Khóa luận Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của kim loại Pb trong nước tưới đến sự hấp thu kim loại cần thiết (Cu, Zn) của cây rau muống (Ipomoea aquatica)

uan trọng nhất là chì trong dung dịch đất vì đây là nguồn mà thực vật có thể hấp thụ chì một cách trực tiếp. Chì trong đất có khuynh hướng tham gia các quá trình sau: - Bị hấp thụ vào các hạt keo đất - Bị phân giải vào dung dịch đất do sự thay đổi pH của đất - Bị rửa trôi hoặc hòa tan bởi các dòng chảy bề mặt - Theo nước trong đất thấm xuống tầng nước ngầm - Bị hấp thụ vào thực vật và tích tụ trong hệ rễ, cành, lá. 2.4.3 Cơ chế xâm nhập, phân bố và tích tụ của chì trong cơ thể con người [14, 19] 2.4.3.1 Cơ chế xâm nhập Chì xâm nhập vào cơ thể con người và động vật thông qua những con đường chính sau: hô hấp, ăn uống và hấp thụ qua da  Đường hô hấp Bụi chì và các hợp chất của chì trong không khí có khả năng xâm nhập vào cơ thể con người qua đường hô hấp. Khoảng 30 – 50% lượng chì có trong thành phần không khí do con người hít vào được lắng đọng trong phổi người, tỷ lệ này phụ thuộc vào đặc tính hóa học, kích thước các hạt bụi chì và khả năng hòa tan của chúng. Khi đã lắng đọng vào phổi, phần lớn bụi chì được hấp thụ và tiếp tục xâm nhập vào các bộ phận cơ thể người.  Đường ăn uống Số lượng và tốc độ hấp thụ chì qua đường tiêu hóa của cơ thể phụ thuộc vào dạng tồn tại hóa học của chì, kích thước hạt bụi chì, trạng thái no hoặc đói của cơ thể, chế độ dinh dưỡng Chương 2: Tổng quan tài liệu Trang 10 và độ tuổi. Cơ thể người trưởng thành có khả năng hấp thu 5% hàm lượng chì có trong thức ăn hoặc nước uống. Con số này có thể tăng tới 50% tùy thuộc vào trạng thái no hoặc đói của cơ thể. Trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ là những đối tượng nhạy cảm với chì, khoảng 50% lượng chì có trong thức ăn và nước uống được cơ thể trẻ hấp thụ. Chế độ ăn nghèo canxi, sắt, đồng, kẽm, photpho sẽ làm tăng khả năng hấp thu chì qua đường tiêu hóa.  Hấp thụ qua da: Khả năng hấp thụ chì qua da của cơ thể rất kém. 2.4.3.2 Phân bố chì trong cơ thể Sau khi được hấp thụ qua đường hô hấp hoặc đường ăn uống, chì tiếp tục xâm nhập vào máu và từ đó được phân bố tới nhiều bộ phận của cơ thể nhờ tế bào hồng cầu và huyết tương. Tốc độ phân bố chì trong cơ thể không đều và phụ thuộc vào hướng phân bố. Đầu tiên, chì được chuyển nhanh tới các mô mềm như cơ, não, đặc biệt là gan và thận sau đó được bài tiết qua đường phân, nước tiểu và mồ hôi. Đối với người trưởng thành, khoảng 99% lượng chì hấp thụ vào trong cơ thể được thải ra ngoài qua con đường bài tiết, đối với trẻ em dưới 2 tuổi con số này là 30 – 40%. Chì được chuyển tới các mô cứng của cơ thể như xương, răng, tóc, móng với tốc độ chậm, khoảng vài tuần. Có tới khoảng 94% lượng chì vào cơ thể người trưởng thành và 73% trong cơ thể trẻ em được tích tụ trong xương và răng. 2.4.3.3 Độc tính của chì [18, 8] Chì và nhiều hợp chất của chì được ngành độc học xếp vào nhóm độc bản chất. Trong cơ thể, chì không bị chuyển hóa, chỉ được chuyển từ bộ phận này sang bộ phận khác, bị đào thải qua đường bài tiết và tích tụ lại trong một số cơ quan với hàm lượng tăng dần theo thời gian tiếp xúc. Vì vậy, ảnh hưởng gây độc của chì là rất nghiêm trọng và lâu dài. Độc tính của chì tỷ lệ thuận với hàm lượng chì trong cơ thể. Ảnh hưởng của chì lên các bộ phận của cơ thể phụ thuộc