Ứng dụng phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử để xác định hàm lượng Cu & Pb trong tỏi & các chế phẩm từ tỏi

ười. Sự thiếu hụt hay mất cân bằng của nhiều kim loại vi lượng trong các bộ phận của cơ thể như gan, tóc, máu, huyết thanh, ... là những nguyên nhân hay dấu hiệu của bệnh tật, ốm đau hay suy dinh dưỡng, đặc biệt là sự có mặt của các kim loại nặng như Cu, Pb, Zn, Cd, Mn, Fe,...trong máu và trong huyết thanh của người . Tuy nhiên, cùng với mức độ phát triển của công nghiệp và sự đô thị hoá, hiện nay môi trường sống của chúng ta bị ô nhiễm trầm trọng. Các nguồn thải kim loại nặng từ các khu công nghiệp vào không khí, vào nước, vào đất, vào thực phẩm rồi xâm nhập vào cơ thể con người qua đường ăn uống, hít thở dẫn đến sự nhiễm độc. Do đó việc nghiên cứu và phân tích các kim loại nặng trong môi trường sống, trong thực phẩm và tác động của chúng tới cơ thể con người nhằm đề ra các biện pháp tối ưu bảo vệ và chăm sóc sức khoẻ cộng đồng là một việc vô cùng cần thiết. Những năm gần đây, cùng với Nhân sâm, Bạch quả, Lô hội, Nghệ, ..., Gừng và Tỏi được đánh giá như một loại gia vị điển hình, một vị thuốc kỳ diệu mà hầu như trên thế giới xứ nào cũng dùng đến. Từ cách đây hơn 5000 năm, Tỏi đã là gia vị hết sức phổ biến đồng thời cũng là vị thuốc vô cùng quen thuộc trong y học dân gian. Như vậy, để phát triển và ứng dụng nó, một yêu cầu đặt ra là phải kiểm tra, đánh giá chất lượng của tỏi đặc biệt là hàm lượng các kim loại nặng. Vì thế trong bản khoá luận này, chúng tôi nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử để xác định hàm lượng Cu và Pb trong tỏi và các chế phẩm từ tỏi . Phần I Tổng quan 1.1.Giới thiệu về tỏi và các sản phẩm từ tỏi [11,12, 13, 14, 23, 31] Tỏi có tên Latinh là Allium Sativum . Tỏi là loài thực vật thân thảo họ bách hợp, có nguồn gốc từ sa mạc Kigirs. Vào khoảng 3000 năm trước Công nguyên, trước tiên người Ai Cập cổ đã đem về trồng, sau đó lan truyền sang nhiều khu vực và quốc gia ở phương Đông và phương Tây, khoảng năm 113 trước Công nguyên thì truyền sang Trung Quốc . Tỏi là một cây gia vị được sử dụng phổ biến trên khắp thế giới, vừa làm tăng thêm hương vị, vừa có tác dụng sát khuẩn, phòng bệnh. Loài người sử dụng tỏi trong cuộc sống đã có lịch sử hơn 5000 năm. Người Ai Cập và người La Mã cổ đại cho rằng tỏi là cội nguồn của sức mạnh, trong chiến tranh, binh lính ăn tỏi có thể tăng sức lực và dũng khí chiến đấu. Người Sirya cho rằng tỏi có thể giúp người ta chịu đựng gian khổ, vì vậy khi vụ mùa vất vả, ăn tỏi có thể làm việc rất bền bỉ. Một vị học giả nước ngoài đã từng nói : "Đối với cuộc sống sinh tồn của con người, tỏi là nhân tố quan trọng thứ năm, chỉ đứng sau đất, không khí, lửa và nước ", cách nói này hơi khoa trương nhưng phần nào thể hiện được vai trò của tỏi trong cuộc sống con người . Tỏi tươi là một nguồn cung cấp rất nhiều vitamin, muối khoáng và các khoáng vi lượng, tỏi chứa hàm lượng lưu huỳnh cao nhất trong tất cả các cây thuộc họ hành, tỏi. Theo một số tài liệu tổng hợp, củ tỏi hàm chứa hai nhóm hoạt chất chính : * Tinh dầu : chủ yếu bao gồm các hợp chất chứa lưu huỳnh (nhóm hợp chất disunfua finat), tiêu biểu như : allicin, diallylsunfua, diallyltrisunfua, allylpropyldisunfua,... * Vitamin : A, B1 , B2 , B3 , C, E ,... Các khoáng vi lượng : iot, selen, gecmani, kẽm, đồng, sắt, canxi, magiê, nhôm ,... Enzim : alliinase, peroxidase, myrosinase ,... Các hoạt chất khác : scordinin, S-alylcystein, S-alylmecaptocystein, g-Glutamyl-S-metylcystein, g-Glutamyl-methionin,... Tỏi sống là một loại kháng sinh tự nhiên có phổ kháng khuẩn tương đối rộng, khả năng kháng khuẩn của nó tương đương với penicilin, streptomycin, doxycylin,....Tỏi có tác dụng kháng nấm, kháng virut, tỏi có khả năng ức chế trên 70 loại vi khuẩn, tiêu biểu như Escherichia