khóa luận tn 3 ngọc

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG VẾT MỘT SỐ KIM LOẠI TRONG
CÂY BÔNG MÃ ĐỀ (PLANTAGO MAJOR L..) BẰNG PHƯƠNG
PHÁP ICP-MS

Sinh viên thực hiện : Phạm Thị Ngọc
Lớp : Công nghệ kỹ thuật hoá học K11
Khoa : Hoá học

Thái Nguyên, Tháng 4 Năm 2017


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo T.S
Vương Trường Xuân đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi
cho em trong suốt quá trình thực hiện luận án này.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các anh chị cán bộ của trung tâm quan
trắc môi trường tỉnh Thái Nguyên đã trực tiếp hướng dẫn em những kiến thức
nền tảng hết sức quan trọng trong thời gian làm thực nghiệm tại đây.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, tháng 4 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Phạm Thị Ngọc

2


MỤC LỤC

Thái Nguyên, Tháng 4 Năm 2017................................................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................................................ 2
MỤC LỤC..................................................................................................................................................... 3
DANH MỤC VIẾT TẮT................................................................................................................................ 5
MỞ ĐẦU....................................................................................................................................................... 1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU.......................................................................................................... 2
1.Tổng quan về cây mã đề.......................................................................................................................... 2
1.1. Giới thiệu về cây mã đề....................................................................................................................... 2
1.2. Mô tả thực vật...................................................................................................................................... 2
1.3. Phân bố............................................................................................................................................... 3
1.4. Thành phần hóa học............................................................................................................................. 3
1.5. Công dụng của cây mã đề.................................................................................................................... 4
Lá cây mã đề được dùng làm rau có tác dụng giải nhiệt tiểu tiện dễ dàng. 2. Một số tính chất lý, hóa của
Cu, Pb, Cd và Cr........................................................................................................................................ 4
2.1. Tính chất vật lý của Cu, Pb, Cd và Cr.................................................................................................. 4
2.2. Một số tính chất hóa học của Cu, Pb, Cd và Cr....................................................................................5
2.2. Vai trò sinh học của các nguyên tố đồng, cadimi, chì và crom..............................................................6
2.2.1. Vai trò sinh học của đồng.................................................................................................................. 6
2.2.3. Tính chất độc hại của cadimi............................................................................................................. 7
2.2.4. Độc tính của chì................................................................................................................................ 8
3.1. Phương pháp phân tích hoá học........................................................................................................... 9
3.1.1. Phương pháp phân tích khối lượng.................................................................................................... 9
3.1.2. Phương pháp phân tích thể tích......................................................................................................... 9
3.2. Phương pháp phân tích công cụ........................................................................................................... 9
3.2.1. Phương pháp điện hoá....................................................................................................................... 9
3.2.2. Phương pháp quang phổ.................................................................................................................. 10
3.3. Phương pháp quang phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS)..................................................................11
3.3.1. Nguyên tắc của phương pháp ICP-MS............................................................................................ 11
3.3.2. Các quá trình xảy ra trong nguồn ICP............................................................................................. 12
3.3.3. Ưu điểm của phương pháp phân tích ICP-MS................................................................................. 12

3.3.4. Hạn chế của phương pháp ICP-MS................................................................................................. 13
3.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo ICP-MS....................................................................................13
3.4. Các phương pháp xử lý mẫu để xác định kim loại..............................................................................14
3.4.1. Kỹ thuật xử lý ướt........................................................................................................................... 14
3.4.2.Kỹ thuật xử lý khô........................................................................................................................... 15
3.4.3. Kỹ thuật sử lý khô-ướt kết hợp........................................................................................................ 15
3.4.4. Phương pháp điện phân................................................................................................................... 15
3.4.5. Phương pháp phân hủy mẫu bằng lò vi sóng................................................................................... 15
3.4.6. Phương pháp chiết.......................................................................................................................... 16
3.4.7. Phương pháp pha loãng mẫu bằng dung môi thích hợp....................................................................16
CHƯƠNG II. THỰC NGHIỆM.................................................................................................................... 17
2.1. Mục tiêu nghiên cứu.......................................................................................................................... 17
2.2. Đối tượng, và phương pháp nghiên cứu............................................................................................. 17
2.2.1. Đối tượng nghiên cứu..................................................................................................................... 17
2.2.3. Phương pháp nghiên cứu................................................................................................................. 17
2.3. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị.............................................................................................................. 17
2.3.1. Hóa chất......................................................................................................................................... 17
2.3.2. Dụng cụ.......................................................................................................................................... 18
2.3.3. Thiết bị phân hủy mẫu và phân tích mẫu......................................................................................... 18
2.4. Phương pháp lấy mẫu bảo quản mẫu và xử lý mẫu.............................................................................19
2.4.1. Lấy mẫu.......................................................................................................................................... 19
2.4.2. Xử lí sơ bộ và bảo quản mẫu........................................................................................................... 20
2.4.3. Phá hủy mẫu bằng phương pháp lò vi sóng..................................................................................... 20
2.5. Xây dựng đuờng chuẩn của Cr, Cu, Cd và Pb..................................................................................... 21
2.5.1. Pha hóa chất.................................................................................................................................... 21
2.5.2. Xây dựng đường chuẩn................................................................................................................... 21
Bảng 2.2. Thể tích các dung dịch cần lấy.............................................................................................. 21

3

Hút 5 ml dung dịch làm việc 1 mg/l cho vào bình 100 ml, định mức, lắc đều được dung dịch có nồng độ các
chất là 50 ; từ dung dịch này hút 1 ml cho vào bình 100 ml, thêm vào lần lượt 1 ml dung dịch Tb 5 mg/l và
dung dịch Th 5mg/l, định mức lắc đều được dung dịch có nồng độ các chất là 0.5 .......................................22
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................................................................. 23
3.1. Tối ưu hóa điều kiện phân tích bằng ICP-MS.....................................................................................23
3.1.1. Chọn đồng vị phân tích................................................................................................................... 23
3.1.2. Các điều kiện đo phổ khối nguyên tử của Pb, Cu, Cr, Cd.................................................................23
3.1.3. Khoảng tuyến tính và đường chuẩn của Cu, Cd, Cr và Pb...............................................................24
Bảng 3.3. Khoảng nồng độ khảo sát và kết quả khảo sát tuyến tính các nguyên tố.................................24
............................................................................................................................................................. 25
Hình 3.1. Đồ thị khoảng nồng độ tuyến tính và đường chuẩn của Pb, Cu, Cr và Cd...............................25
3.1.4. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng.......................................................................................25
3.2. Thực nghiệm đo và tính toán kết quả................................................................................................. 27
3.2.2. Đánh giá hiệu suất thu hồi các quy trình xử lí mẫu cây mã đề.........................................................31
KẾT LUẬN.................................................................................................................................................. 33

