Khảo sát các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của Pb và xác định hàm lượng kim loại Pb trong một số mẫu chè xanh ở Thái Nguyên

Nguyễn Thị Hoa - Đào Quang Khải (Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên)

TÓM TẮT:

Bài báo này thông qua kết quả xác định hàm lượng Pb trong một số mẫu chè xanh trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên. Các thí nghiệm xác định hàm lượng chè được tiến hành bằng phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử với các điều kiện sau: Thông số tối ưu cho phép đo Pb, vạch phổ 217nm, khe đo 0,5nm, cường độ dòng đèn 10 mA (70% Imax); thời gian nguyên tử hóa mẫu từ 60-80 giây; nhiệt độ sấy khô mẫu giai đoạn đầu ở 1200C trong 20 giây, giai đoạn sau ở nhiệt độ 250oC trong 10 giây; nhiệt độ tro hóa luyện mẫu là 600oC; nhiệt độ nguyên tử hóa là 1700oC; Khí Argon được sử dụng làm môi trường nguyên tử hóa mẫu, sử dụng HNO3 2% làm môi trường axit hóa; Mg(NO3)2 0,01% làm chất cải biến nền; Nhóm các cation kim không gây ảnh hưởng đến cường độ vạch phổ của Pb. Kết quả cũng chỉ ra rằng, hàm lượng Pb trong 4 mẫu chè xanh ở 4 huyện của Thái nguyên cho kết quả đều thấp hơn giới hạn cho phép.

Từ khóa: Pb, khảo sát, hấp thụ, tiêu chuẩn Việt Nam, chè xanh, Thái Nguyên.

1. Mở đầu

Trà là một loại đồ uống được nhiều quốc gia trên thế giới ưa chuộng và sử dụng. Không chỉ dùng để tạo ra đồ uống, chè còn được sử dụng trong dược, mĩ phẩm. Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng, các nguyên tố vi lượng có trong trà đóng một vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của cơ thể con người. Tình trạng thiếu hoặc dư thừa các nguyên tố vi lượng này đều có thể gây bệnh [6]. Trên thế giới hiện nay đã có nhiều nghiên cứu sử dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử để xác định hàm lượng kim loại nặng trong các loại rau, quả, thực phẩm... Trong nước hiện nay có khá nhiều đề tài nghiên cứu về thành phần của kim loại nặng trong các mẫu thực phẩm nói chung và trong mẫu trà nói riêng [1, 5-6]. Để xây dựng một chế độ chăm bón, mô hình trồng sạch đảm bảo chất lượng cho sản phẩm tiêu thụ cũng như sử dụng trong nước. Hiện nay, một số nghiên cứu đã được thực hiện để đánh giá chất lượng trà bằng cách phân tích một số thành phần hóa học có trong chè để tìm ra sự ảnh hưởng của nó đến sắc tố da và các đặc tính hương liệu.

Thái Nguyên được tôn danh là “Đệ nhất danh trà” của cả nước. Tuy nhiên ở Thái Nguyên xuất hiện rất nhiều các khu công nghiệp, các mỏ khoáng sản đang khai thác gần các nương chè. Rất có thể chè sẽ bị nhiễm một số kim loại nặng từ đất, nước, và không khí. Vì thế, chúng ta cần phải quan tâm hơn nữa đến việc nghiên cứu và kiểm tra để khống chế các chất có hại, đặc biệt là các kim loại nặng ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người. Do vậy, trong bài báo này, chúng tôi trình bày một số kết quả nghiên cứu xác định hàm lượng kim loại Pb trong một số mẫu chè xanh ở Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử. 

2. Thực nghiệm

2.1. Hóa chất và thiết bị

- Hóa chất: Dung dịch chuẩn Pb2+, HCl 36%, HNO3 65%, H2O2 30%, NH4Ac, NaAc, LaCl3, Mg(NO3)2.

- Thiết bị: + Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Shimadzu - 6300 Nhật Bản.

+ Máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử Thermo Electrode Corporation (Anh).

