(Luận văn thạc sĩ) Phân tích và đánh giá hàm lượng kim loại nặng trong cây cỏ mần trầu (Eleusine Indica Gagerth)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
––––––––––––––––––––––––

NGUYỄN THỊ THU HẰNG

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG KIM
LOẠI NẶNG TRONG CÂY CỎ MẦN TRẦU
(ELEUSINE INDICA GAGERTH)

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Thái Nguyên-2018


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ, Khoa
Hóa Học - Trường Đại học Khoa Học - Đại học Thái Nguyên, em đã nhận
được sự ủng hộ, giúp đỡ của các thầy cô giáo, các đồng nghiệp, bạn bè và
gia đình.
Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến thầy giáo TS.
Vương Trường Xuân đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến
thức và kinh nghiệm quý báu để em có thể hoàn thành luận văn này.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy giáo, cô giáo Khoa
Hóa học, các thầy cô trong Ban Giám hiệu trường Đại học Khoa Học - Đại học
Thái Nguyên đã giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em trong quá trình
học tập và nghiên cứu .
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên
cứu của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu
sót. Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các
bạn đồng nghiệp.

Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 20 tháng 09 năm 2018
Học viên

Nguyễn Thị Thu Hằng


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
1. Thông tin chung:
- Tên luận văn: “Phân tích và đánh giá hàm lượng kim loại nặng trong cây cỏ
mần trầu (eleusine indica gagerth)”
- Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Thu Hằng
- Lớp: Cao học Hóa Phân tích K10

Khoa: Hoá học

- Người hướng dẫn: TS. Vương Trường Xuân
2. Mục tiêu đề tài:
Xác định hàm lượng tổng số của Cd, Cu, Pb và Zn trong cây cỏ mần trầu bằng
phương pháp phân tích phổ khối lượng nguyên tử ICP-MS và so sánh với giới hạn
tiêu chuẩn cho phép của WHO.
3. Tính mới và sáng tạo:
Đã khảo sát và chọn được các điều kiện thực nghiệm phù hợp cho việc xác
định hàm lượng tổng số của Cd, Cu, Pb và Zn trong lá cây cỏ mần trầu trong các mẫu
phân tích bằng phép đo phổ khối lượng nguyên tử ICP-MS.
4. Kết quả nghiên cứu:
Đã xác định được hàm lượng tổng số Cd, Cu, Pb và Zn trong 11 mẫu cây cỏ
mần trầu bằng phương pháp ICP-MS.

5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và
khả năng áp dụng của đề tài:
Kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ là tài liệu tham khảo và học tập cho sinh viên
ngành Hóa, hoá dược, cử nhân Hóa học và công nghệ hoá học, trường Đại học Khoa học –
Đại học Thái Nguyên.
6. Công bố khoa học của học viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp
chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu
có): chưa có.


Ngày 20 tháng 9 năm 2018
Học viên chịu trách nhiệm chính thực hiện luận văn

(kí, họ và tên)

Nguyễn Thị Thu Hằng
Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của học viên
thực hiện luận văn (phần này do người hướng dẫn ghi):
…………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
…………..
Ngày.… tháng 9 năm 2018
Xác nhận của Trường
(kí tên và đóng dấu)

Người hướng dẫn
(kí, họ và tên)

Vương Trường Xuân


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i
MỤC LỤC .......................................................................................................... i
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... vi
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU............................................................ 2
1.1.Tổng quan về cây cỏ mần trầu .................................................................... 2
1.1.1. Giới thiệu về cây cỏ mần trầu ................................................................. 2
1.1.2. Mô tả thực vật ......................................................................................... 2
1.1.3. Công dụng của cỏ mần trầu..................................................................... 3
1.2. Một số tính chất lý, hóa của đồng, chì, cadimi và kẽm. ............................ 4
1.2.1. Tính chất vật lý của đồng, chì, cadimi và kẽm ....................................... 4
1.2.2. Một số tính chất hóa học của đồng, chì, cadimi và kẽm ......................... 4
1.3. Vai trò sinh học của các nguyên tố đồng, cadimi, chì và kẽm................... 5
1. 3.1. Vai trò sinh học của đồng ...................................................................... 5
1.3.2. Vai trò sinh học của kẽm......................................................................... 6
1.3.3. Vai trò sinh học của cadimi ..................................................................... 6
1.3.4. Vai trò sinh học của chì ........................................................................... 7
1.4. Các phương pháp xác định hàm lượng kim loại trong mẫu ....................... 8
1.4.1. Phương pháp phân tích thể tích ............................................................... 8
1.4.2. Phương pháp điện hoá ............................................................................. 8
1.4.3. Phương pháp quang phổ .......................................................................... 9
1.4.4. Phương pháp quang phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS) ................... 10
1.5. Các phương pháp xử lý mẫu để xác định kim loại .................................. 14
1.5.1. Kỹ thuật xử lý ướt .................................................................................. 14
1.5.2. Kỹ thuật xử lý khô................................................................................. 14

