Xác định hàm lượng Ni(II), Cu(II), Cd(II), Pb(II) trong các nguồn nước sinh hoạt ở huyện Triệu Phong - Tỉnh Quảng Trị bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử - Hoàng Thị Hoài Phương

Tạp chí Khoa học và Giáo dục, Trường Đại học Sư phạm Huế ISSN 1859-1612, Số 01(33)/2015: tr. 96-102   XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG Ni(II), Cu(II), Cd(II), Pb(II) TRONG CÁC NGUỒN NƯỚC SINH HOẠT Ở HUYỆN TRIỆU PHONG - TỈNH QUẢNG TRỊ BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ HOÀNG THỊ HOÀI PHƯƠNG NGÔ VĂN TỨ - PHẠM YÊN KHANG Trường Đại học Sư phạm - Đại học Huế Tóm tắt: Trong bài báo này chúng tôi đưa ra quy trình xác định đồng thời hàm lượng các kim loại độc: niken, đồng, cadimi và chì trong các mẫu nước sinh hoạt ở huyện Triệu Phong – tỉnh Quảng Trị bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử - lò graphit (GF - AAS). Kết quả phân tích Ni, Cu, Cd và Pb trong nước sinh hoạt cho thấy hàm lượng các kim loại đều thấp hơn so với Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT. Từ khóa: niken, đồng, cadmi, chì, nước sinh hoạt, quang phổ hấp thụ nguyên tử - lò graphit 1. MỞ ĐẦU Tài nguyên nước là một dạng tài nguyên thiết yếu để phát triển. Nước sinh hoạt là một nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống của toàn nhân loại. Vấn đề cung cấp nước sạch và đảm bảo chất lượng nước sinh hoạt hiện nay diễn ra trong phạm vi toàn cầu. Ở nước ta, trong những năm gần đây, Đảng và Chính phủ rất quan tâm đến việc giải quyết nước sạch và vệ sinh môi trường, nhất là các vùng nông thôn [4], [5]. Huyện Triệu Phong, tỉnh Quảng Trị là một huyện chịu nhiều hậu quả của thời kỳ chiến tranh để lại. Những tác hại của chất độc chiến tranh cùng với tác động con người như sử dụng phân bón hóa học, lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật và sự biến đổi khí hậu nên nguy cơ ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt là rất lớn [4]. Cho đến nay có hàng trăm công trình khoa học trên thế giới đã công bố các kết quả nghiên cứu về chức năng và ảnh hưởng của một số kim loại nặng đối với sức khỏe con người trong đó có các kim loại Ni, Cu, Cd, Pb [9]. Vì vậy việc xác định hàm lượng Ni(II), Cu(II), Cd(II), Pb(II) trong các nguồn nước sinh hoạt ở huyện Triệu Phong, tỉnh Quảng Trị bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử là một việc làm rất cần thiết và có ý nghĩa. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Thiết bị và hóa chất Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử hiệu AA 6800 Shimazu (Nhật) cùng với hệ ghép nối thiết bị tự động bơm mẫu (ASC-6100) vào lò GFA-EX7. Bếp cách thủy W14 của hãng XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG Ni(II), Cu(II), Cd(II), Pb(II) 97 Memmert (Đức), máy nước cất hai lần Aquatron của hãng Bibby Sterilin (Anh), các dụng cụ khác. Các dung dịch chuẩn gốc Ni, Cu, Cd và Pb 1000 ppm của hãng Merck chuyên dùng cho AAS, axit HNO3 nồng độ 65% của hãng Merck (Đức). 