ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

ĐÀO MINH HUÂN

PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG KIM LOẠI NẶNG
TRONG CÂY DIỆP MINH CHÂU

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC


THÁI NGUYÊN - 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

ĐÀO MINH HUÂN

PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG KIM LOẠI NẶNG
TRONG CÂY DIỆP MINH CHÂU
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60 44 01 18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS.Vương Trường Xuân

THÁI NGUYÊN - 2017

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ, chuyên
ngành Hóa phân tích, Khoa Hóa Học - Trường Đại học Khoa Học - Đại học Thái
Nguyên, em đã nhận được sự ủng hộ, giúp đỡ của các thầy cô giáo, các đồng
nghiệp, bạn bè và gia đình.
Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến thầy giáo TS.
Vương Trường Xuân đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến
thức và kinh nghiệm quý báu để em có thể hồn thành luận văn này.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy giáo, cơ giáo Khoa Hóa
học, các thầy cơ trong Ban Giám hiệu trường Đại học Khoa Học - Đại học Thái
Nguyên đã giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em trong quá trình học tập và
nghiên cứu .
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến ThS. Trịnh Đức Cường cùng các anh chị
trong phòng phân tích môi trường trung tâm quan trắc môi trường tỉnh Thái
Nguyên, đã luôn động viên và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm thực nghiệm .
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu
của bản thân cịn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể cịn nhiều thiếu sót. Em rất
mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cơ giáo, các bạn đồng nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái nguyên, ngày 5 tháng 6 năm 2017
Học viên

Đào Minh Huân

a


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN..............................................................................................a

MỤC LỤC....................................................................................................b
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.........................................................e
DANH MỤC BẢNG.....................................................................................f
DANH MỤC HÌNH.....................................................................................g
MỞ ĐẦU......................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN...........................................................................3
1.1. Giới thiệu chung về cây Diệp Minh Châu......................................3
1.1.1. Đặc điểm và thành phần...........................................................3
1.1.2. Phân bố, sinh thái......................................................................4
1.1.3. Công dụng của cây Diệp Minh Châu.......................................4
1.2. Trạng thái tự nhiên, một vài tính chất và vai trò sinh học của
Coban, Crom, Cadimi, Mangan, Niken................................................6
1.2.1.Trạng thái thiên nhiên của các nguyên tố Cadimi, Coban,
Crom, Mangan, Niken........................................................................6
1.2.2. Một vài tính chất và ứng dụng của Cadimi, Coban, Crom,
Mangan, Niken....................................................................................7
1.2.3. Vai trò sinh học của Cadimi, Coban, Crom, Mangan, Niken11
1.2.4. Giới hạn tối đa cho phép các kim loại trong thực phẩm.....15
1.3. Các phương pháp xác định Cadimi, Coban, Crom, Mangan,
Niken...................................................................................................16
1.3.1. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS...............16
1.3.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS.............17
1.3.3. Phương pháp quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICPOES)....................................................................................................18
1.3.4. Phương pháp phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS).............18
1.4. Các phương pháp xử lý mẫu.........................................................24
b


1.4.1. Phương pháp vơ cơ hóa...........................................................25
1.4.2. Phương pháp chiết..................................................................27

1.4.3. Phương pháp pha lỗng mẫu bằng dung mơi thích hợp.....28
1.4.4. Phương pháp điện phân..........................................................28
1.4.5. Phương pháp phân hủy mẫu bằng lò vi sóng........................28
1.5. Thiết bị phân hủy mẫu và phân tích mẫu....................................30
1.5.1. Thiết bị phân hủy mẫu............................................................30
1.5.2. Thiết bị phân tích mẫu............................................................31
Chương 2. THỰC NGHIỆM....................................................................33
2.1. Đối tượng nghiên cứu.....................................................................33
2.2. Nội dung nghiên cứu......................................................................33
2.3. Phương pháp nghiên cứu...............................................................33
2.3.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu...........................................33
2.3.2. Phương pháp nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích kim
loại nặng trong cây Diệp Minh Châu trên thiết bị ICP-MS..........33
2.3.3. Phương pháp xử lý số liệu......................................................34
2.4. Hóa chất, dụng cụ.......................................................................34
2.4.1. Hóa chất...................................................................................34
2.4.2. Dụng cụ.....................................................................................34
2.5. Phương pháp lấy mẫu xử lí mẫu sơ bộ và phá mẫu....................34
2.5.1. Lấy mẫu....................................................................................34
2.5.2. Quy trình xử lí mẫu sơ bộ.......................................................35
2.5.3. Quy trình phá mẫu bằng lị vi sóng.......................................35
2.6. Xây dựng đường chuẩn của các nguyên tố Cd, Co, Cr, Mn, Ni.36
2.6.1. Pha hóa chất.............................................................................36
2.6.2. Xây dựng đường chuẩn...........................................................36
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................38
3.1. Các điều kiện đo phổ khối nguyên tử của Cd, Co, Cr, Mn, Ni...38
c


