Đề tài Đánh giá khả năng tích lũy sinh học đối với từng kim loại trong sinh vật chỉ thị

MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU………………………………………………………………………. 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN……………………………………………………. 6 Tổng quan về rác thải điện,điện tử ……………………………. ….. 6 Tình hình rác thải điện, điện tử trên thế giới…………………….. 6 Đặc điểm rác thải điện, điện tử…………………………………… 7 Tình hình thu gom, tái chế và xử lý rác thải điện tử ở Việt Nam 10 1.2 Chỉ thị sinh học…………………………………………………………... 12 1.3 Độc tính kim loại nặng…………………………………………………... 16 1.4 Các phương pháp phân tích kim loại nặng………………………………. 19 1.4.1 Phương pháp quang phổ khối plasma cảm ứng (ICP- MS)………… 19 1.4.2 Các phương pháp khác xác định kim loại nặng……………………. 23 1.5 Các phương pháp xử lý mẫu trầm tích và sinh vật ……………………… 26 1.5.1 Nguyên tắc xử lý mẫu ……………………………………………... 26 1.5.2 Một số phương pháp xử lý mẫu động vật nhuyễn thể xác định hàm lượng kim loại nặng………………………………………………………. 28 1.5.3 Một số phương pháp xử lý mẫu đất, trầm tích xác định hàm lượng kim loại nặng…………………………………………………………… 29 1.5.4 Một số phương pháp xử lý mẫu thực vật xác định hàm lượng kim loại nặng………………………………………………………………….. 30 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM……………………………………………… 31 2.1 Đối tượng, nội dung, phương pháp nghiên cứu………………………….. 31 2.2 Hóa chất và dụng cụ ……………………………………………………... 31 2.3 Lấy mẫu, xử lý mẫu, bảo quản mẫu………………………………………. 33 2.3.1 Lấy mẫu …………………………………………………………… 33 2.3.2 Xử lý mẫu sơ bộ và bảo quản mẫu………………………………… 38 2.4 Phương pháp xử lý mẫu động vật nhuyễn thể ……………………………. 40 2.5 Xử lý mẫu trầm tích ………….………………………………………… 41 2.6 Xử lý mẫu thực vật………………………………………………………... 41 2.7 Xử lý thống kê số liệu phân tích ………………………………………… 42 2.7.1 Phân tích thành phần chính (PCA)………………………………… 42 2.7.2 Phân tích nhóm (CA)………………………………………………. 43 2.7.3 Phần mềm máy tính ……………………………………………….. 43 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN………………………………….. 44 3.1 Tối ưu hóa điều kiện phân tích bằng ICP – MS…………………………… 44 3.1.1 Chọn đồng vị phân tích …………………………………………… 44 3.1.2 Độ sâu mẫu ( Sample Depth – SDe)………………………………. 45 3.1.3 Công suất cao tần ( Radio Frequency Power – RFP)……………… 45 3.1.4 Lưu lượng khí mang ( Carier Gas Flow Rate – CGFR)…………… 45 3.1.5 Tóm tắt các thông số tối ưu của thiết bị phân tích…………………. 46 3.2 Đánh giá phương pháp phân tích………………………………………….. 47 3.2.1 Khoảng tuyến tính…………………………………………………. 47 3.2.2 Đường chuẩn……………………………………………………….. 48 3.2.3 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng ………………………… 50 3.2.4 Đánh giá độ đúng của phép đo……………………………………... 52 3.3 Lựa chọn và đánh giá các quy trình xử lý mẫu động vật nhuyễn thể……... 53 3.3.1 Đánh giá hiệu suất thu hồi các quy trình xử lý mẫu động vật nhuyễn thể…………………………………………………………………………. 53 3.3.2 Đánh giá độ chụm ( qua độ lặp lại) quy trình xử lý mẫu động vật nhuyễn thể………………………………………………………………... 56 3.4 Đánh giá quy trình xử lý mẫu trầm tích…………………………………. 58 3.4.1 Đánh giá hiệu suất thu quy trình xử lý mẫu trầm tích ……..…… 58 3.4.2 Đánh giá độ chụm (qua độ lặp lại) quy trình xử lý mẫu trầm tích 60 3.5 Đánh giá quy trình xử lý mẫu thực vật …………………………………... 61 3.5.1 Đánh giá hiệu suất thu quy trình xử lý mẫu thực vật …. …..…… 61 3.5.2 Đánh giá độ chụm (qua độ lặp lại) quy trình xử lý mẫu thực vật 62 3.6 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong mẫu ốc bươu vàng…. 63 3.7 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong mẫu trầm tích ……….. 66 3.8 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong mẫu nước bề mặt…….. 67 3.9 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong mẫu thực vật…………. 69 3.10 Phân tích thống kê đa biến xác định nguồn gốc và phân bố ô nhiễm kim loại nặng……………………………………………………………………… 70 3.10.1 Mẫu trầm tích…………………………………………………….. 70 3.10.2 Mẫu ốc ………………………………………………………….. 75 3.10.3 Mẫu thực vật( cây rau rệu)……………………………………… 79 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN……………………………………………………... 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………….. 85 MỞ ĐẦU Ngành điện tử ngày một phát triển, rác thải từ ngành này ngày một nhiều; làm tăng nguy cơ ô nhiễm và độc hại tới môi trường. Chính vì vậy, rác thải điện tử là vấn đề “nóng’’đang được cả thế giới quan tâm, bởi số lượng rác thải điện tử ngày càng nhiều, trong khi việc xử lý rác thải điện tử đòi hỏi chi phí khá tốn kém. Ngay ở các quốc gia phát triển, chỉ một phần nhỏ rác thải điện tử được xử lý, còn lại sẽ được thu gom và xuất sang các nước khác. Tại Việt Nam hiện nay đang có một lượng rất lớn rác thải điện, điện tử vừa là trong nước thải ra, vừa là nhập khẩu từ nước ngoài về. Lượng rác thải “đặc biệt” này một phần được xử lý rất thô sơ tại các nhà máy điện tử trong nước, phần lớn còn lại được thu gom, tái chế tại các làng nghề đồng nát như khu vực Dị Sử- Mỹ Hào- Hưng Yên hay khu Triều Khúc –Thanh Trì- Hà Nội, và còn có nhiều rác thải điện, điện tử còn lẫn trong rác thải sinh hoạt. Tại các làng nghề thu gom tái chế thì rác thải điện, điện tử được tái chế một cách rất thô sơ thủ công, nước thải của quá trình tái chế được thải trực tiếp xuống mương nước, ao, hồ ở xung quanh khu vực gần nơi tái chế gây ô nhiễm môi trường. Để đánh giá sự ô nhiễm môi trường tại khu vực ô nhiễm, người ta có thể lựa chọn các đối tượng mẫu khác nhau để tiến hành phân tích như mẫu nước, mẫu đất, mẫu trầm tích, mẫu sinh vật …Song việc sử dụng các chỉ thị sinh học môi trường sống tại các khu vực nghiên cứu để đánh giá mức độ ô nhiễm tỏ ra ưu việt hơn hẳn. Bởi vì thông qua chúng có thể nhận diện được sự có mặt của các chất và đánh giá chất lượng môi trường nhằm phục vụ cho việc giám sát và quan trắc với ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn. Chính vì vậy trong bản luận văn này, chúng tôi đã lựa chọn đối tượng phân tích là các sinh vật chỉ thị môi trường nước (trai, ốc, hến…), sống tại các mương nước, ao, hồ, gần các bãi thu gom và tái chế rác thải điện, điện tử thuộc khu vực Triều Khúc –Thanh Trì- Hà Nội, tiến hành nghiên cứu các quy trình xử lý mẫu sinh vật chỉ thị, tìm ra quy trình xử lý mẫu tốt nhất ứng dụng cho việc phân tích xác định tổng hàm lượng các kim loại nặng. Đồng thời chúng tôi cũng tiến hành xác định tổng hàm lượng kim loại nặng trong mẫu trầm tích, mẫu nước, thực vật. Bên cạnh đó ứng dụng phương pháp phân tích đa biến nhằm tìm ra nguồn phát tán kim loại nặng, mức độ lan truyền ô nhiễm kim loại nặng từ môi trường vào các sinh vật này. Từ hàm lượng các kim loại nặng trong động vật nhuyễn thể và trong trầm tích, chúng tôi dựa trên chỉ số sinh học để đánh giá khả năng tích lũy sinh học đối với từng kim loại trong sinh vật chỉ thị. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về rác thải điện, điện tử 1.1.1 Tình hình rác thải điện, điện tử trên thế giới Khoa học kỹ thuật phát triển đã kéo theo sự ra đời hàng loạt các thiết bị điện tử. Tuy nhiên, do các thiết bị điện tử lạc hậu quá nhanh và nhu cầu sử dụng chúng ngày càng nhiều, trong khi chi phí tái chế loại rác này lại quá cao, Theo số liệu của Cục Bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) chi phí xuất khẩu rác điện tử rẻ hơn 10 lần so với chi phí xử lý trong nước. Điều đó chính là nguyên nhân đẩy những loại rác này vào con đường... xuất ngoại.Chỉ riêng tại Mỹ, mỗi năm có khoảng 300.000 – 400.000 tấn rác thải điện tử được thu gom để tái chế tại, nhưng có tới 50 – 80% “tìm đường” xuất khẩu sang châu lục khác, đây là một cách làm tiện lợi và rẻ tiền. Một số nước châu Á, chủ yếu là Trung Quốc, Malaysia và Việt Nam là điểm đến của các loại rác thải này.Tại Liên minh châu Âu, khối lượng rác điện tử dự kiến tăng từ 3-5% mỗi năm, còn ở các nước đang phát triển, con số này sẽ tăng gấp 3 lần vào năm 2010. [3], [13] Vì lợi ích kinh tế, không ít quốc gia đang phát triển đã tiếp nhận và xử lý loại rác thải này. Nhưng đi kèm với nó là hàng nghìn tấn phế liệu ẩn chứa rất nhiều độc hại. Theo số liệu thống kê, hiện châu Á đã trở thành núi rác khổng lồ của thế giới phát triển. Hình 1 : Rác thải điện tử chất thành đống Chương trình môi trường Liên hợp quốc UNEP nhận định vấn đề then chốt hiện nay là phải tạo ra một khuôn khổ toàn cầu về xử lý rác thải độc hại, kể cả việc quản lý, theo dõi hoạt động vận chuyển rác thải để biết được nguồn gốc và điểm đến của nguồn rác độc hại. Các tổ chức, các nhà khoa học đang nghiên cứu và tìm ra kinh nghiệm xử lí các loại rác thải như máy tính, điện thoại, acquy, xe hơi, tàu thủy, các linh kiện điện tử khác…[3]. Những giải pháp giúp giải quyết tận gốc vấn đề rác thải điện tử là gắn trách nhiệm với nhà sản xuất việc làm này sẽ mang lại hai lợi ích. Thứ nhất, các nhà sản xuất sẽ đưa chi phí quản lý rác thải vào giá thành sản phẩm, sẽ thúc đẩy họ thay đổi thiết kế sản phẩm theo hướng thân thiện với môi trường hơn và kéo dài vòng đời của sản phẩm. Thứ hai, các nhà sản xuất sẽ buộc phải thiết kế các sản phẩm “sạch” hơn bằng cách loại bớt các chất nguy hiểm, thay thế các chất gây hại bằng cách sử dụng các vật liệu thay thế an toàn hơn. 1.1.2. Đặc điểm của rác thải điện tử Rác thải điện tử chứa rất nhiều các kim loại nặng hoặc những hợp chất độc hại với con người và môi trường sống. Rác thải điện tử làm ô nhiễm không khí, ô nhiễm đất, ô nhiễm nguồn nước, gây ra các căn bệnh nguy hiểm. Chất độc sản sinh ra như những chất liệu không cháy được và các kim loại nặng có thể là mối nguy cơ đối với sức khỏe của công nhân sản xuất thiết bị và những người sinh sống gần các “núi rác” máy tính phế thải. Rất nhiều trẻ em địa phương và công nhân làm việc tại những cơ sở tái chế kém chất lượng trên đã mắc những chứng bệnh liên quan đến đường hô hấp, bệnh ngoài da, thậm trí ung thư do linh kiện điện tử. Theo Ted Smith, giám đốc điều hành Công ty bảo vệ môi trường ở Califonia, mỗi máy tính có chứa 1.000 – 2.000 chất liệu khác nhau, trong đó có rất nhiều chất độc hại: “Một số chất chúng ta đã biết từ lâu như chì, thủy ngân, cadmi. Bên cạnh đó, còn có rất nhiều chất độc thần kinh. Nhiều người cho rằng máy tính là công nghệ sạch, nhưng họ không biết rằng bên trong máy tính tiềm ẩn những thứ có thể gây hại cho sức khỏe và môi trường”. Trong bảng 1 thống kê các chất độc hại trong rác thải điện, điện tử và tác hại chủ yếu của chúng. [3] Bảng 1: Các chất độc hại trong rác thải điện, điện tử Chất độc hại Nguồn gốc trong rác thải điện tử Tác hại đối với môi trường và cơ thể sống Các hợp chất halogen Polyclobiphenyl (PCB) Tụ điện, máy biến thế Gây ung thư, ảnh hưởng đến hệ thần kinh, hệ miễn dịch, tuyến nội tiết Tetrabrombisphenol-A (TBBA) Polybrombiphenyl (PBB) Diphenylete (DPE) Chất chống cháy cho nhựa (nhựa chịu nhiệt, cáp cách điện) TBBA được dùng rộng rãi trong chất chống bắt lửa của bản mạch máy in và phủ lên các bộ phận khác Gây tổn thương lâu dài đến sức khỏe, gây ngộ độc sâu khi cháy Polycloflocacbon (CFC) Trong bộ phận làm lạnh, bọt cách điện Khi cháy gây nhiễm độc, chất phá hủy tầng ozon Polyvinyclorua (PVC) Cáp cách điện Cháy ở nhiệt độ cao sinh ra dioxin và furan Kim loại nặng và các kim loại khác As Có trong đèn hình đời cũ và lượng nhỏ ở dạng gali asenua, bên trong các diod phát quang Gây ngộ độc cấp tính và mãn tính Ba Chất thu khí màn hình CRT Gây nổ nếu ẩm ướt Be Bộ chỉnh lưu, bộ phận phát tia Độc nếu nuốt phải Cd Pin Ni-Cd sạc lại, lớp huỳnh quang (đèn hình CRT), mực máy in và trống, máy photocopy (trong máy photo), trong bo mạch và chất bán dẫn. Độc cấp tính và mãn tính Cr(VI) Băng và đĩa ghi dữ liệu Độc cấp tính và mãn tính, gây dị ứng Galli asenua Diod phát quang Tổn thương đến sức khỏe Pb Màn hình CRT, pin, bản mạch máy in, các mối hàn Gây độc với hệ thần kinh, thận, mất trí nhớ đặc biệt với trẻ em Li Pin liti Gây nổ nếu ẩm Hg Trong đèn hình màn hình LCD, pin kiềm và công tắc, trong vỏ máy. Gây ngộ độc cấp tính và mãn tính Ni Pin Ni-Cd sạc lại hoặc trong màn hình CRT Gây dị ứng Các nguyên tố đất hiếm ( Y, Eu) Lớp huỳnh quang màn hình CRT Gây độc với da và mắt Se Xuất phát từ bộ chỉnh lưu nguồn điện trong bo mạch, trong máy phô tô cũ Lượng lớn sẽ gây hại cho sức khỏe Kẽm sunfua Các bộ phận bên trong màn hình CRT, trộn với nguyên tố đất hiếm độc nếu nuốt phải Các chất khác Các chất độc hữu cơ Thiết bị hội tụ ánh sáng, màn hình tinh thể lỏng LCD Bụi màu Hộp màu máy in laser, máy photocopy Gây độc đến hệ hô hấp Chất phóng xạ Thiết bị y tế, detector Gây ung thư 1.1.3. Tình hình thu gom, tái chế và xử lý rác thải điện tử ở Việt Nam Rác thải điện tử ở các nước phát triển đã và đang được đẩy sang cho các nước đang và kém phát triển. Ở những nơi này chúng được tái chế và xử lý rất thủ công, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng tới sức khỏe người dân. Rác thải điện tử nhập vào Việt Nam chủ yếu bằng đường biển. Ở miền Bắc chủ yếu ở cảng Hải Phòng, miền Nam là ở thành phố Hồ Chí Minh. Ở Hải Phòng có rất nhiều công ty, tổ chức nhập khẩu tàu cũ, các thiết bị điện tử đã qua sử dụng, rác thải điện tử sau khi nhập về được đưa về các cơ sở tái chế (là hộ gia đình hoặc một tổ chức kinh tế nhỏ). Riêng đối với “rác” là máy tính, tuy chưa có thống kê chính thức nhưng theo các chuyên gia ước tính, mỗi tháng có khoảng từ 10.000 đến 20.000 bộ máy tính cũ được nhập khẩu vào nước ta mà chưa có cơ quan nào theo dõi xử lý. Hình 2: Thu gom rác thải điện tử Ngoài rác thải điện tử được nhập về còn có cả rác thải điện tử trong nước (số này cũng không nhỏ) được người dân thu gom. Chúng được chất thành các đống lớn ở ngoài trời, sau khi tái chế thủ công được bán làm nguyên liệu cho các cơ sở sản xuất. Ở các cơ sở tái chế, rác thải được nhập về từ nhiều nơi thông qua nhiều con đường và dưới nhiều hình thức. Việc tái chế thường bao gồm các bước sau: - Phân loại rác thải nhập về. - Tách riêng những nguyên liệu khác nhau (nhựa, kim loại…), lấy ra những thứ còn dùng được. Dây kim loại thì đốt nhựa để lấy kim loại, đối với nhựa thì nghiền nhỏ, rửa sạch, phơi khô…. - Đóng gói và chuyển đến các nơi tiêu thụ (thường dùng làm nguyên liệu đầu cho các ngành sản xuất khác ).