Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật phân tích dòng chảy (FIA) dùng detector điện hóa để đánh giá ô nhiễm chì và cadimi trong nước mặt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------

PHAN THỊ THANH HẢO

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT PHÂN TÍCH
DÒNG CHẢY (FIA) DÙNG DETECTOR ĐIỆN HÓA ĐỂ ĐÁNH GIÁ Ô
NHIỄM CHÌ VÀ CADIMI TRONG NƯỚC MẶT

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Phan Thị Thanh Hảo

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT PHÂN TÍCH
DÒNG CHẢY (FIA) DÙNG DETECTOR ĐIỆN HÓA ĐỂ ĐÁNH GIÁ
Ô NHIỄM CHÌ VÀ CADIMI TRONG NƯỚC MẶT

Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã ngành: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐỖ PHÚC QUÂN
TS. LÊ THỊ HOÀNG OANH

HÀ NỘI – 2017


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, với lòng biết ơn và sự kính trọng sâu sắc, em xin chân thành
cảm ơn TS. Đỗ Phúc Quân, Phó giám đốc Trung tâm Nghiên cứu công nghệ Môi
trường và Phát triển Bền vững (Trung tâm CETASD), Trường Đại học Khoa học
Tự nhiên tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em thực hiện đề tài
luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Lê Thị Hoàng Oanh – giảng viên khoa Môi
trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã động viên và cũng như lời khuyên
bổ ích cho em những kiến thức về đánh giá ô nhiễm môi trường để em có thể hoàn
thành tốt luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô thuộc Bộ môn Công nghệ môi
trường, Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia
Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể học tập và làm việc trong suốt
thời gian nghiên cứu.
Đặc biệt, em xin trân trọng cảm ơn Trường đại học Khoa học Tự Nhiên đơn vị chủ trì đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị quan trắc môi trường
trực tuyến đa kênh theo nguyên lý kỹ thuật phân tích dòng chảy FIA nhằm xác định
một số kim loại độc hại trong nước”, mã số: ĐTĐL CN.46/16 do TS. Đỗ Phúc
Quân làm chủ nhiệm đã tạo điều kiện để em có thể tham gia và sử dụng kết quả
nghiên cứu của đề tài nghiên cứu khoa học để hoàn thành luận văn này.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè luôn quan tâm động viên
và đóng góp ý kiến giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn thiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, Ngày 20 tháng 01 năm 2018
Học viên

Phan Thị Thanh Hảo

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU

........................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................... 3
1.1. Ô nhiễm chì và cadimi trong nư ớc mặt ............................................................ 3
1.1.1. Tình hình ô nhiễm chì và cadimi trong nước mặt........................................ 3
1.1.2. Tác động đến môi trường và sức khỏe ......................................................... 7
1.1.2.1. Giới thiệu chung ......................................................................................... 7
1.1.2.2. Tác động đến môi trường và sức khỏe của chì .......................................... 8
1.1.2.3. Tác động đến môi trường và sức khỏe của cadimi .................................. 10
1.2. Phân tích định lượng kim loại nặng bằng kỹ thuật phân tích dòng chảy FIA12
1.2.1. Nguyên tắc hoạt động ................................................................................. 14
1.2.2. Các thành phần cơ bản................................................................................ 17
1.2.3. Detector trong hệ FIA................................................................................. 19
1.2.3.1. Các loại detector trong hệ FIA ................................................................. 19
1.2.3.2. Detector điện hóa ..................................................................................... 20
1.2.4. Một số nghiên cứu xác định kim loại nặng bằng kỹ thuật phân tích dòng
chảy (FIA) sử dụng detector điện hóa ................................................................... 22
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................... 26
2.1. Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................... 26
2.2. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất.......................................................................... 26
2.2.1. Thiết bị và dụng cụ ..................................................................................... 26
2.2.2. Hóa chất ...................................................................................................... 27
2.3. Nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích bằng hệ thống dòng chảy (FIA) sử
dụng detector điện hóa........................................................................................... 27
2.3.1. Chế tạo và tối ưu hóa detector điện hóa (điện cực biến tính) .................... 27
2.3.2. Tối ưu hóa các điều kiện hoạt động của hệ FIA ........................................ 29

2.4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 30
2.4.1. Phương pháp điện hóa ................................................................................ 30
2.4.2. Phương pháp phân tích đối chứng.............................................................. 30
2.4.3. Phương pháp thống kê xử lý số liệu thực nghiệm ..................................... 31


2.4.4. Phương pháp đánh giá hiện trạng và nguy cơ ô nhiễm chất lượng nước mặt
......................................................................................................................... 31
2.4.4.1. Chọn điểm lấy mẫu .................................................................................. 31
2.4.4.2. Lấy mẫu, bảo quản mẫu ........................................................................... 33
2.4.4.3. Xử lý mẫu ................................................................................................. 33
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 34
3.1. Khảo sát điều kiện hoạt động của hệ thống phân tích dòng chảy FIA sử dụng
detector điện hóa.................................................................................................... 34
3.1.1. Điều kiện chế tạo và điều kiện đo tối ưu của detector điện hóa ................ 34
3.1.1.1. Vật liệu biến tính điện cực ....................................................................... 34
3.1.1.2. Nghiên cứu cấu trúc bề mặt điện cực biến tính ....................................... 37
3.1.1.3. Điều kiện biến tính tối ưu của điện cực GC/CNT/PDA/SbNPs.............. 41
3.1.1.4. Ảnh hưởng của một số chất gây nhiễu..................................................... 49
3.1.1.5. Điều kiện đo tối ưu ................................................................................... 52
3.1.2. Kết quả khảo sát điều kiện hoạt động tối ưu của hệ FIA........................... 55
3.1.2.1. Tốc độ dòng chảy ..................................................................................... 55
3.1.2.2. Thời gian bơm mẫu .................................................................................. 56
3.2. Kết quả khảo sát độ nhạy và độ chính xác của hệ thống phân tích dòng chảy
FIA dùng detector điện hóa ................................................................................... 57
3.2.1. Đối với mẫu chuẩn ..................................................................................... 57
3.2.2. Đối với mẫu thực ........................................................................................ 59
3.3. Đánh giá mức độ ô nhiễm chì và cadimi tổng trong nước mặt của sông Kim
Ngưu, sông Tô Lịch, sông Nhuệ và đề xuất giải pháp quản lý ô nhiễm .............. 62
3.3.1. Hàm lượng chì và cadimi tổng trong nước mặt được đo bằng hệ thống FIA

dùng detector điện hóa........................................................................................... 62
3.3.2. Đánh giá mức độ ô nhiễm chì và cadimi trong nước mặt của sông Kim
Ngưu, sông Tô Lịch, sông Nhuệ và đề xuất giải pháp quản lý ô nhiễm .............. 63
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................... 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 70
PHỤ LỤC