4


DANH MỤC VIẾT TẮT
Viết tắt
AAS
ICP-MS
LOD
LOQ
m/z
ppb
RSD
WHO

Tiếng anh
Atomic Absorption

Nghĩa
Phép đo phổ hấp thụ nguyên

Spectrometry
Inductively Coupled

tử
Phương pháp phổ khối

Plasma Mass Spectrometry
Limit of dertermination
Limit of quantitation
Mass/charge
Part per billion
Relative Standard
Deviation
World Health Organization

5

plasma cảm ứng
Giới hạn phát hiện
Giới hạn định lượng
Khối lượng/điện tích
Một phần tỉ
Độ lặp lại tương đối

Tổ chức y tế thế giới


MỞ ĐẦU
Con người hiện nay luôn cố gắng tìm kiếm những loại thuốc quý hiếm
ngăn ngừa các bệnh mãn tính, có lợi cho sức khỏe và làm đẹp...Tuy nhiên
chúng ta lại không biết rằng những cây rau cỏ nhỏ bé dễ kiếm trong vườn
cũng là những loại thuốc chữa bách bệnh nhưng lại bị lãng quên. Trong đó,
mã đề là một loại cây mọc hoang sử dụng như một loại rau ăn hàng ngày. Bên
cạnh đó, mã đề còn là cây thuốc đông y quý được sử dụng trong nhiều bài
thuốc dân gian để chữa các bệnh liên quan tới tiêu hóa, bài tiết, lợi tiểu kháng
khuẩn...Trên thế giới các hoạt tính sinh học của cây mã đề được đánh giá cao.
Tuy nhiên hiện nay nhiều khu vực trồng cây mã đề đang có nguy cơ bị ô
nhiễm bởi chất thải của các nhà máy xí nghiệp cùng với việc sử dụng phân
bón, thuốc trừ sâu dẫn đến việc nhiễm kim loại nặng ảnh hưởng đến sức khỏe
người sử dụng
Các nguyên tố thuộc nhóm kim loại nặng như Cr, Ni, Pb, Cd... gây độc
hại đối với cơ thể con người tùy từng hàm lượng của chúng. Một số khác như
Cu, Fe, Zn...là những nguyển tố vi lượng cần thiết cho cơ thể con người. Tuy
nhiên khi hàm lượng của chúng vượt qua ngưỡng cho phép chúng bắt đầu gây
độc.
Phương pháp ICP-MS có tính ưu việt hơn các phương pháp khác về
khả năng phân tích nhanh, phân tích đồng thời được nhiều nguyên tố kim loại
ở dạng vết trong cùng một mẫu với độ chính xác cao, ít bị ảnh hưởng bởi các
nguyên tố khác.
Xuất phát từ những lí do trên chúng tôi đã chọn đề tài “Xác định hàm
lượng vết kim loại trong cây mã đề bằng phương pháp ICP-MS”


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.Tổng quan về cây mã đề
1.1. Giới thiệu về cây mã đề
Tên khoa học: pantago major L.
Họ: Mã đề
Tên Việt Nam: Mã đề
Tên khác: Xa tiền, Bông mã đề, Nhà én dứt...
Tên nước ngoài: Broad- leaved plantain, Ripple grass, Cart tract plan,
Large Plantain... [2].
1.2. Mô tả thực vật
Cây mã đề có tên khoa học là Plantago major L. Thuộc họ
plantaginaceae là loài cây thân thảo mọc nhiều nơi, thường thấy ở các bãi
hoang có độ ẩm cao. Cây lâu năm cao từ 20 – 60 cm, thân cây ngắn [3].
Rễ mọc thành chùm, to.
Lá đơn mọc từ gốc có cuống dài, hình thìa hay trứng, mép phiến lá có
răng cưa nhỏ thưa, màu lục đậm ở mặt trên nhạt ở mặt dưới. Gân lá hình cung
với 5 gân chính nổi ở mặt dưới, gân dọc theo sống lá và đồng quy ở ngọn và
gốc lá. Cuống lá màu xanh lục nhạt.
Hoa mọc thành bông thẳng đứng, có cán dài, xuất phát từ kẽ lá , 4 lá đài
xếp xéo hơi dính nhau tại gốc. Hoa lưỡng tính.
Quả nhỏ hình bầu dục màu xanh khi non, hơi ngà khi già nở theo
đường nứt ngang. Qủa hộp có cứa nhiều hạt nâu đen bóng, mỗi quả chứa từ 8
đến 20 hạt.
Mùa thu hái lá từ tháng 5 đến tháng 7, hạt từ tháng 6 đến tháng 8 [4, 8].

2


Hình 1.1. Cây mã đề
1.3. Phân bố
Cây mã đề là loài cây phổ biến được biết đến đầu tiên ở vùng Bắc Âu

sau đó dần dầu được lan ra toàn châu Âu và thế giới. Cây mã đề thường phân
bố ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Có thể tìm thấy cây mã đề ở nhiều quốc
gia như Thổ Nhĩ Kì, Ấn Độ, Trung Quốc, Nhật Bản và nhiều quốc gia khác
trên thế giới.
Cây mã đề mọc ở khắp nơi trên nước ta, thường thấy ở các bãi đất
hoang, khu vườn trống và những nơi có độ ẩm cao. Cây có thể mọc ở vùng
đồi núi như ở vùng núi của tỉnh Lâm Đồng và cũng có thể thấy chúng ở
những vùng trũng, ngập nước như ở đồng bằng sông Cửu Long.
Mã đề ngày càng được trồng phổ biến ở trong các gia đình [4, 8].
1.4. Thành phần hóa học
Toàn cây có chứa glucosid là aucubin hay rinantin. Lá có chất nhầy,
chất đắng, caroten sinh tố C, K, T acid citric. Trong hạt có nhiều chất nhầy,
acid plantenoic adenin và cholin [4].