coli, Crynebacterium,....Các nghiên cứu cho thấy hoạt tính dược lý chủ yếu của tỏi là do hợp chất allicin, khi củ tỏi được giã dập, men alliinase chuyển hoá alliin (S-allyl-L-cystein sunfoxit) thành 2-propen sunfonic, khi dime hoá tạo thành allicin. Chính hợp chất này tạo ra mùi và tác dụng chữa bệnh của tỏi. Allicin có khả năng ngăn ngừa cao huyết áp, làm giảm lượng cholesterol, điều hoà hàm lượng đường và mỡ trong máu, do đó có hiệu quả rõ rệt trong việc chống lại chứng nghẽn mạch, đột quị và làm giảm nguy cơ đau tim. Các nghiên cứu khoa học còn chỉ ra tác dụng chống lại sự oxy hoá của allicin, allicin làm tăng hai enzim quan trọng chống oxy hoá trong máu là catylase và glutathiol peroxydase. Ngoài ra, hàm lượng selen chứa trong tỏi làm cho tỏi có khả năng chống lại bệnh ung thư, ngăn chặn sự phát triển của khối u và giết chết các tế bào ung thư. Tỏi còn có tác dụng góp phần loại bỏ các kim loại nặng như Pb, Hg ra khỏi cơ thể. Vì những lợi ích mà tỏi mang đến cho sức khoẻ con người, cùng với rất nhiều cuốn sách viết về các bài thuốc từ tỏi, trong những thập kỷ gần đây nó đã được sử dụng làm nguyên liệu cho ngành dược sản xuất thuốc chữa bệnh và các chế phẩm tỏi thương mại bán rộng rãi trên thị trường. ở Việt Nam trong vài năm qua, chúng ta cũng đã trồng tỏi và sản xuất một số thuốc từ tỏi, như viên bao Dogarlic, viên nén Dogarlic, Garlic-T, v.v...phục vụ cho việc phòng và chữa bệnh. 1.2.Giới thiệu chung về đồng và chì 1.2.1.Trạng thái thiên nhiên [3, 4, 24, 25] Trong bảng HTTH các nguyên tố hoá học, Cu có số thứ tự 29 thuộc phân nhóm phụ nhóm I, chu kỳ 4 và có khối lượng nguyên tử là 64,35 .Còn Pb có số thứ tự 82 thuộc phân nhóm chính nhóm IV, chu kỳ 6 và có khối lượng nguyên tử là 207,21 . Đồng (Cu) và chì (Pb) là những kim loại được con người biết đến và sử dụng từ rất xa xưa, khoảng 3000 năm trước Công nguyên. Tên tiếng Anh "copper" của đồng xuất phát từ tên Latinh là "Cuprum" có lẽ bắt nguồn từ chữ "Cuprus" là tên Latinh của hòn đảo Kipr, nơi ngày xưa người La Mã cổ đã khai thác quặng đồng và chế tác đồ đồng . Trong thiên nhiên, Cu là nguyên tố tương đối phổ biến, tổng trữ lượng Cu trong vỏ trái đất là 0.03% tổng số nguyên tử .Cu tồn tại trong thiên nhiên cả ở trạng thái tự do và ở dạng hợp chất như sunfua, oxit và cacbonat. Các khoáng quặng chính của Cu là chancopirit (CuFeS2 ,còn gọi là pirit đồng), chứa 34,57% Cu, chancozit (Cu2S) chứa 79,8% Cu, cuprit (Cu2O) chứa 88%Cu, covelin (CuS) chứa 66,5% Cu, malachit (CuCO3.Cu(OH)2) và bornit (Cu5FeS4). Ngoài ra hợp chất của Cu còn có trong cơ thể sinh vật. Cu là kim loại màu quan trọng nhất đối với công nghiệp và kỹ thuật. Từ xa xưa, người ta dùng quặng giàu để luyện đồng. Ngày nay, công nghệ luyện đồng có thể dùng quặng nghèo chỉ chứa 1-2% Cu để điều chế đồng bằng quá trình nhiệt luyện kim : 2CuFeS2 + 5O2 + 2SiO2 = 2Cu + 2FeSiO3 + 4SO2 Chì là nguyên tố phân bố khá rộng rãi trong thiên nhiên ở dạng kết hợp với các kim loại khác, đặc biệt là với Ag và Zn .Trữ lượng của Pb là 10-4% tổng số nguyên tử của vỏ trái đất. Trong thiên nhiên hiếm gặp Pb ở dạng nguyên chất mà thường thấy ở dạng sunfua, cacbonat, photphat hoặc clorua. Khoáng vật quan trọng nhất của Pb là galen (PbS) , các khoáng vật khác là cerusit (PbCO3) , anglesit (PbSO4) và pyromophit (Pb5Cl(PO4)3) . Để điều chế Pb ,người ta chuyển galen PbS thành PbO rồi khử bằng C . 