Nghiên cứu sự tích lũy các kim loại nặng pb, cd, zn, cu, trong một số loài nhuyễn thể ở khu vực sông đồng nai, tỉnh đồng nai luận văn thạc sỹ hóa học

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH


NGUYỄN THỊ TRANG NHUNG

NGHIÊN CỨU SỰ TÍCH LŨY CÁC KIM LOẠI NẶNG
Pb, Cd, Zn, Cu TRONG MỘT SỐ LOÀI NHUYỄN THỂ
Ở KHU VỰC SƠNG ĐỒNG NAI, TỈNH ĐỒNG NAI
Chun ngành: Hóa vơ cơ
Mã số: 60.44.01.13

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
TS. PHAN THỊ HỒNG TUYẾT

TP. HỒ CHÍ MINH - 2012


2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH


NGUYỄN THỊ TRANG NHUNG

NGHIÊN CỨU SỰ TÍCH LŨY CÁC KIM LOẠI NẶNG Pb,

Cd, Zn, Cu TRONG MỘT SỐ LOÀI NHUYỄN THỂ Ở KHU
VỰC SÔNG ĐỒNG NAI, TỈNH ĐỒNG NAI

LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC

TP. HỒ CHÍ MINH - 2012


3

LỜI CẢM ƠN
Tơi xin chân thành bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc của mình tới TS. Phan Thị Hồng
Tuyết – Người đã tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tơi trong suốt q trình
học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cơ khoa Hóa đã đóng góp những ý kiến q
báu của mình, các thầy, các cơ kỹ thuật viên phụ trách phịng thí nghiệm đã tạo mọi
điều kiện tốt nhất cho việc nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Qua đây tôi cũng xin cám ơn Ban Giám hiệu, Ban lãnh đạo Khoa Hóa, Khoa
Sau đại học – Trường Đại học Vinh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành
luận văn này.
Tơi xin cảm ơn gia đình, bạn bè cùng với các đồng nghiệp và tất cả những người
đã nhiệt tình giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tơi hồn thành
tốt luận văn.
Xin chân thành cảm ơn!
TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 10 năm 2012

Nguyễn Thị Trang Nhung


4

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ đồ thị
MỞ ĐẦU

1

NỘI DUNG

4

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 4
1.1 Tổng quan về kim loại nặng

4

1.1.1 Định nghĩa và nguồn phát sinh kim loại nặng 4
1.1.2 Tính chất và tác hại của kim loại nặng 4
1.1.3 Giới thiệu các nguyên tố chì, cadimi, kẽm, đồng; tác dụng sinh hóa và độc tính của chúng. 7
1.1.3.1 Ngun tố chì.....................................................................................
1.1.3.2 Nguyên tố cadimi…...

7

……………………………………….…….10

1.1.3.3 Nguyên tố kẽm ................................................................................15
1.1.3.4 Nguyên tố đồng................................................................................19
1.1.4 Qui trình tích luỹ kim loại nặng theo chuỗi thức ăn

22

1.1.5 Sự tích tụ các nguyên tố Cu, Zn, Cd, Pb trong một số loại nhuyễn thể 23
1.1.6 Giới hạn an tồn của kim loại nặng : chì, cadimi, kẽm và đồng trong thực phẩm
1.1.6.1 Giới hạn an toàn của chì và cadimi trong thực phẩm

.. 26

1.1.6.2 Giới hạn an toàn của đồng và kẽm trong thực phẩm

28

1.1.6.3 Giới hạn an toàn của Cu, Pb, Cd và Zn trong nƣớc........................ 28
1.1.7 Tình hình ơ nhiễm kim loại nặng trên thế giới và Việt Nam
1.1.7.1 Tình hình ơ nhiễm kim loại nặng trên thế giới

29

1.1.7.2 Tình hình ơ nhiễm kim loại nặng ở Việt Nam

32

29

1.2 Vài nét về động vật nhuyễn thể và khu vực nghiên cứu 38

1.2.1 Động vật nhuyễn thể 38
1.2.2 Khái quát vùng nghiên cứu 43
1.3 Các phƣơng pháp ứng dụng để xác định chì, cadimi, kẽm và đồng

47

26


5
1.3.1 Phƣơng pháp hấp thụ nguyên tử AAS 48
1.3.1.1 Nguyên tắc của phƣơng pháp hấp thụ nguyên tử AAS

48

1.3.1.2 Ứng dụng của phƣơng pháp hấp thụ nguyên tử AAS

49

1.3.2 Phƣơng pháp cực phổ

50

1.3.2.1 Nguyên tắc của phƣơng pháp cực phổ

50

1.3.2.2 Ứng dụng của phƣơng pháp cực phổ

51

1.4 Các phƣơng pháp xử lý mẫu

52

1.4.1 Phƣơng pháp vơ cơ hóa mẫu ƣớt

54

1.4.2 Phƣơng pháp vơ cơ hóa mẫu khơ

54

1.4.3 Phƣơng pháp vơ cơ hóa mẫu khơ – ƣớt kết hợp
CHƢƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ THỰC NGHIỆM
2.1 Thiết bị, dụng cụ, hóa chất
2.1.1 Thiết bị, dụng cụ