2.2. Chuẩn bị nguyên liệu (Chè)

Các mẫu được lấy tại 4 huyện trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5609:2007. Tại mỗi địa điểm lấy mẫu chúng tôi tiến hành lấy mẫu tại đó 3 lần vào thời gian khác nhau [2].

Bảng 1. Mẫu chè

Mẫu chè

2.3. Khảo sát các điều kiện đo phổ GF - AAS của Chì

2.3.1. Khảo sát chọn vạch đo

Khảo sát đối với dung dịch chuẩn Pb 2ppm trong HNO3 2% kết quả thu được thể hiện ở Bảng 2.

Bảng 2. Khảo sát vạch đo của Pb

Khảo sát vạch đo của Pb

Qua kết quả khảo sát ta thấy tại vạch đo 217,0 nm độ hấp thụ của Pb lớn hơn và sai số nhỏ hơn ở vạch đo 283,3 nm. Do đó, chúng tôi chọn vạch đo của Pb là 217,0 nm.

2.3.2. Khảo sát chọn khe đo

Đối với vạch phổ hấp thụ của Pb khe đo phù hợp là 0,5 nm. Ở khe này diện tích píc của vạch phổ nằm hoàn toàn trong khe đo [3-4].

2.3.3. Khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng (HCL)

Với đèn đơn Pb có Imax =15 mA, tiến hành khảo sát cường độ đèn HCL trong vùng từ 60 - 80 % Imax đối với dung dịch chuẩn Pb2+ 6ppm trong HNO3 2%. Kết quả khảo sát cường độ đèn catot rỗng được trình bày trong Bảng 3.

Bảng 3. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào cường độ dòng đèn với Pb

Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào cường độ dòng đèn với Pb

Kết quả khảo sát cho thấy khi cường độ dòng đèn giảm thì cường độ hấp thụ của vạch phổ tăng, nhưng hệ số biến động tăng hay sai số giảm. Vì vậy, để đảm bảo sao cho cường độ dòng đèn có cường độ vạch phổ vừa cao, vừa ổn định tức sai số nhỏ, mà vẫn có lợi cho tuổi thọ của đèn chúng tôi chọn cường độ dòng đèn của Pb là 10mA (70%Imax).

2.3.4. Khảo sát điều kiện nguyên tử hóa mẫu

a. Nhiệt độ sấy khô mẫu

Với lượng mẫu được bơm vào cuvet nhỏ hơn 100µl. Thực hiện giai đoạn sấy khô mẫu làm hai bước:

- Bước 1: ở 120oC với thời gian là 20 giây có Rampe (auto).

- Bước 2: ở 250oC với thời gian là 10 giây có Rampe (auto).

b. Khảo sát nhiệt độ tro luyện hóa mẫu

Tiến hành khảo sát với dung dịch chuẩn Pb 4ppb trong HNO3 2% có nền Mg(NO3)2 0,01%, thời gian tro hóa luyện mẫu là 20 giây. Kết quả như Hình 1.

Hình 1: Đồ thị khảo sát nhiệt độ tro hóa của Pb

Đồ thị khảo sát nhiệt độ tro hóa của Pb

Dựa vào đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang (AbS) vào nhiệt độ tro hóa của Pb là 600oC thì độ hấp thụ quang là lớn nhất. Vì vậy, chúng tôi chọn nhiệt độ này là nhiệt độ tro hóa để đo Pb.

c. Nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu

Chúng tôi tiến hành khảo sát với dung dịch chuẩn Pb 4 ppb trong HNO3 2% nền Mg(NO3)2 0,01%. Kết quả thu được ở Hình 2.

Hình 2: Đồ thị khảo sát nhiệt độ nguyên tử hóa của Pb

Đồ thị khảo sát nhiệt độ nguyên tử hóa của Pb

Dựa vào đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang (Abs) vào nhiệt độ nguyên tử hóa của Pb, ta thấy tại 1700oC thì độ hấp thụ quang là lớn nhất, vì vậy chúng tôi chọn nhiệt độ này là nhiệt độ để nguyên tử hóa Pb.