3


1.5. Công dụng của cây mã đề
1.5.1. Công dụng y học
- Mã đề có vị ngọt tính mát dùng để chữa những bệnh như:
+ Chữa ho, tiêu đờm.
+ Chữa bệnh bí tiểu, tiểu dắt.
+ Chữa bệnh chảy mãu cam do nóng
+ Hỗ trợ điều trị viêm cầu thận mãn tính
+ Tốt cho bệnh nhân huyết áp cao
+ Chữa lỵ, tiêu chảy, trĩ
+ Nhuận tràng, chống viêm, đầy hơi, trị bệnh gan.
+ Chữa đau mắt đỏ, rụng tóc.
+ Ngoài ra mã đề còn được dùng để giải rượu rất tốt
- Bộ phận dùng, chế biến của mã đề

+ Hạt mã đề phơi hay sấy khô gọi là xa tiền tử
+ Toàn cây mã đề bỏ rễ phơi hay sấy khô gọi là xa tiền thảo
+ Lá mã đề tươi hay phơi hoặc sấy khô [3, 4].
1.5.2. Công dụng làm thực phẩm
Lá cây mã đề được dùng làm rau có tác dụng giải nhiệt tiểu tiện dễ dàng.
2. Một số tính chất lý, hóa của Cu, Pb, Cd và Cr
2.1. Tính chất vật lý của Cu, Pb, Cd và Cr
Chì là kim loại có mầu xám thẫm và mềm, có khối lượng riêng lớn.
Cadimi là kim loại mầu trắng bạc, mềm, có thể cắt bằng dao, dễ dát
mỏng và dễ mất ánh kim trong môi trường không khí ẩm do tạo màng
oxit[14].
Đồng là kim loại nặng, mềm, màu ánh đỏ, có độ dẫn điện và dẫn nhiệt
cao[13].
Crom là kim loại cứng, giòn, có độ nóng chảy cao. Bề mặt của crom
được bao phủ bởi một lớp màng mỏng Cr 2O3 nên có ánh bạc và khả năng
chống trầy xước cao[14].
4


2.2. Một số tính chất hóa học của Cu, Pb, Cd và Cr
* Tác dụng với oxi
- Ở nhiệt độ thường và trong không khí, Cu bị bao phủ bởi một lớp
màng đỏ gồm Cu và Cu2O.
2Cu + O2 + 2H2O → 2Cu(OH)2
Cu(OH)2 +Cu→ Cu2O+ H2O
Nếu trong không khí có CO2 thì đồng bị bao phủ bởi một lớp màu
lục[13].
- Chì bị oxi hóa ở điều kiện thường tạo thành màng oxit bảo vệ cho kim
loại. Khi đun nóng trong không khí, chì bị oxi hóa dần đến hết tạo ra PbO
2Pb +

t
O2 →
2PbO
0

- Cadimi bền trong điều kiện không khí ẩm và ở nhiệt độ thường nhờ
có màng oxit bảo vệ. Nhưng ở nhiệt độ cao cadimi cháy mãnh liệt tạo thành
oxit, cho ngọn lửa màu sẫm [14].
- Crom bền với oxi ở nhiệt độ thường do màng oxit bảo vệ. Ở nhiệt độ
cao:
Cr + 3O2 → 2Cr2O3
* Tác dụng với các phi kim khác
- Ở nhiệt độ thường Cu không tác dụng với flo. Khi đun nóng Cu tác
dụng với S, C, P, Cl tạo thành muối tương ứng.
- Chì tác dụng được với các halogen, lưu huỳnh tạo thành muối.
Pb +

S

→

PbS↓

Pb +

Cl2 →

PbCl2

- Cadimi và crom tác dụng với halogen, lưu huỳnh, photpho, selen ...
tạo muối tương ứng [13, 14].
* Tác dụng với nước
Đồng, chì, cadimi và crom không tác dụng được với nước ở nhiệt độ
thường. Nhưng ở nhiệt độ cao cadimi khử hơi nước tạo thành oxit. Còn chì
phản ứng chậm với nước khi có mặt của oxi tạo ra hidroxit:
5


2Pb + O2 + 2H2O → 2Pb(OH)2
*Tác dụng với axit
- Với axit không có tính oxi hóa như HCl, H2SO4 loãng thì Cu không
tác dụng trừ HI và HCN. Nhưng khi có mặt oxi không khí, Cu có thể tan trong
HCl. Ngược lại Cd, Pb, Cr có thể tác dụng giải phóng khí H2 [13, 14].
- Với các axit có tính oxi hóa mạnh như HNO3, H2SO4 đặc thì Cu, Cd,
Pb, đều hoạt động mạnh. Crom thụ động với HNO3 và H2SO4 đặc nguội
- Chì cũng tan được trong axit axetic và một số axit hữu cơ khác khi có
mặt oxi:
2Pb + 4CH3COOH + O2 → 2Pb(CH3COO)2 + 2H2O
Đặc biệt, chì còn có thể tan được trong dung dịch kiềm giải phóng
hiđro:
Pb + 2KOH + 2H2O → K2[Pb(OH)4] + H2 ↑
2.2. Vai trò sinh học của các nguyên tố đồng, cadimi, chì và crom
2.2.1. Vai trò sinh học của đồng
Đồng có một lượng nhỏ trong thực vật và động vật. Trong cơ thể người,
đồng có trong thành phần của một số protein, enzym và tập trung chủ yếu ở
gan. Sự thiếu đồng gây ra thiếu máu. Khi cơ thể bị nhiễm độc đồng có thể gây
ra một số bệnh về thần kinh, gan, thận, lượng lớn hấp thụ qua đường tiêu hóa
có thể gây tử vong.
Đối với thực vật thì đồng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sinh trưởng

và phát triển của cây. Đồng có tác dụng kích thích các loại men, tạo điều kiện
cho cây sử dụng protein hình thành clorofom, thiếu đồng thì cây không phát
triển được [1, 5, 13].

