Phân tích xác định dạng các kim loại nặng Zn, Cd, Pb và Cu trong trầm tích thuộc lưu vực sông Cầu. (tt)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

BÁO CÁO TÓM TẮT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC

PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH DẠNG
CÁC KIM LOẠI NẶNG Zn, Cd, Pb VÀ Cu
TRONG TRẦM TÍCH THUỘC LƯU VỰC SÔNG CẦU

Mã số: ĐH2014-TN04-09
Chủ nhiệm đề tài: TS. DƯƠNG THỊ TÚ ANH

Thái Nguyên, 2016


i

DANH SÁCH CÁN BỘ THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
TT

Họ và tên

Đơn vị công tác

Trách nhiệm

1

PGS.TS. Nguyễn Thị Tố Loan

Khoa Hóa học - Thư kí đề tài
Trường ĐHSP Xử lý mẫu
ĐHTN

2

ThS. Trần Thị Huế

Khoa
Hóa
- Xử lý mẫu
Trường ĐHSP Thái
Nguyên

ĐƠN VỊ PHỐI HỢP NGHIÊN CỨU

Tên đơn vị
trong và ngoài nước
Khoa Hóa học – ĐHSP - ĐHTN

Nội dung phối hợp
nghiên cứu

Họ và tên người đại diện
đơn vị

Đo Von-Ampe hòa tan

PGS.TS Nguyễn Thị Hiền
Lan

ii

MỤC LỤC
DANH SÁCH CÁN BỘ THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI ......................................................... i
MỤC LỤC.......................................................................................................................................... ii
DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................................................ iv
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU BẰNG TIẾNG VIỆT ...................................................... v
MỞ ĐẦU............................................................................................................................................ 1
Chương 1. TỔNG QUAN .................................................................................................................. 2
1.1. Công dụng và độc tính của Zn, Cd, Pb và Cu ............................................................................. 2
1.2. Khái niệm về phân tích dạng và một số dạng tồn tại chủ yếu của kim loại trong trầm tích ......... 2
1.3. Giới thiệu về phương pháp Von-Ampe hòa tan .......................................................................... 2
1.4. Tổng quan các nghiên cứu về dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb và Cu trong trầm tích ở trong nước và
trên thế giới .............................................................................................................................. 2
2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất ...................................................................................................... 3
2.1.1. Thiết bị ..................................................................................................................................... 3
2.1.2. Dụng cụ, hóa chất..................................................................................................................... 3
2.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................................................. 3
2.2.1. Nghiên cứu lựa chọn các điều kiện tối ưu cho phép xác định đồng thời Zn, Cd, Pb và Cu
bằng phương pháp Von-Ampe hoà tan .................................................................................... 3
2.2.2. Đánh giá độ đúng, độ chụm của phép đo và giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của
phương pháp ............................................................................................................................ 3
2.2.3. Nghiên cứu xác định dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong trầm tích .................................... 3
Chương 3. KẾT QUẢ - THẢO LUẬN .............................................................................................. 3
3.1. Nghiên cứu điều kiện tối ưu xác định đồng thời Zn, Cd, Pb và Cu bằng phương pháp Von-Ampe
hòa tan anot (ASV).................................................................................................................... 3
3.2. Độ chính xác, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phép đo ........................................... 4

3.2.1. Độ chính xác ............................................................................................................................ 4
3.2.1.1. Độ đúng ................................................................................................................................. 4
3.2.1.2. Độ chụm của phép đo............................................................................................................ 4
3.2.2. Giới hạn phát hiện (LOD); Giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp ............................. 5
3.3.1.2. Lấy và bảo quản mẫu trước khi phân tích ............................................................................. 7
3.3.2. Kết quả phân tích xác định hàm lượng tổng số mỗi kim loại trong mẫu nghiên cứu ..................... 7
3.3.2.1. Kết quả phân tích xác định hàm lượng tổng số mỗi kim loại trong mẫu nghiên cứu đợt 1............ 7
3.3.2.2. Kết quả phân tích xác định hàm lượng tổng số mỗi kim loại trong mẫu nghiên cứu đợt 2 ........ 8
3.3.3. Kết quả phân tích xác định hàm lượng các dạng tồn tại của mỗi kim loại trong mẫu nghiên
cứu ........................................................................................................................................... 8


iii

3.3.3.1. Kết quả phân tích xác định hàm lượng các dạng tồn tại của mỗi kim loại trong mẫu
nghiên cứu đợt 1 ...................................................................................................................... 9
3.3.3.2. Kết quả phân tích xác định hàm lượng các dạng mỗi kim loại trong mẫu nghiên cứu đợt 2 ....... 11
3.4. Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng .................................................................................. 14
KẾT LUẬN ...................................................................................................................................... 15


iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Các điều kiện thí nghiệm thích hợp cho phép ghi đo xác định đồng thời Zn, Cd, Pb và
Cu trong mẫu phân tích............................................................................................................ 3
Bảng 3.2. Kết quả xác định hàm lượng Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) trong dung dịch chuẩn sau 03
lần đo ....................................................................................................................................... 4
Bảng 3.3. Các giá trị Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) trong 10 lần đo lặp lại ................................ 4
3.3. Kết quả phân tích mẫu thực ........................................................................................................ 6

3.3.1. Lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu ............................................................................................. 6
3.3.1.1. Vị trí lấy mẫu và vùng lấy mẫu ............................................................................................. 6
Bảng 3.4. Địa điểm và thời gian lấy mẫu đợt 1.................................................................................. 6
Bảng 3.5. Địa điểm và thời gian lấy mẫu đợt 2.................................................................................. 6
Bảng 3.6. Hàm lượng tổng số của Zn, Cd, Pb và Cu trong trầm tích sông Cầu – khu vực thành phố
Thái Nguyên đợt 1 ................................................................................................................... 7
Bảng 3.7. Hàm lượng tổng số của Zn, Cd, Pb và Cu trong trầm tích sông Cầu – khu vực thành phố
Thái Nguyên đợt 2 ................................................................................................................... 8
Bảng 3.8. Tiêu chuẩn đánh giá mức độ rủi ro theo chỉ số RAC....................................................... 14
Bảng 3.9. Hàm lượng(%) tổng hai dạng F1 và F2 ........................................................................... 14


v

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 3.1. Các đường ASV phân tích dung dịch chuẩn Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II).......................... 4
Hình 3.2. Sơ đồ chiết phân tích dạng kim loại nặng trong trầm tích của Tessier sau khi đã cải tiến.. 9
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn hàm lượng dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu TTSC – 1,1T ... 10
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu1,1T trong mẫu TTSC –
1,1D ..................................................................................................................................................... 10
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu TTSC – 2,1T
.............................................................................................................................................................. 10

Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu TTSC – 2,1D
.............................................................................................................................................................. 10

Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu TTSC – 3,1T
.............................................................................................................................................................. 10

Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu TTSC – 3,1D

.............................................................................................................................................................. 10

Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu TTSC – 4,1T
.............................................................................................................................................................. 10

Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu TTSC –
4,1D ..................................................................................................................................................... 10
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu TTSC – 1,2T
.............................................................................................................................................................. 11

Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu TTSC –
1,2D ..................................................................................................................................................... 11
Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu TTSC –
2,2T ...................................................................................................................................................... 12
Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu TTSC –
2,2D ..................................................................................................................................................... 12
Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu TTSC – 3,2T
.............................................................................................................................................................. 12

Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu TTSC –
3,2D ..................................................................................................................................................... 12
Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu TTSC – 4,2T
.............................................................................................................................................................. 12

Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu TTSC –
4,2D ..................................................................................................................................................... 12
Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu TTSC – 5,2T
.............................................................................................................................................................. 13

Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu TTSC –

5,2D ..................................................................................................................................................... 13


vi

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU BẰNG TIẾNG VIỆT
1. Thông tin chung:
Tên đề tài: Phân tích xác định dạng các kim loại nặng Zn, Cd, Pb và Cu trong trầm tích
thuộc lưu vực sông Cầu.
Mã số: ĐH2014-TN04-09
Chủ nhiệm đề tài: TS. Dương Thị Tú Anh
Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm – Đại học Thái Nguyên
Thời gian thực hiện: 24 tháng
2. Mục tiêu:
Xác lập được các điều kiện tối ưu xác định đồng thời Zn, Cd, Pb và Cu bằng phương pháp
Von-Ampe hòa tan.
Xác định và định lượng được các dạng: dạng trao đổi, dạng liên kết với cacbonat, dạng hấp
thụ trên bề mặt Sắt-Mangan ở dạng oxy-hydroxit, dạng liên kết với các hợp chất hữu cơ và dạng
bền nằm trong cấu trúc của trầm tích của 4 kim loại Zn, Cd, Pb và Cu trong trầm tích lưu vực sông Cầukhu vực thành phố Thái Nguyên.
Từ các kết quả nghiên cứu được đánh giá mức độ độc hại do các kim loại nặng gây ra với
nguồn nước sông Cầu và đề xuất các biện pháp xử lý thích hợp.
3. Tính mới và sáng tạo:
Độc tính và mức độ đáp ứng sinh học của kim loại trong trầm tích phụ thuộc vào các dạng
hóa học của chúng, khi kim loại tồn tại ở dạng trao đổi hoặc cacbonat thì khả năng đáp ứng sinh
học tốt hơn so với kim loại được lưu giữ trong cấu trúc của trầm tích. Do vậy, trong nghiên cứu ô
nhiễm trầm tích nếu chỉ phân tích hàm lượng tổng của các kim loại thì không phản ánh được ảnh
hưởng của chúng đến môi trường nước mà thay vào đó phải phân tích các dạng tồn tại của chúng,
xác định hàm lượng cụ thể của các dạng tồn tại của chúng. Qua đó có thể xác định được mức độ ô
nhiễm của các kim loại nặng nói chung và Zn, Cd, Pb và Cu nói chung đối với nguồn nước, từ đó
có thể đề xuất các biện pháp cụ thể để giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước do các kim loại nặng gây ra.

4. Kết quả nghiên cứu:
Đã khảo sát được các điều kiện tối ưu cho phép xác định đồng thời hàm lượng Zn, Cd, Pb và Cu.
Đánh giá được độ đúng, độ lặp, xác định giới hạn phát hiện và giới hạn đin h lượng
của phép đo.
Đã nghiên cứu và áp dụng quy trình chiết liên tục, tách riêng 5 dạng tồn tại của các nguyên tố
Zn, Cd, Pb, Cu trong trầm tích của lưu vực sông Cầu.
Đã xác định hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb và Cu trong một số mẫu trầm tích
lưu vực sông Cầu – khu vực thành phố Thái Nguyên ở các vị trí khác nhau và ở những lớp trầm
tích khác nhau trong 2 đợt.
Sự phân bố các dạng với bốn kim loại khá tương đồng và có sự phù hợp tại các điểm lấy mẫu
khác nhau trong 2 đợt thuộc lưu vực sông Cầu – khu vực thành phố Thái Nguyên.
Đánh giá được mức độ rủi ro của kim loại nặng theo chỉ số RAC nhìn chung, ba kim loại Zn,
Pb và Cu đều có 10 < chỉ số RAC < 30, mức độ rủi ro ở ngưỡng trung bình. Còn Cd có chỉ số RAC
≤ 10, mức độ rủi ro ở ngưỡng thấp. Mức độ rủi ro của Cd là nhỏ nhất, của Zn >Cu > Pb. Do đó,
tiềm năng lan truyền ô nhiễm và tích lũy sinh học của Zn là lớn nhất, sau đó là Cu, Pb và Cd.


vii

5. Sản phẩm:
5.1. Sản phẩm khoa học:
1. Dương Thị Tú Anh (2014), “Xác định dạng một số kim loại nặng trong trầm tích thuộc lưu vực
Sông Cầu”, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý và Sinh học, 19 (4), tr. 44-50.
2. Dương Thị Tú Anh, Nguyễn Mạnh Hưng, Cao Văn Hoàng (2015), “Nghiên cứu sự phân bố một
số kim loại nặng trong trầm tích thuộc lưu vực Sông Cầu”, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý và
Sinh học, 20 (4), tr. 36-43.
3. Cao Văn Hoàng, Dương Thị Tú Anh (2015), “Nghiên cứu xác định lượng vết kẽm (Zn) bằng
phương pháp Von - Ampe hòa tan anôt với lớp màng bitmut trên điện cực paste nano
cacbon”, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý và Sinh học, 20 (3), tr. 252-257.
4. Dương Thị Tú Anh, Lê Thị Phương, Nghiêm Thị Hương (2016), “Nghiên cứu sự phân bố hàm lượng

vết Zn, Cd, Pb và Cu trong trầm tích lưu vực sông Cầu – Khu phía Nam Thành phố Thái
Nguyên”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ –Đại học Thái Nguyên, 157 (12/1), tr.155-159.
5.2. Sản phẩm đào tạo:
1. Phạm Tuấn Nghĩa (2014), Nghiên cứu, xác định dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb và Cu trong trầm
tích bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan, Luận văn Thạc sỹ , Trường Đại học Sư phạm,
Đại học Thái Nguyên.
2. Nguyễn Mạnh Hưng (2015), Nghiên cứu, đánh giá sự tích lũy một số kim loại nặng trong trầm
tích lưu vực sông cầu, Luận văn Thạc sỹ, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên.
3. Đỗ Thị Bích Phương (2015), Nghiên cứu sự phân bố chì và đồng trong trầm tích lưu vực sông cầu
bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan, Đề tài NCKH Sinh viên, Trường Đại học Sư phạm,
Đại học Thái Nguyên.
4. Kiều Thị Hương (2015), Nghiên cứu sự phân bố kẽm và cadimi trong trầm tích lưu vực sông cầu
bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan, Đề tài NCKH Sinh viên, Trường Đại học Sư phạm,
Đại học Thái Nguyên.
5.3. Tài liệu tham khảo:
Phân tích xác định dạng các kim loại nặng Zn, Cd, Pb và Cu trong trầm tích thuộc lưu vực sông
Cầu (2016), (được nghiệm thu bởi Hội đồng khoa học- Trường ĐH Sư phạm, ĐH Thái Nguyên).
6. Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang lại của kết quả
nghiên cứu:
Từ các kết quả nghiên cứu được có thể triển khai nghiên cứu ứng dụng xác định dạng tồn tại của
các kim loại khác trong các mẫu trầm tích, đặc biệt là xác định được hàm lượng các dạng của chúng.
Ngoài ra còn có thể mở rộng việc phân tích với các mẫu trầm tích thuộc các khu vực khác nhau, từ đó có
cơ sở để đánh giá sự tồn tại của các kim loại trong trầm tích và các ảnh hưởng của chúng đến môi trường,
có sự so sánh các kết quả ở các khu vực khác nhau, đề xuất các biện pháp xử lý phù hợp.
Kết quả của đề tài còn có thể sử dụng trong việc đào tạo cử nhân, cao học tại khoa Hóa học - Đại
học Sư Phạm - Đại học Thái Nguyên hoặc có thể ứng dụng trong các trung tâm phân tích môi trường.
Ngày 15 tháng 12 năm 2016
Tổ chức chủ trì

Chủ nhiệm đề tài

(ký, họ và tên, đóng dấu)
Dương Thị Tú Anh


viii

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information:
Project title: Analysis determines the form of heavy metals Zn, Cd, Pb and Cu in sediments
of Cau river basin.
Code: DH2014-TN04-09
Coordinator: Dr. Duong Thi Tu Anh
Implementing institution: College of Education, Thai Nguyen University
Duration: 24 months
2. Objectives:
- Establishing the optimal conditions for simultaneous determination of Zn, Cd, Pb and Cu
by soluble Von- Ampere method.
- Identifying and quantifying the forms of exchange formats, associated with carbonate form,
absorbed form of iron-manganese on the surface in the form of oxy-hydroxides, as a link with the
organic compound and durable form in structure 4 architecture of the sediment of Zn, Cd, Pb and
Cu in the Cau river basin sediments Thai Nguyen city .
- From the research results are evaluated by toxic levels of heavy metals cause source of
water of Cau river and to propose appropriate remedial measures.
3. Creativeness and innovativeness:
The toxicity and biological response levels of metals in sediments depends on their chemical
forms, as presented in the form of metal or carbonate exchange, the abilities to meet the biology
that are better than metal preserved in the sedimentary structures. Therefore, in the study of
sediment pollution, if analyzing the content of the sum of the metal only, it’s impossible to reflect
their impact on the environment, but instead of water to analyze their existing forms, determined

specific content of their physical forms. Through that can determine the level of pollution of heavy
metals in general and Zn, Cd, Pb and Cu in general for water resources, which can propose specific
measures to reduce pollution sources water from heavy metals caused.
4. Research results:
Surveyed the optimal conditions for simultaneous determination allows content Zn, Cd, Pb
and Cu.
Assessed the trueness, repeatability, defined the limit of detection and quantitative limits of
measurement.
Researched and applied continuous extraction process, separated 5 types of elements exist
Zn, Cd, Pb, Cu in the sediments of the Cau River basin.
Identified the determination of the existence of forms of Zn, Cd, Pb and Cu in some
sediment samples Basin Bridge – Thai Nguyen city areas in different locations and in different
sediment layers in 2 tranches.
The distribution of the four metals form are fairly similar, and there is appropriate at various
sampling points in the second round of Cau River basin – Thai Nguyên City.
Assessed risk levels of heavy metals in general RAC index, three Zn, Pb and Cu are 10
levels. Cd has risk level is minimal, the Zn> Cu> Pb. Therefore, the potential spread of
contamination and bioaccumulation of Zn is the largest, followed by Cu, Pb and Cd.


