PHÂN TÍCH DẠNG MỘT SỐ KIM LOẠI Fe, Co, Mn, Ni TRONG TRẦM TÍCH BỀ MẶT THUỘC LƯU VỰC SÔNG CẦU – TỈNH THÁI NGUYÊN THEO PHƯƠNG PHÁP CHIẾT ĐƠN

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (332.2 KB, 5 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

PHÂN TÍCH DẠNG MỘT SỐ KIM LOẠI Fe, Co, Mn, Ni TRONG TRẦM TÍCH

BỀ MẶT THUỘC LƯU VỰC SÔNG CẦU – TỈNH THÁI NGUYÊN

THEO PHƯƠNG PHÁP CHIẾT ĐƠN

Phạm Thị Thu Hà*, Vũ Xuân Hòa, Bùi Minh Quý, Vương Trường Xuân

Trường Đại học Khoa học – ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT

Bài báo áp dụng quy trình chiết đơn để xác định các dạng liên kết chính của các kim loại nặng Fe,
Co, Mn, Ni trong trầm tích bề mặt lưu vực sông Cầu trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên. Kết quả cho
thấy, các kim loại Co, Mn tồn tại ở 3 dạng chính: dạng trao đổi - liên kết với cacbonat; dạng liên
kết với oxit của sắt – mangan và dạng cặn dư; còn Fe, Ni tồn tại nhiều ở dạng liên kết với oxit của
sắt - mangan và dạng cặn dư. Sự phân bố hàm lượng tổng của các kim loại nặng không đồng đều ở
các vị trí lấy mẫu và theo thứ tự Fe > Mn > Ni > Co. Thông qua giá trị chỉ số tích lũy địa chất (Igeo)
và chỉ số đánh giá rủi ro (RAC) đã đánh giá được mức độ ô nhiễm của 4 kim loại trên trong các
mẫu trầm tích.

Từ khóa: chiết đơn, dạng kim loại, trầm tích, coban, mangan, niken, sắt, hàm lượng tổng.

ĐẶT VẤN ĐỀ*

Hiện nay, kim loại nặng được ứng dụng trong
công nghiệp, nông nghiệp, y tế và khoa học kĩ
thuật nên đã dẫn đến việc phát thải chúng ra
môi trường, làm tăng những nguy cơ về tác
động tiềm ẩn của chúng đối với sức khỏe con
người và hệ sinh thái. Sắt (Fe), coban (Co),
mangan (Mn), niken (Ni) là các kim loại được

sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp
gang thép, điện tử, mạ điện phân, khai
khoáng,… Các kim loại này tồn tại, tích lũy
trong môi trường theo nhiều cách khác nhau.
Trong môi trường thủy sinh, trầm tích có vai
trị quan trọng trong sự tích lũy các kim loại
nặng bởi sự lắng đọng của các hạt lơ lửng và
các q trình có liên quan đến bề mặt các vật
chất vô cơ và hữu cơ trong trầm tích. Lưu vực
Sơng Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên là
khu vực có nhiều mỏ khống sản và tập trung
nhiều các khu cơng nghiệp, cụm cơng nghiệp,
nhà máy xí nghiệp, khu đô thị nên dẫn đến
nguy cơ ô nhiễm các kim loại nặng trong trầm
tích là rất lớn. Để xác định các dạng kim loại
nặng, có hai phương pháp chiết được sử dụng
đó là chiết liên tục và chiết đơn (hay chiết chọn
lọc) để tách các dạng kim loại nặng trong đất
và trầm tích. Quy trình chiết liên tục là quy
trình rất phổ biến và ứng dụng rộng rãi tuy

Tel: 0972 998955, Email:

nhiên có hạn chế là phải thực hiện trong một
thời gian khá dài do đó việc sử dụng quy trình
chiết đơn nhằm mục đích rút ngắn thời gian
chiết [0]. Trong nghiên cứu này chúng tơi áp

dụng quy trình chiết đơn dựa trên quy trình của
BCR [0] và Tessier đã được cải tiến [0] để tách
4 dạng chính của các kim loại sắt, coban,
mangan, niken gồm: dạng trao đổi và liên kết
với cacbonat, dạng liên kết với oxit của sắt và
mangan, dạng liên kết với hợp chất hữu cơ,
dạng bền trong cấu trúc trầm tích [0].