vào sự phân bố của chì, ái lực của nó đối với các liên kết, cấu tạo của tế bào và cấu trúc của mô và các cơ quan. Chì có khả năng làm thay đổi quá trình vận chuyển ion trong cơ thể, dẫn tới cản trở sự phát triển và chức năng của nhiều cơ quan, đặc biệt là hệ thần kinh trung ương. Từ đó gây ra rất nhiều loại bệnh có liên quan tới nhiễm độc chì như: bệnh thiếu máu, bệnh về hệ tiêu hóa, hệ thần kinh (bao gồm thần kinh trung ương và thần kinh ngoại biên), bệnh tim mạch và ảnh hưởng đến quá trình sinh sản. Chì gây trở ngại cho quá trình tạo máu ở một vài công đoạn, chì ức chế hoạt động của một số enzym như: enzym delta- aminolaevulinate dehydratase (ALAD), enzym co-proporphyrinogen oxidase và enzym ferrochelatase. Do đó, quá trình tạo máu bị suy giảm và dẫn tới thiếu máu. Thông thường, mức độ nhiễm độc chì được biểu thị thông qua hàm lượng chì trong máu (gọi tắt là PbB), các tiêu chuẩn về sức khỏe và môi trường liên quan đến nhiễm độc cũng được xác định bằng thông số này. Chì là một thành phần không cần thiết của khẩu phần ăn. Trung bình liều lượng chì do thức ăn, thức uống cung cấp cho khẩu phần hàng ngày từ 0,0033 đến 0,005 mg/kg thể trọng. Nghĩa là trung bình một ngày, một người lớn ăn vào cơ thể từ 0,25 đến 0,35 mg chì. Với liều lượng đó hàm lượng chì tích lũy sẽ tăng dần theo tuổi, nhưng cho đến nay chưa có gì chứng tỏ rằng sự tích lũy liều lượng đó có thể gây ngộ độc đối với người bình thường khỏe mạnh. Liều lượng tối đa chì (Pb) có thể chấp nhận hàng ngày cho người, do thức ăn cung cấp, được tạm thời quy định là 0,005 mg/kg thể trọng. Ngộ độc cấp tính do chì thường ít gặp. Ngộ độc trường diễn là do ăn phải thức ăn có chứa một lượng chì, tuy ít nhưng liên tục hàng ngày. Chỉ cần hàng ngày cơ thể hấp thu từ 1 mg chì trở lên, sau một vài năm, sẽ có những triệu chứng đặc hiệu: hơi thở thối, sưng lợi với viền đen Chương 2: Tổng quan tài liệu Trang 11 ở lợi, da vàng, đau bụng dữ dội, táo bón, đau khớp xương, bại liệt chi trên (tay bị biến dạng), mạch yếu. 2.5 Kim loại nặng đối với con người và cây trồng [4, 7, 8, 18, 20] 2.5.1 Vai trò của kim loại và cây trồng Nhiều nguyên tố kim loại có ý nghĩa quan trọng trong đời sống của sinh vật, trung bình hàm lượng kim loại trong sinh khối khô của sinh vật khoảng từ 1 đến 100ppm. Ở hàm lượng cao hơn thường gây độc hại cho sinh vật. Khoảng cách từ đủ đến dư thừa là rất hẹp. Một vài kim loại như: Ca, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni, và Zn là những nguyên tố cần thiết trong thực vật , được sử dụng cho các quá trình oxy hóa khử, ổn định phân tử, là thành phần của rất nhiều loại enzym, điều chỉnh áp lực thẩm thấu. Còn một số kim loại không có vai trò sinh học, không cần thiết như : Ag, Al, Au, Pb, Hg… sẽ gây độc lâu dài đối với sinh vật. Các kim loại không cần thiết này sẽ thay thế vào vị trí của các kim loại cần thiết. Ở nồng độ cao, cả hai nguyên tố kim loại cần thiết và không cần thiết đều có thể làm tổn hại màng tế bào, thay đổi đặc tính của enzym, phá vỡ cấu trúc và chức năng của tế bào. Thực vật hấp thu tất cả các nguyên tố nằm ở xung quanh vùng rễ. Để xem kim loại (Men+) cần thiết hay không cần thiết cho cây thì phải loại bỏ kim loại đó ra khỏi môi trường để tìm hiểu: (1) Khả năng hoàn chỉnh chu trình sống của thực vật ? (2) Me n+ có thể thay thế kim loại cần thiết (vi, đa lượng) ? (3) Sự liên quan