ix

5. Products:
5.1. Scientific results:
1. Duong Thi Tu Anh (2014), "Determination of some form of heavy metals in the sediment of the
river management", Journal of Analysis Chemistry, Physics and Biology, 19 (4), pp. 44-50.
2. Duong Thi Tu Anh, Nguyen Manh Hung, Cao Van Hoang (2015), "Research on the distribution
of some heavy metals in the sediment of the river management", Journal of Analysis
Chemistry, Physics and Biology, 20 (4), pp. 36-43.

3. Cao Van Hoang, Duong Thi Tu Anh (2015), "The study identified trace amounts of zinc (Zn) by anod
soluble Von - Ampe method with bismuth film a membrane electrode paste on carbon
nano", Journal of Chemical Analysis, Physics and Biology, 20 (3), pp. 252-257.
4. Duong Thi Tu Anh, Le Thi Phuong, Nghiem Thi Huong (2016), "Research on the distribution of
trace levels of Zn, Cd, Pb and Cu in sedimentary Basin Bridge - Southern District Thai
Nguyen City", Journal of Industrial Science and Technology, University Thai Nguyen, 157
(12/1), pp. 155-159.
5.2. Training results:
1. Pham Tuan Nghia (2014), Research, identify existing forms of Zn, Cd, Pb and Cu in sediment by
method of soluble Von- Ampe, Master Thesis, College of Education, Thai Nguyen
University.
2. Nguyen Manh Hung (2015), Study and evaluate the accumulation of some heavy metals in the
sediment basin of Cau river, Master Thesis, College of Education, Thai Nguyen University.
3. Do Thi Bich Phuong (2015), Study the distribution of lead and copper in the sediment by method
of soluble Von- Ampe, Subject Research Students, College of Education, Thai Nguyen
University.
4. Kieu Thi Huong (2015), Studies of zinc and cadmium distribution in sediment by method of
soluble Von- Ampe, Subject Research Students, College of Education, Thai Nguyen
University.
5.3. References:
1 reference manuscript: Analysis determines the form of heavy metals Zn, Cd, Pb and Cu in
sediments 0f Cau rive rbasins, 2016 (Was commissioned by the Council of College of Education,
Thai Nguyen University).
6. Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of research results:
From the research results can deploy applied research identified physical forms of other
metals in the sediments, especially to identify their content types. Also can extend the analysis to
the sediments of different areas, from which the basis for assessing the presence of metals in
sediments and their impact on the environment, a comparison of the results in different areas and
propose appropriate remedial measures.
The results of the research can use in training bachelors, postgraduate at the Department of

Chemistry, College of Education, Thai Nguyen University or can be applied in environmental
analysis center.


1

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Lưu vực sông Cầu đang đứng trước sức ép và thách thức nghiêm trọng về môi trường trong
quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, khai thác khoáng sản. Trong số các tác nhân
gây ô nhiễm, các kim loại nặng như: Cd, Pb, Cu, Zn… là đối tượng được các nhà khoa học quan
tâm nhiều hơn bởi độc tính cao của nó đối với môi trường. Kim loại trong trầm tích có thể bị hòa
tan và đi vào môi trường nước tùy thuộc vào các điều kiện hóa lí của nước như hàm lượng tổng các
muối tan, trạng thái oxi hóa khử, các chất hữu cơ tham gia tạo phức với kim loại, pH của nước…
Độc tính và mức độ đáp ứng sinh học của kim loại trong trầm tích phụ thuộc vào các dạng hóa học
của chúng, khi kim loại tồn tại ở dạng trao đổi hoặc cacbonat thì khả năng đáp ứng sinh học tốt hơn
so với kim loại được lưu giữ trong cấu trúc của trầm tích. Do vậy, trong nghiên cứu ô nhiễm trầm
tích nếu chỉ phân tích hàm lượng tổng của các kim loại thì không phản ánh được ảnh hưởng của
chúng đến môi trường nước mà thay vào đó phải phân tích các dạng tồn tại của chúng, xác định
hàm lượng cụ thể của các kim loại nặng qua đó ta đánh giá sự khác biệt về hàm lượng kim loại
nặng trong mẫu trầm tích mới và mẫu trầm tích cũ của sông. Đánh giá sự phân bố hàm lượng kim
loại theo các lớp trầm tích khác nhau. Đánh giá sự tương quan giữa hàm lượng các kim loại Zn, Cd,
Pb và Cu với nhau. So sánh kết quả đạt được với các tiêu chuẩn xác định để đánh giá mức độ ô nhiễm.
Chính vì vậy việc nghiên cứu dạng tồn tại vết của kim loại đặc biệt là dạng các kim loại nặng
có độc tính cao như: Cd, Pb, Cu, Zn...có ý nghĩa rất lớn về mặt khoa học và thực tiễn, đã thu hút
được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trong nước và trên thế giới. Xuất phát từ những lý do
trên, chúng tôi đã lựa chọn và thực hiện đề tài “Phân tích xác định dạng các kim loại nặng Zn,
Cd, Pb và Cu trong trầm tích thuộc lưu vực sông Cầu”.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu xác định được các dạng tồn tại khác nhau của các kim loại nặng Zn, Cd, Pb và Cu

trong trầm tích thuộc lưu vực sông Cầu nói riêng và trong trầm tích nói chung.
Định lượng hàm lượng các dạng tồn tại khác nhau của chúng.
Xác định mức độ ô nhiễm các kim loại này trong các nguồn nước.
3. Khách thể và đối tượng nghiên cứu
3.1. Khách thể nghiên cứu
Môi trường nước bị ô nhiễm các kim loại nặng Zn, Cd, Pb và Cu .
3.2. Đối tượng nghiên cứu
Trầm tích thuộc lưu vực sông Cầu
4. Giả thuyết khoa học
Xác định các dạng tồn tại khác nhau của Zn, Cd, Pb, Cu trong các mẫu trầm tích thuộc lưu
vực sông Cầu, từ đó đánh giá mức độ ô nhiễm các kim loại này trong nguồn nước sông Cầu khu
vực thành phố Thái Nguyên .
5. Nhiệm vụ nghiên cứu
5.1. Nghiên cứu các điều kiện tối ưu cho phép xác định đồng thời Zn(II) Cd(II), Pb(II),
Cu(II) bằng phương pháp Von-Ampe hoà tan.
5.2. Đánh giá độ đúng, độ chụm, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp
thông qua dung dịch chuẩn.


2

5.3. Nghiên cứu chiết tách và xác định hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong
trầm tích lưu vực sông Cầu tại một số địa điểm thuộc khu vực thành phố Thái Nguyên.
6. Phạm vi nghiên cứu
Tiến hành nghiên cứu với các mẫu trầm tích lưu vực Sông Cầu thuộc địa bàn Thành phố
Thái Nguyên.
7. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp chiết pha rắn để chiết tách các dạng tồn tại khác nhau của các kim loại trong
trầm tích.
Phương pháp phân tích nồng độ của các chất hữu cơ và ion kim loại: phương pháp UV-Vis.