[14] Hình 3: Tái chế rác thải điện tử Hiện nay ở Việt Nam có nhiều hộ gia đình làm nghề thu gom và tái chế rác thải điện tử, có những nơi cả làng cùng làm nghề này. Việc xử lý và tái chế rác thải điện tử còn rất lạc hậu. Các công việc này được làm thủ công bằng tay và các thiết bị xử lý rất thô sơ, thiết bị bảo hộ lao động cho những người tham gia làm hầu như không có, đồng thời họ còn tận dụng ngay cả nhà mình là nơi chứa, xử lý, tái chế các loại rác thải này. Với các điều kiện làm việc này, chất độc có thể bám vào quần áo, dính vào tay, ngoài ra chất độc còn có thể lọt qua đường hô hấp. Các lao động thủ công đập vỡ các thiết bị, làm chảy các mối hàn chì để tháo rời các chip máy tính đem bán lại. Chì được gom lại, nung nóng trên chảo, từ đó làm bay các hơi kim loại độc như chì, cadimi, thủy ngân… và giải phóng chúng vào không khí dưới dạng hơi sương độc hại. Sau khi các “chip” được lấy ra, chì được “tự do” chảy xuống đất. Thế nhưng, không mấy người làm nghề này hay biết rằng, chì nằm trong số những chất độc thần kinh mạnh nhất, gây tác hại đặc biệt lên trẻ em và những bé sơ sinh. Các phế liệu thừa và nước thải của quá trình ngâm rửa sau khi sử dụng không được xử lý mà thải ngay ra môi trường. Để thu hồi đồng và vàng trong biến thế máy tính, bo mạch chủ, chip vi tính, người ta cho nung chảy các thiết bị này. Theo những người này giải thích “Chúng cho rất nhiều vàng”. Vì vậy, hàm lượng các kim loại độc hại tích lũy trong đất ngày càng nhiều, không khí cũng bị ô nhiễm nặng. Việc xử lý lạc hậu, không đúng cách đang làm ô nhiễm nghiêm trọng môi trường sống xung quanh, gây rất nhiều bệnh nguy hiểm. [4], [3] 1.2. Chỉ thị sinh học Kiểm tra, đánh giá ô nhiễm môi trường nước thường tiến hành với các mẫu: mẫu nước, mẫu trầm tích, mẫu thực vật nước hoặc dùng các loại chỉ thị sinh học [46]. Để quan trắc, đánh giá chất lượng nước, thường dựa trên kết quả xác định các thông số lý hóa và được tiến hành một cách định kì, điều đó có nghĩa là chỉ xác định được chất lượng nước tại từng thời điểm. Phân tích trầm tích tỏ ra có nhiều ưu điểm hơn so với phân tích nước trong việc kiểm tra, đánh giá sự ô nhiễm kim loại ở sông hồ. Mặc dù hàm lượng kim loại có thể bị biến động theo thời gian nhưng sự biến động đó ít hơn so với sự biến động hàm lượng kim loại trong nước. Lớp bùn bề mặt thường bị tác động bởi các chất sa lắng rồi chính nó thải kim loại vào lớp nước phía trên, bề dày vài centimet của lớp bùn phía trên phản ánh sự thay đổi liên tục hàng ngày mức độ ô nhiễm. Các sinh vật sống trong nước hấp thu các chất ô nhiễm từ nước hoặc các hạt lắng đọng dưới đáy và tích tụ trong cơ thể của chúng. Các sinh vật sống có phản ứng khác nhau khi bị nhiễm các chất độc hại. Một số loài chịu tác động mạnh bởi ngay hàm lượng thấp của các chất độc hại trong khi một số loài có khả năng tích tụ lượng lớn chất ô nhiễm mà không chịu một tác động xấu nào, các loài này được dùng làm chỉ thị cho sự ô nhiễm và gọi là chỉ thị sinh học Chỉ thị sinh học: Khái niệm chung về chỉ thị sinh học được mọi người thừa nhận là [8 ] “ Những đối tượng sinh vật có yêu cầu nhất định về điều kiện sinh thái liên quan đến nhu cầu dinh dưỡng, hàm lượng oxi cũng như khả năng chống chịu một hàm lượng nhất định các yếu tố độc hại trong môi trường sống và do đó, sự hiện diện của chúng biểu thị một tình trạng về điều kiện sinh thái của môi trường sống nằm trong giới hạn nhu cầu và khả năng chống chịu của đối tượng sinh vật đó.” Sinh vật chỉ thị ở trong bản luận văn này chúng tôi sử dụng là sinh vật tích tụ:là những sinh vật chỉ thị, không những có tính chất chỉ thị cho môi trường thích ứng mà còn có thể tích tụ một số chất ô nhiễm nào đó trong cơ thể của chúng với hàm lượng cao hơn nhiều lần môi trường bên ngoài( kim loại nặng…) [23]. Nhờ đó bằng phương pháp phân tích hóa sinh hữu cơ cơ thể chúng, ta có thể phát hiện, đánh giá mức độ ô nhiễm dễ dàng hơn gấp nhiều lần so với phương pháp phân tích thủy hóa. Việc dùng các cơ thể sống (sinh vật tích tụ) để đánh giá ô nhiễm môi trường tỏ ra ưu việt hơn hẳn việc phân tích mẫu nước, mẫu trầm tích. Thứ nhất, hàm lượng kim loại nặng tìm thấy trong cơ thể sống cho ta nhiều thông tin hơn về tác động sinh học của chất ô nhiễm tới môi trường. Thứ hai, mẫu nước, trầm tích chịu biến động nhiều cả về thời gian, không gian cho nên việc kiểm tra đánh giá khó khăn, tốn kém về mặt tài chính [40]. Thứ ba, sinh vật chỉ thị có sự phân bố địa lý rộng, dễ dàng so sánh mức độ ô nhiễm ở các vị trí khác nhau [30,46] * Điều kiện lựa chọn sinh vật tích tụ: Các sinh vật tích tụ được lựa chọn thỏa mãn yêu cầu sau: - Đã được định loại rõ ràng. - Sinh vật có khả năng thể hiện được sự tương quan đơn giản giữa lượng chất ô nhiễm tích tụ trong cơ thể chúng và nộng độ trung bình của chất ô nhiễm trong môi trường hoặc trong những chất nền lắng đọng hay trong thức ăn ở bất kì vị trí nào, dưới bất kì điều kiện nào. - Sinh vật có thể tích tụ chất ô nhiễm mà không bị chết. -Sinh vật có đời sống tĩnh tại để đảm bảo rằng chất ô nhiễm mà nó tích tụ có liên quan đến khu vực nghiên cứu. - Sinh vật có số lượng phong phú ở khu vực nghiên cứu và tốt hơn là phân bố rộng ( tối ưu là phân bố toàn cầu) để có thể đối chiếu giữa các khu vực. -Sinh vật có đời sống dài để có thể lấy mẫu nhiều lần khi cần. Sinh vật có đời sống dài, trải qua quãng thời gian dài của sự ô nhiễm. Đó cũng là minh chứng cho những tác động đến môi trường trong thời gian dài, không liên tục. -Sinh vật có kích thước phù hợp để có thể cung cấp những mô đủ lớn cho việc phân tích. Đặc tính này cũng cần thiết cho việc nghiên cứu sự tích tụ trong những cơ quan đặc biệt của cơ thể sinh vật. -Dễ thu mẫu, sinh vật có thể sống lâu trong điều kiện thí nghiệm. - Ít biến dị. Trong thực tế khó có loài sinh vật nào có thể đáp ứng được tất cả các tiêu chí trên.Tuy nhiên, những sinh vật được lựa chọn cho nghiên cứu chỉ cần đáp ứng được một hay một vài tiêu chí trên là đủ.[40,46] Tóm lại các loài sinh vật được dùng làm chỉ thị sinh học tốt với môi trường, trong đó có ô nhiễm kim loại nặng phải chịu được sự ô nhiễm, tích tụ được các chất ô nhiễm, không bị chết và phải thích ứng được với sự thay đổi mức hàm lượng chất ô nhiễm. Hơn nữa, các loài này phải phân bố rộng trong khu vực, có tuổi đời kéo dài, có đủ kích thước để lấy mẫu và thích ứng được với các xử lý ở phòng thí nghiệm, việc định danh, lấy mẫu dễ dàng. Để phản ánh tình trạng môi trường ở khu vực nào đó các loài chỉ thị phải cư trú cố định, hoặc di chuyển chậm và hạn chế [40]. Các loài này phải có khả năng tích tụ các chất ô nhiễm giống các điều kiện môi trường ô nhiễm môi trường. Chỉ có như vậy mới có thể so sánh các mẫu lấy từ các khu vực khác nhau [40,46]. * Các sinh vật được lựa chọn để làm chỉ thị ô nhiễm kim loại nặng: -Thực vật, tảo sống dưới nước: Có nhiều ưu điểm khi sử dụng đối tượng này như dễ lấy mẫu, dễ phân biệt, số lượng nhiều, phân bố rộng có khả năng chống chịu với mức ô nhiễm cao. - Cá: Có thể hấp thụ kim loại nặng và nhiều chất ô nhiễm khác. Tuy nhiên, cá là loài di chuyển nên không dễ dàng xác định mối quan hệ giữa hàm lượng chất ô nhiễm trong cơ thể chúng với nguồn thải ô nhiễm. -Động vật giáp xác, hai mảnh, ốc: Động vật hai mảnh thường được sử dụng để đánh giá ô nhiễm kim loại nặng vì chúng đã được định loại rõ ràng, dễ nhận dạng, có kích thước vừa phải, số lượng nhiều, dễ tích tụ chất ô nhiễm, có đời sống tĩnh tại và có khả năng sống dài. Loài nhuyễn thể có hai vỏ cứng như trai, trùng trục, ốc…là các loài thích hợp dùng làm chỉ thị sinh học để phân tích xác định lượng vết các kim loại [36]. Chúng có khả năng tích tụ các kim loại vết như Cd, Hg, Pb …với hàm lượng lớn hơn so với khả năng đó ở cá và tảo [23]. Trai, ốc có thể tích tụ Cd trong mô của chúng ở mức hàm lượng cao hơn gấp 100.000 lần mức hàm lượng tìm thấy trong môi trường xung quanh [53]. Chúng phân bố ở các khu vực địa lý rộng, thích ứng được với sự thay đổi nhiệt độ cũng như các điều kiện môi trường khác. Chúng có đủ loại kích thước, sống cố định và phù hợp với việc xử lý trong phòng thí nghiệm, cũng có thể nuôi cấy chúng ở các môi trường khác nhau [40]. Mặc dù các loài này đáp ứng được những tiêu chuẩn khắt khe ở trên nhưng một số nhân tố sinh học, địa hóa cũng gây ra những biến động về mức ô nhiễm ở ốc, trai, hến. Các yếu tố kích thước, lượng thịt, mùa sinh sản, nhiệt độ, pH của môi trường là những yêu tố ảnh hưởng tới sự tích tụ chất ô nhiễm trong cơ thể chúng. Trên thế giới đã có một số công trình nghiên cứu về hàm lượng kim loại nặng trong mô các loài thân mềm có vỏ cứng, các chương trình kiểm tra, đánh giá môi trường quốc tế đã thiết lập một số tiêu chuẩn lấy mẫu và xử lý mẫu để giảm thiểu sai số như: mùa lấy mẫu, lấy mẫu theo độ sâu, kích thước của loài được lựa chọn làm chỉ thị sinh học [30]. Việc nghiên cứu sử dụng các sinh vật tích tụ để đánh giá ô nhiễm kim loại nặng ở trong nước là vấn đề có tính thực tiễn cao nhằm xây dựng chỉ thị sinh học riêng phù hợp với điều kiện nước ta, hạn chế những tác động xấu của kim loại nặng tới môi trường và sức khỏe cộng đồng. Hình 4: Trai nước ngọt 1.3. Độc tính kim loại nặng Kim loại nặng là những kim loại có phân tử lượng lớn hơn 52 bao gồm một số kim loại như: As, Hg, Cu, Cr, Cd, Co, Pb, Zn, Sb, Mn…Những kim loại nặng nguy hiểm nhất về phương diện gây ô nhiễm môi trường nước là Zn, Cu, Pb, Cd, Hg, Ni, As và Cr. Trong số những kim loại này có Cu, Ni, Cr và Zn là những nguyên tố vi lượng cần thiết cho sinh vật thủy sinh, chúng chỉ gây độc ở nồng độ cao. Nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng: Nguồn tự nhiên: kim loại nặng phát hiện ở mọi nơi, trong đá, đất và xâm nhập vào thủy vực qua các quá trình tự nhiên, phong hóa, xói mòn, rửa trôi. Nguồn nhân tạo:các quá trình sản xuất công nghiệp (như khai khoáng, chế biến quặng kim loại, chế biến sơn, thuốc nhuộm,…), nước thải sinh hoạt, nông nghiệp ( hóa chất bảo vệ thực vật) Một số kim loại nặng rất cần thiết cho cơ thể sống và con người. Chúng là các nguyên tố vi lượng không thể thiếu, sự mất cân bằng các nguyên tố vi lượng này có ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe của con người. Sắt giúp ngăn ngừa bệnh thiếu máu, kẽm là tác nhân quan trọng trong hơn 100 loại enzyme. Trên nhãn của các lọ thuốc vitamin, thuốc bổ xung khoáng chất thường có Cr, Cu, Fe, Mn, Mg, K, Zn, chúng có hàm lượng thấp và được biết đến như lượng vết. Lượng nhỏ các kim loai này có trong khẩu phần ăn của con người vì chúng là thành phần quan trọng trong các phân tử sinh học như hemoglobin, hợp chất sinh hóa cần thiết khác. Nhưng nếu cơ thể hấp thu một lượng lớn các kim loại này, chúng có thể gây rối loạn quá trình sinh lý, gây độc cho cơ thể. Kim loại nặng có độc tính là các kim loại có tỷ trọng lớn gấp 5 lần tỷ trọng của nước. Chúng là các kim loại bền (không tham gia vào các quá trình sinh hoá trong cơ thể) và có tính tích tụ sinh học (chuyển tiếp trong chuỗi thức ăn và đi vào cơ thể con người). Chúng bao gồm