nghiên cứu phương pháp phân tích các dạng arsenic trong rong biển

TÊN ĐÈTÀI:Nghiên cứu phương pháp phân tích các dạng arsenictrong rong biểnNghiên cứu phương pháp phân tích cácdạng arsenic trong rong biểnKhảo sát và tối ưu cácđiều kiện phân tích trên h

LUẬN VĂN THẠC Sĩ

THÀNH PHỐ HÒ CHÍ MINH, NĂM 2024

Công trình được hoàn thành tạiTrường Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh.Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NguyễnQuốcThắng

Luận văn thạc sĩđược bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đạihọc Công nghiệp thành phố HồChí Minh ngày06 tháng 04 năm 2024

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩgồm:

1 PGS.TS Nguyễn Văn Cường - Chủ tịch Hội đồng2 TS Hoàng Thị Quỳnh Diệu - Phản biện 1

3 TS Nguyễn Văn Anh - Phản biện 24 TS Trần Thị Thanh Thúy - ủy viên5 TS Đỗ Thị Long - Thư ký

(Ghirõ họ,tên, học hàm, học vịcủa Hội đồng chấmbảovệ ỉuậnvăn thạc sĩ)

BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HÒAXÃHỘI CHỦ NGHĨA VIỆTNAMTRƯỜNG ĐẠIHỌCCÔNG NGHIỆP Độc lập -Tự do - Hạnh phúc

Họ tên học viên: Hồng Khánh TrungNgày, tháng, năm sinh:

Ngành: HóaPhân Tích

MSHV:Nơi sinh:

Mã ngành: 8440118

I TÊN ĐÈTÀI:

Nghiên cứu phương pháp phân tích các dạng arsenictrong rong biển

Nghiên cứu phương pháp phân tích cácdạng arsenic trong rong biển

Khảo sát và tối ưu cácđiều kiện phân tích trên hệthống HPIC-CDvà IC-ICP-MS;Khảo sát và tối ưu điều kiện ly trích nguyên dạng arsenictrongnền mẫu rongbiển;Thẩm định các thông sốcủa phương pháp;

Áp dụng phương pháp phân tích vào nền mẫu rong biển thựctế.

IV NGÀY HOÀNTHÀNH NHIỆMVỤ: Tháng 03 năm 2024

Tp Hồ Chí Minh,ngày tháng năm 2024

PGS.TS Nguyễn Quốc Thắng PGS.TS Nguyễn QuốcThắng

TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ HÓAHỌC

PGS.TS Nguyễn Văn Cường

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin gửi lời cám ơn chân thành đến quý thầy cô khoa Công nghệ Hóa học, Trường Đại học Công nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh đã luôn quan tâm giúp đỡ, truyền đạt những kiến thức quý báu trong thời gian em học tập vừaqua Điều đóđãgiúp em có thể tích lũy thêm nhiều kiến thức để có cái nhìn sâu sắc vàhoàn thiện hơn trong hành trang sắp tới.

Em xinbày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Quốc Thắng người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡem trong suốt quátrình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này Cảm ơn thầy đã luôn quan tâm, tạo điều kiện cũng như truyềnđạt cho em nhữngkinhnghiệm về cách định hướng tư duy và làm việc khoa học.Xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn đồng hành, chia sẻvà động viên rất nhiều trong suốtquá trình học tập và nghiên cứu tại trường.

Mặc dù đãcố gắng hết sức nhưng vẫn không tránh khỏinhững thiếu sót, emrấtmongnhận được sự góp ý chằn thành từ quý thầy cô để luận văn được hoàn thiện.

Xin chân thành cám ơn!