3.2. Khoảng tuyến tính, đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện

(LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của Cd, Co, Cr, Mn, Ni.........38
3.2.1. Đường chuẩn, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của
Cadimi................................................................................................39
3.2.2. Đường chuẩn, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của
Coban..................................................................................................40
3.2.3. Đường chuẩn, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của
Crom...................................................................................................40
3.2.4. Đường chuẩn, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của
Mangan...............................................................................................41
3.2.5. Đường chuẩn, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của
Niken...................................................................................................42
3.3. Thực nghiệm đo phổ và tính tốn kết quả...................................43
3.3.1. Phương pháp xử lí kết quả phân tích theo phương pháp
đường chuẩn......................................................................................43
3.3.2. Đánh giá độ thu hồi.................................................................44
3.3.3. Kết quả xác định hàm lượng Cadimi, Coban, Crom,
mangan, Niken trong các mẫu lá khô..............................................45
KẾT LUẬN................................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................53

d


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt

Nghĩa

AAS


: Phổ hấp thụ nguyên tử

AES

: Phổ phát xạ nguyên tử

F-AAS

: Phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa

GF-AAS

: Phổ hấp thụ nguyên tử lò graphit

ICP

: Nguồn plasma cao tần cảm ứng

ICP-AES

: Phổ phát xạ nguyên tử nguồn plasma cao tần cảm ứng

ICP-MS

: Phổ khối nguyên tử nguồn plasma cao tần cảm ứng

ICP-OES

: Phổ phát xạ quang học nguyên tử nguồn plasma cao tần cảm ứng


LOD

: Giới hạn phát hiện của phương pháp

LOQ

: Giới hạn định lượng của phương pháp

ppb

: Một phần tỉ

ppm

: Một phần triệu

QCVN

: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam

RSD

: Độ lặp lại tương đối (Relative Standard Deviation)

UV-VIS

: Phương pháp trắc quang (Ultraviolet Visible Spectrometry)

WHO


: Tổ chức Y tế Thế giới (World Health Organization)

e


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1.

Một số đặc điểm của các nguyên tố Coban, Crom, Cadimi,
Mangan, Niken......................................................................10

Bảng 1.2.

Giới hạn cho phép của một số kim loại nặng trong thực vật. .16

Bảng 1.3.

Giới hạn rủi ro đối với một số kim loại nặng..........................16

Bảng 1.4.

So sánh khả năng phát hiện của các kỹ thuật phân tích..........23

Bảng 2.1.

Thời gian, địa điểm lấy và kí hiệu các mẫu Diệp Minh Châu.34

Bảng 2.2.

Thể tích các dung dịch cần lấy................................................36


Bảng 3.1.

Các thông số tối ưu cho máy đo ICP-MS...............................38

Bảng 3.2.

Khoảng nồng độ khảo sát và kết quả khảo sát tuyến tính các
nguyên tố.................................................................................38

Bảng 3.3.

Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ)
của các nguyên tố..................................................................42

Bảng 3.4.

Kết quả đo và độ thu hồi của các nguyên tố...........................44

Bảng 3.5.

Kết quả xác định hàm lượng Cadimi trong mẫu lá khô..........45

Bảng 3.6.

Kết quả xác định hàm lượng Coban trong mẫu lá khô............45

Bảng 3.7.

Kết quả xác định hàm lượng Crom trong mẫu lá khô.............45


Bảng 3.8.

Kết quả xác định hàm lượng Mangan trong mẫu lá khô.........46

Bảng 3.9.