1.2.2.Tính chất vật lý [3, 4, 24, 25] Cu là kim loại có màu đỏ hoặc hồng sáng, có ánh kim, thuộc cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm diện. Cu có khối lượng riêng lớn, mềm, dẻo, dễ kéo thành sợi, có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và nhiệt thăng hoa tương đối cao. Tính dẫn nhiệt và dẫn điện của Cu rất tốt chỉ đứng thứ hai sau Ag. Trong thiên nhiên, Cu có hai đồng vị bền là 63Cu (70,13%) và 65Cu (29,87%) . Pb là kim loại có màu xám thẫm, có cấu trúc lập phương tâm diện điển hình đối với kim loại. Pb cũng có tính dễ dát mỏng, mềm, dễ uốn và tỷ trọng cao nhưng nhiệt độ nóng chảy, độ bền, tính đàn hồi và độ dẫn điện thấp. Tính chất vật lý nổi bật của chì là có khả năng bôi trơn cao. Chì và các hợp chất của chì đều rất độc . Một số hằng số vật lý quan trọng của Cu và Pb : Kim loại Tỷ khối (g/cm3) Tnc (0C) Ts (0C) Độ dẫn điện NL ion hoá bậc1 (eV) Cu 8,94 1083,0 2543 36 7,72 Pb 11,34 327,43 1725 0,083 7,42 1.2.3.Tính chất hoá học 1.2.3.1.Tính chất hoá học của đồng và hợp chất của nó [3, 5, 24] * Đơn chất Cu nằm ở phân nhóm phụ nhóm I cùng với Ag và Au.Trạng thái oxy hoá chính của Cu là +1 và +2, trong đó các hợp chất của Cu(II) là bền vững hơn cả. Ngoài ra còn tồn tại các hợp chất Cu(III) không bền như Cu2O3 hay các anion CuO2- , CuF63- ,... Về mặt hoá học, Cu là kim loại rất kém hoạt động.Trong không khí, ở nhiệt độ thường, bề mặt của đồng bị bao phủ một màng màu đỏ do Cu phản ứng với O2 không khí tạo thành Cu(I) oxit : 2Cu + O2 + 2H2O = 2Cu(OH)2 2Cu(OH)2 + Cu = Cu2O + H2O Nếu trong không khí có mặt CO2 , Cu bị bao phủ dần bởi một lớp màu lục gồm cacbonat bazơ Cu(OH)2CO3 không bền làm đồng dễ bị rỉ. Khi đun nóng ngoài không khí ở 2000C, Cu sẽ tác dụng trực tiếp với O2 tạo thành CuO . Cu dễ dàng phản ứng với các halogen (Cl2, Br2) tạo thành CuX2 ở nhiệt độ thường trừ flo vì màng CuF2 được tạo nên rất bền sẽ bảo vệ đồng . Vì Cu đứng sau hidro trong dãy điện hoá nên nó chỉ tan trong các axit có tính oxy hoá như HNO3 và H2SO4 đặc theo phản ứng : 3Cu + 8 HNO3(loãng) = 3Cu(NO3)2 + 2NOư + 4H2O Cu + 2H2SO4(đặc) = CuSO4 + SO2ư + 2 H2O * Hợp chất - Trạng thái oxy hoá +1 ít đặc trưng đối với đồng. Cu(I) oxit tồn tại trong thiên nhiên dưới dạng khoáng vật cuprit. Cu2O là chất bột màu đỏ, ít tan trong nước nhưng tan trong dung dịch kiềm đặc : Cu2O + 2NaOH + H2O = 2Na[Cu(OH)2] (natri hidroxo cuprit ) Cu2O tan trong dung dịch NH3 đậm đặc tạo thành phức chất amoniacat : Cu2O + 4 NH3 + H2O = 2[Cu(NH3)2]OH Cu2O tác dụng với axit HCl tạo thành CuCl : Cu2O + 2HCl = 2CuCl + H2O Các halogen CuX không tan trong nước và axit nhưng lại tan khá nhiều (đặc biệt khi đun nóng) trong dung dịch đậm đặc của các axit hydrohalogenua và dung dịch NH3 nhờ tạo thành phức chất : CuCl + HCl = H[CuCl2] CuCl + 2NH3 = [Cu(NH3)2]Cl Các hợp chất Cu(I) dễ bị oxy hoá (ngay cả bởi ôxy không khí) chuyển thành dẫn xuất bền của Cu(II) : Ví dụ : 4CuCl + O2 + 4HCl = 4CuCl2 + 2H2O - Trạng thái oxy hoá +2 là rất đặc trưng đối với đồng. Các hợp chất Cu(II) nói chung đều bền hơn các dẫn xuất cùng kiểu của Cu(I) . Cu(II) oxit (CuO) là chất bột màu đen nóng chảy ở 10260C và trên nhiệt độ đó mất bớt oxi biến thành Cu2O. CuO không tan trong nước nhưng tan dễ dàng trong dung dịch axit tạo thành muối Cu(II) và trong đung dịch NH3 tạo thành phức chất amoniacat : CuO + 2HCl = CuCl2 + H2O CuO + 4 NH3 + 2H2O = [Cu(NH3)4](OH)2 Khi đun nóng với dung dịch SnCl2 , FeCl2 , CuO bị khử thành muối Cu(I) : 2CuO + SnCl2 = 2CuCl + SnO2 3CuO + 2FeCl2 = 2CuCl + CuCl2 + Fe2O3 Khi đun nóng CuO dễ bị các khí H2 , CO , NH3 khử thành kim loại : Ví dụ : CuO + CO 3000C Cu + CO2 Cu(II) hydroxit Cu(OH)2 là kết tủa bông màu lam, dễ mất nước biến thành oxit khi đun nóng. Cu(OH)2 không tan trong nước nhưng tan dễ dàng trong dung dịch axit, dung dịch NH3 đặc và chỉ tan trong dung dịch kiềm 40% khi đun nóng : Cu(OH)2 + 2NaOH = Na2[Cu(OH)4] Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4)](OH)2 Đa số muối Cu(II) dễ tan trong nước, bị thuỷ phân và khi kết tinh từ dung dịch thường ở dạng hidrat. Khi gặp các chất khử, muối Cu(II) có thể chuyển thành muối Cu(I) hoặc thành Cu kim loại . Muối Cu(II) có khả năng oxy hóa I- thành I2 , chuẩn độ lượng I2 giải phóng ra từ phản ứng này bằng thiosunfat S2O32- với chỉ thị hồ tinh bột người ta có thể định lượng được hàm lượng đồng . Cu(II) có khả năng phản ứng với feroxianat Fe(CN)2 tạo thành kết tủa đỏ nâu Cu2Fe(CN)6 .Trong dung dịch amoniac, Cu(II) phản ứng mãnh liệt với các phân tử NH3 tạo thành ion phức Cu(NH3)42+ có màu xanh lam. Nó cũng tạo phức với một số tác nhân hữu cơ như a-benzoin oxim (C6H5CH(OH)C(NOH)C6H5), 8-hydroxyquinolin, natridietyldithiocacbamat, dithizon ,... Những phức này cho phép xác định đồng bằng phương pháp khối lượng, thể tích hay trắc quang . 