lưu vực sông Cầu ……………………………….…. 22
Hình 1.3 Bản đồ nguồn thải khu vực thành phố Thái Nguyên ……… 26
Chƣơng 2 THỰC NGHIỆM
Hình 2.1 Vị trí lấy mẫu ………………………………………………………… 29
Hình 2.2 Thiết bị lấy mẫu trầm tích ……………………………….…………… 29
Hình 2.3 Ống PVC chứa trầm tích ……………………………………… …… 31
Hình 2.4 Ống PVC chứa mẫu trầm tích được để khô tự nhiên …… 32
Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
Hình 3.1 Khảo sát ảnh hưởng của nền đến độ hấp thụ của Cu ở các nồng độ khác nhau
…………………………….…………………………………….…… 35
Hình 3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nền đến độ hấp thụ của Pb ở các nồng độ khác nhau
………………………………………………………………………… 35
Hình 3.3 Khảo sát ảnh hưởng của nền đến độ hấp thụ của Zn ở các nồng độ khác nhau
………………………………… ……………………………………… 35
Hình 3.4 Khảo sát ảnh hưởng của nền đến độ hấp thụ của Cd ở các nồng độ khác nhau

…………………………………… …………………………………… 35
Hình 3.5 – 3.9 Đường chuẩn của Cu ở các nền khác nhau…………………………. 37
Hình 3.10 – 3.14 Đường chuẩn của Pb ở các nền khác nhau 38
Hình 3.15 – 3.19 Đường chuẩn của Zn ở các nền khác nhau ………………….…… 39
Hình 3.20 – 3.24 Đường chuẩn của Cd ở các nền khác nhau ……………………… 40
Hình 3.25 Biểu đồ so sánh hàm lượng tổng của ion Cu
2+
trong các đoạn của 3 cột trầm
tích SC01, SC02 và SC03 ………………………………………… … 44
Hình 3.26 Biểu đồ so sánh hàm lượng của ion Pb2+ trong các đoạn của 3 cột trầm tích
SC01, SC02 và SC03 ………………………………………………… … 46
Hình 3.27 Biểu đồ so sánh hàm lượng của ion Zn2+ trong các đoạn của 3 cột trầm tích
SC01, SC02 và SC03 …………………………………………… ……. 49
Hình 3.28 Biểu đồ so sánh hàm lượng của ion Cd2+ trong các đoạn của
3 cột trầm tích SC01, SC02 và SC03 ……………………………… ……… 51






10


MỞ ĐẦU
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường do các hoạt động sinh hoạt và sản xuất của
con người đã và đang là vấn đề nhức nhối của toàn xã hội. Một trong các chương trình
đang được nhà nước quan tâm là nghiên cứu và đánh giá mức độ ô nhiễm thuộc lưu vực
một số hệ thống sông chính như: sông Đáy, sông Nhuệ, sông Cầu để từ đó có các biện
pháp quản lí thích hợp.

Trong số các chỉ số ô nhiễm, ô nhiễm kim loại nặng là một trong những chỉ số được
quan tâm nhiều bởi độc tính và khả năng tích lũy sinh học của chúng. Để có thể đánh giá
một cách đầy đủ về mức độ ô nhiễm của các kim loại nặng ta không thể chỉ dựa vào việc
xác định hàm lượng của các kim loại hòa tan trong nước mà cần xác định cả hàm lượng các
kim loại trong trầm tích. Rất nhiều công trình khoa học nghiên cứu về trầm tích sông, hồ
đều cho thấy hàm lượng của các kim loại trong trầm tích lớn hơn nhiều so với trong nước.
Dưới một số điều kiện lí hóa nhất định các kim loại nặng từ trong nước có thể tích
lũy vào trầm tích đồng thời cũng có thể hòa tan ngược trở lại nước [65, 68]. Khả năng hòa
tan của kim loại trong mẫu trầm tích vào nước cũng như khả năng tích lũy sinh học của nó
phụ thuộc vào dạng tồn tại của kim loại trong trầm tích [69]. Vì vậy cần thiết phải xác định
cụ thể dạng tồn tại của các kim loại trong trầm tích mới có thể đưa ra những đánh giá cụ
thể và chính xác hơn về mức độ ô nhiễm và ảnh hưởng đến hệ sinh thái của các kim loại
nặng [48].
Một vấn đề đáng lưu ý nữa là hàm lượng của các kim loại trong mẫu trầm tích phụ
thuộc vào hàm lượng của các kim loại trong nước tại mỗi thời điểm. Do đó dựa vào việc
xác định hàm lượng của các kim loại tại các điểm khác nhau trên cùng một cột trầm tích có
thể giúp ta thấy được sự thay đổi về mức độ ô nhiễm kim loại nặng tại khu vực nghiên cứu
theo thời gian.
Để xác định dạng kim loại trong trầm tích, công đoạn quan trọng nhất là chiết tách
riêng từng dạng kim loại ra khỏi trầm tích. Đã có rất nhiều quy trình chiết được đưa ra
nhưng quy trình chiết liên tục của Tessier (Tessier et.al, 1979 [34]) được nhiều tác giả lựa
11

chọn sử dụng và cải tiến thêm phương pháp này. Theo quy trình chiết liên tục của Tessier,
kim loại trong trầm tích được chia làm 5 dạng là: dạng trao đổi, dạng liên kết với cacbonat,
dạng liên kết với sắt và mangan oxit, dạng liên kết với chất hữu cơ và dạng cặn dư.
Lưu vực sông Cầu là một trong những lưu vực sông lớn và tập trung đông dân cư
sinh sống ở khu vực phía Bắc. Sông Cầu dài 288,5 km bắt nguồn từ núi Vạn On ở độ cao
1175m thuộc huyện Chợ Đồn tỉnh Bắc Cạn chạy qua các tỉnh Bắc Cạn, Thái Nguyên, Bắc
Giang, Hà Nội, Bắc Ninh và đổ vào sông Thái Bình ở thị xã Phả Lại tỉnh Hải Dương. Các

