Xác định đồng thời hàm lượng kẽm, cacdimi, chì, đồng trong một số loại nấm linh chi bằng phương pháp von ampe hòa tan anot xung vi phân

Tr-ờng đại học vinh
Khoa hóa học
=== ===

lê thị yến

Xác định đồng thời hàm l-ợng Kẽm, Cadimi, Chì, Đồng
trong một số loại nấm linh chi bằng ph-ơng pháp
Von - Ampe hòa tan anot xung vi phân

khóa luận tốt nghiệp đại học
Chuyên ngành: hóa phân tích

Vinh - 2012


Tr-ờng đại học vinh
Khoa hóa học
=== ===

Xác định đồng thời hàm l-ợng Kẽm, Cacdimi, Chì, Đồng
trong một số loại nấm linh chi bằng ph-ơng pháp
Von - Ampe hòa tan anot xung vi phân

khóa luận tốt nghiệp đại học
Chuyên ngành: hóa phân tích

Cán bộ h-ớng dẫn:

ths. Võ thị hòa

Sinh viên thực hiện:

lê thị yến

Lớp:

49B - Hóa

Vinh - 2012


LỜI CẢM ƠN
Đề tài khố luận tốt nghiệp được hồn thành tại Phịng máy, phịng thí
nghiệm Hố phân tích - Khoa Hố - Trường Đại học Vinh.
Bằng tấm lịng trân trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn
cơ giáo ThS. Võ Thị Hồ đã giao đề tài và giúp đỡ em tận tình chu đáo, đầy
tâm huyết trong suốt q trình nghiên cứu và hồn thiện luận văn.
Em cũng xin chân thành cảm ơn cô giáo TS. Đinh Thị Trường Giang,
đã có những ý kiến đóng góp q báu trong q trình em thực hiện đề tài.
Em xin cảm ơn các Thầy giáo, cô giáo Khoa Hố học và phịng thí
nghiệm thuộc khoa Hố học Trường Đại học Vinh đã tận tình giúp đỡ, động
viên và tạo điều kiện thuận lợi cho em hồn thành khố luận này.
Cuối cùng, em xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến bố mẹ, các anh chị và
bạn bè đã quan tâm giúp đỡ và động viên em hoàn thành khố luận tốt nghiệp
của mình.
Tuy nhiên, trong khóa luận sẽ khơng tránh được những khuyết điểm và
thiếu sót nên tơi rất mong q thầy cơ và các bạn góp ý để hồn thiện hơn
khóa luận và tích lũy kinh nghiệm cho công tác nghiên cứu sau này.
Vinh, tháng 5 năm 2012
Sinh viên

Lê Thị Yến


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
PHẦN I: TỔNG QUAN ................................................................................... 3
1.1.

Giới thiệu chung về kim loại nặng và tình hình ơ nhiễm kim
loại nặng ................................................................................................ 3

1.1.1. Nguồn gốc xuất hiện và sự di chuyển các kim loại nặng ...................... 3
1.1.2. Tác hại của kim loại nặng ..................................................................... 4
1.1.3. Sự xâm nhập của kim loại nặng vào cơ thể sinh vật ............................. 5
1.1.4. Tình hình ơ nhiễm kim loại nặng trên thế giới và Việt Nam ................ 6
1.2.

Giới thiệu các nguyên tố kẽm, cadimi, chì, đồng; tác dụng sinh
hóa và độc tính của chúng ..................................................................... 7

1.2.1. Nguyên tố kẽm ...................................................................................... 7
1.2.2. Nguyên tố cadimi ................................................................................ 11
1.2.3. Nguyên tố chì ...................................................................................... 15
1.2.4. Nguyên tố đồng ................................................................................... 19
1.2.5. Đặc tính điện hóa của Zn, Cd, Pb, Cu ................................................. 22
1.3.

Giới thiệu một số loài nấm linh chi. .................................................... 23

1.3.1. Đặc điểm chung của nấm linh chi ....................................................... 23
1.3.2. Nấm cổ linh chi và nấm linh chi đen................................................... 25
1.4.

Các phương pháp xác định kim loại nặng ........................................... 27

1.4.1. Phương pháp phân tích cực phổ .......................................................... 29
1.4.2. Phương pháp Von - Ampe hòa tan ...................................................... 36
1.5.

Các phương pháp xử lý mẫu ............................................................... 41

1.5.1. Phương pháp vô cơ hóa mẫu ướt......................................................... 42
1.5.2. Phương pháp vơ cơ hóa mẫu khơ ........................................................ 43
1.5.3. Phương pháp vơ cơ hóa mẫu khơ - ướt kết hợp .................................. 44
PHẦN II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ............... 45
2.1.

Dụng cụ, thiết bị, hóa chất................................................................... 45


2.1.1. Thiết bị, dụng cụ.................................................................................. 45
2.1.2. Hóa chất ............................................................................................... 46
2.1.3. Pha chế dung dịch ............................................................................... 47
2.3.

Chuẩn bị mẫu và xử lí mẫu ................................................................. 48

2.3.1. Địa điểm lấy mẫu ................................................................................ 48
2.3.2. Chuẩn bị mẫu để vơ cơ hóa mẫu ......................................................... 49

2.3.3. Xử lý mẫu ............................................................................................ 49
2.3.

Phương pháp đo................................................................................... 50

PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................... 52
3.1.

Điều kiện chung để xác định đồng thời hàm lượng kẽm, cađimi,
chì, đồng trong một số loài nấm linh chi ở Nghệ An bằng
phương pháp Von - Ampe hòa tan anot xung vi phân ........................ 52

3.2.

Kết quả định lượng đồng thời hàm lượng kẽm, cađimi, chì,
đồng trong một số loại nấm linh chi bằng phương pháp Vơn Ampe hịa tan anot xung vi phân......................................................... 53

3.2.1. Kết quả xác định lượng Zn(II), Cd(II), Pb(II), Cu(II) trong
mẫu trắng ............................................................................................. 53
3.2.2. Định lượng kẽm (II), cadimi(II), chì (II), đồng (II) trong mẫu
nấm cổ linh chi và linh chi đen ........................................................... 54
3.2.4.