1.2.3.2.Tính chất hoá học của chì và hợp chất của nó [4, 5, 25] * Đơn chất Trong phân nhóm chính nhóm IV, Pb thể hiện rõ rệt nhất tính kim loại. ở điều kiện thường, Pb bị oxy hoá bởi O2 không khí tạo thành ớp oxit màu xám xanh bao bọc trên bề mặt bảo vệ cho Pb không tiếp tục bị oxy hoá nữa. 2Pb + O2 = 2PbO Pb có khả năng tương tác với các nguyên tố halogen và nhiều nguyên tố không kim loại khác : Pb + X2 = PbX2 Pb chỉ tương tác ở trên bề mặt với dung dịch axit HCl loãng và axit H2SO4 dưới 80% vì bị bao bởi một lớp muối khó tan PbCl2 và PbSO4 nhưng với dung dịch đậm đặc hơn của các axit đó, Pb có thể tan vì muối khó tan của lớp bảo vệ đã chuyển thành hợp chất tan theo phản ứng : PbCl2 + 2HCl = H2PbCl4 và PbSO4 + H2SO4 = Pb(HSO4)2 Với axit HNO3 ở bất kỳ nồng độ nào, Pb cũng phản ứng với vai trò một kim loại và tạo thành Pb(NO3)2 .Trong axit HCl đặc, Pb phản ứng cho H2PbCl4 và H2PbCl3 . Pb có thể tương tác với dung dịch kiềm khi đun nóng và giải phóng H2 : Pb + 2KOH + 2H2O = K2[Pb(OH)4] + H2ư Khi có mặt O2 , Pb có thể tan trong axit acetic, một số axit hữu cơ khác : 2Pb + 4CH3COOH + O2 = 2Pb(CH3COO)2 + 2H2O và có thể tương tác với nước : 2Pb + O2 + H2O = 2Pb(OH)2 * Hợp chất Chì thường tồn tại trong các hợp chất ở mức oxy hoá +2 và +4. Ngược lại với các nguyên tố khác trong phân nhóm IV, trạng thái oxy hoá đặc trưng nhất của chì là các hợp chất Pb(II) . Hidrua của chì là PbH4 ,kém bền và chỉ tồn tại ở nhiệt độ thấp . Pb tạo nên hai loại oxit chính là chì monoxit PbO và dioxit PbO2 .PbO ít tan trong nước nhưng dễ tan trong các axit và trong kiềm mạnh, khi đun nóng trong không khí ở 4500C, Pb chuyển thành Pb3O4 . PbO2 kém hoạt động về mặt hoá học, không tan trong nước. PbO2 có tính lưỡng tính nhưng tan trong kiềm dễ dàng hơn trong axit. Khi tan trong dung dịch kiềm, nó tạo nên hợp chất hidroxo kiểu M2[Pb(OH)6] : PbO2 + 2KOH + 2H2O = K2[Pb(OH)6] PbO2 có màu nâu đen, khi đun nóng mất dần oxi tạo thành các oxit trong đó Pb có số oxy hoá thấp hơn : PbO2 290-3200C Pb2O3 390-4200C Pb3O4 530-5500C PbO (nâu đen) (vàng đỏ) (đỏ) (vàng) PbO2 có thể bị khử dễ dàng bởi C, CO, H2 đến kim loại. Tính oxy hoá rất đặc trưng đối với PbO2 , nó là một trong những chất oxy hoá mạnh thường dùng. Những chất dễ cháy như S, P khi nghiền với bột PbO2 sẽ bốc cháy, do đó PbO2 được dùng làm một thành phần của thuốc diêm. Khi tương tác với axit H2SO4 đậm đặc, PbO2 giải phóng O2; với HCl, giải phóng Cl2 : 2PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O + O2 PbO2 + 4HCl = PbCl2 + 2H2O + Cl2 Trong môi trường axit đậm đặc, nó oxy hoá Mn(II) thành Mn(VII), trong môi trường kiềm mạnh, oxy hoá Cr(III) thành Cr(VI) : 5PbO2 + 2MnSO4 + 6HNO3 = 2HMnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2PbSO4 + 2H2O 3PbO2 + 2Cr(OH)3 + 10KOH = 2K2CrO4 + 3K2[Pb(OH)4] + 2H2O Nhờ khả năng oxy hoá mạnh, người ta sử dụng PbO2 để chế tạo ra ắc quy chì . Hidroxit Pb(OH)2 là kết tủa màu trắng ít tan trong nước. Khi đun nóng, nó bị mất nước tạo thành oxit PbO. Pb(OH)2 cũng có tính chất lưỡng tính, nó có khả năng tác dụng với cả axit và kiềm. Khi tan trong dung dịch kiềm mạnh, Pb(OH)2 tạo nên muối hidroxo plombit : Pb(OH)2 + 2KOH = 3K2[Pb(OH)4] Có hai loại halogenua chính của chì là PbCl2 và PbCl4 . Sunfua chì PbS có màu đen, không tan trong nước và