1.5.3. Kỹ thuật xử lý khô-ướt kết hợp ............................................................. 14
1.5.4. Phương pháp phân hủy mẫu bằng lò vi sóng ........................................ 15
1.5.5. Thiết bị phân hủy mẫu và phân tích mẫu .............................................. 15
i


1.6. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới. .................................. 16
1.7. Độ chụm của phép đo, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phương
pháp ................................................................................................................. 17
1.7.1. Độ chụm của phép đo ............................................................................ 17
1.7.2. Giới hạn phát hiện (Limit of Detection - LOD) .................................... 19
1.7.3. Giới hạn định lượng (Limit Of Quantity - LOQ) .................................. 19
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ...................................................................... 21
2.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................... 21
2.2. Nội dung nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu ................................... 21
2.2.1. Nội dung nghiên cứu.............................................................................. 21
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu....................................................................... 21
2.3. Thiết bị, hóa chất ...................................................................................... 22
2.3.1. Thiết bị, dụng cụ ................................................................................... 22
2.3.2. Hóa chất................................................................................................. 22
2.4. Phương pháp lấy mẫu xử lí mẫu sơ bộ và phá mẫu ................................. 22
2.4.1. Lấy mẫu ................................................................................................. 22
2.4.2. Quy trình xử lí mẫu sơ bộ ..................................................................... 23
2.4.3. Quy trình phá mẫu bằng lò vi sóng ....................................................... 24
2.5. Xây dựng đường chuẩn của các nguyên tố Cd, Cu, Pb, Zn ..................... 24
2.5.1. Pha hóa chất .......................................................................................... 24
2.5.2. Xây dựng đường chuẩn ......................................................................... 25
2.6. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị ....................................................................... 26
2.6.1. Hóa chất................................................................................................. 26
2.6.2. Dụng cụ ................................................................................................. 26

2.7. Phương pháp xử lí kết quả phân tích theo phương pháp đường chuẩn ......... 26
2.8. Phương pháp thêm chuẩn - đánh giá độ thu hồi Cu(II), Pb(II), Cd(II) và Zn(II)
sau khi thêm chuẩn ........................................................................................... 27
2.9. Phân tích mẫu thật .................................................................................... 29
CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................. 30
ii


3.1. Tối ưu hóa điều kiện phân tích bằng ICP-MS ......................................... 30
3.1.1. Các điều kiện phá mẫu của lò vi sóng................................................... 30
3.1.2. Các điều kiện đo phổ khối nguyên tử của Cu, Pb, Cd, Zn bằng ICP-MS ... 30
3.1.3. Chọn đồng vị phân tích ......................................................................... 30
3.2. Đường chuẩn của Cu, Pb, Cd và Zn........................................................ 31
3.2.1. Đường chuẩn của Cu ............................................................................. 32
3.2.2. Đường chuẩn của Pb ............................................................................. 33
3.2.3. Đường chuẩn của Cd ............................................................................. 33
3.2.4. Đường chuẩn của Zn ............................................................................. 34
3.3. Phương pháp thêm chuẩn tính độ thu hồi của Cu(II), Pb(II), Cd(II) và Zn(II)
......................................................................................................................... 36
3.4. Kết quả xác định hàm lượng tổng số của các kim loại Cu, Pb, Cd, Zn trong
các mẫu cây Mần Trầu .................................................................................... 36
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 40
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 41