khu vực sông Cầu chạy qua là những khu vực tập trung rất nhiều các hoạt động sản xuất
công nghiệp như: khai khoáng, luyện kim, mạ điện Vì vậy tình hình ô nhiễm nói chung
và ô nhiễm kim loại nặng nói riêng đang ở mức báo động. Trước tình hình đó chính phủ đã
cho thành lập Ủy ban Bảo vệ môi trường lưu vực sông Cầu vào tháng 1 năm 2008 để có
những giải pháp đồng bộ quản lí và giảm thiểu ô nhiễm trên hệ thống lưu vực sông Cầu.
Mặt khác, trên hệ thống lưu vực sông Cầu, Thái Nguyên là tỉnh mà ngành công nghiệp khai
khoáng và luyện kim rất phát triển nên nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng là rất lớn.
Từ những vấn đề trình bày ở trên, chúng tôi đã chọn đề tài “nghiên cứu xác định
dạng Cu, Pb, Zn và Cd trong một số cột trầm tích thuộc lưu vực sông Cầu ” với địa bàn
nghiên cứu chính là tỉnh Thái Nguyên theo các nhiệm vụ cụ thể là:
+ Xác định hàm lượng tổng và hàm lượng các dạng liên kết của các kim loại Cu,
Pb, Zn và Cd trong một số cột trầm tích thuộc lưu vực sông Cầu khu vực đi qua thành phố
Thái Nguyên.
+ Đánh giá sự thay đổi hàm lượng tổng và các dạng của các kim loại Cu, Pb ,Zn và
Cd theo chiều sâu của cột trầm tích và giữa các cột trầm tích.
+ Đánh giá mối tương quan về hàm lượng tổng và các dạng của các kim loại Cu, Pb,
Zn và Cd trong cùng 1 cột trầm tích và giữa các cột trầm tích với nhau.
+ Đánh giá mức độ ô nhiễm các kim loại Cu, Pb, Zn và Cd theo một số tiêu chuẩn
đánh giá ô nhiễm trầm tích.
Việc lấy mẫu trầm tích được chúng tôi trực tiếp tiến hành tại sông Cầu đoạn đi qua
thành phố Thái Nguyên vào tháng 7 năm 2012. Các công việc bảo quản mẫu trầm tích, xử
lí mẫu và phân tích hàm lượng tổng cũng như các dạng của các kim loại Cu, Pb, Zn và Cd
được thực hiện tại phòng Hóa Phân Tích – Viện Hóa Học – Viện Hàn Lâm Khoa Học và
Công Nghệ Việt Nam.

12


Chƣơng 1: TỔNG QUAN

1.1 Trầm tích và sự tích lũy kim loại trong trầm tích
1.1.1 Trầm tích và sự hình thành trầm tích
Trầm tích là các vật chất tự nhiên bị phá vỡ bởi các quá trình xói mòn hoặc do thời
tiết, sau đó được các dòng chảy vận chuyển đi và cuối cùng được tích tụ thành các lớp trên
bề mặt hoặc đáy của một khu vực chứa nước như ao, hồ, sông, suối, biển. Quá trình hình
thành trầm tích là một quá trình tích tụ và lắng đọng các chất cặn lơ lửng (bao gồm cả các
vật chất vô cơ và hữu cơ) để tạo nên các lớp trầm tích. Ao, hồ, sông, biển tích lũy trầm tích
thành các lớp theo thời gian. Vì vậy trầm tích là một hỗn hợp phức tạp của các pha rắn bao
gồm sét, silic oxit, chất hữu cơ, cacbonat và một quần thể các vi khuẩn (Trần Nghi, 2003
[14]; [71] ).
Trầm tích là một trong những đối tượng thường được nghiên cứu để đánh giá và
xác định mức độ cũng như nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng đối với môi trường nước bởi
hàm lượng kim loại trong trầm tích thường lớn hơn nhiều so với lớp nước phía trên và có
mối quan hệ chặt chẽ với hàm lượng của các ion kim loại tan trong nước. Các kim loại
trong nước có thể tích lũy đi vào trầm tích và ngược lại kim loại trong trầm tích ở dạng di
động có khả năng hòa tan ngược lại vào nước. Chính vì lí do đó nên trầm tích được xem là
một chỉ thị quan trọng dùng để nghiên cứu và đánh giá sự ô nhiễm môi trường.
1.1.2 Các nguồn tích lũy kim loại vào trầm tích
Sự tích lũy kim loại vào trầm tích đến từ hai nguồn là nguồn nhân tạo và nguồn tự
nhiên.
Nguồn tự nhiên gồm các kim loại nằm trong thành phần của đất đá xâm nhập vào
môi trường nước và trầm tích thông qua các quá trình tự nhiên như: phong hóa, xói mòn,
rửa trôi (Ip Crman 2007 [46]).
Nguồn nhân tạo là các nguồn ô nhiễm từ các hoạt động sinh hoạt và sản xuất của
con người như: nước thải sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp, y tế. Các kim loại này sau
khi đi vào nước sẽ tích lũy vào trầm tích cũng như các sinh vật thủy sinh.
1.1.3 Cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy kim loại vào trầm tích
13