Học viên cao học

HồngKhánhTrung

TÓM TẤT LUẬN VĂN THẠC sĩ

Các dạng arsenic trong rong biển (AB, DMA, As(III), MMA, As(V)) được xác định bằng kỹ thuật sắc ký trao đổi anion kết hợp khối phổ plasma ghép cặp cảm ứngcao tần (IC-ICP-MS) đã được nghiên cứu và pháttriển bao gồm quy trình xử lý mẫuvà phân tách bằng sắc ký Một số điều kiện ly trích như dung môi, nhiệt độ, thời gian đã được khảo sát và so sánh hiệu quảly trích Quy trình ly trích tối ưu cácđiều kiện trên được đúc kết như sau: Mau được ly trích trong 20 mL dung môi MeOH:H2Ơ(1:1, v/v) trong bểsóng âm ởnhiệtđộ 50 °C dưới sự hỗ trợ của sóngsiêu âm trong 10 phút Dung dịch sau ly trích được làm sạch quacác bước ly tâm và lọcqua màng nylon 0,22 pm Sự phân tách các dạng arsenic được thực hiệntrên cột trao đổi anion AS7 vói pha động (NH4)2CO3300 mM, MeOH 3%, pH 10,3 cho kểt quả thời gian rửagiải cácdạng arsenic dưới 7 phút.

Phưong pháp đã được thẩm định thông qua các yếu tố: Khoảng tuyến tính từ 0,1 đến100 pg/kg theo từng dạng, giới hạn phát hiện của phương pháp đối với AB, DMA, As (III), MMA, As (V) lần lượt là 21,19; 4,76; 4,29; 2,78; 2,28 pg/kg và giới hạn định lượng lần lượt là 100; 15,86; 14,31; 9,27; 7,62 pg/kg Phương pháp cũng đáp ứng yêu cầu của AOAC về độ tái lập và độ lặplại với giá trị RSD < 15%.

Đe tài đã đưa ra một phương pháp xác định hàm lượng nguyên dạng arsenic trongrong biển bằng IC-ICP-MS với độ đúng, độ chính xác cao Do đó, cung cấp kết quảđáng tin cậy trong việc đánh giá hàm lượng arsenic nguyên dạng trongnền mẫu rong biển và từ đó đảm bảo chấtlượng sản phẩm phù hợp với tiêu chuẩn.

Từ khóa: arsenic, sắc kýtrao đổi anion, giới hạn định lượng, độ đúng, độ chính xác.

The most common As spieces inseaweeds (AB, DMA, As (III), MMA, As (V)) weredetermined by using ion chromatography (IC)for separation andinductively coupledmass spectrometry (ICP-MS) has been researched andeveloped including samplepreparation and chromatographic separation Several extraction conditions such as solvent, temperature, and time were investigated and the extraction efficiencycompared The optimal extraction procedure with the above conditions was concluded as follows: The sample was extracted in 20 mL MeOH:H2Ơ (1:1, v/v) solution at 50 °C in the ultrasonic bath for 10 minutes The extracted solution was filtered through a 0.45 pm nylon membrane Chromatographic separation of all the species was achieved in < 7 min in gradient elution mode using an anion exchangecolumn AS7 with mobilephase (NH^CCh300 mM and MeOH 3% at pH 10,3.The method was validated through factors: Linear rangewere from 0,1 to 100 pg/kgfor each spieces, the method detection limit for AB, DMA, As (III), MMA, As (V) are21,19;4,76;4,29; 2,78; 2,28 pg/kgandmethod quantification limit are 100; 15,86;

14,31; 9,27; 7,62 pg/kg The reproducibility and repeatability with relative standarddeviation %RSD < 15% are now one of the acceptability criteria for many of the recently adopted chemical methods of analysis ofAOAC.

The thesis has proposed a method to determine the original As content in seaweed products by IC-ICP-MS with high accuracy and precision Thus, provide reliable results in the evaluation ofthe intact As content of seaweed products and thus ensure the quality of the products in accordance with the standards.

Keywords' As species, ion chromatography, method quantification limit, accuracy, precision.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên Hồng Khánh Trung là học viên cao học chuyên ngành Hóa Phân tích, lớpCHHOPT11A của trường Đại học Côngnghiệp Thành phố Hồ Chí Minh.

Cam đoan răng:

Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn hoàn toàn trung thực, khôngsao chéptừ bất kỳ mộtnguồn nào và dưới bấtkỳ hình thức nào.

Những kết quảnghiên cứu của các tác giả khác và các số liệu được sử dụng trongluận văn đều cótrích dẫn đầy đủ.