dung dịch axit loãng nhưng tan trong axit HNO3 và HCl đậm đặc : 3PbS + 8HNO3 = 3PbSO4 + 8NO + 4H2O 1.3.Vai trò sinh học của đồng và chì 1.3.1.Vai trò sinh học của đồng và hợp chất của nó [20, 28, 33] Đồng đóng vai trò quan trọng đối với nhiều loại thực vật và động vật. Cu tác động đến nhiều chức năng cơ bản và là một phần cấu thành nên một số protein và các enzym quan trọng trong cơ thể. Hợp chất của Cu là cần thiết cho quá trình tổng hợp hemoglobin và photpholipit. Nó tham gia vào các hoạt động : sản xuất hồng cầu, sinh tổng hợp elastin và myelin, tổng hợp nhiều hoormon và các sắc tố. Enzym-Cu hay còn gọi là superoxit dismutase (SOD) được nghiên cứu nhiều nhất. SOD có chức năng điều hoà các gốc tự do, bảo vệ cấu trúc và cơ chế chuyển hoá tế bào, ngăn ngừa lão hoá. Cytochromodase cũng sử dụng Cu như một chất xúc tác, nó có mặt trong các mô có nhu cầu năng lượng (cơ tim, gan và chất xám của não) và có vai trò khống chế áp suất. Hàm lượng Cu trong toàn bộ cơ thể người lớn xấp xỉ 0,1 g và nhu cầu hàng ngày của một người có sức khoẻ trung bình vào khoảng 2 mg. Sự thiếu hụt Cu dẫn đến bệnh thiếu hồng cầu trầm trọng do dó gây nên chứng thiếu máu. Thiếu Cu ở những người phụ nữ mang thai có thể dẫn đến đẻ non và những trẻ sơ sinh này rất dễ bị tổn thương. ở nhưng người mắc bệnh suy nhược nhiệt đới (Kwashiorkor) thì sự mất sắc tố lông tóc cũng là biểu hiện của sự thiếu Cu (Hình 1). Chỉ số SH Vùng thừa Vùng nồng độ cần Vùng thiếu CCu Hình 1 Tuy nhiên, thừa Cu cũng dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng như mắc bệnh Wilson mà đặc tính của nó là do thừa Cu trong gan ; Cu thừa tích tụ cả vào não, thận dẫn đến tử vong ở những bệnh nhân suy gan và thay thế Zn trong protein làm mất vai trò của protein (Hình 1). 1.3.2.Vai trò sinh học của chì và hợp chất của nó [15, 16, 17, 18, 28] Khó có thể kể hết công dụng của Pb trong công nghệ và đời sống con người, nhưng về mặt sinh học, Pb thuộc vào loại chất độc nổi tiếng nhất và trong số những chất độc hiện nay, nó cũng đóng một vai trò đáng kể. Pb và các hợp chất của Pb đều độc đối với người và động thực vật nếu vượt quá ngưỡng cho phép. Bình thường con người tiếp nhận hàng ngày 0,1-0,2 mg Pb không hại từ các nguồn không khí, nước và thực phẩm nhiễm nhẹ chì, nhưng nếu tiếp nhận lâu dài 1 mg/ngày sẽ bị nhiễm độc chì mãn tính và nếu hấp thu 1 gam Pb một lần có thể dẫn đến tử vong . Khi xâm nhập vào cơ thể, Pb tập trung chủ yếu ở xương, người ta tính rằng có tới 94-95% Pb của cơ thể tập trung ở xương, tại đây Pb tương tác với photphat trong xương rồi truyền vào các mô mềm của cơ thể và thể hiện độc tính của nó. Ngoài ra Pb còn ngưng đọng ở gan, lá lách, thận,... Chì phá huỷ quá trình tổng hợp hemoglobin và các sắc tố cần thiết khác trong máu như cytochrom, cản trở sự tổng hợp nhân hem và tích luỹ trong các tế bào hồng cầu, làm giảm thời gian sống của hồng cầu, do đó làm tăng chứng thiếu máu, gây đau bụng, hoa mắt choáng váng. Nhiễm độc Pb mãn tính gây nên những cơn đau bụng ở người lớn và bệnh viêm não ở trẻ em. Chì đặc biệt độc hại đối với não và thận, hệ thống sinh sản và hệ thống tim mạch của con người. Nhiễm độc chì sẽ dẫn đến những ảnh hưởng có hại tới chức năng của trí óc, thận, gây vô sinh, sẩy thai và tăng huyết áp. Khi hàm lượng Pb trong máu khoảng 0,3 ppm thì nó ngăn cản quá trình sử dụng O2 để oxy hoá glucoza tạo ra năng lượng cho quá trình sống, ở nồng độ cao hơn ( >0,8 ppm) có thể gây nên thiếu máu do thiếu hemoglobin. Hàm lượng chì trong máu nằm trong khoảng 0,5 - 0,8 ppm sẽ gây ra sự rối loạn chức năng của thận và ảnh hưởng đến não. Cách đây không lâu, Slipkocter đã chứng minh sự suy giảm trí tuệ do bị tích tụ Pb trong cơ thể. Nghiên cứu hàm lượng Pb trong răng sữa ở trẻ em, ông thấy rằng, những đứa trẻ trong răng sữa có nhiều Pb có chỉ số IQ giảm mạnh