Tài liệu Nghiên cứu sự tích lũy các kim loại Cd, Pb, Cu, Zn trong một số loài nhuyễn thể ở vùng sông Lam - tỉnh Nghệ An

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH BÙI THỊ NGỌC NGHIÊN CỨU SỰ TÍCH LŨY CÁC KIM LOẠI Cd, Pb, Cu, Zn TRONG MỘT SỐ LOÀI NHUYỄN THỂ Ở VÙNG SÔNG LAM - TỈNH NGHỆ AN LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGHỆ AN - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH BÙI THỊ NGỌC NGHIÊN CỨU SỰ TÍCH LŨY CÁC KIM LOẠI Cd, Pb, Cu, Zn TRONG MỘT SỐ LOÀI NHUYỄN THỂ Ở VÙNG SÔNG LAM - TỈNH NGHỆ AN Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số: 60.440.113 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. PHAN THỊ HỒNG TUYẾT NGHỆ AN - 2014 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: PGS. TS. Phan Thị Hồng Tuyết - cán bộ hướng dẫn đã giao đề tài, tận tình hướng dẫn khoa học và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho việc nghiên cứu. Các thầy cô giáo bộ môn Hóa vô cơ và các thầy cô giảng dạy khoa Hoá đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu. Phòng đào tạo Sau đại học, Ban chủ nhiệm khoa Hoá đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình nghiên cứu. Các thầy cô giáo phụ trách Phòng thí nghiệm đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình làm thực nghiệm. Xin chân thành cảm ơn những người thân trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Nghệ An, tháng 10 năm 2014 Tác giả MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................ 4 1.1. TỔNG QUAN VỀ KIM LOẠI NẶNG ................................................. 4 1.1.1. Định nghĩa và nguồn phát sinh kim loại nặng ............................... 4 1.1.2. Tính chất và tác hại của kim loại nặng .......................................... 4 1.1.3. Giới thiệu các nguyên tố chì, cadimi, kẽm, đồng; tác dụng sinh hóa và độc tính của chúng ..................................................... 6 1.1.4. Qui trình tích luỹ kim loại nặng theo chuỗi thức ăn .................... 19 1.1.5. Sự tích tụ các nguyên tố Cd, Pb, Cu, Zn trong một số loài nhuyễn thể .................................................................................. 20 1.1.6. Giới hạn an toàn của kim loại nặng: Cd, Pb, Cu, Zn ................... 24 1.1.7. Tình hình ô nhiễm kim loại nặng trên thế giới và Việt Nam ....... 27 1.2. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ............................................................ 32 1.2.1. Đặc điểm sinh học của đối tượng nghiên cứu .............................. 32 1.2.2. Giới thiệu địa điểm nghiên cứu ................................................... 38 1.3. PHƯƠNG PHÁP ỨNG DỤNG ĐỂ XÁC ĐỊNH CHÌ, CADIMI, KẼM VÀ ĐỒNG ...................................................................................... 41 1.3.1. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS .................................. 42 1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ MẪU................................................ 44 1.4.1. Phương pháp vô cơ hóa mẫu ướt ................................................. 45 1.4.2. Phương pháp vô cơ hóa mẫu khô ................................................ 46 1.4.3. Phương pháp vô cơ hóa mẫu khô - ướt kết hợp ........................... 46 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ THỰC NGHIỆM....................................... 47 2.1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT ................................................. 