THỰC NGHIỆM

Thiết bị và dụng cụ

- Máy phân tích phổ ICP-MS Nexion 300Q
của hãng Perkin Elmer.

- Các loại dụng cụ thủy tinh đều được ngâm
rửa bằng HNO3, sau đó rửa sạch bằng nước

cất, làm khô và bảo quản trước khi sử dụng.

Hóa chất

Do yêu cầu nghiêm ngặt của phép đo, các loại
hóa chất được sử dụng đều là hóa chất của
hãng Merck. Dung dịch chuẩn đều được pha
từ dung dịch chuẩn gốc 1000 ppm của Merck.

Địa điểm nghiên cứu

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

Lấy mẫu, xử lý mẫu và phân tích mẫu

Mẫu trầm tích được lấy bằng thiết bị chuyên
dụng ở độ sâu 10cm và được bảo quản đưa về
phịng thí nghiệm. Mẫu được sấy khô, nghiền
mịn bằng cối sứ và rây qua rây để được kích
thước hạt nhỏ hơn 0,16 mm.

Bảng 1: Vị trí lấy mẫu trầm tích 
Mẫu Tọa độ Ghi chú 
SC01 N: 21o 35’ 56,4”

E: 105o 50’ 20,7”

Gần Cầu Gia Bảy

SC02 N: 21o 36’ 20,5”
E: 105o 51’ 24,9”

Gần Cầu Oánh

SC03 N: 21o 36’ 08,5”
E: 105o 51’ 24,0”

Gần Cầu Phao
Linh Sơn
SC04 N: 21o 34’ 56,0”

E: 105o 51’ 50,6”

Gần Cầu Huống

Thượng
SC05 N: 21o 34’ 38,2”

E: 105o 51’ 39,8”

Gần ngòi Núi
Truyện
SC06 N: 21o 34’ 10,2”

E: 105o 51’ 56,9”

Gần ngòi Trại
Bầu
SC07 N: 21o 34’ 22,8”

E: 105o 52’ 21,8”

Dưới ngòi Làng
Cậy
SC08 N: 21o 34’ 26,1”

E: 105o 52’ 35,7”

Gần đập Ba Đa

Quy trình chiết các dạng kim loại trong trầm
tích được thể hiện ở hình 1.

Hình 1: Sơ đồ chiết đơn

Quy trình chiết đơn được lặp lại 3 lần, dùng
phương pháp ICP-MS để xác định hàm lượng
các kim loại nặng. Hàm lượng dạng F3 được
tính tốn bằng hàm lượng trong dịch chiết F3

của phương pháp được đánh giá qua việc
phân tích mẫu trầm tích chuẩn MESS-3. Sự
sai khác giữa hàm lượng tổng của 5 dạng khi
phân tích mẫu chuẩn MESS-3 so với giá trị
chứng chỉ nhỏ hơn 10%. Các kết quả phân
tích được thể hiện dưới dạng khối lượng khơ.
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Kết quả phân tích từ 8 mẫu trầm tích bề mặt
được thể hiện trong bảng 2, kết quả này là kết
quả trung bình của 3 lần làm lặp lại. Các hình
2 và 3 mô tả sự phân bố hàm lượng % của các
dạng và hàm lượng tổng của các kim loại
nặng trong 8 mẫu được lấy.

Hàm lượng các dạng kim loại nặng

Kết quả phân tích cho thấy sự phân bố các
dạng của các kim loại nặng Fe, Co, Mn, Ni
trong trầm tích là khơng đồng đều. Trong đó,
Co và Mn tìm thấy ở các dạng F1,2, F3 và cặn
dư; với hàm lượng các kim loại ở dạng F1,2
và F3 khá cao, chiếm khoảng 22,4% - 39,6%
(hình 2), kết quả này tương tự như một số
nghiên cứu đã được công bố [0, 0].