Các kim loại tích lũy vào trầm tích có thể xuất phát từ nguồn tự nhiên hoặc nhân

tạo. Sự tích lũy của các kim loại vào trầm tích có thể xảy ra theo 3 cơ chế sau:
1. Sự hấp phụ hóa lý từ nước.
2. Sự hấp thu sinh học bởi các sinh vật hoặc các chất hữu cơ.
3. Sự tích lũy vật lí của các hạt vật chất bởi quá trình lắng đọng trầm tích.
Sự tích lũy kim loại vào trầm tích phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: các điều kiện
thủy văn, môi trường, pH, thành phần vi sinh vật, kết cấu của trầm tích, khả năng trao đổi
ion… nhất là sự hấp phụ hóa lý và hấp thu sinh học.
Sự hấp phụ hóa lý các kim loại trực tiếp từ nước được thực hiện nhờ các quá trình
hấp phụ các kim loại lên trên bề mặt của các hạt keo, các quá trình trao đổi ion, các phản
ứng tạo phức của các kim loại nặng với các hợp chất hữu cơ hoặc do các phản ứng hóa học
xảy ra làm thay đổi trạng thái oxi hóa của các nguyên tố hay tạo thành các hợp chất ít tan
như muối sunfua. Quá trình hấp phụ hóa lí phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện như: pH
của nước, kích thước của các hạt keo, hàm lượng các chất hữu cơ và quần thể vi sinh vật
[65].
Sự hấp thu sinh học chủ yếu do quá trình hấp thu kim loại của các sinh vật trong
nước, phản ứng tạo phức của các kim loại với các hợp chất hữu cơ, các hoạt động sinh hóa
của hệ vi sinh vật trong trầm tích [42, 68].
1.1.4 Các dạng tồn tại của kim loại trong trầm tích.
Theo Tessier [33], kim loại trong mẫu trầm tích và mẫu đất tồn tại ở 5 dạng chủ yếu
sau:
+ Dạng trao đổi: Kim loại trong dạng này liên kết với các hạt keo trong trầm tích
(sét, hydrat của oxit săt, oxit mangan, axit humic) bằng lực hấp phụ yếu. Sự thay đổi lực
ion của nước sẽ ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ hoặc giải hấp các kim loại này dẫn đến
sự giải phóng hoặc tích lũy kim loại tại bề mặt tiếp xúc của nước và trầm tích. Chính vì
vậy kim loại trong trầm tích ở dạng này rất linh động có thể dễ dàng giải phóng ngược trở
lại môi trường nước.
+ Dạng liên kết với cácbonat: Các kim loại tồn tại ở dạng kết tủa muối cacbonat.
Các kim loại tồn tại ở dạng này rất nhạy cảm với sự thay đổi của pH, khi pH giảm các kim
loại ở dạng này sẽ được giải phóng.
14

+ Dạng liên kết với Fe-Mn oxit: Ở dạng liên kết này kim loại được hấp phụ trên
bề mặt của Fe-Mn oxi hydroxit và không bền trong điều kiện khử, bởi vì trong điều kiện
khử trạng thái oxi hóa của sắt và mangan sẽ bị thay đổi, dẫn đến các kim loại trong trầm
tích sẽ được giải phóng vào pha nước.
+ Dạng liên kết với hữu cơ: Các kim loại ở dạng liên kết với hữu cơ sẽ không bền
trong điều kiện oxi hóa, Khi bị oxi hóa các chất cơ sẽ phân hủy và các kim loại sẽ được
giải phóng vào pha nước.
+ Dạng cặn dƣ: Phần này chứa các khoáng chất bền vững tồn tại trong tự nhiên có
thể giữ các vết kim loại trong nền cấu trúc của chúng, hoặc một số kết tủa bền khó tan của
các kim loại như PbS, HgS Do vậy khi kim loại tồn tại trong phân đoạn này sẽ không
thể hòa tan vào nước trong các điều kiện như trên.
1.1.5 Kim loại nặng và nguồn tích lũy một số kim loại nặng trong trầm tích
Kim loại nặng là các kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5 g/cm
3
, nhưng thông
thường ta dùng để chỉ những kim loại độc hại và gây ô nhiễm môi trường. Trong trầm tích,
kim loại nặng có thể tồn tại ở các dạng khác nhau, có khả năng tích lũy trong trầm tích,
khả năng tích lũy sinh học và độc tính khác nhau [30]. Trong giới hạn của đề tài, chúng tôi
chỉ tập trung nghiên cứu bốn kim loại nặng là: đồng, chì, kẽm và cadimi.
1.1.5.1 Kim loại đồng
Đồng là một nguyên tố thiết yếu đối với cơ thể động thực vật và con người. Đối với
cơ thể con người, đồng cần thiết cho các quá trình chuyến hóa sắt, lipit và rất cần thiết cho
hoạt động của hệ thần kinh, hệ miễn dịch Tuy nhiên, khi cơ thể chúng ta tích tụ đồng với
một lượng lớn sẽ gây nguy hiểm. Khi hàm lượng đồng trong cơ thể người từ 60 – 100
mg/kg thể trọng có thể gây ra tình trạng nôn mửa. Khi hàm lượng là 10g/kg thể trọng có
thể gây tử vong. Nồng độ đồng giới hạn trong nước uống đối với con người là 2 mg/lit.
Đồng cũng là một trong số kim loại có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực công
nghiệp khác nhau như: chế tạo dây dẫn điện, các hợp kim có độ chống mài mòn cao, chế
tạo sơn, thuốc trừ sâu…