47 2.1.1. Thiết bị và dụng cụ ..................................................................... 47 2.1.2. Hóa chất ..................................................................................... 47 2.2. LẤY MẪU VÀ XỬ LÝ MẪU ........................................................... 47 2.2.1. Lấy mẫu ...................................................................................... 47 2.2.2. Chuẩn bị mẫu nhuyễn thể để vô cơ hoá mẫu ................................ 51 2.2.3. Xử lý mẫu .................................................................................... 52 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................. 55 3.1. ĐIỀU KIỆN ĐO MẪU TRÊN MÁY PHỔ HẤP THU NGUYÊN TỬ SHIMADZU AA- 6300 ...................................................................... 55 3.2. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG Cd, Pd, Cu VÀ Zn TRONG CÁC MẪU NGHIÊN NHUYỄN THỂ ....................................... 56 3.2.1. Kết quả xác định hàm lượng Cu ................................................... 56 3.2.2. Kết quả xác định hàm lượng Zn ................................................... 58 3.2.3. Kết quả xác định hàm lượng Cd ................................................... 59 3.2.4. Kết quả xác định hàm lượng Pb ................................................... 61 3.3. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG Pb, Cd, Zn VÀ Cu TRONG NƯỚC SÔNG LAM BẰNG PHƯƠNG PHÁP AAS ................ 63 3.4. ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ SỰ TÍCH LŨY CÁC KIM LOẠI Zn, Cd, Pb, Cu TRONG CÁC LOÀI NHUYỄN THỂ NGHIÊN CỨU .......... 65 KẾT LUẬN ................................................................................................. 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 69 DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1. Kim loại cadimi .......................................................................... 6 Hình 1.2. Sơ đồ tích lũy cadimi.................................................................. 9 Hình 1.3. Kim loại chì ..............................................................................10 Hình 1.4. Kim loại đồng ...........................................................................13 Hình 1.5. Kim loại kẽm.............................................................................16 Hình 1.6. Công ty Vedan Việt Nam xả nước thải chưa qua xử lý gây ô nhiễm 11km sông Thị Vải ......................................................29 Hình 1.7. Quy trình tích luỹ kim loại theo chuỗi thức ăn...........................20 Hình 1.8. Công ty Tungkuang (Cẩm Giàng - Hải Dương) xả trực tiếp nước thải không qua xử lý ra môi trường...................................29 Hình 1.9. Lưu vực hệ thống sông Lam ......................................................41 Hình 1.10. Quá trình đo mẫu.......................................................................43 Hình 2.1. Bản đồ địa điểm lấy mẫu ...........................................................48 Hình 2.2. Cách cắt cơ khép vỏ nhuyễn thể hai mảnh vỏ ............................51 Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Cu trong mẫu phân tích và giới hạn an toàn ................................................................................57 Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Zn trong mẫu phân tích và giới hạn cho phép .............................................................................59 Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Cd trong mẫu phân tích và giới hạn tiêu chuẩn ...........................................................................61 Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn hàm lượng Pb trong mẫu phân tích và giới hạn tiêu chuẩn ...........................................................................63 Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn hàm lượng các nguyên tố trong mẫu nước .......65 DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Hàm lượng đồng và kẽm trong một số loài nhuyễn thể ở vùng biển Senegal .....................................................................21 Bảng 1.2. Hàm lượng cadimi trong loài Brachidontes pharaonis và loài Pinctada radiata ở vịnh Akuyu, Thổ Nhĩ Kỳ .......................21 Bảng 1.3. Hàm lượng chì và cadimi trong một số loài nhuyễn thể ở vùng biển Đà Nẵng năm 2007 ...................................................22 Bảng 1.4. Hàm lượng đồng và kẽm trong một số loài nhuyễn thể ở vùng biển Đà Nẵng năm 2008 ...................................................23 Bảng 1.5. Giới hạn cho phép của hàm lượng chì và cadimi trong một số loại thực phẩm ......................................................................24 Bảng 1.6. Quy định lượng ăn vào tối đa cho phép hàng ngày và hàng tuần của chì và cadimi trong thực phẩm. ...................................25 Bảng 1.7. Mức tối đa cho phép của chì và cadimi ăn vào đối với trẻ em theo trọng lượng cơ thể ........................................................25 Bảng 1.8. Giới hạn cho phép của hàm lượng đồng và kẽm trong một số loại thực phẩm ......................................................................26 Bảng 1.9. Giới hạn cho phép của hàm lượng Cd, Pb, Cu, Zn trong nước mặt ...................................................................................26 Bảng 1.10. Tải lượng một số chất gây ô nhiễm đổ ra biển của một số hệ thống sông ............................................................................31 Bảng 2.1. Thông tin mẫu ...........................................................................50 Bảng 2.2. Các bước xử lý mẫu nhuyễn thể ................................................52 Bảng 2.3. Các bước xử lý mẫu nước ..........................................................53 Bảng 3.1. Tổng kết các điều kiện đo phổ AAS ..........................................55 Bảng 3.2. Kết quả xác định hàm lượng Cu trong một số loài nhuyễn thể ở sông Lam ..........................................................................56 Bảng 3.3. Kết quả xác định hàm lượng Zn trong một số loài nhuyễn thể ở sông Lam ..........................................................................58 Bảng 3.4. Kết quả xác định hàm lượng Cd trong một số loài nhuyễn thể ở sông Lam ..........................................................................60 Bảng 3.5. Kết quả xác định hàm lượng Pb trong một số loài nhuyễn thể ở sông Lam ..........................................................................62 Bảng 3.6. Hàm lượng các nguyên tố trong mẫu nước ................................64 1 MỞ ĐẦU Các nhà khoa học thông qua các nghiên cứu đã khẳng định được rằng nhiều nguyên tố kim loại có vai trò quan trọng đối với cơ thể sống, tuy nhiên nếu tích lũy với hàm lượng lớn chúng có thể gây độc hại cho cơ thể. Bên cạnh đó, nếu thiếu hụt hay mất cân bằng của nhiều kim loại vi