6


2.2.2. Tính chất độc hại của crom
Nước thải từ công nghiệp mạ điện, công nghiệp khai thác mỏ, nung đốt
các nhiên liệu hóa thạch là nguồn gốc gây ô nhiễm crom. Rau xanh có thể bị
nhiễm crom từ nguồn nước này. Crom trong nước thải thường gặp ở dạng
Cr(III) và Cr(VI), Cr(III) ít độc hơn nhiều so với Cr(VI). Với hàm lượng nhỏ
Cr(III) rất cần cho cơ thể, trong khi Cr(VI) lại rất độc và nggnuy hiểm[14].
Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường: hô hấp, tiêu hóa và da.
Qua nghiên cứu thấy rằng crom có vai trò quan trọng trong việc chuyển hóa
glucozo. Tuy nhiên với hàm lượng cao crom có thể làm kết tủa protein, các
axit nucleic và ức chế hệ thống enzym cơ bản. Crom chủ yếu gây ra các bệnh
ngoài da như loét da, viêm da tiếp xúc, loét thủng màng ngăn mũi, viêm gan,
viêm thận, gây ung thư phổi...[18].
2.2.3. Tính chất độc hại của cadimi
Cacdimi là nguyên tố rất độc. Giới hạn cho phép của cadimi:
Trong nước: 0.01 mg/l hay 10ppb
Trong không khí: 0.001 mg/m3
Trong thực phẩm: 0.001-0.5 mg/kg [15].
Trong tự nhiên cadimi thường được tìm thấy trong các khoáng vật có
chứa kẽm. Nhiễm độc cadimi gây nên chứng bệnh giòn xương. Ở nồng độ
cao, cadimi gây đau thận, thiếu máu và phá tủy xương [14].
Phần lớn cadimi thâm nhập vào cơ thể con người được giữ lại ở thận và
được đào thải, còn một phần ít khoảng 1% được giữ lại trong thận, do cadimi
liên kết với protein tạo thành metallotionein có ở thận. Phần còn lại được giữ

lại trong cơ thể và dần dần được tích lũy cùng với tuổi tác. Khi lượng cadimi
được tích trữ lớn, nó có thể thế chỗ ion Zn 2+ trong các enzim quan trọng và
gây ra rối loạn tiêu hóa và các chứng bệnh rối loạn chức năng thận, thiếu máu,
tăng huyết áp, phá hủy tủy sống, gây ung thư...[1, 18].

7


2.2.4. Độc tính của chì
Trong sản xuất công nghiệp thì Pb có vai trò quan trọng, nhưng đối với
cơ thể thì chưa chứng minh được Pb có vai trò tích cực gì. Song độc tính của
Pb và các hợp chất của nó đối với cơ thể của con người và động vật thì quá rõ.
Không khí, nước và thực phẩm bị ô nhiễm Pb đều rất nguy hiểm cho mọi
người, nhất là trẻ em đang phát triển và động vật. Chì có tác dụng âm tính lên
sự phát triển của não bộ trẻ em, Pb ức chế mọi hoạt động của các enzym,
không chỉ ở não mà còn ở các bộ phận tạo máu, nó là tác nhân phá hủy hồng
cầu.
Khi hàm lượng Pb trong máu khoảng 0.3 ppm thì nó ngăn cản quá trình
sử dụng oxi để oxi hóa glucoza tạo ra năng lượng cho quá trình sống, do đó
làm cho cơ thể mệt mỏi. Ở nồng độ cao hơn lớn hơn 0.8 ppm có thể gây nên
bệnh thiếu máu do thiếu hemoglobin. Hàm lượng chì trong máu nằm trong
khoảng > 0.5-0.8 ppm gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá hủy não.
Xương là nơi tích tụ chì trong cơ thể, ở đó chì tương tác với photphat trong
xương rồi truyền vào các mô mềm của cơ thể và thể hiện độc tính của nó.
Vì thế tốt nhất là tránh những nơi có Pb ở bất kì dạng nào, đồng thời
trong dinh dưỡng chú ý dùng loại thực phẩm có hàm lượng Pb dưới quy định
cho phép và có đủ Ca và Mg để hạn chế tác động của Pb. Vì dù chúng ta
không muốn thì cũng luôn có một lượng Pb rât nhỏ nhất định vẫn thâm nhập
vào cơ thể của chúng ta qua đường ăn uống và hít thở. Vì thế nên uống sữa,
ăn nhiều rau xanh, các loại thực phẩm và đồ uống giàu vitamin B1 và các

vitamin C thì có lợi cho việc chống lại và hạn chế ảnh hưởng của Pb đối với
cơ thể. Các chất được dùng để giải độc chì là EDTA,2,3- dimercaptoprppanol,
penicillamin..., do đó chúng tạo với Pb các phức chelat bền và được đào thải
ra ngoài qua nước tiểu [7, 14, 18].

8


3. Các phương pháp xác định hàm lượng kim loại trong mẫu
Hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau để xác định hàm lượng kim
loại như phương pháp phân tích khối lượng, phân tích thể tích, điện hoá, phổ
phân tử UV-VIS, sắc kí lỏng hiệu năng cao (HLPC), phổ phát xạ nguyên tử
(AES), phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) và không ngọn lửa (GFAAS)…sau đây là một số phương pháp xác định [12].
3.1. Phương pháp phân tích hoá học
Nhóm các phương pháp này dùng để xác định hàm lượng lớn của các
chất, thông thường lớn hơn 0.05%, tức là mức độ miligam. Các thiết bị và
dụng cụ cho các phương pháp này đơn giản và không đắt tiền.
3.1.1. Phương pháp phân tích khối lượng
Nguyên tắc: Đây là phương pháp dựa trên sự kết tủa chất cần phân tích
với thuốc thử phù hợp, sau đó lọc, rửa, sấy hoặc nung rồi cân chính xác sản
phẩm và từ đó xá định được hàm lượng chất phân tích [10, 11].
3.1.2. Phương pháp phân tích thể tích
Nguyên tắc: Dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử đã biết nồng
độ chính xác (dung dịch chuẩn) được thêm vào dung dịch chất định phân để
tác dụng đủ toàn bộ lượng chất định phân đó. Thời điểm thêm lượng thuốc
thử tác dụng vừa đủ với chất định phân gọi là điểm tương đương. Để nhận
biết điểm tương đương, người ta dùng các chất gây ra hiện tượng đoiỉ màu
hay kết tủa có thể quan sát bằng mắt gọi là chất chỉ thị. Tuỳ thuộc vào loại
phản ứng chính được dùng mà người ta chia phương pháp phân tích thể tích
thành các nhóm phương pháp trung hoà, phương pháp oxihoá khử, phương

pháp complexon [10,11].
3.2. Phương pháp phân tích công cụ
3.2.1. Phương pháp điện hoá
3.2.1.1. Phương pháp cực phổ
Nguyên tắc: Người ta thay đổi liên tục và tuyến tính điện áp đặt vào 2
cực để khử các ion kim loại, do mỗi kim loại có thể khử khác nhau. Thông
9


qua chiều cao của đường cong Von-Ampe có thể định lượng được ion kim
loại trong dung dịch ghi cự phổ [6, 10].
3.2.1.2. Phương pháp Von-ampe hoà tan
Về bản chất, phương pháp Von-ampe hoà tan cũng giống như phương
pháp cực phổ là dựa trên việc đo cường độ dòng để xác định nồng độ các chất
trong dung dịch. Nguyên tắc gồm 2 bước:
Bước 1: Điện phân làm giàu chất cần phân tích trên bề mặt điện cực
làm việc, trong khoảng thời gian xác định, tại thế điện cực xác định.
Bước 2: Hoà tan kết tủa đã được làm giàu bằng cách phân cực ngược
điện cực làm việc, đo và ghi dòng hoà tan.Trên đường Von-Ampe hoà tan cho
pic của nguyên tố cần phân tích. Chiều cao pic tỉ lệ thuận với nồng độ[6, 10].
3.2.2. Phương pháp quang phổ
3.2.2.1. Phương pháp trắc quang
Nguyên tắc: dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của một dung dịch
phức tạo thành giữa ion cần xác định với một thuốc thử vô cơ hoặc hữu cơ
trong môi trường thích hợp khi được chiếu bởi chùm sáng. Phương pháp định
lượng theo phương trình cơ bản :
A = K.C
Trong đó: A là độ hấp thụ quang của chất
K là hắng số thực nghiệm
C là nồng độ của chất phân tích [16].

3.2.2.2. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES)
Nguyên tắc: dựa trên sự xuất hiện phổ phát xạ của nguyên tử tự do của
nguyên tố phân tích ở trạng thái khi có sự tương tác với nguồn năng lượng
phù hợp. Một số nguồn năng lượng thường dùng để kích thích phổ AES như
ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện, tia lửa điện…
Ưu điểm: phương pháp AES có độ nhạy cao (thường từ n.10 -3 đến n.104

%), tốn ít mẫu có thể phân tích đồng thời nhiều nguyên tố trong cùng một

mẫu, phân tích được lượng vét kim loại trong nước, lương thực, thực phẩm.
10


Nhược điểm: chỉ cho biết thành phần nguyên tố trong mẫu mà không
chỉ ra được trạng thái liên kết của nó trong mẫu [6].
3.2.2.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
AAS là một trong những phương pháp hiện đại, được áp dụng phổ biến
trong các phòng thí nghiệm. Phương pháp này xác định được hầu hết các kim
loại trong các phòng thí nghiệm. Phương pháp này xác định được hầu hết các
kim loại trong mẫu sau khi chuyển hoá chúng về dạng dung dịch. Phương
pháp có độ nhạy cao, kết quả phân tích ổn định [11].
3.3. Phương pháp quang phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS)
ICP-MS là một phương pháp phân tích các chất vô cơ dựa trên sự ghi
đo phổ theo tỷ số m/z của ion nguyên tử các nguyên tố cần phân tích. ICP là
ngọn lửa plasma tạo thành bằng dòng điện có tần số cao cớ MHz được cung
cấp bằng một máy phát coa tần RF. Ngọn lửa plasma có nhiệt độ cao có tác
dụng chuyển các nguyên tố có trong mẫu cần phân tích ra dạng ion. MS là
phép ghi phổ theo tỉ số m/z.
ICP-MS được phát triển vào đầu những năm 80 của thế kỉ trước, là sự
kết hợp thành công và hoàn hảo của hai thiết bị ICP và MS. Đây là một trong

những phương pháp phân tích hiện đại nhất hiện nay và ngày càng chứng tỏ
có nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp phân tích khác trong
nghiên cứu xác định lượng vết nguyên tố cũng như xác định thành phần đồng
vị của chúng [9, 12, 20].
3.3.1. Nguyên tắc của phương pháp ICP-MS
Phương pháp phân tích ICP-MS dựa trên nguyên tắc của sự hóa hơi,
nguyên tử hóa, ion hóa của các nguyên tố hóa học khi chúng được đưa vào
môi trường plasma, sau đó các ion này được tách ra khỏi nhau theo tỉ số m/z
của chúng bằng thiết bị phân tách khối rồi được phát hiện khuyếch đại và đếm
bằng thiết bị điện tử kĩ thuật số.Trong phương pháp phân tích ICP-MS, hàm
lượng các nguyên tố hay các đồng vị được xác định bằng cách đo phổ khối
MS của các ion được đưa vào vùng plasma Ar [20, 22].
11


3.3.2. Các quá trình xảy ra trong nguồn ICP
1. Hóa hơi chất mẫu, nguyên tử hóa các phân tử, ion hóa các nguyên tử,
sự phân giải của các ion theo số khối sẽ sinh ra phổ ICP-MS:
Hóa hơi: MnXm(r)

→

Phân li: MnXm(k)

→

Ion hóa: M(k)0 + Enhiệt →

MnXm(k)
nM(k)

+ mX(k)

M(k)+

2.Thu toàn bộ đám hơi ion của mẫu, lọc và phân ly chúng thành phổ
nhờ hệ thống phân giải khối theo số khối của ion, phát hiện chúng bằng
detector, ghi lại phổ.
3. Đánh giá định tính, định lượng phổ thu được.
Như vậy thực chất phổ ICP-MS là phổ của các nguyên tử ở trạng thái
khí tự do đã bị ion hóa trong nguồn năng lượng cao tần ICP theo số khối các
chất [9, 12].
3.3.3. Ưu điểm của phương pháp phân tích ICP-MS
- Nguồn ICP là nguồn năng lượng kích thích phổ có năng lượng ca, nó
cho phép phân tích hơn 70 nguyên tố từ Li – U và có thể xác định đồng thời
chúng với độ nhạy và cho độ chọn lọc rất cao (giới hạn phát hiện từ ppb – ppt
đối với tất cả các nguyên tố).
- Khả năng phân tích bán định lượng rất tốt do không cần phải dùng
mẫu chuẩn mà vẫn đạt độ chính xác cao, có thể phân tích các đồng vị và tỉ lệ
của chúng.
- Tuy có độ nhạy cao nhưng nguồn ICP lại là nguồn kích thích phổ rất
ổn định nên phép đo ICP-MS có độ lặp lại cao và sai số nhỏ.
- Phổ ICP-MS ít vạch hơn phổ ICP-AES nên có độ chọn lọc cao, ảnh
hưởng thành phần nền hầu như ít xuất hiện, nếu có thì cũng rất nhỏ, dễ loại
trừ.
- Vùng tuyến tính trong phép đo ICP-MS rộng hơn hẳn các kĩ thuật
phân tích khác, có thể gấp hàng trăm lần và khả năng phân tích bán định

12

lượng rất tốt do không cần dùng mẫu chuẩn mà vẫn cho kết quả tương đối
chính xác.
- Ưu thế nổi bật của ICP-MS là tốc độ phaantichs nhanh và có giá thành
hạ. So với tất cả các máy phân tích phổ khối khác, việc xử lí chế hóa mẫu có
dung dịch phân tích bằng ICP-MS là đơn giản nhất.
- Ngoài ra ICP-MS còn được sử dụng như là một detector cho LC, CE,
GC...
Với nhiều ưu điểm vượt trội, kỹ thuật phân tích ICP-MS được ứng
dụng rộng rãi để phân tích nhiều đối tượng khác nhau đăc biệt là trong các
lĩnh vực phân tíc vết và siêu vết phục vụ nghiên cứu sản xuất vật liệu bán dẫn,
vật liệu hạt nhân, nghiên cứu địa chất và môi trường...[9, 12].
3.3.4. Hạn chế của phương pháp ICP-MS
- Mẫu thường được chuyển về dạng dung dịch trước khi được phân tích
bằng ICP-MS và một số khí như Ar được thêm vào cungc với mẫu đo nên các
nguyên tố có trong thành phần của nước (H,O,N,C...) và khí bổ sung khồng
thể phân tích được bằng phương pháp này.
- Các nguyên tố có thể bị ion hóa quá cao sẽ có độ nhạy phân tích rất
kém: P, S, Cl, Au..
- Sự hình thành các ion đa nguyên tử dẫn đến hiện tượng che lấp phổ.
- Sự đóng cặn xảy ra trong bô phận cấp mẫu, trong nón và các bộ phận
khác dẫn đến làm tăng nồng độ các nguyên tố trong mẫu trắng cũng như làm
trôi kết quả đo.
- Giá thiết bị và chi phí vận hành cao. Cần tiêu tốn Ar khoảng 10-12
l/phút để duy trì hoạt động [9, 12].
3.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo ICP-MS
- Nồng độ muối ảnh hưởng từ 0.1 – 0.4%.
- Đồng vị của các nguyên tố khác nhau có số khối trùng nhau. Sự kết
hợp giữa các nguyên tử tạo ra một phân tử mới có số khối trùng với số khối
của nguyên tố cần phân tích.

13


- Các nguyên tử khi ion hóa bậc 1 hoặc bậc 2 sẽ cho các số khối khác
nhau trùng với số khối của nguyên tố cần phân tích.
- Ảnh hưởng của mẫu phân tích trước [9, 12].
3.3.6. Chất nội chuẩn
Nếu chất nội chuẩn thêm vào có nồng độ là C ch, có cường độ pic phổ
khối là Ich và mẫu phân tích có nồng độ là C x, có cường độ pic phổ khối là I x
thì chúng ta có:
Cx = (Ix/Ich).Cch
Như vậy, hệ thống máy đo phổ ICP-MS sẽ dựa vào nồng độ của chất
nội chuẩn thêm vào, tín hiệu của chất nội chuẩn và chất phân tích để cho ta
kết quả nồng độ chất cần phân tích.
Các chất chuẩn nội còn được dùng để hiệu chuẩn các nhiễu vật lý và
hóa học ảnh hưởng đến độ chính xác kết quả. Để sử dụng chất nội chuẩn với
sai số nhỏ nhất, chuẩn nội phải có mặt trong các dung dịch với cùng một nồng
độ và không được xuất hiện trong các mẫu phân tích chưa biết thành phần.
Các chất nội chuẩn thường được sử dụng trong phân tích phổ khối ICP-MS là
Ge, In, Li, Sc, Th, Tb [21, 22].
3.4. Các phương pháp xử lý mẫu để xác định kim loại
Xử lý mẫu là quá trình hoà tan (dissolution) và phân huỷ (digestion),
phá huỷ cấu trúc mẫu ban đầu lấy từ đối tượng cần phân tích, để giải phóng và
chuyển các chất cần xác định về một dạng đồng thể phù hợp (ví dụ dạng dung
dịch) cho một phép đo đã chọn để xác định hàm lượng của chất mà chúng ta
mong muốn.
Các phương pháp xử lý mẫu đã và đang được sử dụng bao gồm:
3.4.1. Kỹ thuật xử lý ướt
Dùng axit mạnh đặc và nóng (ví dụ HCl, H2SO4), hay axit mạnh, đặc và
nóng có tính ôxy hoá mạnh (HNO3, HClO4), hoặc hỗn hợp 2 axit (HNO3 +

H2SO4), hay 3 axit (HNO3 + H2SO4 + HClO4), hoặc là 1 axit đặc và một chất
ôxy hoá mạnh (H2SO4 + KMnO4), v.v. hoặc dùng các dung dịch kiềm mạnh,
14


đặc nóng (NaOH, KOH 15-20%), hay hỗn hợp của kiềm mạnh và muối kim
loại kiềm (NaOH +NaHCO3), hay một kiềm mạnh và peroxit (KOH + Na 2O2),
nồng độ (10-20%) để phân huỷ mẫu trong điều kiện đun nóng trong bình
Kendan, trong ống nghiệm, trong cốc hay trong lò vi sóng [10].
3.4.2.Kỹ thuật xử lý khô
Nung mẫu trong lò nung ở một nhiệt độ thích hợp (450-750 oC), mẫu bã
còn lại được hoà tan bằng dung dịch muối hay dung dịch axit phù hợp. Khi
nung các chất hữu cơ của mẫu sẽ bị đốt cháy thành CO2 và nước [10].
3.4.3. Kỹ thuật sử lý khô-ướt kết hợp
Bằng cách kết hợp hai phương pháp trên chúng ta có phương pháp khôướt kết hợp. Trước tiên người ta xử lý ướt sơ bộ bằng một lượng nhỏ axit và
chất phụ gia, để phá vỡ cấu trúc ban đầu của các hợp chất mẫu và tạo điều
kiện giữ một số nguyên tố có thể bay hơi khi nung. Sau đó nung ở nhiệt độ
thích hợp [10, 12].
3.4.4. Phương pháp điện phân
Trong bình điện phân tại thế một chiều, các ion kim loại chạy về điện
cực âm, bị điện phân trỏe thành các phân tử trung hòa và bám vào điện cực.
Do đó ta được chất phân tích bám trên điện cực âm. Sau đó ta có thể xác định
chất trên điện cực bằng phương pháp khối lượng hay hòa tan chất trên điện
cực rồi xác định nó theo một cách phù hợp. Đây là cách làm giàu chất phân
tích của phương pháp phân tích cực phổ có tê là phương pháp Von – Ampe
[10, 12].
3.4.5. Phương pháp phân hủy mẫu bằng lò vi sóng
Hiện nay phổ biến nhất là kỹ thuật xử lý mẫu ướt với axit đặc trong lò
vi sóng hệ kín do có nhiều ưu điểm như: thời gian xử lý mẫu ngắn, phá huỷ
mẫu triệt để và không mất chất phân tích, hiệu suất xử lý mẫu cao.

Dưới tác dụng phá hủy và hoà tan các hạt (phần tử) mẫu của axit, năng
lượng nhiệt cùng axit làm tan rã các hạt mẫu đồng thời do khuếch tán, đối lưu,
chuyển động nhiệt và va chạm của các hạt mẫu với nhau làm chúng bị bào
15


mòn dần, các tác nhân này tấn công và bào mòn dần các hạt mẫu từ bên ngoài
vào, làm cho các hạt mẫu bị mòn dần và tan hết.
Ngoài ra, trong lò vi sóng còn có sự phá vỡ từ trong lòng hạt mẫu do
các phân tử nước hấp thụ (> 90%) năng lượng vi sóng và do có động năng lớn
nên chúng chuyển động nhiệt rất mạnh, làm căng và xé các hạt mẫu từ trong
ra. Hơn nữa, do xử lý mẫu trong hệ kín nên áp suất cao sẽ làm nhiệt độ sôi
cao hơn, đây là tác nhân phân huỷ mạnh nhất do vậy thúc đẩy quá trình phân
huỷ mẫu từ bên trong ra và từ ngoài vào. Do đó, xử lý mẫu trong lò vi sóng
chỉ cần thời gian rất ngắn 50 đến 90 phút và rất triệt để [10, 12].
3.4.6. Phương pháp chiết
Chiết là phương pháp dựa trên cơ sở sự phân bố khác nhau của chất
phân tích vào trong hai pha không trộn lẫn vào nhau. Nhờ đó mà chúng ta lấy
được chất cần phân tích ra khỏi pha mẫu ban đầu, chuyển nó vào pha thứ hai
mà chúng ta mong muốn [12].
3.4.7. Phương pháp pha loãng mẫu bằng dung môi thích hợp
Nguyên tắc là chọn dung môi thích hợp hòa tan tốt chất mẫu, để pha
loãng chất mẫu trong một tỷ lệ nhất định. Sau đó xác định chất phân tích theo
phương pháp đã chọn. Kỹ thuật này đơn giản, hầu như không cần trang bị, lại
dễ thực hiện, nhanh. Nhưng nó chỉ thích hợp cho một số trường hợp chất phân
tích có nồng độ tương đối lớn, mà khi pha loãng mẫu nhiều lần bằng dung
môi thích hợp, chúng ta vẫn xác định nó tốt trong các điều kiện cho phép, và
các chất khác có mặt trong mẫu, khi pha loãng trong một tỷ lệ nhất định thì
không cản trở và không ảnh hưởng đến kết quả xác định chất phân tích. Đồng
thời pha loãng chúng ta có thể loại bỏ được các cặn không tan có trong mẫu,

nhất là các mẫu dầu hay chất hữu cơ [10, 12].