2.3.5. Các điều kiện khác

- Chúng tôi sử dụng khí Argon làm môi trường nguyên tử hóa mẫu. Tốc độ khí nguyên tử hóa mẫu là 30 ml/phút, còn các giai đoạn khác là 1000 ml/phút[4].

- Thể tích mẫu để nguyên tử hóa đo phổ là 20 µl [6].

2.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo GF-AAS

2.4.1. Khảo sát yếu tố ảnh hưởng của nồng độ và loại axit
Chúng tôi tiến hành khảo sát với dung dịch Pb 4ppb với hai axit là HCl và HNO3 trong nền Mg(NO3)2 0,01%. Kết quả là giá trị trung bình của 3 lần đo được chỉ ra ở Bảng 4.

Bảng 4. Khảo sát ảnh hưởng của axit đối với Chì

Khảo sát ảnh hưởng của axit đối với Chì

Từ kết quả khảo sát ở trên, chúng tôi đã chọn axit HNO3 chọn nồng độ 2% làm môi trường axit hóa để tiến hành đo Cd và Pb.

2.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của chất cải biến nền

Chúng tôi tiến hành khảo sát các chất trên với dung dịch mẫu thực. Kết quả thu được là kết quả trung bình của 3 lần đo được chỉ ra ở Bảng 5

Bảng 5. Khảo sát ảnh hưởng của chất cải biến hóa học

Khảo sát ảnh hưởng của chất cải biến hóa học

Qua kết quả thu được chúng tôi thấy chất cải biến Mg(NO3)2 0,01% cho tín hiệu nền giảm và sai số nhỏ nhất. Vì vậy, chúng tôi đã chọn Mg(NO3)2 0,01% để cải biến nền cho phép đo phổ GF - AAS đối với Pb.

2.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của các cation

Trong thành phần của ba mẫu chè xanh được khảo sát ở Thái Nguyên, chúng tôi nhận thấy chúng có nhiều các cation khác nhau. Vì thế, chúng tôi đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các cation đối với cường độ vạch phổ của Pb.

Kết quả thu được biểu diễn ở Bảng 6.

Bảng 6. Ảnh hưởng của kim loại kiềm đến phổ hấp thụ của Pb

Ảnh hưởng của kim loại kiềm đến phổ hấp thụ của Pb

Nhận xét: Qua kết quả khảo sát, chúng tôi thấy rằng, theo các điều kiện đã chọn có thể tiến hành đo phổ GF-AAS để xác định Pb trong sự có mặt của các cation với nồng độ khá lớn mà không bị ảnh hưởng tới cường độ vạch phổ của Pb. Thực tế, hàm lượng của các cation này trong mẫu để đo phổ đều nhỏ hơn rất nhiều giới hạn đã khảo sát.

2.4.4.  Khảo sát lượng axit sử dụng cho quá trình xử lý mẫu

Chúng tôi tiến hành khảo sát đối với 4 mẫu chè xanh (Tân Cương, Đồng Hỷ, Phổ Yên, Phú Lương). Chè được sấy khô, nghiền nhỏ, tiến hành xử lý mẫu theo phương pháp xử lý ướt bằng axit HNO3 đặc [5].

Mẫu được xử lý như sau: cân 1 gam mẫu chè xanh đã nghiền nhỏ cho vào bình kendan, sau đó tẩm ướt bằng 1ml nước cất, cho tiếp axit HNO3 đặc (65%) vào trong bình và cho thêm 2ml H2O2 30%. Sau đó, đậy bình bằng phễu có đuôi dài, đun mẫu phân tích trong nhiều giờ.

Để chọn được tỉ lệ VHNO3 phù hợp trên 1 gam mẫu, chúng tôi tiến hành khảo sát như sau: với 4 mẫu chè xanh, chúng tôi khảo sát thể tích HNO3 từ 10 ml đến 15 ml [5].