Hg, As, Pb, Cd, Mn, Cu, Cr…Các kim loại nặng khi xâm nhập vào cơ thể sinh vật sẽ gây độc tính [23] Kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể người qua đường hô hấp, thức ăn hay hấp thụ qua da được tích tụ trong các mô và theo thời gian sẽ đạt tới hàm lượng gây độc. Các nghiên cứu đã chỉ ra kim loại nặng gây độc cho các cơ quan trong cơ thể như máu, gan, thận, cơ quan sản xuất hoocmôn, cơ quan sinh sản, hệ thần kinh gây rối loạn chức nặng sinh hóa trong cơ thể do đó làm tăng khả năng bị di ứng, gây biến đổi gen. Các kim loại gây độc thường là tương tác với các hệ enzyme trong cơ thể từ đó ức chế hoạt động của các enzyme này và dẫn đến sự trao đổi chất của cơ thể sống bị rối loạn. Các kim loại nặng khi tương tác với các phân tử chất hữu cơ có khả năng sản sinh ra các gốc tự do, là các phần tử mất cân bằng năng lượng, chứa những điện tử không cặp đôi . Chúng chiếm điện tử của các phân tử khác để lập lại sự cân bằng của chúng. Các gốc tự do tồn tại trong cơ thể sinh ra do các phân tử của tế bào phản ứng với oxy (bị oxy hóa), nhưng khi có mặt các kim loại nặng – tác nhân cản trở quá trình oxy hóa sẽ sinh ra các gốc tự do vô tổ chức, không kiểm soát được. Các gốc tự do này phá hủy các mô trong cơ thể gây nhiều bệnh tật. Trong phạm vi bản luận văn này, chúng tôi chỉ trích giới thiệu độc tính của một số kim loại là chỉ tiêu cần phân tích trong trai, ốc thuộc chương trình nghiên cứu đánh giá môi trường của EU (2001) cũng như của nhiều quốc gia khác trên thế giới. -Thủy ngân (Hg): Đây là một chất độc ngấm ngầm, thủy ngân có thể gây ra một loạt các triệu chứng bao gồm: rối loạn tâm lý, nhức đầu, chảy máu nướu răng, đau ngực, đau bụng, mệt mỏi kinh niên, dị ứng, nổi mẩn, ảnh hưởng tới sinh sản... ngộ độc thủy ngân có thể qua thức ăn, nguồn nước, đôi khi cũng có thể do những chất thải công nghiệp hoặc đốt than đá. - Mangan (Mn): là kim loại có trong tự nhiên, mọi người đều bị nhiễm hàm lượng nhỏ Mn có trong không khí, thức ăn, nước uống. Mn là kim loại vết cần thiết cho sức khỏe người. Mn có thể tìm thấy trong một số loại thức ăn, ngũ cốc, trong một số loài thực vật như cây chè [52]. Người bị nhiễm Mn trong một thời gian dài thường mắc các bệnh thần kinh, rối loạn vận động, nhiễm độc mức hàm lượng cao kim loại này sẽ gây các bệnh về hô hấp và suy giảm chức năng tình dục. - Đồng (Cu): được dùng nhiều trong sơn chống thấm nước trên tàu thuyền, các thiết bị điện tử, ống nước. Nước thải sinh hoạt là nguồn chính đưa Cu vào nước. Cu tồn tại ở hai dạng là: dạng hòa tan và các hạt nhỏ [23]. Cu cần thiết cho chức năng hô hấp của nhiều sinh vật sống và các chức năng enzym khác. Cu được lưu giữ trong gan tủy sống của người. Cu với hàm lượng quá cao sẽ gây hư hại gan, thận, hạ huyết áp, hôn mê, đau dạ dày, thậm chí tử vong. Trai, ốc thường tích tụ lượng lớn Cu trong cơ thể của chúng.[36] - Kẽm (Zn) là nguyên tố cần thiết cho tất cả cơ thể sống, với con người hàng ngày cần 9 mg Zn cho các chức năng thông thường của cơ thể [24]. Nếu thiếu Zn sẽ dẫn đến suy giảm khứu giác, vị giác và suy giảm chức năng miễn dịch của cơ thể. Nguồn ô nhiễm kẽm chính là công nghiệp luyện kim, công nghiệp pin, các nhà máy rác, các sản phẩm chống ăn mòn, sơn, nhựa, cao su. Cơ thể con người có thể tích tụ Zn và nếu Zn tích tụ với hàm lượng quá cao thì chỉ trong thời gian ngắn sẽ gây bệnh nôn mửa, đau dạ dày. Nước chứa hàm lượng Zn cao rất độc đối sinh vật. Trai, ốc cũng tích tụ một lượng lớn Zn trong cơ thể chúng [23]. - Asen (As) sinh ra từ các dây chuyền sản xuất hóa phẩm, nhà máy nhiệt điện dùng than, có trong chất làm rụng lá, thuốc sát trùng, một số loại thủy tinh, chất bảo quản gỗ và thuốc bảo vệ thực vật. Sự tích tụ cũng như tác động của As đến cơ thể sống phụ thuộc vào dạng tồn tại của nó. Trong khi các hợp chất As vô cơ rất độc cho hầu hết cơ thể sống thì các hợp chất hữu cơ của nó chỉ gây độc nhẹ. Asen có thể gây nôn mửa, phá hủy các phân tử AND và gây ung thư. FAO/ WHO đã đưa ra giới hạn chấp nhận được của hàm lượng As vô cơ hấp thu hàng tuần là 15µg/kg trọng lượng cơ thể [23]. - Nguồn ô nhiễm Cadimi (Cd) xuất phát từ ô nhiễm không khí, khai thác mỏ, pin Ni- Cd, nhà máy luyện kim [23]. Nguồn chính thải Cd vào nước là các điện cực dùng trên tàu thuyền. Cd tồn tại chủ yếu dưới dạng hòa tan trong nước. Nhiễm độc cấp tính Cd có các triệu chứng giống như cúm, sốt, đau đầu, đau khắp mình mẩy. Nhiễm độc mãn tính Cd gây ung thư (phổi, tuyến tiền liệt). EU đã đưa ra giới hạn trên của Cd là 1,0 mg/ kg trọng lượng tươi trai, ốc loại dùng làm thực phẩm cho người[22] - Chì (Pb) có trong vũ khí đạn dược, gốm sứ, xăng dầu, thủy tinh chì. Chì cũng được dùng nhiều trong vật liệu xây dựng, công nghiệp cơ khí, pin. Pb tác động đến hệ thần kinh, làm giảm sự phát triển não của trẻ nhỏ, gây rối loạn nhân cách ở người lớn, giảm chỉ số thông minh (IQ). Nó gây áp huyết cao, bệnh tim, gan và bệnh thận mãn tính.Trai, ốc hấp thụ Pb từ nước, thức ăn phản ánh mức độ ô nhiễm môi trường [36]. EU đã đưa ra giới hạn trên cho hàm lượng Pb trong trai, ốc là 1,5 mg/ kg trọng lượng tươi (loại dùng làm thực phẩm cho người ). 1.4. Các phương pháp phân tích kim loại nặng 1.4.1. Phương pháp quang phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS) Thuật ngữ ICP (Inductively Coupled Plasma) dùng để chỉ ngọn lửa plasma tạo thành bằng dòng điện có tần số cao (cỡ MHz) được cung cấp bằng một máy phát Radio Frequency Power (RFP). Ngọn lửa plasma có nhiệt độ rất cao có tác dụng chuyển các nguyên tố trong mẫu cần phân tích thành dạng ion. MS (Mass Spectrometry) là phép ghi phổ theo số khối hay chính xác hơn là theo tỷ số giữa số khối và điện tích (m/Z). Từ khi xuất hiện plasma cảm ứng với các tính năng và ưu điểm về vận hành hơn hẳn các nguồn hồ quang và tia điện thì một công cụ mới đã dần dần được phát triển thành một tổ hợp ICP ghép với một khối phổ kế. Hai ưu điểm nổi bật của ICP-MS là có độ phân giải cao và dễ tách các nhiễu ảnh hưởng lẫn nhau do đó có thể phát hiện được hầu hết các nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Phương pháp phân tích này dựa trên các nguyên tắc của sự bay hơi, phân tách, ion hóa của các nguyên tố hóa học khi chúng được đưa vào môi trường plasma có nhiệt độ cao. Sau đó các ion này được phân tách ra khỏi nhau theo tỷ số khối lượng / điện tích (m/z) của chúng, bằng thiết bị phân tích khối lượng có từ tính và độ phân giải cao phát hiện, khuyếch đại tín hiệu và đếm bằng thiết bị điện tử kĩ thuật số. Phương pháp ICP – MS ra đời vào đầu những năm 80 của thế kỉ trước và ngày càng chứng tỏ là kĩ thuật phân tích có ưu điểm vượt trội so với các kĩ thuật phân tích khác như quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-AES hay ICP-OES)…Phương pháp ICP-MS hơn hẳn các kĩ thuật phân tích kim loại nặng khác ở các điểm sau: có độ nhạy cao, độ lặp lại cao, xác định đồng thời được hàng loạt các kim loại trong thời gian phân tích ngắn.[9] *Sự xuất hiện và bản chất của phổ ICP-MS Dưới tác dụng của nguồn ICP, các phân tử trong mẫu phân tích được phân li thành các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi. Các phần tử này khi tồn tại trong môi trường kích thích phổ ICP năng lượng cao sẽ bị ion hóa, tạo ra đám hơi ion của chất mẫu (thường có điện tích +1). Nếu dẫn dòng ion đó vào buồng phân cực để phân giải chúng theo số khối (m/Z) sẽ tạo ra phổ khối của nguyên tử chất cần phân tích và được phát hiện nhờ các detector thích hợp. Các quá trình xảy ra trong nguồn ICP: - Hóa hơi chất mẫu, nguyên tử hóa các phân tử, ion hóa các nguyên tử, sự phân giải của các ion theo số khối sẽ sinh ra phổ ICP-MS: Hóa hơi: MnXm(r) " Mnxm(k) Phân li: MnXm(k) " nM(k) + mX(k) Ion hóa: M(k)0 + Enhiệt " M(k)+ - Thu toàn bộ đám hơi ion của mẫu, lọc và phân ly chúng thành phổ nhờ hệ thống phân giải khối theo số khối của ion, phát hiện chúng bằng detector, ghi lại phổ. - Đánh giá định tính, định lượng phổ thu được. Như vậy thực chất phổ ICP - MS là phổ của các nguyên tử ở trạng thái khí tự do đã bị ion hóa trong nguồn năng lượng cao tần ICP theo số khối các chất. * Ưu điểm của phương pháp phân tích bằng ICP-MS Phép đo phổ ICP - MS là một kỹ thuật mới, ra đời cách đây không lâu nhưng được phát triển rất nhanh và sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như :quá trình sản xuất nhiên liệu hạt nhân, xác định đồng vị phóng xạ, nước làm lạnh sơ cấp trong ngành hạt nhân (chiếm tỷ trọng 5%); phân tích nước uống, nước biển, nước bề mặt, đất, bùn, đất hoang, phân tích định dạng Hg, As, Pb và Sn trong nghiên cứu và bảo vệ môi trường (48%); quá trình hoá học, chất nhiễm bẩn trong Si Wafers trong công nghiệp sản xuất chất bán dẫn (33%); máu, tóc, huyết thanh, nước tiểu, mô trong  y tế  (6%); đất, đá, trầm tích, nghiên cứu đồng vị phóng xạ trong địa chất ( 2%); hoá chất (4%); dấu vết đạn, đặc trưng vật liệu, nguồn gốc, chất độc trong khoa học hình sự (1%) và phân tích thực phẩm (1%)... Hình 5: Ứng dụng phương pháp phân tích ICP-MS trong các lĩnh vực Ưu điểm phép đo phổ ICP- MS: - Nguồn ICP là nguồn năng lượng kích thích phổ có năng lượng cao, nó cho phép phân tích hơn 70 nguyên tố từ Li – U và có thể xác định đồng thời chúng với độ nhạy và độ chọn lọc rất cao (giới hạn phát hiện từ ppb-ppt đối với tất cả các nguyên tố). - Khả năng phân tích bán định lượng rất tốt do không cần phải dùng mẫu chuẩn mà vẫn đạt độ chính xác cao; có thể phân tích các đồng vị và tỷ lệ của chúng. - Tuy có độ nhạy cao nhưng nguồn ICP lại là nguồn kích thích phổ rất ổn định, nên phép đo ICP - MS có độ lặp lại cao và sai số rất nhỏ. - Phổ ICP - MS ít vạch hơn phổ ICP - AES nên có độ chọn lọc cao, ảnh hưởng thành phần nền hầu như ít xuất hiện, nếu có thì cũng rất nhỏ, dễ loại trừ. - Vùng tuyến tính trong phép đo ICP - MS rộng hơn hẳn các kỹ thuật phân tích khác, có thể gấp hàng trăm lần và khả năng phân tích bán định lượng rất tốt do không cần dùng mẫu chuẩn mà vẫn cho kết quả tương đối chính xác. -Ngoài ra ICP-MS còn được sử dụng như là một detector cho LC, CE, GC... Với nhiều ưu điểm vượt trội, kỹ thuật phân tích ICP - MS được ứng dụng rộng rãi để phân tích nhiều đối tượng khác nhau đặc biệt là trong các lĩnh vực phân tích vết và siêu vết phục vụ nghiên cứu sản xuất vật liệu bán dẫn, vật liệu hạt nhân, nghiên cứu địa chất và môi trường... * Một số công trình nghiên cứu xác định kim loại nặng bằng phương pháp ICP-MS -Xác định lượng vết một số kim loại nặng trong các loài trai, ốc ở Hồ Tây- Hà Nội bằng phương pháp ICP-MS. Trong nghiên cứu này tác giả Trần Tứ Hiếu, Lê Hồng Minh, Nguyễn Viết Thức đã xác định được lượng vết của 6 kim loại nặng: Cu, Zn, As, Ag, Cd, Pb bằng phương pháp ICP-MS với mẫu đông khô và mẫu tươi.Căn cứ theo cách phân loại chất lượng môi trường nước dựa trên làm lượng các kim loại vết trong trai, ốc các tác giả kết luận nước Hồ Tây bị ô nhiễm nhẹ bởi đồng, bạc, asen, cacdimi, bị ô nhiễm ở mức bình thường bởi các nguyên tố như kẽm, chì.[6] -Marcos Pérez-López và cộng sự [41] phân tích Pb, Cd, Zn và As có trong thịt một số loài chim hoang dã ở vùng Galicia (Tây Bắc Tây Ban Nha) bằng phương pháp ICP-MS. Kết quả cho thấy hàm lượng Zn trong khoảng 1,47 -2,98ppm, hàm lượng As trong khoảng 1,21 đến 6,88ppm. Hàm lượng Pb và Cd trong đó tương đối cao, có mẫu lên tới trên 18ppm Pb, và hàm lượng Cd cao nhất thu được lên tới 39ppm. -Tác giả Mohamed Maanan [43], trường đại học Nates, Pháp đã sử dụng phương pháp ICP-MS để phân tích Hg và Pd trong các động vật thân mềm ở vùng biển. Kết quả cho thấy hàm lượng Pb là 9,6 mg.kg−1 và hàm lượng Hg là 0,6 mg.kg−1. -Simone Griesel và cộng sự [49] đã sử dụng phương pháp ICP-MS để xác định hàm lượng của 23 kim loại (Be, Al, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Rb, Sr, Mo, Pd, Cd, Sn, Pt, Pb) trong máu của hải cẩu ở vùng biển Wadden, Đức và đảo Danish. Kết quả chỉ ra rằng hàm lượng một số nguyên tố như As, Cr, Mn, Mo, Se, V trong máu hải cẩu cao hơn so với trong máu người. Một số nguyên tố như Al, Mn, Cu, và Pt khác nhau đáng kể trong máu hải cẩu ở hai vùng địa lí khác nhau. Sự khác biệt này có thể do ảnh hưởng của nguồn thức ăn. A.T. Townsend và I. Snape [25] đã tiến hành xác định hàm lượng Pb trong các mẫu trầm tích ở cửa sông thuộc nam Australia bằng phương pháp ICP-MS. Các mẫu trầm tích ở Brown Bay hàm lượng Pb trong khoảng 18–215 mg.kg− 1, còn ở vùng Broken Hill và Mt Isa Australian hàm lượng Pb lần lượt từ 35,5 đến 36 và từ 16,0 đến 16,1 mg.kg-1. Còn ở khu vực Wilkes Station hàm lượng Pb được xác định trong khoảng 13–40 mg.kg− 1. 