Kết quả xác định hàm lượng Niken trong mẫu lá khô............46

Bảng 3.10. Kết quả xác định hàm lượng Cadimi trong mẫu dịch chiết....46
Bảng 3.11. Kết quả xác định hàm lượng Coban trong mẫu dịch chiết......47
Bảng 3.12. Kết quả xác định hàm lượng Crom trong mẫu dịch chiết.......47
Bảng 3.13. Kết quả xác định hàm lượng Mangan trong mẫu dịch chiết...47
Bảng 3.14. Kết quả xác định hàm lượng Niken trong mẫu dịch chiết......48

f


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1.

Cây Diệp Minh Châu..............................................................6

Hình 1.2.

Ứng dụng phương pháp phân tích ICP-MS trong các lĩnh
vực...........................................................................................21

Hình 1.3.


Dụng cụ phân hủy mẫu.........................................................30

Hình 1.4.

Thiết bị lò vi sóng..................................................................30

Hình 1.5.

Hình ảnh máy ICP - MS (ELAN 9000)...............................31

Hình 1.6.

Hệ trang bị ICP-MS..............................................................31

Hình 3.1.

Đường chuẩn của Cd............................................................39

Hình 3.2.

Đường chuẩn của Co.............................................................40

Hình 3.3.

Đường chuẩn của Cr.............................................................40

Hình 3.4.

Đường chuẩn của Mn............................................................41


Hình 3.5.

Đường chuẩn của Ni..............................................................42

Hình 3.6.

Biểu đồ thể hiện hàm lượng các kim loại trong các mẫu
phân tích................................................................................49

g


MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây việc sử dụng dược liệu vào mục đích bảo vệ sức
khỏe con người đang ngày một gia tăng, trong đó sử dụng cây thuốc nam đang được
nhiều người quan tâm sử dụng vì thuốc nam có nguồn gốc tự nhiên, sử dụng theo
kinh nghiệm dân gian, an tồn, ít có tác dụng phụ
Hiện nay việc sử dụng cây Diệp Minh Châu (Phyllanthus amarus Schum.et)
vào việc chữa trị các bệnh về gan, bệnh về thận, bệnh về đường tiết liệu, đường
ruột... được nhiều người sử dụng và có hiệu quả. Cây Diệp Minh Châu được dùng
trong y học cổ truyền Thái Lan trị bệnh vàng da. Ở Ấn Độ dùng để sát khuẩn, lợi
tiểu, vàng da, lỵ, phù, đái tháo đường. Ở Peru nhân dân sắc nước, làm thuốc lợi tiểu,
trị sỏi mật, sỏi thận. Ở một số nước Nam Mỹ dùng trị sốt rét, sỏi niệu, sỏi bàng
quang. Ở Haiti sắc lá làm nước uống trị sốt. Từ đảo Hải Nam đến Inđonesia nhân
dân dùng để sắc nước chữa bệnh về gan, thận, trị bệnh hoa liễu, long đờm cho trẻ
em, hạ sốt....Song ngày nay môi trường đang chịu ảnh hưởng nghiêm trọng bởi sự
gia tăng phế thải chưa được xử lí đều đưa trực tiếp vào mơi trường đất, nước, khơng
khí làm cho môi trường ngày càng bị ô nhiễm. Cây Diệp Minh Châu có thể bị
nhiễm một số kim loại nặng từ mơi trường đó. Vì vậy chúng ta khơng chỉ quan tâm
nghiên cứu các chất có hoạt tính sinh học sử dụng làm thuốc mà cần phải quan tâm

nghiên cứu và kiểm tra khống chế các chất có hại đặc biệt là các kim loại nặng (Cd,
Co, Cr, Mn, Ni,...) ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người trong khi sử
dụng sản phẩm.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế và tính cấp thiết đó nhằm góp phần vào cơng tác
đảm bảo chất lượng cây thuốc nam em chọn và thực hiện đề tài: “Xác định hàm
lượng kim loại nặng trong cây Diệp Minh Châu bằng phương pháp ICP- MS”
Dựa trên những kết quả thu được bước đầu nhận xét đánh giá về sự
phân bố khả năng gây độc của kim loại nặng (Cd, Co, Cr, Mn, Ni...) trong cây
Diệp Minh Châu từ đó có thể đề xuất biện pháp làm giảm thiểu ơ nhiễm.
Nội dung chính của luận văn gồm những phần sau:
- Nghiên cứu và lựa chọn các điều kiện tối ưu trong quá trình xử lý mẫu để
định lượng các kim loại nặng trong cây Diệp Minh Châu.
1


- Nghiên cứu và lựa chọn các điều kiện tối ưu trên thiết bị ICP-MS để kết
quả phân tích nồng độ kim loại nặng trong cây Diệp Minh Châu đạt độ chính xác
cao bằng phương pháp ICP-MS.
- Đưa ra quy trình phân tích kim lọai nặng trên thiết bị ICP-MS.
- Áp dụng phân tích một số đối tượng mẫu thực tế.

2


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về cây Diệp Minh Châu
1.1.1. Đặc điểm và thành phần
1.1.1.1 Đặc điểm
Tên khoa học: Phyllanthus amarus Schum.et. thuộc họ thầu dầu

Tên gọi khác: Chó đẻ răng cưa, Me đất đắng, Trân châu thảo, Diệp hịe thái.
Là cây thân thảo sống một năm (đơi khi lâu năm), mọc thẳng hay nằm bò, cao tới
80 cm, thân cây tạo nhiều nhánh ở gần gốc, các nhánh nằm sóng sồi hay thẳng, có
cánh, có lơng cứng dọc theo một bên. Các lá xếp thành hai dãy, các lá kèm hình trứngmũi mác, khoảng 1,5 mm, gốc lá kèm có tai dễ thấy, cuống lá kèm rất ngắn, phiến lá
mỏng như giấy, thuôn dài hay thuôn dài - trứng ngược hoặc gần như thẳng, đơi khi hơi
cong hình lưỡi liềm, kích thước 4-10 x 2-5 mm, phần xa trục màu lục xám hoặc nhợt
nhạt, hoặc đôi khi nhuốm màu ánh đỏ, phần gần trục màu lục tươi hay sẫm, gốc lá chủ
yếu tù, đơi khi khơng đối xứng dễ thấy, mép lá có lơng rung, đỉnh lá thn trịn, tù hoặc
có chóp nhỏ nhọn đầu, các gân lá bên 4-5 cặp, dễ thấy.
Cây đơn tính cùng gốc. Hoa đực mọc thành chùm 2-4 hoa dọc theo phần
ngoại biên của các cành nhỏ, lá đài 6, hình elip tới thn dài-trứng ngược, kích
thước 0,3-0,6 x 0,2-0,4 mm, màu trắng hơi vàng, đỉnh tù; các tuyến đĩa mật hoa 6,
màu lục, nhị hoa 3, chỉ nhị hợp nhất hoàn toàn thành cột mảnh dẻ. Hoa cái dọc theo
phần giữa và phần dưới của cành nhỏ, 1 hoa, cuống hoa khoảng 0,5 mm, với 1-2 lá
bắc con ở gốc cuống. Cuống hoa khoảng 0,5 mm, lá đài 6, hình trứng tới hình
trứng-mũi mác, gần bằng nhau, khoảng 1 mm, mép lá đài dạng màng, màu trắng hơi
vàng, khơng rụng trên quả, đĩa mật hình trịn, ngun, bầu nhụy hình trứng hay hình
cầu, với các vảy nổi dễ thấy, vịi nhụy 3, tự do, chẻ đơi ở đỉnh, các thùy cuốn
ngồi. Quả nang hình cầu, đường kính 2-2,5 mm, với các vết nổi hơi đỏ, nốt sần có
vảy. Hạt hình 3 mặt, kích thước 1-1,2 x 0,9-1 mm, màu nâu đỏ hơi xám nhạt, với
12-15 lằn gợn ngang rõ nét ở lưng và các mặt, thường với 1-3 vết lõm sâu hình trịn
trên mặt. Ra hoa trong khoảng tháng 4-6, kết quả tháng 7-11.[2,3,6 ]

3


1.1.1.2. Thành phần
Diệp Minh Châu đắng chứa đựng các thành phần là flavonoid, alcaloid
phyllanthin và có các hợp chất của hypophyllanthin, niranthin, phylteralin với thành
phần hóa học chính phyllanthin. Những hợp chất này có tác dụng bảo vệ gan khỏi

