Xác định hàm lượng chì trong một số loài cá ở khu vực sông kiến giang huyện Quảng Ninh tỉnh Quảng Bình bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CHÌ TRONG MỘT SỐ LOÀI CÁ Ở KHU VỰC SÔNG KIẾN GIANG HUYỆN QUẢNG NINH TỈNH QUẢNG BÌNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ Nguyễn Mậu Thành(1), Trần Đức Sỹ(1), Trần Thanh Tâm Toàn(2), Đoàn Mạnh Dũng(2) (1) Trường Đại học Quảng Bình, (2) Trường Đại học Khoa học (Đại học Huế) Ngày nhận bài 08/06/2018; Ngày gửi phản biện 14/06/2018; Chấp nhận đăng 06/07/2018 Email: thanhhk18@gmail.com Tóm tắt Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử - lò graphit (GF-AAS) được áp dụng để xác định hàm lượng chì trong một số loài cá ở khu vực sông Kiến Giang, huyện Quảng Ninh, tỉnh Quảng Bình. Phương pháp này cho độ lặp lại cao với RSD < 4,7%, độ đúng tốt với độ thu hồi từ 92 ¸ 106%, giới hạn phát hiện (3s) thấp. Kết quả thu được cho thấy hàm lượng chì trong một số loài cá là 9 ÷ 77 µg/kg tươi và hàm lượng đó nằm trong giới hạn cho phép theo Quyết định 46/2007/QĐ-BYT. Từ khóa: Sông Kiến Giang, chì, phương pháp AAS Abstract DETERMINATION OF LEAD CONTENT IN SOME FISH SPECIES IN KIEN GIANG RIVER IN QUANG NINH DISTRICT, QUANG BINH PROVINCE BY ATOMIC ABSORPTION SPECTROSCOPY Graphite furnace atomic absorption spectroscopy (GF-AAS) has been applied to determine the lead content in some fish species, in Kien Giang river in Quang Ninh district, Quang Binh province. This method has high repeatability with RSD < 4.7%, good trueness with the recovery from 92 to 106% and low limit of detection (3s). Results obtained shows that the average lead contents in the fish species were in the range of 9 ÷ 77 µg/kg wet weight and within the allowed limits according to the regulation No.46/2007/QĐ-BYT. 1. MỞ ĐẦU Tỉnh Quảng Bình có hệ thống sông ngòi khá phát triển với năm con sông chính trong đó có sông Nhật Lệ với phụ lưu lớn là sông Kiến Giang. Hầu hết các con sông ở Việt Nam đều chảy theo hướng Đông Nam, riêng con sông Kiến Giang này lại chảy theo hướng Đông Bắc nên còn được gọi là nghịch hà [12], nó đi qua địa phận huyện Quảng Ninh để đổ ra biển Đông ở cửa Nhật Lệ. Đây là một trong những dòng sông điển hình có giá trị lớn về mặt kinh tế xã hội cho tỉnh, đặc biệt là huyện Quảng Ninh. Song song với việc khai thác những tiềm năng từ dòng sông Kiến Giang thì vấn đề môi trường ở đây cũng cần được quan tâm. Đặc biệt, hệ thống sông Kiến Giang đã và đang tiếp nhận nước thải sinh hoạt, nông nghiệp và công nghiệp từ các khu vực ven sông như: Nhà máy xi măng Áng Sơn, nhà máy xi măng Vạn Ninh, nhà máy gạch không nung Thọ Duệ, nhà máy khai thác cát, đất cao lanh, và do vậy, gây nguy cơ ô nhiễm nguồn nước sông. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hàm lượng các chất ô nhiễm tích lũy trong sinh vật thường phản ánh về chất lượng môi trường. Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã cho thấy, cá là một trong số các loài sinh vật được quan tâm nghiên cứu về mức tích lũy các kim loại độc, trong đó có chì [10]. Các kim loại độc có khả năng tích lũy lâu dài trong sinh vật, dẫn đến làm giảm chất lượng thủy sản và có thể gây hại cho con người thông qua dây chuyền thực phẩm [4, 5]. Chì (Pb) gây ảnh hưởng đến sự tổng hợp máu, phá vỡ hồng cầu, gây hại đến hệ thân kinh, nhất là hệ thân kinh của trẻ sơ sinh, chì kìm hãm việc sử dụng oxi và glucoza để sản xuất năng lượng cho quá trình sống. Sự kìm hãm này có thể nhận thấy khi nồng độ chì trong máu khoảng 0,3 mg/l. Nếu hàm lượng trong máu 0,5 - 0,8 mg/l sẽ gây rối loạn chức năng thận và phá huỷ não [1]. Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa hay lò graphit (GF-AAS) được nhiều quốc gia trên thế giới thừa nhận là một phương pháp chuẩn, đã và đang được ứng dụng rộng rãi để xác định hàm lượng các kim loại độc (trong đó có Pb) trong các đối tượng mẫu môi trường khác nhau như: nước, trầm tích, sinh vật...[2]. Song, cho đến nay, chưa có nghiên cứu nào về xác định hàm lượng Pb trong các loài cá ở sông Kiến Giang. Vì vậy trong bài báo này chúng tôi trình bày kết quả nghiên cứu xác định hàm lượng Pb trong thịt một số loài cá ở khu vực sông Kiến Giang chảy qua địa phận huyện Quảng Ninh, tỉnh Quảng Bình bằng phương pháp GF-AAS. 2. THỰC NGHIỆM Thiết bị, dụng cụ, hóa chất: Các ống nghiệm, cốc thủy tinh chịu nhiệt, bình định mức; Cân phân tích, bếp điện, máy xay mẫu chuyên dụng, bộ dao mổ y tế làm bằng inox được dùng để tách thịt ra khỏi xương cá; Các micropipette và pipete (Eppendorf). Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Zeenit 700P của hãng Analytika Jena (Đức). Các hóa chất sử dụng đều là loại tinh khiết (PA) của hãng Merck (Đức): Dung dịch chuẩn gốc chì (1000 ± 2 ppm) chuyên dùng cho phép đo AAS, axit HNO3 65% và MgNO2... Nước để pha chế hóa chất và rửa dụng cụ là nước cất hai lần.     Lấy mẫu, xử lý mẫu: Các mẫu cá được thu thập bằng cách dùng các ngư cụ đánh bắt (lưới, chèo, chài, vợt,...) tại nhiều địa điểm trên sông Kiến Giang chảy qua địa phận huyện Quảng Ninh (đoạn từ thôn Phú Ninh xã Duy Ninh đến thôn Đắc Thắng xã Gia Ninh với chiều dài khoảng 15 km) thể hiện ở hình 1, vào 2 đợt (đợt 1: 26 ¸ 28/1/2018; đợt 2 : 29 ¸ 31/3/2018). Mỗi đợt gồm 5 mẫu được phân loại theo kích cỡ từ nhỏ đến lớn theo chiều dài của các loài cá, mỗi mẫu gồm 5 ¸ 11 cá thể tùy theo loài và các mẫu thu được là mẫu tổ hợp. Hình 1. Vùng lấy mẫu cá - sông Kiến Giang qua địa phận huyện Quảng Ninh Đặc tính và ký hiệu các mẫu cá: Cá bống (Gobiodei) sống ở tầng đáy, ăn những động vật chủ yếu là giáp xác, cá nhỏ và động vật thủy sinh, ký kiệu là CBi. Cá mòi (Sardinella tawilis) sống ở tầng mặt, thức ăn của chúng là động vật nổi, các loài tảo nổi và các chất hữu cơ vụn nát, được ký hiệu là CMi. Cá hanh (Tinca tinca) chủ yếu kiếm ăn ban đêm với thức ăn là tảo và nhiều chủng loại động vật không xương sống ở tầng đáy mà nó có thể sục sạo kiếm được, ký hiệu là CHi. Cá móm (Gerreidae) sống thành từng đàn, len lỏi kiếm ăn chủ yếu ở tầng trung và đáy, được ký hiệu là Cmi và cá đối (Mugiliformes) sống ở tầng giữa và tầng mặt, thức ăn chủ yếu là các dạng tảo và các mảnh vụn của trầm tích, ký hiệu là CĐi. Trong đó: i = 1 ¸ 2 (thứ tự đợt lấy mẫu). Mẫu cá được chuyển ngay về phòng thí nghiệm sau khi thu được. Mẫu được xử lý sơ bộ trước khi tiến hành phân tích: Rửa sạch