54

56

56

56

2.1.2 Hóa chất 56
2.2 Lấy mẫu và xử lý mẫu…………………………………………………...57
2.2.1 Lấy mẫu………………………………………………………………..57
2.2.1.1 Địa điểm lấy mẫu…………………………………………………….57

2.2.1.2 Thông tin mẫu………………………………………………………..58
2.2.2 Chuẩn bị mẫu nhuyễn thể để vô cơ hóa mẫu…………………………..58
2.2.3. Xử lý mẫu

59

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 63
3.1. Điều kiện đo mẫu trên máy phổ hấp thu nguyên tử ngọn lửa Shimadzu AAS 6300

63

3.2. Kết quả xác định hàm lƣợng Pb, Cd, Zn, Cu trong một số loài nhuyễn thể bằng phƣơng pháp hấp
thụ nguyên tử AAS 63
3.2.1 Kết quả xác định hàm lƣợng Cu

64

3.2.2 Kết quả xác định hàm lƣợng Zn 66
3.2.3 Kết quả xác định hàm lƣợng Cd

68

3.2.4 Kết quả xác định hàm lƣợng Pb………………………………………..70
3.3 Kết quả xác định hàm lƣợng Pb, Cd, Zn, Cu trong mẫu nƣớc sông bằng phƣơng pháp cực
phổ………………………………………………………...72
3.4 Đánh giá chung về sự tích lũy các kim loại nặng Pb, Cd, Zn, Cu trong các loài nhuyễn thể nghiên
cứu…………………………………………………..73


6

KẾT LUẬN

77

TÀI LIỆU THAM KHẢO

79


7

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Hàm lƣợng đồng và kẽm trong một số loài nhuyễn thể ở vùng
biển Senegal.....................................................................................................23
Bảng 1.2 Hàm lƣợng cadimi trong loài Brachidontes pharaonis và loài
Pinctada radiata ở vịnh Akuyu, Thổ Nhĩ Kỳ...................................................24
Bảng 1.3 Hàm lƣợng chì và cadimi trong một số loài nhuyễn thể ở vùng
biển Đà Nẵng năm 2007..................................................................................24
Bảng 1.4 Hàm lƣợng đồng và kẽm trong một số loài nhuyễn thể ở vùng biển Đà Nẵng năm
2008............................................................................................... 25
Bảng 1.5 Giới hạn cho phép của hàm lƣợng chì và cadimi trong một số loại thực
phẩm.........................................................................................................26
Bảng 1.6 Quy định lƣợng ăn vào tối đa cho phép hàng ngày và hàng tuần của chì và cadimi trong
thực phẩm.........................................................................27
Bảng 1.7 Mức tối đa cho phép của chì và cadimi ăn vào đối với trẻ em theo trọng lƣợng cơ
thể............................................................................................27
Bảng 1. 8 Giới hạn cho phép của hàm lƣợng đồng và kẽm trong một số loại thực
phẩm.........................................................................................................28
Bảng 1.9: Giới hạn cho phép của hàm lƣợng Cu, Zn. Pb, Cd trong nƣớc sinh
hoạt...................................................................................................................28

Bảng 1.10 : Tải lƣợng một số chất gây ô nhiễm đổ ra biển của một số hệ thống
sông..................................................................................................................36
Bảng 1.11 Tải lƣợng chất gây ô nhiễm đổ ra biển Hải Phịng – Quảng Ninh.36
Bảng 2.1 Thơng tin mẫu…...............................................................................58
Bảng 2.2 Các bƣớc xử lý mẫu nhuyễn thể.......................................................60
Bảng 2.3 Các bƣớc xử lý mẫu nƣớc………………………………………….61
Bảng 3.1: Tổng kết các điều kiện đo phổ của As, Pb, Cd................................63
Bảng 3.2 Kết quả xác định hàm lƣợng Cu trong một số loài nhuyễn thể ở Đồng
Nai....................................................................................................................64
Bảng 3.3 Kết quả xác định hàm lƣợng Zn trong một số loài nhuyễn thể ở Đồng
Nai....................................................................................................................66


8
Bảng 3.4 Kết quả xác định hàm lƣợng Cd trong một số loài nhuyễn thể ở Đồng
Nai....................................................................................................................69
Bảng 3.5 Kết quả xác định hàm lƣợng Pb trong một số loài nhuyễn thể ở Đồng
Nai....................................................................................................................70
Bảng 3.6 Hàm lƣợng các nguyên tố trong mẫu phân tích................................72


9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Q trình kim loại nặng đi vào mơi trƣờng…………………………4
Hình 1.2. Kim loại chì………………………………………………………..

7

Hình 1.3. Kim loại cadimi…………………………………………………….

10

Hình 1.4 Sơ đồ tích lũy cadimi……………………………………………….

14

Hình 1.5. Kim loại kẽm……………………………………………………….

15

Hình 1.6. Kim loại đồng………………………………………………………

19

Hình 1.7. Quy trình tích luỹ kim loại theo dây chuyền thực phẩm…………..

22

Hình 1.8. Tai nạn hầm mỏ ở Rumani (Nguồn: khoahoc.com.vn)

……………29

Hình 1.9. Hệ thống các sông gần vùng ngoại ô tỉnh Bulacan ở Philipines…..

