ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG VẾT MỘT SỐ KIM LOẠI TRONG CÂY BÔNG MÃ ĐỀ (PLANTAGO MAJOR L ) BẰNG PHƯƠNG PHÁP ICP-MS Sinh viên thực : Phạm Thị Ngọc Lớp : Cơng nghệ kỹ thuật hố học K11 Khoa : Hoá học Thái Nguyên, Tháng Năm 2017 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo T.S Vương Trường Xuân tận tình hướng dẫn, bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình thực luận án Em xin chân thành cảm ơn anh chị cán trung tâm quan trắc môi trường tỉnh Thái Nguyên trực tiếp hướng dẫn em kiến thức tảng quan trọng thời gian làm thực nghiệm Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng năm 2017 Sinh viên thực Phạm Thị Ngọc MỤC LỤC Thái Nguyên, Tháng Năm 2017 LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.Tổng quan mã đề 1.1 Giới thiệu mã đề 1.2 Mô tả thực vật 1.3 Phân bố 1.4 Thành phần hóa học 1.5 Công dụng mã đề Lá mã đề dùng làm rau có tác dụng giải nhiệt tiểu tiện dễ dàng Một số tính chất lý, hóa Cu, Pb, Cd Cr 2.1 Tính chất vật lý Cu, Pb, Cd Cr 2.2 Một số tính chất hóa học Cu, Pb, Cd Cr 2.2 Vai trò sinh học nguyên tố đồng, cadimi, chì crom 2.2.1 Vai trò sinh học đồng 2.2.3 Tính chất độc hại cadimi 2.2.4 Độc tính chì 3.1 Phương pháp phân tích hố học 3.1.1 Phương pháp phân tích khối lượng 3.1.2 Phương pháp phân tích thể tích 3.2 Phương pháp phân tích cơng cụ 3.2.1 Phương pháp điện hoá 3.2.2 Phương pháp quang phổ 10 3.3 Phương pháp quang phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS) 11 3.3.1 Nguyên tắc phương pháp ICP-MS 11 3.3.2 Các trình xảy nguồn ICP 12 3.3.3 Ưu điểm phương pháp phân tích ICP-MS 12 3.3.4 Hạn chế phương pháp ICP-MS 13 3.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo ICP-MS 13 3.4 Các phương pháp xử lý mẫu để xác định kim loại 14 3.4.1 Kỹ thuật xử lý ướt 14 3.4.2.Kỹ thuật xử lý khô 15 3.4.3 Kỹ thuật sử lý khô-ướt kết hợp 15 3.4.4 Phương pháp điện phân 15 3.4.5 Phương pháp phân hủy mẫu lò vi sóng 15 3.4.6 Phương pháp chiết 16 3.4.7 Phương pháp pha lỗng mẫu dung mơi thích hợp 16 CHƯƠNG II THỰC NGHIỆM 17 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 17 2.2 Đối tượng, phương pháp nghiên cứu 17 2.2.1 Đối tượng nghiên cứu 17 2.2.3 Phương pháp nghiên cứu 17 2.3 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 17 2.3.1 Hóa chất 17 2.3.2 Dụng cụ 18 2.3.3 Thiết bị phân hủy mẫu phân tích mẫu 18 2.4 Phương pháp lấy mẫu bảo quản mẫu xử lý mẫu 19 2.4.1 Lấy mẫu 19 2.4.2 Xử lí sơ bảo quản mẫu 20 2.4.3 Phá hủy mẫu phương pháp lò vi sóng 20 2.5 Xây dựng đuờng chuẩn Cr, Cu, Cd Pb 21 2.5.1 Pha hóa chất 21 2.5.2 Xây dựng đường