Luận văn thạc sĩ hus phân tích hàm lượng và đánh giá sự phân bố một số kim loại trong nước biển và trầm tích tại khu vực biển miền trung việt nam

Luận văn thạc sĩ phân tích hàm lượng và đánh giá sự phân bố kim loại trong nước biển và trầm tích khu vực biển miền Trung Việt Nam.

• Tác giả: Bùi Phương Thúy
• Người hướng dẫn: PGS.TS Từ Bình Minh
• Trường học: Trường đại học khoa học tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa phân tích
• Đề tài: Phân tích hàm lượng và đánh giá sự phân bố một số kim loại trong nước biển và trầm tích tại các khu vực biển miền Trung, Việt Nam
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu về các kim loại nặng
• 1.2. Các phương pháp phân tích kim loại nặng
• 1.2.1. Các phương pháp hóa học
• 1.2.2. Phương pháp phân tích khối lượng
• 1.2.3. Phương pháp phân tích thể tích
• 1.2.4. Các phương pháp trắc quang (phổ hấp thụ phân tử UV-VIS)
• 1.2.5. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử AES
• 1.2.6. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS
• 1.2.7. Phương pháp khối phổ cảm ứng cộng hưởng plasma (ICP-MS)
• 1.3. Tóm tắt một số nghiên cứu về kim loại nặng
• 1.4. Kim loại nặng trong mẫu nước biển
• 1.5. Kim loại nặng trong mẫu trầm tích
• 1.6. Tiêu chuẩn về hàm lượng kim loại nặng
• 1.6.1. Trong nước biển
• 1.6.2. Trong trầm tích
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Địa điểm và đối tượng nghiên cứu
• 2.1.1. Địa điểm nghiên cứu
• 2.1.2. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu
• 2.2.1.1. Lấy mẫu nước biển
• 2.2.1.2. Lấy mẫu trầm tích
• 2.2.2. Phương pháp vô cơ hóa mẫu trầm tích
• 2.2.3. Các thông số đánh giá độ tin cậy của phương pháp phân tích
• 2.2.3.1. Khoảng tuyến tính
• 2.2.3.2. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp phân tích
• 2.2.3.3. Độ chụm (độ lặp lại) của phương pháp
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM
• 3.1. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị
• 3.2. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu
• 3.2.1. Lấy mẫu nước biển
• 3.2.2. Lấy mẫu trầm tích
• 3.3. Phương pháp xử lý mẫu
• 3.3.1. Mẫu nước biển
• 3.3.2. Mẫu trầm tích
• 3.4. Phân tích các kim loại
• 3.5. Phương pháp xử lý số liệu
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Đánh giá phương pháp phân tích
• 4.1.1. Khoảng tuyến tính
• 4.1.2. Đường chuẩn phân tích
• 4.1.2.1. Đường chuẩn phân tích Mangan
• 4.1.2.2. Đường chuẩn phân tích Đồng
• 4.1.2.3. Đường chuẩn phân tích Kẽm
• 4.1.2.4. Đường chuẩn phân tích Cadimi
• 4.1.2.5. Đường chuẩn phân tích Thủy Ngân
• 4.1.2.6. Đường chuẩn phân tích Chì
• 4.1.3. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng
• 4.1.4. Độ đúng của phương pháp
• 4.1.5. Hiệu suất thu hồi
• 4.2. Kết quả phân tích mẫu thực tế
• 4.2.1. Kết quả phân tích mẫu nước biển
• 4.2.2. Kết quả phân tích mẫu trầm tích mặt
• 4.2.3. Kết quả phân tích mẫu trầm tích lõi
• 4.3. Thảo luận về kết quả phân tích
• 4.3.1. Sự phân bố của kim loại nặng trong nước biển và trầm tích
• 4.3.2. Sự phân bố của các kim loại nặng trong nước biển ở ba tầng nước
• 4.3.3. Sự phân bố của các kim loại nặng trong mẫu trầm tích
• 4.3.4. So sánh sự phân bố của các kim loại trong mẫu trầm tích và nước biển tại một vị trí lấy mẫu
• 4.3.5. Mối tương quan giữa nồng độ các kim loại nặng trong nước và trầm tích
• 4.3.6. Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng
• 4.3.6.1. Trong nước biển
• 4.3.6.2. Trong trầm tích
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về phân tích kim loại nặng trong nước biển

Phân tích kim loại nặng trong nước biển và trầm tích là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường biển. Kim loại nặng như Hg, Cd, Pb, và As thường không tham gia vào quá trình sinh hóa của sinh vật, dẫn đến sự tích lũy trong cơ thể chúng. Việc xác định hàm lượng và sự phân bố của các kim loại này giúp hiểu rõ hơn về tình trạng ô nhiễm và tác động của nó đến hệ sinh thái biển.

1.1. Định nghĩa và vai trò của kim loại nặng

Kim loại nặng là những nguyên tố có khối lượng riêng lớn, thường gây hại cho sức khỏe con người và môi trường. Chúng có thể tích lũy trong chuỗi thức ăn và gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng.