......................................................................................................... 74


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
ABS

Dung dịch đệm axetat (Acetate buffer solution)

CA

Dòng – thời gian (i-t) (Chronoamperometry)

CNT-SDS

Ống nano cacbon đa vách – Natri dodexyl sunphát (Carbon
nanotubes - sodium dodecyl sulfate)

CV

Von – ampe vòng (Cyclic voltammetry)

DPASV

Von – ampe hoàn tan xung vi phân (Differential pulse
anodic stripping voltammetry)

EDS

Phổ tán xạ năng lượng tia X (Energy dispersive X-ray
spectroscopy)

GCE

Điện cực glasy cacbon (Glassy carbon electrode)

ITO

Điện cực oxit thiếc indi (Indium tin oxide)

FIA

Phân tích dòng chảy (Flow injection analysis)

PDA

Polydopamin (Polydopamine)

SbNPs

Hạt nano antimon (Antimon nanoparticles)

SEM

Kính hiển vi điện tử quét (Scanning electron microscope)


DANH MỤC HÌNH
Hình 1-1. Các nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng vào môi trường nước ................ 3
Hình 1-2. Ô nhiễm kim loại nặng ở sông Rio Tinto, Tây Ban Nha [9].................. 4
Hình 1-3. Biểu hiện do nhiễm độc chì [15] .......................................................... 10
Hình 1-4. Bệnh Itai-Itai ......................................................................................... 12
Hình 1-5. Thành phần cơ bản của hệ FIA ............................................................. 13
Hình 1-6. Quá trình phân tán điển hình trong hệ FIA .......................................... 15
Hình 1-7. Sơ đồ của một hệ thống phân tích dòng chảy (FIA) đơn giản ............. 18
Hình 2-1. Thiết bị Autolab PGSTAT302N ........................................................... 26
Hình 2-2. Thành phần cấu tạo của hệ thống phân tích dòng chảy FIA ................ 29
Hình

3-1. Tín

hiệu

DPV của Cd2+ trên điện cực GC/SbNPs (a) và

GC/CNT/PDA/SbNPs (b)...................................................................................... 35
Hình

3-2. Tín hiệu

DPV của Pb2+ trên điện cực GC/SbNPs (a) và

GC/CNT/PDA/SbNPs (b)...................................................................................... 35
Hình 3-3. Đường chuẩn của Cd2+ (a) và Pb2+ (b) trên điện cực

GC/CNT/PDA/SbNPs ........................................................................................... 36
Hình 3-4. Kết quả chụp ảnh SEM ......................................................................... 38
Hình 3-5. Kết quả chụp ảnh EDS của CNT/PDA/SbNPs..................................... 38
Hình 3-6. Tín hiệu CV và đường biểu diễn I-v1/2 khi đo dung dịch Fe(CN)6 4-/35mM trong KCl 0,1M với điện cực GC/SbNPs (a), GC/CNT/SbNPs (b),
GC/CNT/PDA/SbNPs (c) ...................................................................................... 40
Hình 3-7. Tín hiệu DPV và đường chuẩn của Cd2+ (a) và Pb2+ (b) tại thời gian điện
phân PDA tối ưu .................................................................................................... 42
Hình 3-8. Tín hiệu DPV và đường chuẩn của Cd2+ (a) và Pb2+ (b) tại thế điện phân
antimon tối ưu ........................................................................................................ 44
Hình 3-9. Tín hiệu DPV và đường chuẩn của Cd2+ (a) và Pb2+ (b) tại thời gian điện
phân antimon tối ưu ............................................................................................... 46
Hình 3-10. Tín hiệu DPV của Cd2+ 100 µg/l (a) và Pb2+ 100 µg/l (b) trong dung
dịch ABS pH 4,5 sau 7 lần đo ............................................................................... 48
Hình 3-11. Tín hiệu DPV của Pb2+ khi tăng dần nồng độ Cd2+ (a) và sự phụ thuộc
của cường độ tín hiệu của Pb2+ vào nồng độ của Cd2+ (b) ................................... 49
Hình 3-12. Đường chuẩn của Cd2+ trong dung dịch chứa Pb2+ 100 µg/l ............. 50


Hình 3-13. Tín hiệu DPV của Cd2+ khi tăng dần nồng độ Pb2+ (a) và sự phụ thuộc
của cường độ tín hiệu của Cd2+ vào nồng độ của Pb2+ (b) ................................... 50
Hình 3-14. Đường chuẩn của Pb2+ trong dung dịch chứa Cd2+ 100 µg/l ............. 51
Hình 3-15. Tín hiệu DPV của Cd2+ (a) và Pb2+ (b) khi thêm Cu2+ ....................... 52
Hình 3-16. Ảnh hưởng của thế điện phân làm giàu đến tín hiệu của Cd2+ (a) và Pb2+
(b) ........................................................................................................................... 53
Hình 3-17. Ảnh hưởng của thời gian điện phân làm giàu đến tín hiệu của Cd2+ (a)
và Pb2+ (b) .............................................................................................................. 54
Hình 3-18. Ảnh hưởng của tốc độ bơm đến tín hiệu của Cd2+ (a) và Pb2+ (b) ..... 55
Hình 3-19. Ảnh hưởng của thời gian bơm mẫu đến tín hiệu của Cd2+ (a) và Pb2+(b)
................................................................................................................................ 56
Hình 3-20. Tín hiệu DPV và đường chuẩn của Cd2+ (a) và Pb2+ (b) đo bằng hệ FIA

................................................................................................................................ 57
Hình 3-21. Tín hiệu DPV thêm chuẩn (a) và đồ thị thêm chuẩn (b) của Cd2+ trong
mẫu nước mặt ........................................................................................................ 60
Hình 3-22. Tín hiệu DPV thêm chuẩn (a) và đồ thị thêm chuẩn (b) của Pb2+ trong
mẫu nước mặt ........................................................................................................ 60
Hình 3-23. Biến động hàm lượng của cadimi (a) và chì (b) trong nước sông Tô
Lịch, sông Kim Ngưu và sông Nhuệ..................................................................... 63