Định lượng kẽm (II), cadimi(II), chì (II), đồng (II) trong mẫu
đối chứng ............................................................................................ 59

KẾT LUẬN ..................................................................................................... 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 62

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1.

Hàm lượng trung bình một số kim loại nặng trong đá và
đất (ppm)........................................................................................ 4

Bảng 1.2.

Đặc điểm của nguyên tố Zn ........................................................... 7

Bảng 1.3.

Đặc điểm của nguyên tố Cd......................................................... 11

Bảng 1.4.

Nồng độ cho phép của Cd trong nước thải theo tiêu chuẩn
Việt Nam 5945 - 1995 ................................................................. 14

Bảng 1.5.

Đặc điểm của nguyên tố Pb ......................................................... 15

Bảng 1.6.

Đặc điểm của nguyên tố Cu......................................................... 19

Bảng 1.7.

Thế bán sóng của Cu2+, Zn2+, Cd2+, Pb2+, trong một số nền

(so với điện cực Calomen bão hòa) ............................................. 22

Bảng 1.8.

Các phương pháp xác định lượng vết kim loại nặng ................... 28

Bảng 3.1.

Kết quả định lượng trên đồ thị của mẫu nấm cổ linh chi
song song và kết quả trung bình .................................................. 57

Bảng 3.2.

Bảng kết quả tính hàm lượng Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu
nấm cổ linh chi ............................................................................ 57

Bảng 3.3.

Kết quả định lượng trên đồ thị của 3 mẫu nấm linh chi đen
song song và kết quả trung bình .................................................. 58

Bảng 3.4.

Bảng kết quả tính hàm lượng Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu
nấm linh chi đen .......................................................................... 58

Bảng 3.5.

Bảng kết quả tính hàm lượng Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu
đối chứng ..................................................................................... 60

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1.

Sơ đồ sự chuyển hóa cadimi trong cơ thể ................................... 13

Hình 1.2.

Chu trình sống của nấm linh chi .................................................. 23

Hình 1.3.

Nấm cổ linh chi............................................................................ 25

Hình 1.4.

Nấm linh chi đen ......................................................................... 26

Hình 2.1.

Máy đo cực phổ 797 Computrace ............................................... 45

Hình 3.1.

Phổ xung vi phân của Zn(II), Cd(II), Pb(II), Cu(II) trong
mẫu trắng ..................................................................................... 53

Hình 3.2.

Phổ xung vi phân của Zn(II), Cd(II), Pb(II), Cu(II) trong
mẫu nấm cổ linh chi 1(CLC1) ..................................................... 54

Hình 3.3.

Phổ xung vi phân của Zn(II), Cd(II), Pb(II), Cu(II) trong
mẫu nấm cổ linh chi 2(CLC2) ..................................................... 55

Hình 3.4.

Phổ xung vi phân của Zn(II), Cd(II), Pb(II), Cu(II) trong
mẫu nấm cổ linh chi 3 (CLC3) .................................................... 55

Hình 3.5.

Phổ xung vi phân của Zn(II), Cd(II), Pb(II), Cu(II) trong
mẫu nấmlinh chi đen 1(LCĐ) ...................................................... 56

Hình 3.6.

Phổ xung vi phân của Zn(II), Cd(II), Pb(II), Cu(II) trong
mẫu nấmlinh chi đen 2(LCĐ2) .................................................... 56

Hình 3.7.

Phổ xung vi phân của Zn(II), Cd(II), Pb(II), Cu(II) trong
mẫu đối chứng không chứa nấm (MĐC) ..................................... 60

MỞ ĐẦU
Thực phẩm và dược phẩm có nguồn gốc từ thiên nhiên rất được ưa
chuộng và được sử dụng rộng rãi từ xưa đến nay. Nấm Linh chi là một loại
nấm có giá trị dinh dưỡng, giá trị dược học và giá trị kinh tế cao. Càng ngày
nấm linh chi là loại dược liệu không thể thiếu trong đời sống con người.
Trong nấm linh chi ngoài thành phần chủ yếu là các hợp chất đa đường cịn có
các khống chất với lượng thấp các ion kim loại. Sự ô nhiễm môi trường nơi
chúng sinh sống như: hoạt động khai thác mỏ, các hóa chất dùng trong nơng
nghiệp… sẽ làm tích lũy các kim loại nặng tan trong nước và đất sẽ dần tích
lũy theo thời gian trong cơ thể nấm.
Trong số các kim loại nặng thì Đồng và Kẽm là những nguyên tố cần
thiết cho cơ thể ở nồng độ thấp, ở nồng độ cao chúng gây ra các vấn đề về tim
mạch, tiêu hóa và thận có thể dẫn đến tử vong. Chì và Cadimi là các kim loại
có độc tính cao với động vật và con người có thể gây ra bệnh ung thư, bệnh về
xương. Khi hàm lượng Chì trong máu cao sẽ làm giảm hấp thụ vi chất, gây
thiếu máu, kém ăn và suy dinh dưỡng, từ đó làm giảm trí tuệ trẻ em. Do đó,
nếu trong nấm có chứa hàm lượng các kim loại nặng q lớn thì sẽ làm giảm
cơng dụng của nấm hoặc gây ra các triệu chứng ngộ độc cấp tính hoặc mãn
tính nguy hại đối với sức khoẻ con người.
Vì vậy, việc xác định và đánh giá hàm lượng kim nặng trong thực phẩm
nói chung và các loại nấm linh chi nói riêng nhằm đảm bảo nguồn dưỡng chất
và là yêu cầu cần thiết cho việc sử dụng an tồn. Có nhiều cách xác định hàm
lượng kim loại như: phương pháp chuẩn độ oxi hóa - khử, phương pháp chuẩn
độ tạo phức, phương pháp trắc quang, phương pháp quang phổ hấp thụ
nguyên tử, phương pháp cực phổ, phương pháp Von - Ampe hịa tan
anot…Trong đó, phương pháp Von - Ampe hịa tan xung vi phân (DPP) trên
điện cực giọt thủy ngân treo là phương pháp có độ chính xác, độ chọn lọc, độ
nhạy và độ tin cậy cao, có thể xác định được hàm lượng các kim loại có nồng
1

độ thấp. Do vậy, tôi đã chọn đề tài “Xác định đồng thời hàm lượng Kẽm,
Cadimi, Chì, Đồng trong một số loại nấm linh chi bằng phương pháp Von Ampe hòa tan anot xung vi phân”.
Với đề tài này chúng tôi đề ra nhiệm vụ:
- Các phương pháp xác định hàm lượng một số kim loại nặng Zn, Cd,
Pb, Cu trong một số loại nấm.
- Bước đầu xác định hàm lượng một số kim loại nặng Zn, Cd, Pb, Cu
trong một số loại nấm bằng phương pháp Vôn - Ampe hịa tan.
Chúng tơi hi vọng rằng khóa luận này sẽ góp phần bổ sung thêm các
phương pháp xác định lượng vết kim loại trong một số đối tượng khác nhau.