Ở pH lớn hơn 6 ion Cu
2+
có thể kết tủa dưới dạng hidroxit, oxit, hidroxi-cacbonat.
Đồng cũng tạo được phức rất bền với chất mùn. Đặc biệt trong môi trường khử Cu
2+
rất dễ
kết hợp với ion S
2-
để tạo kết tủa CuS rất bền. Chính vì vậy mà khả năng tích lũy sinh học
15

của kim loại đồng trong trầm tích nhỏ và dạng tồn tại chủ yếu của đồng trong trầm tích là ở
dạng cặn dư [15, 18, 23].
Nguồn tích lũy của kim loại đồng trong tự nhiên đến từ 2 nguồn là nguồn tự nhiên
và nguồn nhân tạo. Trong tự nhiên, hàm lượng trung bình của đồng trong vỏ trái đất vào
khoảng 50 ppm và chủ yếu tồn tại dưới dạng một số khoáng chất như: azurit
(2CuCO
3
Cu(OH)
2
); malachit (CuCO
3
Cu(OH)
2
); các sulfua như: chalcopyrit (CuFeS
2
),
bornit (Cu
5
FeS

4
), covellit (CuS), chalcocit (Cu
2
S) và các ôxít như cuprit (Cu
2
O) Trong
đó nhiều nhất là các quặng sunfua tương đối bền. Vì vậy khả năng rửa trôi của của kim loại
đồng là tương đối nhỏ [23].
Nguồn tích lũy nhân tạo đồng vào trầm tích xuất phát chủ yếu từ các hoạt động sản
xuất đặc biệt là từ các ngành công nghiệp luyện kim và mạ điện. Theo một số nghiên cứu,
hàm lượng kim loại đồng trong nước thải của các nhà máy mạ điện có thể lên đến 200 ppm.
1.1.5.2 Kim loại chì
Chì là một nguyên tố có độc tính cao đối với con người và động vật. Khi xâm nhập
vào cơ thể kim loại chì kết hợp với một số enzim làm rối loạn hoạt động của cơ thể. Khi
nồng độ chì trong máu lớn hơn 50 μg/dl sẽ gây ra ra nguy cơ mắc chứng thiếu máu, thiếu
sắc tố da, hồng cầu kém bền vững. Khi nồng độ chì trong máu lớn hơn 80 μg/dl sẽ gây ra
các bệnh về thần kinh với các biểu hiện như mất điều hòa, giảm ý thức, vận động khó khăn,
hôn mê và co giật [19, 20].
Ở pH cao kim loại chì trở nên ít tan do dễ tạo phức với các hợp chất hữu cơ, kết tủa
dưới dạng oxit, hidroxit và liên kết với oxit và silica của đất sét vì vậy ở pH cao kim loại
chì có khả năng tích lũy sinh học thấp. Nhưng ở pH thấp hơn thì khả năng tích lũy sinh học
của chì tăng dần.
Trong tự nhiên hàm lượng Pb trong vỏ trái đất khoảng 17 ppm. Chì thường được tìm
thấy ở dạng quặng cùng với kẽm, bạc, và (phổ biến nhất) đồng, và được thu hồi cùng với
các kim loại này. Trong tự nhiên, khoáng chì chủ yếu là galena (PbS) ngoài ra còn có một
số dạng khoáng chứa chì khác như cerussite (PbCO
3
) và anglesite (PbSO
4
) [15, 18, 22].

Trong công nghiệp, kim loại chì được sử dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau như:
công nghiệp chế tạo ắc quy, sơn, nhựa, luyện kim. Vì vậy nguồn phát thải chì nhân tạo chủ
16

yếu từ các hoạt động sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp như: công nghiệp luyện
kim, ắc quy, sơn, nhựa và các làng nghề tái chế chì, tái chế nhựa
1.1.5.3 Kim loại kẽm
Kẽm là một nguyên tố vi lượng rất cần thiết đối với con người và động thực vật.
Kẽm hiện diện trong hầu hết các bộ phận cơ thể con người. Kẽm cần thiết cho thị lực, giúp
cơ thể chống lại bệnh tật, chống nhiễm trùng và cần thiết cho các hoạt động sinh dục và
sinh sản Tuy nhiên khi hàm lượng kẽm trong cơ thể lớn quá có thể tạo ra các tác dụng
ngược lại gây ra các bệnh như ngộ độc thần kinh, và hệ miễn nhiễm [20, 21].
Trong công nghiệp, kim loại kẽm có rất nhiều ứng dụng đặc biệt trong lĩnh vực
luyện kim, công nghiệp mạ và sản xuất pin điện
Trong môi trường nước ở pH thấp Zn có độ linh động vừa phải do chủ yếu tồn tại ở
pha liên kết yếu với sét và mùn. Ở pH lớn hơn độ linh động của kẽm giảm đi do tồn tại ở
các pha liên kết với oxit, aluminosilicat và mùn. Ngoài ra trong môi trường khử, sự linh
động của kim loại kẽm cũng bị giảm đi do tạo thành muối ZnS ít tan [ 15, 18, 24, 29].
Trong vỏ trái đất hàm lượng kim loại kẽm vào khoảng 75 ppm. Sphalerit (ZnS) là
loại quặng kẽm quan trọng nhất. Nguồn tích lũy kẽm trong trầm tích ngoài nguồn tự nhiên
còn phải kể đến một nguồn rất quan trọng là các nước thải từ các nhà máy luyện kim và mạ
điện và khai khoáng [25].
1.1.5.4 Kim loại Cadimi
Cadimi cũng là một kim loại có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Một số ứng
dụng chính của cadimi là chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp, sử dụng trong mạ
điện, chế tạo vật liệu bán dẫn, chất tạo màu Tuy nhiên cadimi lại là kim loại rất độc hại
đối với cơ thể người ngay cả ở nồng độ rất thấp bởi vì cadimi có khả năng tích lũy sinh học
rất cao. Khi xâm nhập vào cơ thể nó can thiệp vào các quá trình sinh học, các enzim liên
quan đến kẽm, magie và canxi, gây tổn thương đến gan, thận, gây nên bệnh loãng xương và
bệnh ung thư [20].