31

Hình 1.10. Thiệt hại do cơn bão Katrina gây ra……………………………...31
Hình 1.11 Ơ nhiễm con mƣơng chảy qua khu dân cƣ phía sau khu CN Quang MinhV.Phúc....................................................................................................33
Hình 1.12 Cơng ty Vedan Việt Nam xả nƣớc thải chƣa qua xử lý gây ơ nhiễm 11km sơng Thị

Vải...........................................................................................33
Hình 1.13 Cơng ty Tungkuang (Cẩm Giàng – Hải Dƣơng) xả trực tiếp nƣớc
thải khơng qua xử lý ra mơi trƣờng...................................................................34
Hình 1.14 Lƣu vực hệ thống sông Đồng Nai và dải phụ cận ven biển Đơng..44
Hình 1.15 Tồn bộ nƣớc thải sinh hoạt của các hộ dân đang đƣợc tống thẳng xuống các con suối, sơng
trên địa bàn TP.Biên Hịa (Đồng Nai)....................45
Hình 1.16 Sơng Đồng Nai đang bị ô nhiễm bởi nhiều loại chất thải.
Trong ảnh: Một đoạn sông trên đƣờng Cách Mạng Tháng Tám, phƣờng
Quyết Thắng TP Biên Hòa trở thành nơi để vứt rác, đổ xà bần.......................46
Hình 1.17 Một mƣơng nƣớc đen ngịm đổ ra sơng Đồng Nai tại bến đị
Xóm Lá, phƣờng Bửu Long, TP Biên Hịa......................................................46
Hình 1.18 Cá ni trên sơng Đồng Nai chết rất nhiều……………………….46
Hình 1.19 Q trình đo mẫu………………………………………………….49
Hình 2.1. Bản đồ địa điểm lấy mẫu…………………………………………. 57
Hình 2.2 : Cách cắt cơ khép vỏ nhuyễn thể hai mảnh vỏ................................59


10
Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn hàm lƣợng Cu trong mẫu phân tích và giới hạn tiêu
chuẩn…………………………………………………………………….

65

Hình 3.2 .Đồ thị biểu diễn hàm lƣợng Zn trong mẫu phân tích và giới hạn tiêu
chuẩn…………………………………………………………………….

67

Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn hàm lƣợng Cd trong mẫu phân tích và giới hạn tiêu
chuẩn……………………………………………………………………….. ..69

Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn hàm lƣợng Pb trong mẫu phân tích và giới hạn tiêu
chuẩn…………………………………………………………………………
Hình 3.5. Píc hịa tan đồng thời Cu, Zn, Cd, Pb trong mẫu trắng.

71

……………75

Hình 3.6. Píc hịa tan đồng thời Cu, Zn, Cd, Pb trong mẫu nƣớc phân tích….

76


11

MỞ ĐẦU
Ngày nay, ngƣời ta đã khẳng định đƣợc rằng nhiều ngun tố kim loại có vai trị
cực kỳ quan trọng đối với cơ thể sống và con ngƣời.Tuy nhiên nếu hàm lƣợng lớn
chúng sẽ gây độc hại cho cơ thể. Sự thiếu hụt hay mất cân bằng của nhiều kim loại vi
lƣợng trong các bộ phận của cơ thể nhƣ gan, tóc, máu, huyết thanh, ... là những nguyên
nhân hay dấu hiệu của bệnh tật, ốm đau hay suy dinh dƣỡng và có thể gây tử vong. Đối
với một số kim loại ngƣời ta mới chỉ biết đến tác động độc hại của chúng đến cơ thể.
Kim loại nặng có thể xâm nhập vào cơ thể con ngƣời chủ yếu thơng qua đƣờng
tiêu hóa và hơ hấp. Tuy nhiên, cùng với mức độ phát triển của công nghiệp và sự đơ thị
hố, hiện nay mơi trƣờng sống của chúng ta bị ô nhiễm trầm trọng. Các nguồn thải kim
loại nặng từ các khu cơng nghiệp vào khơng khí, vào nƣớc, vào đất, vào thực phẩm rồi
xâm nhập vào cơ thể con ngƣời qua đƣờng ăn uống, hít thở dẫn đến sự nhiễm độc. Do
đó việc nghiên cứu và phân tích các kim loại nặng trong mơi trƣờng sống, trong thực
phẩm và tác động của chúng tới cơ thể con ngƣời nhằm đề ra các biện pháp tối ƣu bảo
vệ và chăm sóc sức khoẻ cộng đồng là một việc vô cùng cần thiết. Nhu cầu về thực

phẩm sạch, đảm bảo sức khỏe đã trở thành nhu cầu thiết yếu, cấp bách và đƣợc toàn xã
hội quan tâm.
Hiện nay, bên cạnh việc sử dụng phƣơng pháp lý hóa quang trắc ô nhiễm kim loại
nặng thì phƣơng pháp sử dụng nhuyễn thể hai mảnh vỏ cũng đƣợc ứng dụng rộng rãi
trên thế giới và mang lại nhiều thành tựu. Nhiều nghiên cứu đã cho thấy rằng nhuyễn
thể hai mảnh vỏ có khả năng đặc biệt trong việc tích tụ những chất gây ô nhiễm nhất
định trong mô của chúng với hàm lƣợng cao hơn nhiều lần so với mơi trƣờng bên
ngồi, nơi chúng sinh sống và những loài này tƣợng trƣng cho ô nhiễm của khu vực
nghiên cứu.


