Đánh giá ô nhiễm trầm tích biển

MỤC LỤC

Trang

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU 3

DANH MỤC BẢNG BIỂU 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5

MỞ ĐẦU 6

Chương 1 – TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 8

1.1. Lý thuyết về phân tích kích hoạt neutron 8

1.1.1. Giới thiệu 8

1.1.2. Nguyên tắc cơ bản trong phân tích kích hoạt 9

1.1.3. Phổ thông lượng neutron trong lò phản ứng 10

1.1.4. Phương trình phân tích kích hoạt 12

1.1.5. Các phương pháp chuẩn hóa trong phân tích kích hoạt neutron 13

1.1.5.1. Phương pháp chuẩn hóa tuyệt đối 13

1.1.5.2. Phương pháp chuẩn hóa tương đối 14

1.1.5.3. Phương pháp chuẩn hóa đơn nguyên tố 15

1.1.5.4. Phương pháp chuẩn hóa kzero15

1.2. Giới thiệu về trầm tích biển 17

1.2.1. Khái niệm và nguồn gốc hình thành trầm tích biển 17

1.2.2. Thành phần cấu tạo hóa học và khoáng chất trong trầm tích 19

1.2.3. Một số tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm của các nguyên tố

trong mẫu trầm tích biển 21

Chương 2 –THỰC NGHIỆM 24

2.1. Quá trình chuẩn bị mẫu phân tích, mẫu chuẩn và lá dò 24

2.2. Thực nghiệm chiếu và đo mẫu 26

2.3. Xử lý phổ gamma và tính toán kết quả bằng chương trình k0-DALAT 29

Chương 3 – BÁO CÁO KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN 30

3.1. Kết quả phân tích hàm lượng 30

3.2. Đánh giá phương pháp phân tích 35

3.3. Đánh giá mức độ ô nhiễm của các nguyên tố trong mẫu trầm tích biển 37

3.3.1. Trầm tích biển ven bờ huyện Đông Hải, tỉnh Bạc Liêu 37

3.3.2. Trầm tích biển ven bờ thuộc huyện U Minh, tỉnh Cà Mau 47

KẾT LUẬN 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

PHỤ LỤC 53

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU

Kí hiệu

Tiếng Anh

Tiếng Việt

INAA

NAA

Intrusmental Neutron Activation Analysis

Neutron Activation Analysis

Phân tích Kích hoạt Neutron Dụng cụ

Phân tích Kích hoạt Neutron

k0-NAA

kzero Standardization Method of Neutron Activation Analysis

Phương pháp Chuẩn hóa kzero trong Phân tích Kích hoạt Neutron

Igeo

Geo-accumulation Index

Chỉ số Lắng đọng Địa chất

EFx

Enrichment Factor for Element x

Hệ số Làm giàu của Nguyên tố x

LOD IAEA

EEC

Limit of Detection

International Atomic Energy Agency

European Economic Community

Giới hạn Phát hiện

Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế

Cộng đồng Kinh tế châu Âu

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 76 trang tài liệu này.

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 2.1. Tọa độ khu vực lấy mẫu trầm tích 25

Bảng 2.2. Hệ phổ kế gamma sử dụng detector HPGe GMX-30190

tại PTN INAA, viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt 28

Bảng 2.3. Tóm tắt các chế độ chiếu- rã- đo cho mẫu trầm tích 28

Bảng 3.2. Hàm lượng trung bình, dải hàm lượng của 26 nguyên tố trong

10 mẫu trầm tích thuộc core GH01 30

Bảng 3.4. Hàm lượng trung bình, dải hàm lượng của 26 nguyên tố trong

14 mẫu trầm tích thuộc core 160408-1 31

Bảng 3.3. Hàm lượng trung bình, dải hàm lượng của 26 nguyên tố trong

11 mẫu trầm tích thuộc core 160408-2 32

Bảng 3.1. Hàm lượng trung bình, dải hàm lượng của 26 nguyên tố trong

11 mẫu trầm tích thuộc core 170408-3 33

Bảng 3.5. Hàm lượng trung bình, dải hàm lượng của 26 nguyên tố trong

13 mẫu trầm tích thuộc core 070408-1 34

Bảng 3.6. Kết quả phân tích mẫu chuẩn trầm tích NMIJ CRM 7302a

bằng quy trình k0-NAA 36

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1. Mô hình kích hoạt nhân bia tạo nhân phóng xạ 9

