Luận văn Thạc sĩ Khoa học Hoá học: Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử xác định hàm lượng cadimi và chì trong chè xanh ở Thái Nguyên

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

NGUYỄN NHƢ LÂM

PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ
XÁC ĐỊNH CADIMI VÀ CHÌ
TRONG CHÈ XANH Ở THÁI NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HĨA HỌC

Thái Ngun - Năm 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

NGUYỄN NHƢ LÂM

PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ
XÁC ĐỊNH CADIMI VÀ CHÌ
TRONG CHÈ XANH Ở THÁI NGUN

Chun ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60.44.29

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS NGUYỄN ĐĂNG ĐỨC

Thái Nguyên - Năm 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




ii

Lời cam đoan
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của
riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung
thực. Những kết luận của luận văn chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

iii

Lời cảm ơn
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đăng Đức đã
trực tiếp giao cho em đề tài, tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện cho em
hoàn thành luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cơ giáo Khoa Hố học, Khoa Sau
đại học – ĐHSPTN, các thầy cô giáo, các cán bộ nhân viên phịng thí nghiệm
Khoa Hố học – ĐHKH – ĐHTN, Ban lãnh đạo, các cô chú anh (chị) khoa
xét nghiệm Trung tâm y tế dự phòng tỉnh Thái Nguyên đã giúp đỡ tạo điều
kiện cho em hoàn thành bản luận văn này.

Thái Nguyên, ngày 30 tháng 6 năm 2011
Học viên

Nguyễn Như Lâm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




iv

MỤC LỤC
Lời cam đoan......................................................................................................................................................................................................... ii
Lời cảm ơn .............................................................................................................................................................................................................. iii
MỤC LỤC ...............................................................................................................................................................................................................iv
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ.................................................................................................................... x

MỞ ĐẦU ...................................................................................................................................................................................................................... 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN ................................................................................................................................................................ 3
1.1. Giới thiệu chung về cây chè ........................................................................................................................................ 3
1.1.1. Đặc điểm và thành phần ....................................................................................................................................... 3
1.1.2. Công dụng của cây chè........................................................................................................................................... 3
1.2. Giới thiệu chung về nguyên tố Cadimi và Chì [17], [23], [25] ............................. 4
1.3. Tính chất của Cadimi và Chì [17], [23], [25] ................................................................................... 4
1.3.1. Tính chất vật lí................................................................................................................................................................... 4
1.3.2. Tính chất hố học [16], [17] ........................................................................................................................... 5
1.4. Vai trò và sự nhiễm độc của Cd và Pb [6], [7]............................................................................ 10
1.4.1. Vai trò và sự nhiễm độc của Cd............................................................................................................ 10
Cadimi là nguyên tố rất độc. Giới hạn tối đa cho phép của Cadimi: [24] 10
Trong nước: 0,01 mg/l (hay 10ppb),.................................................................................................................. 10
Trong khơng khí: 0,001 mg/m3, ................................................................................................................................ 10
Trong thực phẩm: 0,001 – 0,5 mg/kg. ............................................................................................................. 10
1.5. Các phương pháp xác định Cadimi và Chì ....................................................................................... 13
1.5.1. Phương pháp phân tích hố học [15] ............................................................................................ 13
1.5.2. Phương pháp phân tích công cụ [4], [15] ............................................................................... 15
1.6. Các phương pháp tách và làm giàu hàm lượng vết các kim loại ..................... 22
1.6.1. Phương pháp kết tủa, cộng kết................................................................................................................ 22
1.6.2. Phương pháp chiết lỏng - lỏng ................................................................................................................ 23
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




v

1.6.3. Phương pháp tách và làm giàu bằng điện hoá................................................................. 24
1.6.4. Phương pháp chiết pha rắn (SPE) ...................................................................................................... 24

1.7. Phương pháp xử lý mẫu phân tích xác định Cd và Pb [26], [30] ...................... 25
1.7.1. Phương pháp xử lý ướt (bằng axit đặc oxi hóa mạnh) ................................................. 25
1.7.2. Phương pháp xử lý khô ...................................................................................................................................... 25
Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

.........................

27

2.1. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................................ 27
2.1.1. Đối tượng và mục tiêu ......................................................................................................................................... 27
2.1.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................................................. 27
2.1.3. Nội dung và nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................................... 28
2.2. Giới thiệu về phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử [13], [27], [29] ........... 28
2.2.1. Nguyên tắc của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) ................. 28
2.2.2. Hệ trang bị của phép đo AAS .................................................................................................................. 30
2.3. Giới thiệu về phương pháp xử lý ướt mẫu ........................................................................................ 33
2.3.1. Nguyên tắc và bản chất ...................................................................................................................................... 33
2.3.2. Cơ chế phân huỷ ........................................................................................................................................................... 33
2.4. Hóa chất và dụng cụ ............................................................................................................................................................ 34
2.4.1. Hóa chất ..................................................................................................................................................................................... 34
2.4.2. Dụng cụ ...................................................................................................................................................................................... 34
Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................................................................... 35
3.1. Khảo sát điều kiện đo phổ GF- AAS của Cd và Pb............................................................. 35
3.1.1. Khảo sát chọn vạch đo ........................................................................................................................................ 35
3.1.2. Khảo sát khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử ...................................................... 36
3.1.3. Khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng (HCL) ........................................................... 36
3.1.4. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hoá mẫu ......................................................................... 38
3.1.5. Các điều kiện khác .................................................................................................................................................... 43
3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo GF-AAS ................................................... 44