viêm gan, xơ gan, tính mát nên trị mụn nhọt, lở loét…
Gần đây, các nhà nghiên cứu còn phát hiện trong cây có lignan, alcaloid
kiểu securinin như niruroidin, isobubialin, epibubialin một loại elagitnin, cùng với 1
- O - galoyl - 2,4 - dehydrohescahydroxydyphenoyl - glucopyranose elaeocarpusin,
quercetin, quercitrin, isoquercitrin astragalin, rutin, các acid hữu cơ như ascorbic
geraniinic 13 acid amariinic và repandusinic A.[2,6 ]
1.1.2. Phân bố, sinh thái
Diệp Minh Châu phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới. Ở Việt
Nam mọc rải rác khắp nơi trừ vùng núi cao lạnh, hoặc được trồng nhiều ở các tỉnh
Phú Yên, Quảng Nam..
Trên thế giới Diệp Minh Châu cũng phân bố ở một số nước nhiệt đới Châu Á
khác như Ấn Độ, Malaysia, Campuchia, Thái Lan, Lào, đặc biệt là Trung Quốc có
rất nhiều.
Diệp Minh Châu là cây ưa ẩm, ưa sáng hoặc có thể hơi chịu bóng thường
mọc lẫn trong các bãi cỏ ở ruộng cao, nương rẫy, vườn nhà, đôi khi ở vùng đồi. Cây
con mọc từ hạt vào cuối xuân, sinh trưởng nhanh trong mùa hè và tàn lụi vào giữa
mùa thu. Do khả năng ra hoa kết trái nhiều, hạt giống phát tán gần nên cây thường
mọc thành đám dày đặc. [2, 6]
1.1.3. Công dụng của cây Diệp Minh Châu
- Điều trị viêm gan: Tại Việt Nam, khá nhiều cơng trình nghiên cứu về tác
dụng điều trị viêm gan của Diệp Minh Châu đã được tiến hành, chẳng hạn: nhóm
nghiên cứu của Lê Võ Định Tường (Học Viện Quân Y - 1990 - 1996) đã thành công
với chế phẩm Hepamarin từ Phyllanthus amarus; nhóm nghiên cứu của Trần Danh
Việt, Nguyễn Thượng Dong (Viện Dược Liệu) với bột Phyllanthin (2001) . [2]
- Tác dụng trên hệ thống miễn dịch: Vào năm 1992, các nhà khoa học Nhật
Bản cũng đã khám phá tác dụng ức chế sự phát triển HIV-1 của cao lỏng

4



Phyllanthus niruri thơng qua sự kìm hãm q trình nhân lên của virus HIV. Năm
1996, Viện nghiên cứu Dược học Bristol Myezs Squibb cũng đã chiết xuất từ Diệp
Minh Châu được một hoạt chất có tác dụng này và đặt tên là “Nuruside”. [2]
- Tác dụng giải độc: Người Việt Nam, Ấn Độ, Trung Quốc dùng Diệp Minh
Châu để trị các chứng mụn nhọt, lở loét, đinh râu, rắn cắn, giun. Nhân dân Java, Ấn
Độ dùng để chữa bệnh lậu. Theo kinh nghiệm dân gian Malaysia, Diệp Minh Châu
có thể dùng để trị các chứng viêm da, viêm đường tiết niệu ... Cơng trình nghiên
cứu tại Viện Dược liệu - Việt Nam (1987 - 2000) cho thấy khi dùng liều 10 50g/kg, Diệp Minh Châu có tác dụng chống viêm cấp trên chuột thí nghiệm.
- Điều trị các bệnh đường tiêu hóa: Cây thuốc có khả năng kích thích ăn
ngon, kích thích trung tiện. Người Ấn Độ dùng để chữa các bệnh viêm gan, vàng
da, kiết lỵ, táo bón, thương hàn, viêm đại tràng. Nhân dân vùng Haiti, Java dùng cây
thuốc này trị chứng đau dạ dày, rối loạn tiêu hóa,..
Bệnh đường hơ hấp: Người Ấn Độ sử dụng Diệp Minh Châu để trị ho, viêm
phế quản, hen phế quản, lao,...
- Tác dụng giảm đau: Kenneth Jones và các nhà nghiên cứu Brazil đã khám
phá tác dụng giảm đau mạnh và bền vững của một vài loại Phyllanthus, trong đó có
cây Diệp Minh châu (Phyllanthus amarus). Tác dụng giảm đau của Diệp Minh
Châu mạnh hơn indomethacin gấp 4 lần và mạnh hơn 3 lần so với morphin. Tác
dụng này được chứng minh là do sự hiện diện của acid gallic, ester ethyl và hỗn hợp
steroid (beta sitosterol và stigmasterol) có trong Diệp Minh Châu . [2]
- Tác dụng lợi tiểu: Y học cổ truyền một số nước đã sử dụng Diệp Minh Châu
làm thuốc lợi tiểu, trị phù thũng. Ở Việt Nam, Diệp Minh Châu được dùng sớm nhất tại
Viện Đông y Hà Nội (1967) trong điều trị xơ gan cổ trướng. Một nghiên cứu của
trường Đại học Dược Santa Catarina (Brazil-1984) đã phát hiện một alkaloid của Diệp
Minh Châu có tác dụng chống co thắt cơ vân và cơ trơn, các nhà khoa học đã nhờ vào
điều này để giải thích hiệu quả điều trị sỏi thận, sỏi mật của cây thuốc.
- Điều trị tiểu đường: Tác dụng giảm đường huyết của Diệp Minh Châu
(Phyllanthus amarus) đã được kết luận vào năm 1995, đường huyết đã giảm
một cách đáng kể trên những bệnh nhân tiểu đường khi cho uống thuốc này
trong 10 ngày.[2,5]


5


Hình 1.1. Cây Diệp Minh Châu

1.2. Trạng thái tự nhiên, một vài tính chất và vai trị sinh học của Coban,
Crom, Cadimi, Mangan, Niken
1.2.1.Trạng thái thiên nhiên của các nguyên tố Cadimi, Coban, Crom, Mangan,
Niken
Cadimi được tìm thấy trong tạp chất của cacbonat kẽm (calamin). Trong
thạch quyển của vỏ trái đất cadimi chiếm khoảng 5.10 -5 % về khối lượng. Khoáng
vật chủ yếu của cadimi là quặng grinokit (CdS). Trong quặng blen kẽm (ZnS) và
calamine (ZnCO3) có chứa khoảng 3% cadimi.[4,19]
Coban khơng thể tìm thấy như là một kim loại tự do, mà nói chung là ở trong
các dạng quặng. Những quặng coban chính là cobantin (CoAsS) 35,4% Co, smantit
(CoAs2). Do có nhiều trạng thái ơxi hóa khác nhau, nên số lượng hợp chất coban
khá phong phú. Các ơxít khơng có từ tính ở nhiệt độ thấp như CoO, và Co 3O4 . Bột

6


kim loại coban dễ bùng cháy khi tiếp xúc với lửa. Các hợp chất của coban phải
được xử lý cẩn thận do có độc tính nhẹ.[4,19]
Crom là ngun tố tương đối phổ biêt trong thiên nhiên. Trong vỏ trái đất
crom chiếm 6.10-3%, khoáng vật chính của crom là sắt cromit [Fe(CrO 2)2] Crom là
một kim loại cứng, mặt bóng, màu xám thép với độ bóng cao và nhiệt độ nóng chảy
cao. Các trạng thái ơxi hóa phổ biến của crom là +2, +3 và +6, với +3 là ổn định
nhất. Crom có mạng tinh thể lập phương tâm khối. [4,19]
Mangan chiếm khoảng 1000 ppm (0,1%) trong vỏ Trái Đất, đứng hàng thứ

12 về mức độ phổ biến của các nguyên tố ở đây.  Đất chứa 7-9000 ppm mangan với
hàm lượng trung bình 440 ppm.  Nước biển chỉ chứa 10 ppm mangan và trong khí quyển
là 0,01 µg/m3. Mangan có mặt chủ yếu trong pyrolusit (MnO2), braunit, (Mn2+Mn3+6)
(SiO12), psilomelan (Ba,H2O)2Mn5O10, và ít hơn trong rhodochrosit (MnCO3).[4,18]
Niken hàm lượng trung bình trong vỏ trái đất là 0,020%, Niken là một
nguyên tố tập trung chủ yếu ở đá bazic và siêu bazic ở đây có dạng đồng hình
trong silicat và các thành tạo sunfua phân tán nhỏ. Một lượng lớn mỏ niken
chứa một trong hai quặng. Đầu tiên là quặng laterit, thành phần chính của
quặng có chứa niken là limonit (Fe,Ni)O(OH) và garnierit (niken silicat ngậm
nước (Ni,Mg) 3Si 2O5(OH). Quặng thứ hai là sulfuamagma, thành phần chính
là pentlandit (Ni,Fe)9S8 .[4,19]
1.2.2. Một vài tính chất và ứng dụng của Cadimi, Coban, Crom, Mangan, Niken
1.2.2.1 Tính chất vật lý
Cadimi là kim loại màu trắng bạc, mềm, có thể cắt bằng dao, dễ dát mỏng và
dễ mất ánh kim trong môi trường khơng khí ẩm do tạo màng oxit. Cadimi có 19
đồng vị, trong đó có 8 đồng vị gặp trong thiên nhiên

106

(0,875%),

113

110

Cd (12,39%),

Cd (12,7%),

111


112

Cd (24,07%),

Cd (1,215%),

108

Cd

Cd (12,26%),

114

Cd

(28,86%), và 116Cd (7,58%). Trong các đồng vị phóng xạ thì đồng vị 100Cd có chu kỳ
bán hủy 470 ngày đêm là bền nhất .