Hình 1.2. Thông lượng neutron biểu diễn theo năng lượng 12

Hình 2.1. Bản đồ khu vực lấy mẫu trầm tích biển 24

Hình 2.2. Giao diện chương trình k0- DALAT 29

Hình 3.1. Kết quả phân tích mẫu chuẩn NMIJ CRM 7302a bằng phương pháp k0 (trục tung biễu diễn tỉ số giữa giá trị thực nghiệm

và giá trị certified,Y-error bar biễu diễn giá trị Z-score tương ứng) 36

Hình 3.2. Biểu đồ thể hiện hệ số làm giàu EF theo độ sâu của 26 nguyên tố

trong core GH01 38

Hình 3.3. Biểu đồ thể hiện chỉ số lắng đọng địa chất Igeo theo độ sâu

của 26 nguyên tố trong core GH01 39

Hình 3.4. Biểu đồ thể hiện hệ số làm giàu EF theo độ sâu của 26 nguyên tố

trong core 160408-1 40

Hình 3.5. Biểu đồ thể hiện chỉ số lắng đọng địa chất Igeo theo độ sâu

của 26 nguyên tố trong core 160408-1 41

Hình 3.6. Biểu đồ thể hiện hệ số làm giàu EF theo độ sâu của 26 nguyên

tố trong core 160408-2. 42

Hình 3.7. Biểu đồ thể hiện chỉ số lắng đọng địa chất Igeo theo độ sâu

của 26 nguyên tố trong core 160408-2 43

Hình 3.8. Biểu đồ thể hiện hệ số làm giàu EF theo độ sâu của 26 nguyên tố

trong core 170408-3. 44

Hình 3.9. Biểu đồ thể hiện chỉ số lắng đọng địa chất Igeo theo độ sâu

của 26 nguyên tố trong core 170408-3 45

Hình 3.10. Biểu đồ thể hiện hệ số làm giàu EF theo độ sâu của 26

nguyên tố trong core 070408-1. 47

Hình 3.11. Biểu đồ thể hiện chỉ số lắng đọng địa chất Igeo theo độ sâu

của 26 nguyên tố trong core 070408-1 48

MỞ ĐẦU

Phân tích kích hoạt neutron (Neutron Activation Analysis - NAA) là một kỹ thuật phân tích hạt nhân đặc trưng có độ nhạy và chính xác cao, có khả năng phân tích định tính và định lượng đa nguyên tố trong các dạng mẫu khác nhau, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như khai thác dầu khí, khảo sát ô nhiễm môi trường, nghiên cứu các quá trình nông nghiệp, nghiên cứu khảo cổ, khảo sát địa chất, v.v…

Phương pháp chuẩn hóa k-zero trong NAA (hay còn gọi là k0-NAA) được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1974 bởi hai tác giả là F. De Corte và A. Simonits. Từ đó cho đến nay, k0-NAA luôn được quan tâm phát triển và sử dụng tại nhiều phòng thí nghiệm NAA trên thế giới và đã được hiệp hội phân tích hạt nhân (Nuclear Analytical Community) công nhận như một phương pháp phân tích chuẩn hóa [1].

Trong nghiên cứu trầm tích biển, phương pháp NAA mà cụ thể là k0-NAA là một phương pháp phân tích được các nhà nghiên cứu sử dụng rộng rãi để phân tích thành phần hóa học nhờ vào những đặc điểm nổi bật đã nêu ở trên. Ngoài những ưu điềm chung vốn có của NAA, k0-NAA còn có một số ưu điểm riêng như: (i) không cần sử dụng mẫu chuẩn hay mẫu tham khảo trong qui trình phân tích; (ii) sai số phân tích khi dùng k0-NAA mang tích hệ thống khá ổn định, điều này đặc biệt hữu ích khi nghiên cứu đối tượng; (iii) linh hoạt trong thực nghiệm (các điều kiện chiếu, đo) và dễ dàng tự động hóa trong qui trình phân tích [2].

Tại Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, kĩ thuật phân tích k0-NAA trên lò phản ứng đã được bắt đầu nghiên cứu từ những năm đầu thập niên 80 của thế kỷ trước. Đến năm 2002, chương trình k0-Dalat được dùng để tính toán hàm lượng nguyên tố do TS. Hồ Mạnh Dũng thiết kế và xây dựng chính thức ra đời và được sử dụng cho đến ngày nay.

Việt Nam có đường bờ biển dài 3260 km và đặc khu kinh tế rộng gần 1,5 triệu km2, là một quốc gia có lãnh hải lớn trong khu vực Đông Nam Á. Theo thống kê cho thấy có gần 20% dân số Việt Nam sống dọc theo bờ biển và nhờ cậy vào biển. Biển là hệ sinh thái chịu ảnh hưởng không những từ hoạt động kinh tế, xã hội địa

phương mà còn chịu sự chi phối to lớn của những yếu tố xuyên quốc gia. Để phát triển kinh tế biển bền vững, nhiều quốc gia cũng như các tổ chức quốc tế đang đặt ra những yêu cầu cấp bách và cụ thể về quản lý và ngăn ngừa ô nhiễm môi trường biển. Một trong những nhiệm vụ hàng đầu là thực hiện khảo sát theo dõi đánh giá các loại ô nhiễm biển thông qua khảo sát đánh giá chất lượng trầm tích với mục đích xác định hiện trạng và xu thế diễn biến chất lượng môi trường biển, nguyên nhân và mức độ ô nhiễm, kịp thời phát hiện các sự cố môi trường nhằm giúp các nhà quản lý tìm ra các biện pháp hạn chế và ngăn ngừa ô nhiễm, bảo vệ và phát triển bền vững môi trường biển [3].

Trầm tích biển được xem là một trong những đối tượng có thể chỉ thị cho sự thay đổi của quá trình ô nhiễm môi trường, chủ thể của các tác nhân gây ô nhiễm và nó cũng cung cấp thông tin về quá trình chẳng hạn như quá trình trầm tích, động học nước, quá trình tương tác gây ô nhiễm, quá trình tương tác giữa sinh vật và trầm tích, và các chỉ thị mang tính lịch sử. Vì vậy, việc phân tích trầm tích bằng việc xác định các nguyên tố vết có thể giúp tái tạo lại lịch sử của sự biến đổi, tìm hiểu tác động do con người lên hệ sinh thái và đưa ra những biện pháp khắc phục [2].

Trong khóa luận này bên cạnh việc sử dụng phương pháp k0-NAA trên lò phản ứng để phân tích hàm lượng 26 nguyên tố trong 59 mẫu trầm tích biển thu thập tại 01 địa điểm của vùng bờ biển tỉnh Cà mau và 04 địa điểm của vùng bờ biển tỉnh Bạc liêu, tác giả còn dùng một số các tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm của các nguyên tố trong trầm tích để đánh giá mức độ nhiễm bẩn như: (1) phương pháp đánh giá hàm lượng các nguyên tố đa lượng và nguyên tố vết thông qua chỉ số lắng đọng địa chất Igeo; (2) đánh giá độ phì nhiêu của kim loại trong mẫu trầm tích qua phương pháp tính hệ số làm giàu EFx.

Nội dung khóa luận được chia làm ba chương:

 Chương 1- Tổng quan về lý thuyết

 Chương 2 - Thực nghiệm

 Chương 3 - Báo cáo kết quả và bình luận

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT

1.1. Lý thuyết về phân tích kích hoạt neutron

1.1.1. Giới thiệu

Phân tích kích hoạt neutron là phương pháp xác định hàm lượng nguyên tố trong mẫu vật đã được Georg von Hevesy và Hilde Levi áp dụng lần đầu tiên vào năm 1936. Đây được coi là một trong những phương pháp hiện đại và chính xác nhất trong việc xác định hàm lượng các nguyên tố dựa vào việc kích hoạt các hạt nhân hiện diện trong mẫu bằng hạt neutron. Ngày nay đây là một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi trên các lò phản ứng nghiên cứu và các phòng thí nghiệm hạt nhân trên toàn thế giới [4].

Mỗi hạt nhân trong mẫu đều có một xác suất bắt neutron xác định. Xác suất này có thứ nguyên được mô tả bằng đơn vị diện tích và được gọi là tiết diện bắt neutron (σ). Thông lượng neutron được biểu diễn là số neutron đi qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian (n/cm2/sec). Các hạt nhân có cùng số proton nhưng khác số neutron là các đồng vị của nhau nhưng vẫn thuộc về cùng một nguyên tố. Tỉ số hạt nhân tương đối giữa các đồng vị của một nguyên tố nào đó gọi là độ phổ biến đồng vị (θ). Khi neutron tương tác với hạt nhân bia qua quá trình tán xạ không đàn hồi, một hạt nhân hợp phần ở trạng thái kích thích được tạo ra. Năng lượng kích thích của hạt nhân hợp phần chính là năng lượng liên kết của neutron với hạt nhân. Hầu hết các hạt nhân hợp phần đều có xu hướng trở về trạng thái cân bằng hơn bằng cách phát tia gamma tức thời đặc trưng. Trạng thái cân bằng mới này tạo ra một hạt nhân phóng xạ hay còn gọi là đồng vị phóng xạ. Các đồng vị này phân rã bằng cách phát ra một hay nhiều gamma trễ có năng lượng đặc trưng nhưng ở một tốc độ chậm hơn nhiều so với quá trình phát ra tia gamma tức thời ở trên. Tia gamma phát ra với một xác suất riêng được gọi là cường độ phát gamma tuyệt đối (γ). Các tia gamma có thể được phát hiện bằng detector bán dẫn có độ phân giải năng lượng cao. Trong