2.2. Lấy mẫu và xử lý mẫu Sơ đồ lấy mẫu nước sinh hoạt huyện Triệu Phong được trình bày trên hình 1. Mẫu được lấy ở 6 xã, mỗi xã lấy 5 mẫu ở 5 vị trí khác nhau, gồm 3 mẫu nước giếng khoan và 2 mẫu giếng đào, quy cách lấy mẫu, xử lý và bảo quản mẫu theo [3], [6], [9]. Hình 1. Sơ đồ lấy nước sinh hoạt ở huyện Triệu Phong Ghi chú: Các mẫu lấy được kí hiệu Mij, với i = 1 ÷ 6 (thứ tự xã), j = 1 ÷ 5 (vị trí lấy mẫu). 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Các thông số máy và chương trình nhiệt độ tối ưu xác định kim loại Từ các nghiên cứu và khảo sát thực nghiệm chúng tôi đã lựa chọn được các thông số máy và chương trình nhiệt độ của lò graphit xác định hàm lượng kim loại được trình bày ở bảng 1a và 1b [2], [7]. Bảng 1a. Các thông số máy được lựa chọn để xác định kim loại Kim loại Các yếu tố Ni Cu Cd Pb Thông số máy đo Cường độ đèn, (mA) 12 6 8 11 Bước sóng, (nm) 232,0 324,8 228,8 217,0 Độ rộng khe, (nm) 0,2 0,5 0,5 0,5 Khí mang Argon Argon Argon Argon 98 HOÀNG THỊ HOÀI PHƯƠNG và cs. Bảng 1b. Chương trình nhiệt độ lò graphit xác định kim loại Kim loại Giai đoạn Nhiệt độ, (0C) Thời gian, (s) Lưu lượng dòng Ar, (L/phút) Ni Sấy khô 120 - 250 30 0,1 Tro hóa 800 23 1 Nguyên tử hóa 2500 2 0 Làm sạch cuvet 2500 2 1 Cu Sấy khô 150 - 250 30 0,1 Tro hóa 800 23 1 Nguyên tử hóa 2300 2 0 Làm sạch cuvet 2500 2 1 Cd Sấy khô 150 - 250 30 0,1 Tro hóa 500 23 1 Nguyên tử hóa 2000 3 0 Làm sạch cuvet 2200 2 1 Pb Sấy khô 150 - 250 30 0,1 Tro hóa 800 23 1 Nguyên tử hóa 2400 2 0 Làm sạch cuvet 2500 2 1 3.2. Xây dựng đường chuẩn Khoảng tuyến tính được khảo sát trong khoảng nồng độ của Ni, Pb là 2 ÷ 35 ppb, Cu là 2,0 ÷25 ppb, Cd là 0,5 ÷4,0 ppb. Đường chuẩn xác định hàm lượng Ni, Cu, Cd và Pb được thể hiện trên hình 2. Các phương trình hồi quy tuyến tính: Ni phương trình có dạng: A = 0,0065.CNi + 0,0073 (hệ số tương quan R = 0,9999), Cu phương trình có dạng A = 0,0478.CCu + 0,0157 (R = 0,9999), với Cd phương trình có dạng A = 0,1350.CCd - 0,0115 (R = 0,9998), và Pb phương trình có dạng A = 0,0079.CPb + 0,0081 (với R = 0,9997) trong đó C là nồng độ tính theo ppb. Hình 2a. Đường chuẩn xác định hàm lượng Ni Hình 2b. Đường chuẩn xác định hàm lượng Cu   XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG Ni(II), Cu(II), Cd(II), Pb(II) 99 Hình 2c. Đường chuẩn xác định hàm lượng Cd Hình 2d. Đường chuẩn xác định hàm lượng Pb 3.3. Giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng Giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) của phép đo GF-AAS trong phép xác định Ni, Cu, Cd và Pb được xác định theo “quy tắc 3σ” [8]. Kết quả tính toán LOD, LOQ của phương pháp được trình