trực tiếp của Men+ đến quá trình trao đổi chất ? Thực vật hấp thụ kim loại ở cả 3 dạng: cation (Ca2+), anion (MoO4 2- ) và dạng khí (Hg, Se) qua khí khổng của lá. Dạng hóa học của kim loại rất quan trọng bởi vì có liên quan tới khả năng hấp thụ của thực vật. Ví dụ: Cd tạo phức với clorua làm cho cây khó hấp thụ. 2.5.2 Cơ chế hấp thụ kim loại nặng vào thực vật Các nguyên tố trong dung dịch đất được chuyển từ các lỗ khí trong đất tới bề mặt rễ cây bằng hai con đường chính: sự khuếch tán và dòng chảy khối. Sự khuếch tán xảy ra nhằm chống lại sự gia tăng gradien nồng độ bình thường đối với rễ cây bằng cách: hấp thụ các kim loại nặng trong dung dịch đất tại bề mặt tiếp giáp rễ cây – đất. Dòng chảy khối được tạo ra do sự di chuyển của dung dịch đất tới bề mặt rễ cây như là kết quả của quá trình thở của lá. Cả hai quá trình này xảy ra không đồng đều nhưng theo các tốc độ khác nhau tùy thuộc vào nồng độ dung dịch đất. Các kim loại nặng trong đất thường tồn tại ở trạng thái hòa tan, phân ly thành các ion mang điện tích dương (cation) và ion mang điện tích âm (anion). Các muối kim loại hòa tan trong nước được hấp thụ cùng với dòng nước từ đất vào rễ rồi lên lá. Phần lớn các kim loại nặng được hấp thụ vào cây dưới dạng ion thông qua hệ thống rễ. Có hai cách hấp thu ion vào rễ: hấp thụ chủ động và hấp thụ bị động.  Hấp thụ thụ động - Các ion của kim loại nặng khuếch tán theo sự chênh lệch nồng độ. - Các độc chất này hòa tan trong nước và vào rễ theo dòng nước. - Các kim loại này hút bám trên các bề mặt keo đất và trên bề mặt rễ trao đổi với nhau khi có tiếp xúc giữa rễ và dung dịch đất, cách này được gọi là hút bám trao đổi. Chương 2: Tổng quan tài liệu Trang 12  Hấp thụ chủ động: Phần lớn các nguyên tố kim loại được hấp thụ vào cây theo cách chủ động. Tính chủ động được thể hiện ở tính thấm chọn lọc của màng sinh chất và các kim loại nặng được vẩn chuyển vào rễ ngược với quy luật khuếch tán, vì cách hấp thụ này ngược với gradien nồng độ nên cần thiết phải cung cấp năng lượng, tức là phải có sự tham gia của ATP và của một chất trung gian, được gọi là chất mang. ATP và chất mang được cung cấp từ quá trình chuyển hóa vật chất (chủ yếu là từ quá trình hôp hấp). 2.5.3 Quá trình xâm nhập kim loại nặng vào trong cây Quá trình xâm nhập kim loại nặng vào trong cây trải qua 4 giai đoạn sau Giai đoạn 1: Kim loại nặng đi vào vùng tự do của rễ cây Sự di chuyển của các ion kim loại không bị giới hạn tại bề mặt rễ cây. Vùng màng của tế bào có khả năng dễ dàng cho dung dịch xâm nhập, tại đây các ion dương có thể khuếch tán tự do hoặc bị bẫy vào những tế bào mang điện âm. Kim loại được vận chuyển vào khối hình cầu thân rễ - vùng rộng khoảng 1 - 2 mm giữa rễ và vùng đất xung quanh. Cơ chế hấp thụ có thể biến đổi với các ion khác nhau, nhưng những ion được hấp thụ vào trong rễ bởi cùng một cơ chế sẽ cạnh tranh với nhau, ví dụ như sự hấp thụ của Zn được hạn chế bởi Cu và H+ nhưng không bị hạn chế bởi Fe và Mn. Giai đoạn 2: Các kim loại nặng bị hấp thụ trong tế bào có thể bị mất tính linh động hay tính độc trong tế bào chất, thông qua quá trình kết hợp tạo phức với các phân tử hữu cơ hoặc bị sa lắng xuống các khu vực giàu electron. Giai đoạn 3: Các kim loại ở trong tế bào có thể được chuyển từ tế bào này sang tế bào khác thông qua con đường hợp sẽ đi vào mao dẫn rễ và đưa tới mầm non. Sự di