Trong tự nhiên, hàm lượng cadimi trung bình khoảng 0,1 ppm. Quặng cadimi rất
hiếm và chủ yếu tồn tại ở dạng CdS có lẫn trong quặng một số kim loại như Zn, Cu, Pb
[25].
17

Trong trầm tích sông ngòi, hàm lượng cadimi có thể cao hơn nhiều lên đến 9 ppm
[6]. Nguồn phát thải ô nhiễm Cd đối với trầm tích sông ngòi chủ yếu là nguồn nhân tạo,
xuất phát từ nước thải từ các ngành công nghiệp dựa trên một số ứng dụng của Cd như: lớp
mạ bảo vệ thép, chất ổn định trong PVC, chất tạo màu trong plastic và thủy tinh, và trong
hợp phần của nhiều hợp kim.
1.2 Phân tích dạng kim loại trong trầm tích
1.2.1 Khái niệm về phân tích dạng
Thuật ngữ “dạng”, theo Fillip M. tack và Marc G. Verloo [40], là sự nhận dạng và
định lượng các dạng, các hình thức hay các pha khác nhau mà trong đó kim loại tồn tại
Trong thực tế, độ linh động và hoạt tính sinh học cũng như khả năng tích lũy sinh
học của kim loại phụ thuộc vào dạng tồn tại bao gồm dạng hóa học ( trạng thái oxi hóa,
điện tích, trạng thái hóa trị và liên kết) và dạng vật lí (trạng thái vật lí, kích thước hạt ).
Chẳng hạn crôm ở dạng Cr(III) không độc nhưng ở dạng Cr(VI) rất độc. Trong các dạng
của asen thì As(III) có độc tính cao gấp khoảng 50 lần As(V), asen ở dạng hợp chất vô cơ
độc hơn ở dạng hợp chất hữu cơ. Trong trầm tích, các kim loại tồn tại ở dạng linh động dễ
dàng có thể giải phóng vào nước dẫn đến nguy cơ gia tăng sự hấp thụ các kim loại này vào
cơ thể con người thông qua chuỗi thức ăn. Trong khi đó các kim loại tồn tại ở dạng cặn dư
rất khó hòa tan vào nước nên rất ít ảnh hưởng đến sức khỏe con người [31, 40]. Vì vậy cần
thiết phải xác định cụ thể hàm lượng của các kim loại ở từng dạng tồn tại cụ thể của nó.
Theo tác giả Tessier, kim loại trong mẫu trầm tích và mẫu đất tồn tại ở 5 dạng chủ
yếu là: dạng trao đổi, dạng liên kết với cácbonat, dạng liên kết với Fe-Mn oxit, dạng
liên kết với hữu cơ, dạng cặn dƣ. Vấn đề đặt ra ở đây là phải tìm ra các dung môi và các
điều kiện thích hợp để có thể chiết riêng từng dạng kim loại. Có nhiều phương pháp khác
nhau đã được đưa ra để chiết riêng từng dạng kim loại như: chiết một giai đoạn, chiết liên
tục, sử dụng nhựa trao đổi ion Trong đó, phương pháp chiết liên tục được áp dụng phổ

biến nhất do những ưu điểm của nó.
1.2.2 Các quy trình chiết liên tục
Có rất nhiều quy trình chiết liên tục được các tác giả khác nhau đưa ra để phân tích
dạng kim loại trong trầm tích. Dưới đây là một số quy trình tiêu biểu.
* Quy trình chiết liên tục của Tessier:
18

Đây là quy trình được nhiều tác giả khác nhau sử dụng để xác định hàm lượng kim
loại trong đất và trầm tích. Các điều kiện cụ thể của quy trình chiết liên tục Tessier được
thể hiện qua bảng sau:
Bảng 1.1 Quy trình chiết liên tục của Tessier (1979)[33]

Dạng kim loại
Điều kiện chiết (1 gam mẫu)
Trao đổi (F
1
)
+ 8 ml MgCl
2
1M (pH = 7), khuấy liên tục trong 1 giờ
+ hoặc 8 ml NaOAc 1M (pH = 8,2), khuấy liên tục trong 1 giờ
Liên kết với
cacbonat (F
2
)
8 ml NaOAc 1M (pH = 5 với HOAc), khuấy liên tục trong 5 giờ
ở nhiệt độ phòng
Liên kết với Fe-
Mn oxit (F
3

)
+ 20 ml Na
2
S
2
O
3
0,3M + Natri-citrat 0,175M + axit citric 0,025M
+ hoặc 20 ml NH
2
OH.HCl 0,04M trong CH
3
COOH 25%,
96

3
0
C, thuy thoảng khuấy trong 6 giờ
Liên kết với hữu
cơ (F
4
)
(1) 3ml HNO
3
0,02M + 5ml H
2
O
2
30% (pH = 2 với HNO
3