12
Các lồi sị, vẹm, trai... đƣợc sử dụng rộng rãi để làm sinh vật chỉ thị cho mức ô
nhiễm kim loại nặng. Các nghiên cứu trên thế giới về các loài trong giống Corbicula
đều chỉ ra rằng, đây là những lồi có khả năng tích lũy cao các kim loại nặng đặc biệt
là Hg. Kết quả nghiên cứu của Inza và cộng sự đã cho thấy Corbicula có khả năng tích
lũy nhanh MeHg. Sự tích lũy Cu là đặc biệt cao ở loài Hến (Corbicula fluminea), nhất
là giai đoạn chƣa trƣởng thành.
Ở Việt Nam, số lƣợng các nghiên cứu về vấn đề sử dụng các sinh vật nhƣ
nhuyễn thể hai mảnh vỏ để chỉ thị ô nhiễm kim loại nặng là khơng nhiều, đặc biệt chƣa
có nghiên cứu về khả năng tích lũy các kim loại nặng của nhóm lồi Corbicula. Các
nghiên cứu về tích lũy kim loại nặng ở các lồi hai mảnh vỏ đƣợc cơng bố chƣa nhiều.
Theo nghiên cứu của Đào Việt Hà (2002), hàm lƣợng các kim loại nặng trong Vẹm
(Perma viridis) tại đầm Nha Phu (Khánh Hịa): từ 0,03 - 0,21 ppm (tính theo khối
lƣợng tƣơi) đối với Cd; từ 0,14 - 1,13 ppm đối với Pb; và từ 0,54 - 1,81 ppm đối với
Cu. Các nghiên cứu của Đặng Thúy Bình và cs, (2006) cho thấy Ốc hƣơng tích lũy As
với hàm lƣợng từ 0,052 - 2,54 ppm, Cd từ 0,001 – 0,083 ppm, Cu từ 0,21 - 1,99 ppm;
trong Vẹm xanh As tích lũy cao nhất ở nồng độ 1,76 ppm.[9]
Đồng Nai là tỉnh có sự phát triển nhanh về cơng nghiệp, là một trong những khu
công nghiệp lớn nhất và cũng là một vùng đƣợc đơ thị hóa nhanh nhất nƣớc.. Nguồn

nƣớc hệ thống sơng Đồng Nai có tầm quan trọng đặc biệt và ý nghĩa sống còn đối với
các tỉnh thành trên, cung cấp nƣớc sinh hoạt cho 15 triệu ngƣời, cấp nƣớc cho sản xuất
công nghiệp, tƣới tiêu nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản và phát triển thủy điện, giao
thông vận tải, du lịch sông nƣớc. Tuy nhiên, lƣu vực hệ thống sơng Đồng Nai cũng là
khu vực có tốc độ phát triển kinh tế nhanh nhất cả nƣớc và hiện có khoảng trên dƣới 60
khu cơng nghiệp 43.800 doanh nghiệp sản xuất kinh doanh (số liệu 2007), 490 làng
nghề, cộng với lƣợng rác thải, nƣớc thải… phát sinh tăng nhanh đang ngày càng đe dọa


13
nghiêm trọng đến chất lƣợng nguồn nƣớc của hệ thống sơng này. Kiểm sốt hàm lƣợng
các kim loại nặng trong các loài thủy sản và nguồn nƣớc là vấn đề đang đặt ra.
Chính vì những lý do trên mà tơi chọn đề tài : “Nghiên cứu sự tích lũy các kim
loại nặng Pb, Cd, Zn, Cu trong một số loài nhuyễn thể ở khu vực sông Đồng Nai,
tỉnh Đồng Nai”, để làm đề tài nghiên cứu của luận văn cao học.


14

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ KIM LOẠI NẶNG
1.1.1. Định nghĩa và nguồn phát sinh kim loại nặng
3

Kim loại nặng là những kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5g/cm và thông thƣờng chỉ
những kim loại hoặc các á kim liên quan đến sự ô nhiễm và độc hại. Tuy nhiên chúng
cũng bao gồm những nguyên tố kim loại cần thiết cho một số sinh vật ở nồng độ thấp.
Kim loại nặng đƣợc đƣợc chia làm 3 loại: các kim loại độc (Hg, Cr, Pb, Zn, Cu, Ni, Cd,
As, Co, Sn,…), những kim loại quý (Pd, Pt, Au, Ag, Ru,…), các kim loại phóng xạ (U,
Th, Ra, Am,…).

Kim loại nặng có trong đất và nƣớc, hàm lƣợng của chúng thƣờng tăng cao do
tác động của con ngƣời. Sự ô nhiểm kim loại do hoạt động của con ngƣời nhƣ Pb, Cd,
Cu, Ni và Zn thải ra ƣớc tính là nhiều hơn so với nguồn kim loại có trong tự nhiên, đặc
biệt đối với chì 17 lần. Kim loại nặng có thể đi vào nguồn nƣớc do q trình tự nhiên
hoặc do tác động của con ngƣời. Nguồn kim loại nặng đi vào đất và nƣớc do tác động
của con ngƣời bằng các con đƣờng chủ yếu nhƣ bón phân, bã bùn cống và thuốc bảo vệ
thực vật và các con đƣờng phụ nhƣ khai khoáng và kỹ nghệ hay lắng đọng từ khơng
khí (Hình 1.1).
1.1.2. Tính chất và tác hại của kim loại nặng
Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học, không độc khi ở dạng nguyên tố tự
do nhƣng nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở dạng cation do khả năng gắn kết với
các chuỗi cacbon ngắn dẫn đến sự tích tụ trong cơ thể sinh vật sau nhiều năm.
Đối với con ngƣời, có khoảng 12 nguyên tố kim loại nặng gây độc nhƣ chì, thủy
ngân, nhôm, arsenic, cadmium, nickel… Một số kim loại nặng đƣợc tìm thấy trong cơ
thể và thiết yếu cho sức khỏe con ngƣời, chẳng hạn nhƣ sắt, kẽm, magnesium, cobalt,
manganese, molybdenum và đồng mặc dù với lƣợng rất ít nhƣng nó hiện diện trong