Các kim loại Fe và Ni tồn tại chủ yếu ở các
dạng F3 và dạng cặn dư, chỉ một phần nhỏ là
ở dạng F4. Ni còn tìm thấy một phần nhỏ ở
dạng F1,2 (6,6 - 9,1%). Ở dạng F3, Fe chiếm
từ 48,1 - 61,5%, Ni chiếm 4,1 - 37,3%; Trong
cặn dư, hàm lượng Fe chiếm từ 29,4 - 42,0%,
Ni từ 37,9 - 60,0%; dạng F4 chứa khoảng 6,4
- 7,9% kim loại Fe, 7,0 - 16,5% Ni. Sắt tìm
thấy chủ yếu ở dạng F3 là do có đặc tính hấp
phụ, keo tụ và đồng kết tủa với các kim loại
khác của hợp chất keo của Fe - Mn oxi
hydroxit [0]. Tuy nhiên Mn cũng tồn tại ở
dạng F1,2 khá lớn, điều này được giải thích là
do sự tương đồng giữa bán kính ion của Mn
và Ca cho phép Mn thay thế Ca ở dạng
cabonat [0].

Hàm lượng tổng của các kim loại nặng

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

trí SC02, SC04 và SC08 hàm lượng các kim
loại Mn, Ni, Co giảm hơn so với các vị trí
khác. Riêng đối với đồ thị phân bố của hàm
lượng Fe, tại các vị trí SC02, SC04 và SC08
thì hàm lượng của Fe lại cao hơn hẳn, kết quả

này có thể là do sự thay thế các ion Fe2+

trong
hợp chất FeS có trong trầm tích bằng các kim

loại hóa trị II (Me2+) để tạo ra các sunfua kim

loại ít tan hơn (Me2+

+ FeS → Fe2+ + MeS) [0].

Bảng 2: Hàm lượng các kim loại Co, Fe, Mn, Ni (mg/kg) của các mẫu trong các dạng tồn tại 
Vị trí mẫu SC01 SC02 SC03 SC04 SC05 SC06 SC07 SC08

Co

F1,2 9,37 7,03 7,64 6,00 7,59 8,41 7,13 8,94

F3 13,63 10,68 12,23 9,63 10,98 10,93 7,61 9,40

F4 1,06 0,99 3,67 1,83 3,11 0,89 1,69 2,24

F5 10,38 12,37 10,83 10,45 10,35 13,58 12,99 11,86

Tổng 33,15 31,11 35,09 28,63 32,82 32,56 30,57 33,54

Fe

F1,2 67,87 90,26 86,73 94,44 71,64 92,73 78,75 105,98
F3 1814,30 2746,21 2377,16 2858,84 2161,95 2186,73 2221,76 3558,48
F4 233,95 401,44 265,96 443,42 247,12 237,89 255,79 469,68
F5 1530,92 1850,89 1136,45 2550,39 1184,34 1130,09 1780,17 2080,21
Tổng 3343,84 5093,55 3868,82 5955,92 3632,92 3640,65 4327,33 6210,43

Mn

F1,2 343,48 319,72 336,07 254,34 402,99 359,37 288,66 289,63
F3 318,22 308,26 306,93 209,38 368,88 376,18 297,69 211,65

F4 45,66 56,80 42,64 42,62 40,18 40,71 48,72 35,74

F5 713,77 525,31 638,20 430,14 597,40 594,89 655,87 322,33
Tổng 1357,48 1204,22 1320,46 933,47 1412,51 1374,69 1285,84 863,90