chuyển của các dung dịch trong mao dẫn rễ là nguyên nhân gây ra các dòng thở (sự di chuyển khối - dòng chảy khối). Các cation tự do có thể phản ứng với các nhóm mang điện âm của thành tế bào mao dẫn rễ, đây chính là lý do làm cản trở sự vận chuyển của kim loại nặng hay làm quá trình trao đổi bị chậm lại. Ngoài ra, các nhóm tạo phức với kim loại tự do như các axit hữu cơ, aminoacid trong mao dẫn rễ sẽ làm giảm mức độ linh động của kim loại nặng và cho phép chúng di chuyển vào các mầm non. Giai đoạn 4: Với sự góp mặt của kim loại trong cây làm biến đổi gen và làm mất tính linh động của kim loại trong rễ. Kim loại nặng tích lũy trong rễ chiếm 80 - 90 % tổng lượng kim loại hấp thụ. Hầu hết các kim loại được tích lũy trong rễ cây đều ở trong không bào và được liên kết vào các hợp chất pectin và protein của thành tế bào. Ngoài ra một số loài cây có khả năng tích lũy kim loại nặng ở phần trên của cây. 2.6 Tổng quan về tình hình nghiên cứu kim loại nặng trong rau xanh ở Việt Nam Các nghiên cứu tập trung vào đánh giá hiện trạng kim loại nặng trong nước sử dụng trong nông nghiệp và sự hấp thụ tích lũy một số kim loại nặng lên các thực phẩm khác nhau. Sự hấp thụ và tích lũy kim loại nặng lên thực vật còn được ứng dụng trong các công nghệ xử lý nhằm loại bỏ các kim loại nặng tồn dư trong đất, nước. - Lê Đức và các cộng sự (2000), nghiên cứu khả năng hút thu và tích lũy Pb trong cây bèo tây và rau muống trồng trên nền đất bị ô nhiễm. - Nhóm tác giả Lương Thị Hồng Vân và Nguyễn Mai Huệ (2002), đã điều tra hàm lượng Pb, As trong rau, quả (rau muống, mồng tơi, cải xanh, ngải cứu, rau ngót, khoai lang, chuối, đu đủ...) trồng tại các vùng xung quanh xưởng luyện kim màu Thái Nguyên và thu Chương 2: Tổng quan tài liệu Trang 13 được kết quả như sau: hàm lượng Pb và As trong rau quả ăn được trồng tại vùng có xưởng luyện kim màu Thái Nguyên cao hơn mức an toàn cho phép từ 2 đến 6 lần. - Vũ Đình Tuấn và cộng sự (2004), cũng đã điều tra hiện trạng kim loại nặng trong đất và cây rau vùng ngoại thành Hà Nội, kết quả cho thấy: lượng Pb trong 13 mẫu rau và lượng Cd trong 11 mẫu rau trồng tại Từ Liêm đặc biệt là nhóm rau gia vị và rau ăn lá nấu chín (tía tô, mùi, hành, tỏi, kinh giới, rau ngót, cải ngọt, mồng tơi...), vượt khỏi tiêu chuẩn cho phép của Việt Nam. - Lê Đức và các cộng sự (2005) đã nghiên cứu ảnh hưởng của Pb2+, Cu2+ đến giun đất, rau cải và ảnh hưởng của Pb, Cu, Zn, Cd đến cây mạ trên nền đất phù sa sông Hồng. Kết quả cho thấy, ảnh hưởng trực tiếp của Pb2+, Cu2+ đến sự nảy mầm của hạt rau cải cũng như sự sinh rễ, sinh lá và chiều cao trung bình của cây cải, tùy thuộc vào độc tính của từng nguyên tố (Pb,Cu, Zn, Cd) ở những nồng độ lớn nhỏ khác nhau đã ảnh hưởng đến bộ rễ cũng như gây chết cây mạ. - Phạm Ngọc Thuỵ và các cộng sự (2006) đã điều tra hiện trạng về Pb, Hg, As, Cd trong đất nước và một số rau trồng ở khu vực Đông Anh, Hà Nội. Kết quả điều tra cho thấy một số mẫu rau như xà lách, rau muống, cải cúc, cải bắp, cải ngọt, hành hoa, cải thảo.. bị ô nhiễm Pb và Cd, rất ít mẫu rau bị ô nhiễm As và Hg... 2.7 Phương pháp định lượng vết kim loại nặng Ngày nay, xã hội có nhu cầu rất lớn phân tích vết kim loại trong các mẫu thực phẩm, môi trường, nước,…. Để định lượng được vết kim loại trong các loại mẫu thì đòi hỏi phải có thiết bị phân tích hiện đại có độ nhạy, độ chọn lọc và độ chính xác cao, thời gian phân tích ngắn. Chính vì vậy, đã phát triển rất nhiều các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại khác nhau cho phép định lượng vết kim loại một cách chính xác và nhanh chóng. Chương 2: Tổng quan tài liệu Trang 14 Bảng 2.1: Một số phương pháp phân tích hóa lý và khoảng định lượng STT Tên phương pháp Khoảng nồng độ (ion.g/l) 1 Phổ hấp thụ phân tử 10-5 ÷ 10-6 2 Phổ huỳnh quang phân tử 10-6 ÷ 10-7 3 Phổ hấp thụ nguyên tử 10-6 ÷ 10-7 4 Phổ phát xạ nguyên tử 10-5 ÷ 10-6 5 Phân tích kích hoạt nơtron 10-9 ÷ 10-10 6 Điện thế dùng điện cực chọn lọc ion 10-4 ÷ 10-5 7 Cực phổ cổ điển 10-4 ÷ 10-5 8 Cực phổ sóng vuông 10-6 ÷ 10-7 9 Von-Ampe hòa tan dùng điện cực HMDE 10-6 ÷ 10-9 10 Von-Ampe hoà tan dùng điện cực màng Hg 10-8 ÷ 10-10 Theo bảng trên phương pháp kích hoạt notron có độ nhạy cao nhất, nhưng đòi hỏi thiết bị đắt tiền, điều kiện tiến hành khó khăn nên ít được sử dụng phổ biến. Phương pháp hấp thụ nguyên tử có độ nhạy, độ chính xác cao và có ưu điểm nổi bật rất thuận lợi cho việc xác định chính xác vết kim loại và các hợp chất độc hại trong nhiều đối tượng khác nhau, các kết quả rất ổn định sai số nhỏ (không quá 15%) với vùng nồng độ cỡ 1-2ppm. 2.8 Cơ sở lý thuyết của phương pháp nghiên cứu 2.8.1 Phương pháp xử lý mẫu phân tích Xử lý mẫu là một thao tác cực kì quan trọng không thể thiếu khi tiến hành phân tích định tính cũng như định lượng kim loại bằng phương pháp AAS nói riêng và trong kỹ thuật phân tích nói chung. Việc xử lý mẫu sai, kết quả thu được sẽ không có giá trị, không đáng tin cậy. Mục đích của việc xử lý mẫu là nhằm tách các tạp chất, làm giàu mẫu (nếu cần), đưa mẫu về trạng thái thuận lợi nhất cho việc phân tích. Để phân tích một nguyên tố kim loại có mặt trong mẫu bằng AAS, trước hết kim loại đó phải ở dưới dạng ion tan. Mặt khác, kim loại tồn tại trong mẫu thực phẩm dưới dạng phức của các chất hữu cơ. Do đó mục đích của việc xử lý mẫu ở đây là giải phóng kim loại ra khỏi phức chất và đưa nó về trạng thái ion tan trong dung dịch. Hầu hết các nguyên tố kim loại phân tích bằng phương pháp AAS đều phải tồn tại dưới dạng muối acid. Có hai phương pháp xử lý mẫu: Chương 2: Tổng quan tài liệu Trang 15 - Phương pháp 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. Các loại acid sử dụng trong phương pháp ướt: + H2SO4: đóng vai trò phân hủy các hợp chất hữu cơ do acid này có khả năng đốt cháy chất hữu cơ. + HCl, HNO3, HClO4, H2O2: các acid này có vai trò xúc tiến cho phản ứng nhanh hơn vì nó có khả năng cắt mạch phân tử. - Kỹ thuật xử lý khô: là dùng nhiệt độ cao để phá mẫu. Quá trình này gồm 2 giai đoạn: + Than hóa: mục đích của quá trình than hóa là làm bốc hơi nước và một số chất bay hơi ở nhiệt độ khoảng 1000C, không làm cho mẫu văng ra ngoài, chuyển các chất hữu cơ thành dạng C và CO2. Do đó khi cho HNO3 vào hòa tan chỉ hòa tan được một phần khoáng. Vì vậy để tách được triệt để kim loại ra khỏi mẫu và đưa về dạng ion tan, chúng ta phải tiến hành giai đoạn 2 là giai đoạn tro hóa. + Tro hóa: mục đích của quá trình tro hóa là phân hủy toàn bộ chất hữu cơ có trong mẫu, giải phóng kim loại dưới dạng tự do hay muối kim loại. Đối với chất khó cháy phải sử dụng chất trợ cháy Mg(NO3)2.  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 cao, 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. 2.8.