Qua kết quả khảo sát ở trên (Bảng 7), chúng tôi chọn lượng axit thích hợp cho quá trình xử lý 1 gam chè xanh là từ 12ml đến 13ml. Như vậy, với 2 gam chè xanh chúng tôi sử dụng 24 - 26 ml HNO3 65% cho quá trình xử lý mẫu.

Bảng 7. Kết quả khảo sát lượng axit HNO3

Kết quả khảo sát lượng axit HNO3

Ghi chú: Dấu “-” mẫu sau khi xử lý dung dịch thu được vẫn còn cặn, dung dịch còn đục, chứng tỏ mẫu chưa phân hủy hết.

Dấu “+” mẫu sau khi xử lý dung dịch thu được trong suốt, mẫu phân hủy hoàn toàn.

2.5. Khảo sát xác định khoảng tuyến tính

2.5.1. Khảo sát xác định khoảng tuyến tính

Khảo sát khoảng tuyến tính của Pb với nồng độ của Pb trong khoảng 10-80 ppb. Kết quả được chỉ ra ở Hình 3.

Hình 3: Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính của Pb

Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính của Pb

Qua đồ thị ta thấy khoảng tuyến tính của Pb từ 10ppb - 60ppb

2.5.2. Xác định đường chuẩn của Pb

Để xác định đường chuẩn của Pb với phương trình đầy đủ dựa trên kết quả khảo sát xác định khoảng tuyến tính của Pb theo Hình 3, chúng tôi xác định đường chuẩn của Pb và được kết quả như Hình 4.

Hình 4: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ của Pb

Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ của Pb

2.6. Xử lí mẫu chè

Cân chính xác 2,000 gam mẫu chè khô đã xay nhỏ cho vào bình Kendan, thêm 2ml nước cất để tẩm ướt, thêm 24 - 26 ml HNO3 đặc (ban đầu thêm khoảng 10ml, đun khoảng 2 giờ thì thêm đủ lượng axit), đậy bình bằng phễu lọc có đuôi dài, đun sôi nhẹ trên bếp điện có điều chỉnh nhiệt độ cho mẫu phân hủy. Đến khi mẫu đã tan hết, thêm 10ml H2O2 để mẫu phân hủy hoàn toàn cho đến khi dung dịch trong suốt. Chuyển toàn bộ dung dịch vào cốc 50ml, đun nóng bay hơi đến còn muối ẩm.

+ Để nguội muối ẩm, sau đó hòa tan bằng dung dịch HNO3 2% và định mức đến vạch bằng dung dịch HNO3 2% vào bình định mức 25ml. Sau đó, đem đo phổ hấp thụ nguyên tử Pb ở bước sóng 217,0 nm.

Mẫu trắng: Lấy 2ml nước cất, thêm vào đó 25 ml HNO3 65% và 10 ml H2O2 30%. Quá trình xử lý như xử lý với mẫu phân tích.

2.6.1. Kết quả phân tích các mẫu chè xanh

Chúng tôi tiến hành đo phổ GF - AAS đối với Chì theo những điều kiện đã chọn. Hàm lượng Chì trong chè xanh được tính theo công thức sau:     

Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ của Pb

Trong đó: m là khối lượng Chì (mg/kg), C là nồng độ mẫu đo trên máy, V là thể tích định mức mẫu (25 ml), M là khối lượng mẫu phân tích (2 g).

Kết quả này là giá trị trung bình của 3 lần đo và có trừ mẫu trắng được trình bày ở Bảng 8.

Bảng 8. Kết quả đo phổ hấp thụ nguyên tử của Chì trong 3 mẫu

Kết quả đo phổ hấp thụ nguyên tử của Chì trong 3 mẫu

Từ kết quả ở Bảng 8, chúng tôi đem so sánh với QĐ46/2007/BYT (tiêu chuẩn tối đa cho phép Chì trong chè và sản phẩm là 2,0 mg/kg). Qua đó, chúng tôi nhận thấy hàm lượng Chì trong 4 mẫu chè xanh đều nhỏ hơn giới hạn cho phép.