và kỹ năng ngôn ngữ kém phát triển. Nhiễm độc Pb làm cho hệ thần kinh luôn căng thẳng, phạm tội và sự rối loạn trong tập trung chú ý ở trẻ em từ 7-11 tuổi. Pb còn gây ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khoẻ do hợp chất ankyl-chì được cho vào xăng ôtô, xe máy với vai trò làm chất chống kích nổ mà tính độc hại cao của nó với con người gần đây mới phát hiện ra, vì thế hiện nay trên thế giới người ta không dùng xăng pha chì. 1.4.Các phương pháp xác định đồng và chì 1.4.1.Các phương pháp hoá học 1.4.1.1.Phương pháp phân tích khối lượng [8] Phương pháp này dựa trên cơ sở cân chính xác khối lượng của chất phân tích hay hợp chất sản phẩm không tan của nó thu được khi cho tác dụng với một thuốc thử kết tủa phù hợp sau khi lọc, sấy và nung sản phẩm đó. Sau đó từ lượng cân thu được ta sẽ tính được hàm lượng của chất cần phân tích. Phương pháp này đơn giản, có độ chính xác cao, nhưng nó đòi hỏi thao tác kỹ thuật phức tạp, tốn thời gian và chỉ thích hợp cho phân tích hàm lượng lớn. Ví dụ có thể xác định Cu, Pb bằng cách kết tủa Cu dưới dạng CuS với thuốc thử hydro sunfua H2S hoặc thioacetamin C2H5NS ; kết tủa Pb dưới dạng PbSO4 , PbCrO4 hoặc chì molipdat. Sấy, nung các kết tủa này ,sau đó đem cân dạng cân và dựa và đó ta xác định được hàm lượng Cu ,Pb [23,24]. Tuy nhiên, trong tỏi và các chế phẩm từ tỏi, Cu và Pb là những nguyên tố vi lượng, do đó phương pháp này không thích hợp . 1.4.1.2.Phương pháp phân tích thể tích [8, 19] Đây là phương pháp định lượng các chất dựa trên việc đo chính xác thể tích của thuốc thử đã biết nồng độ khi cho nó tác dụng với một thể tích nhất định của chất cần phân tích trong điều kiện phản ứng xảy ra hoàn toàn định lượng. Tuỳ thuộc vào loại phản ứng chính được dùng mà người ta chia phương pháp phân tích thể tích thành các nhóm: phương pháp chuẩn độ axit-bazơ, phương pháp oxy hoá khử, phương pháp chuẩn độ kết tủa, phương pháp complexon . Người ta có thể xác định Cu bằng phương pháp chuẩn độ complexon dựa trên phản ứng tạo phức bền của Cu2+ với EDTA ở pH = 8 , chỉ thị là murexit 1% trong NaCl : Cu2+ + H2Y2- = CuY2- + 2H+ CuInd+ + H2Y2- = CuY2- + Ind- + 2H+ (vàng nhạt) (tím) hoặc bằng phương pháp chuẩn độ oxy hoá khử (phương pháp iot-thiosunfat) theo phản ứng : 2Cu2+ + 4I- = 2CuI + I2 Sau đó chuẩn độ I2 giải phóng ra bằng Na2S2O3 với chỉ thị hồ tinh bột : I2 + 2 Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6 Pb cũng có thể xác định bằng phương pháp complexon theo 3 cách: chuẩn độ trực tiếp, chuẩn độ ngược bằng Zn2+, hay chuẩn độ thay thế dùng ZnY2- với chỉ thị ETOO. Ví dụ chuẩn độ ngược Pb2+ bằng Zn2+ : cho Pb2+ tác dụng với một lượng dư chính xác EDTA đã biết trước nồng độ ở pH=10, sau đó chuẩn độ lượng dư EDTA bằng Zn2+ đã biết nồng độ với chỉ thị ETOO : Pb2+ + H2Y2- = PbY2- + 2H+ H2Y2- + Zn2+ = Zny2- + 2H+ Zn2+ + H2Ind = ZnInd + 2H+ (xanh) (đỏ nho) Tuy nhiên phân tích thể tích chỉ thích hợp để xác định hàm lượng lớn hoặc bán vi lượng , do đó ta không dùng phương pháp này để phân tích vi lượng Cu, Pb trong tỏi . 1.4.2.Các phương pháp phân tích công cụ 1.4.2.1.Các phương pháp quang học 1.4.2.1.1.Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES) [1] Phương pháp này dựa trên cơ sở sự xuất hiện phổ phát xạ của nguyên tố cần phân tích khi nguyên tử tự do của nó ở trạng thái kích thích giải phóng năng lượng đã nhận vào để trở về trạng thái cơ bản và sinh ra các vạch phổ phát xạ của nó. Để kích thích phổ AES người ta có thể dùng nguồn năng lượng là ngọn lửa, hồ quang hay tia điện. Tác giả Phạm Luận đã ứng dụng phương pháp này để đưa ra quy trình xác định một số kim loại kiềm trong các mẫu nước ngọt với một số kết quả sau : giới hạn phát hiện của Na là 0,05 ppm, Li và K là 0,5 ppm và Pb là 0,1 ppm [21]. Đặc biệt với sự ra đời của nguồn năng lượng mới là plasma cao tần