),
85

2
0
C, khuấy 2 giờ
(2) thêm 3 ml H
2
O
2
30% (pH = 2 với HNO
3
) 85

2
0
C, khuấy 3
giờ
(3) sau khi làm nguội thêm 5 ml NH
4
OAc 3,2 M trong HNO
3

20% và pha loãng thành 20 ml, khuấy liên tục trong 30 phút
Cặn dư (F
5
)
(1) HClO
4
(2 ml) + HF (10 ml) đun đến gần cạn

(2) HClO
4
(1 ml) + HF (10 ml) đun đến gần cạn
(3) HClO
4
(1 ml)
(4) hòa tan bằng HCl 12N sau đó định mức thành 25 ml

* Quy trình chiết liên tục của Ủy ban tham chiếu cộng đồng (Community
Bureau of Reference procedure, BCR):
Quy trình này gần tương tự như quy trình của Tessier nhưng dạng trao đổi và dạng
cacbonat được gộp chung lại thành một dạng
19

Bảng 1.2 Quy trình chiết liên tục của BCR (1993) [32]
Dạng kim loại
Điều kiện chiết (1 gam mẫu)
Trao đổi và liên kết
với cacbonat
40 ml HOAc 0,11M, 22±5
0
C, khuấy liên tục 16 giờ
Liên kết với Fe-Mn
oxit
40 ml NH
2
OH.HCl 0,1M (pH = 2 với HNO
3
), 22±5
0

C,
khuấy liên tục 16 giờ
Liên kết với hữu cơ
(1) 10 ml H
2
O
2
8,8M (pH = 2-3), t
0
phòng, khuấy liên tục
trong 1 giờ
(2) 10 ml H
2
O
2
(pH = 2-3),85
0
C, đun 1 giờ đến thể tích 3 ml
(3) 10 ml H
2
O
2
(pH = 2-3),85
0
C, đun 1 giờ đến thể tích 1 ml
(4) 50 ml NH
4
OAc 1M (pH = 2 với HNO
3
) 22±5

0
C, khuấy
liên tục 16 giờ
Cặn dư
HF + HNO
3
+ HClO
4


* Quy trình chiết ngắn của Maiz:
Tác giả Maiz đã đưa ra quy trình chiết ngắn chỉ có 3 dạng và nhận thấy rằng kết quả
của nó tương quan tốt với quy trình chiết của Tessier
Bảng 1.3 Quy trình chiết ngắn của Maiz (2000) [45]
Dạng kim loại
Điều kiện chiết (3 gam mẫu)
Trao đổi (hay di động)
10 ml CaCl
2
0,01M, t
0
phòng, thỉnh toảng khuấy
trong 2 giờ
Có tiềm năng di động
2ml hh: DTPA
(1)
0,005M + CaCl
2
0,01M + TEA
(2)

0,1M (pH = 7,3), t
0
phòng, 4 giờ
Cặn dư
Cường thủy + HF
(1): DTPA: pentetic axit hay dietylen triamin pentaaxetic axit
(2): TEA: trietanolamin

* Quy trình chiết của Hiệp hội Địa chất Canada (GCS):
20

Quy trình chiết liên tục của GCS phân chia dạng kim loại liên kết với Fe-Mn oxit
thành 2 dạng là dạng liên kết với Fe oxihydroxit vô định hình và dạng kim loại nằm trong
cấu trúc tinh thể của oxit. Do đó số dạng kim loại tăng từ 5 lên 6. Quy trình này được
Benitez và Dubois đưa ra trên cơ sở cải tiến quy trình của Tessier nhờ vậy mà thời gian
chiết được giảm đi đáng kể.
Bảng 1.4 Quy trình chiết liên tục của Hiệp hội Địa chất Canada (GCS) (1999) [51]
Dạng kim loại
Điều kiện chiết (0,5 gam mẫu)
Dạng di
động
Trao đổi (F1)
(1) 30 ml NaNO
3
0,1M; 25
0
C; 1,5 giờ
(2) 30 ml NaNO
3

0,1M; 25
0
C; 1,5 giờ
Liên kết với
cacbonat (F2)
(1) 30 ml NaOAc 1M (pH = 5 với HOAc); 25
0
C;
1,5 giờ
(2) 30 ml NaOAc 1M (pH = 5 với HOAc); 25
0
C;
1,5 giờ
Dạng có
tiềm
năng di
động
Liên kết với hữu cơ
(F3)
(1) 30 ml Na
4
P
2
O
7
; 25
0
C; 1,5 giờ
(2) 30 ml Na
4

P
2
O
7
; 25
0
C; 1,5 giờ
Liên kết với
oxihydroxit vô định
hình (F4)
(1) 30 ml NH
2
OH.HCl 0,25M trong HCl 0,05M;
60
0
C; 1,5 giờ
(2) 30 ml NH
2
OH.HCl 0,25M trong HCl 0,05M;
60
0
C; 1,5 giờ
Nằm trong cấu trúc
tinh thể oxit (F5)
(1) 30 ml NH
2
OH.HCl 1M trong HOAc 25%;
90
0
C; 1,5 giờ

(2) 30 ml NH
2
OH.HCl 1M trong HOAc 25%;
90
0
C; 1,5 giờ
Cặn dư (F6)
HF:HNO
3
:HCl