15
q trình chuyển hóa. Tuy nhiên, ở mức thừa của các nguyên tố thiết yếu có thể nguy
hại đến đời sống của sinh vật. Các nguyên tố kim loại còn lại là các ngun tố khơng
thiết yếu và có thể gây độc tính cao khi hiện diện trong cơ thể, tuy nhiên tính độc chỉ
thể hiện khi chúng đi vào chuỗi thức ăn. Các nguyên tố này bao gồm thủy ngân, nickel,
chì, arsenic, cadmium, nhơm, platinum và đồng ở dạng ion kim loại. Chúng đi vào cơ
thể qua các con đƣờng hấp thụ của cơ thể nhƣ hô hấp, tiêu hóa và qua da. Nếu kim loại
nặng đi vào cơ thể và tích lũy bên trong tế bào lớn hơn sự phân giải chúng thì chúng sẽ
tăng dần và sự ngộ độc sẽ xuất hiện. Do vậy ngƣời ta bị ngộ độc không những với hàm
lƣợng cao của kim loại nặng mà cả khi với hàm lƣợng thấp và thời gian kéo dài sẽ đạt
đến hàm lƣợng gây độc.

Hình 1.1: Q trình kim loại nặng đi vào mơi trƣờng
Kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể ngƣời qua đƣờng hô hấp, thức ăn hay hấp
thụ qua da đƣợc tích tụ trong các mô theo thời gian sẽ đạt tới hàm lƣợng gây độc. Các
nghiên cứu đã chỉ ra rằng kim loại nặng có thể gây rối loạn hành vi của con ngƣời do
tác động trực tiếp đến chức năng tƣ duy và thần kinh. Gây độc cho các cơ quan trong


16
cơ thể nhƣ máu, gan, thận, cơ quan sản xuất hoocmon, cơ quan sinh sản, hệ thần kinh
gây rối loạn chức năng sinh hóa trong cơ thể do đó làm tăng khả năng bị dị ứng, gây
biến đổi gen. Các kim loại nặng còn làm tăng độ axit trong máu, cơ thể sẽ rút canxi từ
xƣơng để duy trì pH thích hợp trong máu dẫn đến bệnh lỗng xƣơng. Các nghiên cứu
mới đây đã chỉ ra rằng hàm lƣợng nhỏ các kim loại nặng có thể gây độc hại cho sức
khỏe con ngƣời nhƣng chúng gây hậu quả khác nhau trên những con ngƣời cụ thể khác
nhau.
Sự nhiễm độc kim loại nặng đã tăng lên nhanh chóng từ những năm 50 của thế
kỷ trƣớc do hậu quả của việc sử dụng ngày càng nhiều các kim loại nặng trong các
ngành sản xuất công nghiệp. Ngày nay sự nhiễm độc mãn tính có thể xuất phát từ việc
dùng chì trong sơn, nƣớc máy, các hóa chất trong q trình chế biến thực phẩm, các
sản phẩm “chăm sóc con ngƣời” (mỹ phẩm, dầu gội đầu, thuốc nhuộm tóc, thuốc đánh
răng, xà phịng,…). Trong xã hội ngày nay, con ngƣời không thể tránh đƣợc sự nhiễm
các hóa chất độc và các kim loại.
Độc tính của các kim loại nặng chủ yếu do chúng có thể sinh các gốc tự do, đó là
các phần tử mất cân bằng năng lƣợng, chứa những điện tử không cặp đôi chúng chiếm
điện tử từ các phân tử khác để lặp lại sự cân bằng của chúng. Các gốc tự do tồn tại tự
nhiên khi các phân tử của tế bào phản ứng với O2 (bị ơxi hóa ) nhƣng khi có mặt các
kim loại nặng – tác nhân cản trở q trình ơxi hóa, sẽ sinh ra các gốc tự do vơ tổ chức,
khơng kiểm sốt đƣợc. Các gốc tự do này phá hủy các mô trong toàn cơ thể gây nhiều
bệnh tật.
1.1.3. Giới thiệu các nguyên tố chì, cadimi, kẽm, đồng; tác dụng sinh hóa và độc

tính của chúng.[5],[6],[13],[14]


17
1.1.3.1. Ngun tố chì
Chì có ký hiệu hóa học là Pb , là một kim
loại mềm, nặng, độc hại và có thể tạo hình. Chì có
màu trắng xanh khi mới cắt nhƣng bắt đầu xỉn màu
thành xám khi tiếp xúc với khơng khí.