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nghiên cứu của mình.

TP HồChíMinh, ngày thángnăm 2024

Học viên cao học

Hồng Khánh Trung

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ITÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC sĩ IIABSTRACT IllLỜI CAM ĐOAN IVMỤC LỤC VDANH MỤC HÌNH ẢNH IXDANH MỤC BẢNG BIỂU XIDANH MỤC TỪ VIẾT TẮT XIII

MỞ ĐẨU 1

1 Đặtvấn đề 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đốitượng và phạm vi nghiên cứu 2

3.1 Đối tượng nghiên cứu 2

3.2 Phạm vi nghiên cứu 3

4 Cách tiếp cận vàphương pháp nghiên cứu 3

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Giới thiệu về Arsenic 4

1.1.1 Tính chất vật lý 4

1.1.2 Tính chất hóahọc 5

1.2 Nguồn gốc ônhiễm của Arsenic 6

1.3 Cácdạng tồntại của Arsenic 8

1.3.1 Arsenictrong không khí 8

1.3.2Arsenictrong đất, đá, trầm tích 8

1.3.3Arsenictrongnước vàquá trình chuyển hóa 10

1.4 Độc tính của Arsenic 11

1.5Arsenic trong rong biển 13

1.5.1 Sựtích lũy sinh học của Arsenic trongchuỗi thức ăn 13

1.5.2Một sốkỹ thuậtxác định hàm lượng arsenic tổng 16

1.5.3 Một sốkỹ thuậtxác định riêng phần các dạng arsenic 19

1.5.4Một số phương phápxử lý mẫu và làm giàu mẫu nguyên dạng arsenic trong nền mẫu rongbiển 20