chuẩn 21 Bảng 2.2 Thể tích dung dịch cần lấy 21 Hút ml dung dịch làm việc mg/l cho vào bình 100 ml, định mức, lắc dung dịch có nồng độ chất 50 ; từ dung dịch hút ml cho vào bình 100 ml, thêm vào ml dung dịch Tb mg/l dung dịch Th 5mg/l, định mức lắc dung dịch có nồng độ chất 0.5 .22 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23 3.1 Tối ưu hóa điều kiện phân tích ICP-MS 23 3.1.1 Chọn đồng vị phân tích 23 3.1.2 Các điều kiện đo phổ khối nguyên tử Pb, Cu, Cr, Cd .23 3.1.3 Khoảng tuyến tính đường chuẩn Cu, Cd, Cr Pb .24 Bảng 3.3 Khoảng nồng độ khảo sát kết khảo sát tuyến tính nguyên tố .24 25 Hình 3.1 Đồ thị khoảng nồng độ tuyến tính đường chuẩn Pb, Cu, Cr Cd .25 3.1.4 Giới hạn phát giới hạn định lượng .25 3.2 Thực nghiệm đo tính tốn kết 27 3.2.2 Đánh giá hiệu suất thu hồi quy trình xử lí mẫu mã đề .31 KẾT LUẬN 33 DANH MỤC VIẾT TẮT Viết tắt AAS ICP-MS LOD LOQ m/z ppb RSD WHO Tiếng anh Atomic Absorption Nghĩa Phép đo phổ hấp thụ nguyên Spectrometry Inductively Coupled tử Phương pháp phổ khối Plasma Mass Spectrometry Limit of dertermination Limit of quantitation Mass/charge Part per billion Relative Standard Deviation World Health Organization plasma cảm ứng Giới hạn phát Giới hạn định lượng Khối lượng/điện tích Một phần tỉ Độ lặp lại tương đối Tổ chức y tế giới MỞ ĐẦU Con người ln cố gắng tìm kiếm loại thuốc q ngăn ngừa bệnh mãn tính, có lợi cho sức khỏe làm đẹp Tuy nhiên lại rau cỏ nhỏ bé dễ kiếm vườn loại thuốc chữa bách bệnh lại bị lãng quên Trong đó, mã đề loại mọc hoang sử dụng loại rau ăn hàng ngày Bên cạnh đó, mã đề thuốc đơng y q sử dụng nhiều thuốc dân gian để chữa bệnh liên quan tới tiêu hóa, tiết, lợi tiểu kháng khuẩn Trên giới hoạt tính sinh học mã đề đánh giá cao Tuy nhiên nhiều khu vực trồng mã đề có nguy bị nhiễm chất thải nhà máy xí nghiệp với việc sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu dẫn đến việc nhiễm kim loại nặng ảnh hưởng đến sức khỏe người sử dụng Các nguyên tố thuộc nhóm kim loại nặng Cr, Ni, Pb, Cd gây độc hại thể người tùy hàm lượng chúng Một số khác Cu, Fe, Zn nguyển tố vi lượng cần thiết cho thể người Tuy nhiên hàm lượng chúng vượt qua ngưỡng cho phép chúng bắt đầu gây độc Phương pháp ICP-MS có tính ưu việt phương pháp khác khả phân tích nhanh, phân tích đồng thời nhiều nguyên tố kim loại dạng vết mẫu với độ xác cao, bị ảnh hưởng nguyên tố khác Xuất phát từ lí chúng tơi chọn đề tài “Xác định hàm lượng vết kim loại mã đề phương pháp ICP-MS” CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.Tổng quan mã đề 1.1 Giới thiệu mã đề Tên khoa học: pantago major