Nghiên cứu xác định dạng Cu Pb Zn và Cd trong một số cột trầm tích thuộc lưu vực sông Cầu

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

VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN HỐ HỌC

VŨ VĂN TUẤN

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH
DẠNG Cu, Pb, Zn và Cd TRONG MỘT SỐ CỘT TRẦM TÍCH
THUỘC LƢU VỰC SƠNG CẦU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - năm 2013

1


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

VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN HỐ HỌC

VŨ VĂN TUẤN

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH
DẠNG Cu, Pb, Zn và Cd TRONG MỘT SỐ CỘT TRẦM TÍCH

THUỘC LƢU VỰC SƠNG CẦU

Chun ngành: Hóa Phân Tích
Mã số: 60 44 29

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Vũ Đức Lợi

Hà Nội - năm 2013

2


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC HÌNH
MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………………........ 1
Chƣơng 1: TỔNG QUAN …………………………………………………………..…... 3
1.1 Trầm tích và sự tích lũy kim loại trong trầm tích …………...……………..….. 3
1.1.1 Trầm tích và sự hình thành trầm tích …………..………………...…... 3
1.1.2 Các nguồn tích lũy kim loại vào trầm tích …………………………… 3
1.1.3 Cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy kim loại vào trầm tích
………………………………………………………………………………. 3
1.1.4 Các dạng tồn tại của kim loại trong trầm tích ………………………... 4
1.1.5 Dạng tồn tại của một số kim loại nặng trong trầm tích …………..…... 5
1.1.5.1 Kim loại đồng ……………………...…………………….…. 5

1.1.5.2 Kim loại chì …………..……...……………..………………. 6
1.1.5.3 Kim loại kẽm ………………………...………………..……. 7
1.1.5.4 Kim loại cacdimi ……………………………….…………. 7
1.2 Phân tích dạng kim loại trong trầm tích ………………………………….….… 8
1.2.1 Khái niệm về phân tích dạng ……………………….……………....… 8
1.2.2 Các qui trình chiết liên tục ………………………………………….… 8
1.3 Một số chỉ số và tiêu chuẩn đánh giá chất lượng trầm tích ……………….….. 13
1.3.1 Chỉ số tích lũy địa chất (Geoaccumulation Index: Igeo) ……………. 13
1.3.2 Chỉ số đánh giá rủi ro RAC (Risk Assessment Code) …................… 14
1.3.3 Tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại trong trầm tích theo hàm
lượng tổng kim loại của Mỹ và Canada …………….……………………. 15
1.4 Một số phương pháp hiện đại phân tích lượng vết kim loại ………….…..…. 16
1.4.1 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) ……………….………. 16

3


1.4.2 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES) ………………..….….. 18
1.4.3 Phương pháp phổ huỳnh quang nguyên tử ………….…………..… 19
1.4.4 Các phương pháp điện hóa …………………….……………….…… 19
1.4.5 Phương pháp phổ khối lượng ICP-MS …………….…..………..… 20
1.5 Một số cơng trình nghiên cứu xác định các dạng kim lọai nặng trong mẫu trầm
tích …………………………………………….…………………………….…..…...
20
1.6 Khu vực nghiên cứu ………………………………….….…….……….….…. 22
1.6.1 Điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội lưu vực sơng Cầu …….….….. 22
1.6.2 Tình hình ơ nhiễm trên lưu vực sông Cầu đoạn đi qua địa bàn tỉnh Thái
Nguyên ……………………………………………………………………. 24
1.6.3. Khu vực lấy mẫu …………….………………………….……..……. 25
Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM ........................................................................................... 27

2.1 Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................ 27
2.2 Nội dung nghiên cứu ......................................................................................... 27
2.3 Trang thiết bị và hóa chất phục vụ nghiên cứu .................................................. 27
2.4 Lấy mẫu và bảo quản mẫu ................................................................................. 28
2.4.1 Vị trí lấy mẫu ....................................................................................... 28
2.4.2 Phương pháp lấy mẫu .......................................................................... 29
2.4.3 Bảo quản mẫu ...................................................................................... 30
2.5 Tiến hành thực nghiệm ...................................................................................... 31
2.5.1 Tiền xử lí mẫu ...................................................................................... 31
2.5.2 Quy trình phân tích hàm lượng tổng kim loại ..................................... 31
2.5.3 Quy trình phân tích dạng kim loại ....................................................... 31
2.6 Xử lí số liệu ....................................................................................................... 32
Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN …………………….……..…………….…… 33
3.1 Các điều kiện đo phổ AAS của Cu, Pb, Zn, Cd ……………………….……… 33
3.1.1 Các điều kiện đo phổ F-AAS của Cu, Pb, Zn …………………….… 33
3.1.2 Các điều kiện đo phổ GF-AAS của Cd ………………………...…… 33
3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nền đến phép đo ………………………………….… 34

4


3.3 Xây dựng đường chuẩn xác định Cu, Pb, Zn, Cd …………………………...... 36
3.3.1 Đường chuẩn của Cu ………………………………………….…... 37
3.3.2 Đường chuẩn của Pb ………………………………………...…..…. 38
3.3.3 Đường chuẩn của Zn ……………………………………...………. 39
3.3.4 Đường chuẩn của Cd ………………………………………....……. 40
3.4 Khảo sát giới hạn phát hiện của phương pháp đo …………………..….….… 41
3.4.1 Khảo sát giới hạn phát hiện trong phép đo F- AAS ………………… 41
3.4.2 Khảo sát giới hạn phát hiện trong phép đo GF-AAS ……………….. 43
3.5 Đánh giá độ chính xác của phương pháp ………………………..………....… 43

3.6. Kết quả phân tích hàm lượng tổng của các kim loại Cu, Pb, Zn, Cd ............... 44
3.6.1 Kết quả phân tích hàm lượng tổng kim loại Cu …….………….…… 44
3.6.2 Kết quả phân tích hàm lượng tổng kim loại Pb trong 3 cột trầm tích
…………………………………………………………………….……... 46
3.6.3 Kết quả phân tích hàm lượng tổng kim loại Zn trong 3 cột trầm tích
…………………………………………………………………………... 48
3.6.4 Kết quả phân tích hàm lượng tổng kim loại Cd trong 3 cột trầm tích
…………………………………………………………………….……... 50
3.6.5 Mối tương quan về hàm lượng tổng giữa các kim loại Cu, Pb, Zn, Cd
trong các cột trầm tích ……………………………..……………………. 52
3.6 Kết quả phân tích hàm lượng các dạng kim loại Cu, Pb, Zn, Cd trong 3 cột trầm
tích ………….………………………………….…...…………………………..... 53
3.6.1 Kết quả phân tích hàm lượng các dạng của kim loại Cu ………...... 53
3.6.2 Kết quả phân tích hàm lượng các dạng của kim loại Pb …................. 57
3.6.3 Kết quả phân tích hàm lượng các dạng của kim loại Zn ..……….... 60
3.6.4 Kết quả phân tích hàm lượng các dạng của kim loại Cd ………...... 62
KẾT LUẬN ………………………………………………..………….……………..….. 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………….…….…………………..…… 66