Ni

F1,2 5,50 3,27 4,77 3,40 4,64 5,46 4,85 4,63

F3 16,04 15,96 16,50 14,13 14,63 16,76 15,93 19,20

F4 5,08 4,50 9,27 6,38 8,38 4,24 5,94 8,16

F5 39,99 25,85 25,64 14,87 23,52 33,88 35,10 19,52

Tổng 62,85 47,31 53,83 37,56 48,90 57,74 60,30 47,75

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

Hình 3: Đồ thị phân bố hàm lượng tổng của các kim loại trong trầm tích

Đánh giá mức độ ơ nhiễm

Để đánh giá mức độ ô nhiễm các kim loại nặng
trong trầm tích nghiên cứu, chúng tơi dựa vào
chỉ số tích lũy địa chất Igeo (Geoaccumulation

index), chỉ số đánh giá rủi ro RAC (Risk

Asessment Code). Igeo là giá trị được tính bằng

cách so sánh hàm lượng tổng kim loại có trong
mẫu với giá trị nền của kim loại đó trong vỏ
Trái đất [0]. Chỉ số RAC được tính theo phần
trăm của dạng trao đổi và dạng cacbonat [0].
Sự phân loại theo các chỉ số Igeo và RAC
được chỉ ra trong bảng 3 và 4.

Chỉ số tích lũy địa chất (Igeo)

Các kết quả Igeo được chỉ ra trong hình 4. Đối

với các kim loại Fe và Mn có Igeo < 0, các kim

loại Co và Ni có 0 < Igeo < 1. Như vậy đối

chiếu với bảng 3 thì các kim loại Co, Ni ô
nhiễm ở mức độ nhẹ; cịn Fe và Mn là khơng
ơ nhiễm.

Bảng 3: Phân loại mức độ ô nhiễm theo Igeo

Phân

loại Giá trị Igeo Mức độ ô nhiễm 
1 0 ≤ Igeo ≤ 1 Nhẹ

2 1 ≤ Igeo ≤ 2 Trung bình

3 2 ≤ Igeo ≤ 3 Khá

4 3 ≤ Igeo ≤ 4 Nặng

5 4 ≤ Igeo ≤ 5 Nặng  rất nghiêm trọng

6 Igeo > 5 Rất nghiêm trọng

Chỉ số đánh giá mức độ rủi ro (RAC)

Giá trị % RAC của các kim loại nặng được
thể hiện qua đồ thị hình 5. Từ kết quả thu
được so sánh với bảng tiêu chuẩn 4 cho thấy
mức độ rủi ro đối với hệ sinh thái của các kim
loại Fe, Ni, (trừ vị trí SC06) là thấp (% RAC
< 10%); kim loại Mn (trừ vị trí SC08) và Co
(RAC = 10 - 30 %) có mức độ rủi ro trung
bình, kim loại Mn ở vị trí SC08 (RAC =
33,7%) có mức độ rủi ro sinh thái ở mức cao.

Bảng 4: Tiêu chuẩn đánh giá mức độ rủi ro theo

chỉ số RAC

STT Mức độ rủi ro RAC (%)

1 Thấp < 10

2 Trung bình 10 - 30

3 Cao 30 – 50

4 Rất cao > 50

Hình 5: Giá trị % RAC của các kim loại

KẾT LUẬN

1. Đã áp dụng quy trình chiết đơn dựa trên
quy trình của BCR và Tessier để xác định 04
dạng tồn tại của các kim loại nặng Fe, Co,
Mn, Ni trong trầm tích bề mặt lưu vực sông
Cầu trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên.