DANH MỤC BẢNG
Bả ng 1-1. Giá trị giới hạn của cadimi và chì trong nước mặt [1]........................... 6
Bả ng 1-2. Một số kỹ thuật thường được sử dụng trong hệ FIA ........................... 19
Bả ng 1-3. Một số kỹ thuật điện hóa thường được sử dụng trong hệ FIA ............ 21
Bảng 1-4. Một số nghiên cứu xác định kim loại nặng bằng kỹ thuật phân tích dòng
kết hợp detector điện hóa ...................................................................................... 22
Bả ng 2-1. Vị trí lấy mẫu nước............................................................................... 32
Bảng 3-1. Đặc trưng điện hóa của điện cực GC/CNT/PDA/SbNPs khi thời gian
điện phân PDA thay đổi ........................................................................................ 41
Bảng 3-2. Đặc trưng điện hóa của điện cực GC/CNT/PDA/SbNPs khi thế điện
phân antimon thay đổi ........................................................................................... 43
Bảng 3-3. Đặc trưng điện hóa của điện cực GC/CNT/PDA/SbNPs khi thời gian
điện phân antimon thay đổi ................................................................................... 45
Bả ng 3-4. Điều kiện biến tính tối ưu của điện cực GC/CNT/PDA/SbNPs .......... 47
Bảng 3-5. Độ lặp lại của phép đo điện hóa sử dụng điện cực GC/CNTPDA/SbNPs
................................................................................................................................ 48
Bảng 3-6. Ảnh hưởng của thế điện phân làm giàu (Ed ) đến cường độ tín hiệu (Ip )
của Cd2+ và Pb2+ .................................................................................................... 53
Bảng 3-7. Ảnh hưởng của thời gian điện phân làm giàu (td) đến cường độ tín hiệu
(Ip ) của Cd2+ và Pb2+ .............................................................................................. 54
Bảng 3-8. Ảnh hưởng của tốc độ bơm mẫu đến cường độ tín hiệu của Pb2+ và Cd2+

................................................................................................................................ 55
Bảng 3-9. Ảnh hưởng của thời gian bơm mẫu đến cường độ tín hiệu của Pb2+ và
Cd2+ ........................................................................................................................ 56
Bảng 3-10. Kết quả phân tích hàm lượng Cd2+ và Pb2+ bằng phương pháp đường
chuẩn và phương pháp thêm chuẩn so với hàm lượng thực ................................. 58
Bảng 3-11. Kết quả phân tích hàm lượng chì và cadimi trong mẫu nước môi trường
................................................................................................................................ 61
Bảng 3-12. Kết quả phân tích hàm lượng chì và cadimi trong mẫu nước mặt của
sông Tô Lịch, sông Nhuệ và sông Kim Ngưu ...................................................... 62
Bảng 3-13. Hàm lượng cadimi và chì trong nước sông Tô Lịch, sông Nhuệ và sông
Kim Ngưu được đo bằng kỹ thuật phân tích dòng chảy FIA dùng detector điện hóa
và các nghiên cứu khoa học đã công bố................................................................ 65


MỞ ĐẦU
Việt Nam là quốc gia có hệ thống sông ngòi dày đặc với tổng lượng dòng chảy
nước mặt hàng năm lên đến 830-840 tỷ mét khối. Tuy nhiên, Việt Nam không phải
là quốc gia giàu nước ngọt [2]. Chất lượng nước mặt của Việt Nam đang có chiều
hướng ngày càng bị suy thoái, ô nhiễm, cạn kiệt bởi nhiều nguyên nhân. Trong đó,
sự gia tăng dân số, gia tăng nhu cầu về nước do gia tăng chất lượng cuộc sống, đô thị
hoá cũng như quản lý, bảo vệ, khai thác, sử dụng tài nguyên nước kém hiệu quả, thiếu
bền vững đang là mối đe dọa an ninh nguồn nước. Nhiều sông, hồ, kênh, rạch ở các
thành phố lớn, các khu dân cư tập trung đang dần biến thành nơi chứa các chất thải
đô thị, chất thải công nghiệp chưa qua xử lý.
Hiện nay, mối quan tâm về ô nhiễm kim loại nặng ngày càng tăng đã dẫn đến
sự tăng nhu cầu về giám sát lượng vết của các kim loại nặng trong các lĩnh vực khác
nhau như công nghiệp [17], lâm sàng [29], môi trường [8]. Thông thường, phân tích
lượng vết các kim loại được thực hiện trong phòng thí nghiệm kết hợp với các bước
lấy mẫu, vận chuyển và bảo quản mất nhiều thời gian. Vì vậy, việc quan trắc tại chỗ
lượng vết các kim loại nặng đang là nhu cầu cần thiết trong quá trình sản xuất công,

nông nghiệp và lĩnh vực bảo vệ môi trường. Trong kiểm soát chất lượng nước, quá
trình giám sát liên tục những kim loại độc hại để có thể thực hiện những biện pháp
khắc phục kịp thời nhằm tránh được các rủi ro môi trường ngày càng đóng vai trò
quan trọng. Những phép đo tại chỗ cũng giúp tránh các sai số do nhiễm bẩn, mất mát
và những thay đổi khác (cân bằng), kết hợp với bước thu thập mẫu đơn giản có thể
làm giảm chi phí phân tích kim loại một cách đáng kể. Một số kỹ thuật như trắc quang,
hấp thụ nguyên tử (AAS, GF-AAS), huỳnh quang tia X (XRF), quang phổ phát xạ
nguyên tử plasma cảm ứng (ICP-ASE), khối phổ plasma cảm ứng (ICPMS)….thường được sử dụng để đo lượng vết của các kim loại nặng trong phòng thí
nghiệm, nhưng lại không phù hợp với các yêu cầu thử nghiệm hiện trường [35].
Phân tích điện hóa hòa tan được công nhận là một công cụ hữu hiệu để phân
tích lượng vết kim loại, bởi vì nó cung cấp dải tuyến tính rộng, giới hạn phát hiện cỡ
nanomol, độ nhạy, độ chọn lọc cao, thiết bị đơn giản, giá thành tương đối thấp và phù