1.5.5 Một số phương pháp ly trích nguyên dạngarsenic trong nền mẫu rong biển 221.6 Lýthuyếtvề sắc ký ion 24

1.6.1 Định nghĩa về sắc ký 25

1.6.2Phân loại sắc ký 25

1.6.3Nguyên lý tách và các yếu tốảnh hưởngđến quá trình tách 26

1.6.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách trong sắcký 26

1.6.5 Sắc ký trao đổi ion IC 27

2.4 Tối ưu điều kiện phân tích các dạng arsenic trên hệ Thiết bị HPIC-CD 37

2.4.1 Khảo sát thời gian lưu đơn lẻ của các dạng arsenic 37

2.4.2 Khảo sátlựa chọn loại pha động 37

2.4.3 Khảo sátnồng độ pha động 38

2.4.4 Khảo sáttốc độ dòng 39

2.4.5 Khảo sát thời gian lưu của ion lạ 39

2.4.6 Khảo sát tínhtương thích hệ thống của HPIC 40

2.5 Tối ưu điều kiện phân tách các dạng arsenic trên thiết bị IC-ICP-MS 41

2.5.1 Điều kiện ICP-MS 41

2.5.2 Điều kiện phân tách trên hệthống sắc ký IC-ICP-MS 42

2.5.3 Khảo sát tínhtương thích củahệthống IC-ICP-MS 48

2.5.4 Khảo sátthông số quá trình xử lý mẫu 49

2.6 Thẩm định các thông sốcủa phương pháp dựa trên thông số tối ưu về điều kiện

sắc ký và điều kiện trích ly mẫu 51

2.6.1 Độ đặc hiệu củaphương pháp 51

2.6.2 Giới hạn phát hiện - LOD, giới hạnđịnh lượng- LOQ 51

2.6.3 Khoảng tuyến tính vàđường chuẩn làm việc 53

2.6.4 Độ lặp lại 54

2.6.5 Độ thu hồi 55

2.7 Xác định hàm lượng các dạng arsenic trong rong biển tại một số chợở Tp HồChí Minh 7 55

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 57

3.1 Kết quả khảo sát điều kiện phằn tách trên HPIC-CD 57

3.1.1 Kết quả khảo sát thời gian lưu đơn lẻ của cácdạng arsenic 57

3.1.2 Ket quả khảo sátlựa chọn loại pha động 57

3.1.3 Kết quả khảo sát tỉ lệ pha động 58

3.1.4 Kết quả khảo sáttốc độ dòng 59

3.1.5 Kết quảkhảo sát thời gian lưu của ion lạ 61

3.1.6 Xác định độ tương thích hệ thống 61

3.2 Kết quả khảo sát điều kiện phằn tách trên IC-ICP-MS 63

3.2.1 Khảo sát thời gian lưu đơn lẻ của các dạng arsenic 63

3.2.2 Khảo sát chương trình pha động 64

3.2.3 Khảo sátảnh hưởng của pH 66

3.2.4 Khảo sátảnh hưởng của nồng độ MeOH 68

3.2.5 Khảo sátảnh hưởng của tốc độ dòng 69

3.2.6 Khảo sátảnh hưởng của nồng độ (NH4)2CƠ3 71

3.3 So sánh kết quả khảo sát điều kiện phân tách trên hệthống HPIC-CDvà ICP-MS 72

IC-3.4 Khảo sát tính tươngthích củahệ thống 73

3.5 Kết quả khảo sát điều kiện ngâm chiết 75

3.6 Kết quả thẩm định phương pháp phân tích 80

3.6.1 Độ đặc hiệu củaphương pháp 80

3.6.2 Giới hạn phát hiện -giới hạn định lượng 80

3.6.3 Khoảng tuyến tính vàđường chuẩn làm việc 82

DANH MỤC CÔNGTRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA HỌC VIÊN 94

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

PHỤ LỤC 99

LÝLỊCH TRÍCHNGANG CỦA HỌC VIÊN 155

DANH MỤC HỈNH ẢNH

Hình 1.1 Cácdạng hợpchất của Astrong tự nhiên 4

Hình 1.2 Nguồn gốc gây ô nhiễm As 7

Hình 1.3 Quá trình chuyển hóa các dạng arsenic trong đất 10

Hình 1.4 Ảnh hưởng của thế khử và pH lên cácdạng Astrong nước 11

Hình 1.5 Co chế gây độccủa Arsenic 13

Hình 1.6 Quá trình khử và methyl hóaarsen 14

Hình 1.7 Sự tích lũy và phân bo arsenic trongcác loài hải sản 15

Hình 1.8 Sơđồ hệ thốngsinh hydride kếthợp với sựnguyêntử hóabằng ICP 18

Hình 1.9 Quá trình tách sắc ký trên cột của 2 chất A và B 26

Hình 1.10 Các thành phần cơbản trongsắc ký trao đổi ion 28

Hình 1.11 Cơ chế tiêm mẫu của vòng loop 29

Hình 1.12 Sơ đồ khử chất rửagiải cho sắc ký anion 31

Hình 1.13 Cơ chế hoạt độngcủa Supressor ADRS 600 32

Hình 3.8 Tách các dạngarsenic (10 pg/L) với cácchế độ gradient 65

Hình 3.9 Ảnh hưởng của pH đến sự phân tách cácdạng arsenic 67

Hình 3.10 Ảnh hưởng của nồng độ MeOH đến khả năng phân tách của các dạngarsenic 69

Hình 3.11 Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khảnăng phân tách của cácdạng arsenic 70Hình 3.12 Ảp suất cột khi khảo sát ởtốc độ dồng 0,4 mL/phút và 0,5 mL/phút 70Hình 3.13 Ảnh hưởng của nồng độ (NH4)2CƠ3 đến khảnăng phân tách của các dạng