Hình 1.2 Kim loại chì
 Tính chất hóa học
Chì là kim loại tƣơng đối hoạt động về mặt hố học. Ở điều kiện thƣờng, chì bị
oxi hố tạo thành lớp oxit màu xám xanh bao bọc bên trên mặt bảo vệ cho chì khơng
tiếp xúc bị oxi hố nữa:
2Pb + O2 = 2PbO
Nhƣng khi gặp nƣớc, nƣớc sẽ tách dần màng oxit bao bọc ngoài và tiếp tục bị tác
dụng.
Chì tƣơng tác với halogen và nhiều nguyên tố khơng kim loại khác:
Pb + X2 = PbX2
Chì có thế điện cực âm nên về nguyên tắc nó tan đƣợc trong các axit. Nhƣng
thực tế chì chỉ tƣơng tác ở trên bề mặt với dung dịch axit clohiđric loãng và axit
sunfuric dƣới 80% vì bị bao bọc bởi lớp muối khó tan (PbCl2 và PbSO4). Với dung
dịch đậm đặc hơn của các axit đó, chì có thể tan vì muối khó tan của lớp bảo vệ đã
chuyển thành hợp chất tan:
PbCl2 + 2HCl = H2PbCl4 + H2
PbSO4 + H2SO4 = Pb(HSO4)2
Với axit nitric ở bất kỳ nồng độ nào, chì tƣơng tác nhƣ một kim loại:

18
3Pb + 8HNO3,lỗng = 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Khi có mặt oxi, chì có thể tƣơng tác với nƣớc:
2Pb + 2H2O + O2 = 2Pb(OH)2
có thể tan trong axit axetic và các axit hữu cơ khác:
2Pb + 4CH3COOH + O2 = 2Pb(CH3COO)2 + 2H2O
Với dung dịch kiềm, chì có tƣơng tác khi đun nóng, giải phóng hiđrơ:
Pb + 2KOH + 2H2O = K2[Pb(OH)4] + H2
 Ứng dụng
Chì đƣợc dùng làm tấm điện cực trong ăcquy, dây cáp điện, đầu đạn, chất nhuộm
trắng trong sơn, thành phần màu trong tráng men. Chì hấp thụ tốt tia phóng xạ và tia
rơnghen nên đƣợc dùng làm những tấm bảo vệ phóng xạ hạt nhân. Một số hợp chất chì
đƣợc thêm vào trong sơn, thủy tinh, đồ gốm nhƣ chất tạo màu, chất ổn định, chất kết
gắn.
 Tác dụng sinh hóa của chì
Tác dụng sinh hóa quan trọng của chì là sự can thiệp vào việc tổng hợp
hemoglobin dẫn đến sự phá vỡ hồng cầu (các bệnh về máu).
Chì ức chế nhiều loại enzim then chốt liên quan đến quá trình tổng hợp
hemoglobin do sự tích lũy của các hợp chất trung gian của quá trình trao đổi chất. Một
phần quan trọng của tổng hợp máu là do sự chuyển hóa delta – amino levunilicaxit
(ALA – dehydrase). Chì ức chế ALA – dehydrase enzym, do đó giai đoạn tiếp theo tạo
thành porpho biliogen khơng thể xảy ra. Kết quả là phá hủy quá trình tổng hợp
hemoglobin cũng nhƣ các sắc tố hô hấp khác cần thiết trong máu nhƣ cytochromes.
Cuối cùng, chì cản trở việc sử dụng oxi và glucoza để sản sinh năng lƣợng trong
quá trình sống.


19
Khi hàm lƣợng chì trong máu khoảng 0,3 ppm thì nó ngăn cản q trình sử dụng oxi
để oxi hóa glucoza tạo ra năng lƣợng cho quá trình sống, do đó làm cho cơ thể mệt

mỏi.
Ở các nồng độ cao hơn có thể gây hiện tƣợng thiếu máu (thiếu hemoglobin) nếu
hàm lƣợng chì trong máu khoảng 0,5 – 0,8 ppm gây ra sự rối loạn chức năng thận và
phá hủy não.
Ở nồng độ cao hơn ( >0,8 ppm) có thể gây thiếu máu do thiếu hemoglobin.
Xƣơng là nơi tàng trữ, tích tụ chì của cơ thể. Sau đó phần chì này có thể tƣơng tác
cùng với photphat trong xƣơng và thể hiện tính độc hại khi truyền vào mơ mềm của cơ
thể. Chì nhiễm vào cơ thể qua da, đƣờng tiêu hóa, hơ hấp. Nhiễm chì có thể dẫn đến vô
sinh, sảy thai, mắc phải các rối loạn về thần kinh, thiếu máu, đau đầu, sƣng khớp,
chóng mặt. Ở trẻ em, chỉ số IQ sẽ khơng cao, đơi khi có những biểu hiện rối loạn hành
vi. Do chì tích lũy dần trong cơ thể một cách chậm chạp nên những triệu chứng sẽ
khơng đƣợc nhận biết kịp thời.
 Độc tính của chì
Trong sản xuất cơng nghiệp thì Pb có vai trị quan trọng, nhƣng đối với cơ thể
thì chƣa chứng minh đƣợc Pb có vai trị tích cực gì. Song độc tính của Pb và các hợp
chất của nó đối với cơ thể ngƣời và động vật thì quá rõ. Khơng khí, nƣớc và thực phẩm
bị ơ nhiễm Pb đều rất nguy hiểm cho mọi ngƣời, nhất là trẻ em đang phát triển và động
vật.
Chứng thiếu máu do nhiễm độc chì cũng nhƣ thiếu máu do thiếu sắt do kìm hãm
enzym pyrimidin – 5 – nucleosidase vốn có liên quan đến sự tăng số lƣợng hồng cầu
lƣới. Ngƣỡng chì nhiễm có khả năng ức chế enzym này là 44 mg/l.
Chì gây ngộ độc cho hệ thần kinh trung ƣơng, hệ thần kinh ngoại biên, tác động
lên hệ enzym chứa nhóm hoạt động có hyđro.