5


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt
AAS
AES
BCR
CV
EDL
FGCS

GFHCL
ICP
MS
RSD
SEP

Tiếng Anh
Atomic Absorption Spectrometry
Atomic Emission Spectrometry
Community Bureau of Reference
Cold Vapour
Electrodeless Disharge Lamp
Flame
Geological Society ò Canada
Graphit Furnace
Hollow cathode lamp
Inductively coupled plasma
Mass Spectrometry
Relative standard deviation
Sequential Extraction Procedure

6

Tiếng Việt
Phổ hấp thụ nguyên tử
Phổ phát xạ nguyên tử
Ủy ban tham chiếu cộng đồng
Hơi lạnh
Đèn không điện cực
Ngọn lửa

Hiệp hội địa chất Canada
Lò graphit
Đèn catot rỗng
Plasma cao tần cảm ứng
Phổ khối
Độ lệch chuẩn tương đối
Quy trình chiết liên tục


DANH MỤC BẢNG
Chƣơng 1: TỔNG QUAN
Bảng 1.1
Quy trình chiết liên tục của Tessier (1979) ……………………………… 9
Bảng 1.2
Quy trình chiết liên tục của BCR (1993) ……………………………….……
10
Bảng 1.3
Quy trình chiết ngắn của Maiz (2000) ………………….………….…... 10
Bảng 1.4
Quy trình chiết liên tục của hiệp hội địa chất Canada (GCS) ………..… 11
Bảng 1.5
Qui trình chiết liên tục của J.Zerbe (1999) ……………………….…….… 12
Bảng 1.6
Qui trình chiết liên tục cải tiến Tessier ( Vũ Đức Lợi, 2010) ….….…...… 13
Bảng 1.7
Giá trị hàm lượng các kim loại trong vỏ Trái đất ………………….…….. 14
Bảng 1.8
Phân loại mức độ ô nhiễm dựa vào Igeo ………………………….……… 14
Bảng 1.9
Tiêu chuẩn đánh giá mức độ rủi ro theo chỉ số RAC ……………….….… 15

Bảng 1.10 Tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích theo hàm lượng
tổng của Canada (2002) ……………………………………………………….…. 15
Bảng 1.11 Tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích theo hàm lượng
tổng của Mỹ (US EPA (1997) ………………………………………….….….. 16
Chƣơng 2 THỰC NGHIỆM

Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
Bảng 3.1
Các điều kiện đo phổ F-AAS của Cu, Pb, Zn
……………..……………….… 33
Bảng 3.2
Các điều kiện đo phổ GF-AAS của Cd ………………………………… 33
Bảng 3.3
Chương trình hóa nhiệt độ cho lị graphit ………………………….…… 34
Bảng 3.4
Kết quả phân tích mẫu Cu2+ 1 mg/l ……………………………….……. 41
Bảng 3.5
Kết quả phân tích mẫu Pb2+ 4 mg/l ……………………………………. 42
Bảng 3.6
Kết quả phân tích mẫu Zn2+ 1 mg/l ………………………………..…… 42
Bảng 3.7
Kết quả phân tích mẫu Cd2+ 2 µg/l …………………………………….…. 43
Bảng 3.8
Kết quả phân tích Cu, Pb, Zn, Cd trong mẫu trầm tích chuẩn .
MESS-3 ………………………………………………….………....…... 43
Bảng 3.9
Hàm lượng tổng của kim loại Cu trong các cột trầm tích ……………… 44
Bảng 3.10 Giá trị Igeo trong các cột trầm tích ………………….….………..…..… 45
Bảng 3.11 Hàm lượng tổng Pb trong các cột trầm tích …….…….……………….. 46
Bảng 3.12 Giá trị Igeo của Pb trong các cột trầm tích ……………………….….………

47
Bảng 3.13 Hàm lượng tổng Zn trong các cột trầm tích ……………….…………… 48
Bảng 3.14 Giá trị Igeo của Zn trong các cột trầm tích
…………………………………... 50
Bảng 3.15 Hàm lượng tổng Cd trong các cột trầm tích ……………………………. 50
Bảng 3.16 Giá trị Igeo của Cd trong các cột trầm tích …………………………….. 51
Bảng 3.17 Hệ số tương quan giữa hàm lượng tổng Cu, Pb, Zn và Cd trong mỗi cột trầm
tích ………………………………………………………………………………….…. 52

7


Bảng 3.18 Hàm lượng các dạng của kim loại Cu (mg/kg) trong các cột trầm
tích……………………………………………………………………………………….. 54
Bảng 3.19 Hệ số tương quan về hàm lượng các dạng của Cu trong mỗi cột trầm tích
…………………………………………………………………………………….…….. 56
Bảng 3.20 Hàm lượng các dạng của kim loại Pb (mg/kg) trong các cột trầm tích
..……………………………………………………………..…… ……… 57
Bảng 3.21 Hệ số tương quan hàm lượng các dạng của Pb trong mỗi cột trầm Tích
.…………………………………….……………………………………... 59
Bảng 3.22 Hàm lượng các dạng của kim loại Zn (mg/kg) trong các cột trầm tích
…………………………………………………………….………. 60
Bảng 3.23 Hàm lượng các dạng của Cd (mg/kg) trong các cột trầm tích ..…………. 62

8


DANH MỤC HÌNH
Chƣơng 1: TỔNG QUAN
Hình 1.1

Sơ đồ cấu tạo hệ thống máy AAS …………………………. 18
Hình 1.2
Bản đồ lưu vực sơng Cầu ……………………………….…. 22
Hình 1.3
Bản đồ nguồn thải khu vực thành phố Thái Nguyên ……… 26
Chƣơng 2 THỰC NGHIỆM
Hình 2.1
Vị trí lấy mẫu ………………………………………………………….. 29
Hình 2.2
Thiết bị lấy mẫu trầm tích ……………………………….…………… 29
Hình 2.3
Ống PVC chứa trầm tích ………………………………………..…….. 31
Hình 2.4
Ống PVC chứa mẫu trầm tích được để khơ tự nhiên ……..................... 32
Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
Hình 3.1
Khảo sát ảnh hưởng của nền đến độ hấp thụ của Cu ở các nồng độ khác nhau
…………………………….…………………………………….…….. 35
Hình 3.2
Khảo sát ảnh hưởng của nền đến độ hấp thụ của Pb ở các nồng độ khác nhau
…………………………………………………………………………... 35
Hình 3.3
Khảo sát ảnh hưởng của nền đến độ hấp thụ của Zn ở các nồng độ khác nhau
…………………………………...……………………………………… 35
Hình 3.4
Khảo sát ảnh hưởng của nền đến độ hấp thụ của Cd ở các nồng độ khác nhau
……………………………………..…………………………………… 35
Hình 3.5 – 3.9 Đường chuẩn của Cu ở các nền khác nhau…………………………. 37
Hình 3.10 – 3.14 Đường chuẩn của Pb ở các nền khác nhau ................................... 38
Hình 3.15 – 3.19 Đường chuẩn của Zn ở các nền khác nhau ………………….…… 39

Hình 3.20 – 3.24 Đường chuẩn của Cd ở các nền khác nhau ……………………… 40
Hình 3.25
Biểu đồ so sánh hàm lượng tổng của ion Cu2+ trong các đoạn của 3 cột trầm
tích SC01, SC02 và SC03 …………………………………………...….. 44
Hình 3.26
Biểu đồ so sánh hàm lượng của ion Pb2+ trong các đoạn của 3 cột trầm tích
SC01, SC02 và SC03 …………………………………………………..… 46
Hình 3.27
Biểu đồ so sánh hàm lượng của ion Zn2+ trong các đoạn của 3 cột trầm tích
SC01, SC02 và SC03 ……………………………………………..……. 49
Hình 3.28
Biểu đồ so sánh hàm lượng của ion Cd2+ trong các đoạn của
3 cột trầm tích SC01, SC02 và SC03 ………………………………...……… 51

9


MỞ ĐẦU
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường do các hoạt động sinh hoạt và sản xuất của
con người đã và đang là vấn đề nhức nhối của toàn xã hội. Một trong các chương trình
đang được nhà nước quan tâm là nghiên cứu và đánh giá mức độ ô nhiễm thuộc lưu vực
một số hệ thống sông chính như: sơng Đáy, sơng Nhuệ, sơng Cầu... để từ đó có các biện
pháp quản lí thích hợp.
Trong số các chỉ số ô nhiễm, ô nhiễm kim loại nặng là một trong những chỉ số được
quan tâm nhiều bởi độc tính và khả năng tích lũy sinh học của chúng. Để có thể đánh giá
một cách đầy đủ về mức độ ô nhiễm của các kim loại nặng ta không thể chỉ dựa vào việc
xác định hàm lượng của các kim loại hòa tan trong nước mà cần xác định cả hàm lượng các
kim loại trong trầm tích. Rất nhiều cơng trình khoa học nghiên cứu về trầm tích sơng, hồ
đều cho thấy hàm lượng của các kim loại trong trầm tích lớn hơn nhiều so với trong nước.
Dưới một số điều kiện lí hóa nhất định các kim loại nặng từ trong nước có thể tích

lũy vào trầm tích đồng thời cũng có thể hịa tan ngược trở lại nước [65, 68]. Khả năng hòa
tan của kim loại trong mẫu trầm tích vào nước cũng như khả năng tích lũy sinh học của nó
phụ thuộc vào dạng tồn tại của kim loại trong trầm tích [69]. Vì vậy cần thiết phải xác định
cụ thể dạng tồn tại của các kim loại trong trầm tích mới có thể đưa ra những đánh giá cụ
thể và chính xác hơn về mức độ ô nhiễm và ảnh hưởng đến hệ sinh thái của các kim loại
nặng [48].
Một vấn đề đáng lưu ý nữa là hàm lượng của các kim loại trong mẫu trầm tích phụ
thuộc vào hàm lượng của các kim loại trong nước tại mỗi thời điểm. Do đó dựa vào việc
xác định hàm lượng của các kim loại tại các điểm khác nhau trên cùng một cột trầm tích có
thể giúp ta thấy được sự thay đổi về mức độ ô nhiễm kim loại nặng tại khu vực nghiên cứu
theo thời gian.
Để xác định dạng kim loại trong trầm tích, cơng đoạn quan trọng nhất là chiết tách
riêng từng dạng kim loại ra khỏi trầm tích. Đã có rất nhiều quy trình chiết được đưa ra
nhưng quy trình chiết liên tục của Tessier (Tessier et.al, 1979 [34]) được nhiều tác giả lựa

10


chọn sử dụng và cải tiến thêm phương pháp này. Theo quy trình chiết liên tục của Tessier,
kim loại trong trầm tích được chia làm 5 dạng là: dạng trao đổi, dạng liên kết với cacbonat,
dạng liên kết với sắt và mangan oxit, dạng liên kết với chất hữu cơ và dạng cặn dư.
Lưu vực sông Cầu là một trong những lưu vực sông lớn và tập trung đông dân cư
sinh sống ở khu vực phía Bắc. Sơng Cầu dài 288,5 km bắt nguồn từ núi Vạn On ở độ cao
1175m thuộc huyện Chợ Đồn tỉnh Bắc Cạn chạy qua các tỉnh Bắc Cạn, Thái Nguyên, Bắc
Giang, Hà Nội, Bắc Ninh và đổ vào sơng Thái Bình ở thị xã Phả Lại tỉnh Hải Dương. Các
khu vực sông Cầu chạy qua là những khu vực tập trung rất nhiều các hoạt động sản xuất
cơng nghiệp như: khai khống, luyện kim, mạ điện... Vì vậy tình hình ơ nhiễm nói chung
và ô nhiễm kim loại nặng nói riêng đang ở mức báo động. Trước tình hình đó chính phủ đã
cho thành lập Ủy ban Bảo vệ môi trường lưu vực sông Cầu vào tháng 1 năm 2008 để có
những giải pháp đồng bộ quản lí và giảm thiểu ơ nhiễm trên hệ thống lưu vực sông Cầu.

Mặt khác, trên hệ thống lưu vực sông Cầu, Thái Nguyên là tỉnh mà ngành cơng nghiệp khai
khống và luyện kim rất phát triển nên nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng là rất lớn.
Từ những vấn đề trình bày ở trên, chúng tơi đã chọn đề tài “nghiên cứu xác định
dạng Cu, Pb, Zn và Cd trong một số cột trầm tích thuộc lưu vực sơng Cầu ” với địa bàn
nghiên cứu chính là tỉnh Thái Nguyên theo các nhiệm vụ cụ thể là:
+ Xác định hàm lượng tổng và hàm lượng các dạng liên kết của các kim loại Cu,
Pb, Zn và Cd trong một số cột trầm tích thuộc lưu vực sơng Cầu khu vực đi qua thành phố
Thái Nguyên.
+ Đánh giá sự thay đổi hàm lượng tổng và các dạng của các kim loại Cu, Pb ,Zn và
Cd theo chiều sâu của cột trầm tích và giữa các cột trầm tích.
+ Đánh giá mối tương quan về hàm lượng tổng và các dạng của các kim loại Cu, Pb,
Zn và Cd trong cùng 1 cột trầm tích và giữa các cột trầm tích với nhau.
+ Đánh giá mức độ ơ nhiễm các kim loại Cu, Pb, Zn và Cd theo một số tiêu chuẩn
đánh giá ơ nhiễm trầm tích.
Việc lấy mẫu trầm tích được chúng tơi trực tiếp tiến hành tại sông Cầu đoạn đi qua
thành phố Thái Nguyên vào tháng 7 năm 2012. Các công việc bảo quản mẫu trầm tích, xử
lí mẫu và phân tích hàm lượng tổng cũng như các dạng của các kim loại Cu, Pb, Zn và Cd
được thực hiện tại phịng Hóa Phân Tích – Viện Hóa Học – Viện Hàn Lâm Khoa Học và
Cơng Nghệ Việt Nam.

11


Chƣơng 1: TỔNG QUAN
1.1 Trầm tích và sự tích lũy kim loại trong trầm tích
1.1.1 Trầm tích và sự hình thành trầm tích
Trầm tích là các vật chất tự nhiên bị phá vỡ bởi các q trình xói mịn hoặc do thời
tiết, sau đó được các dịng chảy vận chuyển đi và cuối cùng được tích tụ thành các lớp trên
bề mặt hoặc đáy của một khu vực chứa nước như ao, hồ, sơng, suối, biển. Q trình hình
thành trầm tích là một q trình tích tụ và lắng đọng các chất cặn lơ lửng (bao gồm cả các

vật chất vô cơ và hữu cơ) để tạo nên các lớp trầm tích. Ao, hồ, sơng, biển tích lũy trầm tích
thành các lớp theo thời gian. Vì vậy trầm tích là một hỗn hợp phức tạp của các pha rắn bao
gồm sét, silic oxit, chất hữu cơ, cacbonat và một quần thể các vi khuẩn (Trần Nghi, 2003
[14]; [71] ).
Trầm tích là một trong những đối tượng thường được nghiên cứu để đánh giá và
xác định mức độ cũng như nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng đối với môi trường nước bởi
hàm lượng kim loại trong trầm tích thường lớn hơn nhiều so với lớp nước phía trên và có
mối quan hệ chặt chẽ với hàm lượng của các ion kim loại tan trong nước. Các kim loại
trong nước có thể tích lũy đi vào trầm tích và ngược lại kim loại trong trầm tích ở dạng di
động có khả năng hịa tan ngược lại vào nước. Chính vì lí do đó nên trầm tích được xem là
một chỉ thị quan trọng dùng để nghiên cứu và đánh giá sự ô nhiễm môi trường.
1.1.2 Các nguồn tích lũy kim loại vào trầm tích
Sự tích lũy kim loại vào trầm tích đến từ hai nguồn là nguồn nhân tạo và nguồn tự
nhiên.
Nguồn tự nhiên gồm các kim loại nằm trong thành phần của đất đá xâm nhập vào
môi trường nước và trầm tích thơng qua các q trình tự nhiên như: phong hóa, xói mịn,
rửa trơi (Ip Crman 2007 [46]).
Nguồn nhân tạo là các nguồn ô nhiễm từ các hoạt động sinh hoạt và sản xuất của
con người như: nước thải sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp, y tế. Các kim loại này sau
khi đi vào nước sẽ tích lũy vào trầm tích cũng như các sinh vật thủy sinh.
1.1.3 Cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy kim loại vào trầm tích

12


Các kim loại tích lũy vào trầm tích có thể xuất phát từ nguồn tự nhiên hoặc nhân
tạo. Sự tích lũy của các kim loại vào trầm tích có thể xảy ra theo 3 cơ chế sau:
1. Sự hấp phụ hóa lý từ nước.
2. Sự hấp thu sinh học bởi các sinh vật hoặc các chất hữu cơ.
3. Sự tích lũy vật lí của các hạt vật chất bởi quá trình lắng đọng trầm tích.

Sự tích lũy kim loại vào trầm tích phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: các điều kiện
thủy văn, môi trường, pH, thành phần vi sinh vật, kết cấu của trầm tích, khả năng trao đổi
ion… nhất là sự hấp phụ hóa lý và hấp thu sinh học.
Sự hấp phụ hóa lý các kim loại trực tiếp từ nước được thực hiện nhờ các quá trình
hấp phụ các kim loại lên trên bề mặt của các hạt keo, các quá trình trao đổi ion, các phản
ứng tạo phức của các kim loại nặng với các hợp chất hữu cơ hoặc do các phản ứng hóa học
xảy ra làm thay đổi trạng thái oxi hóa của các nguyên tố hay tạo thành các hợp chất ít tan
như muối sunfua. Q trình hấp phụ hóa lí phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện như: pH
của nước, kích thước của các hạt keo, hàm lượng các chất hữu cơ và quần thể vi sinh vật
[65].
Sự hấp thu sinh học chủ yếu do quá trình hấp thu kim loại của các sinh vật trong
nước, phản ứng tạo phức của các kim loại với các hợp chất hữu cơ, các hoạt động sinh hóa
của hệ vi sinh vật trong trầm tích [42, 68].
1.1.4 Các dạng tồn tại của kim loại trong trầm tích.
Theo Tessier [33], kim loại trong mẫu trầm tích và mẫu đất tồn tại ở 5 dạng chủ yếu
sau:
+ Dạng trao đổi: Kim loại trong dạng này liên kết với các hạt keo trong trầm tích
(sét, hydrat của oxit săt, oxit mangan, axit humic) bằng lực hấp phụ yếu. Sự thay đổi lực
ion của nước sẽ ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ hoặc giải hấp các kim loại này dẫn đến
sự giải phóng hoặc tích lũy kim loại tại bề mặt tiếp xúc của nước và trầm tích. Chính vì
vậy kim loại trong trầm tích ở dạng này rất linh động có thể dễ dàng giải phóng ngược trở
lại mơi trường nước.
+ Dạng liên kết với cácbonat: Các kim loại tồn tại ở dạng kết tủa muối cacbonat.
Các kim loại tồn tại ở dạng này rất nhạy cảm với sự thay đổi của pH, khi pH giảm các kim
loại ở dạng này sẽ được giải phóng.

13


+ Dạng liên kết với Fe-Mn oxit: Ở dạng liên kết này kim loại được hấp phụ trên

bề mặt của Fe-Mn oxi hydroxit và không bền trong điều kiện khử, bởi vì trong điều kiện
khử trạng thái oxi hóa của sắt và mangan sẽ bị thay đổi, dẫn đến các kim loại trong trầm
tích sẽ được giải phóng vào pha nước.
+ Dạng liên kết với hữu cơ: Các kim loại ở dạng liên kết với hữu cơ sẽ không bền
trong điều kiện oxi hóa, Khi bị oxi hóa các chất cơ sẽ phân hủy và các kim loại sẽ được
giải phóng vào pha nước.
+ Dạng cặn dƣ: Phần này chứa các khoáng chất bền vững tồn tại trong tự nhiên có
thể giữ các vết kim loại trong nền cấu trúc của chúng, hoặc một số kết tủa bền khó tan của
các kim loại như PbS, HgS... Do vậy khi kim loại tồn tại trong phân đoạn này sẽ khơng
thể hịa tan vào nước trong các điều kiện như trên.
1.1.5 Kim loại nặng và nguồn tích lũy một số kim loại nặng trong trầm tích
Kim loại nặng là các kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5 g/cm3, nhưng thơng
thường ta dùng để chỉ những kim loại độc hại và gây ơ nhiễm mơi trường. Trong trầm tích,
kim loại nặng có thể tồn tại ở các dạng khác nhau, có khả năng tích lũy trong trầm tích,
khả năng tích lũy sinh học và độc tính khác nhau [30]. Trong giới hạn của đề tài, chúng tôi
chỉ tập trung nghiên cứu bốn kim loại nặng là: đồng, chì, kẽm và cadimi.
1.1.5.1 Kim loại đồng
Đồng là một nguyên tố thiết yếu đối với cơ thể động thực vật và con người. Đối với
cơ thể con người, đồng cần thiết cho các quá trình chuyến hóa sắt, lipit và rất cần thiết cho
hoạt động của hệ thần kinh, hệ miễn dịch... Tuy nhiên, khi cơ thể chúng ta tích tụ đồng với
một lượng lớn sẽ gây nguy hiểm. Khi hàm lượng đồng trong cơ thể người từ 60 – 100
mg/kg thể trọng có thể gây ra tình trạng nơn mửa. Khi hàm lượng là 10g/kg thể trọng có
thể gây tử vong. Nồng độ đồng giới hạn trong nước uống đối với con người là 2 mg/lit.
Đồng cũng là một trong số kim loại có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực cơng
nghiệp khác nhau như: chế tạo dây dẫn điện, các hợp kim có độ chống mài mịn cao, chế
tạo sơn, thuốc trừ sâu…
Ở pH lớn hơn 6 ion Cu2+ có thể kết tủa dưới dạng hidroxit, oxit, hidroxi-cacbonat.
Đồng cũng tạo được phức rất bền với chất mùn. Đặc biệt trong môi trường khử Cu 2+ rất dễ
kết hợp với ion S2- để tạo kết tủa CuS rất bền. Chính vì vậy mà khả năng tích lũy sinh học

14


của kim loại đồng trong trầm tích nhỏ và dạng tồn tại chủ yếu của đồng trong trầm tích là ở
dạng cặn dư [15, 18, 23].
Nguồn tích lũy của kim loại đồng trong tự nhiên đến từ 2 nguồn là nguồn tự nhiên
và nguồn nhân tạo. Trong tự nhiên, hàm lượng trung bình của đồng trong vỏ trái đất vào
khoảng 50 ppm và chủ yếu tồn tại dưới dạng một số khoáng chất như:

azurit

(2CuCO3Cu(OH)2); malachit (CuCO3Cu(OH)2); các sulfua như: chalcopyrit (CuFeS2),
bornit (Cu5FeS4), covellit (CuS), chalcocit (Cu2S) và các ơxít như cuprit (Cu2O)... Trong
đó nhiều nhất là các quặng sunfua tương đối bền. Vì vậy khả năng rửa trơi của của kim loại
đồng là tương đối nhỏ [23].
Nguồn tích lũy nhân tạo đồng vào trầm tích xuất phát chủ yếu từ các hoạt động sản
xuất đặc biệt là từ các ngành công nghiệp luyện kim và mạ điện. Theo một số nghiên cứu,
hàm lượng kim loại đồng trong nước thải của các nhà máy mạ điện có thể lên đến 200 ppm.
1.1.5.2 Kim loại chì
Chì là một ngun tố có độc tính cao đối với con người và động vật. Khi xâm nhập
vào cơ thể kim loại chì kết hợp với một số enzim làm rối loạn hoạt động của cơ thể. Khi
nồng độ chì trong máu lớn hơn 50 μg/dl sẽ gây ra ra nguy cơ mắc chứng thiếu máu, thiếu
sắc tố da, hồng cầu kém bền vững. Khi nồng độ chì trong máu lớn hơn 80 μg/dl sẽ gây ra
các bệnh về thần kinh với các biểu hiện như mất điều hịa, giảm ý thức, vận động khó khăn,
hơn mê và co giật [19, 20].
Ở pH cao kim loại chì trở nên ít tan do dễ tạo phức với các hợp chất hữu cơ, kết tủa
dưới dạng oxit, hidroxit và liên kết với oxit và silica của đất sét vì vậy ở pH cao kim loại
chì có khả năng tích lũy sinh học thấp. Nhưng ở pH thấp hơn thì khả năng tích lũy sinh học
của chì tăng dần.
Trong tự nhiên hàm lượng Pb trong vỏ trái đất khoảng 17 ppm. Chì thường được tìm

thấy ở dạng quặng cùng với kẽm, bạc, và (phổ biến nhất) đồng, và được thu hồi cùng với
các kim loại này. Trong tự nhiên, khống chì chủ yếu là galena (PbS) ngồi ra cịn có một
số dạng khống chứa chì khác như cerussite (PbCO3) và anglesite (PbSO4) [15, 18, 22].
Trong công nghiệp, kim loại chì được sử dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau như:
công nghiệp chế tạo ắc quy, sơn, nhựa, luyện kim. Vì vậy nguồn phát thải chì nhân tạo chủ

15


yếu từ các hoạt động sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp như: công nghiệp luyện
kim, ắc quy, sơn, nhựa và các làng nghề tái chế chì, tái chế nhựa...
1.1.5.3 Kim loại kẽm
Kẽm là một nguyên tố vi lượng rất cần thiết đối với con người và động thực vật.
Kẽm hiện diện trong hầu hết các bộ phận cơ thể con người. Kẽm cần thiết cho thị lực, giúp
cơ thể chống lại bệnh tật, chống nhiễm trùng và cần thiết cho các hoạt động sinh dục và
sinh sản... Tuy nhiên khi hàm lượng kẽm trong cơ thể lớn quá có thể tạo ra các tác dụng
ngược lại gây ra các bệnh như ngộ độc thần kinh, và hệ miễn nhiễm [20, 21].
Trong cơng nghiệp, kim loại kẽm có rất nhiều ứng dụng đặc biệt trong lĩnh vực
luyện kim, công nghiệp mạ và sản xuất pin điện...
Trong môi trường nước ở pH thấp Zn có độ linh động vừa phải do chủ yếu tồn tại ở
pha liên kết yếu với sét và mùn. Ở pH lớn hơn độ linh động của kẽm giảm đi do tồn tại ở
các pha liên kết với oxit, aluminosilicat và mùn. Ngoài ra trong môi trường khử, sự linh
động của kim loại kẽm cũng bị giảm đi do tạo thành muối ZnS ít tan [ 15, 18, 24, 29].
Trong vỏ trái đất hàm lượng kim loại kẽm vào khoảng 75 ppm. Sphalerit (ZnS) là
loại quặng kẽm quan trọng nhất. Nguồn tích lũy kẽm trong trầm tích ngồi nguồn tự nhiên
cịn phải kể đến một nguồn rất quan trọng là các nước thải từ các nhà máy luyện kim và mạ
điện và khai khoáng [25].
1.1.5.4 Kim loại Cadimi
Cadimi cũng là một kim loại có nhiều ứng dụng trong cơng nghiệp. Một số ứng
dụng chính của cadimi là chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp, sử dụng trong mạ

điện, chế tạo vật liệu bán dẫn, chất tạo màu... Tuy nhiên cadimi lại là kim loại rất độc hại
đối với cơ thể người ngay cả ở nồng độ rất thấp bởi vì cadimi có khả năng tích lũy sinh học
rất cao. Khi xâm nhập vào cơ thể nó can thiệp vào các q trình sinh học, các enzim liên
quan đến kẽm, magie và canxi, gây tổn thương đến gan, thận, gây nên bệnh loãng xương và
bệnh ung thư [20].
Trong tự nhiên, hàm lượng cadimi trung bình khoảng 0,1 ppm. Quặng cadimi rất
hiếm và chủ yếu tồn tại ở dạng CdS có lẫn trong quặng một số kim loại như Zn, Cu, Pb
[25].

16


Trong trầm tích sơng ngịi, hàm lượng cadimi có thể cao hơn nhiều lên đến 9 ppm
[6]. Nguồn phát thải ơ nhiễm Cd đối với trầm tích sơng ngịi chủ yếu là nguồn nhân tạo,
xuất phát từ nước thải từ các ngành công nghiệp dựa trên một số ứng dụng của Cd như: lớp
mạ bảo vệ thép, chất ổn định trong PVC, chất tạo màu trong plastic và thủy tinh, và trong
hợp phần của nhiều hợp kim.
1.2 Phân tích dạng kim loại trong trầm tích
1.2.1 Khái niệm về phân tích dạng
Thuật ngữ “dạng”, theo Fillip M. tack và Marc G. Verloo [40], là sự nhận dạng và
định lượng các dạng, các hình thức hay các pha khác nhau mà trong đó kim loại tồn tại
Trong thực tế, độ linh động và hoạt tính sinh học cũng như khả năng tích lũy sinh
học của kim loại phụ thuộc vào dạng tồn tại bao gồm dạng hóa học ( trạng thái oxi hóa,
điện tích, trạng thái hóa trị và liên kết) và dạng vật lí (trạng thái vật lí, kích thước hạt... ).
Chẳng hạn crôm ở dạng Cr(III) không độc nhưng ở dạng Cr(VI) rất độc. Trong các dạng
của asen thì As(III) có độc tính cao gấp khoảng 50 lần As(V), asen ở dạng hợp chất vô cơ
độc hơn ở dạng hợp chất hữu cơ. Trong trầm tích, các kim loại tồn tại ở dạng linh động dễ
dàng có thể giải phóng vào nước dẫn đến nguy cơ gia tăng sự hấp thụ các kim loại này vào
cơ thể con người thông qua chuỗi thức ăn. Trong khi đó các kim loại tồn tại ở dạng cặn dư
rất khó hịa tan vào nước nên rất ít ảnh hưởng đến sức khỏe con người [31, 40]. Vì vậy cần

thiết phải xác định cụ thể hàm lượng của các kim loại ở từng dạng tồn tại cụ thể của nó.
Theo tác giả Tessier, kim loại trong mẫu trầm tích và mẫu đất tồn tại ở 5 dạng chủ
yếu là: dạng trao đổi, dạng liên kết với cácbonat, dạng liên kết với Fe-Mn oxit, dạng
liên kết với hữu cơ, dạng cặn dƣ. Vấn đề đặt ra ở đây là phải tìm ra các dung mơi và các
điều kiện thích hợp để có thể chiết riêng từng dạng kim loại. Có nhiều phương pháp khác
nhau đã được đưa ra để chiết riêng từng dạng kim loại như: chiết một giai đoạn, chiết liên
tục, sử dụng nhựa trao đổi ion... Trong đó, phương pháp chiết liên tục được áp dụng phổ
biến nhất do những ưu điểm của nó.
1.2.2 Các quy trình chiết liên tục
Có rất nhiều quy trình chiết liên tục được các tác giả khác nhau đưa ra để phân tích
dạng kim loại trong trầm tích. Dưới đây là một số quy trình tiêu biểu.
* Quy trình chiết liên tục của Tessier:

17


Đây là quy trình được nhiều tác giả khác nhau sử dụng để xác định hàm lượng kim
loại trong đất và trầm tích. Các điều kiện cụ thể của quy trình chiết liên tục Tessier được
thể hiện qua bảng sau:
Bảng 1.1 Quy trình chiết liên tục của Tessier (1979)[33]

Dạng kim loại
Trao đổi (F1)

Điều kiện chiết (1 gam mẫu)
+ 8 ml MgCl2 1M (pH = 7), khuấy liên tục trong 1 giờ
+ hoặc 8 ml NaOAc 1M (pH = 8,2), khuấy liên tục trong 1 giờ

Liên kết với

8 ml NaOAc 1M (pH = 5 với HOAc), khuấy liên tục trong 5 giờ

cacbonat (F2)

ở nhiệt độ phòng

Liên kết với Fe- + 20 ml Na2S2O3 0,3M + Natri-citrat 0,175M + axit citric 0,025M
Mn oxit (F3)

+ hoặc 20 ml NH2OH.HCl 0,04M trong CH3COOH 25%,
96  30C, thuy thoảng khuấy trong 6 giờ

Liên kết với hữu (1) 3ml HNO3 0,02M + 5ml H2O2 30% (pH = 2 với HNO3),
cơ (F4)

85  20C, khuấy 2 giờ
(2) thêm 3 ml H2O2 30% (pH = 2 với HNO3) 85  20C, khuấy 3
giờ
(3) sau khi làm nguội thêm 5 ml NH4OAc 3,2 M trong HNO 3
20% và pha loãng thành 20 ml, khuấy liên tục trong 30 phút

Cặn dư (F5)

(1) HClO4 (2 ml) + HF (10 ml) đun đến gần cạn
(2) HClO4 (1 ml) + HF (10 ml) đun đến gần cạn
(3) HClO4 (1 ml)
(4) hòa tan bằng HCl 12N sau đó định mức thành 25 ml

* Quy trình chiết liên tục của Ủy ban tham chiếu cộng đồng (Community
Bureau of Reference procedure, BCR):

Quy trình này gần tương tự như quy trình của Tessier nhưng dạng trao đổi và dạng
cacbonat được gộp chung lại thành một dạng

18


Bảng 1.2 Quy trình chiết liên tục của BCR (1993) [32]
Dạng kim loại

Điều kiện chiết (1 gam mẫu)

Trao đổi và liên kết 40 ml HOAc 0,11M, 22±50C, khuấy liên tục 16 giờ
với cacbonat
Liên kết với Fe-Mn 40 ml NH2OH.HCl 0,1M (pH = 2 với HNO3), 22±50C,
oxit

khuấy liên tục 16 giờ

Liên kết với hữu cơ

(1) 10 ml H2O2 8,8M (pH = 2-3), t0 phòng, khuấy liên tục
trong 1 giờ
(2) 10 ml H2O2 (pH = 2-3),850C, đun 1 giờ đến thể tích 3 ml
(3) 10 ml H2O2 (pH = 2-3),850C, đun 1 giờ đến thể tích 1 ml
(4) 50 ml NH4OAc 1M (pH = 2 với HNO3) 22±50C, khuấy
liên tục 16 giờ

Cặn dư

HF + HNO3 + HClO4

* Quy trình chiết ngắn của Maiz:
Tác giả Maiz đã đưa ra quy trình chiết ngắn chỉ có 3 dạng và nhận thấy rằng kết quả
của nó tương quan tốt với quy trình chiết của Tessier
Bảng 1.3 Quy trình chiết ngắn của Maiz (2000) [45]
Dạng kim loại
Trao đổi (hay di động)