L Họ: Mã đề Tên Việt Nam: Mã đề Tên khác: Xa tiền, Bông mã đề, Nhà én dứt Tên nước ngoài: Broad- leaved plantain, Ripple grass, Cart tract plan, Large Plantain [2] 1.2 Mô tả thực vật Cây mã đề có tên khoa học Plantago major L Thuộc họ plantaginaceae loài thân thảo mọc nhiều nơi, thường thấy bãi hoang có độ ẩm cao Cây lâu năm cao từ 20 – 60 cm, thân ngắn [3] Rễ mọc thành chùm, to Lá đơn mọc từ gốc có cuống dài, hình thìa hay trứng, mép phiến có cưa nhỏ thưa, màu lục đậm mặt nhạt mặt Gân hình cung với gân mặt dưới, gân dọc theo sống đồng quy gốc Cuống màu xanh lục nhạt Hoa mọc thành bơng thẳng đứng, có cán dài, xuất phát từ kẽ , đài xếp xéo dính gốc Hoa lưỡng tính Quả nhỏ hình bầu dục màu xanh non, ngà già nở theo đường nứt ngang Qủa hộp có cứa nhiều hạt nâu đen bóng, chứa từ đến 20 hạt Mùa thu hái từ tháng đến tháng 7, hạt từ tháng đến tháng [4, 8] Hình 1.1 Cây mã đề 1.3 Phân bố Cây mã đề loài phổ biến biết đến vùng Bắc Âu sau dần dầu lan toàn châu Âu giới Cây mã đề thường phân bố vùng nhiệt đới cận nhiệt đới Có thể tìm thấy mã đề nhiều quốc gia Thổ Nhĩ Kì, Ấn Độ, Trung Quốc, Nhật Bản nhiều quốc gia khác giới Cây mã đề mọc khắp nơi nước ta, thường thấy bãi đất hoang, khu vườn trống nơi có độ ẩm cao Cây mọc vùng đồi núi vùng núi tỉnh Lâm Đồng thấy chúng vùng trũng, ngập nước đồng sông Cửu Long Mã đề ngày trồng phổ biến gia đình [4, 8] 1.4 Thành phần hóa học Tồn có chứa glucosid aucubin hay rinantin Lá có chất nhầy, chất đắng, caroten sinh tố C, K, T acid citric Trong hạt có nhiều chất nhầy, acid plantenoic adenin cholin [4] 1.5 Công dụng mã đề 1.5.1 Công dụng y học - Mã đề có vị tính mát dùng để chữa bệnh như: + Chữa ho, tiêu đờm + Chữa bệnh bí tiểu, tiểu dắt + Chữa bệnh chảy mãu cam nóng + Hỗ trợ điều trị viêm cầu thận mãn tính + Tốt cho bệnh nhân huyết áp cao + Chữa lỵ, tiêu chảy, trĩ + Nhuận tràng, chống viêm, đầy hơi, trị bệnh gan + Chữa đau mắt đỏ, rụng tóc + Ngồi mã đề dùng để giải rượu tốt - Bộ phận dùng, chế biến mã đề + Hạt mã đề phơi hay sấy khô gọi xa tiền tử + Toàn mã đề bỏ rễ phơi hay sấy khô gọi xa tiền thảo + Lá mã đề tươi hay phơi sấy khô [3, 4] 1.5.2 Công dụng làm thực phẩm Lá mã đề dùng làm rau có tác dụng giải nhiệt tiểu tiện dễ dàng Một số tính chất lý, hóa Cu, Pb, Cd Cr 2.1 Tính chất vật lý Cu, Pb, Cd Cr Chì kim loại có mầu xám thẫm mềm, có khối lượng riêng lớn Cadimi kim loại mầu trắng bạc, mềm, cắt dao, dễ dát mỏng dễ ánh kim mơi trường khơng khí ẩm tạo màng oxit[14] Đồng kim loại nặng, mềm, màu ánh đỏ, có độ dẫn điện dẫn nhiệt cao[13] Crom kim loại cứng, giòn, có độ nóng chảy cao