bày qua bảng 2. Bảng 2. Kết quả xác định LOD và LOQ Kim loại Ni Cu Cd Pb LOD, (ppb) 0,507 0,320 0,067 0,684 LOQ, (ppb) 1,690 1,067 0,223 2,280 3.4. Đánh giá độ lặp lại và độ đúng của phép đo Độ lặp lại của phương pháp được xác định qua độ lệch chuẩn tương đối (RSD) chúng tôi tiến hành phân tích trên mẫu M1.1. Đo 3 mẫu M1.1, mỗi mẫu đo 3 lần. Trong nội bộ phòng thí nghiệm, RSD chấp nhận được là những RSD nhỏ hơn một nửa RSDHorwitz. Lấy mẫu M1.1, rồi thêm chuẩn vào mẫu này 3 lần với nồng độ Ni, Cd, Cu và Pb tăng dần. Độ đúng được đánh giá thông qua độ thu hồi. Kết quả phân tích được trình bày ở bảng 3. Bảng 3. Kết quả xác định độ lặp lại và độ thu hồi của Ni, Cu, Cd, Pb Kim loại Độ lặp lại ((RSD, (%)) ½ RSDHorwitz , (%) Độ thu hồi Ni 0,47 26,9 90,22 ÷ 96,47 Cu 0,74 28,5 92,84 ÷ 101,51 Cd 2,71 33,5 91,53 ÷ 102,80 Pb 0,14 21,5 93,65 ÷ 99,36 Nhận xét: Kết quả tính toán cho thấy, phương pháp có độ lặp lại cao, nhỏ hơn một nữa RSDH nên phương pháp cho độ lặp lại tốt. Độ thu hồi đáp ứng yêu cầu phân tích lượng vết và siêu vết. 3.5. Xác định hàm lượng Ni, Cu, Cd và Pb trong nước sinh hoạt Kết quả phân tích hàm lượng Ni, Cu, Cd và Pb trong nước sinh hoạt ở huyện Triệu Phong với 30 mẫu được ghi ở bảng 4. Qua bảng 4 cho thấy: hàm lượng Ni, Cu, Cd và Pb trong nước sinh hoạt đều nhỏ hơn Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước 100 HOÀNG THỊ HOÀI PHƯƠNG và cs. ăn uống QCVN 01:2009/BYT (do Cục y tế dự phòng và Môi trường biên soạn và được Bộ trưởng Bộ Y tế ban hành theo Thông tư số: 04/2009/TT-BYT ngày 17/6/2009) [1]. Bảng 4. Kết quả xác định hàm lượng kim loại trong nước sinh hoạt ở Triệu Phong Mẫu Kim loại, (ppb) Ni Cu Cd Pb M1.1 0,318 ± 0,0044 0,2169 ± 0,00310 0,0736 ± 0,00115 1,4111 ± 0,00174 M1.2 0,357 ± 0,0027 0,421 ± 0,0024 0,0687 ± 0,00130 1,5169 ± 0,00531 M1.3 0,325 ± 0,0018 0,316 ± 0,0025 0,0763 ± 0,00010 1,4643 ± 0,00874 M1.4 0,348 ± 0,0070 0,2044 ± 0,00181 0,0951 ± 0,00069 1,5516 ± 0,00128 M1.5 0,326 ± 0,0023 0,2973 ± 0,00125 0,0854 ± 0,00082 1,3524 ± 0,00534 M2.1 0,149 ± 0,0017 0,0515 ± 0,00095 0,163 ± 0,0005 0,6424 ± 0,00410 M2.2 0,0728 ± 0,00218 0,0454 ± 0,00044 0,3523 ± 0,00157 0,7564 ± 0,00027 M2.3 0,085 ± 0,0049 0,0393 ± 0,00095 0,049 ± 0,0008 0,9235 ± 0,00044 M2.4 0,1126 ± 0,00046 0,0504 ± 0,00060 0,2658 ± 0,00027 0,6248 ± 0,00099 M2.5 0,0784 ± 0,00174 0,0431 ±0,00036 0,0416 ± 0,00044 0,8242 ± 0,00168 M3.1 < LOD 0,0684 ± 0,00066 0,0169 ± 0,00062 0,1051 ± 0,00060 M3.2 < LOD 0,1368 ± 0,00076 0,0254 ± 0,00056 0,5325 ± 0,00053 M3.3 < LOD 0,3467 ± 0,00226 0,0455 ± 0,00069 1,1012 ± 0,00269 M3.4 < LOD 0,0524 ± 0,00104 0,0125 ± 0,00010 0,1235 ± 0,00213 M3.5 < LOD 0,438 ± 0,0056 0,0645 ± 0,00036 0,7254 ± 0,00390 M4.1 0,06 ± 0,0 0,232 ± 0,0013 0,0434 ± 0,00027 1,531 ± 0,00096 M4.2 0,0714 ± 0,00118 0,1825 ± 0,00099 