1.4.2. Các phương pháp khác xác định kim loại nặng Ngoài phương pháp ICP - MS, còn rất nhiều phương pháp khác như phương pháp trọng lượng, chuẩn độ, các phương pháp điện hóa, trắc quang, quang phổ hấp thụ nguyên tử (F-AAS,GF-AAS,CV-AAS), huỳnh quang tia X (XRF), kích hoạt nơtron (NAA), quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-AES)…Các phương pháp được sử dụng tùy thuộc theo từng đối tượng mẫu phân tích, hàm lượng kim loại nặng trong mẫu, điều kiện cụ thể của phòng thí nghiệm, cũng như yêu cầu về độ chính xác của kết quả phân tích. Phương pháp huỳnh quang Một chất khi hấp thụ một năng lượng ở giới hạn nào đó sẽ làm kích thích hệ electron của phân tử. Khi ở trạng thái kích thích, phân tử chỉ tồn tại ≤ 10-8s, nó lập tức trở về trạng thái cơ bản ban đầu và giải phóng năng lượng đã hấp thụ. Khi năng lượng giải toả được phát ra dưới dạng ánh sáng thì gọi là hiện tượng phát quang. Hoá học phân tích sử dụng hiện tượng này để định tính và định lượng các chất và gọi là phương pháp phân tích huỳnh quang. Dong Yan-Jie và Ke Gai [28] sử dụng phương pháp huỳnh quang để xác định lượng vết Pb trên cơ sở cho Pb2+ tạo phức với axit gibberellic theo tỉ lệ Pb2+: axit là 1: 2 với pH = 7-8. Bước sóng kích thích và phát xạ lớn nhất là 205,0nm và 308,8nm. Phương pháp cho giới hạn phát hiện là 0,52ng Pb/ml. Chongqiu Jiang, Hongjian Wang, Jingzheng Wang [27] đã xác định lượng vết Cr với thuốc thử 2-hydroxy-1-naphtaldehyene-8-aminoquinoline (HNAAQ) bằng phương pháp huỳnh quang. Độ nhạy của phép xác định tăng lên trong môi trường nước-ancol với tỉ lệ 4/1 theo thể tích, pH =9,4. Trong điều kiện đó phức Cr-HNAAQ bị kích thích và phát xạ ở bước sóng từ 397-450nm. Giới hạn phát hiện của phương pháp là 77ng/ml. Khoảng tuyến tính của phương pháp lên đến 25µg/ml. Phương pháp này được áp dụng để xác định lượng vết Cr trong thịt và gan lợn. B. W.Bailey, R.M.Donagall and T.S. West [26] sử dụng phương pháp huỳnh quang để xác định siêu vi lượng Cu(II). Các tác giả đã sử dụng thuốc thử [Cu(phen)2R oseBengal], phức này được chiết vào cloroform và pha loãng bằng axeton. Bước sóng kích thích là 560µm và bước sóng phát xạ là 570µm. Giới hạn định lượng của phương pháp là 10-4-6.10-3ppm Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) Khi chiếu một chùm tia sáng có bước sóng xác định ứng đúng với tia phát xạ nhạy của nguyên tố cần xác định vào đám hơi nguyên tử tự do thì các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ năng lượng của các tia chiếu vào và tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử của nó. Đo phổ này ta xác định được nguyên tố cần phân tích. Trong phương pháp này thì quá trình chuyển hoá chất thành hơi (nguyên tử hoá mẫu) là quan trọng nhất. Tuỳ thuộc vào kĩ thuật nguyên tử hoá mà ta có phương pháp với độ nhạy khác nhau. Đây là phương pháp được sử dụng khá phổ biến để phân tích các kim loại nặng. Hầu hết các kim loại nặng đều có thể xác định được bằng kĩ thuật này. Có thể xác định trưc tiếp các kim loại bằng kĩ thuật ngọn lửa (F-AAS) không hoặc bằng kỹ thuật nguyên tử không ngọn lửa dùng lò graphit (GF-AAS) cho phép xác định các kim loại nặng với giới hạn phát hiện cỡ ppb hay nhỏ hơn. Kỹ thuật hấp thụ nguyên tử hóa hơi lạnh (CV-AAS) sử dụng hệ hydrua hóa cho phép xác định các nguyên tố có khả năng tạo hợp chất hydrua với độ chọn lọc, độ nhạy cao. Jozep Szkoda và Jan Zmudzki [33] sử dụng phương pháp F-AAS để xác định Pb và Cd trong mẫu sinh học cho hiệu suất thu hồi với Pb là 82,0% và Cd là 98,4%. Mohamed Maanan [43] phân tích hàm lượng các kim loại nặng trong động vật thân mềm vùng biển sử dụng phương pháp AAS cho kết quả hàm lượng các kim loại như sau: 7,2 mg.kg−1 với Cd, 26,8 mg.kg−1 với Cu, 8,0 mg.g−1 với Cr, 292 mg.kg−1 với Zn, 20,8 mg.kg−1 với Mn và 32,8 mg.kg−1 với Ni. Al Moauf và cộng sự [20] đã phân tích hàm lượng các kim loại nặng và các nguyên tố vi lượng có trong mẫu thực vật bằng phương pháp AAS cho kết quả hàm lượng trung bình của các mẫu như sau (kết quả tính theo ppm): Trong họ Hyptis suaveolens có hàm lượng Zn là (35,1±0,01), Cu là (24,4±0,01) ở mức cao nhất so với các mẫu khác. Trong khi đó hàm lượng Mn (685±0,02) và Ca (51340±21) cao nhất trong cây Morinda lucida. N. Pourreza và K. Ghanemi [45] đã phân tích Hg trong nước và cá bằng phương pháp hấp thụ nguyên tử hoá hơi lạnh (CV-AAS). Đường chuẩn được xây dựng trong khoảng nồng độ từ 0,040 đến 2,40 ng.mL−1 với hệ số tương quan 0,9994. Giới hạn phát hiện dựa trên tính toán là 0,02 ng.mL−1. Hệ số biến thiên khi xác định Hg(II) ở nồng độ 0,4 và 2,0 ng.mL−1 lần lượt là 2,6 và 1,9%. Các tác giả cũng đã kết luận phương pháp này có thể ứng dụng để phân tích hàm lượng Hg(II) trong các mẫu nước, nước thải và cá. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES). Trong điều kiện bình thường, nguyên tử không thu cũng không phát ra năng lượng, nhưng nếu cung cấp năng lượng cho nguyên tử thì các nguyên tử sẽ chuyển lên trạng thái kích thích. Trạng thái này không bền, nguyên tử chỉ tồn tại trong một thời gian cực ngắn 10-8s, chúng có xu hướng trở về trạng thái ban đầu bền vững và giải phóng ra năng lượng mà nó hấp thu dưới dạng bức xạ quang học. Bức xạ này chính là phổ phát xạ nguyên tử. Các nguồn kích thích phổ phát xạ là ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện dòng xoay chiều và một chiều, tia lửa điện, plasma cảm ứng. Nhìn chung phương pháp này có độ nhạy khá cao, tốn ít mẫu, có khả năng phân tích đồng thời nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu nên rất thuận lợi để phân tích lượng vết các kim loại độc trong các đối tượng khác nhau. Tác giả Phạm Luận [11] đã ứng dụng phương pháp AES phân tích một số kim loại trong nước, đối với Na cho giới hạn phát hiện 0,05ppm, K và Li là 0,5ppm và với Pb là 0,1ppm. Mustafa Türkmen và cộng sự [44] cũng đã sử dụng phương pháp phổ phát xạ nguyên tử plasma cao tần cảm ứng (ICP-AES) để phân tích hàm lượng các nguyên tố kim loại nặng trong hải sản ở vùng biển Marmara, Aegean và Mediterranean. Fe và Zn là hai kim loại có hàm lượng rất cao ở tất cả các phần của hải sản. Hàm lượng kim loại trong những phần mà con người có thể sử dụng được như sau: 0,02–0,37 mg.kg−1 với Cd, 0,04–0,41 mg.kg−1 với Co, 0,04–1,75 mg.kg−1 với Cr, 0,32-6,48 mg.kg−1 với Cu, 7,46–40,1 mg.kg−1 với Fe, 0,10–0,99 mg.kg−1 với Mn, 0,02–3,97 mg.kg−1 với Ni, 0,33–0,86 mg.kg−1 với Pb, 4,49–11,2 mg.kg−1 với Zn. Các tác giả cũng đã cho rằng tất cả các kim loại được phát hiện trong gan đều lớn hơn trong thịt. Trong một số vùng, đã có dấu hiệu ô nhiễm kim loại nặng. Hàm lượng Cd và Cr trong cả thịt và gan, hàm lượng Pb trong gan của các mẫu phân tích cao hơn giới hạn cho phép dư lượng kim loại nặng trong thực phẩm. 1.5. Các phương pháp xử lý mẫu trầm tích, sinh vật 1.5.1. Nguyên tắc xử lý mẫu [10] Xử lý mẫu là quá trình hoà tan và phá huỷ cấu trúc của chất mẫu ban đầu, giải phóng và chuyển các chất cần xác định về dạng đồng thể phù hợp với phép đo đã chọn, từ đó xác định hàm lượng chất mà chúng ta mong muốn. Để vô cơ hoá mẫu, chuyển chất phân tích về dạng phù hợp với phương pháp phân tích, có hai phương pháp phổ biến hiện nay là xử lý ướt và xử lý khô: Kỹ thuật xử lý ướt: là kỹ thuật dùng các axit mạnh, đặc và nóng, kiềm mạnh đặc, nóng hoặc hỗn hợp axit hay hỗn hợp kiềm... để phân huỷ mẫu trong điều kiện đun nóng trong bình Kendan, trong hộp kín hay trong lò vi sóng. Kỹ thuật xử lý khô: là kỹ thuật nung để xử lý mẫu trong lò nung ở nhiệt độ thích hợp (4500C - 7000C), sau đó hoà tan bã mẫu bằng dung dịch muối hay axit phù hợp. Khi nung, các chất hữu cơ của mẫu sẽ bị đốt cháy hoàn toàn thành CO2 và H2O. Có thể kết hợp hai phương pháp trên chúng ta có phương pháp khô- ướt kết hợp. * Phá mẫu hệ hở Phương pháp này đơn giản, không cần dụng cụ phức tạp và cho kết quả khá chính xác. Các axit được sử dụng trong phá mẫu hệ hở như: HF, HCl, H2SO4, HClO4…, tùy theo loại mẫu và nguyên tố cần phân tích mà ta có quy trình phân tích phù hợp. Ví dụ như để xác định các nguyên tố dễ bay hơi như Hg thì cần khống chế nhiệt độ < 1200C, để phá các mẫu chứa nhiều SiO2 cần cho thêm HF…. * Phá mẫu bằng lò vi sóng Hiện nay phổ biến nhất là kỹ thuật xử lý mẫu ướt với axit đặc trong lò vi sóng hệ kín do có nhiều ưu điểm như: thời gian xử lý mẫu ngắn, phá huỷ mẫu triệt để và không mất chất phân tích, hiệu suất xử lý mẫu cao. Dưới tác dụng phá hủy và hoà tan các hạt (phần tử) mẫu của axit, năng lượng nhiệt cùng axit làm tan rã các hạt mẫu đồng thời do khuếch tán, đối lưu, chuyển động nhiệt và va chạm của các hạt mẫu với nhau làm chúng bị bào mòn dần, các tác nhân này tấn công và bào mòn dần các hạt mẫu từ bên ngoài vào, làm cho các hạt mẫu bị mòn dần và tan hết. Ngoài ra, trong lò vi sóng còn có sự phá vỡ từ trong lòng hạt mẫu do các phân tử nước hấp thụ (> 90%) năng lượng vi sóng và do có động năng lớn nên chúng chuyển động nhiệt rất mạnh, làm căng và xé các hạt mẫu từ trong ra. Hơn nữa, do xử lý mẫu trong hệ kín nên áp suất cao sẽ làm nhiệt độ sôi cao hơn, đây là tác nhân phân huỷ mạnh nhất do vậy thúc đẩy quá trình phân huỷ mẫu từ bên trong ra và từ ngoài vào. Do đó, xử lý mẫu trong lò vi sóng chỉ cần thời gian rất ngắn 50 đến 90 phút và rất triệt để. 1.5.2. Một số phương pháp xử lý mẫu động vật nhuyễn thể xác định hàm lượng kim loại nặng Lê Thị Mùi đã vô cơ hóa mẫu động vật nhuyễn thể theo phương pháp khô- ướt kết hợp sử dụng hóa chất là HClO4 đặc, HNO3đ và H2O2 để xác định Cu và Pb bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan xung vi phân cho kết quả hàm lượng các kim loại là 1,13 - 2,12 μg/g đối với Cu và 7,15-16,25 μg/g đối với Pb.[12 ] Mohamed Maanan [43] đã phá mẫu động vật thân mềm vùng biển bằng HNO3đ để xác định hàm lượng các kim loại nặng. Sau đó sử dụng phương pháp AAS cho kết quả hàm lượng các kim loại như sau: 7,2 mg.kg−1 với Cd, 26,8 mg.kg−1 với Cu, 8,0 mg.g−1 với Cr, 292 mg.kg−1 với Zn, 20,8 mg.kg−1 với Mn và 32,8 mg.kg−1 với Ni. Tác giả Locatelli [36] đã dùng hỗn hợp H2SO4 và HNO3 phân hủy mẫu trai, ốc, cá để xác định các vết kim loại thông thường. Để xác định Hg bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử hóa hơi lạnh (CV – AAS) hỗn hợp H2SO4 và K2Cr2O7 được sử dụng. Quy trình tỏ ra đơn giản, an toàn , mẫu phân hủy tốt Tác giả M. Lucila Lares, Gilberto Flores-Munozb, Ruben Lara-Lara [41] đã nghiên cứu đánh giá những biến đổi theo thời gian về hàm lượng Cd, Al, Hg, Zn, Mn theo các tháng trong trai và trong rong biển được nghiên cứu tại khu bờ đá tại Vịnh San Quintin, Baja Califonia,Mexico. Kết quả cho thấy mối liên quan giữa điều kiện thời tiết, thuỷ văn và các bộ phận trong cơ thể con trai bằng cách phân tích tương quan và phương pháp phân tích thành phần chính (PCA).Tác giả đã đưa ra phương pháp xử lý mẫu như sau: Mẫu trai được xử lý sạch và rửa bằng nước cất sau đó cho vào cốc sạch sấy ở 700C đến khối lượng không đổi. Sau đó cân khoảng 1g mẫu khô thêm lượng HNO3 xác định để phân huỷ mẫu sau đó cho thêm H2O2 để phá huỷ hoàn toàn lượng lipit khó tan. Đối với phá mẫu xác định thuỷ ngân sau khi phá mẫu bằng hỗn hợp HNO3 và H2SO4 tỉ lệ 2:1 cho thêm hỗn hợp KMnO4 , H2O2. Các tác giả Jose´ Usero, Jose´ Morillo , Ignacio Gracia mẫu trai sau khi lấy về được ngâm 24h. Các bộ phận cơ thể khác nhau của 30 mẫu độc lập lấy tại các khu vực và các loại khác nhau được tách bằng dao plastic, sau đó chúng được làm đông khô và đồng nhất mẫu đến mịn bằng cối trước khi đem phân tích. Mẫu được phân huỷ trong lò vi sóng dùng axit HNO3 cùng với tác dụng của áp suất và nhiệt độ, mẫu được phân huỷ hoàn toàn [34] Để phân hủy mẫu động vật nhuyễn thể, tác giải Sari Arias [22] thêm 2 ml HNO3 và 0,5 ml H2O2 vào 1 g mẫu khô rồi tiến hành phân hủy mẫu trong lò vi sóng. 1.5.3. Một số phương pháp xử lý mẫu đất, trầm tích xác định hàm lượng kim loại nặng Hoàng Thị Thanh Thủy, Nguyễn Như Hà Vy, Từ Cẩm Loan đã phá mẫu trầm tích bằng HClđ và HNO3đđ theo tỷ lệ thể tích là 3:1 trong bình cầu và đun nóng trong vòng 2h ở nhiệt độ 80o C( trước đó ngâm hóa chất trong vòng 10-12h) để xác định các kim loại nặng trong trầm tích sông, rạch tại thành phố Hồ Chí Minh. Hàm lượng tổng các kim loại được đo bằng máy hấp thụ nguyên tử ngọn lửa AAS.[ 18] Các tác giả M. Bettinelli, G. M. Beone, S. Speziaa và C. Baffi đã sử dụng hỗn hợp dung dịch gồm HF: HCl: HNO3 theo tỷ lệ thể tích 1: 3: 1 xử lý mẫu đất và trầm tích để xác định hàm lượng tổng các ion kim loại (Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb và Zn) trong các mẫu đó bằng kỹ thuật ICP-MS. [39]. Các tác giả Mustafa Soylaka, Sibel Saracoglub, Umit Divriklic và Latif Elci đã sử dụng hỗn hợp nước cường thủy( 12 ml HCl đđ và 4 ml HNO3 đđ) và đun nóng đến 95oC, đồng thời tác giả cũng sử dụng phương pháp đồng kết tủa với erbi hydroxit 0,05 M trong NaOH để xác định lượng vết Cu, Mn, Co, Cr, Fe, Pb trong mẫu trầm tích, kết quả cho thấy hiệu suất phá mẫu đạt 95 %. [38] Xiaodan Wang, Genwei Cheng, Xianghao Zhong và Mai – Heli đã sử dụng các axit H2SO4, HNO3 và HF để xử lý mẫu đất, xác định tổng hàm lượng các kim loại B, Mo, Zn, Cu, Se, Cd, Pb, Cr, Ni, Hg và As trong các mẫu đất rừng lấy tại vùng núi cao phía đông Tibetan Plateu của Trung Quốc. Kết quả cho thấy có sự tương quan giữa các tính chất của đất và tổng hàm lượng các kim loại. [52] Yanhong Wu, Xinhua Hou, Xiaoying Cheng, Shuchun Yao, Weilan Xia, Sumin Wang đã sử dụng hỗn hợp các axit HNO3, HF và HClO4 để xử lý mẫu trầm tích tại các vùng hồ Dongjiu, Taihu của Trung Quốc để đánh giá mức độ ô nhiễm các kim loại Al, Ba, Be, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Li, K, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, Sr, Ti, V và Zn. [53] Tessieretal đã nghiên cứu và phát triển quy trình chiết rút các dạng liên kết của kim loại trong mẫu đất và trầm tích, đồng thời cũng đưa ra phương pháp xác định hàm lượng tổng tất cả các dạng của kim loại. Tác giả đã sử dụng các axit mạnh như HF, H2O2, HNO3, HClO4 để xử lý mẫu và thu được kết quả tốt.[51] 1.5.4. Một số phương pháp xử lý mẫu thực vật xác định hàm lượng kim loại nặng Đồng Minh Hậu, Hoàng Thị Thanh Thủy, Đào Phú Quốc đã phá mẫu thực vật để nghiên cứu khả năng hấp thu kim loại nặng trong bùn nạo vét kênh Tân Hóa- Lò Gốm để xác định Cr,Cu, Zn bằng HCl đậm đặc và HNO3 đậm đặc theo tỷ lệ thể tích là 3:1. Mẫu được xác định bằng phương pháp quang phổ hấp thụ ngọn lửa AAS ở những bước sóng hấp thụ tối ưu cho từng nguyên tố[5]. M.G.M Alam, E.T.Snow, A Tanaka đã phá mẫu các loại rau như bí ngô, khoai môn, đu đủ để xác định các kim loại nặng trong mẫu được trồng ở làng Samta, Bangladesh bằng HNO3 và HF. Mẫu sau khi phân huỷ được xác định bằng phương pháp ICP-MS thu được các kết quả về nồng độ trung bình các kim loại nặng (μg/g) là:As (0,17);Cd (0,023); Cr (0,07); Cu (3,5); Co (0,02); Fe (12,7); Mn (34,70; Pb (4,5); Zn (25,2) .[ 37] Các tác giả F.Queirolo, S.Stegen, M.Restovic, M.Paz, P.Ostapczuk, M.J.Schwuger, L.Munoz đã dùng HNO3 đặc và HClO4 đặc theo tỷ lệ về thể tích là 4:1 để phá các mẫu lương thực như ngô, khoai tây, hành, đậu để xác định Pb, Cd. Mẫu sau khi phá được xác định bằng phương pháp ICP-MS thu được nồng độ của Cd từ 0,56 -3,9 ng/g và của Pb là từ 0,6-25,4 ng/g.[ 31] CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1. Đối tượng, nội dung, phương pháp nghiên cứu Tại các làng nghề tái chế rác thải như khu vực Triều Khúc – Hà Nội, nước thải của quá trình tái chế được thải trực tiếp xuống các ao, hồ, ruộng xung quanh đó. Do đó đối tượng nghiên cứu để đánh giá ô nhiễm môi trường được lựa chọn là các sinh vật tích tụ như trai, ốc, hến sống tại các ao, hồ, ruộng bị ô nhiễm, các mẫu thực vật, các mẫu trầm tích (bùn đáy ao) sâu 30 cm và mẫu nước ngay tại ao, hồ để đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng và khả năng lan truyền ô nhiễm từ nước, trầm tích vào động vật, thực vật thủy sinh. Nội dung và phương pháp nghiên cứu bao gồm: - Nghiên cứu các quy trình xử lý mẫu động vật nhuyễn thể (ốc bươu vàng), trầm tích (bùn đáy ao), thực vật của các ao, hồ khu vực Triều Khúc, đánh giá các quy trình xử lý mẫu để tìm ra quy trình xử lý mẫu tốt nhất đối từng loại mẫu. - Phân tích xác định tổng hàm lượng kim loại nặng trong các mẫu ốc,thực vật, bùn ao và mẫu nước bằng phương pháp phân tích ICP – MS trên cơ sở tối ưu hóa các điều kiện đo và đánh giá phương pháp phân tích. - Phân tích mẫu thực tế lấy tại các ao hồ thuộc khu vực thu gom và tái chế rác thải điện tử thuộc khu vực Triều Khúc để đánh giá mức độ ô nhiễm, sau đó sử dụng phương pháp phân tích thống kê đa biến đánh giá nguồn gốc và mối tương quan về mức độ tích tụ kim loại nặng trong động, thực vật thủy sinh tại khu vực này. 2.2. Hóa chất và dụng cụ - Hóa chất được sử dụng là các loại hóa chất siêu tinh khiết của Merck như: HNO3, HClO4, H2O2, H2SO4, HF…dung dịch chuẩn đa nguyên tố dùng cho phân tích ICP-MS. - Dụng cụ thí nghiệm: bình Kendal dung tích 100 ml, cốc Teflon 50 ml, bình định mức các loại 100ml, 50ml, 25ml, cốc 50ml, phễu lọc, pipet các loại, bếp điện, giấy lọc… - Thiết bị: máy đo ICP-MS (ELAN 9000) và các thiết bị phụ . Hệ thống phân tích ICP-MS điển hình có dạng như hình 6. Hình 7 là hình ảnh thiết bị phân tích ICP-MS được sử dụng để phân tích mẫu tại khoa Hoá- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc Gia Hà Nội. Hình 6: Sơ đồ khối về nguyên tắc cấu tạo của hệ ICP- MS 1. Hệ bơm dẫn mẫu vào buồng tạo sol khí. 2. Bộ tạo sol khí mẫu. 3. Đèn nguyên tử hóa mẫu. 4. Bộ khử đầu ngọn lửa ICP. 5. Hệ thấu kính ion. 6. Hệ phân giải phổ khối. 7. Trường tứ cực và bộ lọc ion. 8. Detector. 9. Hệ điện tử. 10. Bơm chân không. 11. Bơm chân không loại tubor phân tử. 12. Hệ buồng chân không của máy. 13. Bộ phận cấp khí Ar. Hình 7: Hình ảnh máy ICP – MS (ELAN 9000) 2.3. Lấy mẫu, xử lý mẫu, bảo quản mẫu 2.3.1. Lấy mẫu * Vị trí lấy mẫu: Các mẫu ốc, trầm tích, thực vật và mẫu nước được lấy ở các ao, hồ thuộc khu vực Triều Khúc-Thanh Trì – Hà Nội. Trên khu vực này, hầu hết các hộ gia đình đều thu gom và tái chế phế liệu. Phế liệu từ các nơi được nhập về, chất thành đống trên nền gạch hoặc nền đất xung quanh nơi cư trú và được phân loại, rửa sạch, nghiền nhỏ, phơi khô rồi xuất đi các cơ sở tái chế nhựa. Một số hộ gia đình trực tiếp nấu nhựa, tạo các hạt nhựa cung cấp cho các cơ sở sản xuất nhựa. Nước thải của quá trình tái chế trên được các hộ gia đình này thải ra các mương nước, ao, hồ, đồng ruộng xung quanh khu vực, làm cho môi trường khu vực này ô nhiễm. Các mẫu thuộc các đối tượng khác nhau nhưng được lấy tại cùng một vị trí để đánh giá đúng tình trạng môi trường khu vực động vật nhuyễn thể đang sống. Mỗi mẫu sau khi lấy đều được ghi kèm các thông tin về vị trí lấy mẫu và loại mẫu đồng thời thu thập thêm thông tin, hồ sơ về bãi tập kết và thu gom rác thải điện tử. - Mẫu ốc được lấy theo hai mùa là mùa khô và mùa mưa Mùa khô (ngày 11 tháng 3 năm 2009) Địa điểm lấy mẫu và ký hiệu mẫu được ghi lại như bảng 2 Bảng 2: Vị trí lấy mẫu và ký hiệu mẫu ốc mùa khô Vị trí lấy mẫu Ngày / giờ lấy mẫu Ký hiệu mẫu Xóm Chùa Mẫu được lấy tại mương nước thải, cách bãi tập kết rác thải 20 m 9h ngày 11/3/2009 Ốc 1 Xóm Án Mẫu được lấy tại đầm để hoang, có nước sát bề mặt đầm cách vị trí bãi tập kết rác thải 10 m 9h25’ ngày 11/3/2009 Ốc 2 Xóm Lẻ Mẫu được lấy tại đầm trồng rau muống, cách vị trí bãi tập kết rác thải 30 m 10h13’ ngày 11/3/2009 Ốc 3 Xóm Cầu-vị trí 1 Tại ao cạnh sân bóng Triều Khúc, cách vị trí bãi tâp kết rác thải điện tử 5 m, nước thải quá trình tái chế được thải trực tiếp xuống ao 10h 42’ngày 11/3/2009 Ốc 4 Xóm Cầu –vị trí 2 Tại mương nước thải cách vị trí bãi tập kết rác 35 m. 11h 25’ngày 11/3/2009 Ốc 5 Mùa mưa ( Ngày 20 tháng 7 năm 2009) Địa điểm lấy mẫu và ký hiệu mẫu được ghi lại như bảng 3 Bảng 3: Vị trí lấy mẫu và ký hiệu mẫu ốc mùa mưa Vị trí lấy mẫu Ngày / giờ lấy mẫu Ký hiệu mẫu Xóm Án- vị trí 1 Mẫu được lấy tại đầm để hoang, có nước sát bề mặt đầm ngay cạnh vị trí bãi tập kết rác thải 8h15’ ngày 20/7/2009 Ốc 6 Xóm Án- vị trí 2 Mẫu được lấy tại đầm để hoang, có nước sát bề mặt đầm cách vị trí bãi tập kết rác thải 5 m 8h20’ ngày 20/7/2009 Ốc 7 Xóm Án- vị trí 3 Mẫu được lấy tại đầm để hoang, có nước sát bề mặt đầm cách vị trí bãi tập kết rác thải 10 m 8h 20’ ngày 20/7/2009 Ốc 8 Xóm Lẻ- vị trí 1 Mẫu được lấy tại đầm trồng rau muống, cách vị trí bãi tập kết rác thải 30 m 8h30’ ngày 20/7/2009 Ốc 9 Xóm Lẻ -vị trí 2 Mẫu được lấy tại đầm trồng rau muống, cách vị trí bãi tập kết rác thải 20 m 8h30’ ngày 20/7/2009 Ốc 10 Xóm Lẻ -vị trí 3 Mẫu được lấy tại đầm trồng rau muống, cách vị trí bãi tập kết rác thải 10 m 8h40’ ngày 20/7/2009 Ốc 11 Xóm Đình: Mẫu được lấy tại ao Đình 9h 00’ngày 20/7/2009 Ốc 12 Xóm Cầu-vị trí 1 Tại ao cạnh sân bóng Triều Khúc, cách vị trí bãi tâp kết rác thải điện tử 5 m, nước thải quá trình tái chế được thải trực tiếp xuống ao 9h 15’ngày 20/7/2009 Ốc 13 Xóm Cầu –vị trí 2 Tại mương nước thải cách vị trí bãi tập kết rác 2 m 9h 20’ngày 20/7/2009 Ốc 14 Ruộng lúa-vị trí 1 Cách vị trí tập kết rác thải 20 m 9h 30’ngày 20/7/2009 Ốc 15 Ruộng lúa-vị trí 2 Cách vị trí tập kết rác thải 30 m 9h 45’ngày 20/7/2009 Ốc 16 Ruộng lúa-vị trí 3 Cách vị trí tập kết rác thải 40 m 9h 50’ngày 20/7/2009 Ốc 17 Ruộng lúa-vị trí 4 Cách vị trí tập kết rác thải 50 m 10h 15’ngày 20/7/2009 Ốc 18 Mương nước thải Mương chứa nước thải của cả thôn Triều Khúc 10h 30’ngày 20/7/2009 Ốc 19 Mẫu ốc bươu Được mua tại chợ Mai Lĩnh có nguồn gốc tại Chương Mỹ-Hà Nội 9h00’ ngày 21/7/2009 Ốc 20 Hình 8: Bản đồ khu vực lấy mẫu -Mẫu trầm tích (bùn đáy): được lấy vào mùa khô ( ngày 12 tháng 3 năm 2009) và được lấy cùng vị trí với mẫu ốc Địa điểm lấy mẫu và ký hiệu mẫu được ghi lại như bảng 4 Bảng 4: Vị trí lấy mẫu và ký hiệu mẫu trầm tích Vị trí lấy mẫu Ngày / giờ lấy mẫu Ký hiệu mẫu Xóm Chùa Mẫu được lấy tại mương nước thải, cách bãi tập kết rác thải 20 m 13h ngày 12/3/2009 Đ 1 Xóm Án Mẫu được lấy tại đầm để hoang, có nước sát bề mặt đầm cách vị trí bãi tập kết rác thải 10 m 13h 25’ ngày 12/3/2009 Đ 2 Xóm Lẻ Mẫu được lấy tại đầm trồng rau muống, cách vị trí bãi tập kết rác thải 30 m 13h45’ ngày 12/3/2009 Đ 3 Xóm Cầu-vị trí 1 Tại ao cạnh sân bóng Triều Khúc, cách vị trí bãi tâp kết rác thải điện tử 5 m, nước thải quá trình tái chế được thải trực tiếp xuống ao 14h 00’ngày 12/3/2009 Đ 4 Xóm Cầu –vị trí 2 Tại mương nước thải cách vị trí bãi tập kết rác 35 m. 14h 30’ngày 12/3/2009 Đ 5 -Mẫu thực vật (là loài rau rệu sống trên mặt nước tại các ao , hồ, ruộng cùng nơi với mẫu động vật) được lấy vào mùa mưa (ngày 22 tháng 7 năm 2009) và được lấy cùng vị trí với mẫu ốc Địa điểm lấy mẫu và ký hiệu mẫu được ghi lại như bảng 5 Bảng 5: Vị trí lấy mẫu và ký hiệu mẫu thực vật Vị trí lấy mẫu Ngày / giờ lấy mẫu Ký hiệu mẫu Xóm Chùa Mẫu được lấy tại mương nước thải, cách bãi tập kết rác thải 20 m 9h ngày 22/7/2009 TV 1 Xóm Án Mẫu được lấy tại đầm để hoang, có nước sát bề mặt đầm cách vị trí bãi tập kết rác thải 10 m 9h30’ ngày 22/7/2009 TV 2 Xóm Lẻ Mẫu được lấy tại đầm trồng rau muống, cách vị trí bãi tập kết rác thải 30 m 10h15’ ngày 22/7/2009 TV 3 Xóm Cầu-vị trí 1 Tại ao cạnh sân bóng Triều Khúc, cách vị trí bãi tâp kết rác thải điện tử 5 m, nước thải quá trình tái chế được thải trực tiếp xuống ao 10h 45’ngày 22/7/2009 TV 4 Xóm Đình Tại mương nước thải cách vị trí bãi tập kết rác 35 m. 11h 15’ngày 22/7/2009 TV 5 -Mẫu nước: được lấy vào mùa khô( ngày 20 tháng 3 năm 2009) được lấy cùng vị trí với mẫu ốc Địa điểm lấy mẫu và ký hiệu mẫu được ghi lại như bảng 6 Bảng6: Vị trí lấy mẫu và ký hiệu mẫu nước Vị trí lấy mẫu Ngày / giờ lấy mẫu Ký hiệu mẫu Xóm Chùa Mẫu được lấy tại mương nước thải, cách bãi tập kết rác thải 20 m 9h ngày 20/3/2009 N 1 Xóm Án Mẫu được lấy tại đầm để hoang, có nước sát bề mặt đầm cách vị trí bãi tập kết rác thải 10 m 9h30’ ngày 20/3/2009 N 2 Xóm Lẻ Mẫu được lấy tại đầm trồng rau muống, cách vị trí bãi tập kết rác thải 30 m 10h15’ ngày 20/3/2009 N 3 Xóm Cầu-vị trí 1 Tại ao cạnh sân bóng Triều Khúc, cách vị trí bãi tâp kết rác thải điện tử 5 m, nước thải quá trình tái chế được thải trực tiếp xuống ao 10h 45’ngày 20/3/2009 N 4 2.3.2. Xử lý mẫu sơ bộ và bảo quản mẫu * Mẫu động vật nhuyễn thể: Ốc bươu vàng sống trong các ao, đầm, mương nước thải gần khu tập kết rác thải điện tử và tái chế rác thải, sau khi lấy được rửa sạch lớp vỏ bên ngoài bằng nước sạch tại chính nơi lấy mẫu để loại bỏ bùn, các chất bẩn khác bám trên vỏ của chúng. Sau đó chuyển ốc vào hộp đựng chứa đầy nước tại khu vực lấy mẫu và chuyển về phòng thí nghiệm, giữ ốc sống trong nước để chúng nhả gần hết các chất bẩn. Trước khi mổ ốc lấy thịt bên trong cần phải rửa kỹ lớp vỏ bên ngoài bằng nước sạch để loại bỏ hết bùn, rêu, tảo hay các chất bẩn khác bám trên vỏ của chúng. Sau khi mổ lấy phần thân mềm của ốc, rửa sạch phần mô mền thu được bằng nước cất 2 lần, thấm khô bằng giấy lọc sạch. Sau đó đồng nhất mẫu bằng máy xay. Lưỡi dao và các bộ phận khác của máy xay phải được vệ sinh kỹ, tráng rửa bằng axit HNO3 loãng trước và sau khi xử lý mỗi mẫu. Cuối cùng tiến hành sấy khô mẫu ở 60 0C và xác định hệ số mẫu khô / tươi theo công thức sau: Ở đây : dw % là hệ số mẫu khô / tươi ( g/100g ) tính theo phần trăm sdw là lượng cân khô của mẫu ( g ) sww là lượng cân tươi của mẫu ( g ) Các số liệu thực nghiệm cho thấy hệ số khô/tươi của mẫu ốc là: 19,87%. * Đối với mẫu thực vật: Mẫu rau rệu sống trên mặt nước tại các ao , hồ, ruộng cùng nơi với mẫu động vật nhuyễn thể sau khi lấy được rửa sạch bùn đất bám vào bằng chính nước tại khu vực lấy mẫu, sau đó chuyển mẫu vào túi nhựa có gắn mép để bảo quản. Mẫu lấy về lại được rửa sạch bằng nước cất hai lần, cắt nhỏ, sấy khô ở 70oC đến khối lượng không đổi, đồng nhất mẫu rồi chuyển vào túi nhựa có gắn kín, để trong bình hút ẩm. * Đối với mẫu trầm tích: Mẫu trầm tích được lấy là mẫu bùn đáy ao. Khi lấy bùn lên khỏi mặt nước, chỉ lấy phần bùn ở giữa chuyển vào túi nhựa có gắn mép để bảo quản, lượng mẫu được lấy tại mỗi địa điểm tối thiểu là 0,5 kg. Mẫu lấy về được sấy khô ở 1000C đến khối lượng không đổi, rây qua rây kích thước 2 mm, đồng nhất mẫu và chuyển vào túi nhựa có gắn kín, để trong bình hút ẩm. * Đối với mẫu nước: Mẫu nước lấy ở độ sâu 20 cm dưới bề mặt, sau khi chuyển vào bình đựng, mẫu được axit hóa ngay bằng axit HNO3 1:1 (khoảng 3 ml HNO3 1:1 cho 1 lit mẫu nước). Nếu phân tích Hg mẫu được chứa trong chai thuỷ tinh borosilicat còn nếu phân tích asen mẫu phải được đựng trong chai nhựa (chai đựng mẫu đã được rửa sạch, tráng axit). Mẫu sau khi được xử lý như trên có thể bảo quản 1 tháng. Ngay sau khi chuyển từ hiện trường về phòng thí nghiệm, mẫu nước được bảo quản mát trong tủ lạnh có nhiệt độ ~ 4˚C. Kiểm tra lại pH của các mẫu nước. Nếu các mẫu nước có pH > 2, cần thêm ngay axit để có pH < 2. Đối với mẫu phân tích Hg cần axit hóa bằng HNO3 đặc còn mẫu phân tích asen cần axit hóa bằng HCl đặc. 2.4. Phương pháp xử lý mẫu động vật nhuyễn thể. Có 2 phương pháp xử lý mẫu ướt cơ bản hiện nay là xử lý mẫu trong hệ hở và xử lý mẫu hệ kín (lò vi sóng). Do thiếu thiết bị xử lý mẫu trong lò vi sóng, nên trong luận văn tốt nghiệp này chúng tôi chủ yếu nghiên cứu một số quy trình xử lý mẫu trong hệ hở theo các tài liệu tham khảo khác nhau để đánh gía hiệu suất thu hồi của phương pháp. Quy trình 1: [21] Cân 0,5g mẫu ốc đã xay mịn, sấy khô trên cân phân tích có độ chính xác ±0,0001g chuyển vào bình Kendal 250 ml có cắm phễu lọc nhỏ. Thêm 5 ml axit HNO3 đặc đun nóng tới 70 – 90 oC tới khi mẫu tan hết thành dung dịch có màu vàng. Tăng dần nhiệt độ tới 135 oC rồi nhỏ từng giọt H2O2 vào để oxy hóa mẫu. Sau đó để nguội mẫu chuyển ra cốc cô cạn đến muối ẩm, hòa tan muối ẩm, lọc bỏ cặn silicat, định mức thành 50 ml dung dịch bằng dung dịch HNO3 2%. Quy trình 2: [29] Cân 0,5g mẫu ốc đã xay mịn, sấy khô trên cân phân tích có độ chính xác ±0,0001g chuyển vào bình Kendal 250 ml có cắm phễu lọc nhỏ. Thêm 5 ml axit HNO3 đặc đun cách cát (nhiệt độ khoảng 200 oC ) trong 3h, để nguội thêm 2 ml H2O2 đặc và 1 ml HClO4 1:1 đun tiếp đến khi mẫu tan hết được dung dịch có màu vàng. Sau đó thêm từng lượng nhỏ H2O2 để loại bỏ bớt axit dư và đuổi khí NO2 được dung dịch trong suốt. Cuối cùng cô cạn đến muối ẩm, hòa tan muối ẩm, lọc bỏ cặn silicat, đem định mức thành 50 ml dung dịch mẫu bằng dung dịch HNO3 2%. Quy trình 3:[ 35] Cân 0,5g mẫu ốc đã xay mịn, sấy khô trên cân phân tích có độ chính xác ±0,0001g chuyển vào bình Kendal 250 ml có cắm phễu lọc nhỏ. Thêm 3 ml axit HNO3 đặc đun ở 95 oC trong 1h, để nguội thêm 1 ml axit H2SO4 đặc đun ở nhiệt độ 140 oC trong 30 phút. Sau đó để nguội, thêm tiếp 2 ml HNO3 đặc đun ở nhiệt độ 200 oC cho tới khi mẫu tan hết. Thêm 3 ml H2O2 đun tiếp ở 200 oC đuổi hết khói mầu nâu (NO2), để nguội thêm 10 ml H2O, 1 ml H2O2 đun ở nhiệt độ 240 oC cho tới khi khói trắng xuất hiện, để nguội đem lọc bỏ cặn silicat, định mức thành 50ml dung dịch mẫu bằng axit HNO3 2 %. 2.5. Xử lý mẫu trầm tích Qui trình phá mẫu hệ hở được tiến hành theo Tessieretal [31]: Xử lý mẫu đất, trầm tích để xác định hàm lượng tổng các kim loại được tiến hành theo quy trình sau: Cân khoảng 0,2 gam mẫu trên cân phân tích có độ chính xác ± 0,0001 gam đã được xử lý sơ bộ vào cốc teflon dung tích 50 ml. Thêm 4 ml HNO3 đặc, 6 giọt H2O2 đặc đun ở 900C trong vòng 3 giờ. Để nguội cốc, sau đó thêm 3ml HF đặc, đun trong 1 giờ. Thêm tiếp 1ml HClO4 1:1 đun tiếp trong 1 giờ, đến khi khói trắng bay ra. Để nguội, lọc rửa phần cặn không tan rồi thu dịch lọc vào bình định mức 50 ml, thêm 0,75 ml HNO3 đặc và định mức đến vạch bằng nước cất 2 lần. 2.6. Xử lý mẫu thực vật Cân 0,2g mẫu thực vật đã nghiền nhỏ, sấy khô trên cân phân tích có độ chính xác ±0,0001g chuyển vào bình Kendal 250 ml có cắm phễu lọc nhỏ. Thêm 3 ml axit HNO3 đặc đun ở 95 oC trong 1h, để nguội thêm 1 ml axit H2SO4 đặc đun ở nhiệt độ 140 oC trong 30 phút. Sau đó để nguội thêm tiếp 2 ml HNO3 đặc đun ở nhiệt độ 200 oC cho tới khi mẫu tan hết. Thêm 3 ml H2O2 đun tiếp ở 200 oC đuổi hết khói mầu nâu (NO2), để nguội, thêm 10 ml H2O, 1 ml H2O2 đun ở nhiệt độ 240 oC cho tới khi khói trắng xuất hiện, để nguội, lọc bỏ cặn silicat, định mức thành 50ml dung dịch mẫu bằng axit HNO3 2%. [ 35] 2.7. Xử lý thống kê số liệu phân tích [16] 2.7.1 Phân tích thành phần chính (PCA) Phân tích thành phần (cấu tử) chính là công cụ hữu hiệu cho phép giảm số biến trong tập số liệu nhằm đạt được biểu diễn hai chiều từ tập số liệu đa chiều bằng cách tìm ra giá trị phương sai lớn nhất với số thành phần chính (PC) hay các biến ảo ít nhất. Nói cách khác PCA là thuật toán đa biến dựa trên việc quay các trục số liệu chứa các biến tối ưu. Khi đó, một tập hợp các biến liên quan với nhau được chuyển thành tập hợp các biến không liên quan và được sắp xếp theo thứ tự giảm độ biến thiên hay phương sai. Những biến không liên quan này là sự kết hợp tuyến tính các biến ban đầu. Dựa trên phương sai do mỗi biến mới gây ra có thể loại bỏ bớt các biến phía cuối dãy mà chỉ mất ít nhất thông tin về các số liệu thực ban đầu. Bằng cách này sẽ giảm được kích thước của tập số liệu trong khi vẫn có thể giữ nguyên thông tin. Trong thuật toán PCA, có thể có nhiều PC vì có nhiều biến trong tập số liệu. Số PC tối đa bằng số biến. Việc dùng PCA có thể tóm lược được cấu trúc đồng phương sai với tập số liệu có kích thước nhỏ hơn, mà không làm mất đi ý nghĩa của tập số liệu ban đầu. Có thể sử dụng tập số liệu mới này trong tính toán để thay thế cho tập số cũ. PCA được ứng dụng chủ yếu trong việc giảm kích thước tập số liệu, từ biểu diễn n chiều trong không gian thành biểu diễn hai hoặc 3 chiều với số biến có ảnh hưởng chính đến tập số liệu. PCA loại bỏ sự đa cộng tính giữa các biến trong việc xây dựng phương trình hồi qui biểu diễn sự phụ thuộc của tín hiệu phân tích vào các biến là nồng độ các thành phầntrong hệ. Phương pháp này có tên gọi là hồi qui thành phần chính. Từ tập số liệu với n biến ban đầu có liên quan mật thiết với nhau, sau khi giảm thành p biến không liên quan thì trị riêng của chúng có thể sử dụng làm số liệu đầu vào của phương pháp hồi qui kết hợp với mạng noron nhân tạo giải bài toán phân tích đồng thời các thành phần trong hệ có tương tác không cộng tính. Nếu xem các số liệu phân tích trong tập số liệu là kết quả phân tích lặp lại thì PCA cho phép tìm được sai số thô trong số các kết quả phân tích. Tuy nhiên PCA đơn thuần là phương pháp toán học nên các kết quả thu được bị ảnh hưởng rất lớn bởi tập số liệu ban đầu, vì vậy cần kết hợp với những kiến thức chuyên ngành khác nếu không sẽ dẫn đến những giải nghĩa sai lệch. 2.7.2 Phân tích nhóm (CA) Phân tích nhóm là kỹ thuật phân tích đa biến nhằm phân loại những số liệu có đặc tính giống nhau thành các nhóm hay còn gọi là các cụm. Hai loại phân tích nhóm thường được sử dụng là: phân tích nhóm theo bậc và phân tích nhóm k – trung bình. Phân tích nhóm theo bậc là cách để tìm ra các nhóm trong tập số liệu bằng cách tạo ra cây phân nhóm. Cây phân nhóm gồm nhiều bậc trong đó nhóm ở một mức được nối với với nhóm bên cạch ở mức cao hơn. Điều đó cho phép quyết định mức hoặc thang chia nào của nhóm là phù hợp hơn. Nhóm theo bậc nhằm tìm ra các nhóm trong tập số liệu bằng cách tạo ra cây phân nhóm. Theo phương pháp này, tập số liệu lớn được chia thành các tập số liệu nhỏ hơn nữa cho đến khi mỗi tập số liệu nhỏ chỉ còn một phần tử. Cây phân nhóm gồm nhiều bậc trong đó nhóm ở một mức được nối với với nhóm bên cạch ở mức cao hơn. Điều đó cho phép quyết định mức hoặc thang chia nào của nhóm là phù hợp hơn. Nhóm theo k - trung bình: các phần tử trong tập số liệu được tách vào k nhóm, các phần tử cùng nhóm được kết hợp với nhau và các nhóm khác nhau được tách ra khỏi nhau. 2.7.3. Phần mềm máy tính Các số liệu phân tích lặp lại, phân tích hồi qui, xử lý thống kê đa biến (multivariate analysis), hoặc đồ thị biểu diễn qui luật phân bố các đại lượng được xử lý bằng phần mềm MINITAB 15. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Tối ưu hoá điều kiện phân tích bằng ICP-MS 3.1.1. Chọn đồng vị phân tích Trong tự nhiên, các nguyên tố hóa học thường có một số đồng vị. Trong phép phân tích ICP-MS người ta thường chọn đồng vị dựa trên ba tiêu chí: + Phải là một trong những đồng vị phổ biến nhất trong tự nhiên + Ảnh hưởng bởi sự chèn khối phải không có hoặc bé nhất + Sự hiệu chỉnh ảnh hưởng của các mảnh ion oxít phải đơn giản và càng ít bước càng tốt. Tuỳ theo sự phức tạp của nền mẫu mà có thể chọn các đồng vị phân tích khác nhau. Tuy nhiên, hầu hết các tác giả đều thống nhất trong việc lựa chọn số khối phân tích như trong bảng dưới đây (bảng 7), chúng tôi cũng chọn các số khối phân tích này. Bảng 7: Tỷ số khối lượng/điện tích (M/Z) của các kim loại cần phân tích STT Nguyên tố Ký hiệu M/Z STT Nguyên tố Ký hiệu M/Z 1 Crôm Cr 52 7 Kẽm Zn 66 2 Mangan Mn 55 8 Cadmi Cd 111 3 Sắt Fe 57 9 Chì Pb 208 4 Coban Co 59 10 Asen As 75 5 Niken Ni 60 11 Thủy ngân Hg 202 6 Đồng Cu 63 Khi phân tích, máy chỉ thu tín hiệu của các đồng vị đã chọn theo nguyên tắc phân giải khối bằng bộ phân chia tứ cực. 3.1.2. Độ sâu mẫu (Sample Depth - SDe): SDe là khoảng cách giữa đỉnh cone giao diện đến bên phải vòng dây tạo plasma (hình 9). Hình 9: Độ sâu mẫu của máy ICP - MS SDe có ảnh hưởng đến nhiều đại lượng trong đó có cường độ vạch phổ. Khi tăng giá trị SDe cường độ vạch phổ giảm dần. Kết quả cho thấy khi công suất cao tần RF lớn từ 1200W trở lên thì cường độ vạch phổ giảm nhanh hơn. Trong phép phân tích chúng tôi chọn độ sâu mẫu là 3 mm. 3.1.3. Công suất cao tần (Radio Frequency Power - RFP): RFP là công suất điện tần số radio cung cấp cho cuộn dây tạo plasma. Công suất càng lớn nhiệt độ ngọn lửa plasma càng lớn và ngược lại. Khi tăng dần công suất RF cường độ vạch phổ tăng dần nhưng đến một giá trị RFP nào đó cường độ vạch phổ lại giảm và sau đó không thay đổi. Trong phép phân tích chúng tôi chọn cường độ cao tần là 1000 W. 3.1.4. Lưu lượng khí mang (Carier Gas Flow Rate - CGFR): CRFG có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhạy của phương pháp ICP-MS. CGFR lớn lượng mẫu được đưa vào vùng plasma lớn và ngược lại. Điều này dẫn đến tỷ lệ tín hiệu trên một đơn vị nồng độ tăng hoặc giảm, dẫn đến ảnh hưởng độ nhạy của phép phân tích. Tuy nhiên không phải khi tăng CGFR là cường độ vạch phổ tăng, hoặc khi giảm CGFR là cường độ vạch phổ giảm. Sự tăng hay giảm chỉ nằm trong một phạm vi nhất định và còn tuỳ thuộc vào nhiều thông số khác. Kết quả thực nghiệm thu được tốt nhất khi lưu lượng khí mang là 2,0 l/phút. 3.1.5. Tóm tắt các thông số tối ưu của thiết bị phân tích Bảng 8 là các thông số tối ưu của máy đo ICP-MS đã khảo sát và lựa chọn Bảng8: Các thông số tối ưu cho máy đo ICP-MS Tốc độ khí Nebulizer 0,85 L/phút Tốc độ khí phụ trợ 2,0 L/phút Lưu lượng khí tạo plasma 15,0 L/phút Áp suất chân không (khi đo mẫu) 1,0 -1,2. 10-5 Torr Áp suất chân không (khi để máy Standby) 2,0 – 3,0. 10-6 Torr Tốc độ bơm rửa 48 vòng/phút Tốc độ bơm mẫu 26 vòng/phút Nhiệt độ nước làm mát 200C Công suất nước làm mát 1750W Công suất máy phát cao tần RF 1000W Thế của các lăng kính 5,75V Thế xung cấp 1000V Số lần quét khối 10 lần Thời gian đo cho 1 lần 5,8 giây Độ sâu mẫu 3 mm Thời gian bơm làm sạch 120 (giây) Tốc độ bơm ổn định 0,1 (vòng/giây) Thời gian bơm ổn định 30 (s) Nước làm mát 2,4 (lít/phút) Số lần đo lặp cho 1 điểm 3 (lần) 3.2. Đánh giá phương pháp phân tích 3.2.1. Khoảng tuyến tính Trong phép đo ICP-MS, việc định lượng một nguyên tố dựa vào phương trình cơ bản: Ims = K.Cb Trong đó: Ims: Cường độ (số đếm/giây, CPS) của vạch phổ K: Hằng số thực nghiệm C: Nồng độ của nguyên tố trong dung dịch mẫu phân tích b: Hằng số (0 <b ≤1) Trong một khoảng nồng độ nào đó thì b có giá trị bằng 1. Khi đó, mối quan hệ giữa Ims và C là tuyến tính: Ims = K.C Khoảng nồng độ này gọi là khoảng tuyến tính của nồng độ nguyên tố phân tích. Khoảng tuyến tính của mỗi nguyên tố ở mỗi số khối (m/z) khác nhau là khác nhau. Số khối phân tích nào có cường độ (CPS) càng lớn thì khoảng tuyến tính càng hẹp. Do đó, để xác định các nguyên tố kim loại nặng ta phải xây dựng đường chuẩn để xác định khoảng tuyến tính của phép đo. Tuy nhiên, trong phương pháp ICP-MS, tín hiệu của phép đo (CPS) có thể thay đổi trong khoảng giá trị rất lớn (từ vài CPS đến bão hoà, 4.109 CPS) nên khoảng tuyến tính của phép đo rất rộng (từ vài ppt đến vài chục hay vài trăm ppm). Do đó, đối với phép đo ICP-MS người ta thường không chú ý nhiều đến khoảng tuyến tính. Vì vậy trong đề tài luận văn này chúng tôi không nghiên cứu đến khoảng tuyến tính mà chỉ xây dựng đường chuẩn của các nguyên tố và sử dụng đường chuẩn để phân tích nếu hệ số tương quan R> 0,993. 3.2.2. Đường chuẩn Đường chuẩn của các kim loại Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, As được xây dựng với 3 điểm có nồng độ lần lượt là: 20 ppb, 100 ppb, 200 ppb. Đường chuẩn Fe được xây dựng bởi 3 điểm có nồng độ lần lượt là: 40ppb, 200ppb, 400 ppb. Đường chuẩn Hg được xây dựng bởi 3 điểm có nồng độ lần lượt là: 1ppb, 5ppb, 10 ppb. Các thông số máy đo được chọn như điều kiện tối ưu, tiến hành đo với các mẫu chuẩn thu được đường chuẩn của các kim loại nặng, kết quả được trình bày bảng 9. Bảng 9: Đường chuẩn các nguyên tố khi dùng phương pháp ICP-MS y = Ax + B Tham số Giá trị Sai số R A 8722,46 17,74 0,999996 B 0 0 y = Ax + B Tham số Giá trị Sai số R A 10336,60 783,23 0,994308 B 0 0 y = Ax + B Tham số Giá trị Sai số R A 256,04 1,89 0,999949 B 0 0 y = Ax + B Tham số Giá trị Sai số R A 8891,36 9,22 0,999996 B 0 0 y = Ax + B Tham số Giá trị Sai số R A 1846,61 5,82 0,99999 B 0 0 y = Ax + B Tham số Giá trị Sai số R A 3702,19 10,39 0,999992 B 0 0 y = Ax + B Tham số Giá trị Sai số R A 1062,54 12,64 0,999859 B 0 0 y = Ax + B Tham số Giá trị Sai số R A 1108,92 13,09 0,999861 B 0 0 y = Ax + B Tham số Giá trị Sai số R A 1420,85 13,04 0,999916 B 0 0 y = Ax + B Tham số Giá trị Sai số R A 5017,14 120,07 0,999428 B 0 0 y = Ax + B Tham số Giá trị Sai số R A 10141,70 40,45 0,999984 B 0 0 Các đường chuẩn trên đều có hệ số tương quan R lớn gần bằng 1 và cắt qua gốc tọa độ chứng tỏ phương pháp không mắc sai số hệ thống, các đường chuẩn có khoảng tuyến tính rộng. 3.2.3. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng Giới hạn phát hiện (LOD) hay giới hạn định tính được định nghĩa là nồng độ nhỏ nhất của chất phân tích mà thiết bị phân tích còn cho tín hiệu phân tích khác với tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu nền. Giới hạn định lượng (LOQ) là nồng độ nhỏ nhất mà thiết bị đo cho phép định lượng được với độ chính xác trên 95%. Đối với hệ thống ICP-MS, LOD và LOQ có thể được tính theo các công thức: [51 ] LOD = (1) LOQ = (2) Trong đó S: độ lệch chuẩn mẫu trắng CSTD: Nồng độ mẫu chuẩn Istd: Tín hiệu của mẫu chuẩn (số đếm / giây, CPS) Iblack: Tín hiệu trung bình của mẫu trắng (số đếm / giây, CPS) Như vậy để xác định LOD và LOQ của phép đo, ta tiến hành đo lặp lại mẫu trắng 10 lần rồi tính độ lệch chuẩn theo công thức: S2 = (3) Trong đó: Ii: Tín hiệu mẫu trắng đo được ở lần thứ i Iblank: Giá trị trung bình tín hiệu mẫu trắng của n lần đo lặp n: Số lần đo lặp Sau đó tiến hành đo lặp 10 lần mẫu trắng và mẫu chuẩn các dung dịch Fe3+ có nồng độ 200 ppb, các ion kim loại còn lại có nồng độ 100 ppb, tính số đếm trung bình rồi thay số liệu vào các công thức (1), (2), (3) ta tính được các giá trị LOD và LOQ. Kết quả được chỉ ra ở bảng 10: Bảng 10: Giá trị LOD và LOQ của 1 số nguyên tố dùng phép đo ICP-MS Nguyên tố Nồng độ chuẩn (ppb) Tín hiệu mẫu trắng Iblank Tín hiệu mẫu chuẩn Istand S LOD (ppt) LOQ (ppt) Cr 100 1128,60 8722500,15 53,70 1,8 6,2 Mn 100 1017,82 1034065,20 39,25 11,4 38,0 Fe 200 73,41 51020,89 1,71 20,1 67,1 Co 100 28,85 889932,47 10,68 3,6 12,0 Ni 100 19,25 184115,68 10,27 16,7 55,8 Cu 100 6,88 370038,23 18,44 15,0 49,8 Zn 100 317,73 106828,41 4,04 11,4 37,9 Cd 100 20,48 142534,64 5,84 12,3 41,0 Pb 100 12,39 1016070,51 14,20 4,2 14,0 As 100 9,19 1144,09 12,35 3,3 10,9 Hg 100 4,29 445,24 15,23 1,1 3,5 Kết quả tính toán cho thấy giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phép đo ICP-MS đối với một số nguyên tố rất nhỏ (cỡ 10-12g/ml). Như vậy phương pháp này hoàn toàn phù hợp với phân tích lượng vết và siêu vết. 3.2.4. Đánh giá độ đúng của phép đo Để kiểm tra tính ổn định và chính xác của thiết bị đo, sử dụng 3 dung dịch chuẩn kiểm tra có chứa đồng thời các kim loại với các nồng độ ở khoảng đầu, giữa và cuối của đường chuẩn để kiểm tra độ đúng của các phép đo. + Dung dịch 1: Fe có nồng độ 40 ppb, các ion kim loại còn lại có nồng độ 20 ppb. + Dung dịch 2: Fe có nồng độ 200 ppb, các ion kim loại còn lại có nồng độ 100 ppb. + Dung dịch 3: Fe có nồng độ 400 ppb, các ion kim loại còn lại có nồng độ 200 ppb. Sử dụng các đường chuẩn được thiết lập để tìm nồng độ các dung dịch chuẩn kiểm tra, kết quả thu được ở bảng 11. Bảng 11: Nồng độ các ion kim loại trong dung dịch chuẩn kiểm tra Nguyên tố Nồng độ Chuẩn (ppb) Nồng độ xác định được (ppb) Sai số tương đối (%) Nguyên tố Nồng độ Chuẩn (ppb) Nồng độ xác định được (ppb) Sai số tương đối (%) Mn 20,00 21,04 5,20 Cu 20,00 21,51 7,55 100,00 112,70 12,7 100,00 99,56 -0,44 200,00 211,47 5,74 200,00 210,38 5,19 Fe 40,00 41,10 2,75 Zn 20,00 19,93 -0,35 200,00 199,58 -0,21 100,00 99,48 -0,52 400,00 402,71 0,68 200,00 189,94 -5,03 Co 20,00 21,95 9,75 Cd 20,00 21,35 6,75 100,00 103,88 3,88 100,00 103,02 3,02 200,00 213,98 6,99 200,00 201,32 0,66 Ni 20,00 21,55 7,75 Pb 20,00 19,95 0,25 100,00 111,93 11,93 100,00 102,84 2,84 200,00 226,08 13,04 200,00 211,83 5,92 Các kết quả đều cho sai số tương đối rất nhỏ từ -5,53 % đến 13,04 % Chứng tỏ phép đo ICP-MS có độ đúng cao. Kết luận: Các kết quả khảo sát chỉ ra rằng, phép đo ICP-MS có giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng thấp, khoảng tuyến tính rộng và độ chính xác cao. Vì thế ICP-MS là một phương pháp rất tốt để phân tích lượng vết các kim loại nặng trong mẫu môi trường. 3.3. Lựa chọn và đánh giá các quy trình xử lý mẫu động vật nhuyễn thể 3.3.1. Đánh giá hiệu suất thu hồi các quy trình xử lý mẫu động vật nhuyễn thể Để đánh giá hiệu suất thu hồi các quy trình xử lý mẫu động vật nhuyễn thể, tiến hành thêm hàm lượng chính xác 4 nguyên tố Cu, Pb, Cd, Zn với 3 mức nồng độ vào mẫu ốc đã được xay mịn, sấy khô [50 ] như sau: Mức 1: 2 ml Cu2+ 10 ppm 2 ml Zn2+ 10 ppm 0,75 ml Pb2+ 1 ppm 1,0 ml Cd2+ 100 ppb Mức 2: 3 ml Cu2+ 10 ppm 3 ml Zn2+ 10 ppm 1,5ml Pb2+ 1 ppm 1,5 ml Cd2+ 100 ppb Mức 3: 4 ml Cu2+ 10 ppm 4 ml Zn2+ 10 ppm 2,5 ml Pb2+ 1 ppm 2 ml Cd2+ 100 ppb sau đó tiến hành phá mẫu theo các quy trình 1, quy trình 2, và quy trình 3 đã nêu ở phần 2.4, xác định hàm lượng các kim loại theo phương pháp ICP-MS. Kết quả thu được trình bày trong các bảng 12, bảng 13, bảng 14: Bảng 12: Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi theo quy trình 1 với HNO3, H2O2 Nguyên tố Nồng độ trong mẫu thực (ppb) Lượng thêm (ppb) Nồng độ xác định được (ppb) Hiệu suất thu hồi % Cu 344,2 400 704,2 94,6 600 1079,7 114,3 800 1303,5 113,9 Zn 419,6 400 519,9 63,4 600 921,4 90,4 800 1110,8 91,07 Pb 7,4 15 20,7 92,4 30 33,1 88,5 50 44,9 78,2 Cd 2,3 2 2,6 59,2 3 4,5 84,1 4 5,3 83,7 Bảng 13: Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi theo quy trình 2 với HNO3, H2O2, HClO4 Nguyên tố Nồng độ trong mẫu thực (ppb) Lượng thêm chuẩn (ppb) Nồng độ xác định được (ppb) Hiệu suất thu hồi % Cu 344,2 400 715,9 96,2 600 919,1 97,3 800 1185,7 103.6 Zn 419,6 400 786,1 95,9 600 969.2 94,2 800 1092,9 89,6 Pb 7,4 15 18,4 82,2 30 34,3 91,7 50 46,7 81,3 Cd 2,3 2 3,2 74,7 3 4,1 76,5 4 5,4 85,1 Bảng14: Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi theo quy trình 3 với HNO3 H2SO4 và H2O2 Nguyên tố Nồng độ trong mẫu thực (ppb) Lượng thêm (ppb) Nồng độ xác định được (ppb) Hiệu suất thu hồi % Cu 344,2 400 731,6 98,30 600 879,7 93,17 800 1103,5 96,44 Zn 419,7 400 790,7 96,58 600 979,0 96,02 800 1172,9 96,17 Pb 7,4 15 22,7 101,30 30 34,6 92,50 50 44,7 77,80 Cd 2,3 2 3,1 70,67 3 3,8 70,77 4 5,3 84,09 Kết quả cho thấy xử lý mẫu hệ hở dùng bình Kendal theo qui trình 1 với HNO3 và H2O2 thì hiệu suất thu hồi các kim loại thu được không cao và không ổn định, sự có mặt HNO3 và H2O2 đã oxi hóa được các kim loại trong mẫu nhưng với hỗn hợp hai chất oxi hóa này và nhiệt độ chỉ đạt 135oC, có thể chưa oxi hóa hết hoàn toàn mẫu hữu cơ nhất là những hợp chất hữu cơ chứa nhân thơm trong mẫu protein. Với quy trình 2, dùng hỗn hợp HNO3 và HClO4 và H2O2 thì hiệu suất thu hồi các kim loại tăng lên và ổn định hơn do nhiệt độ xử lý có cao hơn (200oC). Khi thay hỗn hợp xử lý mẫu là HNO3 , H2SO4 và H2O2 (quy trình 3) thì hiệu suất thu hồi các kim loại đạt từ 92-94% do nhiệt độ khi phân hủy mẫu cao nhất (240oC). Quy trình 3 cho hiệu suất thu hồi cao nhất nên được lựa chọn làm quy trình xử lý mẫu động vật nhuyễn thể, mẫu thực vật. 3.3.2. Đánh giá độ chụm (độ lặp lại) quy trình xử lý mẫu động vật nhuyễn thể Tiến hành xử lý mẫu theo quy trình 3 (đã trình bày ở mục 2.4) và phân tích xác định hàm lượng các kim loại trong các mẫu lặp ốc bươu vàng (3 lần) tại ao xóm Cầu 1 (ốc 4), xác định độ lệch chuẩn tương đối thu được kết quả như bảng 15. Bảng 15: Kết quả phân tích các mẫu lặp mẫu ốc bươu vàng (ppb) Nguyên tố Mẫu ốc 4 Lần 1 Mẫu ốc 4 Lần 2 Mẫu ốc 4 Lần 3 Độ lệch chuẩn tương đối (RSD %) Cr 14,3 15,2 15,7 4,71 Mn 2752,4 2864,7 2899 1,56 Fe 41389 43909 46133 5,42 Co 21,7 22,2 20,5 4,07 Ni 45,3 45,3 45,9 0,76 Cu 312 303,7 324 3,26 Zn 5563,6 5527,6 5469 0,86 As 375,7 407,7 352,5 7,32 Cd 2,3 2,4 2,9 12,67 Hg 16,7 17,4 19,3 7,56 Pb 297,4 320,2 287 5,63 Kết luận: Độ lặp lại của quy trình xử lý mẫu là khá cao. Xác định được qua 3 lần thí nghiệm lặp, hàm lượng các kim loại sai khác nhau không quá 8 %. Riêng hàm lượng Cd sự sai khác lần lượt là 12,67 % do hàm lượng các kim loại này nhỏ nên sự sai khác đó có thể chấp nhận được. Thông qua thí nghiệm với mẫu lặp, mẫu thêm chuẩn, chúng tôi nhận thấy quy trình 3 là quy trình xử lý mẫu cho hiệu suất thu hồi cao, độ lặp lại tốt, chính xác, thích hợp cho việc xử lý các mẫu động vật nhuyễn thể xác định tổng hàm lượng các kim loại. Quy trình xử lý động vật nhuyễn thể được đề xuất như sau: Cân 0,5 ± 0,0001g mẫu vào bình Kendal Thêm 3ml HNO3 đặc Đun ở 95 oC trong 1h Thêm 1 ml H2SO4, đun ở 140 oC, 30 phút Thêm 2 ml HNO3 đặc đun ở 200 oC đến khi mẫu tan trong Thêm 3 ml H2O2 đun tiếp ở 200 oC đến hết khí màu nâu Lọc bỏ cặn, định mức thành 50 ml bằng HNO3 2% Thêm 10 ml H2O, 1 ml H2O2 đun ở 240 oC tới khi xuất hiện khói trắng ICP-MS 3.4. Đánh giá quy trình xử lý mẫu trầm tích 3.4.1 Đánh giá hiệu suất thu hồi quy trình xử lý mẫu trầm tích Quy trình xử lý mẫu trầm tích đã được tiêu chuẩn hóa, trích trong tài liệu [38] như sau: Cân 0,2 ± 0,0001g mẫu vào cốc Teflon . Thêm 4 ml HNO3 đặc, 6 giọt H2O2 đặc đun ở 90 oC trong 3 h Để nguội thêm 3 ml HF đun trong 1 h Thêm 1 ml HClO4 1:1 đun trong 1 h đến khi có khói trắng Lọc căn không tan, thêm 0,75 ml HNO3 đặc định mức thành 50 ml dung dịch bằng nước cất 2 lần ICP-MS Để đánh giá hiệu suất thu hồi quy trình xử lý mẫu trầm tích, tiến hành thêm lượng chính xác 2 nguyên tố Ni, Mn vào lượng xác định mẫu trầm tích ao của xóm Cầu 1 ( Đ 4) và tiến hành phá mẫu để xác định hàm lượng tổng số các kim loại nặng. Thêm 5ml dung dịch Ni2+ nồng độ 1 ppm và 2,5 ml dung dịch Mn2+ 10ppm vào mẫu rắn trước khi phá mẫu, tiến hành xử lý mẫu, định mức dịch lọc thành 50 ml và xác định hàm lượng của Ni và Mn, kết quả như bảng 16. Bảng16: Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi quy trình xử lý mẫu trầm tích Nguyên tố Hàm lượng thực trong mẫu Đ4 (ppb) Lượng thêm chuẩn (ppb) Nồng độ xác định được (ppb) Hiệu suất toàn bộ quá trình(%) Ni 112,2 100 206 93,8 Mn 1028,5 500 1486,6 91,6 Căn cứ vào lượng thêm và lượng tìm thấy hai nguyên tố Ni, Mn ta xác định được hiệu suất thu hồi của quy trình xử lý mẫu trầm tích là trên 91%. 