3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit và loại axit .................................................... 44
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




vi

3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của chất cải biến nền ........................................................................... 45
3.2.3. Khảo sát sơ bộ thành phần mẫu ............................................................................................................ 47
3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của các cation và anion .................................................................... 48
3.3. Phương pháp đường chuẩn đối với phép đo GF - AAS ................................................ 54
3.3.1. Khảo sát xác định khoảng tuyến tính............................................................................................ 54
3.3.2. Xây dựng đường chuẩn ...................................................................................................................................... 56
3.3.3. Đánh giá sai số, độ lặp lại, giới hạn phát hiện và giới hạn định
lượng của phép đo ........................................................................................................................................................................ 60
3.4. Tóm tắt các điều kiện đo phổ GF - AAS của Cd và Pb ................................................. 63
3.5. Xác định Cd và Pb trong chè xanh ................................................................................................................ 64
3.5.1. Địa điểm lấy mẫu thời gian lấy mẫu và ký hiệu mẫu .......................................... 64
3.5.2. Chuẩn bị mẫu phân tích ..................................................................................................................................... 66
3.5.3. Kết quả phân tích các mẫu chè xanh ............................................................................................. 66
3.5.4. Kiểm tra quá trình xử lý mẫu .................................................................................................................... 67
KẾT LUẬN................................................................................................................................................................................................................ 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................................................................................... 74

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT
AAS

: Atomic Absorption Spectrometry ( Phổ hấp thụ nguyên tử)

Abs

: Absorbance (Độ hấp thụ)

AES

: Atomic Emission Spectrometry (Phổ phát xạ nguyên tử)

ETA-AAS : Electro Thermal Atomization – Atomic Absortion spectrometry
(Phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa)
F-AAS

: Flame- Atomic Absorption Spectrometry
(Phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa)

GC-MS

: Gas Chromatography Mas Spectroscopy
(Sắc kí khí ghép khối phổ)

GF-AAS

: Graphite Furnace- Atomic Absorption Spectrometry

(Phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa)

HCL

: Hollow Cathode Lamp (Đèn catot rỗng)

HG-AAS

: Hyđrie Generation- Atomic Absorption Spectrometry
(Phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật Hidrua hóa)

HPLC

: High Performance Liquid Chromatography
(Sắc kí lỏng hiệu năng cao)

ICP-AES

: Inductively Coupled Plasma Mass- Atomic Emission Spectrometry
(Phổ phát xạ nguyên tử dùng năng lượng plasma cao tần cảm ứng)

ICP-MS

: Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry
(Phổ khối lượng dùng năng lượng Plasma cao tần cảm ứng)

LOD

: Limit of detection
(Giới hạn xác định)

LOQ

: Limit of quantitation
(Giới hạn định lượng)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




viii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Một số hằng số vật lý quan trọng của Cadimi và Chì ........................................ 5
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn Việt Nam về hàm lượng Cd, Pb trong chè xanh
(Tiêu chuẩn Việt Nam 2007) .....................................................................................................12
Bảng 3.1. Khảo sát vạch đo của Cd ...................................................................................................................35
Bảng 3.2. Khảo sát vạch đo của Pb....................................................................................................................36
Bảng 3.3. Khảo sát cường độ dòng đèn đối với Cd ........................................................................37
Bảng 3.4. Khảo sát cường độ dòng đèn đối với Pb .........................................................................38
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát nhiệt độ tro hoá của Cd ......................................................................40
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát nhiệt độ nguyên tử hoá mẫu .........................................................42
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ axit đối với Cd .........................................................................44
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ axit đối với Pb .........................................................................45
Bảng 3.9. Khảo sát ảnh hưởng của chất cải biến hóa học .......................................................46
Bảng 3.10. Khảo sát nồng độ Mg(NO3)2 .....................................................................................................47
Bảng 3.11. Kết quả khảo sát sơ bộ thành phần mẫu ......................................................................48
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của kim loại kiềm .................................................................................................49
Bảng 3.13. Ảnh hưởng kim loại kiềm thổ ..................................................................................................49

Bảng 3.14. Ảnh hưởng của kim loại nhóm III ......................................................................................49
Bảng 3.15. Ảnh hưởng của nhóm kim loại nặng................................................................................50
Bảng 3.16. Ảnh hưởng của nhóm kim loại màu .................................................................................50
Bảng 3.17. Ảnh hưởng của tổng cation .........................................................................................................51
Bảng 3.18. Ảnh hưởng của nhóm anion .......................................................................................................52
Bảng 3.19. Ảnh hưởng của tổng cation và anion đến phép đo phổ hấp thụ
của Cd và Pb .................................................................................................................................................53
Bảng 3.20. Khảo sát khoảng tuyến tính của Cd ..................................................................................54
Bảng 3.21. Kết quả khảo sát tuyến tính của Pb ...................................................................................55
Bảng 3.22. Xác định đường chuẩn của Cd ................................................................................................59
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