bằng nước cất nhiều lần, sau đó dùng dao inox tách lấy phần thịt. Tiến hành phân hủy mẫu theo phương pháp tro hóa khô [3,4,6]: phần thịt cá được xay nhuyễn, vô cơ hóa. Cân trên cân phân tích một lượng mẫu chính xác (lượng cân dao động trong khoảng 3 – 5 gam). Cho vào cốc nung có nắp, thêm 5 mL HNO3 65% và 5 mL MgNO2 5%; khuấy đều rồi đun nhẹ trên bếp điện đến than đen. Chuyển cốc nung chứa mẫu vào lò nung, nung ở nhiệt độ 4500C trong vòng 8 giờ; lấy mẫu ra khỏi lò, để nguội và thấm ướt tro bằng một ít nước cất và lặp lại quá trình trên đến khi thu được tro trắng [4]. Chuyển mẫu sang cốc thủy tinh bằng HNO3 2 M, đun đến cạn để đuổi hết lượng axit dư. Dùng 1 mL HNO3 0,5 M để hòa tan mẫu và chuyển định lượng vào bình định mức dung tích 50 mL, định mức bằng nước cất, được dung dịch phân tích [3, 6]. Phương pháp phân tích: Để xác định Pb trong mẫu thịt cá, áp dụng phương pháp GF-AAS và chấp nhận những điều kiện hoạt động của thiết bị đã được công bố ở [2] (bảng 1). Bảng 1. Điều kiện hoạt động của phương pháp GF-AAS xác định Pb trong thịt cá Thống số lựa chọn Chương trình nhiệt độ lò graphit Giai đoạn Nhiệt độ (oC) Thời gian (s) Bước sóng λ (nm) 283,3 Sấy khô 90-110 90 Khe đo (nm) 0,8 Tro hóa 500 30 Cường độ đèn (mA) 4 Nguyên tử hóa 1500 5 Hổn hợp khí đốt C2H2-không khí Làm sạch cu vét 2300 4 Hàm lượng Pb trong các mẫu được định lượng theo phương pháp đường chuẩn: phương trình đường chuẩn có dạng y = a + bx (a là đoạn cắt trên trục tung và b là độ dốc, y và x tương ứng là độ hấp thụ quang và nồng độ của Pb trong dung dịch phân tích). Trường hợp độ hấp thụ quang của mẫu lớn hơn điểm cực đại của đường chuẩn, cần pha loãng mẫu với hệ số pha loãng phù hợp để đưa độ hấp thụ quang của mẫu vào vùng đường chuẩn (hay khoảng tuyến tính). Hàm lượng Pb trong mẫu được tính theo khối lượng tươi mg/kg hay ppm, theo công thức [5]: . ([C]2 là nồng độ Pb trong dung dịch phân tích; [C]1 là nồng độ trung bình của Pb trong dung dịch mẫu trắng; df là hệ số pha loãng; m là khối lượng của mẫu phân tích. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Khoảng tuyến tính và đường chuẩn Để khảo sát khoảng tuyến tính, tiến hành đo độ hấp thụ quang của các dung dịch chuẩn Pb, rồi xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa độ hấp thụ quang (A) và nồng độ dung dịch chuẩn (C), theo nguyên tắc của phương pháp bình phương tối thiểu, sử dụng phần mềm Origin 8.5. Kết quả ở Bảng 2 và Hình 2 cho thấy: Phương trình có dạng: y = (2,5 ± 0,6) + (3,863 ± 0,068) x, với y là độ hấp thụ quang và x là hàm lượng Pb (ppm). Trong khoảng nồng độ C = 2 ÷ 15 ppb, giữa y và x có tương quan tuyến tính tốt với R2 = 0,998. Hình 2. Đường chuẩn xác định Pb Bảng 2. Kết quả xác định độ hấp thụ quang của các dung dịch chuẩn Pb Nồng độ Pb (ppb) 2 4 6 8 10 15 Độ hấp thụ quang (A) 9,27 18,56 25,92 34,08 40,85 60,12 3.2. Độ lặp lại của phương pháp Tiến hành phân tích Pb trong bốn mẫu thịt cá lựa ngẫu nhiên (các mẫu lấy ở đợt một), mỗi mẫu được phân tích lặp lại 3 lần (n = 3), thu được các kết quả ở Bảng 3. Bảng 3. Kết quả xác định độ lặp lại của phương pháp GF-AAS định lượng Pb trong các mẫu thịt cá (a) Mẫu Hàm lượng, ppb ½ RSDH (%) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình ± SD RSD (%) CB1 77 78 76 77 ± 1,4 1,8 11,7 CM1 16 16 15 16 ± 0,6 3,6 14,9 CH1 43 44 43 43 ± 0,6 1,3 12,8 CĐ1 21 20 22 21 ± 0,1 4,7 14,3 (a) SD: Độ lệch chuẩn (n = 3); RSD: Độ lệch chuẩn tương đối (n = 3); RSDH: Độ lệch chuẩn tương đối tính theo phương trình Horwitz [9]. Kết quả ở Bảng 3 cho thấy, phương pháp GF-AAS đạt được độ lặp lại tốt với RSD < 4,7%. Người ta cho rằng, khi xác định những nồng độ C bất kỳ, nếu đạt được RSD không vượt quá ½ RSDH là đạt yêu cầu (RSDH là độ lệch chuẩn tương đối tính toán được từ phương trình Horwitz: RSDH = 21 – 0,5lgC với C là nồng độ được biểu diễn bằng phân số [8]). 3.3. Độ đúng của phương pháp Độ đúng của phương pháp phân tích bất kỳ được xác định thông qua độ thu hồi (Recovery) [9]. Thêm một lượng chất chuẩn xác định vào mẫu thử hoặc mẫu trắng, phân tích các mẫu thêm chuẩn đó, làm lặp lại tối thiểu ba lần bằng phương pháp khảo sát, tính độ thu hồi theo công thức sau đây: . Trong đó, C0 là nồng độ chất phân tích được thêm vào mẫu; C1 là nồng độ chất phân tích trong mẫu; C2 là nồng độ chất phân tích trong mẫu đã được thêm chuẩn. Độ đúng của phương pháp GF-AAS xác định Pb trong bốn mẫu thịt cá lựa chọn được ở bảng 4. Bảng 4. Kết quả đánh giá độ đúng của phương pháp GF-AAS xác định Pb trong mẫu thịt cá Mẫu Nồng độ Pb trong mẫu (ppb) Nồng độ Pb thêm vào mẫu (ppb) Nồng độ Pb sau khi thêm vào mẫu (ppb) Độ thu hồi (Rev, %) CB1 77 50 125 96 CM1 16 50 69 106 CH1 43 50 94 102 CĐ1 21 50 67 92 Kết quả ở Bảng 4 cho thấy, phương pháp đạt được độ đúng tốt với độ thu hồi từ 92 ¸ 106%. Phương pháp phân tích được xem là đạt được độ đúng tốt khi tuân thủ quy định của AOAC về Rev [11]. Sau khi đánh giá độ thu hồi, so sánh kết quả ở Bảng 4 với các giá trị theo AOAC, cho thấy phương pháp phân tích có độ đúng cao. 3.4. Giới hạn pháp hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) Giới hạn phát hiện (LOD) của phương pháp phân tích được xác định theo quy tắc “3s” [9]. Theo quy tắc này, giới hạn phát hiện được tính như sau: y = yb + 3s hay y = yb + 3Sb . Trong đó, y là tín hiệu ứng với giới hạn phát hiện. Biết tín hiệu y sẽ tính được giới hạn phát hiện từ phương trình đường chuẩn y = a + bC do đó LOD = (y – a)/b; yb là tín hiệu mẫu trắng; sb (hoặc Sb) là độ lệch chuẩn của tín hiệu mẫu trắng. Có thể xác định yb và Sb như sau: tiến hành thí nghiệm để thiết lập phương trình đường chuẩn y = a + bC. Từ đó xác định yb và Sb bằng cách chấp nhận yb là giá trị của y khi C = 0, suy ra yb = a và Sb = Sy (độ lệch chuẩn của tín hiệu đo – độ hấp thụ quang) với Sy được tính theo công thức sau [9]: . Ở đây, yi là giá trị thực nghiệm của y và Yi là các giá trị tính từ phương trình đường chuẩn. Từ phương trình đường chuẩn, biến đổi sẽ tính được LOD theo công thức sau: LOD = 3Sy/b. Với b là độ dốc của đường chuẩn. Giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp phân tích được tính theo công thức sau: LOQ = 10Sy/b 3,3 LOD. Kết quả tính toán LOD và LOQ của phương pháp được trình bày ở Bảng 5. Bảng 5. Các giá trị a, b, Sy, LOD, LOQ tính từ phương trình đường chuẩn y = a + bx Giá trị Kim loại b a Sy R LOD (ppb) LOQ (ppb) Pb 3,863 ± 0,068 2,5 ± 0,6 0,7 0,9994 0,5 1,8 Kết quả cho thấy, phương pháp GF-AAS đạt được LOD khá thấp đối với Pb  (0,5 ppb). Từ đó xác định được LOQ là 1,8 ppb. Kết hợp với các kết quả xây dựng đường chuẩn ở trên (mục 3.1), có thể cho rằng, đường chuẩn phù hợp để định lượng Pb trong các mẫu cá khảo sát là trong khoảng nồng độ Pb (x) từ 1,8 đến 15 ppb. 3.5. Hàm lượng chì trong thịt một số loài cá Các kết quả về hàm lượng Pb trong thịt một số loài cá ở khu vực sông Kiến Giang qua địa bàn huyện Quảng Ninh, tỉnh Quảng Bình qua 2 đợt khảo sát ở Hình 3 cho thấy hàm lượng Pb trong thịt các loài cá khác nhau không nhiều giữa 2 đợt khảo sát, dao động trong khoảng 9 ÷ 77 ppb (µg/kg tươi). Hàm lượng Pb trung bình trong các mẫu thịt cá qua 2 đợt khảo sát là 39 ppb tươi (n = 10) và hàm lượng đó nằm trong phạm vi cho phép theo Quyết định 46/2007/QĐ-BYT của Bộ Y tế quy định về giới hạn tối đa cho phép của chất ô nhiễm trong thực phẩm (quy định hàm lượng Pb ≤ 0,2 mg/kg hay Pb ≤ 200 µg/kg) [7]. Hình 3. Hàm lượng Pb trong thịt các loài cá ở sông Kiến Giang 4. KẾT LUẬN Phương pháp GF-AAS là phương pháp thích hợp để xác định hàm lượng chì trong các mẫu thịt cá. Phương pháp có giới hạn phát hiện thấp, độ đúng và độ lặp lại tốt. Hàm hượng chì trong thịt của năm loài cá ở khu vực sông Kiến Giang đều nằm dưới mức cho phép theo quy định hiện hành của Bộ Y tế về giới hạn tối đa ô nhiễm sinh học và hoá học trong thực phẩm. TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Huy Bá (2008). Độc học môi trường. NXB Đại học Quốc gia TP.HCM. Phạm Luận (2006). Phương pháp phân tích phổ nguyên tử. NXB Đại học Quốc gia Hà Nội. Phạm Luận (1999). Những vấn đề cơ sở của các kỹ thuật xử lý mẫu phân tích. NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Mậu Thành (2016). Xác định, đánh giá hàm lượng chì và đồng trong trong nghêu ở khu vực sông Gianh bằng phương pháp F-AAS, Tạp chí Hóa học và Ứng dụng, số 4(36), tr.1-5. Nguyễn Mậu Thành, Nguyễn Đình Luyện (2017). Phân tích, đánh giá hàm lượng một số kim loại trong thịt cá lóc (Channa maculata) nuôi ở khu vực xã Ngư Thủy Bắc, huyện Lệ Thủy, tỉnh Quảng Bình. Tạp chí Hóa học, số 3e12 55, tr 85-89. Nguyễn Ngọc Tuấn, Lê Thị Thanh Trân, Nguyễn Hồng Phương, Trương Minh Trí (2014). Nguyên cứu sự hấp thụ cạnh tranh giữa Cd2+ và Pb2+ lên cây rau bó xôi (Spinacia oleracea L.). Tạp chí Phân tích Hóa, Lý và Sinh học, tập 19, số 2, tr.9 – 15. Bộ Y Tế (2007). Quy định giới hạn tối đa ô nhiễm sinh học và hoá học trong thực phẩm. Quyết định số 46/2007/QĐ-BYT. Hà Nội. Horwitz W., Albert R. (1997). The Concept of Uncertainty as Applied to Chemical Measurement, Analyst 122, 615-617 Miller J. C., Miller J. N. (2010). Statistics and Chemometrics for Analytical Chemistry, Ed. 6th, Pearson Education Limited, England. Farkas, A., Salanki, J., & Varanka, I. (2000). Heavy metal concentrations in fish of Lake Balaton. Lakes and Reservoirs: Research and Management, 5, 271-279. doi: 10.1046/j.1440-1770.2000.00127.x AOAC International (2012). AOAC Guidelines for Single Laboratory Validation of Chemical Methods for Dietary Supplements and Botanicals.