Điều kiện chiết (3 gam mẫu)
10 ml CaCl2 0,01M, t0 phịng, thỉnh toảng khuấy
trong 2 giờ

Có tiềm năng di động

2ml hh: DTPA(1) 0,005M + CaCl2 0,01M + TEA(2)
0,1M (pH = 7,3), t0 phòng, 4 giờ

Cặn dư

Cường thủy + HF

(1): DTPA: pentetic axit hay dietylen triamin pentaaxetic axit
(2): TEA: trietanolamin
* Quy trình chiết của Hiệp hội Địa chất Canada (GCS):

19


Quy trình chiết liên tục của GCS phân chia dạng kim loại liên kết với Fe-Mn oxit
thành 2 dạng là dạng liên kết với Fe oxihydroxit vơ định hình và dạng kim loại nằm trong

cấu trúc tinh thể của oxit. Do đó số dạng kim loại tăng từ 5 lên 6. Quy trình này được
Benitez và Dubois đưa ra trên cơ sở cải tiến quy trình của Tessier nhờ vậy mà thời gian
chiết được giảm đi đáng kể.
Bảng 1.4 Quy trình chiết liên tục của Hiệp hội Địa chất Canada (GCS) (1999) [51]
Dạng kim loại
Trao đổi (F1)

Điều kiện chiết (0,5 gam mẫu)
(1) 30 ml NaNO3 0,1M; 250C; 1,5 giờ
(2) 30 ml NaNO3 0,1M; 250C; 1,5 giờ

Dạng di

Liên kết với

(1) 30 ml NaOAc 1M (pH = 5 với HOAc); 250C;

động

cacbonat (F2)

1,5 giờ
(2) 30 ml NaOAc 1M (pH = 5 với HOAc); 250C;
1,5 giờ

Liên kết với hữu cơ (1) 30 ml Na4P2O7; 250C; 1,5 giờ

Dạng có
tiềm
năng di

động

(F3)

(2) 30 ml Na4P2O7; 250C; 1,5 giờ

Liên kết với

(1) 30 ml NH2OH.HCl 0,25M trong HCl 0,05M;

oxihydroxit vơ định 600C; 1,5 giờ
hình (F4)

(2) 30 ml NH2OH.HCl 0,25M trong HCl 0,05M;
600C; 1,5 giờ

Nằm trong cấu trúc (1) 30 ml NH2OH.HCl 1M trong HOAc 25%;
tinh thể oxit (F5)

900C; 1,5 giờ
(2) 30 ml NH2OH.HCl 1M trong HOAc 25%;
900C; 1,5 giờ

Cặn dư (F6)

HF:HNO3:HCl

Nói chung hầu hết các quy trình chiết liên tục đều dựa trên quy trình chiết của
Tessier nhưng có những cải tiến để phù hợp với các đối tượng phân tích khác nhau để làm
tăng độ chính xác của kết quả phân tích và giảm thời gian chiết. Các cải tiến này đều chủ

20


yếu tập trung vào việc thay đổi loại, thể tích dung môi chiết và thời gian chiết. Rất nhiều
tác giả như G.Glosinska [42], J.Zerbe [49], P.O.Oviasogie [61], Md.Abull Kashem [53],
Vũ Đức Lợi [6,7]... đã thay thế MgCl2 1M trong bước chiết dạng trao đổi (F1) bằng
NH4OAc hoặc NaOAc (pH=5) bằng NH4OAc (pH = 5). Mục đích của việc thay thế này sẽ
làm giảm tính mặn (nồng độ các ion kim loại ) trong dung dịch chiết nhờ đó sẽ làm tăng độ
chính xác trong kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong dịch chiết bằng phương pháp
phổ hấp thụ nguyên tử (AAS). Trong giai đoạn chiết dạng liên kết với cacbonat ( F2), các
tác giả trên đã tăng lượng thuốc thử từ 2 ml lên 20 ml để làm giảm sự thay đổi pH của dung
dịch trong quá trình chiết.
Bảng 1.5 Quy trình chiết liên tục của J.Zerbe (1999) [49]
Dạng kim loại
Trao đổi (F1)

Điều kiện chiết (1 gam mẫu)
10 ml CH3COONH4 (pH=7), t0 phòng, khuấy liên tục
trong 1 giờ

Liên kết với cacbonat 20 ml CH3COONH4 1M (pH = 5 với HOAc), khuấy liên
(F2)

tục trong 5 giờ, t0 phòng

Liên kết với Fe-Mn oxit 20 ml NH2OH.HCl 0,04M trong HOAc 25%, 950C,
(F3)

khuấy 6 giờ

Liên kết với hữu cơ (F4) (1) 5 ml HNO3 0,02M + 5 ml H2O2 30% (pH= 2 với
HNO3), 850C, khuấy 2 giờ
(2) thêm 3 ml H2O2 30% (pH = 2 với HNO3), 850C,
khuấy 3 giờ
(3) làm nguội, thêm 10 ml CH3COONH4 3,2M trong
HNO3 20% khuấy 30 phút, t0 phòng

21


Bảng 1.6 quy trình chiết liên tục cải tiến Tessier ( Vũ Đức Lợi, 2010) [6]
Dạng kim loại

Điều kiện chiết (1 gam mẫu)

Trao đổi (F1)

10 ml CH3COONH4 1M (pH=7), t0 phòng, lắc liên tục
trong 1 giờ

Liên kết với cacbonat 20 ml CH3COONH4 1M (pH = 5 với HOAc), lắc liên
tục trong 5 giờ, to phòng

(F2)

Liên kết với Fe-Mn oxit 20 ml NH2OH.HCl 0,04M trong HOAc 25%, lắc liên
tục 5 giờ, toC phòng

(F3)

Liên kết với hữu cơ (F4) 10 ml CH3COONH4 3,2M trong HNO3 20 %, lắc 30
phút, toC phòng
Cặn dư (F5)

Nước cường thủy

1.3 Một số chỉ số và tiêu chuẩn đánh giá chất lƣợng trầm tích
Hiện nay, nước ta vẫn chưa có tiêu chuẩn đánh giá về chất lượng trầm tích. Chính vì
vậy, trong luận văn chúng tơi đã sử dụng một số chỉ số và tiêu chuẩn đánh giá chất lượng
trầm tích của nước ngồi. Để đánh giá chất lượng trầm tích, nhiều tác giả đã đưa ra các tiêu
chí và tiêu chuẩn khác nhau, nhưng chủ yếu đều tập trung đánh giá chất lượng trầm tích
dựa vào hàm lượng tổng của các kim loại nặng và thành phần phần trăm dạng linh động
(F1, F2). Dưới đây, chúng tôi giới thiệu một số chỉ số và tiêu chuẩn đánh giá trầm tích hay
dùng.
1.3.1 Chỉ số tích lũy địa chất (Geoaccumulation Index : Igeo)
Igeo là chỉ số dùng để đánh giá sự ô nhiễm bằng cách so sánh hàm lượng tổng kim
loại có trong mẫu với giá trị nền của kim loại đó (Juan Liu, 2010 [48]). Chỉ số này được
đưa ra bởi Muller P.J và Suess E [55] và có cơng thức tính như sau:

I geo  log

Cn
1,5B

Trong đó:
Cn: hàm lượng kim loại trong mẫu
Bn: giá trị nền của kim loại trong vỏ Trái đất (Hamilton, 2000 [44])
1,5: hệ số được đưa ra để giảm thiểu tác động của những thay đổi có

22


thể xảy ra đối với giá trị nền do những biến đổi về thạch học trong trầm tích.
Hàm lượng nền của các kim loại Cu, Pb, Zn và Cd được thể hiện trong bảng sau.
Bảng 1.7 Giá trị hàm lượng các kim loại trong vỏ Trái đất (Hamilton, 2000 [44])
Kim loại

Cu

Pb

Zn

Cd

Hàm lƣợng (mg/kg)

55

15

70

0,1

Mức độ ơ nhiễm trầm tích dựa theo chỉ số Igeo được phân loại như sau:
Bảng 1.8 Phân loại mức độ ô nhiễm dựa vào Igeo (Muller P.J và Suess E, 1979 [55])
Phân loại

Giá trị Igeo

Mức độ ô nhiễm

0

Igeo ≤ 0

Khơng

1

0 ≤ Igeo ≤ 1

Khơng  trung bình

2

1 ≤ Igeo ≤ 2

Trung bình

3

2 ≤ Igeo ≤ 3

Trung bình  nặng

4

3 ≤ Igeo ≤ 4

Nặng

5

4 ≤ Igeo ≤ 5

Nặng  rất nghiêm trọng

6

5 ≤ Igeo

Rất nghiêm trọng

Hàm lượng nền chỉ là giá trị hàm lượng trung bình bình của các kim loại trong vỏ
trái đất. Thực tế, ở các địa điểm khác nhau hàm lượng kim loại trong đất, đá có thể rất khác
nhau. Vì vậy, việc đánh giá ô nhiễm trầm tích theo chỉ số này chỉ nên xem là một chỉ số
tham khảo thêm.
1.3.2 Chỉ số đánh giá mức độ rủi ro RAC (Risk Assessment Code)
Chỉ số đánh giá rủi ro RAC (Risk Assessment Code) là thông số để đánh giá khả
năng kim loại trong trầm tích giải phóng vào nước, đi vào chuỗi thức ăn và dẫn đến nguy
cơ tích lũy các kim loại nặng trong cơ thể con người (Rath et.al, 2009 [64]). Trong trầm
tích, ở dạng trao đổi (F1) và dạng cacbonat (F2) kim loại liên kết tương đối yếu với trầm
tích do đó dễ giải phóng vào nước và đi vào chuỗi thức ăn. Vì vậy chỉ số RAC được tính
theo tổng phần trăm của dạng trao đổi và cacbonat.
Tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm dựa vào chỉ số RAC được trình bày trong
bảng sau:

23


Bảng 1.9 Tiêu chuẩn đánh giá mức độ rủi ro theo chỉ số RAC
STT

Mức độ rủi ro

RAC (%)

(dạng
F1+ F2)

1

Khơng

<1

2

Thấp

1-10

3

Trung bình

11-30

4

Cao

31-50

5
Rất cao
lớn hơn 50
RAC là chỉ số đánh giá chất lượng trầm tích rất quan trọng, thể hiện rõ khả năng
gây ảnh hưởng thực tế đến sức khỏe con người của các kim loại nặng trong trầm tích.
Trong các tiêu chuẩn đánh giá trầm tích trên, mỗi tiêu chuẩn thể hiện một khía cạnh
đánh giá ơ nhiễm trầm tích. Vì vậy, để có thể đánh giá một cách tồn diện về chất lượng
trầm tích, chúng ta nên kết hợp cả 2 cách đánh giá trầm tích theo hàm lượng tổng và theo
thành phần phần trăm các dạng của kim loại trong trầm tích.
1.3.3 Tiêu chuẩn đánh giá mức độ ơ nhiễm kim loại trong trầm tích theo hàm lượng
tổng kim loại của Mỹ và Canada
Trong luận văn, chúng tôi sử dụng 2 tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại nặng
trong trầm tích theo hàm lượng tổng là tiêu chuẩn của Canada (2002) và tiêu chuẩn của
Mỹ U.S EPA (1997).
Bảng 1.10 Tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích theo hàm lượng
tổng (mg/kg) của Canada (2002) [35]
Mức độ ơ nhiễm

Cu

Pb

Zn

Cd

Yếu

18,7

32

124

0,676

Trung bình

28,1

48

186

1,014

Mạnh

37,4

64

248

1,352

Rất mạnh

56,1

96

372

2,028

Mức gây ảnh hưởng

108

112

271

4.21

24


Bảng 1.11 Tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích theo hàm lượng
tổng (mg/kg) của Mỹ (US EPA (1997) [68])
Mức độ ô nhiễm

Cu

Pb

Zn

Không ô nhiễm

< 25

< 40

< 90

Ô nhiễm nhẹ

25-50

40-60

90-200

Ô nhiễm nghiêm trọng

lớn hơn 50 lớn hơn 60

lớn hơn 200

Cd

lớn hơn 6

1.4 Một số phƣơng pháp hiện đại phân tích lƣợng vết kim loại .
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, ngày nay có rất nhiều phương
pháp cơng cụ khác nhau để phân tích lượng vết kim loại như: phương pháp quang phổ
phân tử UV-VIS, phương pháp quang phổ nguyên tử (hấp thụ, phát xạ và huỳnh quang),
phổ khối lượng (MS), phương pháp điện hóa… Tuy nhiên với những đặc tính ưu việt về độ
nhạy, độ chọn lọc, độ chính xác, giới hạn phát hiện và sự đơn giản trong vận hành, phương
pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) là phương pháp được áp dụng rộng rãi để phân tích kim
loại trong nhiều đối tượng phân tích khác nhau. Chính vì vậy, trong đề tài chúng tôi đã áp
dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) để phân tích hàm lượng của các kim loại
Zn, Cu, Pb, Cd trong một số cột trầm tích sơng Cầu trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên.
1.4.1 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [4, 13]
1.4.1.1 Nguyên tắc
Các nguyên tử ở trạng thái khí ở mức năng lượng cơ bản E 0 có thể hấp thụ một số
bước sóng nhất định và đặc trưng cho nguyên tố hóa học để nhảy lên mức năng lượng cao
hơn. Khi chiếu qua đám hơi nguyên tử kim loại một chùm sáng đơn sắc có bước sóng thích
hợp một phần chùm sáng sẽ bị hấp thụ. Dựa vào độ hấp thụ ta có thể xác định được hàm
lượng của kim loại cần xác định trong đám hơi đó.
Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử có độ chọn lọc rất cao và có giới hạn phát hiện
có thể tới cỡ µg/kg vì vậy nó được xem là một phương pháp tiêu chuẩn để xác định hàm
lượng các ion kim loại.
Thực hiện phép đo AAS để xác định các một nguyên tố thường thực hiện theo các
bước sau:
1. Chuyển mẫu phân tích thành dạng dung dịch đồng thể.

25