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS [10, 11, 16, 17] Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử là những kỹ thuật phân tích hóa lý, đã và đang được phát triển và ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học kĩ thuật, trong sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, y dược, địa chất, hóa học. Đặc biệt ở các nước phát triển, phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử đã trở thành một trong các phương pháp dùng để phân tích lượng vết Chương 2: Tổng quan tài liệu Trang 16 kim loại có trong nhiều đối tượng khác nhau như đất, nước, không khí, thực phẩm …Hiện nay trong công tác nguyên cứu bảo vệ môi trường, phương pháp phân tích này là một công cụ đắc lực để xác định các kim loại độc hại. Ở nước ta, kĩ thuật phân tích theo phổ hấp thụ nguyên tử cũng đã được phát triển và ứng dụng trong khoảng hơn hai chục năm nay. 2.8.2.1 Nguyên tắc và trang bị của phép đo AAS Cơ sở lí thuyết của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử là sự hấp thụ năng lượng (bức xạ đơn sắc) của nguyên tử tự do ở trong trạng thái hơi khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên tố ấy trong môi trường hấp thụ. Thiết bị hoạt động dựa trên sự hấp thụ chọn lọc các bức xạ đơn sắc đặc trưng của đám hơi nguyên tử của nguyên tố cần xác định. Vì thế, muốn thực hiện được phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố cần thực hiện các quá trình sau: - Chọn các điều kiện và một loại trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do. Đó là quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu. Đối với phân tích khoáng trong thực phẩm, mẫu thực phẩm trước khi đưa vào bộ phận này cần được qua xử lý vô cơ hóa hoàn toàn. - Chiếu chùm tia sáng phát ra bức xạ tương ứng với bức xạ hấp thụ đặc trưng của cấu tử cần phân tích (nguồn bức xại đơn sắc) qua đám hơi nguyên tử. Các nguyên tử ở trạng thái hơi sẽ hấp thu bức xạ và hình thành phổ hấp thụ. - Tiếp đó, nhờ một hệ thống máy quang phổ thu toàn bộ chùm sáng, phân li và chọn một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần nghiên cứu để đo cường độ của nó. Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử. Vì vậy, muốn thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, hệ thống máy đo phổ hấp thụ nguyên tử phải bao gồm các phần cơ bản sau đây:  Phần 1: Nguồn phát tia phát xạ cộng hưởng của nguyên tố phân tích (vạch phổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích), để chiếu vào môi trường hấp thụ chứa các nguyên tử tự do của nguyên tố. Đó là các đèn catod rỗng (HCL), các đèn phóng điện không điện cực (EDL), hay nguồn phát bức xạ liên tục đã được biến điệu. Hình 2.4: Cấu tạo đền catod rỗng Chương 2: Tổng quan tài liệu Trang 17 Hình 2.5: Đèn phóng điện không điện cực  Phần 2: Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích. Hệ thống này được chế tạo theo hai loại kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu. Đó là kĩ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa đèn khí (lúc này ta có phép đo F-AAS) và kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa (lúc này ta có phép đo ETA-AAS). Hình 2.6: Hệ thống nguyên tử hóa mẫu trong ngọn lửa Trong đó: (1) Đèn nguyên tử hóa mẫu, (2) Màng bảo hiểm, (3) Đường thải phần mẫu thừa, (4) Đường dẫn chất oxi hóa, (5) Đường dẫn mẫu vào buồng aerosol hóa, (6) Đường dẫn chất cháy C2H2, (7) Viên bi tạo bụi aerosol.  