1


hợp với khả năng tự động hóa [34, 35]. Tuy nhiên, việc áp dụng ASV để xác định
đồng thời nhiều chất phân tích trong các nền mẫu phức tạp rất khó thực hiện.
Hệ phân tích dòng chảy (FIA) sử dụng detector điện hóa [21] đã được nghiê n
cứu để xác định hàm lượng kim loại trong nhiều đối tượng khác nhau với độ nhạy và
độ chính xác cao, đáp ứng điện hóa được mô tả chính xác và đầy đủ hơn, tránh làm
nhiễm bẩn mẫu, có thể phân tích đồng thời và hiển thị thông tin của nhiều chất cùng
lúc và khả năng phân tích nhanh tại hiện trường bằng trực tuyến. Hơn nữa, các hệ
thống phân tích dòng chảy thu nhỏ (vi lưu) [25, 34, 35] có thể làm giảm lượng mẫu
và thuốc thử sử dụng cũng như tăng khả năng làm giàu mẫu.
Ở nước ta, xác định kim loại nặng bằng phương pháp phân tích điện hóa sử
dụng điện cực giọt thủy ngân hoặc màng thủy ngân đã được quan tâm nghiên cứu từ
rất sớm. Tuy nhiên, hiện nay điện cực dùng thủy ngân ít được sử dụng do độc tính
của chúng và dần được thay thế bằng các vật liệu mới như polyme dẫn, vật liệu nano
cacbon hoặc các hạt nano kim loại ít độc như antimon và bismut ít gây độc hại cho

người phân tích và môi trường. Với mục tiêu nghiên cứu một quy trình phân tích
nhanh, chính xác và chọn lọc để phục vụ cho nghiên cứu đánh giá kim loại nặng trong
nước mặt, đề tài luận văn thạc sĩ về “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật phân tích dòng
chảy (FIA) dùng detector điện hóa để đánh giá ô nhiễm chì và cadimi trong nước
mặt” đã được nghiên cứu với các nội dung sau:
-

Khảo sát điều kiện hoạt động của hệ thống phân tích dòng chảy (FIA) sử dụng
detector điện hóa.

-

Đánh giá độ nhạy và độ chính xác của hệ thống phân tích dòng chảy (FIA) dùng
detector điện hóa. Kết quả của phương pháp nghiên cứu này được đối chứng với
phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS).

-

Xác định hàm lượng và đánh giá ô nhiễm chì và cadimi trong mẫu nước mặt của
các sông Kim Ngưu, sông Tô Lịch và sông Nhuệ và từ đó đề xuất giải pháp
quản lý ô nhiễm.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Ô nhiễm chì và cadimi trong nước mặt
1.1.1. Tình hình ô nhiễm chì và cadimi trong nước mặt
Ngày nay, sự phát triển của các ngành kinh tế công nghiệp (sản xuất hóa chất,
sơn, mạ kim loại,…), nông nghiệp (sử dụng thuốc trừ sâu,…), khai thác mỏ (quặng

đồng, kẽm,…) đã gây ô nhiễm kim loại nặng cho nguồn nước mặt do phải tiếp nhận
những nguồn nước thải ô nhiễm chưa qua xử lý hoặc xử lý chưa đảm bảo theo yêu
cầu xả thải. Ngoài ra, nước thải đô thị cũng là một nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng
vào nước mặt khi xả trực tiếp ra hệ thống sông, ngòi… Các nguồn gây ô nhiễm chính
được thể hiện trong hình 1-1.

Hình 1-1. Các nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng vào môi trường nước
Trong môi trường nước, một phần kim loại bị hòa tan, một phần hấp phụ lên
các hạt lơ lửng, một phần được tích lũy trong sinh vật thủy sinh. Các hạt lơ lửng này
theo thời gian lắng xuống và tích tụ trong trầm tích. Quá trình hòa tan của các kim
loại trong nước mặt chủ yếu được kiểm soát bởi các yếu tố: pH, dạng tồn tại, hàm
lượng chất mà kim loại có thể hấp phụ, trạng thái oxy hóa của các thành phần trong
nước và điều kiện oxy hóa khử của môi trường.

3


❖ Trên thế giới
Hiện nay, trên thế giới, nhiều hệ thống sông bị ô nhiễm kim loại nặng trầm
trọng do khai khoáng như ở Rio Tinto (Huelva, Tây Ban Nha). Sông Rio Tinto trải
dài 100 km dọc theo đất nước Tây Ban Nha, bắt nguồn từ vùng núi Sierra Morena và
chảy về vùng vịnh Gulf. Nước sông có pH thấp, hàm lượng kim loại nặng cao do quá
trình khai thác mỏ từ 5.000 năm trước trên thượng nguồn. Ngày nay, Rio Tinto đã trở
thành một trong những hệ thống sông – cửa sông bị ô nhiễm nhất trên thế giới [9].
Thực trạng nước sông tại Rio Tinto như hình 1-2.

Hình 1-2. Ô nhiễm kim loại nặng ở sông Rio Tinto, Tây Ban Nha [9]
Nhiều công trình khảo sát về mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nước mặt
trên thế giới đã được thực hiện. Saeed, S. M. và Shaker, I. M. (2008) đã khảo sát hàm
lượng các kim loại nặng (Fe, Zn, Cu, Mn, Cd, Pb) trong nước và trầm tích ở một số

hồ thuộc vùng châu thổ phía bắc của Ai Cập gồm: Edku, Borollus và Manzala đồng
thời đánh giá sự tích lũy của các kim loại nặng trong một số bộ phận (bắp thịt, mang
cá, gan) của cá rô phi sông Nin. Manzala là hồ có hàm lượng các kim loại nặng cao

4


nhất. Trong nước, hàm lượng sắt, mangan, chì và cadimi ở hồ Manzala và mangan,
chì ở hồ Borollus vượt giới hạn cho phép. Trong trầm tích, hàm lượng mangan (ở hồ
Edku) và cadimi (ở hồ Manzala) cao hơn giới hạn cho phép. Đặc biệt, hàm lượng chì
và cadimi trong cá rô phi ở sông Nin cao, có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe con
người khi cung cấp cho thị trường [31].
Để nghiên cứu, đánh giá sự ô nhiễm kim loại nặng trong nước bề mặt và nước
ngầm ở một số vùng của huyện Jalgaon (Maharashtra, Ấn Độ), Baride và cộng sự
(2012) đã thu thập 64 mẫu nước từ các nguồn: sông, suối, giếng khoan và giếng ngầm
trong khu vực để phân tích hàm lượng các kim loại nặng: sắt, crom, đồng, niken, kẽm,
mangan và chì bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS. Kết quả phân tích cho
thấy hàm lượng các kim loại đều vượt quá quy định của BIS (Cục tiêu chuẩn Ấn Độ
- Bureau of Indian Standards) (2004) và WHO (2004). Nguyên nhân chủ yếu là do sự
xả thải từ các khu công nghiệp, đô thị và khu vực chôn lấp chất thải rắn [6].
Kar và cộng sự (2008) đã thu thập tổng cộng 96 mẫu nước bề mặt trên sông
Ganga ở Tây Bengal để phân tích các kim loại nặng. Sắt, mangan, kẽm, niken, crom
và chì được phát hiện trong 92 mẫu với hàm lượng tương ứng 0,025-5,49; 0,025-2,72;
0,012-0,370; 0,012-0,375; 0,001-0,044 và 0,001-0,250 mg/l. Trong khi cadimi và
đồng được phát hiện trong 20 và 36 mẫu dao động tương ứng trong khoảng 0,0010,003 và 0,003-0,032 mg/l. Nhìn chung, hàm lượng sắt, mangan, cadimi và crom có
sự biến động theo mùa cụ thể hàm lượng lớn nhất tương ứng 1,520 mg Fe/l xảy ra
vào mùa hè, 0,423 mg Mg/l vào mùa mưa, 0,003 mg Cd/l và 0,020 mg Cr/l xảy ra
vào mùa đông[16].
❖ Ở Việt Nam
Ở Việt Nam, trong giai đoạn đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước,