7


Khoảng 3/4 cadimi sản xuất ra được sử dụng trong các loại pin (đặc biệt
là pin Ni-Cd) và phần lớn trong 1/4 còn lại sử dụng chủ yếu trong các chất màu, lớp
sơn phủ, các tấm mạ kim và làm chất ổn định cho plastic. Các sử dụng khác bao
gồm: Trong một số hợp kim có điểm nóng chảy thấp, 6% cadimi sử dụng trong mạ
điện. Các hợp chất chứa cadimi được sử dụng trong các ống hình của ti vi đen trắng
hay ti vi màu (phốt pho đen, trắng, lam và lục). Một số hợp chất của cadimi sử dụng
trong PVC làm chất ổn định. [4,5,13, 19]

Coban có ánh kim, màu trắng xám Coban trong tự nhiên bao gồm 1 đồng
vị ổn định là 59Co. Coban có 22 đồng vị phóng xạ. Những đồng vị phóng xạ ổn định
nhất là 60Co có chu kỳ bán rã là 5,2714 năm, 57Co có chu kỳ bán rã là 271,79
ngày, 56Co có chu kỳ bán rã là 77,27 ngày, và 58Co có chu kỳ bán rã 70,86 ngày. Tất
cả đồng vị phóng xạ cịn lại có chu kỳ bán rã ít hơn 18 giờ và phần lớn những đồng
vị này có chu kỳ bán rã ít hơn 1 giây. Ngun tố này cũng có 4 đồng phân phóng xạ,
tất cả các đồng phân này đều có chu kỳ bán rã ít hơn 15 phút.
Trong cơng nghiệp Coban có nhiều ứng dụng: Siêu hợp kim cho những bộ
phận trong tuabin khí của động cơ máy bay. Hợp kim chịu mài mòn, ăn mòn: Thép
dùng trong ngành vận tải cao tốc. Nam châm và lưu trữ từ tính. Chất xúc tác cho
cơng nghiệp dầu khí và hóa chất. Tác nhân làm khô cho sơn, véc ni, mực, làm lớp
phủ bề mặt cho gốm sứ, men, thủy tinh. Dùng trong cơng nghiệp hạt nhân để tìm sai
sót kết cấu trong những bộ phận bằng kim loại. Tạo cho thủy tinh có màu xanh
dương. Hợp chất của Coban và Gadolini là chất siêu làm lạnh. Thuốc nhuộm. Điện
cực trong pin điện. Tiệt trùng thực phẩm theo phương pháp Pasteur. [13, 19]
Crom một kim loại màu trắng bạc, có ánh kim, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, rất
khó nóng chảy và khó sơi, là 1 kim loại cứng, giịn, có độ nóng chảy cao. Các
hợp chất của crom với trạng thái ơxi hóa +6 là những chất có tính ơxi hóa mạnh.
Trong khơng khí, crom được ơxy thụ động hóa, tạo thành một lớp mỏng ơxít bảo

8


vệ trên bề mặt, ngăn chặn q trình ơxi hóa tiếp theo đối với kim loại ở phía
dưới. Crom có mạng tinh thể lập phương tâm khối.
Trong ngành công nghiệp luyện kim, để tăng cường khả năng chống ăn
mòn và đánh bóng bề mặt: như là một thành phần của hợp kim, chẳng hạn
trong thép không gỉ để làm dao, kéo. Trong mạ crom, trong q trình anot
hóa (dương cực hóa) nhơm, theo nghĩa đen là chuyển bề mặt nhôm thành ruby.
Làm thuốc nhuộm và sơn, là một chất xúc tác . Các muối crom được sử dụng