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

3. Sự phân bố hàm lượng tổng của các kim loại
nặng phân bố khơng đồng đều ở các vị trí lấy
mẫu và tuân theo thứ tự Fe > Mn > Ni > Co.
4. Đánh giá mức độ ô nhiễm của các kim loại
nặng trong trầm tích bề mặt thuộc lưu vực
sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên
cho thấy trầm tích bề mặt tại đây ơ nhiễm các
kim loại Co, Ni ở mức độ nhẹ; còn Fe và Mn
là khơng ơ nhiễm; các kim loại này có mức độ
rủi ro đối với hệ sinh thái thấp và trung bình,
riêng Mn ở vị trí SC08 có mức độ rủi ro ở
mức cao.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Vũ Đức Lợi, Nguyễn Thanh Nga, Trịnh Anh

Đức, Phạm Gia Môn, Trịnh Hồng Quân, Dương
Tuấn Hưng, Trần Thị Lệ Chi, Dương Thị Tú Anh
(2010), “Phân tích dạng một số kim loại nặng
trong trầm tích thuộc lưu vực sơng Nhuệ và Đáy”, 
tạp chí phân tích Hố, Lý và Sinh học, tập 15, 4, 
tr. 26-33.

2. Canepari S., Cardarelli E., Ghighi S., Scimonelli
L. (2005), “Ultrasound and microwave-assisted
extraction of metals from sediment: a comparison
with the BCR procedure”, Talanta, 66, pp. 1122–
1130.

3. Chang Zhang, Zhi-gang Yu, Guang-ming Zeng,
Min Jiang, Zhong-zhu Yang, Fang Cui,
Meng-ying Zhu, Liu-qing Shen, Liang Hu (2014),

“Effects of sediment geochemical properties on
heavy metal bioavailability”. Environment 
International, 73, pp. 270–281.

4. Muhammad B. A., Tasneem G. K., Muhammad
K. J., Nusrat J., Hassan I. A., Jameel A. B. (2008),
“Speciation of heavy metals in sediment by
conventional, ultrasound and microwave assisted
single extraction methods: A comparison with
modified sequential extraction procedure”, Journal 
of Hazardous Materials 154, pp. 998–1006.

5. Muhammad Saleem, Javed Iqbal, Munir H.

Shah (2015). “Geochemical speciation,
anthropogenic contamination, risk assessment and
source identification of selected metals in
freshwater sediments—A case study from
Mangla Lake, Pakistan”, Environmental 
Nanotechnology, Monitoring & Management 4, 
pp. 27–36.

6. Rath P, Panda UC, Bhata D, Sahu KC (2009),
“Use of sequential leaching, mineralory, and
multivariate statistical technique for quantifying
metal pollution in highly polluted aquatic
sediments – a case study: Brahmani and Nandira
Rivers India”, Journal of Hazardous Materials, 
vol. 163, pp. 632-644.

7. Shou Zhao, Chenghong Feng, Yiru Yang,
Junfeng Niu, Zhenyao Shen (2012). “Risk
assessment of sedimentary metals in the
Yangtze Estuary: New evidence of the
relationships between two typical index
methods”. Journal of Hazardous Materials, 
241– 242, pp. 164– 172.

SUMMARY

SPECIATION OF Co, Fe, Mn, Ni IN SURFACE SEDIMENTS OF CAU RIVER 
BASIN – THAI NGUYEN PROVINCE BY SINGLE EXTRACTION METHOD

Pham Thi Thu Ha*, Bui Minh Quy, Vu Xuan Hoa, Vuong Truong Xuan

University of Science - TNU

A single extraction procedure was applied to determine the distribution of heavy metal fractions
(Fe, Co, Mn, Ni) in the sediment samples collected at Cau river, located in Thai Nguyen province.
The results showed that Fe, Co, Mn and Ni were found mainly in three fractions: exchangeable
and carbonate fraction, bound to Fe-Mn Oxides and residual fraction; Fe and Ni existed mainly as
residual fraction and associated with iron - manganese oxide fraction. The distribution of the total
content of heavy metals was uneven and followed the order: Fe > Mn > Ni > Co. The
contamination levels of four metals in the studied sediment was assessed by the geoaccumulation
index (Igeo) and Risk Assessment Code (RAC).

Keywords: single extraction, speciation of metals, sediment, Co, Mn, Ni, Fe, the total content

Ngày nhận bài: 09/6/2017; Ngày phản biện: 10/7/2017; Ngày duyệt đăng: 30/9/2017

</div>