cảm ứng ICP được ứng dụng trong phép phân tích AES từ khoảng 20 năm trở lại đây, song lại được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả cao. Ngày nay, phổ phát xạ ICP là một công cụ phân tích phục vụ đắc lực cho công việc nghiên cứu và sản xuất vật liệu khoa học với độ ổn định và độ nhạy cao cỡ ng . Bằng phép đo phổ ICP-AES , tác giả Kim A.Anderson đã xác định đa lượng và vi lượng của 17 nguyên tố trong một số mẫu mô thực vật, ví dụ hàm lượng Cu và Pb trong lá thông là 3,0 ± 0,3 mg/g và 10,8 ± 0,5 mg/g [27]. Lần đầu tiên tại Việt Nam, các tác giả Vũ Hoàng Minh, Nguyễn Tiến Lượng, Phạm Luận, Trần Tứ Hiếu đã áp dụng thành công phương pháp phổ ICP-AES để xác định chính xác các nguyên tố đất hiếm trong mẫu địa chất Việt Nam [34]. 1.4.2.1.2.Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [1] Bằng cách chiếu vào đám hơi nguyên tử tự do của nguyên tố cần phân tích một chùm tia sáng đơn sắc có năng lượng phù hợp, có độ dài sóng trùng với các vạch phổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố đó, chúng sẽ hấp thụ các tia sáng và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử. Dựa vào tín hiệu phổ này ta sẽ xác định được hàm lượng nguyên tố cần phân tích. Sử dụng phép đo AAS, người ta có thể phân tích được lượng vết của hầu hết các kim loại và cả những hợp chất hữu cơ hay các anion không có phổ hấp thụ nguyên tử với độ ổn định, độ nhạy, độ chính xác và nhất là độ ổn định cao. ở nhiều nước trên thế giới, nhất là các nước phát triển, phương pháp phân tích AAS đã trở thành phương pháp tiêu chuẩn để định lượng nhiều kim loại [1]. Sử dụng phương pháp này, John Bishop đã xác định lượng vết của một số nguyên tố Ag, Bi, Cu, Sb, Ni trong hợp kim chì - thiếc và đạt được các kết quả sau : Ag 41,15mg/g ; Bi 11mg/g ; Cu 3,7mg/g ; Sb 59mg/g và Ni 0,15mg/g [30]. Xác định Pb trong một số mẫu sinh học bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng hệ thống bơm dòng chảy tách và làm giàu trực tiếp dựa trên sự hấp phụ cặp ion, các tác giả Guan Hong Tao, Zhaolun Fang đã chuyển Pb sang dạng anion phức iotchì, sau đó cho hấp phụ trực tiếp lên một vi cột cùng với cation [NH4(C4H9)4]+ tạo thành cặp ion. Kết quả cho thấy giới hạn phát hiện của phương pháp là 3mg/L với độ lệch chuẩn là 2% ở nồng độ 30mg/L ; 3,1% ở nồng độ 50mg/L và xác định được hàm lượng Pb trong lá đào 1,01±0,04mg/g , trong mẫu bột gạo là 0,78±0,05mg/g [27] . Nghiên cứu tóc của những trẻ em mắc chứng gặp khó khăn trong việc đọc, D.Capel và cộng sự đã áp dụng phép đo AAS để định lượng Cu, Pb với kết quả là Cu :57mg/g ; Pb :16mg/g [29] . ở Việt Nam, tuy mới tiếp thu kỹ thuật phân tích phổ AAS , nhưng đã có rất nhiêu công trình khoa học nghiên cứu và ứng dụng thành công phương pháp này để xác định các kim loại trong nhiều đối tượng mẫu khác nhau . Với đề tài nghiên cứu xác định Cu, Zn trong huyết thanh bằng phép đo AAS , các tác giả Phạm Luận, Đặng Quang Ngọc, Trần Tứ Hiếu, Lương Thuý Quỳnh đã xây dựng và đề xuất một quy trình phân tích với độ nhạy đến 0,03 ppm và sai số nhỏ hơn 12% , kết quả phân tích là: hàm lượng Cu trong huyết thanh Ê 1,2ppm tuỳ theo giới tính, độ tuổi và địa dư [34] . Sử dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử, tác giả Lê Lan Anh và cộng sự đã xác định hàm lượng Pb trong tóc, nước tiểu và máu với các kết quả là : hàm lượng Pb trung bình trong tóc là 15,15±2mg/g đối với người bình thường ; 49,8±7,9 mg/g đối với người tiếp xúc thường xuyên với xăng dầu và 86,01 ±12,7mg/g với những bệnh nhân thấm nhiễm Pb [35]. Xác định các kim loại nặng trong các mẫu thịt cá bằng phép đo AAS , Dr.Phạm Luận và cộng sự đã thu được một số kết quả sau : giới hạn phát hiện đối với Cu , Pb là 0,05 và 0,1ppm ; giới hạn trên của vùng tuyến tính là Cu 3,5ppm ; Pb 8ppm và sai số mắc phải trong vùng nồng độ 0,5 - 2ppm nhỏ hơn 15% [22]. 