nhiều ngành công nghiệp được mở rộng quy mô sản xuất, cũng như phạm vi phân bố.
Cùng với đó là sự gia tăng lượng nước thải, nhưng mức đầu tư cho hệ thống xử lý
nước thải chưa đáp ứng được yêu cầu. Vùng Đông Nam Bộ, với toàn bộ các tỉnh
thuộc vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, nơi tập trung các khu công nghiệp lớn là

5


vùng có lượng phát sinh nước thải công nghiệp lớn nhất cả nước. Số lượng khu công
nghiệp có hệ thống xử lý nước thải vẫn đang ở mức trung bình (50-60 %), hơn 50 %
trong số đó vẫn chưa hoạt động hiệu quả [1]. Nhiều ngành công nghiệp xả nước thải
bị ô nhiễm kim loại nặng ra sông, kênh rạch làm ô nhiễm nguồn nước mặt đặc biệt là
ngành khai khoáng, sản xuất hóa chất, luyện kim,.... Hơn nữa, Việt Nam là một nước
nông nghiệp, việc sử dụng nước bị nhiễm kim loại nặng để tưới tiêu có thể gây ra
những hệ quả lớn liên quan đến sức khỏe con người khi kim loại tích lũy trong chuỗi
thức ăn. Vì vậy, quy chuẩn QCVN 08: 2015/BTNMT đã đưa giá trị giới hạn các thông
số chất lượng nước mặt được áp dụng để đánh giá và kiểm soát chất lượng của nguồn
nước mặt, làm căn cứ cho việc bảo vệ và sử dụng nước một cách phù hợp. Giá trị giới
hạn của chì và cadimi theo QCVN 08: 2015/BTNMT được tổng hợp trong bảng 1-1
[1].
Bảng 1-1. Giá trị giới hạn của cadimi và chì trong nước mặt [1]
Giá trị giới hạn
Thông số

Đơn vị

A

B

A1

A2

B1

B2

Cadimi (Cd)

mg/l

0,005

0,005

0,01

0,01

Chì (Pb)

mg/l

0,02

0,02

0,05

0,05

(Bộ Tài nguyên và môi trường)
Sông Nhuệ ở Việt Nam là nguồn nước chính cho đất nông nghiệp ngoại thành
và trang trại cá, tuy nhiên việc xả thải từ các nhà máy công nghiệp nằm dọc theo con
sông này đã làm suy thoái chất lượng nước của sông. Kikuchi và cộng sự (2009) đã
quan trắc, đánh giá sự thay đổi chất lượng nước theo không gian và thời gian bằng
phép đo các thành phần chính, phân tích cục bộ kim loại nặng trong nước sông Nhuệ
(ở nông thôn/ ngoại thành) và một trong các nhánh của nó là sông Tô Lịch (ở đô thị/
nội thành Hà Nội). Hàm lượng các kim loại nặng này thấp hơn tiêu chuẩn chất lượng
nước mặt của Việt Nam, tuy nhiên lại cao hơn so với giá trị trung bình quy định nước

6


ngọt của thế giới cụ thể: 0,42-43 lần đối với sông Nhuệ và 0,13-32 lần đối với sông
Tô Lịch [19].
Hiện nay, việc sử dụng nước thải sinh hoạt cho mục đích tưới tiêu là phổ biến
ở các vùng ven đô Việt Nam. Vì vậy, Chu Anh Đào và cộng sự (2010) đã thực hiện
nghiên cứu đánh giá đặc tính nước thải sinh hoạt của thành phố Hà Nội về mặt giá trị
dinh dưỡng và nguy cơ tiềm ẩn khi sử dụng trong nông nghiệp [7]. Mẫu được thu từ
bốn con sông thoát nước chính của thành phố Hà Nội gồm có sông Lu, sông Sét, sông
Kim Ngưu và sông Tô Lịch từ tháng 3 đến tháng 5 năm 2010. Kết quả phân tích cho
thấy nước thải chứa nhiều chất vô cơ từ nguồn thải sinh hoạt và công nghiệp với hàm
lượng 1,09-2,14 µg/l Cd; 0,16-0,33 mg/l Cu; 2,75-4,02 µg/l Pb.
Nguyễn Công Vinh và cộng sự (2012) đã nghiên cứu chất lượng nước mặt và
đất ở khu vực Lâm Thao, Phú Thọ (Việt Nam) [33]. Kết quả cho thấy, hàm lượng
kim loại nặng (đồng, kẽm, cadimi và chì) trong đất khu vực trồng lúa gần các khu
công nghiệp cao, vượt quá tiêu chuẩn tối đa cho phép của Việt Nam do sự xả thải từ
các ngành công nghiệp.

1.1.2.Tác động đến môi trường và sức khỏe
1.1.2.1. Giới thiệu chung
Kim loại nặng là thuật ngữ dùng để chỉ những kim loại có khối lượng riêng
lớn hơn 5 g/cm3 [31].
Hiện nay, những ứng dụng đa dạng của kim loại nặng trong nhiều lĩnh vực
khác nhau như: công nghiệp, đồ gia dụng, nông nghiệp, y tế và công nghiệp đã dẫn
đến sự phân bố rộng của chúng trong môi trường; làm gia tăng những lo ngại về ảnh
hưởng của chúng đối với sức khỏe con người và môi trường [31].
Độc tính của kim loại nặng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: liều lượng, đường
thâm nhập, loại hóa chất cũng như độ tuổi, giới tính, di truyền học và tình trạng dinh
dưỡng của cá thể tiếp xúc. Do độc tính cao cadimi, chì được xếp vào những kim loại
ưu tiên, có ý nghĩa sức khỏe cộng đồng. Những kim loại này được coi là các chất độc

7


hệ thống gây hại đến nhiều cơ quan ngay cả khi hàm lượng phơi nhiễm thấp. Chúng
cũng được phân loại là chất gây ung thư đối với con người theo Cơ quan bảo vệ môi
trường Mỹ và các cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế [31].
Nhìn chung, kim loại nặng khi xâm nhập vào môi trường mà từ đó đi vào chuỗi
thức ăn và cuối cùng là cơ thể con người. Ngày nay, nhu cầu an toàn thực phẩm ngày
càng cao dẫn đến vấn đề ô nhiễm kim loại nặng ngày càng được xã hội quan tâm [26].
Cả triệu người bị nhiễm độc mãn tính kim loại nặng đã trở thành một vấn nạn y tế
trên toàn thế giới, hàng năm có tới 1,6 triệu trẻ em chết do các bệnh mà nước uống bị
ô nhiễm là nguyên nhân hàng đầu [10].
1.1.2.2.