3. Kết luận

Khảo sát các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của Pb và xác định hàm lượng Pb trong một số mẫu chè bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử chúng tôi thu được các kết quả sau:

- Xác định được các thông số tối ưu cho phép đo Pb. Đó là vạch phổ 217nm, khe đo 0,5nm, cường độ dòng đèn 10 mA (70% Imax)

- Xác định được các điều kiện đo phổ của Pb: Thời gian nguyên tử hóa mẫu từ 60-80 giây; nhiệt độ sấy khô mẫu giai đoạn đầu ở 120oC trong 20 giây, giai đoạn sau ở nhiệt độ 250oC trong 10 giây; nhiệt độ tro hóa luyện mẫu là 600oC; nhiệt độ nguyên tử hóa là 1700oC; Khí Argon được sử dụng làm môi trường nguyên tử hóa mẫu.

- Đã chọn được HNO3 2% làm môi trường axit hóa để tiến hành đo Pb; chọn được Mg(NO3)2 0,01% làm chất cải biến nền.

- Nhóm các cation kim loại kiềm, kiềm thổ, nhóm các cation kim loại nặng hóa trị II, III đều không gây ảnh hưởng đến cường độ vạch phổ của Pb.

- Khảo sát được khoảng tuyến tính của Pb từ 10-60ppb và lập đường chuẩn của Pb.

- Qua kết quả xác định hàm lượng Pb trong 4 mẫu chè xanh ở 4 huyện của Thái nguyên cho kết quả đều thấp hơn giới hạn cho phép. Do đó, khi dùng chè xanh Thái Nguyên không gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

  1. Vũ Thị Tâm Hiếu, (2009), Xác định hàm lượng một số kim loại nặng đồng, crom, niken trong rau xanh tại thành phố Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa F-AAS, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên.
  2. Phạm Luận, (1999), Tài liệu xử lý mẫu, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội.
  3. Phạm Luận, (1998), Sổ tay hướng dẫn về các kỹ thuật xử lý mẫu phân tích cho phép đo AES + AAS + ICP-AES +ICP-MS để xác định kim loại và một số phi.
  4. Phạm Luận, (2005), Ví dụ về điều kiện xác định một số kim loại bằng kĩ thuật phân tích phổ hấp thụ nguyên tử, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội.
  5. Đặng Quốc Trung, (2011), Xác định Asen trong chè xanh ở Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên.
  6. Ghaedi M., Shokrollahi A., Kianfar A.H et al, (2007). "The determination of some heavy metals in food samples by? ame atomic absorption spectrometry after their separation-preconcentrationon bis salicyl aldehyde, 1,3 propandiimine (BSPDI) loaded on activated carbon -". Iran & Turkey.

EXAMINING THE ATOMIC ABSORPTION SPECTROMETRIC CONDITIONS

OF PB AND THE DETERMINATION OF PB CONTENT

IN GREEN TEA GROWN IN THAI NGUYEN PROVINCE

• NGUYEN THI HOA

• DAO QUANG KHAI

Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry

ABSTRACT:

This paper presents the results of determining Pb content in green tea grown in Thai Nguyen Province. The Pb content determination experiments were conducted by atomic absorption spectrometric method with the following conditions: the optimal parameters for Pb measurement, spectral line 217nm, measuring gap 0.5nm, light current intensity 10 mA (70% Imax);  the sample atomization time from 60-80 seconds; drying temperature in the first stage at 1200C for 20 seconds and in the second at 2500C for 10 seconds;  the sample ash temperature is 6000C;  the atomization temperature is 17000C;  Argon gas is used as the sample atomization medium, using 2% HNO3 as the acidifying medium;  Mg (NO3) 2 0.01% as substrate modification. The experiments results show that the group of heavy metal cations do not affect the spectral intensity of Pb.  The results also indicate that the Pb concentration in samples of green tea which are grown in 4 districts of Thai Nguyen Province is lower than the permitted limit.

Keywords: Pb, survey, absorption, Vietnamese standard, green tea, Thai Nguyen Province.

[Tạp chí Công Thương - Các kết quả nghiên cứu khoa học và ứng dụng công nghệ, Số 28, tháng 11 năm 2020]