ix

Bảng 3.23. Xác định đường chuẩn của Pb .................................................................................................60
Bảng 3.24. Kết quả sai số và độ lăp lại của phép đo Cd ...........................................................61
Bảng 3.25. Kết quả sai số và độ lăp lại của phép đo Pb ............................................................62
Bảng 3.26. Tổng kết các điều kiện đo phổ GF - AAS của Cd và Pb ..........................64
Bảng 3.27. Địa điểm lấy mẫu thời gian lấy mẫu và kí hiệu mẫu.....................................65
Bảng 3.28. Hàm lượng kim loại Cd, Pb tính theo mg/kg .........................................................66
Bảng 3.29. Kết quả phân tích đối với các mẫu lặp ..........................................................................68
Bảng 3.30. Mẫu thêm chuẩn .................................................................................................................................... .69
Bảng 3.31. Kết quả phân tích mẫu thêm chuẩn Cd. .......................................................................69
Bảng 3.32. Kết quả phân tích mẫu thêm chuẩn Pb ..........................................................................70
Bảng 3.33. Kết quả xác định Cd bằng hai phương pháp GF – AAS và ICP - MS .. 71
Bảng 3.34. Kết quả xác định Pb bằng hai phương pháp GF – AAS và ICP – MS.... 72

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




x

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
Hình 2.1. Đèn catot rỗng ................................................................................................................................................30
Hình 2.2. Đèn D2 .....................................................................................................................................................................30
Hình 2.3. Cuvet Graphite ...............................................................................................................................................31
Hình 2.4. Bộ phận ngun tử hố mẫu.........................................................................................................31
Hình 2.5. Sơ đồ hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử .............................................32
Hình 2.6. Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA-6300 .................................32
Hình 3.1. Đồ thị kết quả khảo sát nhiệt độ tro hố của Cd .....................................................40
Hình 3.2. Đồ thị kết quả khảo sát nhiệt độ tro hố của Pb......................................................41
Hình 3.3. Đồ thị kết quả khảo sát nhiệt độ nguyên tử hố của Cd ..............................42
Hình 3.4. Đồ thị kết quả khảo sát nhiệt độ ngun tử hố của Pb ...............................43
Hình 3.5. Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính của Cd .....................................................................55
Hình 3.6. Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính của Pb .....................................................................56
Hình 3.7. Phổ hấp thụ của Cd ...................................................................................................................................58
Hình 3.8. Phổ hấp thụ của Pb....................................................................................................................................58
Hình 3.9. Đồ thị đường chuẩn của Cd ............................................................................................................59
Hình 3.10. Đồ thị đường chuẩn của Pb .........................................................................................................60

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1

MỞ ĐẦU
Trong đời sống, người ta đã khẳng định được rằng nhiều ngun tố kim
loại có vai trị cực kỳ quan trọng đối với cơ thể sống và con người. Tuy nhiên
nếu hàm lượng lớn chúng sẽ gây độc hại cho cơ thể. Trên thực tế, do trình độ
và chạy theo lợi nhuận nên việc sử dụng phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực
vật, thuốc trừ sâu, diệt cỏ, chất thải cuả các nhà máy, khu công nghiệp đã dẫn
đến sự ô nhiễm nguồn đất, nguồn nước và bầu khí quyển… khi con người sử
dụng lương thực và thực phẩm này sẽ bị ngộ độc có thể dẫn đến chết người và
gây những căn bệnh ung thư và hiểm nghèo khác. Do đó việc nghiên cứu và
phân tích các kim loại nặng trong môi trường sống, trong thực phẩm và tác
động của chúng tới cơ thể con người nhằm đề ra các biện pháp tối ưu bảo vệ
và chăm sóc sức khoẻ cộng đồng là một việc vơ cùng cần thiết.Trong giới hạn
về thời gian và đề tài nghiên cứu chúng tôi chỉ tập trung nghiên cứu, xác định
hàm lượng cadimi và chì trong cây chè trên khu vực Thái Nguyên.
Chè có tác dụng thanh nhiệt, lợi tiểu, giải độc, trừ phong thấp, làm bền
mạch máu, trị hoại huyết, sát trùng, làm lành những thương tổn. Theo y học
hiện đại, chè xanh chứa những chất có khả năng tăng cường miễn dịch khử
gốc tự do, chống oxy hóa, bảo vệ sức khỏe, thích nghi tốt với mơi trường sống
và xã hội. Nên chè là loại thức uống khá phổ biến và đã có thương hiệu riêng.
Nhưng nếu trong chè chứa một lượng lớn kim loại nặng thì sẽ gây hại cho con
người. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và nền cơng nghiệp hố làm
cho mơi trường ô nhiễm chủ yếu là do nguồn phế thải chưa được xử lý hoặc
xử lý chưa đạt yêu cầu. Phế thải cơng nghiệp, phế thải sinh hoạt, hố chất
nơng nghiệp tồn dư đi vào trong nước vào khơng khí rồi tích tụ trong đất, làm
cho đất bị thối hố, làm giảm chất lượng sản phẩm. Đặc biệt là các loại cây
trồng trên khu vực đất bị ơ nhiễm có thể trở thành độc hại cho người sử dụng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2

Thái Nguyên là khu vực sản xuất chè và có nhiều khu cơng nghiệp, khai
thác khống sản. Trong đó, nguồn đất, nước sản xuất nông nghiệp gần khu
công nghiệp, khai thác khống sản thường bị ơ nhiễm kim loại nặng. Vì vậy,
để sản xuất chè an tồn cần khảo sát đánh giá hiện trạng một số chỉ tiêu về
kim loại nặng trong chè sản xuất trên khu vực này. Do đó, trong luận văn này
chúng tơi nghiên cứu „„Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử xác định hàm
lượng cadimi và chì trong chè xanh ở Thái Nguyên‟‟. Với nhiệm vụ cụ
thể là:
1. Tìm các điều kiện tối ưu cho phép đo Cd, Pb.
2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo; tìm khoảng tuyến tính,
xây dựng đường chuẩn; đánh giá sai số và độ lặp lại, giới hạn phát
hiện, giới hạn định lượng của phép đo Cd, Pb.
3. Ứng dụng xác định hàm lượng Cd, Pb trong một số mẫu chè ở các
huyện, tỉnh Thái Nguyên.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




3

Chƣơng 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về cây chè

1.1.1. Đặc điểm và thành phần
Cây chè thường được trồng lấy lá tươi sắc nước uống hoặc chế biến theo
những quy trình nhất định thành trà để pha nước uống. Cây chè có màu xanh,
cao 1- 6m, lá mọc so le, hình trái xoan, dài 4 - 10cm, rộng 2 - 2,5cm, nhọn
gốc, nhọn tù có mũi ở đỉnh, phiến lá lúc non có lơng mịn, khi già thì dày,
bóng, mép khía răng cưa rất đều. Hoa to với 5-6 cánh hoa màu trắng, mọc
riêng lẻ ở nách lá, có mùi thơm, nhiều nhị. Quả nang thường có ba van, chứa
một hạt gần trịn, đơi khi nhăn nheo.
Thành phần hố học: trong lá chè có tinh dầu, các dẫn xuất polyphenolic
(flavonoid, catechol, tanin) các alcaloid cafein, theophyllin, theobromin,
xanthin. Cịn có các vitamin C, B1, B2, B3, B6 và các men.
Cây chè được sử dụng cả cành lá nấu nước uống gọi là chè xanh. Chè hái
búp và lá non sao, vò rồi sao để làm chè hương pha nước uống gọi là trà.
Hoặc để cho chè lên men sau đó phơi sấy khô làm chè mạn hay chế thành
chè đen.
1.1.2. Công dụng của cây chè
Do có cafein và theophyllin, chè là một chất kích thích não, tim và hơ
hấp. Nó tăng cường sức làm việc trí óc và của cơ, làm tăng hơ hấp, tăng
cường và điều hồ nhịp đập của tim, lợi tiểu, làm dễ tiêu hố. Sự có mặt của
các dẫn xuất polyphenolic làm cho tác dụng của chè đỡ hại hơn và kéo dài
hơn là cafein. Chè cịn có tác dụng phòng và trị được nhiều loại bệnh khác
nhau, đặc biệt là các bệnh về tim mạch, ung thư. Tuy vậy, nếu sử dụng kéo

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




4

dài với liều cao, chè có thể gây nhiễm độc mãn tính, biểu hiện bởi sự mất ngủ,
sự gầy yếu, mất cảm giác ngon miệng, có rối loạn thần kinh.
Cơng dụng của cây chè: thanh nhiệt giải khát, tiêu cơm, lợi tiểu, định
thần, làm cho đầu não được thư thái, da mát mẻ, khỏi chóng mặt, bớt mụn
nhọt, và cầm tả lị. Chè thường được dùng trong các trường hợp: Tâm thần mệt
mỏi, ngủ nhiều, đau đầu, mắt mờ, sốt khát nước, tiểu tiện không lợi, ngộ độc
rượu. Hoặc nấu nước rửa vết bỏng, lở loét nhanh ra da và lên da non.
1.2. Giới thiệu chung về nguyên tố Cadimi và Chì [17], [23], [25]
Trong tự nhiên, Cadimi được tìm thấy chủ yếu cùng với Kẽm trong
quặng Cabonat và Sunfua, Cadimi ít tồn tại dưới dạng đơn chất, mà thường
tồn tại trong các hợp chất Cd(II) như: cadmium oxide, cadmium chloride,
cadmium sulfate, và cadmium sulfite. Trữ lượng của cadmi trong vỏ Trái Đất
là 7,6.10-6% tổng số nguyên tử(tương ứng). Khoáng vật chính của Cadimi là
grenokit (CdS), khống vật này hiếm khi ở riêng mà thường ở lẫn với khoáng
vật của kẽm, và của thủy ngân là xinaba hay thần sa(HgS). [8]
Chì trong tự nhiên chiếm khoảng 1,6.10-4% khối lượng vỏ Trái Đất và đa
số tồn tại trong các dạng khoáng kết hợp với sắt, oxi, lưu huỳnh, cacbon. Chì
được phân bố trong khoảng 170 khoáng vật khác nhau, nhưng khoáng vật
chính của chì là galen (PbS), anglesite (PbSO4) và ceussite (PbCO3) trong đó
hàm lượng của Chì lần lượt là 88%, 68%, và 77%. [14]
1.3. Tính chất của Cadimi và Chì [17], [23], [25]
1.3.1. Tính chất vật lí
Cadimi và chì đều là các kim loại nặng, có ánh kim. Cadimi là kim loại
mềm, dễ nóng chảy, có màu trắng bạc nhưng trong khơng khí ẩm, nó dần bị
bao phủ bởi lớp màng oxit nên mất ánh kim, cịn chì kim loại có màu xám
xanh, mềm, bề mặt chì thường mờ đục do bị oxi hóa.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5

Bảng 1.1. Một số hằng số vật lý quan trọng của Cadimi và Chì
Hằng số vật lý

Cd

Pb

[Kr]4d105S2

[Xe]4f145d106s26p2

48

82

Khối lượng nguyên tử (đvc)

112,411

207,21

Nhiệt độ nóng chảy (0C)

321,07

327,4

767

1740

Tỉ khối (25 0C) (g/cm3)

8,642

11,350

Năng lượng ion hóa thứ nhất (eV)

8,99

7,42

Bán kính ngun tử (A0)

1,56

1,75

Lục giác bó chặt

Lập phương

Cấu hình electron
Vị trí

Nhiệt độ sơi (0C)

Cấu trúc tinh thể

tâm diện

1.3.2. Tính chất hố học [16], [17]
1.3.2.1. Đơn chất
Ở nhiệt độ thường Cd và Pb bị oxy hóa tạo thành lớp oxit bền, mỏng
bao phủ bên ngoài kim loại.
2Cd + O2 → 2CdO
2Pb + O2 → 2PbO
Cd và Pb tác dụng được với các phi kim như halogen tạo thành
đihalogen, tác dụng với lưu huỳnh và các nguyên tố không kim loại khác như
photpho, selen...
Cd + X2 → CdX2
Pb + X2 → PbX2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




6

Ở nhiệt độ thường Cd và Pb bền với nước do có màng oxit bảo vệ.
Nhưng ở nhiệt độ cao Cd khử hơi nước biến thành oxit, cịn khi có mặt oxi thì
Pb có thể tương tác với nước tạo ra hidroxit:
Cd + H2O →

CdO + H2

2Pb + O2 + 2H2O → 2Pb(OH)2
Cd tác dụng dễ dàng với axit không phải là chất oxi hóa (vì thế điện cực
khá âm) giải phóng H2.
Cd + 2HCl → CdCl2 + H2
Trong dung dịch thì:

Cd + 2H3O+ + H2O → [Cd(H2O)4]2+ + H2

Về nguyên tắc, Pb tan được trong axit do có thế điện cực âm.Tuy nhiên
nó chỉ tương tác trên bề mặt với dung dịch axit HCl loãng và H2SO4 < 80% vì
bị bao bọc bởi lớp muối khó tan(PbCl2 và PbSO4).Tuy nhiên với dung dịch
đậm đặc hơn Pb có thể tan vì muối khó tan của lớp bảo vệ đã chuyển thành
hợp chất tan:
PbCl2 + 2HCl → H2PbCl4
PbSO4 + H2SO4→ Pb(HSO4)2.
Với axit có tính oxy hóa mạnh như HNO3, H2SO4 đặc thì Pb tỏ ra khá
hoạt động:
3Pb + 8HNO3 →

3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O.

Với dung dịch kiềm, Pb chỉ phản ứng khi đun nóng, giải phóng H2:
Pb + 2KOH + 2H2O → K2[Pb(OH)4] + H2
1.3.2.2. Hợp chất
a. Cadimi oxit
CdO có màu từ vàng đến nâu gần như đen tùy thuộc vào q trình chế
hóa nhiệt nóng chảy ở 1813 0C, có thể thăng hoa, khơng phân hủy khi đun
nóng, hơi CdO rất độc.

CdO khơng tan trong nước nó chỉ tan trong axit và kiềm nóng chảy:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




7

CdO + 2 KOHnc → K2CdO2 + H2O
(Kali cadimiat)
CdO có thể được điều chế bằng cách đốt cháy kim loại trong khơng khí
hoặc nhiệt phân hidroxit hay các muối cacbonat, nitrat...
CdO + O2 → 2CdO
Cd(OH)2 → CdO + H2O
CdCO3 → CdO + CO2
b. Chì oxit
Chì có hai loại oxit chính là PbO, PbO2 và hai oxit hỗn hợp là Pb2O3, Pb3O4.
* Monooxit PbO là chất rắn có hai dạng: PbO-α màu đỏ và PbO-β màu
vàng. Tinh thể PbO-α thuộc hệ tứ phương và PbO-β thuộc hệ tà phương. PbOα có kiến trúc lớp khác thường, mỗi nguyên tử kim loại liên kết với bốn
nguyên tử oxi tạo thành nhóm PbO4 hình chóp ngũ giác. PbO tan ít trong
nước, có thể tương tác với nước khi có mặt oxi. Khi đun nóng trong khơng
khí nó dễ dàng chuyển thành oxit cao hơn.
PbO → Pb3O4.
PbO tan trong axit và kiềm mạnh.
* Đioxit PbO2 là chất rắn màu nâu đen. Tinh thể PbO2 có kiến trúc kiểu
rutin trong đó mỗi nguyên tử kim loại được sáu nguyên tử oxi bao quanh kiểu
tam giác. PbO2 khi đun nóng mất dần oxi biến thành các oxit, trong đó chì có
số oxi hóa thấp hơn.
PbO2

290 – 320

( nâu đen )

Pb2O3

390 - 420

( vàng đỏ )

Pb3O4

530 - 550

PbO

( đỏ )

( vàng )

PbO2 kém hoạt động về mặt hóa học, khơng tan trong nước, tan trong
kiềm dễ dàng hơn trong axit. Khi tan trong kiềm, tạo ra hợp chất hidroxo kiểu
M2 [E(OH)6]:
PbO2 + 2KOH + 2H2O → K2 [Pb(OH)6]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




8

Những chất dễ cháy như S, P khi nghiền nát với bột PbO2 sẽ bốc cháy.
Dựa vào đây PbO2 được dùng để làm một thành phần của thuốc đầu diêm.
Khi tương tác với axit sunphuric đậm đặc, PbO2 giải phóng oxi; với axit
clohidric giải phóng khí clo:
2PbO2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O + O2
PbO2 + HCl → PbCl2 + 2H2O + Cl2
Trong môi trường axit đậm đặc, PbO2 oxi hóa Mn(II) đến Mn(VII), ở
mơi trường kiềm mạnh oxi hóa Cr(III) đến Cr(VI).
5PbO2 + 2MnSO4 + 6HNO3 → 2HMnO4 +3Pb(NO3)2 +2H2O+2PbSO4
3PbO2 + 2Cr(OH)3 + 10KOH → 2K2CrO4 + 3K2[Pb(OH)4]
Trong thực tế, lợi dụng khả năng oxi hóa mạnh của PbO2 người ta chế ra
ắc quy chì.
Oxit, hỗn hợp Pb2O3 (PbO.PbO2) được xem là chì (II) metaplombat và
oxit hỗn hợp Pb3O4 (2PbO.PbO2) được coi là chì (II) orthoplombat.
* Chì metaplombat (Pb2O3) tồn tại dưới hai dạng tinh thể: dạng lập
phương màu vàng - đỏ và dạng đơn tà màu đen. Đun nóng ở 390 - 4200C thành
Pb3O4, khơng tan trong nước, tác dụng với dung dịch kiềm nóng tạo nên PbO2.
* Chì orthoplombat (Pb3O4) hay cịn gọi là minium là hợp chất của Pb có
các số oxi hóa +2 và +4. Nó là chất bột màu đỏ da cam. Minium ít tan trong
nước và độc đối với con người.Khi đun nóng, nó phân hủy ở nhiệt độ 550 0C
thành PbO và O2. Nó là chất oxi hóa mạnh, được dùng chủ yếu để sản xuất
thủy tinh, pha lê, đồ men sứ và đồ sắt, làm chất màu cho sơn ( sơn trang trí và
sơn bảo vệ cho kim loại khơng bị gỉ).
1.3.2.3. Các hidroxit
a. Cadimi hidroxit: Cd(OH)2 là kết tủa nhầy ít tan trong nước và có màu
trắng. Khi đun nóng chúng dễ mất nước và biến thành oxit.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9

Cd(OH)2 khơng thể hiện rõ tính lưỡng tính, tan trong axit tạo muối Cd2+,
không tan trong dung dịch kiềm mà tan trong kiềm nóng chảy. Cd(OH)2 tan
trong dung dịch NH3 tạo thành hợp chất phức:
Cd(OH)2 + 2HCl → CdCl2 + H2O
Cd(OH)2 + 4 NH3 → [Cd(NH3)4](OH)2
b. Chì hidroxit: Pb(OH)2 là kết tủa rất ít tan trong nước có màu trắng.
Khi đun nóng, Pb(OH)2 rất dễ mất nước biến thành oxit PbO.
Pb(OH)2 là chất lưỡng tính tan trong axit tạo nên muối của cation Pb2+:
Pb(OH)2 + 2HCl → PbCl2 + 2H2O
Pb(OH)2 có thể tan trong dung dịch kiềm mạnh:
Pb(OH)2 + 2KOH → 2K2[Pb(OH)4]
( hidroxoplombit )
Muối hidroxoplombit dễ tan trong nước và bị thủy phân mạnh nên chỉ
bền với dung dịch kiềm dư.
1.3.2.4. Các muối
a. Muối của cadimi
Các đihalogenua của cadmi là chất ở dạng tinh thể màu trắng, có nhiệt độ
nóng chảy và nhiệt độ sôi khá cao.
Các muối halogen (trừ florua), nitrat, sunfat, peclorat và axetat của Cd2+
đều tan trong nước. Còn các muối sunfua, cacbonat hay ortho photphat là
muối bazơ ít tan.
Trong dung dịch nước các muối Cd2+ dễ bị thủy phân:
Cd2+ + 2H2O → Cd(OH)2 + 2H+
Tích số tan của Cd(OH)2 là T = 10-14
Cd2+ có khả năng tạo phức mạnh với các phối tử hữu cơ và vơ cơ, ví dụ

[CdX4]2- trong đó X- là: Cl-, Br-, CN-,...
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




10

Các đihalogenua của cadimi là chất ở dạng tinh thể màu trắng, có nhiệt
độ nóng chảy và nhiệt độ sơi cao.
b. Muối chì
Muối Pb(II) thường ở dạng tinh thể có cấu trúc phức tạp. Nhiều muối chì
khơng tan trong nước trừ CH3[Pb(COO)2]2-, Pb(NO3)2, và PbSiF6.
Các đihalogenua chì đều là chất rắn khơng màu trừ PbI2 màu vàng, ít tan
trong nước lạnh, tan nhiều trong nước nóng.
Tất cả các chì halogenua có thể kết hợp với halogenua của kim loại kiềm
MeX tạo nên phức chất Me[PbX3] hay Me2[PbX4]. Sự tạo phức này giải thích

khả năng dễ hồ tan của chì đihalogenua trong dung dịch đậm đặc của axit
halogenhiđric và muối của chúng.
PbI2 + 2KI → K2[PbI4]
PbCl2 + 2HCl → H2[PbCl4]
Ion Pb2+ có thể tạo phức với nhiều hợp chất hữu cơ, ví dụ như dithizon
ở pH = 5,5 ÷ 9,5 tạo phức màu đỏ. Người ta lợi dụng phản ứng này để chiết chì.
1.4. Vai trị và sự nhiễm độc của Cd và Pb [6], [7]
1.4.1. Vai trò và sự nhiễm độc của Cd
Cadimi là nguyên tố rất độc. Giới hạn tối đa cho phép của Cadimi: [24]
Trong nước: 0,01 mg/l (hay 10ppb),
Trong khơng khí: 0,001 mg/m3,
Trong thực phẩm: 0,001 – 0,5 mg/kg.

Cadimi chỉ tồn tại ở dạng vết trong tổ chức của động vật và thực vật
(khoảng 1ppm) và vai trị sinh học của nó vẫn cịn là một vấn đề đang được
tranh cãi . Tuy nhiên các nghiên cứu gần đây thường tập trung vào xác đị nh
độc tí nh của cadimi đối với cơ thể . Ở mọi dạng tồn tại , cadimi đều rất nguy
hiểm, chỉ cần một lượng nhỏ 30 – 40 mg cũng có thể gây chết người . Do mỗi
lần lượng cadimi thải ra khỏi cơ thể con người rất chậm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

(0,1% /1 ngày đêm)



11

nên diễn ra quá trì nh thải độc mạn tí nh. Những triệu chứng sớm nhất của nó là
những tổn thất ở hệ thần kinh vầ thận , rối loạn chức năng các cơ quan sinh
dục và rối loạn các chức năng phổi . Đặc biệt, cadimi còn phá hủy tủy xương
dẫn đến ung thư.
Trong cơ thể , cadimi tí ch tụ trước hết là ở thận , gan, phổi, móng chân ,
tóc... trong đó , lượng cadimi trong tóc được sử dụng như một chỉ tiêu đánh
giá nhiễm độc cadimi.
Lượng cadimi xâm nhập vào cơ t hể con người chủ yếu qua đường ăn
uống những thực phẩm chứa cadimi . Tuy nhiên , lượng cadimi mà chúng ta
nhận được nhiều nhất là thực phẩm có nguồn gốc thực vật

. Vấn đề là ở chỗ

cadimi rất dễ dàng chuyển từ đất lên cây cố i, thực vật hấp thụ tới 70% cadimi
từ đất, cịn 30% trong khơng khí. Do cadimi ngày càng được sử dụng nhiều trong
công nghiệp nên sự ô nhiễm cadimi hiện nay đã bằng đúng giới hạn cho phép.

Như vậy nhờ khả năng thâm nhập vào th ực vật qua đất và rễ mà cadimi
dễ dàng lọt vào chuỗi thực phẩm gây nhiễm độc , nguy hại nghiêm trọng đến
sức khỏe con người . Chính vì vậy , chúng ta nhận thấy vấn đề cấp bách hiện
nay là phân tí ch , xác định hàm lượng cad imi trong những sản phẩm nông
nghiệp, qua đó góp phần kiểm tra đảm bảo chất lượng thực phẩm

, tránh sự

nhiễm đợc cadimi.
1.4.2. Vai trị và sự nhiễm độc của Pb [12]
Chì là kim loại nặng có nhiều ứng dụng trong đời sống. Nó khơng chỉ
cần thiết trong lao động kinh tế sản xuất mà cịn có vai trị sinh học rất lớn đối
với cơ thể động thực vật và con người. Từ trước tới giờ, chì chỉ được sử dụng
nhiều trong các công việc như sản xuất sơn, đạn, pin, vỏ dây cáp, đúc kim loại
và các mối hàn. Ngoài ra còn được sử dụng để sản xuất ăcquy Pb hàn mạ
bằng hợp kim Pb, đúc chữ in.... Đặc biệt là Pb(C2H5)4 và Pb(CH3)4 được sử
dụng rộng rãi làm chất chống kích nổ và tăng chỉ số octan của xăng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




12

Khi hàm lượng Pb trong máu khoảng 0,3 ppm thì nó ngăn cản q trình
sử dụng oxi để oxi hóa glucoza tạo ra năng lượng cho quá trình sống, do đó làm
cho cơ thể mệt mỏi. Ở nồng độ cao hơn ( >0,8 ppm) có thể gây nên thiếu máu do
thiếu hemoglobin. Hàm lượng chì trong máu nằm trong khoảng ( >0,5 – 0,8 ppm)
gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá hủy não. Xương là nơi tàng trữ,
tích tụ chì trong cơ thể, ở đó chì tương tác với photphat trong xương rồi

truyền vào các mô mềm của cơ thể và thể hiện độc tính của nó [22].
Chì cũng kìm hãm chuyển hóa canxi bằng cách trực tiếp hoặc gián tiếp
thơng qua kìm hãm sự chuyển hóa vitamin D. Chì gây độc cả hệ thống thần
kinh trung ương, thần kinh ngoại biên, tác dụng lên hệ thống enzym vận
chuyển hydro. Khi bị nhiễm độc, người bệnh có thể có một số rối loạn cơ thể,
trong đó chủ yếu là rối loạn bộ phận tạo huyết (tủy xương). Tác dụng hóa sinh
chủ yếu của chì gây ảnh hưởng đến sự tổng hợp máu, phá vỡ hồng cầu. Chì và
hơi chì làm mặt, cổ họng, mũi đau rát khi tiếp xúc. Chì gây ra hiện tượng cáu
kỉnh, nhức đầu, giảm trí nhớ, mất ngủ. Tiếp xúc thường xuyên gây ngộ độc
chì. Biểu hiện của nhiễm độc chì là ăn không ngon, sụt cân, buồn nôn, đau
bụng, co cơ, tăng huyết áp, thiếu máu. Lượng chì trong máu bình thường dao
động khoảng 0,2 ÷ 0,5 mg/100ml và chì được thải qua đường nước tiểu tới
100mg/24h. Biểu hiện nhiễm độc chì trong máu > 0,8 mg/l sẽ gây thiếu máu,
từ 0,5 đến 0,8 mg/l gây rối loạn chức năng thận, phá hủy não.
Nồng độ chì cho phép trong nước uống của các quốc gia là 10 – 40 µg/l,
trong khơng khí là 0,5 – 1 µg/m3, nơi làm việc là 30 – 60 µg/m3.
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn Việt Nam về hàm lƣợng Cd, Pb trong chè xanh
(Tiêu chuẩn Việt Nam 2007)
Đối tượng
Chè xanh