Tác động đến môi trường và sức khỏe của chì

❖ Nguồn phơi nhiễm

Chì có thể xâm nhập vào môi trường theo một số cách khác nhau như:
-

Hoạt động tự nhiên: Núi lửa phun trào, …

-

Hoạt động nhân tạo: Chì được sử dụng chủ yếu trong ngành sản xuất ắc quy chìaxit, sơn bảo vệ chứa chì, đóng tàu, xây dựng, chế tạo thủy tinh và sản xuất pha lê
chì, khắc pha lê, khai thác mỏ, luyện kim, tái chế chất thải điện và điện tử, sử dụng
xăng pha chì, tinh chế kim loại màu, đốt nhiên liệu hóa thạch…. [15, 36].
❖ Con đường phơi nhiễm: Chì chủ yếu ảnh hưởng đến sức khỏe của con người
thông qua chuỗi thức ăn, nước và không khí.
Đường tiêu hóa: Hàm lượng chì trong thực phẩm cao do sự hấp thụ chì trong

đất của thực vật. Một số loại cây trồng chứa hàm lượng chì cao như ngũ cốc và nhiều
loại gia vị. Bên cạnh đó, việc sử dụng sản phẩm có chứa chì trong sản xuất, phân phối
hoặc bảo quản sẽ làm tăng hàm lượng chì trong thực phẩm đặc biệt là đối với các loại
thực phẩm hoặc đồ uống có tính axit.
Hàm lượng chì trong nước máy cao một phần nhỏ là do sự hòa tan từ các nguồn
tự nhiên, phần lớn là do sự thôi nhiễm từ ống, mối hàn và phụ tùng có chứa chì của
hệ thống ống nước hộ gia đình [36].

8


Đường hô hấp: Hút thuốc lá làm tăng khả năng hấp thụ chì vào cơ thể. Sự phơi
nhiễm với chì qua đường hô hấp có thể xảy ra do quá trình tiếp xúc với bụi có chứa
chì trong một số ngành công nghiệp hoặc sử dụng xăng pha chì [36].
❖ Ảnh hưởng đến sức khỏe
Ước tính trong năm 2004, sự phơi nhiễm với chì là nguyên nhân gây ra

143.000 người chết và 0,6 % bệnh tật trên toàn cầu [36]. Khi xâm nhập vào cơ thể,
chì được vận chuyển đến các cơ quan như não, gan, thận và tích lũy theo thời gian
trong răng và xương. Sự phơi nhiễm của con người có thể được đánh giá trực tiếp
bằng cách đo hàm lượng chì trong máu, răng hay xương [36].
Nhiễm độc cấp: Các triệu chứng ngộ độc chì cấp tính là đau đầu, khó chịu, đau
bụng và các triệu chứng khác nhau liên quan đến hệ thần kinh. Bệnh não chì được
đặc trưng bởi triệu chứng mất ngủ và bồn chồn. Ở trẻ em có thể ảnh hưởng đến rối
loạn hành vi, học tập và khả năng tập trung. Trong trường hợp nhẹ hơn, có thể xảy ra
trường hợp rối loạn tâm thần cấp tính và giảm ý thức. Khi hàm lượng chì trung bình
trong máu dưới 3 mmol/l một số dấu hiệu của triệu chứng thần kinh ngoại vi như tốc
độ truyền dẫn thần kinh giảm và da dễ bị nhạy cảm có thể xảy ra [15, 36].
Nhiễm độc mãn: Nếu phơi nhiễm lâu dài, hàm lượng chì trong máu ở trẻ em
từ 30 µg/100 ml máu trở lên, người lớn khoảng từ 7-35 µg/100 ml sẽ tác hại đến cơ
quan tạo máu; hệ thần kinh: bệnh não do chì, thần kinh ngoại biên; thận: tổn thương
ống thận, bệnh thận mãn tính không hồi phục; tiêu hóa: cơn đau bụng chì; tim mạch:
động mạch thận biến đổi, xơ hóa, tăng huyết áp, viêm cơ tim; sinh sản: đẻ non, chết
yểu, giảm khả năng sinh sản ở nam giới; nội tiết: Suy giảm chức năng tuyến giáp,
thượng thận [15, 36]. Hình 1-3 là một số biểu hiện do nhiễm độc chì.

9


Hình 1-3. Biểu hiện do nhiễm độc chì [15]
Tác động đến trẻ em và phụ nữ mang thai: Trẻ em hấp thụ chì gấp 4-5 lần
người lớn (ngoài phụ nữ mang thai). Chì tác động mạnh nhất lên sự phát triển của hệ
thống thần kinh. Hàm lượng chì trong máu thấp hơn 5 mg/dl (50 mg/l) không gây ảnh
hưởng đến chỉ số thông minh (IQ), tuy nhiên tác động tăng khi hàm lượng chì trong
máu tăng. Phụ nữ mang thai khi phơi nhiễm với chì cao có thể gây sẩy thai, thai chết
lưu, sinh non và sinh thiếu cân, bị dị tật [36].
IARC (Cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế - International Agency for

Research on Cancer) đã phân loại các hợp chất chì hữu cơ có khả năng gây ung thư
đối với con người (nhóm 2A) [36].
1.1.2.3.

Tác động đến môi trường và sức khỏe của cadimi

❖ Nguồn phơi nhiễm
Cadimi có thể xâm nhập vào môi trường theo một số cách khác nhau như:
-

Hoạt động tự nhiên: Núi lửa phun trào, xói mòn, …

-

Hoạt động nhân tạo: Hút thuốc lá, khai thác mỏ, luyện kim và tinh chế kim loại
màu, đốt nhiên liệu hóa thạch, đốt rác thải thành phố (đặc biệt là nhựa và pin chứa
cadimi), sản xuất phân bón phốt phát và tái chế phế liệu thép mạ cadimi và chất
thải điện tử [37].