0,0252 ± 0,00061 0,9886 ± 0,00104 M4.3 < LOD 0,194 ± 0,00356 0,0122 ± 0,00010 1,7831 ± 0,00183 M4.4 0,0649 ± 0,00177 0,2108 ± 0,00219 0,0358 ± 0,00056 1,1245 ± 0,00131 M4.5 < LOD 0,1683 ± 0,00190 0,0118 ± 0,00027 1,3587 ± 0,00478 M5.1 < LOD 0,1174 ± 0,00282 0,0158 ± 0,00096 0,3862 ± 0,00130 M5.2 < LOD 0,2359 ± 0,00272 0,0358 ± 0,00104 1,2576 ± 0,00020 M5.3 < LOD 0,1305 ± 0,00180 0,1806 ± 0,00203 1,9815 ± 0,00105 M5.4 < LOD 0,1135 ± 0,00409 0,0284 ± 0,00017 0,4254 ± 0,00393 M5.5 < LOD 0,1578 ± 0,00231 0,1584 ± 0,00062 1,3427 ± 0,00150 M6.1 < LOD 0,5928 ± 0,00450 0,1603 ± 0,00020 1,1714 ± 0,00044 M6.2 < LOD 0,6383 ± 0,00370 0,1702 ± 0,00148 1,8823 ± 0,00027 M6.3 < LOD 0,556 ± 0,0052 0,1248 ± 0,00036 1,5623 ± 0,00155 M6.4 < LOD 0,587 ± 0,0017 0,1572 ± 0,00020 1,3582 ± 0,00072 M6.5 < LOD 0,4836 ± 0,00236 0,0867 ± 0,00027 0,9824 ± 0,00030 3.4. Đánh giá hàm lượng Ni, Cu, Cd và Pb trong nước sinh hoạt Để đánh giá hàm lượng kim loại trong nước sinh hoạt theo vị trí, chúng tôi áp dụng phương pháp thống kê phân tích phương sai 1 yếu tố (ANOVA 1 chiều) [8], kết quả được ghi ở bảng 5. XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG Ni(II), Cu(II), Cd(II), Pb(II) 101 Bảng 5. Kết quả phân tích ANOVA 1 chiều của sự biến động hàm lượng Ni, Cu, Cd và Pb trong nước sinh hoạt Me Nguồn phương sai Tổng bình phương Bậc tự do Phương sai Ftính Flý thuyết (p = 0,05, fA = 2 ,fTN = 10) Ni Giữa các vị trí 0,1915 2 0,0957 191,40 4,103 Sai số thí nghiệm 0,0052 10 0,0005 Phương sai tổng 0,1967 12 0,0164 Me Nguồn phương sai Tổng bình phương Bậc tự do Phương sai Ftính Flý thuyết (p = 0,05, fA = 5 ,fTN = 24) Cu Giữa các vị trí 0,8040 5 0,1608 21,729 7 2,6207 Sai số thí nghiệm 0,1774 24 0,0074 Phương sai tổng 0,9814 29 0,0338 Cd Giữa các vị trí 0,0856 5 0,0171 3,8864 2,6207 Sai số thí nghiệm 0,1062 24 0,0044 Phương sai tổng 0,1919 29 0,0066 Pb Giữa các vị trí 3,6852 5 0,7390 5,0547 2,6207 Sai số thí nghiệm 3,5096 24 0,1462 Phương sai tổng 7,2048 29 0,2484 Giá trị Ftính lớn hơn Flí thuyết tương ứng với mức ý nghĩa p = 0,05. Như vậy, hàm lượng Ni, Cu, Cd và Pb trong nước sinh hoạt ở vị trí lấy mẫu khác nhau là khác nhau. Hay nói cách khác, vị trí lấy mẫu ở các xã Triệu Ái, Triệu Đông, Triệu Trung, Triệu Phước, Triệu Trạch, Triệu Lăng đều ảnh hưởng đến hàm lượng Ni, Cu, Cd và Pb trong nước sinh hoạt (có ý nghĩa về mặt thống kê với p < 0,05). 4. KẾT LUẬN Chúng tôi đã lựa chọn được quy trình phân tích thích hợp để xác định hàm lượng kim loại Ni, Cu, Cd và Pb trong nước sinh hoạt bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kỹ thuật nguyên tử hóa bằng lò graphit. Trên cơ sở đó chúng tôi sử dụng phân tích hàm lượng Ni, Cu, Cd và Pb trong 30 mẫu nước sinh hoạt ở huyện Triệu Phong - tỉnh Quảng Trị. Kết quả cho thấy: so với Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT thì hàm lượng các kim loại này đều thấp hơn. Điều này cho thấy việc sử dụng nước sinh hoạt vùng khảo sát là đảm bảo an toàn. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Y tế (2009). Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước ăn uống, Hà Nội. [2] Phạm Luận (2006). Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội. [3] Từ Vọng Nghi, Huỳnh Văn Trung, Trần Từ Hiếu (1986). Phân tích nước, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. [4] Nguyễn Thanh Sơn, Trần Ngọc Anh, Nguyễn Tiền Giang (2009). “Nước dưới đất miền đồng bằng tỉnh Quảng trị: Hiện trạng khai thác, sử dụng và quản lý phục vụ tiêu 102 HOÀNG THỊ HOÀI PHƯƠNG và cs. chí phát triển bền vững”, Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 25, Số 1S, Tr. 95–102. [5] Nguyễn Thanh Sơn và nnk (2009). Báo cáo điều tra, đánh giá chất lượng nước sinh hoạt nông thôn tỉnh Quảng trị, Hà Nội. [6] Lâm Minh Triết, Diệp Ngọc Sương (2000). Các phương pháp phân tích kim loại trong nước và rác thải, NXB Khoa học và kỹ thuật, TP Hồ Chí Minh. [7] Antonio Moreda Pineiro, Pilar Bermejo Barrera, Jorge Moreda Pineiro and Adeia Bermejo (August 1998). “Usefulness of the chemical modification and the multi- injection technique approaches in the electrothermal atomic absorpyion spectrometric determination of Ag, As, Cd, Cr, Hg, Ni, Cu and Pb in sea-water”, Journal of Analytical Atomic spectrometry, Vol 13, (777-786). [8] Miller J.C., Miller J.N. (1998). Statistics for Analytical Chemistry, 2nd, Ellis Howood Limtied, Great Britain. [9] Ribeiro A. S., Curtius A. J., Pozebon D. (2000). “Determination of As, Cd, Ni and Pb in human hair by electrothermal atomic absorption spectrometry after sample treatment with tetramethylammonium hydroxide”, Microchemical Journal 64, pp. 105 - 110. Title: DETERMINATION OF NICKEL (II), COPPER (II), CADMIUM (II), LEAD (II) CONTENTS IN DOMESTIC WATER IN TRIEU PHONG DISTRICT – QUANG TRỊ PROVINCE BY ATOMIC ABSORPTION SPECTROMETRY Abstract: In this paper, we present the process and determine the concentration of toxic metals: nickel, copper, cadmium and lead in domestic water in Trieu Phong district - Quang Tri province by graphite furnace atomic absorption spectroscopy (GF - AAS). The analytical results Ni, Cu, Cd and Pb in   domestic water samples showed levels of metals are lower than the national technical standards for domestic water quality QCVN 01: 2009 /BYT. Keywords: nickel, copper, cadmium, lead, domestic water, graphite furnace atomic absorption spectroscopy HOÀNG THỊ HOÀI PHƯƠNG Học viên Cao học, Trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế PGS. TS. NGÔ VĂN TỨ Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế ThS. PHẠM YÊN KHANG Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế