Nghiên Cứu Quy Trình Xác định Hàm Lượng CADIMI Trong Phân Bón ...

Tải bản đầy đủ (.pdf) (60 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Công Nghệ Thông Tin
>>
3. An ninh - Bảo mật

Nghiên cứu quy trình xác định hàm lượng CADIMI trong phân bón bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (f AAS

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.35 MB, 60 trang )

MỤC LỤCMỞ ĐẦU ...................................................................................................................3CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................51.1. Giới thiệu chung ..................................................................................... 51.1.1. Khái niệm và phân loại phân bón ................................................... 51.1.2.Hiện trạng sử dụng phân bón .......................................................... 61.1.3. Vai trò của phân bón ....................................................................... 81.1.4. Ảnh hưởng tiêu cực của phân bón đến môi trường ........................ 101.2. Giới thiệu về kim loại nặng cadimi ....................................................... 131.2.1. Tính chất vật lý của cadimi ............................................................ 141.2.2. Tính chất hóa học của cadimi ........................................................ 151.2.3. Các hợp chất của cadimi ............................................................... 151.3. Vai trò, nguồn gốc và sự nhiễm độc cadimi.......................................... 171.3.1. Vai trò của cadimi ......................................................................... 171.3.2. Nguồn gốc của cadimi................................................................... 181.3.3. Sự nhiễm độc cadimi ....................................................................... 191.4. Các phương pháp xác định cadimi ........................................................ 201.4.1. Phương pháp phân tích hoá học ................................................... 201.4.2. Phương pháp phân tích công cụ .................................................... 211.5. Phương pháp xử lý mẫu phân tích xác định Cd .................................... 261.5.1. Phương pháp xử lý ướt (bằng axit đặc oxi hóa mạnh) .................. 271.5.2. Phương pháp xử lý khô.................................................................. 271.6. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu ........................................................ 281.6.1. Đối tượng và mục tiêu ..................................................................... 281.6.2. Các nội dung nghiên cứu ................................................................ 29CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................. 302.1. Nguyên tắc phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) .................... 302.2. Điều kiện tạo thành phổ hấp thụ nguyên tử ......................................... 312.2.1. Quá trình nguyên tử hóa ............................................................... 312.2.2. Sự hấp thụ bức xạ cộng hưởng ..................................................... 3312.3. Sơ đồ thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử ........................................ 332.3.1. Nguồn phát bức xạ cộng hưởng .................................................... 342.3.2. Điều biến nguồn bằng gương xoay ............................................... 362.3.3. Thiết bị nguyên tử hóa .................................................................. 362.4. Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử ................................... 382.5. Giới thiệu về phương pháp xử lý ướt mẫu bằng axit .............................. 392.5.1. Nguyên tắc của phương pháp ....................................................... 392.5.2. Cơ chế phân hủy ............................................................................. 392.6. Dụng cụ - hóa chất ................................................................................. 402.6.1. Dụng cụ máy móc ........................................................................... 402.6.2. Hoá chất ......................................................................................... 40CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................... 413.1. Khảo sát các điều kiện thực nghiệm để đo phổ của Cadimi ................ 413.1.1. Khảo sát chọn vạch đo phổ ........................................................... 413.1.2. Khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng (HCL) ........................... 423.1.3. Khảo sát độ rộng khe đo ............................................................... 423.1.4. Khảo sát chiều cao của đèn nguyên tử hoá mẫu ............................. 433.1.5. Khảo sát lưu lượng khí axetilen ..................................................... 443.1.6. Tốc độ dẫn mẫu ............................................................................... 453.2. Khảo sát ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit .............................. 453.3. Phương pháp đường chuẩn đối với phép đo F- AAS........................... 473.3.1. Khảo sát xác định khoảng tuyến tính của Cadimi ........................ 473.3.2. Xây dựng đường chuẩn ................................................................. 483.3.3. Đánh giá phương pháp ................................................................. 493.4. Tổng kết các điều kiện đo phổ F- AAS của Cadimi ............................ 543.5. Kết quả phân tích mẫu thực tế ............................................................. 543.5.1. Kết quả phân tích theo phương pháp đường chuẩn...................... 54KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 57TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 582MỞ ĐẦUPhân bón là thức ăn của cây trồng, nguồn dinh dưỡng chủ yếu cho cây pháttriển. Tuy nhiên, không phải tất cả lượng phân bón trên được cho vào đất, đượcphun trên lá… cây sẽ hấp thụ hết để nuôi cây lớn lên từng ngày. Trong số phân bóncây không sử dụng được, một phần còn được giữ lại trong các keo đất là nguồn dinhdưỡng dự trữ cho vụ sau; một phần bị rửa trôi theo nước mặt và chảy vào các ao, hồ,sông suối gây ô nhiễm nguồn nước mặt; một phần bị trực di (thấm rút theo chiềudọc) xuống tầng nước ngầm và một phần bị bay hơi do tác động của nhiệt độ hayquá trình phản nitrat hóa gây ô nhiễm môi trường. Đặc biệt, phân bón vô cơ có thểchứa một số chất gây độc hại cho cây trồng và cho con người như các kim loạinặng, các chất kích thích sinh trưởng khi vượt quá mức quy định. Thời gian gầnđây, cadimi (Cd) trở thành tiếng chuông báo động tại một số quốc gia có ngànhcông nghiệp phân bón phát triển. Theo các nhà khoa học, một lượng nhỏ cadimi cóthể không gây tổn hại quá lớn nhưng nó tích tụ lâu ngày sẽ trở nên rất độc hại với cơthể người. Hiện nay, các nghiên cứu và phân tích phân bón chủ yếu là xác định hàmlượng các nguyên tố dinh dưỡng cây trồng trong phân đa lượng (Ví dụ như %N,%P,%K…), hàm lượng tối thiểu của các nguyên tố vi lượng trong phân bón vilượng hoặc nồng độ vi sinh vật trong phân bón vi sinh mà chưa có nhiều nghiên cứuvề hàm lượng kim loại nguy hại trong phân bón.Trung tâm Kiểm định và Kiểm nghiệm hàng hóa tỉnh Lào Cai là một trongít những tổ chức chứng nhận, đánh giá sự phù hợp tại địa bàn tỉnh Lào Cai cũng nhưtrong khu vực lân cận, thực hiện nhiều loại dịch vụ khoa học – công nghệ. Trungtâm được Bộ Công thương chỉ định là tổ chức chứng nhận hợp quy, kiểm tra chấtlượng phân bón theo thông tư 29/2014/TT-BCT của bộ Công thương. Theo quyđịnh hiện hành, hàm lượng cadimi trong phân bón nhập khẩu ≤ 12 ppm. Như vậy,việc kiểm tra xác định hàm lượng cadimi trong phân bón trở nên vô cùng cấp thiết,góp phần kiểm soát chất lượng phân bón nhập khẩu trước khi lưu thông trên thịtrường, đảm bảo quyền lợi cho người tiêu dùng.3Có nhiều phương pháp xác định cadimi trong các đối tượng khác nhau nhưphân tích hàm lượng cadimi trong gạo và nước bằng phương pháp UV-vis cho giátrị giới hạn phát hiện (LOD) 0,5 ng/L [22], sử dụng sensor điện cực grafin compositđể phân tích cadimi cho giá trị LOD khá thấp 0,06 ng/mL nhưng độ ổn định chưacao [23]. Phương pháp chuẩn độ điện thế sử dụng điện cực màng chọn lọc ion cóthể xác định hàm lượng cadimi trong nước thải công nghiệp ở nồng độ thấp (10–8M). Tuy nhiên, phương pháp này lại bị ảnh hưởng lớn bởi nhiệt độ và pH của môitrường. Phương pháp pháp pháp xạ nguyên tử (AES) và phương pháp nguồn plasmacảm ứng cao tần kết nối khối phổ cũng được đánh giá cao nhưng chi phí đầu tư, vậnhành và phân tích cao khi phân tích đơn nguyên tố [24,25]. Hiện nay, phương phápphổ hấp thụ nguyên tử (AAS) sử dụng ngọn lửa hay lò graphit là là một trongnhững phương pháp phân tích hiện đại, có thể phân tích được cadimi ở dạng vết.Xuất phát từ những lý do trên chúng tôi lựa chọn đề tài : “Nghiên cứu quitrình xác định hàm lượng cadimi trong phân bón bằng phương pháp phổ hấpthụ nguyên tử (F-AAS)”Mục đích, ý nghĩa của đề tài: Kết quả đề tài được ứng dụng vào công táckiểm nghiệm phân bón tại Trung tâm kiểm định và kiểm nghiệm hàng hóa tỉnh LàoCai. Kết quả của đề tài cũng có khả năng áp dụng rộng rãi cho các phòng thửnghiệm phân bón từ trung ương tới tỉnh để kiểm soát, định lượng hàm lượng cadimitrong phân bón, góp phần kiểm soát kim loại nguy hại trong phân bón xuất nhậpkhẩu.4CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.1. Giới thiệu chung1.1.1. Khái niệm và phân loại phân bónPhân bón là thức ăn của cây trồng, có vai trò rất quan trọng trong việc thâmcanh tăng năng suất, bảo vệ cây trồng và nâng cao độ phì nhiêu của đất. Phân bónbao gồm một hay nhiều dưỡng chất cần thiết cho cây được phân chia thành 3 nhómsau:- Đa lượng: Đạm(N), Lân(P), Kali(K).- Trung lượng: Canxi(Ca), Lưu Huỳnh(S), Ma-giê(Mg)…- Vi Lượng: Sắt(Fe), Kẽm(Zn), Mangan(Mn), Bo(B), Đồng(Cu)…Các sản phẩm phân bón chia làm hai loại: Phân hữu cơ: bao gồm các loại phân có nguồn gốc là sản phẩm hữu cơ, như cácloại phân chuồng, phân xanh, thân lá cây trồng được dùng để bón ruộng... Phân vô cơ hay phân hóa học: là các loại phân có chứa yếu tố dinh dưỡng dướidạng muối khoáng (vô cơ) thu được nhờ các quá trình vật lý, hóa học.Các loại phân vô cơ hiện nay:+ Phân đơn: Là loại phân chỉ chứa 1 trong 3 nguyên tố dinh dưỡng chủ yếu là N, P,K.-Phân đạm (Phân có chứa nitơ): Phân Urea, Phân đạm Sunphat, PhânCloruaAmon, Phân Nitrat Amon, Phân Nitrat Canxi, Phân Nitrat Natri, PhânCyanamit Canxi.-Phân lân (Phân chứa phosphat): Phân Supe Lân, Phân Lân nung chảy.-Phân Kali: Phân Clorua Kali, Phân Sunphat Kali.+ Phân hỗn hợp: Là những loại phân có chứa ít nhất là 2 dưỡng chất. Chúng baogồm phân trộn và phân phức hợp.- Phân trộn NPK: Hàm lượng dinh dưỡng trong phân theo thứ tự là N, P, Kđược tính theo nồng độ phần trăm.-Phân phức hợp: Phân SA, Phân DAP, Phân MAP…5Với ưu thế về chi phí và hiệu quả nhanh chóng đối với cây trồng, phân vô cơ sửdụng khá rộng rãi ở nước ta.1.1.2.Hiện trạng sử dụng phân bón* Trên thế giới:Hầu hết các quốc gia trên thế giới đặc biệt là các nước đang phát triển đềucó xu hướng chung là sử dụng phân bón vô cơ để phục hồi đất. Việc sử dụng phânbón vô cơ ngày càng tăng trên thế giới, trong khoảng từ năm 1950 đến năm 1978lượng phân bón vô cơ được sử dụng tăng gấp 9 lần.Trong tổng số phân bón 162.750.000.000 tấn phân NPK đã quy đổi mà toànthế giới sử dụng hàng năm, Trung Quốc là quốc gia sử dụng phân bón lớn nhất, với48.800.000 tấn, gấp gần 20 lần lượng phân mà Việt Nam sử dụng. Nước sử dụngphân bón NPK đứng thứ 2 là Ấn Độ, với 22.045.000 tấn. Nước Mỹ giữ vị trí thứ 3,với 20.821.000 tấn. Khối EU gồm 15 nước chỉ sử dụng 13.860.000 tấn. Thái Lan,mặc dù là một nước nông nghiệp mạnh trong khu vực và có diện tích trồng trọt lớnhơn nhiều lần so với Việt Nam, nhưng chỉ sử dụng mỗi năm 1.690.000 tấn, ít hơnViệt Nam gần 1 triệu tấn/ năm[4].Bảng 1.1: Các nước sử dụng nhiều phân bón nitơ nhấtTổng sử dụng NSố lượng sử dụng(Triệu tấn/năm)(thức ăn/đồng cỏ)Trung Quốc18.73.0Hoa Kỳ9.14.7Pháp2.51.3Đức2.01.2Brasil1.70.7Canada1.60.9Thổ Nhĩ Kỳ1.50.3Anh Quốc1.30.9Mexico1.30.3Tây Ban Nha1.20.5Argentina0.40.1Quốc gia6* Ở Việt Nam:Theo Báo cáo Hiện trạng môi trường quốc gia 2005: Ô nhiễm do sử dụngphân hóa học: sử dụng phân bón không đúng kỹ thuật trong canh tác nông nghiệpnên hiệu lực phân bón thấp, có trên 50% lượng đạm, 50% lượng kali và xấp xỉ 80%lượng lân dư thừa trực tiếp hay gián tiếp gây ô nhiễm môi trường đất. Các loại phânvô cơ thuộc nhóm chua sinh lý như K2SO4, KCl, supephosphat còn tồn dư axit, đãlàm chua đất, nghèo kiệt các cation kiềm và xuất hiện nhiều độc tố trong môi trườngđất như ion Al3+, Fe3+, Mn2+ giảm hoạt tính sinh học của đất và năng suất cây trồng.Tính đến thời điểm 2006-2007 Việt Nam sử dụng mỗi năm 2.604.000 tấnphân NPK - đã quy đổi ra N, P2O5, K2O, trong đó có 1.432.000 tấn N, 634.000 tấnP2O5 và 538.000 tấn K2O. Lượng phân mà Việt Nam sử dụng chiếm khoảng 1,6%tổng lượng phân tiêu thụ trên toàn thế giới [4].Trong tổng số phân NPK mà Việt Nam sử dụng mỗi năm thì lượng phândùng cho lúa là lớn nhất, chiếm 68,5% (1.783.000 tấn); tiếp đến là cây ngô, chiếm9,8% (256.000 tấn); thứ 3 là mía, chiếm 3,6% (95.000 tấn); thứ 4 là rau quả, chiếm1,6% (41.000 tấn); thứ 5 là đậu nành, chiếm 1,1% (28.000 tấn). Các cây trồng cònlại chiếm 15,3% (398.000 tấn).Nhu cầu phân bón hằng năm của Việt Nam khoảng 7,5 – 8 triệu tấn phân bóncác loại trong đó loại phân NPK có nhu cầu cao nhất khoảng 2,5 triệu tấn/năm, kếđến là phân Urê 2 triệu tấn năm, phân lân 1,3 triệu tấn/năm.7Hình 1.1. Cơ cấu nhu cầu từng loại phân bónBảng 1.2: Lượng phân bón vô cơ sử dụng ở Việt Nam qua các năm(Đơn vị tính: nghìn tấn N, P2O5, K2O)NămNP2O5K2 ONPKN+P2O5+K2O1985342,391,035,954,8469,21990425,4105,729,262,3560,31995831,7322,088,0116,61223,720001332,0501,0450,0180,02283,020051155,1554,1354,4115,92063,620071357,5551,2516,5179,72425,21.1.3. Vai trò của phân bón1.1.3.1 Đối với cây trồngPhân bón cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng sinh trưởngphát triển. nếu chỉ lấy từ đất thì cây trồng hoàn toàn không đủ chất dinh dưỡng màphải lấy thêm phần lớn từ phân bón. Phân bón chính là thức ăn nuôi sống cây trồng.8Điều tra tổng kết ở khắp nơi trên thế giới đều cho thấy trong số các biện pháp kỹthuật trồng trọt, bón phân luôn là biện pháp có ảnh hưởng lớn nhất đến năng suấtcây trồng.1.1.3.2. Đối với đất và môi trườngBón phân làm tăng độ phì nhiêu cho đất, đất tốt hơn, cân đối hơn, đặc biệtphân hữu cơ và vôi là biện pháp cải tạo đất rất hữu hiệu. Ở những đất có độ phìnhiêu tự nhiên ban đầu thấp, tức là đất xấu thì việc bón phân càng có tác dụng rõ.Việc sử dụng các chất phế thải trong các hoạt động đời sống vủa người và động vật,chất phế thải của công nghiệp để làm phân bón góp phần hạn chế các tác nhân gây ônhiễm môi trường. Tuy vậy bón phân không hợp lý, không đúng kỹ thuật có thể làmcho đất xấu đi hoặc gây ô nhiễm môi trường, phân hữu cơ có thể tạo ra nhiều cácchất CH4, CO2, NH3, NO3, phân vô cơ tạo ra nhiều đạm ở thể khí làm đất trở nênđộc với cây trồng và ô nhiễm không khí, nguồn nước.1.1.3.3. Đối với hệ thống biện pháp kỹ thuật trồng trọtSử dụng phân bón có liên quan đến hiệu lực của các biện pháp kỹ thuậtkhác. Ví dụ:sử dụng giống mới cần kết hợp với bón phân hợp lý và đầy đủ. Ngượclại, các biện pháp kỹ thuật khác cũng ảnh hưởng đến hiệu lực của phân bón. Ví dụ:Chế độ nước không thích hợp hoặc kỹ thuật làm đất kém có thể làm giảm 10-20%hiệu lực phân bón.1.1.3.4. Đối với thu nhập của người sản xuấtDo làm tăng năng suất và chất lượng nông sản nên sử dụng phân bón hợp lýlàm tăng thu nhập cho người trồng trọt.9Hình 1.2 Phương pháp bón phân và cơ chế xuyên thấm của phân vào tầng đất1.1.4. Ảnh hưởng tiêu cực của phân bón đến môi trườngPhân bón là thức ăn của cây trồng, nguồn dinh dưỡng chủ yếu cho cây pháttriển. Tuy nhiên, không phải tất cả lượng phân bón trên được cho vào đất, đượcphun trên lá… cây sẽ hấp thụ hết để nuôi cây lớn lên từng ngày. Trong số phân bóncây không sử dụng được, một phần còn được giữ lại trong các keo đất là nguồn dinhdưỡng dự trữ cho vụ sau; một phần bị rửa trôi theo nước mặt và chảy vào các ao, hồ,sông suối gây ô nhiễm nguồn nước mặt; một phần bị trực di (thấm rút theo chiềudọc) xuống tầng nước ngầm và một phần bị bay hơi do tác động của nhiệt độ hayquá trình phản nitrat hóa gây ô nhiễm không khí… Như vậy gây ô nhiễm môitrường của phân bón trên diện rộng và lâu dài của phân bón là việc xẩy ra hàng ngàyhàng giờ của vùng sản xuất nông nghiệp.Phân vô cơ dược sử dụng phổ biến trong thực tiễn sản xuất bởi những ưu việtnhư tiện dụng, đáp ứng chính xác nhu cầu của cây trong từng thời kỳ nhưng loạiphân này cũng tiềm ẩn nguy cơ rất lớn về làm gây ô nhiễm môi trường đất, nước vàkhông khí.10- Với môi trường đất: Phân bón bị rửa trôi theo chiều dọc xuống tầng nướcngầm chủ yếu là phân đạm vì các loại phân lân và kali dễ dàng được giữ lại trongkeo đất. Ngoài phân đạm đi vào nguồn nước ngầm còn có các loại hóa chất cải tạođất như vôi, thạch cao, hợp chất lưu huỳnh,..Hình1.3 Ô nhiễm kim loại nặng vào môi trường đất- Với môi trường nước: Một lượng lớn phân bón bị rửa trôi từ đất vào nướclàm nước bị ô nhiễm gây ô nhiễm môi trường nước. Anion NO 3- trong phân bón có11tính linh động cao nên dễ bị rửa trôi xuống các tầng sâu hoặc xuống các thủy vực, ônhiễm các mạch nước ngầm, thủy vực. Từ đó có cơ hội gây bệnh cho người và độngvật. Hàm lượng N, P, K thường cao trong phân bón vô cơ nên khi bị rửa trôi vàomôi trường nước hoặc thấm qua các tầng đất tới các mạch nước ngầm làm làm lưuvực đó bị phì dưỡng, nước ngầm thì bị ô nhiễm và chứa các kim loại nặng. Phânbón đi vào nguồn nước mặt gây ảnh hưởng xấu như: Gây phì hóa nước và tăng nồngđộ nitrat trong nước. Hiện tượng tăng độ phì trong nước (còn gọi là phú dưỡng) làmcho tảo và thực vật cấp thấp sống trong nước phát triển với tốc độ nhanh trong toànbộ chiều sâu nhận ánh sáng mặt trời của nước.- Với môi trường không khí: Ngoài những ảnh hưởng của công nghiệp, giaothông… hoạt động nông nghiệp, lâm nghiệp có ảnh hưởng không nhỏ đến khíquyển. Hiệu ứng lớn nhất mà nông lâm nghiệp tác động vào khí quyển là chất thảiCO, NO, CH4, NH3. Hệ quả của khí mê tan là tạo hiệu ứng nhà kính, các khí thảiNO, CO là các tác nhân gây suy giảm tầng ozon.Đặc biệt, phân bón vô cơ có thể chứa một số chất gây độc hại cho cây trồngvà cho con người như các kim loại nặng, các chất kích thích sinh trưởng khi vượtquá mức quy định. Các yếu tố vi lượng như Đồng (Cu), Kẽm (Zn)… rất cần thiếtcho cây trồng sinh trưởng và phát triển và có khả năng nâng cao khả năng chốngchịu cho cây trồng. Tuy nhiên khi lạm dụng các yếu tố trên lại trở thành những loạikim loại nặng khi vượt quá mức sử dụng cho phép và gây độc hại cho con người vàgia súc.Theo quy định hiện hành, các loại kim loại nặng có trong phân bón gồmAsen (As), Chì (Pb), Thủy ngân (Hg) và Cadmium (Cd). Phân bón được sản xuất từnguồn phân lân nhập khẩu từ các nước vùng Nam Mỹ hoặc Châu Phi thường cóhàm lượng Cd cao ở mức trên 200 ppm. Theo quy định, một số chất kích thích sinhtrưởng như axit giberillic (GA3), NAA, một số chất kích thích sinh trưởng có nguồngốc từ thực vật được phép sử dụng trong phân bón để kích thích quá trình tăngtrưởng, tăng tỷ lệ đậu hoa, đậu quả, tăng quá trình trao đổi chất của cây trồng, tănghiệu suất sử dụng phân bón làm tăng năng suất, phẩm chất cây trồng. Mức quy định12hiện hành cho phép tổng hàm lượng các chất kích thích sinh trưởng không đượcvượt quá 0,5% khối lượng có trong phân bón.1.2. Giới thiệu về kim loại nặng cadimiKim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3. Một sốkim loại nặng có thể cần thiết cho sinh vật, chúng được xem là nguyên tố vi lượng.Một số không cần thiết cho sự sống, khi đi vào cơ thể sinh vật có thể không gây độchại gì. Tuy nhiên một số kim loại nặng gây độc hại với môi trường và cơ thể sinhvật khi hàm lượng của chúng vượt quá tiêu chuẩn cho phép.Kim loại nặng được được chia làm 3 loại: các kim loại độc (Hg, Cr, Pb, Zn,Cu, Ni, Cd, As, Co, Sn,…), những kim loại quý (Pd, Pt, Au, Ag, Ru,…), các kimloại phóng xạ (U, Th, Ra, Am,…). Kim loại nặng không độc khi ở dạng nguyên tốtự do nhưng độc ở dạng ion vì nó có thể gắn kết các chuỗi cacbon ngắn khó đào thảigây ngộ độc.- Ảnh hưởng có lợi của kim loại nặng: Các kim loại nặng được xem như làmột nguyên tố vi lượng thiết yếu cho sự phát triển bình thường của cây trồng.Các kim loại nặng được sử dụng như một loại phân vi lượng để bón cho câytrồng ở một lượng nhỏ vừa phải thì không những năng suất cây trồng tăng rõ rệt màphẩm chất các sản phẩm nông nghiệp cũng được cải thiện đồng thời khắc phục đượcnhiều loại bệnh của cây trồng như : thối củ cải đường, nhũn củ khoai tây…Nhiều nguyên tố kim loại nặng có ý nghĩa quan trọng trong đời sống củasinh vật và được biết như những nguyên tố vi lượng.- Ảnh hưởng có hại của kim loại nặng: Kim loại nặng làm nhiễm độc môitrường sống của con người, các kim loại nặng bị giữ lại trong đất, bị cuốn trôi theocác dòng nước ngầm, đi vào nước giếng, ao, hồ, sông, suối…Các kim loại nặng xâm nhập vào bộ phận của cây, sau nhiều năm tích lũy sẽdần bị vàng, lá cây rụng, nhiều cây chết khô. Kim loại nặng tồn tại trong các sảnphẩm nông nghiệp và đi vào chuỗi thực phẩm và cuối cùng con người sử dụng sảnphẩm đó.Khả năng độc hại của kim loại nặng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau13như : hàm lượng, con đường xâm nhập, dạng tồn tại và thời gian có thể gây hại.Trong môi trường cần phải xác định mức độ gây hại đối với cá thể hoặc đối với hệsinh thái.Sự ô nhiễm các kim loại nặng trong môi trường (đất, nước, sinh vật) có thểảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp (thông qua chuỗi thức ăn) đến sức khỏe conngười. Tùy theo từng loại kim loại nặng mà có tác động khác nhau tới từng bộ phậncủa cơ thể người.Các kim loại độc hại có thể tồn tại trong đất ở nhiều dạng khác nhau, hấpphụ, liên kết với các chất vô cơ, hữu cơ hoặc tạo thành chất phức hợp. Nhiều kimloại nặng có ý nghĩa quan trọng trong đời sống của sinh vật và được biết là nguyêntố vi lượng. Nó có tác dụng sâu sắc và nhiều mặt tới quá trình quang hợp, điều hòasinh trưởng. Ngoài ra nó còn ảnh hưởng mạnh đến quá trình hấp thu nước, thoát hơinước và vận chuyển nước trong cây, nhưng khi có hàm lượng quá cao thì trở nênđộc hại.Thông thường, kim loại có trong phân bón được đưa vào nhằm tăng sự pháttriển và năng suất cây trồng. Tuy nhiên, Cd là một trong kim loại không mong muốnvà là chất gây ô nhiễm chính trong phân bón được quan tâm.1.2.1. Tính chất vật lý của cadimiCadimi là các kim loại màu trắng bạc tương đối hiếm và có độc tính. Trongkhông khí ẩm, chúng dần dần bị bao phủ bởi màng oxit nên mất ánh kim.Cadimi có 6 đồng vị , trong đó112Cd chiếm 24,2%. Đặc biệt113Cd có thiếtdiện bắt notron rất lớn nên được dùng làm thanh điều chỉnh dòng notron trong lò phảnứng hạt nhân.Bảng 1.3 Hằng số Vật lý của CdHằng số vật lýCdCấu hình electron[Kr]4d105s2Năng lượng ion hóa thứ nhất (eV)8,99Bán kính nguyên tử (Ao)1,56Thế điện cực chuẩn (V)-0,40214Khối lượng nguyên tử (đvc)112,411Nhiệt độ nóng chảy (oC)321,07Nhiệt độ sôi (oC)767Cấu trúc tinh thểLục giác bó chặt1.2.2. Tính chất hóa học của cadimiỞ nhiêt độ thường cadimi bị oxi hóa không khí tạo thành lớp oxít bền, mỏngbao phủ bên ngoài kim loại.2Cd + O22CdOCadimi tác dụng được với các phi kim như halogen tạo thành đihalogenua,tác dụng với lưu huỳnh và các nguyên tố không kim loại khác như phôtpho , selen ...Cd + X2CdX2 (X = halogen)Ở nhiệt độ thường cadimi bền với nước do có màng oxit bảo vệ , ở nhiệt độcao cadimi khử hơi nước biến thành oxitCd + H2OCdO + H2Cadimi tác dụng dễ dàng với axit không phải là chất oxi hóa, giải phóng khíhiđro.Cd + 2HClCdCl2 + H2Trong dung dịch thì :2Cd + 2H3O+ +2 H2O2+2[Cd(H2O)2] + H21.2.3. Các hợp chất của cadimiIon Cd2+ là một loại ion rất độc, trong tự nhiên tồn tại dưới dạng muốihalogenua CdX2 (Với X là halogen) và Cd(NO3)2- ; Ion Cd2+ có khả năng tạo phứcvới nhiều phối tử khác nhau và thường có số phối trí đặc trưng là 6.1.2.3.1. Các oxitCdO có màu từ vàng đến nâu gần như đen tùy thuộc vào quá trình chế hoáonhiệt, nóng chảy ở 1813 C, có thể thăng hoa, không phân hủy khi đun nóng, hơiCdO rất độc.15CdO không tan trong nước chỉ tan trong axit và kiềm nóng chảy:CdO + 2KOH(nóng chảy)K2CdO2 + H2OCdO có thể điều chế cách đốt cháy kim loại trong không khí hoặc nhiệt phânhiđroxit hay các muối cacbonat, nitrat:2Cd + O22CdOCd(OH)2CdO + H2OCdCO3CdO + CO21.2.3.2. Các hydroxitCd(OH)2 là kết tuả nhầy ít tan trong nước và có màu trắng. Khi đun nóngchúng dễ mất nước biến thành oxit.Cd(OH)2 không thể hiện rõ tính lưỡng tính, tan trong dung dịch axit, không tantrong dung dịch kiềm mà chỉ tan trong kiềm nóng chảy .Khi tan trong axit, nó tạo2+thành muối của cation CdCd(OH)2 + 2HClCdCl2 + 2H2OMuối hiđroxoplombit dễ tan trong nước bị thủy phân mạnh nên chỉ bền trong dung dịchkiềm dư. Cd tan trong dung dịch NH3 tạo thành hợp chất phức:Cd(OH)2 +4NH3[Cd(NH3)4](OH)21.2.3.3. Các muốiĐa số các muối cadimi(II) đều không màu.Các muối sunfat và nitrat củacadimi đều tan chỉ có muối sunfua, cácbonat của chúng là ít tan trong nước .Ngoài ra cadimi(II) còn tạo ra rất nhiều phức chất: cadimi(II): có khả năng tạo phứcmạnh với nhiều thuốc thử hữu cơ cũng như vô cơ. Các phức của Cd2+ vớihalogenua, SCN-, CN-, NH3đều là các phức tan.Các phức của cadimi(II) tạo với các thuốc thử hữu cơ có màu đặc trưng ví dụnhư phức với dithizon tạo ra cadimi-dithizonnat có màu đỏ tím, với EDTA, Cd2+tạo phức bền với lgß = 16,6.Các đihalogenua của cadimi là chất ở dạng tinh thể màu trắng, có nhiệt độnóng chảy và nhiệt độ sôi khá cao.161.3. Vai trò, nguồn gốc và sự nhiễm độc cadimi1.3.1. Vai trò của cadimiĐất, cát, đá, than đá, các loại phân phosphate đều có chứa cadimi . Cadimi đượctrích lấy từ các kỹ nghệ khai thác các mỏ đồng, chì và kẽm. Nhờ tính chất ít bị rỉ sét nênđược sử dụng trong việc sản xuất pin, acquy, mạ kền, hợp kim alliage, que đũa hànvà trong kỹ nghệ sản xuất chất nhựa polyvinyl clorua (P.V.C),trong đó cadimi đượcsử dụng như chất làm ổn định. Bởi lý do này, đồ chơi trẻ em và các lon hộp làm bằngchất dẻo PVC đều có chứa cadimi. Cadimi cũng được dùng trong những loại nướcmen, sơn đặc biệt trong kỹ nghệ làm đồ sứ, chén, đĩa... Cụ thể một số ứng dụng củaCadimi như sau:* Mạ điện (chiếm 7 %) : Cadimi được mạ lên bề mặt chất điện phân hoặcmáy móc để tạo ra bề mặt sáng bóng và chống ăn mòn.* Các chất màu (chiếm 15 %): Cadimi sunfua (CdS) cho màu từ vàng tớicam và cadimisunfoselenit cho màu từ hồng tới đỏ và nâu sẫm. Tất cả các chất màu nàyđều được dùng trong công nghiệp nhựa, gốm sứ, sơn và các chất phủ ngoài.* Các phụ gia ổn định nhựa (chiếm 10%): Cadimi stearat được sử dụng nhưmột chất ổn định trong quá trình sản xuất nhựa polyvinyl clorua (PVC). Chúng ổnđịnh các liên kết đôi trong polime bằng cách thế chỗ các nhóm allyl được đánh dấutrên nguyên tử clorua không bền. Thêm các muối bari (hoặc các muối kẽm), các hợpchất epoxy, các este photphat hữu cơ để bảo vệ polime khỏi clo thừa hoặc các lớpclorua. Tuy nhiên, các chất ổn định dựa trên nền Cd không được sử dụng trong sảnxuất PVC dẻo để chứa thực phẩm.* Sản xuất pin (chiếm 67 %): Cd được sử dụng rộng rãi trong sản xuất pin, cótác dụng đảo ngược hoàn toàn các phản ứng điện hóa trong một khoảng rộng nhiệtđộ, tốc độ thải hồi thấp, và dễ thu hồi từ các pin chết. Người tiêu dùng sử dụng các pinnày trong các hoạt động như: máy đánh răng, cạo râu, khoan và cưa tay, các thiết bịy học, thiết bị điều khiển thông tin, các dụng cụ chiếu sáng khẩn cấp, máy bay, vệtinh nhân tạo và tên lửa, và các trang bị cơ bản cho các vùng địa cực.171.3.2. Nguồn gốc của cadimiBên cạnh những tác dụng đáng kể thì cadimi là một nguyên tố rất độc.Cadimi thường được tìm thấy trong các khoáng vật có chứa kẽm, còn trong khíquyển và nước cadimi xâm nhập qua nguồn tự nhiên (như bụi núi lửa, bụi đạidương, lửa rừng và các đá bị phong hóa, đặc biệt là núi lửa) và nguồn nhân tạo (nhưcông nghiệp luyện kim, lọc dầu).* Nguồn gốc cadimi trong tự nhiênCadimi có sẵn trong đất: Đất bắt nguồn từ đá núi lửa có chứa lượng Cd từ 0,1 –0,3 mg/kg. Hầu hết Cd trong đất có nồng độ dưới 1mg/kg, ngoại trừ những nơi bị ônhiễm từ các nguồn riêng biệt hoặc đất hình thành trên những đá mẹ có hàm lượng Cdcao bất thường.Cadimi từ các mỏ khai thác quặng: Các nguồn Cd khác chủ yếu từ các mỏ khaithác quặng than, quặng apatit… Quá trình xói mòn, rửa trôi và tích tụ đã làm tập trungcao Cd trong đất.Cadimi tự nhiên trong đất thường tồn tại ở dạng hóa trị II, tính di động củacadimi trong đất phụ thuộc vào độ PH, tính chất vật lý và hóa học của đất.* Nguồn gốc Cadimi do con ngườiTừ sản xuất công nghiệp: Các ngành sản xuất kim loại không có sắt, cũng nhưsự đốt cháy nguyên liệu hóa thạch thải ra và sự sản xuất sắt, thép đã phát thải Cd ở bầukhí quyển. Mức tập trung bình thường của Cd trong bầu khí quyển là từ 1 – 50 mg/m3,phụ thuộc vào các nguồn phát ra.Từ phân bón: Phân phosphate chứa lượng Cd cao, phân phosphate đang trởthành nguồn tích tụ Cd ở khắp mọi nơi, gây ô nhiễm cho đất nông nghiệp. Sự tập trungcủa Cd trong đất do bón phân phosphate làm tăng từ 0,07- 10 mg/kg trên các mảnh đấtmàu mỡ.18Bảng 1.4. Hàm lượng kim loại nặng trong các sản phẩm nông nghiệp (đvt:ppm)[7]KimloạiAsPhânPhotpho