8. Cấu trúc và nội dung đề tài
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Công dụng và độc tính của Zn, Cd, Pb và Cu
1.2. Khái niệm về phân tích dạng và một số dạng tồn tại chủ yếu của kim loại trong trầm tích
1.3. Giới thiệu về phương pháp Von-Ampe hòa tan
1.4. Tổng quan các nghiên cứu về dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb và Cu trong trầm tích ở trong
nước và trên thế giới
Việc phân tích xác định dạng tồn tại của các kim loại nặng trong môi trường nói chung, trong
nước tự nhiên và trầm tích nói riêng đã và đang được các nhà khoa học trong và ngoài nước quan
tâm nghiên cứu. Đây là một vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, bởi khi biết được dạng
tồn tại của các kim loại nặng trong môi trường, biết được độc tính của chúng do dạng nào gây ra là
chủ yếu, cũng như biết được những dạng không ảnh hưởng hoặc ảnh hưởng không đáng kể đến môi
trường, sẽ lựa chọn các phương pháp phân tích và xử lý phù hợp.
Trên thế giới cũng đã có rất nhiều công trình nghiên cứu phân tích, xác định hàm lượng và
dạng tồn tại của các kim loại nặng trong nguồn nước nói chung và trầm tích nói riêng.
Quy trình chiết các dạng liên kết của kim loại trong trầm tích của A.Tessier và các cộng sự
được coi là cơ sở của các quy trình sau này. Quy trình này đã chia kim loại trong trầm tích thành
năm dạng chính: Dạng trao đổi (F1), dạng liên kết với cacbonat (F2), dạng liên kết trong cấu trúc
oxit sắt-mangan (F3), dạng liên kết với các hợp chất hữu cơ (F4), và dạng bền nằm trong cấu trúc
tinh thể của trầm tích (gọi là dạng cặn dư) (F5).
Năm 2009, Zhifeng Yang, YingWang, Zhenyao Shen, Junfeng Niu, Zhenwu Tang đã tiến
hành nghiên cứu “Sự phân bố và tồn tại của kim loại nặng trong trầm tích từ dòng chính, nhánh, và
các hồ ở lưu vực sông Dương Tử - Vũ Hán -Trung Quốc”. Các kết quả nghiên cứu cho thấy trong
nền đất tỉnh Vũ Hán, Cd là kim loại có mức độ ô nhiễm cao nhất, đặc biệt là trong dòng chính, tiếp theo
là Zn và Cu.
Li-Siok Ngiam, Poh-Eng Lim đã “Nghiên cứu các dạng tồn tại của các kim loại nặng trong
mẫu trầm tích ở vùng nhiệt đới cửa sông thiếu oxy và bị oxy hóa bởi phương pháp chiết liên tục”.
Kết quả của nghiên cứu này đã cho thấy các kim loại phân bố ở các dạng khác nhau trầm tích, và
chủ yếu ở các dạng: dạng trao đổi, dạng liên kết với cacbonat, dạng liên kết trong cấu trúc oxit sắtmangan, dạng liên kết với các hợp chất hữu cơ, và dạng bền nằm trong cấu trúc tinh thể của trầm tích.
Khi tiến hành nghiên cứu “Ảnh hưởng của trồng rừng ngập mặn đến sự hình thành và tích

lũy kim loại nặng trong trầm tích bãi triều”, Yan-wu Zhou, Bo Zhao, Yi-sheng Peng, Gui-zhu Chen
đã chỉ ra rằng trồng rừng ngập mặn làm giảm nồng độ của tất cả các kim loại hòa tan trong axit và
tăng nồng độ kim loại Pb, Zn và Cu trong phần oxy hóa; giảm nồng độ của Ni và Cr trong phần khử.


3

Chun-gang Yuan, Jian-bo Shi, Bin He, Jing-fu Liu, Li-na Liang, Gui-bin Jiang cũng đã
“Nghiên cứu sự hình thành các kim loại nặng trong trầm tích biển từ Biển Đông của Trung Quốc
bằng phép đo phổ Plasma cảm ứng tổ hợp – khối phổ (ICP-MS) và chiết liên tục”. Kết quả nghiên
cứu cho thấy đối với hầu hết các nguyên tố ngoại trừ Fe, nồng độ của các nguyên tố trong lớp trầm
tích phía trên cao hơn so với trầm tích phía dưới.
Trong một nghiên cứu khác Serife Tokalioglu, Senol Kartal, Latif Elci đã tiến hành “Xác
định dạng các kim loại nặng trong trầm tích bằng ngọn lửa quang phổ hấp thụ nguyên tử theo quy
trình chiết bốn giai đoạn” và cũng đã thu được các kết quả khả quan.
Clinio Locatelli, Alberto Astara, Ermanno Vasca và Vincenzo Campanella đã xác định hàm
lượng các kim loại Cu, Pb, Cd, Zn trong mẫu nước biển và trầm tích ở Salerno Gulf bằng phương
pháp DPASV, và so sánh kết quả với phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GFAAS). So sánh với phương pháp GF-AAS cho thấy 2 phương pháp có kết quả như nhau.
Ở nước ta trong khoảng hơn chục năm trở lại đây vấn đề phân tích dạng cũng đã được một số
tác giả quan tâm nghiên cứu, và đã có một số công trình về phân tích dạng được công bố... Gần
đây, tác giả Vũ Đức Lợi cùng các cộng sự đã nghiên cứu và lựa chọn một quy trình chiết liên tục
của Tessier đã cải tiến để phân tích dạng một số kim loại nặng (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn) trong trầm tích
thuộc lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy bằng phương pháp AAS. Kết quả đánh giá độ chính xác của
quy trình chiết trên các mẫu chuẩn cho thấy hiệu suất thu hồi đạt trên 90%, phù hợp với phân tích
lượng vết các kim loại trong mẫu môi trường.
Chương 2. THỰC NGHIỆM – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất
2.1.1. Thiết bị
2.1.2. Dụng cụ, hóa chất
2.2. Nội dung nghiên cứu

2.2.1. Nghiên cứu lựa chọn các điều kiện tối ưu cho phép xác định đồng thời Zn, Cd, Pb và Cu
bằng phương pháp Von-Ampe hoà tan
2.2.2. Đánh giá độ đúng, độ chụm của phép đo và giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của
phương pháp
2.2.3. Nghiên cứu xác định dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu trong trầm tích
Chương 3. KẾT QUẢ - THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu điều kiện tối ưu xác định đồng thời Zn, Cd, Pb và Cu bằng phương pháp VonAmpe hòa tan anot (ASV)
Các kết quả nghiên cứu xác lập điều kiện thí nghiệm thích hợp cho phép ghi đo xác định
đồng thời Zn, Cd, Pb và Cu trong mẫu phân tích bằng phương pháp ASV được trình bày trên bảng 3.1:
Bảng 3.1. Các điều kiện thí nghiệm thích hợp cho phép ghi đo xác định đồng thời Zn, Cd, Pb
và Cu trong mẫu phân tích
Dung dịch nền axetat

pH = 4,7

Tốc độ khuấy dung dịch

2000v/phút

Thế điện phân làm giàu

Eđp = -1,4V

Tốc độ quét thế

25mV/s

Thời gian điện phân

30 s

Khoảng quét thế

-1,4V  0,1V

Kích cỡ giọt thủy ngân

 =4


4

3.2. Độ chính xác, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phép đo
3.2.1. Độ chính xác
3.2.1.1. Độ đúng
Det. of Zn, Cd, Pb, Cu in sediment
Kết quả
xác định độ đúng của phép đo được thể hiện trên hình 3.1 và bảng 3.2:
after UV digestion. AN V83
Standard sample

400n

Zn

300n

I (A)

Cu

200n

100n

Pb
Cd
0
-1.25

-1.00

-0.75

-0.50

-0.25

0

U (V)

Hình 3.1. Các đường ASV phân tích dung dịch chuẩn Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II)
ĐKTN: CZn(II) = 10 ppb; CCd(II) = 1,5 ppb; CPb(II)=5 ppb; CCu(II)=8 ppb; Eđp=-1,4V; tđp= 30s;
tsk = 60s; tnghỉ = 20s;  = 2000rpm; θ = 4; Đuổi oxi hòa tan (DO) trong 60s bằng N2 (99,999%).

Bảng 3.2. Kết quả xác định hàm lượng Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II)
trong dung dịch chuẩn sau 03 lần đo
Nồng độ (ppb)

Mẫu phân tích
Zn(II)
Trung bình

9,992 ± 0,028

Cd(II)
1,504 ± 0,008

Pb(II)
4,993 ± 0,014

Cu(II)
8,006 ± 0,053

Các kết quả phân tích cho thấy kết quả phân tích được bằng thực nghiệm so với kết quả thực
sai khác không đáng kể. Điều đó cho thấy phép đo có độ đúng tốt.
3.2.1.2. Độ chụm của phép đo
Độ chụm của phép đo được đánh gia thông qua mẫu chuẩn và các điều kiện thí nghiệm theo
bảng 3.1. Kết quả ghi đo được thể hiện trên bảng 3.2:
Bảng 3.3. Các giá trị Ip của Zn(II), Cd(II), Pb(II) và Cu(II) trong 10 lần đo lặp lại
Ip (nA)

Lần đo
Zn(II)

Cd(II)

Pb(II)

Cu(II)

1

141

13,5

17,5

75,1

2

142

13,6

17,6

76,1

3

141

13,5

17,4

74,8


5

4

141

13,2

17,4

74,9

5

142

13,6

17,7

75,5

6

143

13,6

17,6

75,4

7

143

13,5

17,7

75,9

8

143

13,5

17,7

75,6

9

142

13,2

17,8

75,2

10

141

13,4

17,9

75,7

(ĐKTN: CZn(II) = 15 ppb; CCd(II) = 4 ppb; CPb(II)=7 ppb; CCu(II)=10 ppb)

Các kết quả xác định độ chụm của phép đo cụ thể như sau:
* Với Zn(II): + Giá trị Ip trung bình Ip(tb) = 141,9 nA
+ Độ lệch chuẩn: S = 0,88; Phương sai: S2= 0,77
+ Độ lệch chuẩn của đại lượng trung bình SX = 0,28
+ Độ chính xác của phép đo: X(,k) = t. SX = 0,50
*Với Cd(II): + Giá trị Ip trung bình Ip(tb) = 13,5 nA
+ Độ lệch chuẩn: S = 0,15; Phương sai: S2= 0,02
+ Độ lệch chuẩn của đại lượng trung bình SX = 0,05
+ Độ chính xác của phép đo: X(,k) = t. SX = 0,01
* Với Pb(II): + Giá trị Ip trung bình Ip(tb) = 17,6 nA
+ Độ lệch chuẩn: S = 0,16; Phương sai: S2= 0,03
+ Độ lệch chuẩn của đại lượng trung bình SX = 0,05
+ Độ chính xác của phép đo: X(,k) = t. SX = 0,09

* Với Cu(II): + Giá trị Ip trung bình Ip(tb) = 75,4 nA
+ Độ lệch chuẩn: S = 0,42; Phương sai: S2= 0,18
+ Độ lệch chuẩn của đại lượng trung bình SX = 0,13
+ Độ chính xác của phép đo: X(,k) = t. SX = 0,24
Từ kết quả trên nhận thấy các giá trị S, S2, SX và X(,k) đều nhỏ hơn 1, điều đó cho thấy
phép đo có độ chụm tốt. Như vậy những điều kiện tối ưu chúng tôi đã lựa chọn là phù hợp cho
phép đo.
3.2.2. Giới hạn phát hiện (LOD); Giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp
+ Với Zn(II): LOD = 0,19 ppb; LOQ = 0,57 ppb;
+ Với Cd(II): LOD = 0,05 ppb; LOQ = 0,15 ppb
+ Với Pb(II): LOD = 0,14 ppb; LOQ = 0,42 ppb;
+ Với Cu(II):LOD = 0,13 ppb; LOQ= 0,39 ppb


6

3.3. Kết quả phân tích mẫu thực
3.3.1. Lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu
3.3.1.1. Vị trí lấy mẫu và vùng lấy mẫu

Bảng 3.4. Địa điểm và thời gian lấy mẫu đợt 1
Kí hiệu mẫu

Vị trí lấy mẫu

Thời gian lấy mẫu

TTSC-1,1T

Phía trước cổng xả nhà máy giấy HVT 300m

09/2013

TTSC-1,1D

Phía trước cổng xả nhà máy giấy HVT 300m

09/2013

TTSC-2,1T

Phía sau cổng xả nhà máy giấy HVT 100m

09/2013

TTSC-2,1D

Phía sau cổng xả nhà máy giấy HVT 100m

09/2013

TTSC-3,1T

Khu vực cầu Gia Bẩy

09/2013

TTSC-3,1D

Khu vực cầu Gia Bẩy

09/2013

TTSC-4,1T

Khu Bến Oánh

09/2013

TTSC-4,1D

Khu Bến Oánh

09/2013

Chú thích:
TTSC-1,1T: Mẫu trầm tích sông Cầu 1 đợt 1, lớp trên; TTSC-1,1D: Mẫu trầm tích sông Cầu 1 đợt 1, lớp dưới
TTSC-2,1T: Mẫu trầm tích sông Cầu 2 đợt 1, lớp trên; TTSC-2,1D: Mẫu trầm tích sông Cầu 2 đợt 1, lớp dưới
TTSC-3,1T: Mẫu trầm tích sông Cầu 3 đợt 1, lớp trên; TTSC-3,1D: Mẫu trầm tích sông Cầu 3đợt 1, lớp dưới
TTSC-4,1T: Mẫu trầm tích sông Cầu 4 đợt 1, lớp trên; TTSC-4,1D: Mẫu trầm tích sông Cầu 4 đợt 1, lớp dưới
Lớp trên: Từ trên mặt trầm tích đến độ sâu 10 cm; Lớp dưới: từ độ sâu

 10cm đến độ sâu 20 cm.

Bảng 3.5. Địa điểm và thời gian lấy mẫu đợt 2
Kí hiệu mẫu

Vị trí lấy mẫu

Thời gian lấy mẫu

TTSC-1,2T

Sau cầu treo Huống Thượng 200m

10/2014

TTSC-1,2D

Sau cầu treo Huống Thượng 200m

10/2014

TTSC-2,2T

Sau điểm 1 khoảng 500m

10/2014

TTSC-2,2D

Sau điểm 1 khoảng 500m

10/2014

TTSC-3,2T

Sau điểm 2 khoảng 500m

10/2014

TTSC-3,2D

Sau điểm 2 khoảng 500m

10/2014

TTSC-4,2T

Phía trước đập Ba Đa 700m

10/2014

TTSC-4,2D

Phía trước đập Ba Đa 700m

10/2014

TTSC-5,2T

Sau cầu Trần Quốc Bình 1,5km

10/2014

TTSC-5,2D

Sau cầu Trần Quốc Bình 1,5km

10/2014

Chú thích:
TTSC-1,2T: Mẫu trầm tích sông Cầu 1 đợt 2, lớp trên; TTSC-1,2D: Mẫu trầm tích sông Cầu 1 đợt 2, lớp dưới
TTSC-2,2T: Mẫu trầm tích sông Cầu 2 đợt 2, lớp trên; TTSC-2,2D: Mẫu trầm tích sông Cầu 2 đợt 2, lớp dưới
TTSC-3,2T: Mẫu trầm tích sông Cầu 3 đợt 2, lớp trên; TTSC-3,2D: Mẫu trầm tích sông Cầu 3 đợt 2, lớp dưới
TTSC-4,2T: Mẫu trầm tích sông Cầu 4 đợt 2, lớp trên; TTSC-4,2D: Mẫu trầm tích sông Cầu 4 đợt 2, lớp dưới
TTSC-5,2T: Mẫu trầm tích sông Cầu 5 đợt 2, lớp trên; TTSC-5,2D: Mẫu trầm tích sông Cầu 5 đợt 2, lớp dưới
Lớp trên: Từ trên mặt trầm tích đến độ sâu 10 cm; Lớp dưới: từ độ sâu

 10cm đến độ sâu 20 cm.


7

3.3.1.2. Lấy và bảo quản mẫu trước khi phân tích
Lấy khoảng 500 gam mẫu cho vào bao polyetylen và được bảo quản cẩn thận trong khi vận
chuyển. Sau đó mẫu được tiền xử lý bằng cách phơi khô rồi nghiền nhỏ và sàng qua rây có
đường kính lỗ 2mm để loại bỏ đá, sạn, rễ cây… mẫu được rải đều thành lớp mỏng hình tròn trên
tấm polyetylen sạch và chia nhỏ theo phương pháp 1/4 hình nón đến khối lượng cần thiết để thu
được mẫu đại diện cho phân tích.
3.3.2. Kết quả phân tích xác định hàm lượng tổng số mỗi kim loại trong mẫu nghiên cứu
3.3.2.1. Kết quả phân tích xác định hàm lượng tổng số mỗi kim loại trong mẫu nghiên cứu đợt 1
Mỗi mẫu tiến hành phân tích lặp lại 03 lần. Các kết quả trung bình phân tích được, được thể
hiện trên bảng 3.6.
Bảng 3.6. Hàm lượng tổng số của Zn, Cd, Pb và Cu trong trầm tích sông Cầu – khu vực
thành phố Thái Nguyên đợt 1
Mẫu

Zn(µg/g)

Cd(µg/g)

Pb(µg/g)

Cu(µg/g)

TTSC-1,1T

715,44±9,44

5,62±0,04

345,68±53,72

411,24±4,42

TTSC-1,1D

635,34±7,64

4,49±0,04

236,83±6,05

304,79±4.28

TTSC-2,1T

811,85±7.36

8,27±0,13

477,34±5,13

553,20±6,18

TTSC-2,1D

682,19±6,69

6,18±0,04

381,75±6,63

414,99±5.03

TTSC-3,1T

735,14±6,13

6,55±0,18

398,27±5,81

464,12±6,91

TTSC-3,1D

620,20±5,36

4,42±0,28

313,74±11,25

326,27±5,91

TTSC-4,1T

761,62±6,93

6,83±0,13

452,18±4,46

514,23±5,73

TTSC-4,1D

638,12±6,30

5,14±0,03

387,58±6,79

456,42±6,43

Qua kết quả phân tích được, chúng tôi nhận thấy:
Tại các điểm lấy mẫu, nhìn chung hàm lượng tổng số của mỗi kim loại giảm theo chiều Zn
> Cu > Pb > Cd. Trong đó Zn chiếm tỷ lệ cao nhất với hàm lượng từ 33,54 ÷ 49,18 %; sau đó là
Pb và Cu lần lượt là 21,79 ÷ 40,47 % và 20,09 ÷ 34,08%; thấp nhất là Cd chiếm 0,58 ÷ 1,13 %.

Tuy nhiên ở các mẫu Bến Oánh và phía sau cổng xả nhà máy giấy HVT thì Pb có xu hướng chiếm ưu
thế hơn so với Cu ( Zn > Pb > Cu > Cd).
Ở các điểm lấy mẫu khác nhau hàm lượng tổng số kim loại của các kim loại cũng có sự khác
nhau. Trong đó, Pb tổng số có hàm lượng cao nhất tại khu vực phía sau cổng xả của nhà máy giấy
HVT, điều này cũng phù hợp với thực tiễn vì đây là nơi tiếp nhận trực tiếp nguồn nước thải công
nghiệp có chứa nhiều chất ô nhiễm vô cơ và hữu cơ.
Dọc theo lưu vực sông Cầu, từ điểm trước cổng xả nhà máy giấy HVT đến Bến Oánh nhìn
chung hàm lượng tổng số của Zn, Pb và Cu có xu hướng tăng; riêng Cd không có sự khác biệt
nhiều giữa các điểm.
Tại cùng một vị trí lấy mẫu nhưng ở các lớp trầm tích khác nhau thì hàm lượng tổng số của
mỗi kim loại cũng khác nhau. Nhìn chung hàm lượng tổng số mỗi kim loại ở lớp trầm tích phía trên
cao hơn so với hàm lượng kim loại tổng số của các kim loại ở lớp trầm tích phía dưới. Điều này
cũng phù hợp với kết quả nghiên cứu của các tác giả khác. Kết quả này có thể giải thích là do mẫu
trầm tích mới có thành phần mùn lớn, kích thước hạt nhỏ nên khả năng hấp phụ kim loại sẽ tốt hơn
so với mẫu trầm tích cũ của sông có thành phần mùn thấp và kích thước hạt lớn. Kết quả này cũng


8

cho thấy sự gia tăng mức độ tích lũy kim loại nặng trong trầm tích sông Cầu hiện nay so với
trước đây.
3.3.2.2. Kết quả phân tích xác định hàm lượng tổng số mỗi kim loại trong mẫu nghiên cứu đợt 2
Mỗi mẫu tiến hành phân tích lặp lại 03 lần. Các kết quả trung bình phân tích được, được thể
hiện trên bảng 3.7.
Bảng 3.7. Hàm lượng tổng số của Zn, Cd, Pb và Cu trong trầm tích sông Cầu – khu vực
thành phố Thái Nguyên đợt 2
Mẫu

Zn (µg/g)

Cd (µg/g)

Pb (µg/g)

Cu (µg/g)

TTSC-1,2T

404,25 ± 1,54

3,59 ± 0,10

258,27 ± 1,45

334,13 ± 2,52

TTSC-1,2D

327,16 ± 2,26

2,17 ± 0,13

133,98 ± 7,46

199,12 ± 3,01

TTSC-2,2T

530,90 ± 2,77

4,25 ± 0,12

333,91 ± 2,87

379,76 ± 2,59

TTSC-2,2D

430,43 ± 3,96

3,03 ± 0,10

220,18 ± 3,47

236,22 ± 3,07

TTSC-3,2T

570,70 ± 2,72

4,79 ± 0,12

391,16 ± 3,37

430,13 ± 3,53

TTSC-3,2D

381,20 ± 3,00

3,34 ± 0,20

246,06 ± 4,22

273,25 ± 4,28

TTSC-4,2T

325,78 ± 2,69

5,62 ± 0,15

436,43 ± 1,78

278,06 ± 2,80

TTSC-4,2D

203,24 ± 4,83

4,00 ± 0,11

287,70 ± 3,57

227,43 ± 1,40

TTSC-5,2T

217,59 ± 2,08

2,73 ± 0,10

190,44 ± 1,59

173,66 ± 3,09

TTSC-5,2D

176,40 ± 1,66

1,97 ± 0,15

137,66 ± 1,52

116,55 ± 1,65

Từ các kết quả phân tích được chúng tôi nhận thấy:
Tại các điểm lấy mẫu, nhìn chung hàm lượng tổng số mỗi kim loại giảm theo chiều Zn > Pb
> Cu > Cd. Trong đó Zn chiếm tỷ lệ cao nhất với hàm lượng từ 28,14% (mẫu TTSC-4,2D) ÷
49,38% (mẫu TTSC-1,2D) ; sau đó là Pb và Cu lần lượt là 20,20 % (mẫu TTSC-1,2D) ÷ 41,72%
(mẫu TTSC-4,2T) và 26,54% (mẫu TTSC-2,2D) ÷ 33,40% (mẫu TTSC-1,2T); thấp nhất là Cd
chiếm 0,32% (mẫu TTSC-1,2D) ÷0,55% (mẫu TTSC-4,2D).
Ở các điểm lấy mẫu khác nhau hàm lượng tổng số của các kim loại cũng có sự khác nhau, cụ
thể: Zn và Cu có hàm lượng tổng số cao nhất tại điểm lấy mẫu thứ nhất. Đây là nơi chủ yếu tiếp
nhận nguồn thải từ sản xuất nông nghiệp và rau màu, do vậy có thể chứa dư lượng thuốc bảo vệ
thực vật và phân bón hóa học có chứa nguyên tố vi lượng Zn và Cu. Còn Cd và Pb có hàm lượng
tổng số cao nhất tại điểm lấy mẫu thứ 4. Điều này hoàn toàn phù hợp với thực tế vì ở đây ngoài
nước thải do sinh hoạt và các hoạt động nông nghiệp còn có nguồn nước thải công nghiệp do Công
ty Gang Thép thải ra.
Trong các điểm lấy mẫu thì hàm lượng tổng số mỗi kim loại trong trầm tích ở điểm thứ 5 là

thấp nhất. Điều này phù hợp với thực tế vì đây là khu vực người dân thường xuyên khai thác cát,
lòng sông Cầu thường xuyên bị nạo vét nên độ ổn định lớp trầm tích nhỏ.
Ở các lớp khác nhau trong cùng một điểm lấy mẫu thì hàm lượng tổng số kim loại lớp trầm
tích phía trên thường cao hơn lớp trầm tích phía dưới. So sánh kết quả nghiên cứu trên chúng tôi
thấy có sự tương đồng với kết quả nghiên cứu đối với các mẫu TTSC lấy đợt 1, cũng như kết quả
nghiên cứu của các tác giả khác.
3.3.3. Kết quả phân tích xác định hàm lượng các dạng tồn tại của mỗi kim loại trong mẫu
nghiên cứu


9

Để xác định hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb và Cu trong các mẫu nghiên cứu
chúng tôi tiến hành phân tích dựa trên các điều kiện tối ưu đã khảo sát và dựa theo các bước trong
quy trình phân tích đã cải tiến của Tessier (hình 3.2). Đối với mỗi mẫu chúng tôi tiến hành phân
tích lặp lại 3 lần.
Mẫu trầm tích (1g)