iii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Kí hiệu
STT

và chữ

Tiếng Anh

Tiếng Việt

viết tắt
Atomic Absorption

Quang phổ hấp thụ

Spectrometry

nguyên tử

Flame atomic absorbtion

Phổ hấp thụ nguyên

spectroscopy

tử ngọn lửa

GF-

Graphite furnace atomic

Phổ hấp thụ nguyên

AAS

absorption spectroscopy

tử lò graphit

1

AAS

2

F-AAS

3

Nguồn plasma cao tần

ICP
4

Inductively coupled plasma
ICP-MS Inductively coupled plasma

5

mass spectrometry

cảm ứng
Phổ khối nguyên tử

nguồn plasma cao tần
cảm ứng

ICP6

7

AES

Inductively coupled plasma
atomic emission spectroscopy

Phổ phát xạ nguyên tử
nguồn plasma cao tần
cảm ứng

ICP-

Inductively coupled plasma -

Phổ phát xạ quang

OES

optical emission spectrometry

học nguyên tử nguồn
plasma cao tần cảm
ứng

8

AES

Atomic emission spectroscopy

Phổ phát xạ nguyên tử

9

M/Z

Mass-to-charge ratio

Khối lượng/điện tích

10

ppb

Parts per billion

Một phần tỉ

LOD

Limit of detection

Giới hạn phát hiện

11

12
13

của phương pháp
LOQ

Giới hạn định lượng

Limit of quantity

của phương pháp
WHO

World Health Organization

iv

Tổ chức y tế thế giới


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 . So sánh khả năng phát hiện của các kỹ thuật phân tích ................ 12
Bảng 2.1. Thời gian, địa điểm lấy và kí hiệu các mẫu Cỏ Mần Trầu ............ 23
Bảng 2.2. Thể tích các dung dịch cần lấy ....................................................... 26
Bảng 3.1. Các thông số thích hợp cho lò vi sóng phá mẫu ............................. 30
Bảng 3.2. Các điều kiện vận hành thích hợp cho máy đo ............................... 30
Bảng 3.3. Tỷ số khối lượng/điện tích (m/z) của các kim loại cần phân tích .. 31
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát độ tuyến tính của các nguyên tố ......................... 31

Bảng 3.5. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của các nguyên tố ....... 36
Bảng 3.6. Kết quả độ thu hồi của các nguyên tố............................................. 36
Bảng 3.7. Kết quả xác định hàm lượng Cu, Pb, Cd, Zn trong mẫu phân tích .... 37

v


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cỏ mần trầu ....................................................................................... 3
Hình 3.1. Đường chuẩn của đồng ................................................................... 32
Hình 3.2. Đường chuẩn của chì....................................................................... 33
Hình 3.3. Đường chuẩn của Cadmi ................................................................. 34
Hình 3.4. Đường chuẩn của kẽm..................................................................... 35
Hình 3.5. Biểu đồ thể hiện hàm lượng các kim loại Cu, Pb, Cd trong các mẫu
phân tích so với giới hạn cho phép của WHO và Singapore. ........................ 39

vi


MỞ ĐẦU
Cỏ mần trầu (Eleusine indica Gagerth) là loại cây thảo sống, cao từ 1590cm, có rễ mọc khỏe, thân bò dài ở gốc, phân nhánh, sau mọc thẳng đứng
thành bụi. Cây được biết đến rộng rãi vì mọc phổ biến ở nhiều nơi, nhưng đặc
biệt hơn vì những tác dụng của nó trong các bài thuốc dân gian như : chữa cao
huyết áp, sản dịch, viêm gan... Song ngày nay môi trường đất, nước, không khí
đang chịu ảnh hưởng nghiêm trọng của các loại rác thải, khí thải.. nên cây cỏ
Mần Trầu có thể bị nhiễm một số kim loại nặng từ môi trường. Vì vậy, ngoài
việc quan tâm nghiên cứu các chất có hoạt tính sinh học sử dụng làm thuốc mà
chúng ta cần phải quan tâm nghiên cứu và kiểm tra khống chế các chất có hại
đặc biệt là các kim loại nặng (Cd, Zn, Cu, Pb) ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe
của con người trong khi sử dụng.