Nói chung hầu hết các quy trình chiết liên tục đều dựa trên quy trình chiết của
Tessier nhưng có những cải tiến để phù hợp với các đối tượng phân tích khác nhau để làm
tăng độ chính xác của kết quả phân tích và giảm thời gian chiết. Các cải tiến này đều chủ
21

yếu tập trung vào việc thay đổi loại, thể tích dung môi chiết và thời gian chiết. Rất nhiều
tác giả như G.Glosinska [42], J.Zerbe [49], P.O.Oviasogie [61], Md.Abull Kashem [53],
Vũ Đức Lợi [6,7] đã thay thế MgCl
2
1M trong bước chiết dạng trao đổi (F1) bằng
NH
4
OAc hoặc NaOAc (pH=5) bằng NH
4
OAc (pH = 5). Mục đích của việc thay thế này sẽ
làm giảm tính mặn (nồng độ các ion kim loại ) trong dung dịch chiết nhờ đó sẽ làm tăng độ
chính xác trong kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong dịch chiết bằng phương pháp
phổ hấp thụ nguyên tử (AAS). Trong giai đoạn chiết dạng liên kết với cacbonat ( F2), các
tác giả trên đã tăng lượng thuốc thử từ 2 ml lên 20 ml để làm giảm sự thay đổi pH của dung

dịch trong quá trình chiết.
Bảng 1.5 Quy trình chiết liên tục của J.Zerbe (1999) [49]

Dạng kim loại
Điều kiện chiết (1 gam mẫu)
Trao đổi (F1)
10 ml CH
3
COONH
4
(pH=7), t
0
phòng, khuấy liên tục
trong 1 giờ
Liên kết với cacbonat
(F2)
20 ml CH
3
COONH
4
1M (pH = 5 với HOAc), khuấy liên
tục trong 5 giờ, t
0
phòng
Liên kết với Fe-Mn oxit
(F3)
20 ml NH
2
OH.HCl 0,04M trong HOAc 25%, 95
0

C,
khuấy 6 giờ
Liên kết với hữu cơ (F4)
(1) 5 ml HNO
3
0,02M + 5 ml H
2
O
2
30% (pH= 2 với
HNO
3
), 85
0
C, khuấy 2 giờ
(2) thêm 3 ml H
2
O
2
30% (pH = 2 với HNO
3
), 85
0
C,
khuấy 3 giờ
(3) làm nguội, thêm 10 ml CH
3
COONH
4
3,2M trong

HNO
3
20% khuấy 30 phút, t
0
phòng




22

Bảng 1.6 quy trình chiết liên tục cải tiến Tessier ( Vũ Đức Lợi, 2010) [6]
Dạng kim loại
Điều kiện chiết (1 gam mẫu)
Trao đổi (F1)
10 ml CH
3
COONH
4
1M (pH=7), t
0
phòng, lắc liên tục
trong 1 giờ
Liên kết với cacbonat
(F2)
20 ml CH
3
COONH
4
1M (pH = 5 với HOAc), lắc liên

tục trong 5 giờ, t
o
phòng
Liên kết với Fe-Mn oxit
(F3)
20 ml NH
2
OH.HCl 0,04M trong HOAc 25%, lắc liên
tục 5 giờ, t
o
C phòng
Liên kết với hữu cơ (F4)
10 ml CH
3
COONH
4
3,2M trong HNO
3
20 %, lắc 30
phút, t
o
C phòng
Cặn dư (F5)
Nước cường thủy
1.3 Một số chỉ số và tiêu chuẩn đánh giá chất lƣợng trầm tích
Hiện nay, nước ta vẫn chưa có tiêu chuẩn đánh giá về chất lượng trầm tích. Chính vì
vậy, trong luận văn chúng tôi đã sử dụng một số chỉ số và tiêu chuẩn đánh giá chất lượng
trầm tích của nước ngoài. Để đánh giá chất lượng trầm tích, nhiều tác giả đã đưa ra các tiêu
chí và tiêu chuẩn khác nhau, nhưng chủ yếu đều tập trung đánh giá chất lượng trầm tích
dựa vào hàm lượng tổng của các kim loại nặng và thành phần phần trăm dạng linh động

(F1, F2). Dưới đây, chúng tôi giới thiệu một số chỉ số và tiêu chuẩn đánh giá trầm tích hay
dùng.
1.3.1 Chỉ số tích lũy địa chất (Geoaccumulation Index : I
geo
)
I
geo
là chỉ số dùng để đánh giá sự ô nhiễm bằng cách so sánh hàm lượng tổng kim
loại có trong mẫu với giá trị nền của kim loại đó (Juan Liu, 2010 [48]). Chỉ số này được
đưa ra bởi Muller P.J và Suess E [55] và có công thức tính như sau:
B
C
I
n
geo
5,1
log


Trong đó:
C
n
: hàm lượng kim loại trong mẫu
B
n
: giá trị nền của kim loại trong vỏ Trái đất (Hamilton, 2000 [44])
1,5: hệ số được đưa ra để giảm thiểu tác động của những thay đổi có
23

thể xảy ra đối với giá trị nền do những biến đổi về thạch học trong trầm tích.

Hàm lượng nền của các kim loại Cu, Pb, Zn và Cd được thể hiện trong bảng sau.
Bảng 1.7 Giá trị hàm lượng các kim loại trong vỏ Trái đất (Hamilton, 2000 [44])

Kim loại
Cu
Pb
Zn
Cd
Hàm lƣợng (mg/kg)
55
15
70
0,1
Mức độ ô nhiễm trầm tích dựa theo chỉ số I
geo
được phân loại như sau:
Bảng 1.8 Phân loại mức độ ô nhiễm dựa vào I
geo
(Muller P.J và Suess E, 1979 [55])
Phân loại
Giá trị I
geo

Mức độ ô nhiễm
0
I
geo
≤ 0
Không
1

0 ≤ I
geo
≤ 1
Không  trung bình
2
1 ≤ I
geo
≤ 2
Trung bình
3
2 ≤ I
geo
≤ 3
Trung bình  nặng
4
3 ≤ I
geo
≤ 4
Nặng
5
4 ≤ I
geo
≤ 5
Nặng  rất nghiêm trọng
6
5 ≤ I
geo