10mL CH3COONH4 1M, lắc liên tục
1h ở t0 phòng

Dịch chiết

Phần cặn 1
20mL CH3COONH4 1M axit hóa đến
pH=5 với HAc, lắc trong 5h
ở nhiệt độ phòng

Dạng trao đổi (F1)

Dịch chiết

Phần cặn 2
20 mL NH2OH.HCl 0,04M trong
(v/v) HAc 25 % ở 950C trong 5h

Dạng liên kết với cacbonat (F2)

Dịch chiết
Dạng liên kết với sắt -mangan
oxit (F3)

Dịch chiết
Dạng liên kết với hữu cơ
(F4)

Phần cặn 3
10 mL CH3COONH4 3,2M trong
HNO3 20%,
lắc 0,5h ở nhiệt độ phòng

Phần cặn 4
20 mL hỗn hợp 3:1
HCl-HNO3
Dạng cặn dư nằm trong cấu
trúc của trầm tích (F5)

Hình 3.2. Sơ đồ chiết phân tích dạng kim loại nặng trong trầm tích
của Tessier sau khi đã cải tiến
3.3.3.1. Kết quả phân tích xác định hàm lượng các dạng tồn tại của mỗi kim loại trong mẫu

nghiên cứu đợt 1
Các kết quả phân tích được thể hiện trên các hình 3.3 - 3.10.


10

µg/g

µg/g
450

350

400

300

350
250

300

µg/g Zn

250

µg/g Cd

200

µg/g Pb

150

µg/g Cu

µg/g Zn
200

µg/g Cd

150

µg/g Pb
µg/g Cu

100

100
50

50
0

0

F1

F2

F3

F4

F5

F1

Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn hàm lượng
các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu
trong mẫu TTSC – 1,1T

F2

F3

F4

F5

Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn hàm lượng
các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu
trong mẫu TTSC – 1,1D

µg/g

µg/g

400

250

350
200

300
250

µg/g Zn

200

µg/g Cd

µg/g Cd

µg/g Pb

150

µg/g Zn

150

100

µg/g Pb

µg/g Cu

µg/g Cu

100

50

50
0

0
F1

F2

F3

F4

F5

F1

Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn hàm lượng
các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu
trong mẫu TTSC – 2,1T

F2

F3

F4

F5

Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn hàm lượng
các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu
trong mẫu TTSC – 2,1D

µg/g

µg/g

400

350

350

300
300

250
250

µg/g Zn

200

µg/g Cd

150

µg/g Pb

150

µg/g Pb

µg/g Cu

100

µg/g Cu

100

µg/g Zn

200

µg/g Cd

50

50

0

0
F1

F2

F3

F4

F1

F5

Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn hàm lượng
các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu
trong mẫu TTSC – 3,1T

F2

F3

F4

F5

Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn hàm lượng
các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu
trong mẫu TTSC – 3,1D

µg/g
µg/g

450

350

400
300

350
300

µg/g Zn

250
200

250
µg/g Zn

µg/g Cd

200

µg/g Pb

150

µg/g Pb

µg/g Cu

100

µg/g Cu

µg/g Cd

150
100

50

50
0

0

F1

F2

F3

F4

F5

Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn hàm lượng
các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu
trong mẫu TTSC – 4,1T

F1

F2

F3

F4

F5

Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn hàm lượng
các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb,Cu
trong mẫu TTSC – 4,1D


11

Dựa vào các kết quả phân tích chúng tôi nhận thấy:
Các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb và Cu trong trầm tích sông Cầu có sự phân bố không đồng
đều ở những vị trí lấy mẫu khác nhau. Nếu như Zn, Pb và Cu chủ yếu tồn tại trong tầm tích ở dạng
cặn dư, dạng liên kết với cacbonat và dạng liên kết với Fe-Mn oxi hidroxit thì Cd tồn tại chủ yều ở
dạng cặn dư.
Sự phân bố các dạng với bốn kim loại khá tương đồng tại các điểm: dạng trao đổi (F1) <
dạng liên kết với cacbonat (F2) < dạng liên kết với hữu cơ (F4) < dạng liên k ết với Fe-Mn
oxit (F3) < dạng cặn dư (F5). Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu của các tác giả khác.
Dạng liên kết với hữu cơ (F4) lớn hơn dạng liên kết với cacbonat (F2) cho thấy khả năng tạo
phức tốt của bốn kim loại với các phối tử hữu cơ.
Trong năm dạng chiết thì dạng trao đổi và dạng liên kết với cacbonat là hai dạng có tiềm
năng tích lũy sinh học cao hơn cả. Kim loại tồn tại trong hai dạng này dễ được giải phóng vào cột
nước, tích lũy trong các cá thể sống trong nước và đi vào chuỗi thức ăn.

Dạng liên kết với hữu cơ chiếm thành phần 19,49% - 25,75%, lớn nhất ở Zn và nhỏ nhất ở
Cd. Thành phần dạng này có sự khác nhau rõ rệt trong hai loại mẫu trầm tích. Kết quả này phù hợp
với quy luật phân bố thành phần mùn trong mẫu trầm tích. Mẫu trầm tích mới thường có thành
phần mùn lớn hơn mẫu cũ. Do đó, các kim loại tồn tại trong dạng liên kết với hữu cơ ở mẫu trầm
tích mới lớn hơn mẫu trầm tích cũ của sông.
Tổng hai dạng trao đổi và liên kết với cacbonat của bốn kim loại trong mẫu trầm tích lớp trên
và lớp dưới của sông tương ứng là: Zn: 5,28%; Cd: 0,09%; Pb: 0,88%; Cu: 3,42% và Zn: 3,32%; Cd:
0,05%; Pb: 0,86%; Cu: 2,4%. Như vậy, mẫu trầm tích lớp trên có tổng hai dạng trao đổi và
cacbonat lớn hơn mẫu trầm tích lớp dưới. Từ kết quả này có thể kết luận rằng: tiềm năng tích
lũy sinh học đối với bốn kim loai Zn, Cd, Pb và Cu của mẫu trầm tích mới lớn hơn mẫu trầm
tích lớp cũ của sông.
3.3.3.2. Kết quả phân tích xác định hàm lượng các dạng mỗi kim loại trong mẫu nghiên cứu đợt 2
Các kết quả phân tích được thể hiện trên các hình 3.11 - 3.20.
µg/g

µg/g

160

140

140

120

120

100
100

Zn

Zn

80

Cd

60

60

40

Pb

20

Cu

80

Cd

40

Pb

20

Cu

0

0
F1

F2

F3

F4

F5

Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn hàm lượng
các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu
trong mẫu TTSC – 1,2T

F1

F2

F3

F4

F5

Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn hàm lượng

các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu
trong mẫu TTSC – 1,2D


12

µg/g

µg/g

200

250

180

200

160
140

150

120

Zn
100

Cd

Zn

100
80

Cd
60

Pb

50

Cu

Pb

40
20

0

Cu

0

F1

F2

F3

F4

F5

F1

Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn hàm lượng
các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu
trong mẫu TTSC – 2,2T

F2

F3

F4

F5

Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn hàm lượng
các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu
trong mẫu TTSC – 2,2D

µg / g

µg/g

250

140

120

200

100
15 0

10 0

Zn

80

Cd

60

Cd

40

Pb

50

Zn

Pb

20

Cu

0

Cu

0
F1

F2

F3

F4

F5

F1

Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn hàm lượng
các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu
trong mẫu TTSC – 3,2T

F2

F3

F4

F5

Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn hàm lượng
các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu
trong mẫu TTSC – 3,2D
µg/g

µg / g

140

250

120
200

100
15 0

Zn
10 0

Cd
Pb

50

Cu
0

80

Zn

60

Cd
40

Pb
20

Cu
0

F1

F2

F3

F4

F5

Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn hàm lượng
các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu
trong mẫu TTSC – 4,2T

F1

F2

F3

F4

F5

Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn hàm lượng
các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu
trong mẫu TTSC – 4,2D


13

µg/g

µg / g

10 0

90

90

80

80

70

70

60

60

Zn

50

Zn

50

Cd

40

40

Cd
30

30

Pb

Pb

20

20

Cu

Cu

10

10
0

0
F1

F2

F3

F4

F5

F1

F2

F3

F4

F5

Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn hàm lượng

Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn hàm lượng

các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu
trong mẫu TTSC – 5,2T

các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb, Cu
trong mẫu TTSC – 5,2D

Từ các kết quả phân tích được chúng tôi nhận thấy:
Các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb và Cu trong trầm tích Sông Cầu có sự phân bố không đồng đều ở
những vị trí lấy mẫu khác nhau. Zn, Pb và Cu chủ yếu tồn tại trong tầm tích ở dạng cặn dư, dạng liên kết
với cacbonat và dạng liên kết với Fe-Mn oxi hidroxit, còn Cd tồn tại chủ yều ở dạng cặn dư.
Sự phân bố các dạng với bốn kim loại khá tương đồng tại các điểm: dạng trao đổi (F1) <
dạng liên kết với cacbonat (F2) < dạng liên kết với hữu cơ (F4) < dạng liên kết với Fe-Mn oxit (F3)
< dạng cặn dư (F5). Dạng liên kết với hữu cơ (F4) lớn hơn dạng liên kết với cacbonat (F2) cho thấy
khả năng tạo phức tốt của các ion kim loại với các phối tử hữu cơ.
Dạng cặn dư chiếm thành phần lớn nhất 35,77 % - 54,41 %, lớn nhất là ở Zn và nhỏ nhất ở Cd.
Kim loại tồn tại trong dạng này liên kết chặt chẽ với vật chất rắn, nằm trong cấu trúc tinh thể của
trầm tích nên không thể hòa tan vào nước dưới những điều kiện của môi trường tự nhiên, và kim
loại phân bố trong dạng này chủ yếu là do các nguồn tự nhiên. Thành phần dạng này lớn thì tiềm
năng lan truyền ô nhiễm và tích lũy sinh học của mẫu là thấp.
Dạng có thành phần lớn sau dạng cặn dư là dạng liên kết với với Fe-Mn oxit chiếm thành
phần 19,19  25,69 %, lớn nhất ở Zn và nhỏ nhất ở Cd. Dạng liên kết với hữu cơ chiếm 13,64% 22,34%, lớn nhất ở Zn và nhỏ nhất ở Cd.
Trong năm dạng chiết thì dạng trao đổi và dạng liên kết với cacbonat là hai dạng có tiềm

năng tích lũy sinh học cao hơn cả. Kim loại tồn tại trong hai dạng này dễ được giải phóng vào cột
nước, tích lũy trong các cá thể sống trong nước và đi vào chuỗi thức ăn.
Dạng trao đổi là dạng có chiếm thành phần nhỏ nhất trong năm dạng chiết, chỉ có 2,64% 4,13%. Dạng liên kết với hữu cơ (F4) lớn hơn dạng liên kết với cacbonat (F2) cho thấy khả năng tạo
phức tốt của bốn kim loại với các phối tử hữu cơ.
Các kết quả phân tích được có sự tương đồng với kết quả của các tác giả khác. Tuy nhiên
hàm lượng tổng số và hàm lượng các dạng mỗi kim loại ở mỗi điểm trong khu vực này thường nhỏ
hơn so với các điểm đã được nghiên cứu trong đợt 1. Điều này cho thấy sự phân bố của các kim loại
trong trầm tích tại mỗi khu vực phụ thuộc rất nhiều vào các nguồn thải tự nhiên cũng như nhân tạo
ở khu vực đó.


14

3.4. Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng
Do nước ta chưa có tiêu chuẩn về chất lượng trầm tích, nên để đánh giá mức độ ô nhiễm kim
loại trong trầm tích sông Cầu chúng tôi sử dụng chỉ số đánh giá rủi ro RAC (Risk Assessment
Code). RAC dựa trên khả năng kim loại có thể được giải phóng và đi vào chuỗi thức ăn . Dạng
trao đổi (F1) và dạng cacbonat (F2) là hai dạng mà trong đó kim loại liên kết yếu với trầm tích, rất
dễ được giải phóng ra khỏi trầm tích và đi vào môi trường nước, tích lũy trong các sinh vật trong
nước và đi vào chuỗi thức ăn. Do đó sẽ dẫn đến nguy cơ tích lũy trong cơ thể con người và ảnh
hưởng đến sức khỏe.
Chỉ số RAC được tính theo phần trăm của dạng trao đổi và dạng cacbonat. Tiêu chuẩn đánh
giá mức độ ô nhiễm dựa vào chỉ số RAC được trình bày trong bảng 3.8:
Bảng 3.8. Tiêu chuẩn đánh giá mức độ rủi ro theo chỉ số RAC
Mức độ rủi ro

STT

RAC (Dạng F1+ F2) (%)

1

Không

<1

2

Thấp

1-10

3

Trung bình

11-30

4

Cao

31-50

5

Rất cao

> 50

Giá trị trung bình của chỉ số RAC đối với Zn, Cd, Pb và Cu trong các mẫu nghiên cứu ở 2
đợt khác nhau được thể hiện ở bảng 3.9:
Bảng 3.9. Hàm lượng(%) tổng hai dạng F1 và F2
Đợt

STT

Kim loại

Dạng F1+ F2 (%)

I

1

Zn

20,37

2

Cd

9,32

3

Pb

22,18

4

Cu

19,23

1

Zn

14,70

2

Cd

8,11

3

Pb

11,40

4

Cu

12,53

II

Giá trị trung bình của chỉ số RAC của các kim loại sắp xếp theo thứ tự là: Cd < Pb < Cu <
Zn (đối với mẫu phân tích đợt 1) và Cd < Cu < Zn < Pb (đối với mẫu phân tích đợt 2). Như vậy, ba
kim loại Zn, Pb và Cu đều có 10 < chỉ số RAC < 30, mức độ rủi ro ở ngưỡng trung bình. Còn Cd
có chỉ số RAC ≤ 10, mức độ rủi ro ở ngưỡng thấp. Mức độ rủi ro của Cd là nhỏ nhất, của Zn >Cu >
Pb. Do đó, tiềm năng lan truyền ô nhiễm và tích lũy sinh học của Zn là lớn nhất, sau đó là Cu, Pb và Cd.
Theo Juan Luis, phần lớn kim loại tồn tại trong dạng trao đổi và dạng cacbonat là từ các
nguồn gây ô nhiễm do hoạt động của con người. Trong mẫu trầm tích sông Cầu, tổng hai dạng này
chiếm thành phần nhỏ hơn 10- 30% cho thấy các hoạt động của con người đang gây ô nhiễm các
kim loại nặng Zn, Cd, Pb và Cu ở mức độ thấp và trung bình.


15

KẾT LUẬN
Qua quá trình nghiên cứu thực nghiệm chúng tôi rút ra một số kết luận sau:
1. Đã khảo sát được các điều kiện tối ưu cho phép xác định đồng thời hàm lượng Zn, Cd, Pb
và Cu.
2. Từ các điều kiện tối ưu chúng tôi tiến hành phân tích dung dịch chuẩn của Merck
để đánh giá được độ đúng, độ lặp, xác định giới hạn phát hiện và giới hạn đinh lượng của
phép đo. Độ đúng của phép đo tốt, độ lặp cao.
3. Đã nghiên cứu và áp dụng quy trình chiết liên tục, tách riêng 5 dạng tồn tại của các nguyên
tố Zn, Cd, Pb, Cu trong trầm tích của lưu vực sông Cầu.
4. Đã áp dụng các điều kiện tối ưu cho phép xác định đồng thời Zn, Cd, Pb và Cu vào việc
xác định hàm lượng các dạng tồn tại của Zn, Cd, Pb và Cu trong một số mẫu trầm tích lưu vực sông
Cầu – khu vực thành phố Thái Nguyên ở các vị trí khác nhau và ở những lớp trầm tích khác nhau
trong 2 đợt.
5. Sự phân bố các dạng với bốn kim loại khá tương đồng và có sự phù hợp tại các điểm lấy

mẫu thuộc lưu vực sông Cầu – khu vực thành phố Thái Nguyên.
6. Đánh giá được mức độ rủi ro của kim loại nặng theo chỉ số RAC nhìn chung, ba kim loại
Zn, Pb và Cu đều có 10 < chỉ số RAC < 30, mức độ rủi ro ở ngưỡng trung bình. Còn Cd có chỉ số
RAC ≤ 10, mức độ rủi ro ở ngưỡng thấp. Mức độ rủi ro của Cd là nhỏ nhất, của Zn >Cu > Pb. Do
đó, tiềm năng lan truyền ô nhiễm và tích lũy sinh học của Zn là lớn nhất, sau đó là Cu, Pb và Cd.
trong các mẫu phân tích mực độ rủi ro của các kim loại giảm dần theo thứ tự Pb > Cu > Zn > Cd.