Trong nhiều phương pháp phân tích xác định hàm lượng các kim loại nặng,
ICP-MS là một trong những phương pháp phù hợp nhất, có thể xác định đồng
thời nhiều kim loại nặng cùng một lúc và được ứng dụng phổ biến để phân tích
hàm lượng các kim loại nặng trong các mẫu thực phẩm, dược phẩm và môi
trường.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế và tính cấp thiết đó nhằm góp phần vào công
tác đảm bảo chất lượng cây thuốc nam tôi chọn và thực hiện đề tài: “Phân tích,
đánh giá hàm lượng kim loại nặng trong cây cỏ Mần Trầu (Eleusine Indica
Gagerth)” với mục đích sau:
- Nghiên cứu và lựa chọn các điều kiện tối ưu trong quá trình xử lí mẫu
để định lượng các kim loại nặng trong cây Cỏ Mần Trầu (Eleusine Indica
Gagerth) bằng phương pháp ICP - MS.
- Lựa chọn các thông số phù hợp của máy đo
- Đưa ra quy trình phân tích Cd, Zn, Cu, Pb bằng phương pháp ICP - MS
và áp dụng phân tích một số mẫu thực tế.

1


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.Tổng quan về cây cỏ mần trầu
1.1.1. Giới thiệu về cây cỏ mần trầu
Tên khoa học: Eleusine indica Gagerth
Họ: hòa thảo - Poaceae
Tên Việt Nam: cỏ Mần trầu
Tên nước ngoài: goosegrass, wiregrass, Indian goosegrass (Anh)
Tên khác: cỏ vườn trầu, cỏ màn trầu, thanh tâm thảo, ngưu tâm thảo,sam
tự thảo, tất suất thảo, cỏ vườn trầu, cỏ chỉ tía, có dáng, cỏ bắc,.. [1]
Đây là loài phân bố ở các vùng khí hậu ấm từ vĩ độ 50 trở lên
Cỏ mần trầu mọc hoang ở bãi cỏ, vệ đường ở khắp nước ta. Còn mọc ở

Cămpuchia, Lào, Trung Quốc và các nước nhiệt đới và á nhiệt đới khác.
Gia súc hay ăn, còn dùng để làm thuốc (toàn cây). Mùa thu hái gần như
quanh năm [1].
1.1.2. Mô tả thực vật
Cỏ mần trầu có thân thảo hợp thành cụm dày đặc, hơi sà, hay đứng, cao
khoảng 30 đến 90 cm, nhẵn, láng, nhảy con rất mạnh, bao vỏ bên ngoài phẳng,
màu trắng hay màu xám nhạt. Rễ chùm và sâu.
Lá: lá có phiến không lông lá, ở mép lá là một hàng lông, mọc cách, cặp
đôi và mọc xiên thẳng. Vỏ bọc bên ngoài không lông, cạnh có góc, một lớp vảy
màng mỏng ôm lấy thân, rất ngắn khoảng 0,5 đến 1 mm . Phiến lá dài 10 đến
35 cm và 3 đến 10 mm rộng, thẳng, gắp lại phía dưới, kế phẳng phía đỉnh lá,
kết thúc bằng một đỉnh nhọn
Gân lá gần như song song, nổi lên ở giữa tạo thành một rãnh. Bìa lá mỏng
mịn và có lông tơ, nhất là ở gần màng mỏng ôm thân phía dưới ligule. [2]
Phát hoa: màu xanh là do một số nhánh gắn từ một điểm (ít khi 2), dài
4 đến 6 cm, 2 đến 10 chùm gié hoa chẻ ra và thẳng xiên, dài 3 - 15 cm và 3-7
mm rộng. Những hoa con, không cuống, gắn thành 2 hàng mặt dưới của cột

2


sống rachis gắn, ở một bên, màu xanh dợt. Hoa con phẳng ở bên như cánh
quạt, xếp lỏng lẻo, chồng chéo lên nhau, 4 đến 8 mm dài và 3 – 6 mm rộng.
Trấu còn gọi là mài lớn glume và glumelle gọi là mài nhỏ. Trấu ở bên dưới 1 –
3 mm dài và trấu bên trên 2,5 – 5 mm dài, có màng, hình mũi giáo hiện diện
những gân ở trung tâm rõ và thô. Ban đầu có màu xanh lá cây, không lông,
nhưng trở nên sáng bóng và bạc khi có sự hiện diện của những hoa con bên
trong sau đó chuyễn thành màu nâu khi chín, những bông con rời khỏi trục giữa
các hoa[1,2].

Hình 1.1. Cỏ mần trầu

1.1.3. Công dụng của cỏ mần trầu
Lợi tiểu, diệt giun sán , giải nhiệt. Toàn cây rễ thân lá, đặc biệt rễ được
xem như thuốc chữa trị: đổ mồ hôi và chống sốt
Cỏ mần trầu nguyên cây nhầt là rễ, có những tác dụng như sau : Lọc
máu, lợi tiểu ,hạ nhiệt, và nhuận tràng ,duy trì lượng nước tiểu .
Người dân Venezuelians đã nấu sắc hạt mần trầu để dùng để chữa trị
những bệnh về gan như : bệnh vàng da ở trẻ em, những nước ở Châu Phi dùng

3


cây này để chữa trị những triệu chứng đường hô hấp như là : bệnh ho ra
máu hemoptysis[1,2].
1.2. Một số tính chất lý, hóa của đồng, chì, cadimi và kẽm.
1.2.1. Tính chất vật lý của đồng, chì, cadimi và kẽm
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. Đồng là kim
loại nặng, mềm, màu ánh đỏ, có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao [3,4].
1.2.2. Một số tính chất hóa học của đồng, chì, cadimi và kẽm
* 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
[4].
- 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
t
2Pb + 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 [4].
- Kẽm cháy trong không khí tạo ngọn lửa màu xanh lục.
Zn + ½ O2

ZnO

* 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
4


Pb + Cl2 →

PbCl2

- Cadimi và kẽm tác dụng với halogen, lưu huỳnh, photpho, selen ... tạo
muối tương ứng [3,4].
* Tác dụng với nước
Đồng, chì, cadimi và kẽm 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:
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, Zn có thể tác dụng giải phóng khí H2 [4].
- Với các axit có tính oxi hóa mạnh như HNO3, H2SO4 đặc thì Cu, Cd,
Pb, Zn đều hoạt động mạnh.
- 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 và kẽm còn có thể tan được trong dung dịch kiềm giải
phóng hiđro:
Pb + 2KOH + 2H2O → K2[Pb(OH)4] + H2 ↑
Zn + 2KOH + 2H2O → K2[Zn(OH)4] + H2 ↑
1.3. Vai trò sinh học của các nguyên tố đồng, cadimi, chì và kẽm
1. 3.1. 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.

5

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 [2, 5].
1.3.2. Vai trò sinh học của kẽm
Kẽm là thành phần tự nhiên của nhiều loại rau củ và cần thiết cho đời
sống con người. Một khẩu phần mẫu cung cấp hàng ngày từ 0,17 đến 0,25 mg
Zn/kg thể trọng.
Nói chung, tất cả các loại động vật đều chịu đựng được kẽm, kim loại mà ít gây
độc nếu hàm lượng thấp và khẩu phần ăn chứa nhiều đồng, sắt và chịu tác động
tương hỗ giữa các yếu tố khác.
Do có giới hạn bảo đảm chắc chắn giữa nồng độ kẽm có trong khẩu phần
ăn bình thường hàng ngày, với liều lượng kẽm có thể gây ngộ độc do tích luỹ,
cho nên với hàm lượng kẽm được quy định giới hạn trong thức ăn (từ 5 đến 10
ppm) không ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng. Ngộ độc do kẽm cũng
là ngộ độc do cấp tính, do ăn nhầm phải một lượng lớn kẽm (5-10g ZnSO4 hoặc
3-5g ZnCl2) có thể gây chết người với triệu chứng như có vị kim loại khó chịu
và dai dẳng trong miệng, nôn, ỉa chảy, mồ hôi lạnh, mạch đập khẽ, chết sau 10
đến 48 giây[5,6]
1.3.3. Vai trò sinh học 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 [6].
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 [5].
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

6


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 Zn2+ 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...[5].
1.3.4. Vai trò sinh học của chì
Trong sản xuất công nghiệp, 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, 8].
7


1.4. 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), quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) và không ngọn lửa
(GF-AAS)…sau đây là một số phương pháp xác định [9].
1.4.1. 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 vừađủ với chất định phân gọi là điểm tương đương. Để nhận biết điểm
tương đương, người ta dùng các chất gây ra hiện tượng đổi 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 oxi hoá khử, phương pháp complexon
[10].
1.4.2. Phương pháp điện hoá
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 thế khử khác nhau. Thông qua
chiều cao của đường cong Von-Ampe có thể định lượng được ion kim loại trong
dung dịch ghi cực phổ [11].