lượng, siêu 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 và có thể gây tử vong. Đối với một số kim loại người ta mới chỉ biết đến tác động độc hại của chúng. Kim loại nặng là các kim loại có độc tính đối với môi trường và hệ sinh thái, thường được biết đến gồm: Zn, Cu, Pb, Cd, Hg, Ni, As, Cr,… Các kim loại này có nguồn gốc từ quá trình sản xuất công nghiệp hoá chất, luyện kim, hoạt động khai thác mỏ, các hoá chất dùng trong nông nghiệp, giao thông vận tải, y tế… Kim loại nặng có thể xâm nhập vào cơ thể con người chủ yếu thông qua đường tiêu hóa và hô hấp. 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. Mặt khác, chúng đi vào chuổi thức ăn, lưới thức ăn và cuối cùng xâm nhập, tích lũy trong cơ thể con người. 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. Nhu cầu về thực phẩm sạch, đảm bảo sức khỏe đã trở thành nhu cầu thiết yếu, cấp bách và được toàn xã hội quan tâm [1,4]. 2 Hiện nay, bên cạnh việc sử dụng phương pháp lý hóa quan trắc ô nhiễm kim loại nặng thì phương pháp sử dụng nhuyễn thể hai mảnh vỏ cũng được ứng dụng rộng rãi trên thế giới và mang lại nhiều thành tựu. Nhiều nghiên cứu đã cho thấy rằng nhuyễn thể hai mảnh vỏ có khả năng đặc biệt trong việc tích tụ những chất gây ô nhiễm nhất định trong mô của chúng với hàm lượng cao hơn nhiều lần so với môi trường bên ngoài, nơi chúng sinh sống và những loài này tượng trưng cho ô nhiễm của khu vực nghiên cứu [7,20,21]. Các loài sò, vẹm, trai, hến... được sử dụng rộng rãi để làm sinh vật chỉ thị cho mức ô nhiễm kim loại nặng. Các nghiên cứu trên thế giới về các loài trong giống Corbicula đều chỉ ra rằng, đây là những loài có khả năng tích lũy cao các kim loại nặng đặc biệt là Hg. Kết quả nghiên cứu của Inza và cộng sự đã cho thấy Corbicula có khả năng tích lũy nhanh Hg. Sự tích lũy Cu là đặc biệt cao ở loài Hến (Corbicula fluminea), nhất là giai đoạn chưa trưởng thành. Ở Việt Nam cũng đã có một số tác giả nghiên cứu về khả năng tích lũy các kim loại nặng trong các đối tượng thực phẩm và nhuyễn thể, nhưng số lượng các nghiên cứu về vấn này còn ít và chỉ mới thực hiện ở một số vùng. Các nghiên cứu về tích lũy kim loại nặng ở các loài hai mảnh vỏ được công bố chưa nhiều. Các kết quả nghiên cứu đều cho thấy trong mô của các loài nhuyễn thể đều chứa kim loại nặng, đặc biệt một số loài nhuyễn thể có khả năng đặc biệt trong việc tích lũy các kim loại nặng [5,6,8,12,13]. Nghệ An là tỉnh đang có sự phát triển nhanh về công nghiệp, là một trong những khu công nghiệp lớn nhất và cũng là một trong những vùng được đô thị hóa nhanh nhất nước.. Nguồn nước hệ thống sông Lam có tầm quan trọng đặc biệt và ý nghĩa sống còn đối với các tỉnh Nghệ An cũng như tỉnh Hà Tĩnh, cấp nước cho sản xuất nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản và phát triển thủy điện, giao thông vận tải, du lịch sông nước. Sông Lam đã tiếp nhận nhiều chi lưu như: Sông Hiếu ở cây Chanh Anh Sơn, sông La ở Đức Quang... đã 3 mang theo nhiều chất thải của các huyện, làng nghề, quá trình khái thác khoáng sản đang ngày càng đe dọa nghiêm trọng đến chất lượng nguồn nước của hệ thống sông này. Kiểm soát hàm lượng các kim loại nặng trong các loài thủy sản và nguồn nước nói chung và sông Lam nới riêng là vấn đề đang đặt ra cho các nhà khoa học quan tâm. Chính vì những lý do trên mà chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu sự tích lũy các kim loại nặng Cd, Pb, Cu, Zn trong một số loài nhuyễn thể ở khu vực sông Lam, tỉnh Nghệ An” để làm đề tài nghiên cứu của luận văn cao học. Mục tiêu của đề tài là: Nghiên cứu, đánh giá sự tích lũy một số kim loại, gồm: Cd, Pd, Cu và Zn trong một số loài nhuyễn thể ở vùng sông Lam, mối liên hệ với môi trường sống của chúng. Từ đó rút ra các nhận xét về mức độ an toàn đối với một số chỉ tiêu kim loại nặng (Pb, Cd), thành phần vi lượng (Cu, Zn) của các mẫu nghiên cứu khi sử dụng làm thực phẩm và khả năng sử dụng chúng làm sinh vật chỉ thị trong việc quan trắc môi trường. 