Rất nghiêm trọng
Hàm lượng nền chỉ là giá trị hàm lượng trung bình bình của các kim loại trong vỏ

trái đất. Thực tế, ở các địa điểm khác nhau hàm lượng kim loại trong đất, đá có thể rất khác
nhau. Vì vậy, việc đánh giá ô nhiễm trầm tích theo chỉ số này chỉ nên xem là một chỉ số
tham khảo thêm.
1.3.2 Chỉ số đánh giá mức độ rủi ro RAC (Risk Assessment Code)
Chỉ số đánh giá rủi ro RAC (Risk Assessment Code) là thông số để đánh giá khả
năng kim loại trong trầm tích giải phóng vào nước, đi vào chuỗi thức ăn và dẫn đến nguy
cơ tích lũy các kim loại nặng trong cơ thể con người (Rath et.al, 2009 [64]). Trong trầm
tích, ở dạng trao đổi (F1) và dạng cacbonat (F2) kim loại liên kết tương đối yếu với trầm
tích do đó dễ giải phóng vào nước và đi vào chuỗi thức ăn. Vì vậy chỉ số RAC được tính
theo tổng phần trăm của dạng trao đổi và cacbonat.
Tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm dựa vào chỉ số RAC được trình bày trong
bảng sau:
24

Bảng 1.9 Tiêu chuẩn đánh giá mức độ rủi ro theo chỉ số RAC
STT
Mức độ rủi ro
RAC (%) (dạng
F1+ F2)
1
Không
< 1
2
Thấp
1-10
3
Trung bình
11-30
4
Cao

31-50
5
Rất cao
lớn hơn 50
RAC là chỉ số đánh giá chất lượng trầm tích rất quan trọng, thể hiện rõ khả năng
gây ảnh hưởng thực tế đến sức khỏe con người của các kim loại nặng trong trầm tích.
Trong các tiêu chuẩn đánh giá trầm tích trên, mỗi tiêu chuẩn thể hiện một khía cạnh
đánh giá ô nhiễm trầm tích. Vì vậy, để có thể đánh giá một cách toàn diện về chất lượng
trầm tích, chúng ta nên kết hợp cả 2 cách đánh giá trầm tích theo hàm lượng tổng và theo
thành phần phần trăm các dạng của kim loại trong trầm tích.
1.3.3 Tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại trong trầm tích theo hàm lượng
tổng kim loại của Mỹ và Canada
Trong luận văn, chúng tôi sử dụng 2 tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại nặng
trong trầm tích theo hàm lượng tổng là tiêu chuẩn của Canada (2002) và tiêu chuẩn của
Mỹ U.S EPA (1997).
Bảng 1.10 Tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích theo hàm lượng
tổng (mg/kg) của Canada (2002) [35]
Mức độ ô nhiễm
Cu
Pb
Zn
Cd
Yếu
18,7
32
124
0,676
Trung bình
28,1
48

186
1,014
Mạnh
37,4
64
248
1,352
Rất mạnh
56,1
96
372
2,028
Mức gây ảnh hưởng
108
112
271
4.21

25

Bảng 1.11 Tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích theo hàm lượng
tổng (mg/kg) của Mỹ (US EPA (1997) [68])
Mức độ ô nhiễm
Cu
Pb
Zn
Cd
Không ô nhiễm
< 25
< 40

< 90

Ô nhiễm nhẹ
25-50
40-60
90-200

Ô nhiễm nghiêm trọng
lớn hơn 50
lớn hơn 60
lớn hơn 200
lớn hơn 6

1.4 Một số phƣơng pháp hiện đại phân tích lƣợng vết kim loại .
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, ngày nay có rất nhiều phương
pháp công cụ khác nhau để phân tích lượng vết kim loại như: phương pháp quang phổ
phân tử UV-VIS, phương pháp quang phổ nguyên tử (hấp thụ, phát xạ và huỳnh quang),
phổ khối lượng (MS), phương pháp điện hóa… Tuy nhiên với những đặc tính ưu việt về độ
nhạy, độ chọn lọc, độ chính xác, giới hạn phát hiện và sự đơn giản trong vận hành, phương
pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) là phương pháp được áp dụng rộng rãi để phân tích kim
loại trong nhiều đối tượng phân tích khác nhau. Chính vì vậy, trong đề tài chúng tôi đã áp
dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) để phân tích hàm lượng của các kim loại
Zn, Cu, Pb, Cd trong một số cột trầm tích sông Cầu trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên.
1.4.1 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [4, 13]
1.4.1.1 Nguyên tắc
Các nguyên tử ở trạng thái khí ở mức năng lượng cơ bản E
0
có thể hấp thụ một số
bước sóng nhất định và đặc trưng cho nguyên tố hóa học để nhảy lên mức năng lượng cao
hơn. Khi chiếu qua đám hơi nguyên tử kim loại một chùm sáng đơn sắc có bước sóng thích

hợp một phần chùm sáng sẽ bị hấp thụ. Dựa vào độ hấp thụ ta có thể xác định được hàm
lượng của kim loại cần xác định trong đám hơi đó.
Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử có độ chọn lọc rất cao và có giới hạn phát hiện
có thể tới cỡ µg/kg vì vậy nó được xem là một phương pháp tiêu chuẩn để xác định hàm
lượng các ion kim loại.
Thực hiện phép đo AAS để xác định các một nguyên tố thường thực hiện theo các
bước sau:
1. Chuyển mẫu phân tích thành dạng dung dịch đồng thể.