trong quá trình thuộc da....[4,13,19].
Mangan là kim loại màu trắng xám, giống sắt. Nó là kim loại cứng và rất
giịn, khó nóng chảy, nhưng lại bị ơxi hóa dễ dàng. Mangan tự nhiên là bao gồm 1
đồng vị bền 55Mn. 18 đồng vị phóng xạ đã được miêu tả đặc điểm trong đó đồng vị
phóng xạ ổn định nhất là 53Mn có chu kì bán rã 3,7 triệu năm, 54Mn có chu kì bán rã
312,3 ngày, và 52Mn là 5,591 ngày. Tất cả các đồng vị phóng xạ cịn lại có chu kì
bán rã nhỏ hơn 3 giờ và phần lớn trong số này có chu kì bán rã nhỏ hơn 1 phút.
Mangan có vai trị quan trọng trong sản xuất sắt thép (chiếm khoảng 85-90%
tổng nhu cầu). Trong những mục đích khác, mangan cịn được thêm vào dầu hỏa để
giảm tiếng nổ lọc xọc cho động cơ. Mangan đioxít được sử dụng trong pin khô,
hoặc làm chất xúc tác hay được dùng để sản xuất tiền xu. Các hợp chất mangan
được sử dụng để làm chất tạo màu và nhuộm màu cho gốm và thủy tinh. Màu nâu
của gốm đôi khi dựa vào các hợp chất mangan .[18]..Trong ngành công nghiệp thủy
tinh, các hợp chất mangan được dùng cho 2 hiệu ứng. Mangan(III) phản ứng với
sắt(II) để tạo ra màu lục đậm trong thủy tinh bằng cách tạo ra sắt (III) ít màu hơn và
màu hồng nhạt của mangan(II) kết hợp với màu còn lại của sắt (III). [13,19]
Niken là một kim loại màu trắng bạc, bề mặt bóng láng. Niken nằm trong
nhóm sắt từ. Đặc tính cơ học: cứng, dễ dát mỏng và dễ uốn, dễ kéo sợi. Niken có 5
đồng vị bền 58Ni (67,7%), 60Ni, 61Ni,

62

Ni, 64N1. Niken có 2 dạng thù hình: Ni anpha

lục phương bền ở < 2500C và Ni beta lục phương bền ở > 250 0C. Khoảng 65%

9


niken được dùng làm thép khơng rỉ. 12% cịn lại được dùng làm "siêu hợp kim".

23% còn lại được dùng trong luyện thép, pin sạc, chất xúc tác và các hóa chất khác,
đúc tiền, sản phẩm đúc, và bảng kim loại. [13,19]
Một số đặc điểm của Cadimi, Coban, Crom, Mangan, Niken được tổng kết
trong bảng 1.1:
Bảng 1.1. Một số đặc điểm của các nguyên tố Coban, Crom, Cadimi, Mangan, Niken
ST
T
1

Tính chất vật lý
STT trong bảng
HTTH

Cadimi

Coban

Crom

Mangan

Niken

48

27

24

25


28

59

52

55

60

[Ar]3d74s

[Ar]3d54s

[Ar]3d54s

[Ar]3d84s

2

1

2

2

2

Nguyên tử khối (u)


111

3

Cấu hình electron

[Kr]4d105s2

4
5
6
7
8

Năng lượng ion

I1= 8,99

I1= 7,86

I1= 6,76

I1= 7,43

I1= 7,5

hóa (eV)

I2= 16,90


I2= 17,05

I2= 16,49

I2= 15,63

I2= 16,4

1,56

1,25

1,27

1,3

1,24

321

1495

1875

1244

1453

767


3100

2197

2080

3185

8,63

8,90

7,2

7,44

8,9

Bán kính ngun
tử (Ao)
Nhiệt

độ

nóng

chảy (0C)
Nhiệt độ sơi (0C)
Khối lượng riêng

(g/cm3)

1.2.2.2. Tính chất hóa học của Cadimi, Coban, Crom, Mangan, Niken.
* Tác dụng với oxi
- Với oxi ở nhiệt độ thường Co, Cr, Cd, Ni bền do màng oxit bảo vệ ở nhiệt
độ cao, dạng bột
2Cr + 3O2 → 2Cr2O3
2Co + O2 → 2CoO ( 3000C)
2Ni + O2 → 2NiO ( 5000C)
Mn dễ bị oxi khơng khí oxi hóa nhưng màng Mn2O3 được tạo nên lại bảo vệ
cho kim loại khơng bị oxi hóa tiếp kể cả khi đun nóng. [19]
10