3.4.2. Đánh giá độ chụm (độ lặp lại) quy trình xử lý mẫu trầm tích Tiến hành xác định hàm lượng các kim loại của các mẫu lặp trầm tích thuộc ao ở xóm Cầu 1 (các mẫu lặp Đ4) xác định được độ lệch chuẩn tương đối của các thí nghiệm lặp, kết quả được trình bày trong bảng 17. Bảng 17: Kết quả phân tích các kim loại trong mẫu lặp trầm tích xóm Cầu 1(ppb) Nguyên tố Mẫu Đ4 lần1 Mẫu Đ4 lần 2 Mẫu Đ4 lần 3 Độ lệch chuẩn tương đối (RSD %) Cr 180,1 196,3 174,2 6,23 Mn 1024,8 1021,7 1006,7 0,95 Fe 79955 96764 86772 9,63 Co 30,5 32,9 32,9 4,32 Ni 96,9 116,9 117,2 10,82 Cu 351,9 316,7 333,5 5,27 Zn 432,1 413,1 419,5 2,29 As 98,1 79,7 95,4 10,91 Cd 1,7 2,2 1,9 13,04 Hg 4,7 4,9 4,9 2,39 Pb 182,4 174,5 182 2,45 Bảng kết quả trên cho thấy độ lệch chuẩn tương đối hay hệ số biến động của các mẫu lặp là khá nhỏ, không quá 11% trừ nguyên tố Cd sự biến động 13,04% có thể do hàm lượng Cd trong mẫu rất nhỏ. Vậy qua các thí nghiệm làm với mẫu lặp, mẫu thêm cho thấy quy trình xử lý mẫu trầm tích trên có hiệu suất thu hồi cao, độ lặp lại tốt, được lựa chọn để xử lý mẫu trầm tích. 3.5. Đánh giá quy trình xử lý mẫu thực vật 3.5.1 Đánh giá hiệu suất thu hồi quy trình xử lý mẫu thực vật Quy trình xử lý mẫu thực vật đã được tiêu chuẩn hóa, trích trong tài liệu [35] Quy trình xử lý mẫu thực vật được đề xuất như sau: Cân 0,2 ± 0,0001g mẫu vào bình Kendal Thêm 3ml HNO3 đặc Đun ở 95 oC trong 1h Thêm 1 ml H2SO4, đun ở 140 oC, 30 phút Thêm 2 ml HNO3 đặc đun ở 200 oC đến khi mẫu tan trong Thêm 3 ml H2O2 đun tiếp ở 200 oC đến hết khí màu nâu Lọc bỏ cặn, định mức thành 50 ml bằng HNO3 2% Thêm 10 ml H2O, 1 ml H2O2 đun ở 240 oC tới khi xuất hiện khói trắng ICP-MS Để đánh giá hiệu suất thu hồi quy trình xử lý mẫu thực vật (mẫu rau rệu), tiến hành thêm hàm lượng chính xác 2 nguyên tố Cu, Zn vào lượng xác định mẫu thực vật của xóm Lẻ ( TV3) và tiến hành phá mẫu để xác định hàm lượng các kim loại nặng. Thêm 2ml dung dịch Zn2+ nồng độ 10 ppm và 2 ml dung dịch Cu2+ 10ppm vào mẫu lá khô trước khi phân hủy mẫu, tiến hành xử lý mẫu, định mức dịch lọc thành 50 ml và xác định hàm lượng của Cu,Zn. Kết quả thu được trình bày trong bảng 18. Bảng18: Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi quy trình xử lý mẫu thực vật Nguyên tố Hàm lượng thực trong mẫu TV3 (ppb) Lượng thêm (ppb) Mẫu TV3 (sau thêm) Hiệu suất toàn bộ quá trình(%) Cu 22,0 400 406,3 96,1 Zn 1974,1 400 2156,6 90,8 Căn cứ vào hàm lượng thêm vào và hàm lượng tìm thấy hai nguyên tố Cu, Zn ta xác định được hiệu suất thu hồi của quy trình xử lý mẫu thực vật là trên 90%. 3.5.2. Đánh giá độ chụm (độ lặp lại) quy trình xử lý mẫu thực vật Tiến hành phân tích xác định hàm lượng các kim loại trong các mẫu lặp thực vật lấy tại xóm Lẻ (mẫu TV3) xác định được độ lệch chuẩn tương đối của các thí nghiệm lặp. kết quả ghi trong bảng 19. Bảng 19: Kết quả phân tích các kim loại trong mẫu lặp thực vật xóm Lẻ1(ppb) Nguyên tố Mẫu TV3 Lần 1 Mẫu TV3 Lần 2 Mẫu TV3 Lần 3 Độ lệch chuẩn tương đối (RSD %) Cr 13,2 14,8 12,1 8.4 Mn 125,1 133,3 134,6 3.2 Fe 192,6 200,5 198,3 1.7 Co 0,12 0,10 0,14 12.5 Ni 1,3 1,2 1,3 2.1 Cu 22,0 24,4 25,4 5.8 Zn 1974,1 1779,3 2003,3 5.2 As 1,00 1,04 1,02 2.0 Cd 0,9 0,8 0,9 4.0 Hg 7,4 7,3 7,4 1.1 Pb 133,1 134,3 143,6 3.4 Bảng kết quả trên cho thấy độ lệch chuẩn tương đối của các mẫu lặp khi phân tích các kim loại khác nhau không quá 8,4% trừ nguyên tố Co sự sai khác 12,5 %. Giá trị này được chấp nhận trong phân tích lượng vết. Vậy qua các thí nghiệm làm với mẫu lặp, mẫu thêm cho thấy quy trình xử lý mẫu thực vật đề xuất ở trên có hiệu suất thu hồi cao, độ lặp lại tốt, được lựa chọn để xử lý mẫu thực vật. 3.6. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong mẫu ốc bươu vàng Tiến hành phân hủy mẫu ốc bằng axit HNO3, H2SO4, H2O2 theo quy trình xử lý mẫu mục 3.3.2 và xác định hàm lượng các kim loại bằng phương pháp ICP – MS. Kết quả xác định được ghi trong bảng 20 Bảng 20: Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong mẫu ốc bươu vàng trong các ao hồ khu vực Triều Khúc vào mùa khô( tháng 3 năm 2009) (mg/kg) Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn As Cd Hg Pb ốc 1 0,3 46,9 4158,5 1,8 6,1 179,0 450,5 10,3 0,2 0,3 6,7 ốc 2 0,3 91,2 4546,7 4,3 5,2 411,6 338,2 16,0 2,2 0,5 10,8 ốc 3 0,3 89,8 4486,5 4,3 5,2 409,4 336,9 15,1 2,2 0,5 9,7 ốc 4 1,4 275,2 4138,9 2,2 4,5 312,0 556,4 17,6 0,2 1,7 9,5 ốc 5 0,2 46,8 4135,8 1,6 4,3 251,7 311,5 15,3 0,9 0,2 9,4 Bảng 21: Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong mẫu ốc bươu vàng trong các ao hồ khu vực Triều Khúc vào mùa mưa (tháng 7 năm 2009) (mg/kg) Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn As Cd Hg Pb Ốc 6 0,58 1648,9 2440,8 12,7 4,0 472,8 610,9 24,9 2,2 0,8 0.943 Ốc 7 0,63 818,8 3228,9 3,6 2,3 354,2 544,6 14,9 2,8 0,5 3,9 Ốc 8 ND 118,5 2923,9 5,1 2,1 202,6 697,4 27,0 2,4 0,3 0,7 Ốc 9 0,98 483,8 2029,7 2,1 2,9 59,4 237,9 12,7 0,9 1,7 2,1 Ốc 10 0,01 365,9 3666,1 1,7 2,0 38,8 288,7 9,0 0,5 1,0 3,7 Ốc 11 0,33 596,7 2630,9 2,7 1,6 257,3 451,1 10,1 0,7 0,9 2,2 Ốc 12 ND 19,4 174,1 0,14 0,6 29,1 760,9 7,8 0,15 ND ND Ốc 13 ND 349,3 3373,7 2,4 2,2 33,3 873,9 65,2 0,21 2,2 ND Ốc 14 ND 140,2 1871,3 1,2 0,9 17,2 774,4 31,0 ND 0,75 ND Ốc 15 3,58 584,6 2039,7 3,9 8,9 355,4 1439,3 7,8 2,2 3,4 43,5 Ốc 16 2,04 1707,1 3359,8 4,2 2,9 493,8 1099,6 24,1 4,4 3,7 31,8 Ốc 17 0,42 974,3 3556,0 3,0 2,6 350,0 605,9 11,0 0,83 1,38 2,59 Ốc 18 1,27 606,2 2402,6 2,4 2,1 248,3 365,1 9,7 1,03 0,86 3,07 Ốc 19 ND 681,8 1644,5 1,4 2,0 416,8 618,4 10,3 1,05 0,16 4,76 Ốc 20 ND 3113,4 1144,6 0,3 0,06 7,1 198,5 11,1 ND 1,2 ND ND: không phát hiện được Khi phân tích hàm lượng các kim loại nặng trong các loài trai, ốc ở khu vực Hồ Tây – Hà Nội của các tác giả Trần Tứ Hiếu, Lê Hồng Minh, Nguyễn Viết Thức [6], hàm lượng kim loại nặng trong mẫu ốc sống tại hồ Tây khu vực chùa Trấn Quốc xác định được như bảng sau. Bảng 22: Mẫu ốc khu vực chùa Trấn Quốc theo tham khảo tài liệu ( tháng 7 năm 2007) STT Nguyên tố Hàm lượng mg/ kg trọng lượng khô Mẫu tươi Mẫu đông khô 1 Mn 186,2 ± 3,2 190,5 ± 1,2 2 Cu 82,9 ± 0,6 80,7 ± 0,3 3 Zn 287,1 ± 5,4 285,5 ± 2,6 4 As 3,54 ± 0,11 3,31± 0,15 5 Cd 0,391 ± 0,021 0,335 ± 0,019 6 Pb 4,91 ± 0,11 3,22 ± 0,14 Kết quả phân tích hàm lượng hàm As, Hg trong ốc lấy tại khu vực các ao Triều Khúc tháng 5/2008 bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử hóa hơi lạnh của tác giả Nguyễn Thị Thanh Huyền [7] cũng đã được công bố (bảng 23). Bảng 23: Kết quả phân tích xác định lượng As, Hg trong mẫu ốc Tên mẫu Hàm lượng As(mg/kg) Hàm lượng Hg(mg/kg) Ốc xóm Lẻ 7,01 1,39 Ốc xóm Án 4,53 1,78 Ốc xóm Chùa 3,14 1,33 Ốc xóm Cầu 5,30 1,81 Đối chiếu các kết quả trên chúng tôi nhận thấy ngoại trừ Mn, các kim loại Cu, Zn, Pb, Cd, As xác định được trong mẫu ốc tại khu vực Triều Khúc – Hà Nội đều cao hơn sao với khu vực Hồ Tây, trong đó hàm lượng Cu cao gấp 2,8 lần , Zn cao gấp 1,4 lần , Cd cao gấp 2,9 lần Pb cao gấp 1,9 lần so với mẫu ốc sống tại Hồ Tây, khu vực chùa Trấn Quốc. Tại cùng khu vực ao ở Triều Khúc hàm lượng As sau một năm đã tăng cao gấp 3,7 lần, còn hàm lượng Hg không thấy dấu hiệu biến đổi theo thời gian. Có thể hàm lượng kim loại nặng tìm thấy trong mẫu ốc sống tại ao, hồ khu vực Triều Khúc cao hơn khu vực khác là do ngoài nguyên nhân môi trường ô nhiễm còn liên quan đến yếu tố vòng đời của sinh vật. Theo quy định 46 / 2007 / QĐ – BYT [19] về giới hạn tối đa ô nhiễm sinh học và hóa học trong thực phẩm của bộ y tế trong thực phẩm, hàm lượng giới hạn của một số kim loại nặng cho phép được trích như sau. Bảng 24: Giới hạn tối đa ô nhiễm kim loại nặng trong thực phẩm STT Tên kim loại Loại thực phẩm Giới hạn (mg / kg) 1 As Động vật thân mềm 2 mảnh vỏ 1 2 Cd Động vật thân mềm 2 mảnh vỏ 1 3 Pb Động vật thân mềm 2 mảnh vỏ 1,5 4 Hg Động vật thân mềm 2 mảnh vỏ 0,5 5 Cu Cá 30 6 Zn Cá 100 So sánh hàm lượng kim loại nặng xác định được trong mẫu ốc bươu vàng sống tại các ao, hồ khu Triều Khúc chúng tôi thấy hàm lượng các kim loại đều cao hơn gấp nhiều lần so mức giới hạn trên. Cu cao gấp khoảng 6 – 13 lần, Zn cao gấp khoảng 3 – 5 lần, As cao gấp 10 – 17 lần, Pb cao gấp 4 – 6 lần. Hàm lượng Cd trong mẫu ốc lấy tại xóm Án, xóm Lẻ cao hơn giới hạn gấp 2 lần, các xóm khác dưới giới hạn. Hàm lượng Hg tìm thấy trong mẫu ốc lấy tại các xóm Cầu 1 (có vị trí gần bãi thu gom rác thải) cao gấp 3 lần, các xóm còn lại đều thấp hơn giới hạn. Kết luận: Các ao hồ thuộc khu vực thu gom và tái chế rác thải điện tử Triều Khúc – Hà Nội đã có sự ô nhiễm kim lọai nặng, vì vậy cần khuyến cáo không nên sử dụng các sinh vật như ốc làm thực phẩm. 3.7. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong mẫu trầm tích Để đánh giá mức độ lan truyền ô nhiễm kim loại nặng từ môi trường tới động vật nhuyễn thể và tìm ra nguồn gốc gây ô nhiễm kim loại nặng. Chúng tôi tiến hành xác định hàm lượng kim loại nặng trong mẫu trầm tích, mẫu nước tại khu vực có động vật nhuyễn thể (ốc bươu vàng) sinh sống. Tiến hành xử lý mẫu trầm tích theo quy trình xử lý mẫu mục 3.4, và xác định hàm lượng kim loại bằng phương pháp ICP – MS thu kết quả như bảng 25. Bảng 25: Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong mẫu trầm tích tại các ao hồ khu vực Triều Khúc (mg/kg) Nguyên tố Đ 1 Đ2 Đ3 Đ4 Đ5 QCVN[2] Cr 89,40 157,78 101,16 67,56 45,02 Mn 660,42 139,01 223,01 219,38 255,42 Fe 44995 31767 21225 59315 26969 Co 16,84 12,03 20,83 11,91 7,62 Ni 51,58 56,54 52,42 35,70 24,23 Cu 106,19 140,21 212,39 89,11 83,38 Zn 499,51 251,27 219,78 274,81 179,87 200 As 12,12 17,19 14,23 15,02 12,51 12,0 Cd 1,13 1,74 0,81 2,05 0,54 2,0 Hg 1,30 2,56 1,09 1,90 1,25 0,5 Pb 69,77 187,51 90,72 249,12 45,50 70 Dựa vào tiêu chuẩn chất lượng trầm tích về kim loại nặng của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng đất( QCVN) cho thấy nồng độ kim loại nặng trong trầm tích ở Triều Khúc ở những ao gần bài thu gom và tái chế rác thải điện, điện tử đã vượt quá ngưỡng cho phép. 3.8. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong mẫu nước bề mặt Mẫu nước lấy tại hiện trường được axit hóa bằng 3 ml HNO3 1:1, chuyển về phòng thí nghiệm. Mẫu được lọc trên giấy lọc băng xanh thu lấy 750 ml. Mỗi mẫu sau khi được xử lý sơ bộ, trích ra 5 ml chuyển vào các bình định mức 50 ml, thêm 0,75 ml HNO3 đặc, định mức bằng nước cất 2 lần. Mẫu được phân tích bằng phương pháp ICP – MS thu được kết quả như sau: Bảng 26:Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong mẫu nước bề mặt ao hồ khu vực Triều Khúc (mg/l) Nguyên tố N1 N2 N3 N4 Cr 0,007 0,005 0,009 0,005 Mn 0,22 0,062 0,061 0,11 Fe 1,85 2,19 1,59 1,03 Co 0,006 0,003 0,003 0,005 Ni 0,01 0,009 0,01 0,007 Cu 0,04 0,04 0,08 0,06 Zn 0,06 0.11 0,35 0,079 As 0,04 0,015 0,06 0,015 Cd ND ND 0,0006 ND Hg 0,0007 ND ND ND Pb 0,018 0,01 0,05 0,05 Hai nguyên tố Cd, Hg không xác định được do hàm lượng hai nguyên tố này trong nước dưới giới hạn phát hiện của phương pháp ICP-MS. Theo tiêu chuẩn Việt Nam – QCVN 08-2008/BTNMT [15] quy định giới hạn nồng độ các chất ô nhiễm trong nước mặt, trong đó có giới hạn các kim loại nặng. Bảng 27: Giới hạn nồng độ kim loại nặng trong nước mặt STT Tên nguyên tố Giới hạn ( mg / l) 1 Fe 0,5 2 Ni 0,1 3 Hg 0,001 4 Zn 1,0 5 Cu 0,2 6 Cr(III) 0,1 7 Pb 0,02 8 As 0,02 9 Cd 0,005 Căn cứ vào giới hạn mức nồng độ các kim loại nặng trong nước mặt ở bảng trên, chúng tôi nhận thấy môi trường nước bề mặt tại các ao, hồ hay các đầm ruộng bỏ hoang khu vực Triều Khúc – Hà Nội đã bị ô nhiễm kim loại nặng ở mức độ nhẹ. Nồng độ As xác định được tại khu vực ao xóm Chùa và xóm Lẻ đã cao hơn giới hạn cho phép 2,5 lần (0,02 mg/l). Nồng độ Pb tại các ao, ruộng thuộc xóm Lẻ, xóm Cầu đều cao hơn gấp 2,5 lần giới hạn cho phép (0,02 mg/l). Qua số liệu phân tích được chúng tôi thấy hầu hết các vị trí lấy mẫu hàm lượng Fe xác định được cao hơn giới hạn cho phép (1 mg/l), nồng độ Fe cao nhất xác định được ở xóm Án (cao gấp 4 lần). 3.9. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong mẫu thực vật . Mẫu thực vật nước (cây rau rệu) sống tại ao, mương nơi lấy mẫu ốc, nước . Tiến hành xử lý mẫu thực vật theo quy trình xử lý mẫu mục 3.4, và xác định hàm lượng kim loại bằng phương pháp ICP – MS thu được kết quả như bảng 28. Bảng 28: Kết quả hàm lượng các kim loại (mg/kg) trong mẫu thực vật. Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn As Cd Hg Pb TV1 0,5 36,4 324,8 0,09 ND 0,02 3,8 0,2 ND ND ND TV2 22,1 161,3 94,8 ND 5,4 10,0 3018,7 0,1 3,5 11,2 287,0 TV3 13,2 125,1 192,6 ND 1,3 22,0 1974,1 0,9 0,9 7,4 133,1 TV4 0,9 107,6 794,1 0,06 ND 2,9 26,2 8,9 ND ND ND TV5 12,4 166,4 1509,5 0,44 7,2 5,5 1728,5 16,2 0,8 6,6 112,1 Ngưỡng cho phép mg/kg rau tươi 5 10 0.2 0.02 0.005 0.5-1.0 ND: không phát hiện được Dựa vào tiêu chuẩn chất lượng về kim loại nặng như ngưỡng cho phép của Bộ Y tế- Việt Nam [1] có thể nhận thấy nồng độ kim loại nặng trong thực vật ở Triều Khúc đã vượt quá ngưỡng cho phép nên không nên sử dụng rau rệu làm thức ăn cho người và gia súc. 3.10. P