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN VỀ KIM LOẠI NẶNG 1.1.1. Định nghĩa và nguồn phát sinh kim loại nặng Kim loại nặng theo định nghĩa chung là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3 và thông thường chỉ những kim loại hoặc các á kim liên quan đến sự ô nhiễm và độc hại. 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 kim loại phóng xạ (U, Th, Ra, Am,…). Kim loại nặng có trong đất và nước, hàm lượng của chúng thường tăng cao do tác động của con người. Sự ô nhiểm kim loại do hoạt động của con người như Pb, Cd, Cu, Ni và Zn thải ra ước tính là nhiều hơn so với nguồn kim loại có trong tự nhiên xâm nhập vào môi trường, đặc biệt đối với chì 17 lần. Các nguyên tố kim loại nặng tồn tại và luân chuyển trong tự nhiên thường có nguồn gốc từ chất thải của hầu hết các ngành sản xuất công nghiệp trực tiếp hoặc gián tiếp sử dụng các kim loại ấy trong quá trình công nghệ hoặc từ chất thải sinh hoạt của con người. Ví dụ nước thải của các khu công nghiệp, các nhà máy hóa chất, các cơ sở in; hoặc dưới dạng bụi trong khí thải của các khu công nghiệp hóa chất, các lò cao, khí thải của các loại xe có động cơ xăng... Sau khi phát tán vào môi trường dưới các dạng trên, chúng lưu chuyền tự nhiên trong nguồn nước, bám dính vào các bề mặt, tích lũy trong đất và gây ô nhiễm các nguồn nước sinh hoạt, đó cũng là nguyên chính dẫn đến tình trạng ô nhiễm thực phẩm, là nguồn gốc của sự tích lũy chúng trong các loài sinh vật. 1.1.2. Tính chất và tác hại của kim loại nặng Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học, không độc khi ở dạng nguyên tố tự do nhưng nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở dạng cation do 5 khả năng gắn kết với các chuỗi cacbon ngắn dẫn đến sự tích tụ trong cơ thể sinh vật sau nhiều năm. Đối với con người, có khoảng 12 nguyên tố kim loại nặng gây độc như chì, thủy ngân, nhôm, arsenic, cadmium, nickel… Một số kim loại nặng được tìm thấy trong cơ thể và thiết yếu cho sức khỏe con người, chẳng hạn như sắt, kẽm, magiê, coban, mangan, molipđen, đồng… mặc dù với lượng rất ít nhưng nó hiện diện trong quá trình chuyển hóa. Tuy nhiên, ở mức thừa của các nguyên tố thiết yếu có thể nguy hại đến đời sống của sinh vật. Các nguyên tố kim loại còn lại là các nguyên tố không thiết yếu và có thể gây độc tính cao khi hiện diện trong cơ thể, tuy nhiên tính độc chỉ thể hiện khi chúng đi vào chuỗi thức ăn. Các nguyên tố này bao gồm thủy ngân, nickel, chì, arsenic, cađimi, nhôm, platin… và ở dạng ion kim loại. Chúng đi vào cơ thể qua các con đường hấp thụ của cơ thể như hô hấp, tiêu hóa và qua da. Nếu kim loại nặng đi vào cơ thể và tích lũy bên trong tế bào lớn hơn sự phân giải chúng thì chúng sẽ tăng dần và sự ngộ độc sẽ xuất hiện. Do vậy người ta bị ngộ độc không những với hàm lượng cao của kim loại nặng mà cả khi với hàm lượng thấp và thời gian kéo dài sẽ đạt đến hàm lượng gây độc. Kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể người qua đường hô hấp, thức ăn hay hấp thụ qua da được tích tụ trong các mô theo thời gian sẽ đạt tới hàm lượng gây độc. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng kim loại nặng có thể gây rối loạn hành vi của con người do tác động trực tiếp đến chức năng tư duy và thần kinh, gây độc cho các cơ quan trong cơ thể như máu, gan, thận, cơ quan sản xuất hoocmon, cơ quan sinh sản, hệ thần kinh gây rối loạn chức năng sinh hóa trong cơ thể do đó làm tăng khả năng bị dị ứng, gây biến đổi gen. Các kim loại nặng còn làm tăng độ axit trong máu, cơ thể sẽ rút canxi từ xương để duy trì pH thích hợp trong máu dẫn đến bệnh loãng xương. Các nghiên cứu mới đây đã chỉ ra rằng hàm lượng nhỏ các kim loại nặng có thể gây độc hại 6 cho sức khỏe con người nhưng chúng gây hậu quả khác nhau trên những con người cụ thể khác nhau. Sự nhiễm độc kim loại nặng đã tăng lên nhanh chóng từ những năm 50 của thế kỷ trước do hậu quả của việc sử dụng ngày càng nhiều các kim loại nặng trong các ngành sản xuất công nghiệp. Ngày nay sự nhiễm độc mãn tính có thể xuất phát từ việc dùng chì trong sơn, nước máy, các hóa chất trong quá trình chế biến thực phẩm, các sản phẩm “chăm sóc con người” (mỹ phẩm, dầu gội đầu, thuốc nhuộm tóc, thuốc đánh răng, xà phòng…). Độc tính của các kim loại nặng chủ yếu do chúng có thể sinh các gốc tự do, đó là các phần tử mất cân bằng năng lượng, chứa những điện tử không cặp đôi chúng chiếm điện tử từ các phân tử khác để lặp lại sự cân bằng của chúng. Các gốc tự do tồn tại tự nhiên khi các phân tử của tế bào phản ứng với O2 (bị ôxi hóa) nhưng khi có mặt các kim loại nặng - tác nhân cản trở quá trình ôxi hóa, sẽ sinh ra các gốc tự do vô tổ chức, không kiểm soát được. Các gốc tự do này phá hủy các mô trong toàn cơ thể gây nhiều bệnh tật. 1.1.3. Giới thiệu các nguyên tố chì, cadimi, kẽm, đồng; tác dụng sinh hóa và độc tính của chúng [9], [10], [14], [17] 1.1.3.1. Nguyên tố cadimi (Cd) Cadimi là kim loại mềm, màu trắng xanh, dễ nóng chảy. Cadimi có ký hiệu hóa học là Cd (tên Latin: cadmium). Số hiệu nguyên tử Z = 48. Thuộc nhóm IIB, chu kỳ 5 trong bảng hệ thống tuần hoàn. Hình 1.1. Kim loại cadimi 7 Tính chất hóa học Cadimi là nguyên tố tương đối hoạt động. Trong không khí ẩm, Cd bền ở nhiệt độ thường nhờ màng oxit bảo vệ. Nhưng ở nhiệt độ cao nó cháy mãnh liệt cho ngọn lửa mầu sẫm: 2Cd + O2 = 2CdO Tác dụng với halogen tạo thành đihalogenua, tác dụng với lưu huỳnh và các nguyên tố không kim loại khác như photpho, selen… Cd + S = CdS Ở nhiệt độ thường cadmi bền với nước vì có màng oxit bảo vệ, nhưng ở nhiệt độ cao cadmi khử hơi nước biến thành oxit Cd + H2O = CdO + H2↑ Cd tác dụng dễ dàng với axit không phải là chất oxi hoá, giải phóng khí hiđro. Ví dụ: Cd + 2HCl = CdCl2 + H2↑ Ứng dụng của cadimi Khoảng ¾ cadimi sản xuất ra được sử dụng trong các loại pin (đặc biệt là Ni - Cd) và phần lớn trong công nghiệp. Cadimi được sử dụng chủ yếu trong các chất màu, lớp sơn phủ, các chất mạ kim loại (mạ vỏ ô tô, máy bay và tàu biển). Cadimi được sử dụng chế tạo hợp kim, làm chất ổn định trong plastic, làm điện cực ắc quy kiềm. Hợp kim Cu - Cd dùng làm thanh điều chỉnh trong lò phản ứng hạt nhân. Ngoài ra Cadimi còn có mặt trong phân bón và một số thuốc trừ sâu bởi độc tính để diệt nấm và côn trùng. Tác dụng sinh hóa của cadimi Sau khi xâm nhập vào cơ thể, cadimi được gắn vào trong các mô dưới dạng một hợp chất với một protein có chọn lọc và có trọng lượng phân tử thấp 8 nhưng giàu nhóm tiol (-SH) là metalothionein. Metalothionein thường có 61 axit amin trong đó có 20 axit amin cystein và không có axit amin thơm. Chính sự tổng hợp nên hợp chất metalothionein này được kích thích khi có mặt của cadimi. Metalothionein tập trung nhiều nhất ở gan và thận, nơi mà cadimi thường tích lũy (khoảng 50 - 60 % lượng cadimi trong cơ thể). SH + Cd2+ → {Enzim} SH S Cd + 2H+ {Enzim} S Lúc đầu, cadimi cư trú trong gan nơi thường diễn ra sự tổng hợp metalothionein; sau đó nó được vận chuyển dần đến thận nhờ protein này. Ở đây cadimi sẽ được giữ rất lâu bởi vì thời gian bán hủy của chúng ở bộ phận này có thể vượt qua 17 năm ở những đối tượng bị nhiễn trung bình. Sự lưu trữ này được thực hiện một cách có chọn lọc ở vỏ thượng thận. Dựa vào kết quả nhận được ở người và động vật sau khi chết cho thấy nồng độ tới hạn của cadimi trong thận là 200 ppm (200μgcadimi/1g mô tươi). Nếu vượt quá giá trị này sẽ xuất hiện "chứng bài tiết ra phức protein - cadimi" được đặc trưng bằng sự xuất hiện protein phân tử lượng thấp (± 30000u) trong nước tiểu cũng như bởi việc tăng sự thanh thải của β2-microglobulin của protein liên kết retinol (RBP). Bệnh thận đặc biệt này là trường hợp cá biệt về mặt mô học, bởi lẽ một bệnh ở ống mà lại chỉ gây tác hại một cách có chọn lọc đến duy nhất cái ống đầu gần. Độc tính của cadimi Cadimi là nguyên tố rất độc. Trong tự nhiên cadimi thường được tìm thấy trong các khoáng vật có chứa kẽm. Nhiễm độc cadimi gây nên chứng bệnh giòn xương. Ở nồng độ cao, cadimi gây đau thận, thiếu máu và phá huỷ tuỷ xương. Phần lớn cadimi thâm nhập vào cơ thể con người được giữ lại ở thận và được đào thải, còn một phần ít (khoảng 1%) được giữ lại trong thận, do 9 cadimi liên kết với protein tạo thành metallothionein có ở thận. Phần còn lại được giữ lại trong cơ thể và dần dần được tích luỹ cùng với tuổi tác. Khi lượng cadimi được tích trữ lớn, nó có thể thế chỗ ion Zn2+ trong các enzim quan trọng và gây ra rối loạn tiêu hoá và các chứng bệnh rối loạn chức năng thận, thiếu máu, tăng huyết áp, phá huỷ tuỷ sống, gây ung thư. Cadimi thâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua con đường thực phẩm. Theo nhiều nghiên cứu của các chuyên gia thì người hút thuốc lá cũng có nguy cơ nhiễm cadimi. Tùy theo mức độ nhiễm độc mà có thể gây ung thư phổi, thủng vách ngăn mũi, đặc biệt có thể gây tổn thương tuyến thận dẫn đến protein tuyến niệu, ảnh hưởng đến nội tiết, máu, tim mạch... Cd2+ Cd2+ tự do trong cơ thể Ăn uống 50 μg Hô hấp Liên kết tạo thành Metalothionein Trao đổi với Zn2+ trong enzim 1% dự trữ trong thận và các bộ phận khác Thận 99% đào thải Rối loạn chức năng thận Thiếu máu Tăng huyết áp Phá tủy xương Hình 1.2. Sơ đồ tích lũy cadimi Ung thư 10 1.1.3.2. Nguyên tố chì (Pd) Chì có ký hiệu hóa học là Pb, là một kim loại mềm, nặng, độc hại và có thể tạo hình. Chì có màu trắng xanh khi mới cắt nhưng bắt đầu xỉn màu thành xám khi tiếp xúc với không khí. Hình 1.3. Kim loại chì Tính chất hóa học Chì là kim loại tương đối hoạt động về mặt hoá học. Ở điều kiện thường, chì bị oxi hoá tạo thành lớp oxit màu xám xanh bao bọc bên trên mặt bảo vệ cho chì không tiếp xúc bị oxi hoá nữa: 2Pb + O2 = 2PbO Nhưng khi gặp nước, nước sẽ tách dần màng oxit bao bọc ngoài và tiếp tục bị tác dụng. Chì tương tác với halogen và nhiều nguyên tố không kim loại khác: Pb + X2 = PbX2 Chì có thế điện cực âm nên về nguyên tắc nó tan được trong các axit. Nhưng thực tế chì chỉ tương tác ở trên bề mặt với