10


❖ Con đường phơi nhiễm của cơ thể người với cadimi
Đường tiêu hóa: Cadimi trong môi trường đất và nước có thể được hấp thụ bởi
một số cây trồng và thủy sinh vật từ đó tích tụ trong chuỗi thức ăn. Đối với người
không hút thuốc, thực phẩm là nguồn tích lũy cadimi chủ yếu. Hàm lượng cadimi cao
nhất được tìm thấy trong thận và gan của động vật có vú, một số loài hàu, sò, hến và
động vật giáp xác. Axit hóa đất bị nhiễm cadimi có thể làm tăng lượng cadimi trong
cây trồng.
Khả năng phơi nhiễm cadimi trong nước uống so với trong thức ăn là tương

đối thấp. Tuy nhiên, sự thôi nhiễm cadimi từ ống mạ kẽm, hợp kim hàn trong phụ
tùng, máy làm nóng, máy làm mát và vòi nước có thể dẫn đến hàm lượng cadimi cao
trong nước uống [37].
Đường hô hấp: Hàm lượng cadimi thường được tích lũy tương đối cao trong
lá cây thuốc lá. Hút thuốc lá có thể làm tăng đáng kể hàm lượng cadimi trong thận
[15, 37]. Gần 10 % tổng số trường hợp phơi nhiễm xảy ra do hít thở và uống nước có
chứa cadimi [32].
❖ Ảnh hưởng đến sức khỏe
Mức độ sinh khả dụng và tiềm năng gây ảnh hưởng khác nhau phụ thuộc vào
dạng tồn tại của cadimi.
Nhiễm độc cấp: Khi hít phải một lượng lớn cadimi, người nhiễm độc bị kích
thích hô hấp nặng xuất hiện các triệu chứng tức ngực, khó thở, xanh tím, sốt, rét run,
tim đập nhanh, có thể viêm phổi hóa chất, chết do phù phổi. Khi ăn phải một lượng
lớn, người bệnh bị buồn nôn, nôn nhiều, đau bụng, tăng tiết nước dãi, rối loạn dạ dày,
tá tràng, co cứng cơ bụng và ỉa chảy, suy thận.
Nhiễm độc mãn: Hấp thụ lượng lớn và lâu dài cadimi có thể dẫn đến tổn thương
thận, phổi (khí thũng, tắc nghẽn phổi …), rối loạn chuyển hóa canxi dẫn đến tổn
thương xương (mềm xương, loãng xương, bị mất chất khoáng dễ gây gãy xương),
đau loét niêm mạc mũi, răng vàng, phế nang bị dãn, thiếu máu [10, 12, 15, 37].
Ở Nhật Bản, có khu vực đất bị ô nhiễm cadimi do khai thác kẽm, chì, bệnh
Itai-Itai đã từng lan rộng và hiện nay vẫn còn thấy ở phụ nữ trên 50 tuổi. Bệnh được

11


đặc trưng bởi triệu chứng nhuyễn xương, loãng xương, gãy xương và rối loạn chức
năng thận [11]. Biểu hiện đặc trưng của người mắc bệnh Itai-Itai như trong hình 1-4.

Hình 1-4. Bệnh Itai-Itai
(Environmental toxicity of cadmium and health effect)

IARC (Cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế - International Agency for
Research on Cancer) đã phân loại cadimi và các hợp chất của cadimi là chất gây ung
thư đối với con người (nhóm I) [37]. Khi phơi nhiễm qua đường hô hấp, cadimi là
một chất gây ung thư. Tuy nhiên, khi phơi nhiễm qua đường tiêu hóa, cadimi không
được xem là một chất gây ung thư [32].
Phơi nhiễm cadimi thường được xác định bằng phép đo hàm lượng cadimi
trong máu hoặc trong nước tiểu [37].
1.2. Phân tích định lượng kim loại nặng bằng kỹ thuật phân tích dòng chảy
FIA
Trong nước mặt, kim loại nặng thường có hàm lượng thấp, thành phần mẫu
phức tạp vì vậy phép phân tích kim loại nặng cần phải có độ nhạy cao. Có rất nhiều
phương pháp được sử dụng để xác định lượng vết kim loại nặng trong nước như trắc
quang, hấp thụ nguyên tử (AAS, GF-AAS), huỳnh quang tia X (XRF), quang phổ
phát xạ nguyên tử plasma cảm ứng (ICP-ASE), khối phổ plasma cảm ứng (ICP-

12


MS)… Những phép đo này có độ chính xác cao, giới hạn phát hiện thấp tuy nhiên chi
phí phân tích cao và thường được thực hiện trong phòng thí nghiệm kết hợp với các
bước lấy mẫu, vận chuyển và bảo quản mất nhiều thời gian, dễ bị nhiễm bẩn không
phù hợp để phân tích hiện trường trong những hoàn cảnh cụ thể như yêu cầu giám sát
liên tục chất lượng nước. Vì vậy phát triển hệ thống quan trắc tự động tại chỗ với mục
đích giám sát lượng vết của các kim loại nặng là cần thiết để có thể thực hiện các biện
pháp can thiệp kịp thời nhằm duy trì hàm lượng nằm trong giới hạn cho phép [34].
Các hệ thống phân tích tự động thương mại ra đời để đáp ứng nhu cầu của các
phòng thí nghiệm lâm sàng do nhu cầu xác định thường xuyên hơn 30 thành phần có
trong các mẫu máu và nước tiểu. Hàng trăm triệu các phân tích lâm sàng được thực
hiện hàng năm vì vậy rõ ràng cần thiết phải có một phương pháp đơn giản, chính xác,

nhanh chóng và có chi phí thấp. Đây là động lực để thúc đẩy sự phát triển các hệ
thống phân tích tự động đầu tiên. Ngày nay, tự động là yêu cầu quan trọng trong phân
tích hóa học hiện đại [20]. Kỹ thuật phân tích dòng (FIA) được giới thiệu lần đầu tiên
bởi Ruzicka vào năm 1975 đã trở thành một trong những kỹ thuật phân tích phổ biến
nhất trong một khoảng thời gian ngắn bởi tính đơn giản và dễ sử dụng [23]. Những
thành phần cơ bản của hệ FIA được thể hiện trong hình 1-5.
Mẫu