2


PHẦN I: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về kim loại nặng và tình hình ơ nhiễm kim loại nặng
[5][10][11][15]
Kim loại nặng là thuật ngữ dùng để chỉ những kim loại có khối lượng
riêng lớn hơn 5 g/cm3. Chúng có thể tồn tại trong khí quyển (ở dạng hơi), thủy
quyển (ở dạng muối hịa tan), địa quyển (ở dạng rắn khơng tan, khoáng,
quặng) và sinh quyển (trong cơ thể người động thực vật).
Khi các kim loại nặng xâm nhập vào môi trường sẽ làm biến đổi điều
kiện sống, tồn tại của sinh vật trong mơi trường đó. Kim loại nặng gây độc hại
với môi trường và cơ thể sinh vật khi hàm lượng của chúng vượt quá tiêu
chuẩn cho phép. Một số kim loại nặng (Pb, Cu, Zn, Mn, Cd, Hg, As) đi vào
nước từ nguồn nước thải sinh hoạt hoặc nước thải công nghiệp. Các kim loại
nặng trong môi trường pH khác nhau, chúng sẽ tồn tại những dạng khác nhau
gây ô nhiễm nước.
1.1.1. Nguồn gốc xuất hiện và sự di chuyển các kim loại nặng
1.1.1.1. Trong nước

Kim loại nặng tồn tại trong môi trường nước từ nhiều nguồn khác nhau
như: nước thải từ các khu công nghiệp và nước thải sinh hoạt, giao thông, y
tế, sản xuất nông nghiệp (phân bón, thuốc trừ sâu), khai thác khống sản,
cơng nghệ mạ kim loại.
Nguồn nước mặt bị ô nhiễm kim loại nặng sẽ kéo theo ô nhiễm môi
trường đất, ô nhiễm nguồn nước ngầm, ơ nhiễm khơng khí.
1.1.1.2. Trong đất
Nguồn gốc xuất hiện các kim loại nặng trong đất là do: chất thải công
nghiệp, kĩ nghệ pin, hoạt động khai thác khống sản, cơ khí, giao thơng, chất
thải sinh hoạt và phân bón, các hóa chất dùng trong các cơng nghiệp.
Ở Việt Nam tình hình ơ nhiễm đất bởi kim loại nặng nhìn chung khơng
phổ biến. Tuy nhiên trường hợp cục bộ gần khu công nghiệp, đặc biệt ở những
làng nghề tái chế kim loại, tình trạng kim loại nặng diễn ra khá trầm trọng.
3


Bảng 1.1. Hàm lượng trung bình một số kim loại nặng trong đá và đất (ppm)
Ngun
tố

Đá Bazơ

Đá axit

(baselt) (Granite)

Đá trầm
tích

Vơi

phong
hóa

Dao động
trong đất

Trung
bình trong
đất

As

1,5

1,5

7,7

1,5

0,1 - 40

6

Bi

0,031

0,065

0,4

0,048

0,1 - 0,4

0,2

Cd

0,13

0,09

0,09

0,11

0,01 - 2

0,35

Hg

0,012

0,08

0,08

0,05

0,01 - 0,5

0,06

In

0,058

0,04

0,04

0,049

0,2 - 0,5

0,2

Pb

3

24

24

14

2 - 300

19

Sb

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2 - 10

1

Se

0,05

0,05

0,05

0,05

0,01 - 1,2

0,4

Te

-

-

< 0,1

0,005

-

-

Ti

0,08

1,1

0,95

0,6

0,1 - 0,8

0,2

1.1.1.3. Trong khơng khí
Kim loại nặng tồn dư trong khơng khí do các nguồn sau:
Cơng nghiệp luyện kim, cơ khí thải ra nhiều khói bụi kim loại, khói thải
do dùng nhiên liệu hóa thạch, hóa chất độc hại trong q trình luyện gang
thép, nhiệt luyện kim loại.
Khí thải ở các nhà máy luyện kim thường có nhiệt độ cao 300 ÷ 4000C
nên dễ dàng được phân tán ra nếu kết hợp được với ống khói cao.
1.1.2. Tác hại của kim loại nặng
Kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể một phần bị đào thải thải, một phần
được giữ lại trong cơ thể. Các kim loại nặng là nguồn chất độc nguy hiểm đối với
hệ sinh thái đất, chuỗi thức ăn và con người. Những kim loại nặng có tính độc cao
4


nguy hiểm là: thủy ngân (Hg), cadimi (Cd), chì (Pb), niken (Ni). Các kim loại
nặng có tính độc mạnh là asen (As), crom (Cr), kẽm (Zn), thiếc (Sn), đồng(Cu).
Trong thực tế, các kim loại nặng nếu ở hàm lượng thích hợp rất cần
cho sự sinh trưởng và phát triển của thực vật, động vật và con người. Tuy
nhiên nếu hàm lượng của chúng quá cao thì lại rất độc hại.
Đặc biệt, kim loại nặng nếu tồn tại dư trong thực phẩm với hàm lượng
quá cao sẽ gây tác hại cho sức khỏe người tiêu dùng. Biểu hiện trước hết là
ngộ độc mãn tính.
- Đối với người:
Gây độc hại cấp tính, thí dụ thủy ngân (Hg) hay asen (As) với liều cao
có thể gây ngộ độc chết người ngay.
Gây độc hại mãn tính hoặc tích lũy ví dụ chì (Pb) với liều lượng nhỏ
hằng ngày, liên tục, sau một thời gian sẽ gây nhiễm độc chì, rất khó chữa, các
kim loại khác gây sỏi thận.
- Đối với thức ăn:
Làm hư hỏng thức ăn, thí dụ chỉ cần cho lượng vết đồng sẽ kích thích