20
Với nồng độ trong máu cao hơn 80 mg/l có thể xảy ra các bệnh về não do việc
gây tổn thƣơng đến các tiểu động mạch, mao mạch não và phù não, tăng áp suất dịch
não tủy, thối hóa các nơron thần kinh.
Ngƣời bị nhiễm độc chì sẽ bị rối loạn bộ phận tạo huyết (tủy xƣơng). Tùy theo

mức độ nhiễm độc có thể bị đau bụng, đau khớp, viêm thận, cao huyết áp, tai biến não,
nhiễm độc nặng có thể gây tử vong. Đặc tính nổi bật là sau khi xâm nhập vào cơ thể,
chì ít bị đào thải mà tích tụ theo thời gian rồi mới gây độc.
Ngồi ra muối chì cịn gây rối loạn tổng hợp hemoglobin, giảm thời gian sống
của hồng cầu, thay đổi hình dạng tế bào, gây xơ vữa động mạch, làm con ngƣời bị ngu
đần, mất cảm giác...
Chì gây ung thƣ thận thơng qua việc thay đổi hình thái và chức năng của các tế
bào ống thận làm giảm chức năng vận chuyển năng lƣợng là tiểu đƣờng, tiểu đạm. Chì
ảnh hƣởng đến chức năng sinh sản, gây vô sinh, sảy thai và chết sơ sinh.
1.1.3.2. Nguyên tố cadimi
Cadimi là kim loại mềm, màu trắng xanh, dễ
nóng chảy.Cadimi có ký hiệu hóa học là Cd (tên
Latin : Cadmium). Số hiệu nguyên tử Z = 48. Thuộc
nhóm IIB, chu kỳ 5 trong bảng hệ thống tuần hồn.

Hình 1.3 Kim loại cadimi

 Tính chất hóa học
Cadimi là nguyên tố tƣơng đối hoạt động. Trong không khí ẩm, Cd bền ở nhiệt
độ thƣờng nhờ màng oxit bảo vệ. Nhƣng ở nhiệt độ cao nó cháy mãnh liệt cho
ngọn lửa mầu sẫm:
2Cd + O2 = 2CdO
Tác dụng với halogen tạo thành đihalogenua, tác dụng với lƣu huỳnh và các
nguyên tố không kim loại khác nhƣ photpho, selen…
Cd + S = CdS


21
Ở nhiệt độ thƣờng cadmi bền với nƣớc vì có màng oxit bảo vệ, nhƣng ở nhiệt độ
cao cadmi khử hơi nƣớc biến thành oxit

Cd + H2O = CdO + H2↑
Cd tác dụng dễ dàng với axit không phải là chất oxi hố, giải phóng khí hiđro. Ví
dụ: HCl
Cd + 2HCl = CdCl2 + H2↑
Trong dung dịch thì:
Cd + H3O+ + H2O = [Cd(H2O)2]]2+ +

1
H2↑
2

 Ứng dụng của cadimi
Khoảng ¾ cadimi sản xuất ra đƣợc sử dụng trong các loại pin (đặc biệt là Ni –
Cd ) và phần lớn trong công nghiệp.
Cadimi đƣợc sử dụng chủ yếu trong các chất màu, lớp sơn phủ, các chất mạ kim
loại ( mạ vỏ ô tô, máy bay và tàu biển).
Cadimi đƣợc sử dụng chế tạo hợp kim, làm chất ổn định trong plastic, làm điện
cực ắc quy kiềm. Hợp kim Cu – Cd dùng làm thanh điều chỉnh trong lò phản ứng hạt
nhân.
Ngồi ra Cadimi cịn có mặt trong phân bón và một số thuốc trừ sâu bởi độc tính
để diệt nấm và cơn trùng.
 Tác dụng sinh hóa của cadimi
Sau khi xâm nhập vào cơ thể, cadimi đƣợc gắn vào trong các mô dƣới dạng một
hợp chất với một protein có chọn lọc và có trọng lƣợng phân tử thấp nhƣng giàu nhóm
tiol (-SH) là metalothionein. Metalothionein thƣờng có 61 axit amin trong đó có 20
axit amin cystein và khơng có axit amin thơm. Chính sự tổng hợp nên hợp chất
metalothionein này đƣợc kích thích khi có mặt của cadimi. Metalothionein tập trung


22

nhiều nhất ở gan và thận, nơi mà cadimi thƣờng tích lũy ( khoảng 50 – 60 % lƣợng
cadimi trong cơ thể).
SH