arsenic 71Hình 3.14 Sắc ký đồ khảo sát tính tương thích của hệthống ở6 lần lặp 75Hình 3.15 Kết quả thống kê Anova multi factor trên phần mềm Stagraphic 79Hình 3.16 Biểu đồ khảo sát khả năng chiết theo thời gian, nhiệt độ của 3 loại dungdịch chiết HNƠ3 1%, MeOH:H2O (1:1), pha động - kênh B 79Hình 3.17 Sắc ký đồ mẫu thêm chuẩn trên nền mẫu blank và nền rong biển arsenicthấp, các điểm thêm chuẩn hỗn hợp: 50; 20; 10; Opg/Kg 80Hình 3.18 Sắc ký đồ mẫu thêm chuẩn LOD, LOQ trên nền rong biển arsenicthấpcủaAs(III), MMA và As(V) 5; 3; 2; 1 và Opg/Kg(thứ tự từ trên xuống) 81Hình 3.19 Sắc ký đồ chuẩn hỗn hợp arsenic 0-50 pg/L 84Hình 3.20 Đường chuẩn xác định AB, DMA, As(III), MMA, As(V) 84Hình 3.21 Sắc ký đồ lần lặp mẫu rong biển thêm chuẩn 50pg/Kg hỗn hợpAB,DMA, As(III), MMA, As(V) 86Hình 3.22 sắc ký đồ mẫu thêm chuẩn lặpở 3 mức nồngđộ 50; 200; 500pg/Kg 87Hình 3.23 sắc ký đồ mẫu RB1.1 và RB1.1RE thêm chuẩn 90

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Hàm lượngArsenic (mg/g) trong một số trầm tích và khoáng 9

Bảng 1.2 Phần trăm cácdạng arsenicbị lưu giữ trên mỗi loại cột chiết 21

Bảng 1.3 Một số công bố phân tích arsenic nguyên dạng 22

Bảng 1.4 Một số công bố vềđiều kiện ly trích và hiệu suất tưong ứng 24

Bảng 2.1 Các thông số cài đặt trên hệ ICP-MS 41

Bảng 2.2Mô hình bố trí thínghiệm khảo sát ảnh hưởng của dung môi chiết, pH, nhiệt độ, thời gian 49

Bảng 2.3 Bảng nồng độmẫu khảo sát LOD, LOQ 52

Bảng 2.4 Nồng độ chuẩn As mix khảo sát khoảng tuyến tính và đường chuẩn làmviệc 53

Bảng 2.5 Thông tin về nguồn thu thập mẫu rong biển khô trên địa bàn Tp.HCM 56

Bảng 3.1 Kết quả khảo sát tỷ lệ pha động 58

Bảng3.2 Kết quả khảo sát tốc độ dòng 60

Bảng 3.3 Thời gian lưu của ion Cl’, NƠ2', NƠ3’, PƠ43’, SƠ42- 61

Bảng 3.4 Kết quả khảo sát tưong thích hệthống 62

Bảng 3.5 Hệ số phằn giải đối với sắc ký đồ phằntách ở chế độ đẳng dòng 63

Bảng 3.6 Thời gian lưu vàhệ sốkéo đuôi của từngdạng arsenic 63

Bảng 3.7 Hệ sốkéo đuôi của các dạng arsenic ở các chế độ gradient 64

Bảng 3.8 Hệ số phân giải của cácdạng arsenic ở cácchế độ gradient 64

Bảng3.9 Chương trình pha động gradient 3 66

Bảng3.10 Hệ số phân giải theo pH 66

Bảng 3.11 Hệ số kéo đuôi của cácdạng arsenic ở các mức pH 67

Bảng3.12 Hệ số phân giải theonồng độ MeOH 68

Bảng3.13 Hệ số kéo đuôi của các dạng arsenic ở các nồng độ MeOH 68

Bảng3.14 Hệ số phân giải theotốc độ dòng 69

Bảng3.15 Hệ số kéo đuôi của cácdạng arsenic tương ứng với tốc độ dòng 70

Bảng3.16 Hệ số phằn giải của theonồng độ (NH4)2CƠ3 71

Bảng3.17 Hệ số kéo đuôi của các dạng arsenictheo nồng độ (NH4)2CƠ3 71

Bảng3.18 Các thông số vận hành hệ ICP-MS-IC 72Bảng3.19 So sánh kết quả tối ưu điều kiện phân tách trên hệthống sắc ký HPIC-CD

vàIC-ICP-MS 73Bảng 3.20Hệ số kéo đuôi và độ lệch chuẩn tương đốidiện tích các peak arsenictươngứng 74Bảng 3.21 Hệ số phân giải ở các 6 lần lặp lại 74Bảng 3.22 Kết quả khảo sát các thông số ngâm chiết trên nền mẫu rong biển thêm

chuẩn 76Bảng3.23 Kết quảđiều kiện ngâm chiết tối ưu 80Bảng 3.24 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp đối với cácdạng arsenic không tồn tại trong nền mẫu rong biển - As(III), MMA, As(V) 81Bảng 3.25 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp đối với cácdạng arsenic luôn có mặt trong nền mẫu rong biển -AB, DMA 81Bảng 3.26 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng củaphương pháp phân tích

dạng arsenic trong nền mẫu rongbiển 82Bảng 3.27 Diện tích tín hiệu tương ứng nồng độ các điểm chuẩn của AB, DMA,

As(III), MMA và As(V) 82

Bảng3.28 Đánh giá độ tuyếntính của các khoảng nồng độ 83Bảng3.29 Đáng giá độ lặplại của phương pháp 85Bảng3.30 Hiệu suất thu hồi các dạng arsenic ở mẫu thêm chuẩn 50; 200; 500 pg/Kg 87Bảng 3.31 Kết quả phân tíchnguyên dạng arsenic trên nền mẫu thực 88Bảng 3.32 Kết quả đánh giá tương đồng giữa kết quả các dạng arsenic trích ly vàarsenic tổng 89Bảng 3.33 So sánh phươngpháp phân tích cácdạng arsenic trongrong biển với công

trình nghiên cứu khác 92

DANH MỤC Từ VIẾT TẤT

Tênviết tắtAB

Association of Official AnalyticalChemists

Conductivity detectorDimethylarinicacid

Ion chromatography (IC) coupledwith inductively coupled plasmamass spectrometry

Inductively Coupled PlasmaOptical Emission spectroscopyInductively coupled plasma mass spectrometry

Limit of detectionLimit of QuantitationMonomethyarsonic acid

United States EnvironmentalProtectionAgency

World health organization

Tên Tiếng Việt

Hiệp hội các nhà hoá phân tíchchính thống

Đầu dò độ dẫn

Sắc ký trao đổi ion ghép nối quang phổ phát xạ plasmađầu dò khối phổQuang phổ phát xạ plasma ghép cặp hệ thống cảm ứngcao tần

Quang phổ phát xạ plasmađầu dòkhối phổGiới hạn pháthiệnGiới hạn định lượng

Tổ chức bảo vệ môi trường Hoa Kỳ

Tổ chức y tếthế giới

MỞ ĐẨU

1 Đặt vấn đề

Trong xã hội ngày càng hiện đại, con người phải đối mặt với nhiều thách thức lớn, trong đó ô nhiễm môi trường và an toàn thực phẩm là hai vấn đề cấp bách ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống con người Cùng với sự pháttriển của nền công nghiệp thì số lượng các chất độcphân tán trongmôi trường ngày càng nhiều hon do các hoạt độngsản xuất và tiêu thụ đa dạngcủa con người Đặc biệt phải kể đến sự phân tán của cáckim loại nặng vào môi trường gây nên sự ô nhiễm Mộttrong những nguyên tố gây ônhiễm mang độc tính cao nhất là arsenic (As) môi trườngphơi nhiễm vào trong độngvật,thựcvật đang làvấn đềđược quan tâm và nghiên cứu từ các nhàkhoahọc Nhiễm độc arsenic- thạch tín là một vấn đềnghiêm trọng đối với sức khỏe củacộng đồng Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đãxếp arsenic vào nhóm kim loại nặng gây độc loại A gồm: As, Cd, Hg, Pb, Se Khi xâm nhập vào cơ thể người, arsenite tấn công vàonhóm sulfurhydryl của enzyme làm cản trở hoạt động của cácenzyme Arsenate cócấu trúcgiốngphosphate hữu cơnên cóthể thay thế cho phosphate, dẫn đến quá trình phosphatehóatạo năng lượngATP cung cấpcho hoạt độngcủa các tế bào không thểthực hiện Arsenic hấpthu vào cơthể quađường thực quản sẽ gây ra các triệu chứngnhiễm độcnhư rối loạn tiêu hoá (đau bụng, nôn, khô miệng, tiêu chảy, mất nước, ) Tương tự nhưbệnh tả, ngộđộc arsenic có thể dẫn tới tử vongtừ 12-18 giờ [8].Rong biển được sử dụng như một nguồn thựcphẩm tựnhiên vàlàm thuốc trong nhiều nước Châu Ả Chúng đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng củacon người và được xếp vàodanh mục 'thực phẩm tốt cho sức khỏe, vì chúng giàu chất xơ hòa tan và protein, khoáng chat, vitamin, chấtchốngoxyhóa,axitbéokhôngbãohòa và polysaccharidesthiết yếu Mặc dù rong biển chứanguồn khoáng chất cần thiết cho con người, nhưngchúng cũng có thể là nguy cơ đối với sức khỏe, vì chúng tích tụ hàm lượng arseniccao từ môi trường biển Độc tính của arsenic phụ thuộc vào dạng tồn tại và số oxyhóa, do vậy việc định lượng các dạng arsenic riêng lẻ nhằm mục đích đánh giá rõ hơn