Bề mặt crom bao phủ lớp màng mỏng Cr 2O3 nên có ánh bạc khả chống trầy xước cao[14] 2.2 Một số tính chất hóa học Cu, Pb, Cd Cr * Tác dụng với oxi - Ở nhiệt độ thường khơng khí, Cu bị bao phủ lớp màng đỏ gồm Cu Cu2O 2Cu + O2 + 2H2O → 2Cu(OH)2 Cu(OH)2 +Cu→ Cu2O+ H2O Nếu khơng khí có CO2 đồng bị bao phủ lớp màu lục[13] - Chì bị oxi hóa điều kiện thường tạo thành màng oxit bảo vệ cho kim loại Khi đun nóng khơng khí, chì bị oxi hóa dần đến hết tạo PbO 2Pb + t O2 → 2PbO - Cadimi bền điều kiện khơng khí ẩm nhiệt độ thường nhờ có màng oxit bảo vệ Nhưng nhiệt độ cao cadimi cháy mãnh liệt tạo thành oxit, cho lửa màu sẫm [14] - Crom bền với oxi nhiệt độ thường màng oxit bảo vệ Ở nhiệt độ cao: Cr + 3O2 → 2Cr2O3 * Tác dụng với phi kim khác - Ở nhiệt độ thường Cu khơng tác dụng với flo Khi đun nóng Cu tác dụng với S, C, P, Cl tạo thành muối tương ứng - Chì tác dụng với halogen, lưu huỳnh tạo thành muối Pb + S → PbS↓ Pb + Cl2 → PbCl2 - Cadimi crom tác dụng với halogen, lưu huỳnh, photpho, selen tạo muối tương ứng [13, 14] * Tác dụng với nước Đồng, chì, cadimi crom khơng tác dụng với nước nhiệt độ thường Nhưng nhiệt độ cao cadimi khử nước tạo thành oxit Còn chì phản ứng chậm với nước có mặt oxi tạo hidroxit: Bình số 1 1 1 1 1 0.1 10 100 97.9 97 93 88 10 50 100 Dung dịch Tb mg/l (ml) Dung dịch Th mg/l (ml) Dung dịch làm việc mg/l (ml) Dung dịch axit HNO3 2% (ml) Nồng độ chất chuẩn ( µg / l ) Bình số có nồng độ chất chuẩn 0.5 µg / l chuẩn bị theo cách sau: Hút ml dung dịch làm việc mg/l cho vào bình 100 ml, định mức, lắc dung dịch có nồng độ chất 50 µg / l ; từ dung dịch hút ml cho vào bình 100 ml, thêm vào ml dung dịch Tb mg/l dung dịch Th 5mg/l, định mức lắc dung dịch có nồng độ chất 0.5 µg / l 22 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tối ưu hóa điều kiện phân tích ICP-MS 3.1.1 Chọn đồng vị phân tích Trong tự nhiên, nguyên tố hóa học thường có số đồng vị Trong phép phân tích ICP-MS người ta thường chọn đồng vị dựa ba tiêu chí: - Phải đồng vị phổ biến tự nhiên - Ảnh hưởng chèn khối phải khơng có bé - Sự hiệu chỉnh ảnh hưởng mảnh ion oxit phải đơn giản bước tốt [12] Tùy theo phức tạp mẫu mà chọn đồng vị phân tích khác Tuy nhiên, hầu hết thống việc lựa chọn số khối phân tích sau: Bảng 3.1 Tỷ số khối lượng/điện tích (M/Z) kim loại cần phân tích STT Ngun tố Đồng Chì Cadimi Crom Kí hiệu Cu Pb Cd Cr M/Z 63 208 111 52 Khi phân tích máy thu tín hiệu đồng vị chọn theo nguyên tắc phân giải khối phận chi tứ cực 3.1.2 Các điều kiện đo phổ khối nguyên tử Pb, Cu, Cr, Cd Bảng 3.2 Các thông số tối ưu cho máy đo ICP-MS Tốc