S
+ Cd2+ → {Enzim}

{Enzim}
SH

Cd + 2H+
S

Lúc đầu, cadimi cƣ trú trong gan nơi thƣờng diễn ra sự tổng hợp metalothionein;
sau đó nó đƣợc vận chuyển dần đến thận nhờ protein này. Ở đây cadimi sẽ đƣợc giữ rất
lâu bởi vì thời gian bán hủy của chúng ở bộ phận này có thể vƣợt qua 17 năm ở những
đối tƣợng bị nhiễn trung bình. Sự lƣu trữ này đƣợc thực hiện một cách có chọn lọc ở vỏ
thƣợng thận. Dựa vào kết quả nhận đƣợc ở ngƣời và động vật sau khi chết cho thấy
nồng độ tới hạn của cadimi trong thận là 200 ppm (200μgcadimi/1g mô tƣơi). Nếu vƣợt
quá giá trị này sẽ xuất hiện "chứng bài tiết ra phức protein - cadimi" đƣợc đặc trƣng
bằng sự xuất hiện protein phân tử lƣợng thấp (± 30000) trong nƣớc tiểu cũng nhƣ bởi
việc tăng sự thanh thải của β2–microglobulin của protein liên kết retinol (RBP). Bệnh
thận đặc biệt này là trƣờng hợp cá biệt về mặt mô học, bởi lẽ một bệnh ở ống mà lại chỉ
gây tác hại một cách có chọn lọc đến duy nhất cái ống đầu gần.
 Độc tính của cadimi
Cadimi là nguyên tố rất độc. Trong tự nhiên cadimi thƣờng đƣợc tìm thấy trong
các khống vật có chứa kẽm. Nhiễm độc cadimi gây nên chứng bệnh giòn xƣơng. Ở
nồng độ cao, cadimi gây đau thận, thiếu máu và phá huỷ tuỷ xƣơng.
Phần lớn cadimi thâm nhập vào cơ thể con ngƣời đƣợc giữ lại ở thận và đƣợc
đào thải, cịn một phần ít (khoảng 1%) đƣợc giữ lại trong thận, do cadimi liên kết với

protein tạo thành metallotionein có ở thận. Phần cịn lại đƣợc giữ lại trong cơ thể và
dần dần đƣợc tích luỹ cùng với tuổi tác. Khi lƣợng cadimi đƣợc tích trữ lớn, nó có thể
thế chỗ ion Zn2+ trong các enzim quan trọng và gây ra rối loạn tiêu hoá và các chứng
bệnh rối loạn chức năng thận, thiếu máu, tăng huyết áp, phá huỷ tuỷ sống, gây ung thƣ.


23
Cadimi thâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua con đƣờng thực phẩm. Theo nhiều
nghiên cứu của các chuyên gia thì ngƣời hút thuốc lá cũng có nguy cơ nhiễm cadimi.
Đã có nhiều bằng chứng cho thấy cadimi có thể gây ung thƣ qua đƣờng hô hấp. Tùy
theo mức độ nhiễm độc mà có thể gây ung thƣ phổi, thủng vách ngăn mũi, đặc biệt có
thể gây tổn thƣơng tuyến thận dẫn đến protein tuyến niệu, ảnh hƣởng đến nội tiết, máu,
tim mạch... Nhiễm độc cadimi xảy ra ở nhiều nơi trên thế giới, điển hình là Nhật Bản.


2+
Cd
24

Cd2+ tự do
trong cơ thể

Ăn uống 50 μg

Hô hấp

Liên kết tạo thành Metalothionein

Trao đổi với Zn2+
trong enzim

Thận

1% dự trữ trong thận
và các bộ phận khác

99% đào thải

Rối loạn chức
năng thận

Thiếu máu

Tăng huyết áp

Phá tủy xƣơng

Hình 1.4 Sơ đồ tích lũy cadimi

Ung thƣ


25
1.1.3.3. Nguyên tố kẽm
Kẽm có ký hiệu hóa học là Zn, là một kim loại màu
trắng xanh nhạt ở nhiệt độ thƣờng nhƣng khi nấu đến 100
– 1500C nó trở nên mềm, dẻo, dễ dát mỏng, dễ kéo dài.
 Tính chất hóa học
Kẽm là kim loại tƣơng đối hoạt động, song ở

Hình 1.5 Kim loại kẽm

nhiệt độ thƣờng kẽm bền với nƣớc vì có màng oxit bảo vệ.
Khi tác dụng với axit HCl và H2SO4 loãng, kẽm sẽ đẩy H2 và tạo thành muối
tƣơng ứng
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Khi hòa tan kẽm trong axit H2SO4 đặc và HNO3 sẽ cho các muối tƣơng ứng và
các sản phẩm oxi hóa khác nhau :
Zn + 2H2SO4 đặc → ZnSO4 + SO2 + 2H2O
4Zn + 10HNO3 loãng→ 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
3Zn + 8HNO3 → 3Zn(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Hidro sẽ thoát ra mãnh liệt khi cho kẽm tác dụng với dung dịch kiềm :
Zn + 2H2O + 2OH- →[Zn(OH)4]2- + H2 ↑
Kẽm còn tan trong dung dịch NH3 :
Zn + 2H2O + 4NH3 → [Zn (NH3)4](OH)2 + H2 ↑

 Ứng dụng
Kẽm đƣợc dùng để mạ sắt thép tạo hợp kim ứng dụng trong xây dựng gọi là
"tôn".