1.4.2.1.3.Phương pháp trắc quang [2] Phân tích trắc quang là phương pháp phân tích dựa trên việc đo phổ UV-VIS của những chất có khả năng hấp thụ năng lượng chùm sáng để tạo ra phổ hấp thụ phân tử và cả những chất không có phổ UV-VIS bằng cách cho tác dụng với một thuốc thử thích hợp tạo ra hợp chất phức bền có khả năng hấp thụ tia bức xạ và cho phổ UV-VIS nhạy. Pb2+ không có phổ hấp thụ phân tử UV-VIS , do đó ta chuyển nó về dạng chì-dithizonat Pb(C13H12N4S)2 khi cho tác dụng với dithizon (diphenyldithiocacbazon C13H12N4S hay H2Dz ) trong môi trường pH=5á6 : Pb2+ + 2H2Dz = Pb(HDz)2 + 2H+ (xanh) (đỏ) Phức này được chiết vào dung môi hữu cơ CCl4(hoặc CHCl3) và đem đo mật độ quang tại bước sóng l = 510 nm, biết mật độ quang ta có thể xác định nồng độ của Pb với giới hạn phát hiện là 0,05 ppm [25]. Ta cũng có thể xác định Cu bằng cách đo mật độ quang của phức Cu-dithizonat tại bước sóng l = 545 nm với độ nhạy 0,003ppm [24]. Bằng phương pháp trắc quang, các tác giả Trần Thúc Bình, Trần Tứ Hiếu, Phạm Luận đã xác định Cu, Ni, Mn, Zn trong cùng hỗn hợp theo phương pháp Vierod cải tiến bằng Pyridin-azo-naphtol (PAN) với sai số < 4% ở những bước sóng khác nhau [36]. 1.4.2.2.Các phương pháp điện hoá 1.4.2.2.1.Phương pháp cực phổ [6, 7, 23, 25] Cực phổ là một phương pháp Von-Ampe trong đó người ta sử dụng điện cực giọt thuỷ ngân rơi là điện cực làm việc. Bằng cách phân cực điện cực giọt thuỷ ngân bằng một điện áp một chiều biến thiên tuyến tính với thời gian để nghiên cứu quá trình khử cực của chất phân tích trên điện cực đó và thông qua chiều cao của đường cong von-ampe ta có thể định lượng được ion kim loại cần xác định trong dung dịch ghi cực phổ . Để áp dụng phương pháp này, hoạt tính cực phổ của Cu đã được nghiên cứu với rất nhiều chất nền (là các chất điện ly trơ) khác nhau và có một số nền đặc biệt thích hợp cho phép định lượng nguyên tố này. Trong nền NH3 , pyridin, thiocyanat và clorua đậm đặc, Cu2+ bị khử theo hai nấc Cu2+đCu+ ,Cu+đCu0, mỗi bậc cho một sóng cực phổ riêng và để định lượng Cu người ta sử dụng sóng thứ hai. Cũng có thể xác định Cu trong nền Na tartrate 0,4M + NaH tartrate 0,1M + gelatin (< 0,05%) với thế nửa sóng là - 0,09 V. Để khử oxy hoà tan trong dung dịch, người ta sử dụng Na2SO3 Bằng phương pháp này , có thể xác định Pb một cách hiệu quả cả trong nền axit và nền bazơ. Một trong những nền axit tốt nhất là Na tartrate 0,4M + NaH tartrate 0,1M (cho pH = 4,5) và một lượng nhỏ gelatin (Ê 0,01%), nếu có mặt Bi3+ thì nồng độ gelatin phải Ê 0,005% với thế nửa sóng là E1/2 = - 0,48V. Trong nền bazơ, ví dụ như NaOH 1M , Pb tồn tại ở dạng ion HPbO2- cũng bị khử rất dễ dàng với E1/2 = - 0,755V [24]. Do có độ nhạy và độ chính xác cao, các phương pháp cực phổ xung vi phân và von-ampe hoà tan anot với điện cực màng thuỷ ngân đã được các tác giả Trịnh Xuân Giản, Trịnh Anh Đức, Lê Đức Liêm sử dụng để xác định dạng liên kết vết Pb trong nước biển, kết quả cho thấy vết Pb có tồn tại trong nước biển với dung lượng liên kết 2,95 mg/L [37]. 1.4.2.2.2.Phương pháp Von-Ampe hoà tan [6, 7] Chỉ bằng một máy cực phổ tự ghi thông thường và một cực giọt thuỷ ngân treo hoặc một cực rắn đĩa quay bằng than thuỷ tinh, người ta có thể xác định được gần 30 kim loại bằng phương pháp Von-ampe hoà tan (Ag, As, Au, Bi, Cd, Co, Cu, Ge, Hg, K, Mg, Ni, Pb, Zn,...) trong khoảng nồng độ n.10-9 đến n.10-6 mol/L với độ chính xác khá cao . Để tiến hành phân tích bằng phương pháp Von-Ampe hoà tan người ta dùng bộ thiết bị gồm một máy cực phổ tự ghi và một bình điện phân gồm hệ 3 điện cực : cực làm việc là cực giọt thuỷ ngân tĩnh hoặc cực đĩa rắn, cực so sánh (cực Calomen hay cực bạc clorua) có thế không đổi và cực phụ trợ Pt . Quá trình phân tích gồm 2 giai đoạn : - Giai đoạn làm giàu chất phân tích lên bề mặt điện cực đ._.