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:
8


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 [11].
1.4.3. Phương pháp quang phổ
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 hằng số thực nghiệm
C là nồng độ của chất phân tích [9].
Phương pháp quang 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.

Nhược điểm: chỉ cho biết thành phần nguyên tố trong mẫu mà không chỉ
ra được trạng thái liên kết của nó trong mẫu [10].
Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
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
9


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 [9,12].
1.4.4. 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 cỡ MHz được cung cấp bằng
một máy phát cao 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].
1.4.4.1. 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 [9,12].

1.4.4.2. 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)

→ MnXm(k)
10


Phân li: MnXm(k)

→

Ion hóa: M(k)0 + Enhiệt →

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].
1.4.4.3. Ưu điểm của phương pháp phân tích ICP-MS
- Nguồn ICP là nguồn năng lượng kích thích phổ có năng lượng cao, 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 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 phân tích 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...

11


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 tích 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].
Bảng 1.1 . So sánh khả năng phát hiện của các kỹ thuật phân tích
STT

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23

Nguyên
tố
As
Al
Ba
Be

Bi
Cd
Ce
Co
Cr
Cu
Gd
Ho
In
La
Li
Mn
Ni
Pb
Se
Tl
U
Y
Zn

ICP-MS
ICP-AES
F-AAS
(ppb)
(ppb)
(ppb)
< 0,050
< 20
< 500
< 0,010

< 3,0
< 50
< 0,005
< 0,2
< 50
< 0,050
< 0,5
<5
< 0,005
< 20
< 100
< 0.010
< 3,0
<5
< 0.005
< 15
< 200000
< 0,005
< 10
< 10
< 0,005
< 10
< 10
< 0,010
< 5,0
<5
< 0,005
< 5,0
< 4000
< 0,005

< 1,0
< 80
< 0,010
< 30
< 80
< 0,005
< 0,05
< 4000
< 0,020
<1
<5
< 0,005
< 0,5
<5
< 0,005
< 10
< 20
< 0,005
< 20
< 20
< 0,10
< 50
< 1000
< 0,010
< 30
< 40
< 0,010
< 30
< 100000
< 0,005

< 0,5
< 500
< 0,02
< 1,0
<2
(KPH: không phát hiện được)

GFA-AAS
(ppb)
<1
< 0,5
< 1,5
< 0,05
<1
< 0,03
KPH
< 0,5
< 0,15
< 0,5
KPH
KPH
< 0,5
KPH
< 0,5
< 0,06
< 0,5
< 0,5
<1
< 1,5
KPH

KPH
< 0,01

1.4.4.4. 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 cùng với mẫu đo nên các
nguyên tố có trong thành phần của nước (H,O,N,C...) và khí bổ sung không
thể phân tích được bằng phương pháp này.

12


- 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 [12].
1.4.4.5. 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.
- 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].
1.4.4.6. Chất nội chuẩn
Nếu chất nội chuẩn thêm vào có nồng độ là Cch, có cường độ pic phổ

khối là Ich và mẫu phân tích có nồng độ là Cx, có cường độ pic phổ khối là Ix
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 nội chuẩn 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, chất nội chuẩn 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

13


chất nội chuẩn thường được sử dụng trong phân tích phổ khối ICP-MS là Ge,
In, Li, Sc, Th, Tb [12].
1.5. 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:
1.5.1. 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,
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 + Na2O2),

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 [13].
1.5.2. Kỹ thuật xử lý khô
o

Nung mẫu trong lò nung ở một nhiệt độ thích hợp (450-750 C), 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 [13].
1.5.3. Kỹ thuật xử 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
[13].
14


1.5.4. 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, hạn chế sự ô
nhiễm mẫu phân tích từ bên ngòa.
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 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 [13].
1.5.5. Thiết bị phân hủy mẫu và phân tích mẫu
1.5.5.1. 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.
1.5.5.2. Thiết bị phân tích mẫu
Thiết bị ICP-MS (Perkin Elmer) 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
15