16


CHƯƠNG II. THỰC NGHIỆM
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định được hàm lượng vết của các kim loại Cd, Pb, Cu, Cr trong
cây mã đề bằng phương pháp ICP-MS.
2.2. Đối tượng, và phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận văn này là hàm lượng Cu, Cr, Cd và Pb
các mẫu cây mã đề được trồng tại các địa điểm khác nhau.
2.2.3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu tài liệu
Thu thập, nghiên cứu và phân tích, ké thừa các tài liệu đã có về phương
pháp phân hủy xác định đồng, chì, cadimi và crom trong mẫu thực vật.
Phương pháp nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích Cu, Pb, Cd, Cr
trong mẫu cây mã đề.
Phương pháp nghiên cứu hàm lượng vết kim loại trong cây mã đề bằng
phương pháp ICP-MS bao gồm 2 phần chính là quy trình phân hủy mẫu cây
mã đề và quy trình phân tích mẫu trên thiết bị ICP-MS.
Phương pháp xử lí số liệu
Sử dụng các thuật toán để tính toán kết quả phân tích và sử dụng phần
mềm exel
2.3. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị
2.3.1. Hóa chất
- Dung dịch axit HNO3 65%
- Nước cất
- Dung dịch chuẩn hỗn hợp (100µg/ml) dùng trong phân tích ICP-MS

gồm các nguyên tố Cd, Cr, Cu, Pb.
- Dung dịch chuẩn Th 5mg/l và Tb 5mg/l dùng cho ICP-MS.
Hóa chất được sử dụng đều là các loại hóa chất tinh khiết của Merck

17


2.3.2. Dụng cụ
- Cân phân tích
- Cối, bộ sàng rây với các kích cỡ khác nhau.
- Bình định mức các loại 25ml, 50ml, 100ml...
- Pipet và Micropipet
- Giấy lọc, phễu lọc...
- Tủ sấy.
2.3.3. Thiết bị phân hủy mẫu và phân tích mẫu
2.3.3.1. Thiết bị phân hủy mẫu
Hệ phân hủy mẫu bằng lò vi sóng Berghof, Speed wave-4 của Đức có
chương trình điều khiển nhiệt độ bên trong bên ngoài lò, áp suất và thời gian
nhiệt.
Lò vi sóng có các ống phá mẫu bằng teflon, ký hiệu là DAK-100, có
thể tích 100ml. Nhiệt độ và áp suất lớn nhất có thể đạt được ở trong ống lần
lượt là 2300C và 40 bar. Khối lượng mẫu lớn nhất cho vào trong ống là
500mg. Thể tích mẫu tối thiểu trong ống là 5ml.

Hình 2.1. Thiết bị phân hủy mẫu
2.3.3.2. Thiết bị phân tích mẫu
Thiết bị ICP-MS (Perkin Elmer) (hình 2.2) với hệ từ trường bát cực, sử
dụng nguồn năng lượng cao tần cho quá trình hóa hơi và ion hóa tất cả các
nguyên tử với hiệu suất cao và ổn định. ICP-MS ghép nối hệ sol hóa mẫu giúp

18


quá trình làm giàu mẫu và tăng khả năng phát hiện rất phù hợp với phân tích
vết các kim loại.
Hệ máy đo ICP-MS bao gồm các bộ phận chính sau:
- Nguồn ion plasma
- Bộ quang học ion (tứ cực)
- Thiết bị đo phổ khối lượng – tứ cực
- Bộ lấy mẫu tự động
- Bộ sol hóa mẫu bằng sóng siêu âm trước khi đưa mẫu vào buồng
plasma. Hệ này giúp cho quá trình làm giàu mẫu lên nhiều lần tăng khả năng
phát hiện.
- Buồng chân không và hệ lọc khối (trường tứ cực và các thấu kính điện từ
ion)
- Vùng ghép nối
- Máy tính
Ngoài ra còn có máy lạnh tuần hoàn và hệ thống quạt hút.

Hình 2.2. Thiết bị phân tích ICP-MS được sử dụng
2.4. Phương pháp lấy mẫu bảo quản mẫu và xử lý mẫu
2.4.1. Lấy mẫu
Mẫu được lấy tại các thời gian và địa điểm khác nhau. Mỗi mẫu sau khi
lấy đều được ghi kèm các thông tin về vị trí lấy mẫu và loại mẫu.

19


Bảng 2.1.Vị trí lấy mẫu, thời gian địa điểm và kí hiệu mẫu
Kí hiệu mẫu

T1

Thời gian lấy
4/11/2016

Địa điểm
Khu công nghiệp

Cầu

Nghìn - An Bài- Phụ DựcT2
T3
T4

15/12/2016

Thái Bình
Khu công nghiệp Hiệp Sơn-

23/10/2016

Kim Môn - Hải Dương
Khu công nghiệp Tân Liên-

2/2/2017

Vĩnh Bảo - Hải Phòng
Xã Yên Từ - Yên Mô- Ninh
Bình

2.4.2. Xử lí sơ bộ và bảo quản mẫu
Mẫu cây mã đề:
Cây mã đề sau khi được lấy, rửa sạch bùn đất bám vào sau đó được
phơi khô và chuyển vào túi nhựa có gắn mép để bảo quản. Sau khi được đưa
về phòng thí nghiệm mẫu được tách riêng các bộ phận gốc, lá và hoa sau đó
được sấy khô ở 1050C đến khi khối lượng không đổi. Cho lá vào cối sứ đã
được rửa sạch và lau khô, rã đến khi tạo thành bột lá có kích thước nhỏ nhất
có thể. Rây bằng dụng cụ rây có khích thước đường kính các lỗ là 0,25µm ta
được bột lá với các phân tử lá có kích thước lớn nhất là 0,25µm.
2.4.3. Phá hủy mẫu bằng phương pháp lò vi sóng
Cân 0.200 g (200mg) mẫu đã được nghiền mịn trên cân phân tích sau
đó đưa vào hệ thống ống phá mẫu của lò vi sóng làm bằng teflon thêm 5ml
dung dịch axit HNO3 và 1ml H2O2. Thêm vào ống 0,1ml dung dịch chất nội
chuẩn là Th 5mg/l và 0,1ml Tb 5mg/l. Để phản ứng phân hủy mẫu xảy ra
hoàn toàn (khoảng 15-16 giờ trong tủ hút) sau đó đưa vào hệ thống lò vi sóng.
Sau 30 phút phân hủy mẫu trong lò vi sóng, lấy mẫu ra, để nguội (khoảng 20
phút), mở nắp từ từ cho khí thoát ra ngoài. Chuyển dung dịch từ bình phân
hủy ra các bình định mức rồi định mức bằng nước cất đến 100ml và đưa vào

20