1.2. Tình hình ô nhiễm kim loại nặng tại miền Trung Việt Nam

Miền Trung Việt Nam đang đối mặt với tình trạng ô nhiễm kim loại nặng nghiêm trọng do hoạt động công nghiệp và nông nghiệp. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng nồng độ kim loại nặng trong nước biển và trầm tích vượt quá giới hạn cho phép.

II. Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong nước biển

Ô nhiễm kim loại nặng trong nước biển là một vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và sinh vật biển. Nguồn gốc của ô nhiễm này chủ yếu đến từ nước thải công nghiệp và nông nghiệp. Việc xác định các nguồn ô nhiễm là rất cần thiết để có biện pháp khắc phục hiệu quả.

2.1. Nguồn gốc ô nhiễm kim loại nặng

Nước thải từ các nhà máy công nghiệp, hoạt động khai thác khoáng sản và nông nghiệp là những nguồn chính gây ô nhiễm kim loại nặng trong nước biển. Những chất thải này thường chứa các kim loại độc hại như Pb, Cd, và Hg.

2.2. Tác động của ô nhiễm kim loại nặng đến sinh vật biển

Ô nhiễm kim loại nặng có thể gây ra các tác động tiêu cực đến sức khỏe của sinh vật biển, dẫn đến sự suy giảm đa dạng sinh học và ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái biển.

III. Phương pháp phân tích kim loại nặng trong nước biển

Có nhiều phương pháp phân tích kim loại nặng trong nước biển, bao gồm phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), phương pháp khối phổ cảm ứng cộng hưởng plasma (ICP-MS), và các phương pháp hóa học khác. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với từng loại mẫu và yêu cầu phân tích.

3.1. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS

AAS là một trong những phương pháp phổ biến nhất để xác định hàm lượng kim loại nặng trong nước biển. Phương pháp này sử dụng ánh sáng để đo lường nồng độ kim loại trong mẫu.

3.2. Phương pháp khối phổ cảm ứng cộng hưởng plasma ICP MS

ICP-MS là một phương pháp phân tích mạnh mẽ, cho phép xác định nhiều kim loại nặng trong một lần phân tích. Phương pháp này có độ nhạy cao và khả năng phát hiện các nguyên tố ở nồng độ rất thấp.

IV. Kết quả nghiên cứu về kim loại nặng trong trầm tích

Nghiên cứu về hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích biển cho thấy sự phân bố không đồng đều của các kim loại này. Kết quả phân tích cho thấy nồng độ kim loại nặng trong trầm tích có thể phản ánh mức độ ô nhiễm trong nước biển.

4.1. Phân tích mẫu trầm tích tại các khu vực biển miền Trung

Các mẫu trầm tích được thu thập từ nhiều khu vực khác nhau cho thấy sự khác biệt rõ rệt về nồng độ kim loại nặng. Điều này cho thấy ảnh hưởng của các hoạt động kinh tế đến môi trường biển.

4.2. So sánh nồng độ kim loại nặng trong nước và trầm tích

Kết quả so sánh cho thấy nồng độ kim loại nặng trong trầm tích thường cao hơn so với trong nước biển, cho thấy sự tích lũy của các kim loại này trong môi trường trầm tích.

V. Kết luận và hướng đi tương lai trong nghiên cứu

Việc phân tích kim loại nặng trong nước biển và trầm tích là rất cần thiết để đánh giá tình trạng ô nhiễm môi trường. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc phát triển các phương pháp phân tích mới và hiệu quả hơn, cũng như tìm kiếm các giải pháp bảo vệ môi trường biển.

5.1. Tầm quan trọng của việc bảo vệ môi trường biển

Bảo vệ môi trường biển không chỉ là trách nhiệm của chính phủ mà còn là của toàn xã hội. Các biện pháp bảo vệ cần được thực hiện đồng bộ và hiệu quả.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu cần tiếp tục mở rộng để bao quát các yếu tố khác ảnh hưởng đến ô nhiễm kim loại nặng, đồng thời phát triển các công nghệ mới trong việc xử lý và giảm thiểu ô nhiễm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Dải bờ biển Việt Nam kéo dài hơn 3.000 km cùng hệ thống 90 cảng biển và 215 bãi biển tạo động lực phát triển kinh tế biển mạnh mẽ nhưng cũng đối mặt với nguy cơ suy thoái môi trường nghiêm trọng. Áp lực từ nước thải công nghiệp, sinh hoạt và các hoạt động hàng hải đang đe dọa trực tiếp đến tính đa dạng sinh học biển, nơi có khoảng 85 loài sinh vật nguy cấp và trên 70 loài đã ghi tên vào Sách Đỏ Việt Nam. Đặc biệt, sự cố ô nhiễm hơn 21.800 tấn dầu trôi nổi giai đoạn 2006-2007 chỉ thu hồi được khoảng 1.700 tấn (chiếm chưa đầy 8%) cho thấy tính cấp thiết của việc kiểm soát chất lượng môi trường biển ngoài khơi.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là xây dựng quy trình phân tích hiện đại để định lượng và đánh giá quy luật phân bố của 6 kim loại nặng độc hại gồm Mangan (Mn), Đồng (Cu), Kẽm (Zn), Cadimi (Cd), Thủy ngân (Hg) và Chì (Pb). Các kim loại này có khả năng tích lũy sinh học mạnh qua chuỗi thức ăn đại dương, đe dọa trực tiếp sức khỏe con người và hệ sinh thái. Nghiên cứu khảo sát trên vùng biển miền Trung từ Nghệ An đến Thừa Thiên Huế, cách đất liền từ 30 km trở ra, trải rộng trong tọa độ từ 107°04’ Đ - 19°22’ B đến 108°31’ Đ - 16°49’ B ở độ sâu khối nước dao động từ 0 đến 100 m.

Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác, phục vụ Đề án tổng thể về điều tra cơ bản và quản lý tài nguyên - môi trường biển Việt Nam tầm nhìn đến năm 2020. Dữ liệu mang ý nghĩa quan trọng trong việc thiết lập mốc tham chiếu so sánh với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 43:2012/BTNMT và các chuẩn mực môi trường quốc tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết quang phổ nguyên tử và cơ chế phân ly ion khối lượng trong môi trường plasma cảm ứng cao tần (ICP-MS). Ở nhiệt độ plasma cực cao đạt xấp xỉ 8.000 °C, các nguyên tử kim loại bị ion hóa hoàn toàn thành ion dương đơn điện tích trước khi đi vào hệ thống phân giải theo tỷ số khối lượng trên điện tích (m/z). Cơ chế này loại bỏ hoàn toàn các sai số do cấu trúc phân tử phức tạp của nền mẫu nước biển giàu muối khoáng.

Bên cạnh đó, mô hình cân bằng pha địa hóa và quá trình hấp phụ - giải hấp được ứng dụng để làm sáng tỏ tương tác giữa pha lỏng (nước biển) và pha rắn (trầm tích bùn sét). Các khái niệm chuyên ngành cốt lõi bao gồm:

• Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ): Nồng độ tối thiểu phát hiện chất với độ tin cậy trên 95%.
• Độ chụm và độ thu hồi (Recovery): Thể hiện qua độ lệch chuẩn tương đối (RSD) và hiệu suất thu hồi mẫu thêm chuẩn.
• Hệ số tương quan tuyến tính (R): Đo lường sự tương thích của đường chuẩn nồng độ trong khoảng đo từ vài ppt đến hàng trăm ppm.

Hệ thống 6 kim loại nghiên cứu sở hữu các đặc tính hóa lý đa dạng, có năng lượng ion hóa thứ nhất dao động từ 715,6 kJ/mol đối với chì đến 1007,1 kJ/mol đối với thủy ngân, đòi hỏi quá trình kiểm soát năng lượng plasma nghiêm ngặt.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu sơ cấp được thu thập thông qua chiến dịch khảo sát thực địa quy mô lớn với 66 mẫu nước biển, 29 mẫu trầm tích bề mặt và 2 mẫu trầm tích lõi phân lớp. Mẫu nước biển được lấy tại 3 tầng nước riêng biệt gồm tầng mặt (0 - 40 cm bằng xô nhựa chuyên dụng), tầng giữa (40 - 50 m) và tầng đáy (80 - 100 m bằng thiết bị Batomet dung tích lớn). Mẫu nước được lọc màng cellulose acetate 0,45 µm và axit hóa bằng axit nitric tinh khiết nhằm giữ độ pH dưới 2, ngăn ngừa quá trình hấp phụ ion lên thành bình chứa.

Mẫu trầm tích bề mặt (0 - 40 cm) được thu thập bằng cuốc đại dương chuyên dụng tại các vị trí có tỷ lệ bùn sét trên 50% để đảm bảo khả năng lưu giữ kim loại tối ưu. Mẫu trầm tích lõi được cắt lớp tỉ mỉ theo 4 khoảng độ sâu: 0 - 40 cm, 40 - 80 cm, 80 - 120 cm và 120 - 160 cm nhằm tái hiện chuỗi lịch sử lắng đọng.

Kỹ thuật xử lý mẫu áp dụng phương pháp vô cơ hóa vi sóng kín với hỗn hợp axit cực mạnh gồm 2 ml HNO3 đậm đặc, 2 ml H2O2 và 1 ml HF cho 0,0200 - 0,0500 g bột mẫu trầm tích khô mịn cỡ hạt 0,1 mm. Việc sử dụng hệ kín giúp phân hủy hoàn toàn mạng silicat mà không làm thất thoát các nguyên tố dễ bay hơi như thủy ngân. Phép đo định lượng thực hiện trên thiết bị ICP-MS Elan 9000 DRCII với công suất máy phát 1000 W, lưu lượng khí plasma 15,0 L/phút và tốc độ bơm mẫu 26 vòng/phút. Đường chuẩn đa điểm (10, 50, 100, 200 µg/L) đạt hệ số tương quan tuyến tính R trên 0,993, đảm bảo độ chuẩn xác tuyệt đối cho kết quả phân tích.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích định lượng trên hệ thống ICP-MS đã ghi nhận 4 phát hiện quan trọng về trạng thái môi trường biển miền Trung:

Thứ nhất, hàm lượng kim loại nặng hòa tan trong toàn bộ các mẫu nước biển xa bờ đều nằm trong ngưỡng an toàn cho phép theo QCVN 43:2012/BTNMT. Cụ thể, hàm lượng cadimi duy trì ở mức thấp hơn 1,0 µg/L, chì dưới 5,0 µg/L, kẽm dưới 20,0 µg/L, thủy ngân dưới 0,16 µg/L và đồng dưới 10,0 µg/L. Điều này chứng minh môi trường nước biển cách bờ trên 30 km vẫn duy trì được độ trong sạch cao.

Thứ hai, nghiên cứu phát hiện quy luật phân bố phân tầng rõ rệt của kim loại trong khối nước. Nồng độ các nguyên tố kim loại có xu hướng tăng dần từ tầng mặt (0 - 40 cm) xuống tầng đáy (80 - 100 m), với mức tăng trung bình từ 25% đến 45% tùy theo từng trạm khảo sát. Hiện tượng này xuất hiện đồng nhất ở cả 6 nguyên tố Mn, Cu, Zn, Cd, Hg và Pb.

Thứ ba, hàm lượng kim loại trong trầm tích bề mặt ghi nhận giá trị trung bình của đồng đạt khoảng 28,5 mg/kg, kẽm khoảng 65,4 mg/kg, chì khoảng 22,1 mg/kg, cadimi đạt 0,12 mg/kg và thủy ngân đạt 0,04 mg/kg. Tất cả các giá trị này đều thấp hơn đáng kể so với ngưỡng tác động sinh học bất lợi (PEL) theo tiêu chuẩn Canada (đồng 108 mg/kg, kẽm 271 mg/kg, chì 112 mg/kg, cadimi 4,2 mg/kg).

Thứ tư, biên dạng trầm tích lõi từ bề mặt xuống độ sâu 160 cm phản ánh lịch sử bồi lắng môi trường ổn định. Tuy nhiên, tại lớp trầm tích mặt (0 - 40 cm), nồng độ chì và đồng cao hơn khoảng 15% đến 20% so với lớp sâu đáy (120 - 160 cm), cho thấy dấu hiệu gia tăng tích tụ do các hoạt động phát triển kinh tế biển trong vòng 30 đến 50 năm trở lại đây.

Thảo luận kết quả

Sự gia tăng nồng độ kim loại ở tầng nước đáy (80 - 100 m) được giải thích bởi cơ chế sa lắng các hạt lơ lửng mang ion kim loại từ tầng mặt xuống tầng sâu, kết hợp với hiện tượng tái hòa tan từ lớp bùn đáy dưới tác động của các dòng hải lưu ngầm. Khi so sánh với các thủy vực nội địa như sông Tô Lịch (mangan đạt 116 µg/L, kẽm 36,1 µg/L) hay vùng cửa sông Sài Gòn (đồng 31,6 mg/kg, kẽm 157 mg/kg), môi trường biển miền Trung có hàm lượng tích lũy kim loại thấp hơn từ 2 đến 5 lần.

So sánh bình diện quốc tế, mức độ tích lũy trầm tích ở miền Trung Việt Nam thấp hơn nhiều so với Vịnh Quanzhou (đồng 71,4 mg/kg, chì 67,7 mg/kg) hay biển Bắc Hải, nhưng tương đồng với các vùng biển mở ngoài khơi Thái Bình Dương.

Toàn bộ tập dữ liệu nghiên cứu có thể được biểu diễn trực quan thông qua:

• Bảng ma trận hệ số tương quan Pearson giữa các cặp nguyên tố trong từng tầng nước nhằm nhận diện nguồn gốc phát tán chung.
• Biểu đồ cột phân bố nồng độ 3 tầng nước minh họa trực tiếp gradient thẳng đứng của các ion kim loại.
• Biểu đồ đường profile độ sâu trầm tích lõi (0 - 160 cm) thể hiện tương quan giữa niên đại sa lắng và biến thiên nồng độ kim loại.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các bằng chứng thực nghiệm, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp mang tính chiến lược nhằm bảo vệ chất lượng môi trường biển:

Thứ nhất, thiết lập mạng lưới trạm quan trắc tự động định kỳ ngoài khơi. Bộ Tài nguyên và Môi trường cần chủ trì xây dựng 15 trạm quan trắc biển xa bờ dọc dải miền Trung trước năm 2028. Mạng lưới này chịu trách nhiệm lấy mẫu giám sát 2 lần mỗi năm vào mùa khô và mùa mưa, nhằm kiểm soát 100% các biến động kim loại độc hại vượt ngưỡng.

Thứ hai, siết chặt quy chuẩn xả thải công nghiệp ven biển. Ủy ban nhân dân và Ban quản lý các khu kinh tế tại Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị cần áp dụng chế tài buộc 100% doanh nghiệp chế biến thủy sản, luyện kim và hóa chất xử lý nước thải đạt QCVN 40:2011/BTNMT trước khi đổ ra biển, đặt mục tiêu cắt giảm 30% tổng lượng phát thải kim loại nặng ra cửa sông giai đoạn 2026-2030.

Thứ ba, chuẩn hóa kỹ thuật phân tích ICP-MS cho các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm môi trường. Các viện nghiên cứu chuyên ngành cần nâng cấp trang thiết bị và đào tạo kiểm chuẩn viên theo tiêu chuẩn ISO/IEC 17025 trước năm 2027, duy trì hiệu suất thu hồi mẫu phân tích trong khoảng 85% - 110% và kiểm soát giới hạn định lượng LOQ dưới 0,05 µg/L cho các nguyên tố siêu vết.

Thứ tư, số hóa dữ liệu địa hóa trầm tích biển vào hệ thống GIS quốc gia. Cục Biển và Hải đảo Việt Nam phối hợp với các trường đại học tích hợp toàn bộ dữ liệu 66 trạm nước biển và 29 vị trí trầm tích vào bản đồ số không gian biển trước năm 2029, làm căn cứ cấp phép quy hoạch các vùng bảo tồn rạn san hô và vùng nuôi trồng thủy sản xa bờ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là nguồn tài liệu học thuật và ứng dụng có giá trị cao cho 4 nhóm đối tượng sau:

1. Học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Hóa phân tích, Hóa môi trường: Tiếp cận cẩm nang toàn diện về quy trình tối ưu hóa thiết bị ICP-MS Elan 9000 DRCII, phương pháp phá mẫu vi sóng bằng hỗn hợp ba axit HNO3-H2O2-HF và cách thức đánh giá độ tin cậy phương pháp phân tích vết.

2. Cán bộ và kỹ thuật viên tại các Trung tâm Quan trắc Môi trường biển: Ứng dụng quy trình lấy mẫu nước chuẩn 3 tầng (0 - 100 m) bằng batomet và phương pháp phân tầng trầm tích lõi bằng cuốc đại dương để thực hiện các dự án điều tra tài nguyên biển cấp quốc gia.

3. Nhà quản lý và hoạch định chính sách tại Sở Tài nguyên Môi trường các tỉnh ven biển miền Trung: Sử dụng cơ sở dữ liệu nền của 6 kim loại nặng để xây dựng báo cáo hiện trạng môi trường 5 năm một lần và thiết lập ngưỡng xả thải cục bộ cho các cảng biển và khu công nghiệp.

4. Kỹ sư môi trường và chuyên gia tư vấn tại các doanh nghiệp kinh tế biển: Sử dụng các dữ liệu về hệ số phân bố pha giữa nước và trầm tích để tính toán sức tải môi trường, lập báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM) cho các dự án lấn biển, khai thác dầu khí và năng lượng gió ngoài khơi.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phương pháp ICP-MS được lựa chọn thay thế cho phương pháp AAS truyền thống? Phương pháp ICP-MS sở hữu năng lượng plasma lên đến 8.000 °C, giúp ion hóa triệt để và phân tích đồng thời nhiều nguyên tố với giới hạn phát hiện siêu vết xuống tới dưới 0,001 µg/L. Khác với AAS chỉ đo đơn lẻ từng nguyên tố, ICP-MS rút ngắn thời gian phân tích hàng loạt cho 66 mẫu nước biển và loại bỏ hiệu quả hiện tượng nhiễu nền muối biển.

2. Hàm lượng kim loại nặng tại vùng biển miền Trung hiện tại có ở mức nguy hại không? Toàn bộ 6 kim loại nặng (Mn, Cu, Zn, Cd, Hg, Pb) trong nước biển ngoài khơi cách bờ trên 30 km đều nằm trong ngưỡng an toàn theo QCVN 43:2012/BTNMT, ví dụ hàm lượng chì dưới 5,0 µg/L và cadimi dưới 1,0 µg/L. Môi trường biển miền Trung duy trì trạng thái trong sạch, chưa ghi nhận dấu hiệu ô nhiễm kim loại nghiêm trọng.

3. Vì sao nồng độ kim loại nặng ở tầng nước đáy luôn cao hơn tầng nước mặt? Gradient phân bố thẳng đứng cho thấy nồng độ kim loại ở tầng đáy (80 - 100 m) cao hơn tầng mặt từ 25% đến 45%. Nguyên nhân do quá trình hấp phụ ion kim loại lên các hạt phù sa lơ lửng rồi sa lắng xuống đáy, kết hợp với hiện tượng giải hấp và tái hòa tan từ bề mặt lớp bùn sét dưới tác động của dòng chảy đáy biển.

4. Nghiên cứu trầm tích lõi ở độ sâu 0 - 160 cm mang lại ý nghĩa gì? Trầm tích lõi cung cấp hồ sơ địa hóa theo thời gian giúp đánh giá lịch sử ô nhiễm biển. Nồng độ chì và đồng ở lớp mặt (0 - 40 cm) cao hơn khoảng 15% so với lớp sâu đáy (120 - 160 cm), phản ánh sự gia tăng phát thải từ công nghiệp và giao thông thủy trong khoảng 30 đến 50 năm phát triển kinh tế gần đây.

5. Cần lưu ý điều gì để không làm thất thoát thủy ngân trong quá trình xử lý mẫu trầm tích? Thủy ngân là kim loại có tính bay hơi cao ngay ở nhiệt độ thấp. Do đó, quá trình vô cơ hóa bắt buộc phải thực hiện trong hệ kín của ống teflon áp suất cao bằng lò vi sóng với 2 ml HNO3 đặc và 1 ml HF, khống chế công suất gia nhiệt qua 3 bước nghiêm ngặt để phân hủy hoàn toàn mẫu mà không làm rò rỉ khí thủy ngân ra ngoài.

Kết luận

Nghiên cứu mang lại những đóng góp nền tảng cho khoa học phân tích và quản trị môi trường biển Việt Nam:

• Chuẩn hóa thành công quy trình xử lý mẫu trầm tích vi sóng kín và quy trình đo ICP-MS đa nguyên tố với hệ số tương quan R trên 0,993.
• Cung cấp bộ dữ liệu thực địa chuẩn mực về hàm lượng 6 kim loại nặng (Mn, Cu, Zn, Cd, Hg, Pb) trên 66 trạm nước biển và 29 điểm trầm tích ngoài khơi miền Trung.
• Xác định quy luật phân bố phân tầng khối nước với nồng độ kim loại tăng từ 25% đến 45% tại tầng đáy so với tầng mặt.
• Chứng minh chất lượng nước biển và trầm tích bề mặt miền Trung đạt tiêu chuẩn an toàn theo QCVN 43:2012/BTNMT và tiêu chuẩn môi trường Canada.
• Nhận diện xu hướng tích tụ kim loại nặng tăng nhẹ trong lớp trầm tích mặt 0 - 40 cm so với các tầng sâu lịch sử.

Trong giai đoạn 2026-2030, việc nhân rộng mô hình quan trắc ICP-MS cho toàn bộ các vùng biển thềm lục địa là bước đi then chốt nhằm bảo vệ bền vững chủ quyền và tài nguyên biển quốc gia. Các cơ quan quản lý và viện nghiên cứu hãy chủ động ứng dụng quy trình phân tích và khai thác tập dữ liệu địa hóa này để phục vụ công tác quy hoạch không gian biển ngay hôm nay.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Những năm gần đây, do tác động của biến đổi khí hậu và nguyên nhân chủ quan từ ý thức con người đã khiến môi trường sinh thái biển Việt Nam đứng trước nguy cơ ô nhiễm cao trong tương lai. Việt Nam là một quốc gia được ưu ái nhiều lợi thế về phát triển du lịch và kinh tế biển với đường bờ biển dài hơn 3.000 km bao bọc lãnh thổ ở 3 hướng Đông, Nam, Tây Nam cùng 90 cảng biển lớn nhỏ, 215 bãi biển có cảnh quan đẹp, nhiều vịnh nổi tiếng tầm cỡ thế giới như vịnh Hạ Long, Nha Trang, Cam Ranh, Vân Phong… Bên cạnh đó còn có rất nhiều tài nguyên thiên nhiên phong phú và đa dạng, gồm tài nguyên sinh vật, tài nguyên không sinh vật, tài nguyên trong khối nước, trên đáy và trong lòng đất dưới đáy biển. Đặc biệt là khu vực các tỉnh duyên hải miền trung Việt Nam từ Thanh Hóa đến Ninh Thuận. Tuy nhiên, một thực trạng hiện nay là tài nguyên biển đang bị khai thác bừa bãi, nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp khiến cho môi trường sinh thái biển đang đứng trước nguy cơ ô nhiễm trầm trọng.

Những tác động đó đã khiến môi trường sinh thái biển Việt Nam tiếp tục suy giảm, tính đa dạng sinh học, nhất là vùng ven bờ ngày càng bị đe dọa như rừng ngập mặn, rạn san hô. Cho tới nay, có khoảng 85 loài trong tình trạng nguy cấp ở nhiều mức độ khác nhau, trên 70 loài đã được đưa vào sách đỏ Việt Nam. Đặc biệt là các tỉnh miền Trung Việt Nam, trong những năm 2002, 2003 ở Bình Thuận, Ninh Thuận, Khánh Hòa đã xảy ra hiện tượng thủy triều đỏ gây thiệt hại lớn cho ngành nuôi trồng thủy sản. Trong vòng chưa đầy 6 tháng cuối năm 2006 đến đầu 2007 đã có khoảng 21.800 tấn dầu trôi nổi gây ô nhiễm biển từ Bắc đến Nam.

Trong đó chỉ có 20 tỉnh, thành ven biển vớt và xử lý được hơn 1.700 tấn, số còn lại đã khuyếch tán, lan rộng gây ảnh hưởng xấu cho sinh vật, thực vật biển [14]. Một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường biển là ô nhiễm kim loại nặng. Kim loại nặng có Hg, Cd, Pb, As, Sb, Cr, Cu, Zn, Mn, v. thường không tham gia hoặc ít tham gia vào quá trình sinh hóa của các thể sinh vật và thường tích 1 Luận văn Thạc sĩ khoa học ĐHKHTN - ĐHQGHN LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Bùi Phương Thúy Lớp K22 - Hóa phân tích lũy trong cơ thể chúng.

Vì vậy, chúng là các nguyên tố độc hại với sinh vật và môi trường. Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng là quá trình đổ vào môi trường nước thải công nghiệp và nước thải độc hại không xử lý hoặc xử lý không đạt yêu cầu. Ô nhiễm nước bởi kim loại nặng có tác động tiêu cực tới môi trường sống của sinh vật và con người. Kim loại nặng tích lũy theo chuỗi thức ăn thâm nhập và cơ thể người.

Nước từ các ao, hồ, sông, kênh, mương… bị ô nhiễm kim loại nặng sẽ đổ ra biển gây ra ô nhiễm nước biển gần bờ và xa bờ. Ô nhiễm kim loại nặng biểu hiện ở nồng độ cao của các kim loại nặng trong nước. Trong một số trường hợp, xuất hiện hiện tượng cá và thuỷ sinh vật chết hàng loạt. Do đó việc xác định hàm lượng và sự phân bố của các kim loại trong nước biển và trầm tích biển giúp ta có thể đánh giá được mức độ ô nhiễm kim loại nặng và tìm ra nguyên nhân gây ô nhiễm và cách bảo vệ môi trường biển.

Vì thế tôi chọn đề tài "Phân tích hàm lƣợng và đánh giá sự phân bố một số kim loại nặng trong nƣớc biển và trầm tích ở vùng biển miền Trung, Việt Nam " với các mục tiêu cụ thể sau: 1. Nghiên cứu phương pháp phân tích một số kim loại nặng (Mn, Cu, Zn, Cd, Hg, Pb) trong nước biển và trầm tích biển. Đánh giá mức độ ô nhiễm theo không gian tại các khu vực biển miền Trung. Đánh giá sự phân bố theo độ sâu và lịch sử ô nhiễm.

2 Luận văn Thạc sĩ khoa học ĐHKHTN - ĐHQGHN LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Bùi Phương Thúy Lớp K22 - Hóa phân tích CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu về các kim loại nặng 1. Mangan Mangan (Mn) là nguyên tố thuộc nhóm VB, chu kì 4, ô thứ 25 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Mangan là một kim loại màu trắng bạc, có một số dạng thù hình khác nhau về mạng lưới tinh thể và tỉ khối, bền nhất ở nhiệt độ thường là dạng α với mạng lưới lập phương tâm khối [4].

Một số thông số lý - hóa quan trọng của mangan Số hiệu nguyên tử 25 Khối lượng nguyên tử 54,938 Cấu hình electron [Ar] 3d5 4s2 Nhiệt độ nóng chảy 1246 oC Nhiệt độ sôi 2061 oC Trạng thái oxi hóa +7, +6, +5, +4, +3, +2, +1, -1,-2, -3 Độ âm điện 1,55 (thang Pauling) Năng lượng ion hóa thứ nhất 717,3 kJ·mol−1 Năng lượng ion hóa thứ hai 1509 kJ·mol−1 Năng lượng ion hóa thứ ba 3248 kJ·mol−1 Mangan rất cứng và rất dễ vỡ nhưng dễ bị oxi hóa. Các trạng thái oxi hóa phổ biến nhất của Mangan là +2, +3, +4, +6 và +7. Trong đó, trạng thái ổn định nhất là Mn +2 [4]. Mangan là kim loại tương đối hoạt động.

Nó dễ bị oxi hóa trong không khí bởi các chất oxi hóa mạnh như O2, F2, Cl2 tạo nên các hợp chất Mn2O3, Mn3O4, MnF4, MnCl2. Mangan tác dụng mạnh với dung dịch các axit loãng như HCl, H2SO4 giải phóng hidro, nhưng lại thụ động hóa trong dung dịch HNO3 đặc, nguội. Nó chỉ tan trong dung dịch HNO3 đặc, nóng theo phản ứng 3Mn +8HNO3 → 3Mn(NO3)2 +2NO + 4H2O Mangan cũng phản ứng với các nguyên tố không kim lọai như lưu huỳnh, nitơ, 3 Luận văn Thạc sĩ khoa học ĐHKHTN - ĐHQGHN LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Bùi Phương Thúy Lớp K22 - Hóa phân tích photpho, cacbon và silic ở nhiệt độ cao. Nhờ tính chất này nên mangan có vai trò của chất loại oxi trong luyện kim [4].

Ứng dụng lớn nhất của mangan là trong công nghiệp sản xuất sắt, gang, hợp kim thép, nhất là trong việc chế tạo thép không gỉ [26]. Mangan có khả năng loại oxi, loại lưu huỳnh trong thép, gang và có khả năng tạo hợp kim với sắt tạo thành thép đặc biệt nên truyền cho thép những tính chất tốt như khó gỉ, cứng và chịu mài mòn. Khoảng 85 - 90% lượng mangan được sản xuất để phục vụ cho việc sản xuất gang, thép trong ngành luyện kim [4]. Mangan được tìm thấy trong nhiều loại thức ăn khác nhau, bao gồm: các loại quả, hạt, trái cây, các cây họ đậu, trà, các loại rau nhiều lá, sữa bột sơ sinh, một vài loại thịt và cá [27].

Đây là một nguyên tố cần thiết cho tất cả các loài. Cơ thể người trung bình chứa khoảng 12 mg mangan, được lưu trữ chủ yếu ở trong xương, gan, thận và tuyến tụy [20]. Con người chỉ có thể hấp thụ mangan ở dạng hòa tan của nó đó là Mn+2 [20], [21]. Mangan là một thành phần của enzym superoxit dimutat (SOD), loại enzym chống oxy hóa chủ yếu có trong ti thể, giúp chống lại các gốc tự do.

Các gốc tự do xuất hiện một cách tự nhiên trong cơ thể nhưng lại có thể làm hỏng màng tế bào và DNA, gây nên sự lão hóa, bệnh tim và ung thư. Sự có mặt của SOD giúp trung hòa các gốc tự do này, làm giảm thậm chí ngăn ngừa một số tác hại mà các gốc tự do gây ra [20]. Nhiễm độc mangan mãn tính có thể do hít phải bụi và hơi mangan trong một thời gian dài, cũng có thể do sử dụng nguồn nước ăn uống bị ô nhiễm mangan. Các triệu chứng nhiễm độc thường xuất hiện từ từ.

Ban đầu thường là nhức đầu, ngủ kém, rối loạn thăng bằng, dáng đi vụng về. Trong hình thức tồi tệ nhất có thể dẫn đến rối loạn thần kinh lâu dài với các triệu chứng tương tự như bệnh Parkinson bao gồm run chân tay, đi lại khó khăn, co thắt cơ mặt, tâm thần phân liệt và thậm chí ảo giác. Nhiễm độc mangan còn có thể xảy ra ở những người bị bệnh gan mãn tính vì gan đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ mangan ra khỏi cơ thể. Cá nhân nào có hệ bài tiết suy yếu sẽ càng nhạy cảm với độc tính của mangan.

Nhóm này bao gồm người già và người rất trẻ - những người có các cơ quan còn yếu và chưa phát 4 Luận văn Thạc sĩ khoa học ĐHKHTN - ĐHQGHN LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Bùi Phương Thúy Lớp K22 - Hóa phân tích triển một cách đầy đủ. Khả năng gây đột biến và gây ung thư do phơi nhiễm mangan chưa được biết đến ở người. Nhiễm độc mangan làm giảm khả năng sinh sản đồng thời làm tăng khả năng xuất hiện các bất thường ở thai nhi [25]. Như vậy, những ảnh hưởng sức khỏe mà mangan gây ra phụ thuộc vào con đường phơi nhiễm, dạng hóa học, thời gian phơi nhiễm và trạng thái sức khỏe của từng cá nhân [26].

Đồng Đồng (Cu) là nguyên tố thuộc nhóm IB, chu kỳ 4, ô thứ 29 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Một số thông số lý-hóa quan trọng của đồng Số hiệu nguyên tử 29 Khối lượng nguyên tử 63,546 Cấu hình electron [Ar] 3d10 4s1 Nhiệt độ nóng chảy 1084,62 oC Nhiệt độ sôi 2562 oC Trạng thái oxi hóa +1, +2, +3, +4 Độ âm điện 1,90 (thang Pauling) Năng lượng ion hóa thứ nhất 745,5 kJ·mol−1 Năng lượng ion hóa thứ hai 1957,9 kJ·mol−1 Năng lượng ion hóa thứ ba 3555 kJ·mol−1 Đồng là kim loại dẻo có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao. Đồng nguyên chất mềm và dễ uốn; bề mặt đồng tươi có màu cam đỏ. Nó được sử dụng làm chất dẫn nhiệt và điện, vật liệu xây dựng, và thành phần của các hợp kim của nhiều kim loại khác nhau [20].

Đồng tạo nhiều hợp chất khác nhau với các trạng thái ôxy hóa +1 và +2. Nó không phản ứng với nước, nhưng phản ứng chậm với ôxy trong không khí tạo thành một lớp oxit đồng màu nâu đen. Ngược lại với sự ôxy hóa của sắt trong không khí ẩm, lớp oxit này sau đó sẽ ngăn cản sự ăn mòn. Hydrogen sulfua và sulfua phản ứng với đồng tạo ra các hợp chất đồng sulfua khác nhau trên bề mặt.

Trong trường hợp phản ứng với sulfua, ăn mòn đồng diễn ra khi đồng tiếp xúc với không khí có 5 Luận văn Thạc sĩ khoa học ĐHKHTN - ĐHQGHN LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Bùi Phương Thúy Lớp K22 - Hóa phân tích chứa các hợp chất sulfua.