Phần 3. Hệ thống máy quang phổ hấp thụ, nó là bộ đơn sắc, có nhiệm vụ thu, phân li và chọn tia sáng (vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện để phát hiện tín hiệu hấp thụ AAS của vạch phổ. Chương 2: Tổng quan tài liệu Trang 18  Phần 4. Hệ thống chỉ thị tín hiệu hấp thụ của vạch phổ (tức là cường độ của vạch phổ hấp thụ hay nồng độ nguyên tố phân tích). Hệ thống có thể là các trang bị: + Đơn giản nhất là một điện kế chỉ năng lượng hấp thụ (E) của vạch phổ, + Một máy tự ghi lực của vạch phổ, + Hoặc bộ hiện số digital, + Hay bộ máy tính và máy in (printer). + Hoặc máy phân tích (lntergrator). Với các máy hiện đại còn có thêm một microcomputer hay microprocessor và hệ thống phần mềm. Loại trang bị này có nhiệm vụ điều khiển quá trình đo và xử lý các kết quả đo đạc, vẽ đồ thị, tính nồng độ của mẫu phân tích… Hình 2.7: Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo hệ thống máy AAS. a) Hệ 1 chùm tia; b) Hệ 2 chùm tia 1- Nguồn phát tia bức xạ đơn sắc, 2- Hệ thống nguyên tử hóa mẫu, 3- Hệ thống đơn sắc và detetctor, 4- Bộ khuếch đại và chỉ thị kết quả đo, 5- Microcomputer. 2.8.2.2 Những ưu nhược điểm của phép đo AAS Cũng như các phương pháp phân tích khác, phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử cũng có những ưu điểm và nhược điểm nhất định. Chương 2: Tổng quan tài liệu Trang 19  Ưu điểm - Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có độ nhạy và độ chọn lọc tương đối cao. Gần 60 nguyên tố hóa học có thể được xác định bằng phương pháp này với độ nhạy từ 1.10-4 đến 1.10 -5 %. - Tốn ít nguyên liệu mẫu, tốn ít thời gian, không cần phải dùng nhiều hóa chất tinh khiết cao khi làm giàu mẫu. Đồng thời cũng tránh được sự nhiễm bẩn mẫu khi xử lí qua các giai đoạn phức tạp. - Các động tác thực hiện nhẹ nhàng. Các kết quả phân tích lại có thể ghi lại trên băng giấy hay giản đồ để lưu giữ lại sau này. - Có thể xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong một mẫu. Các kết quả phân tích lại rất ổn định, sai số nhỏ. Trong nhiều trường hợp sai số không quá 15% với vùng nồng độ cỡ 1 - 2 ppm.  Nhược điểm: Bên cạnh những ưu điểm, phép đo phổ hấp thụ nguyên tử cũng có một số và nhược điểm nhất định. - Hệ thống máy AAS tương đối đắt tiền. - Do phép đo có độ nhạy cao, cho nên sự nhiễm bẩn rất có ý nghĩa đối với kết quả phân tích hàm lượng vết. Vì thế môi trường không khí phòng thí nghiệm phải không có bụi. Các dụng cụ, hóa chất dùng trong phép đo phải có độ tinh khiết cao. - Các trang thiết bị máy móc khá tinh vi và phức tạp. Do đó cần phải có kĩ sư có trình độ cao để bảo dưỡng và chăm sóc, cần cán bộ làm phân tích công cụ thành thạo để vận hành máy. - Nhược điểm chính của phương pháp phân tích này là chỉ cho ta biết thành phần nguyên tố của chất ở trong mẫu phân tích mà không chỉ ra trạng thái liên kết của nguyên tố ở trong mẫu. 2.8.2.3 Đối tượng và phạm vi ứng dụng của phương pháp AAS Đối tượng chính của phương pháp phân tích theo phổ hấp thụ nguyên tử là phân tích lượng nhỏ (lượng vết) các kim loại trong các loại mẫu khác nhau của các chất vô cơ và hữu cơ. Với các trang bị và kĩ thuật hiện nay, bằng phương pháp phân tích này người ta có thể định lượng được hầu hết các kim loại (khoảng 65 nguyên tố) và một số á kim đến giới hạn nồng độ cỡ ppm (microgam) bằng kĩ thuật F-AAS, và đến nồng độ ppb (