q trình oxi hóa và tự oxi hóa của dầu mỡ.
Làm giảm giá trị dinh dưỡng của thực phẩm.
1.1.3. Sự xâm nhập của kim loại nặng vào cơ thể sinh vật
Kim loại nặng có thể xâm nhập vào cơ thể người và sinh vật thông qua
ba con đường sau:
- Hơ hấp
- Tiêu hóa
- Tiếp xúc
Khi các chất độc hoặc chất lạ đi vào cơ thể thông qua một hoặc nhiều
đường trên chúng sẽ đi vào máu. Sau đó chúng có thể bị đào thải ra khỏi cơ
thể bằng một sự chuyển hóa sang một thể khác hoặc bài tiết qua gan, thận
(các chất độc tan được trong nước), qua phổi (các chất độc có tính bay hơi
cao). Các chất độc khơng bài tiết ra có thể tồn lưu, tích lũy trong các mơ, các
5


cơ quan nội tạng rồi gây các bệnh nguy hiểm như ung thư hoặc các bệnh đột
biến về gan hoặc di truyền.
1.1.4. Tình hình ơ nhiễm kim loại nặng trên thế giới và Việt Nam
1.1.4.1. Tình hình ơ nhiễm kim loại nặng trên thế giới
Hiện nay tình trạng ơ nhiễm Pb, Cd, Zn, Cu cũng như các kim loại
nặng khác diễn ra ở nhiều nơi, từ các nước phát triển đến các nước đang phát
triển, với mức độ trầm trọng thường xảy ra ở cục bộ tại một số khu vực. Hoạt
động công nghiệp đặc biệt là công nghiệp khai khoáng, sử dụng thuốc bảo vệ
thực vật, sử dụng phân bón, giao thơng, từ tự nhiên… đã đưa vào mơi trường
một lượng lớn kim loại nặng.
Ở Nhật Bản trong những năm 1950 - 1960, hoạt động khai khoáng Zn Pb tại vùng Valley thuộc tỉnh Toyama đã gây ô nhiễm nặng nước sông Jinzu
và đất ruộng làm cho hàm lượng Cd trong gạo lên đến 0,7 mg/kg cao gấp 10
lần cho phép đã làm hàng trăm người dân sống trong khu vực bị bệnh do
nhiễm độc Cadimi. Ở tỉnh Creuse (Pháp) từ 1950 - 1955 hoạt động khai thác

vàng đã thải ra 550.000 tấn cianua và thủy ngân gây ô nhiễm nặng cho một
vùng rộng lớn và nước sông Tardes. Ở Irắc, đất bị ô nhiễm metyl thủy ngân từ
thuốc bảo vệ thực vật đã làm hơn 6.000 người nhiễm độc và 88 người chết.
1.1.4.2. Tình hình ơ nhiễm kim loại nặng ở Việt Nam
Việt Nam là nước đang phát triển, q trình cơng nghiệp hóa, đơ thị
hóa gia tăng, cùng với nó là tình trạng ơ nhiễm kim loại nặng ngày càng trầm
trọng. Các khu vực ô nhiễm kim loại nặng cao ở Việt Nam tập trung tại các
thành phố lớn, khu công nghiệp phát triển hay tại các khu vực làng nghề
truyền thống.
Ô nhiễm asen tại Việt Nam thường phân bố rộng và là một trong những
quốc gia ơ nhiễm asen cao trên thế giới. Ngồi ra, tình trạng ơ nhiễm kim loại
nặng cacdimi và chì cũng gia tăng nhanh chóng, mức độ ơ nhiễm nghiêm
trọng nhất vẫn là các thành phố lớn, các khu dân cư, khu công nghiệp, các
làng nghề truyền thống…
6


Tình trạng khai thác thiếc ồ ạt ở Quỳ Hợp (Nghệ An) cũng đã làm ô
nhiễm nguồn nước do nhiễm độc kim loại nặng. Hậu quả làm cho cá chết
hàng loạt, hơn 100 con trâu, bò, ngựa ở xã Châu Cường cũng đã chết do uống
nước nhiễm độc. Nhiều người dân địa phương bị mắc bệnh tâm thần, viêm da,
tay chân tê cứng, nhức mỏi khớp xương.
Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong thức phẩm là vấn đề cần được
quan tâm vì kim loại nặng chủ yếu xâm nhập vào cơ thể con người qua con
đường tích lũy sinh học.
Dẫn liệu trên cho thấy tình hình ơ nhiễm kim loại nặng trên thế giới và
Việt Nam đã và đang gây ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe, chất lượng cuộc
sống của con người. Mặc dù tình trạng ơ nhiễm kim loại nặng nước ta tuy
chưa ở mức phổ biến và trầm trọng, song một số vùng nhất là các vùng gần
khu cơng nghiệp đã có dấu hiệu ơ nhiễm kim loại nặng cục bộ. Vì vậy việc

nghiên cứu cơng cụ nhằm nâng cao hiểu quả đánh giá ô nhiễm kim loại nặng
là vấn đề có ý nghĩa thực tiễn nhằm quan trắc và kiểm sốt các ảnh hưởng của
nó đến đời sống con người và môi trường.
1.2. Giới thiệu các nguyên tố kẽm, cadimi, chì, đồng; tác dụng sinh hóa và
độc tính của chúng[7][10][11][15][16][20]
1.2.1. Ngun tố kẽm
1.2.1.1. Vị trí, cấu tạo và trạng thái tự nhiên
Kẽm là tên gọi của một nguyên tố hóa học trong trong bảng hệ thống
tuần hồn có ký hiệu Zn, số thứ tự là 30, khối lượng nguyên tử bằng 65,37.
Bảng 1.2. Đặc điểm của ngun tố Zn
Số thứ tự
ngun tử

Cấu hình
electron

Bán kính
ngun tử
(A0)

30

[Ar]3d104s2

1,39

Năng lượng ion hóa
(eV)
I1
9,39

7

I2

I3

17,96 39,70

Thế điện
cực tiêu
chuẩn (V)
Zn2+/Zn
0,763


Kẽm là nguyên tố tương đối phổ biến, chiếm khoảng 5.10 -3 % khối
lượng vỏ trái đất, chiếm khoảng 1,5.103% tổng số nguyên tử của vỏ trái đất.
Kẽm có 15 đồng vị, trong đó đồng vị thiên nhiên là
(27,81%),

67

Zn (4,11%),

68

Zn (18,56%),

70

64

Zn (27,81%),

66

Zn

Zn (0,62%), cịn lại là đồng vị

phóng xạ, trong đó kém bền nhất là 61Zn: T1/2 = 90(s), bền nhất là 65Zn: T1/2 =
245 (ngày đêm).
Khoáng vật chứa kẽm là quặng blen kẽm (ZnS), calamin (ZnCO3),
phranclinit hay ferit kẽm [Zn(FeO2)2], ngồi ra cịn có Zincit (ZnO). Trong
nước biển kẽm tồn tại chủ yếu ở dạng ion tự do Zn 2+ và chiếm khoảng 5.106

% khối lượng. Ở trong nước kẽm thường tích tụ ở phần sa lắng, chiếm

khoảng 45-65%, nhưng nếu ở dạng phức chất thì có thể tan trở lại và phân bố
đều trong nước. Nồng độ trung bình của kẽm trong nước biển và nước ngọt
khoảng 1- 10µg/l, trong nước ngầm ít khi vượt q 50µg/l. Kẽm cịn có lượng
đáng kể trong thực vật và động vật cơ thể người chứa khoảng 0,001% kẽm.
1.2.1.2. Tính chất vật lí
Kẽm là một kim loại màu trắng xanh nhạt ở nhiệt độ thường nhưng khi
nấu đến 100 - 150 0 C nó trở nên mềm dẻo, dễ dát mỏng, dễ kéo dài. Trong
khơng khí ẩm, nó bị phủ lớp màng oxit và mất ánh kim. Kẽm có khối lượng
riêng là 7, 13 (g/cm3), nhiệt độ nóng chảy 419oC, nhiệt độ sơi 907oC.
1.2.1.3. Tính chất hóa học
Kẽm là kim loại tương đối hoạt động, song ở nhiệt độ thường kẽm bền

với nước và có màng oxit bảo vệ. Khi tác dụng với HCl và H 2 SO4 lỗng nó
sẽ đẩy H 2 ra và tạo thành muối tương ứng:

Zn  2H 3O   2H 2O   Zn(H 2O)4   H 2
2

Hidro sẽ thoát ra mãnh liệt khi cho kẽm tác dụng với dung dịch kiềm:

Zn  2H 2O  2OH    Zn( NH 3 )4  (OH )2  H 2

8


Khi hòa tan kẽm trong axit sunfuric đặc và axit nitric ta sẽ được các
muối tương ứng và các sản phẩm khác nhau của sự khử.

Zn  2H 2 SO4  ZnSO4  SO2  2H 2O
Axit nitric loãng bị khử đến NH 3 :

4Zn  10 HNO3loãng  4Zn( NO3 ) 2  NH 4 NO3  3H 2O
Nếu nồng độ đặc hơn thì có N 2O hay NO thoát ra:

3Zn  8HNO3  3Zn(NO3 ) 2  2 NO  4 H 2O
1.2.1.4. Ứng dụng của kẽm
Kẽm được sản xuất chủ yếu để làm chất bảo vệ sắt, thép khỏi sự ăn
mòn và chế tạo hợp kim như đồng thau, niken trắng, các loại que hàn…. Nó
cũng được dùng làm nguyên liệu sản xuất pin, tấm in, chất ăn mòn trong in
vải, chất khử trong tinh chế vàng bạc. Trong y học hợp chất của kẽm được sử
dụng làm chất gây nôn, giảm đau, chữa ngứa, thuốc sát trùng. Một số hợp
chất hữu cơ của kẽm còn được sử dụng làm chất bảo vệ thực vật.

1.2.1.5. Vai trò và hiệu ứng sinh hóa của kẽm
Kẽm là yếu tố vi lượng cần thiết cho mọi hình thái của sự sống. Kẽm
tham gia vào thành phần của trên 100 enzym khác nhau, được xem như chất
xúc tác không thể thiếu của ARN - polymerase trong quá trình nhân bản AND
và tổng hợp chất đạm. Kẽm được lưu trữ và vận chuyển trong cơ thể ở dạng
thionein kim loại. Nó là kim loại chuyển tiếp phổ biến thứ hai trong sinh vật
sau sắt và nó là kim loại duy nhất có mặt trong tất cả các lớp enzyme..
Kẽm có chức năng xúc tác và cấu trúc. Kẽm kích thích hoạt động của
khoảng 100 enzym, các enzyme này tham gia vào các hoạt động chủ yếu sau:
sinh trưởng, hô hấp, thị giác, sử dụng glucid, bảo vệ hệ miễn dịch và sinh sản.
Đặc biệt, kẽm có vai trị sinh học rất quan trọng, tác động chọn lọc lên
quá trình tổng hợp, phân giải acid nucleic và protein - những thành phần quan
trọng nhất của sự sống. Ngoài ra kẽm tham gia và duy trì chức năng của hàng
loạt cơ quan trong cơ thể. Kẽm tập trung nhiều trong não, đặc biệt là vùng hải
9


mã (hippocampus), vỏ não, bó sợi thần kinh. Tham gia điều hịa chức năng
của hệ thống nội tiết và có trong thành phần các hormonre (tuyến yên, tuyến
thượng thận, tuyến sinh dục…). Kẽm cịn có vai trị làm giảm độc tính của các
kim loại độc như: nhơm (Al), asen (As), cacdimi (Cd)…Và góp phần vào q
trình giảm lão hóa, thơng qua việc ức chế sự oxi hóa và ổn định màng tế bào.
Vì vậy, kẽm cịn được mệnh danh là “ ngọn lửa của sinh mạng ”.
Kẽm là một trong những nguyên tố vi lượng cần thiết cho thực vật,
động vật và con người. Chúng có trong thành phần tự nhiên của nhiều loại
thức ăn một khẩu phần mẫu cung cấp hằng ngày từ 0,17 - 0,25 mg Zn/kg
thể trọng.
1.2.1.6. Độc tính của kẽm
Mặc dù kẽm là vi chất cần thiết cho cơ thể, tuy nhiên nếu hàm lượng
kẽm vượt quá mức cần thiết sẽ có hại.

- Đối với cây trồng: Sự dư thừa kẽm cũng gây độc đối với cây trồng khi
kẽm tích tụ trong đất quá cao. Dư thừa kẽm cũng gây ra bệnh mất diệp lục. Sự
tích tụ kẽm trong cây quả nhiều cũng gây một số mối liên hệ đến mức dư
lượng kẽm trong cơ thể người và góp phần phát triển thêm sự tích tụ kẽm
trong môi trường mà đặc biệt là môi trường đất.
- Đối với con người: Kẽm là dinh dưỡng cần thiết và nó sẽ gây ra
chứng bệnh nếu thiếu hụt cũng như dư thừa. Trong cơ thể con người, kẽm
được tích lũy chủ yếu trong gan, là bộ phận tích lũy chính của các nguyên tố
vi lượng trong cơ thể, khoảng 2g kẽm được nhận lọc mỗi ngày. Trong máu,
2/3 kẽm được kết nối với anbumin và hầu hết các phần còn lại được tạo phức
chất với Lamda - macroglobin. Kẽm cịn có khả năng gây ung thư đột biến,
gây ngộ độc hệ thần kinh, sự nhạy cảm, sự sinh sản gây độc đến hệ miễn
nhiễm.. Hấp thụ quá nhiều kẽm làm ngăn chặn sự hấp thụ đồng và sắt. Còn sự
thiếu hụt kẽm trong cơ thể gây ra các triệu chứng như bệnh liệt dương, teo
tinh hoàn, mù màu, viêm da, bệnh về gan và một số triệu chứng khác.

10


Hàm lượng kẽm được giới hạn trong thức ăn (từ 5 - 10 ppm) không gây
ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng.
Nhiễm độc kẽm đã thấy ở dạng cấp và mãn tính. Dùng 150mg đến 450
mg mỗi ngày thường kết hợp với tình trạng nguyên tố đồng (Cu) thấp trong
cơ thể, thay đổi chức năng của sắt, suy giảm hệ miễn dịch.
1.2.2. Nguyên tố cadimi
1.2.2.1. Giới thiệu về nguyên tố cadimi
Cadimium (Cd) là ngun tố hố học thuộc nhóm IIB, chu kỳ 5 trong
bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học, số thứ tự 48, nguyên tử khối
112,41.
Bảng 1.3. Đặc điểm của nguyên tố Cd

Số thứ tự

Cấu hình

Năng lượng ion hóa

ngun tử

electron

(eV)

48

[Kr]4d105s2

I1
8,99

I2

Thế điện

Bán kính

cực tiêu

ngun tử,

chuẩn (V)

Ao
I3

16,90 37,47

Zn2+/Zn

1,56

-0,402

Cd là ngun tố thuộc chu kì 6 thuộc nhóm IIB có AO - d đã điền đủ 10e
Nên cấu hình (n - 1)d 10 tương đối bền, do đó khơng có khả năng mất 1
hoặc 2 electron - d tạo ra những trạng thái oxi hóa +2 hoặc +3 nghĩa là
electron hóa trị của chúng chỉ là electron - s. Năng lượng ion hóa thứ 3 rất cao
của Cd đã làm cho năng lượng sonvat hóa hay năng lượng tạo thành mạng
lưới tinh thể không đủ để làm bền được cho trạng thái oxi hóa cao nhất của
Cd chỉ là + 2.
Cadimi chiếm khoảng 5.10-5 % khối lượng vỏ trái đất ứng với 7.10-6%
tổng số nguyên tử. Cadimi là nguyên tố kém phổ biến. Cadimi có 19 đồng vị,
8 trong số đó là bền như:

114

Cd (82,86%),113Cd (12,26%),
11

111

Cd (12,7%),


110

Cd (12,39%), và

100

Cd. Cadimi thường có trong các khống vật chứa kẽm

và là sản phẩm phụ quá trình sản xuất kẽm, đồng và chì. Khống vật của Cd
thường là Glenolkip (CdS) khoáng vật này hiếm khi ở riêng và thường lẫn với
khống vật của kẽm.
1.2.2.2. Tính chất của Cadimi
Là kim loại màu trắng bạc, nặng, mềm, dễ dát mỏng, nhiệt độ nóng
chảy 320,9 0 C; nhiệt độ sơi: 767 0 C. Bị mờ trong khơng khí ẩm vì nó có màng
oxit bao phủ. Cd dễ tan trong axit nhất là axit nitric.
Trong khơng khí ẩm cadimi dần dần bị bao phủ bởi lớp oxit nên mất
tính ánh kim và khơng bị gỉ. Cadimi là kim loại tương đối hoạt động, nó tác
dụng được với oxi, halogen, lưu huỳnh và photpho.

2Cd  O2  2CdO
Cadimi tan tốt trong dung dịch axit:

Cd  2 HCl  CdCl 2  H 2
3Cd  8HNO3  3Cd ( NO3 ) 2  2 NO  4 H 2 O
Cadimi đẩy được các kim loại kém hoạt động hơn nó ra khỏi dung
dịch muối:

Cd  CuSO4  CdSO4  Cu
1.2.2.3. Tác dụng sinh hóa của Cadimi
Sau khi xâm nhập vào cơ thể, Cd được gắn vào trong các mô dưới dạng
hỗn hợp chất với 1 protein có chọn lọc và có trọng lượng phân tử thấp nhưng
do nhóm tiol (- SH) là metalothionein. Metalothionein thường có 61 axit amin
trong đó có 20 axit amin cystein và khơng có axit amin thơm. Chính sự tổng
hợp nên hợp chất của metalothionein này được kích thích khi có mặt Cd.
Metathionein tập trung nhiều nhất ở gan và thận nơi mà Cd thường tích lũy;
50 -60 % lượng Cd thường tích lũy ở gan và thận.
1.2.2.4. Độc tính của Cadimi

12


Độc tính cấp là hậu quả của những tác dụng cục bộ: Sau khi ăn vào,
những biểu thị lâm sàng là buồn nôn, nôn mửa và đau bụng. Gần đây người ta
cịn thấy rõ tính độc của cadimi liên quan đến nguy cơ tăng huyết áp và khả
năng gây bệnh ung thư.
Sự chuyển hóa theo sơ đồ sau đây:
Cd2+

Cd+2 tự do
trong cơ thể

Hô hấp

Trao đổi với Zn2+
trong enzin

Ăn uống

Liên kết tạo thành
Metal - thionin

1% dự trữ trong thận
và các bộ phận khác

Thận

99% đào thải

Rối loạn chức
năng thận

Thiếu máu

Tăng huyết áp

Phá tủy
xương

Ung thư

Hình 1.1. Sơ đồ sự chuyển hóa cadimi trong cơ thể
Cadimi thâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua con đường thực phẩm.
Theo nhiều nghiên cứu của các chuyên gia thì người hút thuốc lá cũng có
nguy cơ nhiễm cadimi. Đã có nhiều bằng chứng cho thấy, cadimi có thể gây
13

ung thư qua đường hô hấp. Tùy theo mức độ nhiễm độc mà có thể gây ung
thư phổi, thủng mách ngăn mũi, đặc biệt có thể gây tổn thương tuyến thận
dẫn dến protein tuyến niệu, nhiễm độc cadimi còn ảnh hưởng tới nội tiết,
máu tim mạch… Nhiễm độc cadimi xảy ra ở nhiều nơi trên thế giới trong đó
có Nhật Bản.
Nồng độ Cd tối đa cho phép trong nước là 3  g/l (WHO - 2008).
Bảng 1.4. Nồng độ cho phép của Cd trong nước thải theo tiêu chuẩn
Việt Nam 5945 - 1995
Các giá trị giới hạn
Chất

Cadimi

Đơn vị

Mg/l

A

B

C

0,01

0,02

0,5

Trong đó:

A- Có thể đổ vào nguồn nước dùng cho cung cấp nước sinh hoạt.
B - Được phép thải vào các nguồn nước tự nhiên
C- Chỉ được phép thải vào nơi quy định, không được đào thải ra môi

trường.

1.2.2.5. Ứng dụng của cadimi
Cd là một kim loại độc hiện đại nó chỉ mới được sử dụng trong công
nghiệp vào khoảng 50 năm trước. Hiện nay, Cd là một kim loại quan trọng và
nhiều ứng quan trọng khác nhau đặc biệt Cd được sử dụng chủ yếu trong mạ
điện, vì nó có đặc tính khơng mịn.
Ngồi ra, Cd cịn được sử dụng làm chất màu cho công nghệ sơn và
công nghệ chất dẻo và là catot cho các nguồn pin niken cadimi; sản phẩm phụ
của cơng nghệ luyện chì và kẽm.
Khoảng 3/4 Cd sản xuất ra được sử dụng trong các loại pin (đặc biệt là Ni
- Cd) và phần lớn trong công nghiệp, còn lại được sử dụng chủ yếu trong các
chất màu, lớp sơn phủ, các chất mạ kim loại và làm chất ổn định cho plastic.
14


Cách sử dụng khác bao gồm: 6 % Cd được sử dụng trong mạ điện, nhiều loại
que hàn chứa kim loại này, lưới kiểm sốt trong các lị phản ứng hạt nhân.
1.2.2.6. Cd trong nấm
Trong tự nhiên, Cd có mặt tron quặng grenokit (CdS), quặng đa kim
cùng với kẽm, đồng và chì. Cũng giống chì, do q trình phong hóa, các
khống vật chứa Cd bị hịa tan và đi vào nước ngầm. Đây chính là nguồn tự
nhiên chiếm tỷ lệ nhỏ.
Ngồi ra, con người cũng tham gia vào q trình làm gia tăng Cd trong
nước và đất. Việc khai khoáng, luyện kim và đốt cháy nhiên liệu hóa thạch đã
làm cho hàm lượng Cd thấm vào đất và đi vào nguồn nước nhiều hơn và sẽ

làm nhiễm bẩn nguồn nước gây ô nhiễm diện rộng.
Môi trường sống của các loại nấm phụ thuộc vào mơi trường đất và
nước. Chính vì vậy, sự tồn tại Cd trong cơ thể chúng là 1 điều tất yếu. Ngun
nhân có thể qua dường hơ hấp đường tuần hồn và đường tiêu hóa.
Theo QCVN 8 - 2: 2011 (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia đối với giới hạn
ô nhiễm kim loại nặng trong thực phẩm), hàm lượng cacdimi tối đa cho phép
trong nấm: 0,2 mg/kg nấm.
1.2.3. Ngun tố chì
1.2.3.1. Vị trí, cấu tạo và sự tồn tại của chì trong tự nhiên
Chì (Pb) thuộc phân nhóm chính nhóm IV, chu kỳ 6 trong bảng hệ
thống tuần hoàn, số hiệu nguyên tử là 82, khối lượng nguyên tử là 207,2.
Bảng 1.5. Đặc điểm của nguyên tố Pb
Số hiệu

Cấu hình

Năng lượng

Nhiệt độ

ngun tử

electron

ion hóa (eV)

nóng chảy

82

[Xe]4f145d106s26p2

7,416

237,46

Nhiệt độ sơi
17490C

Trữ lượng thiên nhiên của chì là khoảng 1,6.10 -3 % khối lượng vỏ trái
đất ứng với khoảng 1,6.10-4 % tổng số nguyên tử của vỏ trái đất, tức là nguyên
15


tố ít phổ biến. Chì có 18 đồng vị trong đó có 4 đồng vị bền:

208

Pb (52,3%),

207

Pb (22,6%), 206Pb (23,6%), 204Pb (1,48%). Chì tồn tại ở trạng thái oxi hóa 0,

+2, +4 trong đó muối chì hóa trị 2 là bền và hay gặp nhất. Có khoảng 170
khống vật của chì chủ yếu là: Galen (PbS), Cerndute (PbCO3),Anglesite
(PbSO4) và pyromorphite [Pb5Cl(PO4)3]. Trong khí quyển chì tương đối giàu
hơn so với kim loại khác. Nguồn chính của chì phân tán trong khơng khí xuất
phát từ q trình đốt cháy các nhiên liệu xăng chứa chì.
Chì được dùng làm tấm điện cực trong ắc quy, dây cáp điện, đầu đạn và

các ống dẫn trong cơng nghiệp chóa học. Những lượng rất lớn được dùng để
điều chế nhiều hợp kim quan trọng.
1.2.3.2. Tính chất của chì
Chì thể hiện rõ rệt nhất là tính kim loại. Nó chỉ tồn tại ở dạng kim loại
với kiểu mạng lập phương. Pb là kim loại màu xám thẫm. Là kim loại dẫn
điện, rất mềm, dùng móng tay có thể rạch được, dễ dát mỏng.
Pb và các hợp chất của chì đều rất độc.
Ở điều kiện thường, chì bị oxi hóa tạo thành lớp oxít màu xám xanh
bao bọc trên mặt bảo vệ cho chì khơng tiếp tục bị oxi hóa nữa.

2Pb  O2  2PbO2
Khi nóng, chì tương tác với nhiều halogen và nguyên tố không kim loại khác:

Pb  Cl2  PbCl2
Chì có thế điện cực âm nên về nguyên tắc chúng tan được trong các
axit. Pb chỉ tương tác trên bề mặt với dung dịch HCl lỗng và H 2 SO4 80 %.
Vì bị bao bởi lớp muối khó tan ( PbCl2 và PbSO4 ):

Pb  2 HCl  PbCl 2  H 2
Pb  H 2 SO4  PbSO4  H 2
Tuy nhiên,với dung dịch đậm đặc hơn các axit đó Pb có thể tan được vì
muối khó tan của lớp bảo vệ đã chuyển thành hợp chất tan.

16


PbCl2  2 HCl  H 2 PbCl4
PbSO4  H 2 SO4  Pb( HSO4 )2
Với axit HNO3 ở bất kỳ nồng độ nào chì đều tương tác như là 1 kim loại:

3Pb  8HNO3loãng  3Pb( NO3 )2  2 NO  4H 2O
Chì khi có mặt O2 nó có thể tương tác với nước:

Pb  2H 2O  O2  2Pb(OH )2
Pb có thể tan trong axit acetic và các axit hữu cơ khác:

2Pb  4CH 3COOH+O2  2Pb(CH 3COO) 2  2H 2O
Chì tương tác với dung dịch kiềm khi đun nóng giải phóng khí H 2

Pb  2KOH  2H 2O  K  Pb(OH )4   H 2
1.2.3.3. Tác dụng sinh hóa của chì
Tác dụng sinh hóa của Pb chủ yếu là tác dụng của nó tới sự tổng hợp
máu dẫn tới phá hồng cầu. Chì ức chế một số enzim quan trọng của q trình
tổng hợp máu do sự tích lũy 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 - dhydrase). Chì ức chế ALA - dehydrase enzyme,
do đó giai đoạn tiếp theo tạo thành porpho biliogen không thể xảy ra. Kết quả
là phá hủy quá trình tổng hợp hemoglobin cũng như các sắc tố hơ hấp khác
cần thiết trong máu như cytochromes.
Chì cản trở việc sử dụng oxi và glucoza để sản sinh năng lượng trong
q trình sống. Sự cản trở này có thể tìm thấy khi nồng độ cồn trong máu
nằm khoảng 0,3 ppm. Ở nồng độ cao hơn có thể gây thiếu máu, nếu hàm
lượng chì trong máu khoảng 0,5 - 0.8 ppm gây ra sự rối loạn chức năng thận
và phá hủy não.
Dạng tồn tại của chì trong nước là dạng có hóa trị II, có nồng độ 0,1
mg/l nó kìm hãm q trình oxi hóa amoniac thành nitrat cũng như phần lớn
các kim loại nặng, chì tích tụ lại trong cơ thể sống trong nước. Với các loại

17

thực phẩm bậc cao hệ số làm giàu có thể lên tới 100 lần và ở loại béo có thể
đạt trên 46 nghìn lần.
Xương là nơi tàng trữ tích tụ chì của cơ thể. Sau đó phần chì này có thể
tương tác cùng với photphat trong xương và thể hiện tính độc hại khi truyền
vào các mơ mềm của cơ thể. Chì nhiễm vào cơ thể qua da, đường tiêu hóa, hơ
hấp. Người bị nhiễm độc chì sẽ mắc một số bệnh như thiếu máu, đau đầu,
sưng khớp, chóng mặt.
Chính vì tác hại nguy hiểm của chì đối với con người như vậy nên các
nước trên thế giới đều có quy định chặt chẽ về hàm lượng chì tối đa cho phép
có trong nước ăn uống khơng vượt q 0,01µ/l (QCVN 01:2009/BYT)
Hàm lượng chì tối đa cho phép trong thịt tươi, thịt kho đơng lạnh khơng
vượt q 0,1µg/g (46/2007/QĐ - BYT), đối với các loại sản phẩm thủy sản
khác thì hàm lượng chì tối đa cho phép khơng vượt q 0,5 g / g
(46/2007/QĐ - BYT).
1.2.3.4. Những yếu tố ảnh hưởng đến độc tính của chì trong thực phẩm
Để đánh giá đúng tác hại của chì nhiễm trong thực phẩm cần khảo sát
vai trò của một số nguyên tố khác nhau ảnh hưởng tới độc tính của chì đối với
cơ thể con người.
a. Khả năng hịa tan của chì
Trong cơng nghiệp, chì được coi là 1 kim loại được sử dụng lâu đời do
tính chống chịu ăn mịn của nó. Ngược lại, khi có mặt oxi của khơng khí chì
rất dễ dàng bị tấn cơng và bị hịa tan bởi axit yếu như: Axit cacbonic trong
nước thải tiêu dùng; Axit hữu cơ trong các loại hoa quả hoặc các sản phẩm
chế biến (axit citric, axit tactric, axit malic…); Axit béo khơng no được giải
phóng ra do q trình oxi kóa một số loại dầu.
b. Hệ số xâm nhập vào đường ruột
Trong một thời gian khá lâu, người ta đánh giá hệ số xâm nhập qua
đường ruột của chì dưới dạng ion hóa rất thấp (khoảng 5 ÷ 10%), vậy là chì bị
đào thải là 90÷95%. Nhưng các cơng trình mới đây cho thấy tỉ lệ phần trăm
18