Máy tính

Bộ phận trích dòng

Ghi tín hiệu
Detector

Bơm

Hình 1-5. Thành phần cơ bản của hệ FIA
(Trong đó: C là chất mang, R là thuốc thử, W là nước thải)

13


Hệ thống FIA có nhiều ưu điểm như khả năng phân tích số lượng mẫu lớn (tần
số lấy mẫu khoảng 30-120 mẫu/giờ), dễ tự động hóa, tiêu thụ một lượng thuốc thử
nhỏ (0,4-2,0 ml/phút), độ linh hoạt đáng kể, không cần thiết phải vận hành dưới điều
kiện hóa học ở trạng thái ổn định, dễ duy trì và yêu cầu chi phí chế tạo và vận hành
thấp do thiết kế đơn giản [20, 24].
1.2.1. Nguyên tắc hoạt động
Trong hệ FIA, dòng mang được bơm qua kênh với tốc độ dòng không đổi bằng

bơm nhu động hoặc bơm pitong. Thể tích mẫu bơm vào dòng mang có độ lặp lại cao
do được kiểm soát bởi các van bơm mẫu. Khi chuyển động trong đường ống, mẫu
phân tán và phản ứng với thuốc thử trong dòng chảy tạo ra các dạng có thể phát hiện,
sau đó đi qua detector tạo ra các tín hiệu. Chất phân tích trong vùng mẫu luôn bị phân
tán dưới tác dụng của tốc độ dòng chất mang, sự khuếch tán, sự đối lưu. Đặc trưng
cho hiện tượng phân tán này là vùng mẫu luôn luôn bị mở rộng và chất phân tích
được bơm vào hệ FIA bị pha loãng nhiều lần. Thể tích mẫu bơm vào có thể từ vài µl
đến ml, phụ thuộc vào điều kiện cụ thể [20, 24].
Độ phân tán D của vùng mẫu trong dòng chất mang chuyển động được định
nghĩa là tỷ số của nồng độ chất phân tích trước và sau quá trình phân tán. Đỉnh thường
được mô tả theo hệ số phân tán (D) với:
𝐷=

𝐶𝑜
𝐶 𝑚𝑎𝑥

(1)

Trong đó: 𝐶 o là nồng độ ban đầu của chất phân tích,
𝐶 max là nồng độ lớn nhất của chất phân tích,
D bị ảnh hưởng bởi các yếu tố: thể tích mẫu, tốc độ dòng mang, độ nhớt của
dòng mang, chiều dài và cấu trúc dòng chảy.
Độ phân tán càng lớn thì mẫu bị pha loãng càng nhiều do đó làm giảm độ lớn
tín hiệu của chất phân tích. Vì vậy, phải tìm điều kiện tối ưu để giới hạn sự phân tán
của vùng mẫu để đạt độ nhạy cao. Nhìn chung, thời gian lưu và đường kính ống càng

14


nhỏ thì độ phân tán của vùng mẫu càng nhỏ. Quá trình phân tán điển hình diễn ra

Nồng độ

trong hệ FIA được mô tả trong hình 1-6.

Thời gian

Hình 1-6. Quá trình phân tán điển hình trong hệ FIA
Hệ FIA có thể được lập trình để pha loãng hoặc làm giàu chất phân tích. Rõ
ràng, quá trình phân tán lớn là cần thiết nếu mẫu quá đậm đặc. Có thể tăng quá trình
phân tán bằng cách giảm thể tích mẫu bơm vào, tăng thể tích kênh hoặc chọn dữ liệu
đầu ra tại điểm khác đỉnh cực đại. Độ phân tán D:
-

1như điện cực chọn lọc ion và quang phổ nguyên tử.

-

3liên quan đến phát hiện quang phổ và huỳnh quang.

-

D>10: Độ phân tán lớn, được sử dụng khi cần pha loãng mẫu với thuốc thử [20].
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ phân tán D
• Thể tích mẫu
Khi thể tích mẫu bơm vào hệ FIA tăng thì chiều cao và độ rộng của pic cũng

tăng. Nhưng khi đạt đến một thể tích Vs nhất định thì chiều cao không tăng lên nữa

mà chỉ có độ rộng đỉnh tăng. Độ phân tán D:
1
𝐷

= 1 − 𝑒 −𝑘𝑉𝑠

(2)

Trong đó: Vs là thể tích mẫu bơm vào dòng mang, k là hằng số

15


Vì vậy, bằng cách thay đổi thể tích mẫu có thể thay đổi được độ phân tán D
của vùng mẫu: muốn D nhỏ thì thể tích mẫu bơm phải lớn nhưng không được lớn hơn
giá trị Vs(1/2) (Vs(1/2) là thể tích mẫu bơm vào hệ FIA để đạt được chiều cao đỉnh bằng
½ chiều cao đỉnh ở trạng thái dừng. Vs(1/2) là thể tích mẫu lớn nhất được phép bơm
vào hệ FIA để thu được mối quan hệ tuyến tính giữa chiều cao của đỉnh và hàm lượng
chất phân tích. Tăng thể tích mẫu làm tăng độ nhạy của phép đo.
• Tốc độ bơm pha động
Vùng mẫu bắt đầu được hình thành từ thời điểm mẫu phân tích được bơm vào
hệ FIA và chuyển động đến bình dòng chảy của detector dưới tác dụng đẩy của dòng
chất mang. Vì thế, tốc độ bơm của dòng chất mang có ảnh hưởng trực tiếp đến sự
hình thành, tồn tại và phân tán của vùng mẫu. Sự hình thành đó được biểu diễn bằng
phương trình sau:
𝑡𝑅 =

𝑉𝑟
𝑄

(3)

Trong đó: t R là thời gian lưu
𝑉𝑟 là thể tích vòng mẫu
𝑄 là tốc độ bơm
Khi thay đổi tốc độ bơm, thời gian lưu thay đổi làm thay đổi quá trình pha
loãng. Khi D thay đổi thì nồng độ cũng thay đổi kéo theo tín hiệu thay đổi tương ứng.
Khi tốc độ bơm dòng chất mang tăng thì khả năng trộn mẫu với thuốc thử tăng tuy
nhiên mức độ tăng tốc độ dòng bơm cũng có giới hạn vì khi tốc độ quá lớn thì vùng
mẫu sẽ mở rộng dẫn đến đỉnh tín hiệu bị mở rộng làm giảm chiều cao đỉnh [20, 24].
• Đường ống phân phối
Độ phân tán tỉ lệ thuận với bán kính ống dẫn. Nên sử dụng đầu nối có thể tích
chết bằng 0 giữa những đường ống khác nhau để tránh được sự thay đổi đường kính
ống.

16