Đơn vị
mg/kg

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Giới hạn tối đa
Cd

Pb

1

2



13

1.5. Các phƣơng pháp xác định Cadimi và Chì
Hiện nay, có nhiều phương pháp khác nhau để xác định Cd và Pb như
phương pháp phân tích khối lượng, phân tích thể tích, điện hố, phổ phân tử
UV-VIS, sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC), phổ phát xạ nguyên tử (AES),
phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) và không ngọn lửa (GF-AAS)…
Sau đây là một số phương pháp xác định Cadimi và Chì.
1.5.1. Phương pháp phân tích hố học [15]
Nhóm các phương pháp này dùng để xác định hàm lượng lớn (đa dạng)
của các chất, thông thường lớn hơn 0,05%, tức là mức độ mg. Các thiết bị và
dụng cụ cho các phương pháp này đơn giản và không đắt tiền.
1.5.1.1. Phương pháp phân tích khối lượng
a. Nguyên tắc: Đây là phương pháp dựa trên sự kết tủa chất cần phân tích
với thuốc thử phù hợp, sau đó lọc, rửa, sấy hoặc nung rồi cân chính xác sản
phẩm và từ đó xác định được hàm lượng chất phân tích.
b. Cách tiến hành: Với Cadimi , người ta thường cho tạo kết tủa dưới
dạng CdS màu vàng trong môi trường axit yếu

. Cịn chì có thể tạo kết tủa

dưới dạng PbSO4, PbCrO4 hay PbMoO4. Sau đó lọc lấy kết tủa, rửa, sấy hoặc
nung rồi cân chính xác sản phẩm, xác định hàm lượng chất phân tích.

Phương pháp này đơn giản khơng địi hỏi máy móc hiện đại, đắt tiền, có
độ chính xác cao, tuy nhiên đòi hỏi nhiều thời gian, thao tác phức tạp và chỉ
phân tích hàm lượng lớn, nên khơng dùng để phân tích lượng vết.
1.5.1.2. Phương pháp phân tích thể tích
a. Nguyên tắc: Dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử đã biết nồng
độ chính xác (dung dịch chuẩn), được thêm vào dung dịch chất định phân để
tác dụng đủ toàn bộ lượng chất định phân đó. Thời điểm thêm lượng thuốc
thử tác dụng vừa đủ với chất định phân gọi là điểm tương đương.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




14

Để nhận biết điểm tương đương, người ta dùng chất gây ra hiện tượng
đổi màu hay kết tủa để có thể quan sát bằng mắt gọi là các chất chỉ thị. Tuỳ
thuộc vào loại phản ứng chính được dùng mà người ta chia phương pháp phân
tích thành các nhóm phương pháp trung hồ, phương pháp oxi hố khử,
phương pháp kết tủa, phương pháp complexon.
b. Cách tiến hành:
Với cadimi và chì, ta có thể dùng các phép chuẩn độ như chuẩn độ phức
chất, chuẩn độ oxi hoá-khử với các chất chỉ thị khác nhau.
Ta có thể xác định cadimi bằng EDTA ở môi trường pH = 9-10 với chỉ
thị ETOO hoặc mơi trường pH=6 với chỉ thị xylen dacam. Khi đó chất chỉ thị
chuyển từ màu đỏ sang màu vàng.[19]
H6F + Cd2+  H4FCd + 2H+
H4FCd + H2Y2-  CdY2- + H6F
(đỏ)

(vàng)
Đối với chì ta có thể chuẩn độ trực tiếp bằng EDTA hay chuẩn độ
ngược bằng Zn2+ hoặc chuẩn độ thay thế với ZnY2- với chất chỉ thị ETOO.
- Cách 1: Chuẩn độ trực tiếp Pb2+ bằng EDTA ở pH trung tính hoặc
kiềm (pH khoảng 8 -12), với chỉ thị ET-OO.
Pb2+ + H2Y2- → PbY2- + 2H+
Tuy nhiên, chì rất dễ thuỷ phân nên trước khi tăng pH phải cho Pb2+ tạo
phức kém bền với tactrat hoặc trietanolamin.
- Cách 2: Chuẩn độ ngược Pb2+ bằng Zn2+: cho Pb2+ tác dụng với một
lượng dư chính xác EDTA đã biết nồng độ ở pH = 10. Sau đó chuẩn độ
EDTA dư bằng Zn2+ với chỉ thị là ET-OO.
Pb2+ + H2Y2- → PbY2- + 2H+
H2Y2- (dư) + Zn2+ → ZnY2- + 2H+
ZnInd- + H2Y2- → ZnY2- + HInd2- + H+
(đỏ nho)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

(xanh)