dung dịch axit clohiđric loãng và axit sunfuric dưới 80% vì bị bao bọc bởi lớp muối khó tan (PbCl2 và PbSO4). Với dung dịch đậm đặc hơn của các axit đó, chì có thể tan vì muối khó tan của lớp bảo vệ đã chuyển thành hợp chất tan: PbCl2 + 2HCl = H2PbCl4 + H2 PbSO4 + H2SO4 = Pb(HSO4)2 11 Với axit nitric ở bất kỳ nồng độ nào, chì tương tác như một kim loại: 3Pb + 8HNO3,loãng = 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O Khi có mặt oxi, chì có thể tương tác với nước: 2Pb + 2H2O + O2 = 2Pb(OH)2 có thể tan trong axit axetic và các axit hữu cơ khác: 2Pb + 4CH3COOH + O2 = 2Pb(CH3COO)2 + 2H2O Với dung dịch kiềm, chì có tương tác khi đun nóng, giải phóng hiđrô: Pb + 2KOH + 2H2O = K2[Pb(OH)4] + H2 Ứng dụng Chì được dùng làm tấm điện cực trong ăcquy, dây cáp điện, đầu đạn, chất nhuộm trắng trong sơn, thành phần màu trong tráng men. Chì hấp thụ tốt tia phóng xạ và tia rơnghen nên được dùng làm những tấm bảo vệ phóng xạ hạt nhân. Một số hợp chất chì được thêm vào trong sơn, thủy tinh, đồ gốm như chất tạo màu, chất ổn định, chất kết gắn. Tác dụng sinh hóa của chì Tác dụng sinh hóa quan trọng của chì là sự can thiệp vào việc tổng hợp hemoglobin dẫn đến sự phá vỡ hồng cầu (các bệnh về máu). Chì ức chế nhiều loại enzim then chốt liên quan đến quá trình tổng hợp hemoglobin do sự tích lũy của các hợp chất trung gian của quá trình trao đổi chất. Một phần quan trọng của tổng hợp máu là do sự chuyển hóa delta amino levunilicaxit (ALA - dehydrase). Chì ức chế ALA - dehydrase enzym, do đó giai đoạn tiếp theo tạo thành porpho biliogen không thể xảy ra. Kết quả là phá hủy quá trình tổng hợp hemoglobin cũng như các sắc tố hô hấp khác cần thiết trong máu như cytochromes. Cuối cùng, chì cản trở việc sử dụng oxi và glucoza để sản sinh năng lượng trong quá trình sống. 12 Khi hàm lượng chì trong máu khoảng 0,3 ppm thì nó ngăn cản quá trình sử dụng oxi để oxi hóa glucoza tạo ra năng lượng cho quá trình sống, do đó làm cho cơ thể mệt mỏi. Ở các nồng độ cao hơn có thể gây hiện tượng thiếu máu (thiếu hemoglobin) nếu hàm lượng chì trong máu khoảng 0,5 - 0,8 ppm gây ra sự rối loạn chức năng thận và phá hủy não. Ở nồng độ cao hơn (>0,8 ppm) có thể gây thiếu máu do thiếu hemoglobin. Xương là nơi tàng trữ, tích tụ chì của cơ thể. Sau đó phần chì này có thể tương tác cùng với photphat trong xương và thể hiện tính độc hại khi truyền vào mô mềm của cơ thể. Chì nhiễm vào cơ thể qua da, đường tiêu hóa, hô hấp. Nhiễm chì có thể dẫn đến vô sinh, sảy thai, mắc phải các rối loạn về thần kinh, thiếu máu, đau đầu, sưng khớp, chóng mặt. Ở trẻ em, chỉ số IQ sẽ không cao, đôi khi có những biểu hiện rối loạn hành vi. Do chì tích lũy dần trong cơ thể một cách chậm chạp nên những triệu chứng sẽ không được nhận biết kịp thời. Độc tính của chì Trong sản xuất công nghiệp thì Pb có vai trò quan trọng, nhưng đối với cơ thể thì chưa chứng minh được Pb có vai trò tích cực gì. Song độc tính của Pb và các hợp chất của nó đối với cơ thể người và động vật thì quá rõ. Không khí, nước và thực phẩm bị ô nhiễm Pb đều rất nguy hiểm cho mọi người, nhất là trẻ em đang phát triển và động vật. Chứng thiếu máu do nhiễm độc chì cũng như thiếu máu do thiếu sắt do kìm hãm enzym pyrimidin - 5 - nucleosidase vốn có liên quan đến sự tăng số lượng hồng cầu lưới. Ngưỡng chì nhiễm có khả năng ức chế enzym này là 44 mg/l. Chì gây ngộ độc cho hệ thần kinh trung ương, hệ thần kinh ngoại biên, tác động lên hệ enzym chứa nhóm hoạt động có hyđro.