độ khí Nebulizer Tốc độ khí phụ trợ Lưu lượng khí tạo plasma Cơng suất máy phát cao tần RF Thế lăng kính Thế xung cấp Chất nội chuẩn 23 0,87 l/phút 1,375 l/phút 18 l/phút 1000W -1950V 1600V Tb, Th 3.1.3 Khoảng tuyến tính đường chuẩn Cu, Cd, Cr Pb Tiến hành khảo sát khoảng tuyến tính nguyên tố Pb, Cu, Zn, Cd thu kết bảng 3.3 Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính đường chuẩn Pb, Cu, Cr, Cd thể hình 3.1 Bảng 3.3 Khoảng nồng độ khảo sát kết khảo sát tuyến tính nguyên tố cps Pb Cu Cr Cd 0,0061 0,0074 0,01 0,0005 0,5 0,0049 0,0101 0,0155 0,0017 0,0160 0,0128 0,021 0,0029 10 0,2143 0,0609 0,12 0,0245 50 1,0957 0,2747 0,56 0,1203 1,11 0,2402 ppb 100 2,1975 0,5420 Cps: cường độ tín hiệu (count/second) 24 Hình 3.1 Đồ thị khoảng nồng độ tuyến tính đường chuẩn Pb, Cu, Cr Cd Bảng 3.4 Phương trình đường chuẩn xác định nguyên tố Kim loại Cr Cu Cd Pb Phương trình Y = aX+b Y = 0,011X + 0,01 Y = 0,0053X + 0,0074 Y = 0,0024X + 0,00048 Y = 0,0022X - 0,006 Hệ số r 0,9996 0,9996 0,9999 0,9999 Các phương trình đường chuẩn có hệ số tương quan r gần tốt cho thấy phương pháp khơng mắc sai số hệ thống có khoảng tuyến tính rộng 3.1.4 Giới hạn phát giới hạn định lượng Giới hạn phát LOD hay giới hạn định tính định nghĩa nồng độ nhỏ chất phân tích mà thiết bị phân tích cho tín hiệu phân tích khác với tín hiệu mẫu trắng hay tín hiệu Giới hạn định lượng LOQ nồng độ nhỏ mà thiết bị đo cho phép định lượng với độ xác 95% Đối với hệ thống ICP-MS, LOD LOQ tính theo cơng thức: [17] (3.1) (3.2) 25 Sử dụng công thức thống kê hoá học để xử lý kết thực nghiệm [17] - Trung bình cộng: = (3.3) - Độ lệch chuẩn: SD = (3.4) Như để xác định LOD, LOQ phép đo ta tiến hành đo lặp lại mẫu trắng 10 lần áp dụng công thức (3.1), (3.2), (3.3), (3.4) Kết bảng sau: Bảng 3.5 Giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng nguyên tố Tên Cr Cu Cd Pb Nđộ (ppb) (ppb) (ppb) (ppb) Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần 10 Trung bình SD LOD(ppb) LOQ(ppb) 2,805 2,740 2,879 2,969 2,805 2,874 2,764 2,702 2,670 2,699 2,790 0,095 0,285 0,950 9,800 2,505 2,527 2,672 2,629 2,600 2,538 2,643 2,479 2,753 2,503 2.585 0,089 0,267 0,890 9,680 1,210 1,107 1,114 1,118 1,115 1,131 1,112 1,114 1,156 1,198 1,132 0,038 0,115 0,380 9,830 1,215 1,118 1,113 1,117 1,113 1,115 1,109 1,125 1,210 1,119 1,135 0,040 0,122 0,400 9,260 3,400 3,440 3,360 3,520 R= %RSD Giới hạn phát LOD kim loại Cr 0.285 ppb, Cu 0.267 ppb, Cd 0.115 ppb, Pb 0.122 ppb 26 Giới hạn định lượng LOQ kim loại Cr 0.950 ppb; Cu 0.890 ppb; Cd 0.380 ppb; Pb 0.400 ppb Như vậy, với yêu cầu