về độc tính và sự ảnh hưởng đến sức khỏe đúng bản chất hơn so với việc xác địnhhàm lượng tổng.

Phương pháp phân tích nguyên dạng arsenic phổ biến nhất hiện tại chính là sắc kýlỏng kết hợp đầu dò khối phổ plasma ghép cặp cảm ứng cao tần Trong đó, sắc kýlỏngđóng vai trò quan trọng do cóthể tách riêng các dạng arsenic và được định lượng bằng đầu dò thích hợp Cụ thể, ICP-MS là đầu dò được sử dụng phổ biến nhấttrongphân tíchvì nhiễu nền thấp, độ chọn lọc, giới hạn phát hiện thấp(từ pg/kg đếnng/kg) đáp ứng việc nghiên cứu và phân tích nguyên dạng arsenic có trong nền mẫu phức tạp Tuy nhiên, với hệ thống HPIC-CD, việc ứng dụng vào việc phân tíchcác dạngarsenic dưới dạng anion cũng tương đối phù hợp, chi phí đầu tư thấp Việc nghiêncứu phương pháp phân tíchcác dạng arsenicrongbiển bằng kỹ thuật sắc ký trao đổiion kết nối khối khổ plasma ghép cặp cảm ứng cao tần (IC - ICP MS) và bằng kỹthuật sắc ký ion đầu dò độ dẫn (CD) làcần thiết để có thể nhìn nhận sâu hơn vềcácdạng arsenic trong rong biển và cảnh báo người tiêu dùng sử dụng một lượng phùhợp sẽ giúpgiảm thiểu rủi ro tích tụ arsenic tránh các bệnh tậtkhông mong muốn.

Tối ưu hóađiều kiện phân tách các dạng arsenic trên hệthống HPIC-CD và hệthốngIC-ICP-MS;

Tối ưu hóa điều kiện ngâm chiếtcác dạng arsenic ra khỏi nền mẫu rong biển;Thẩm định quy trình phân tích các dạng arsenictrong rong biển;

ứng dụng quy trình phân tích các dạng arsenic trong rong biển tại một số chợ trênđịa bản Tp Hồ Chí Minh.

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đổi tượng nghiêncữu

Các dạng arsenic (As(III), As (V), DMA, MMA, AB) trongrong biển.

3.2 Phạm vìnghiên cứu

Rong biển được bày bán tại một số chợ trên địa bàn Tp Hồ Chí Minh.

4 Cách tiếp cận và phươngpháp nghiên cứu

Thuthập các tài liệu của các tácgiả trongvà ngoàinướccóliên quan đến đề tài nghiên cứu.

Khảo sát điều kiện phântách và thẩm định các thông số trên máy HPIC- CD.Khảo sát điều kiện phântách và thẩm định các thông số trên máy IC-ICP-MS.Khảo sát thông số quátrình xử lý mẫu: thời gian trích ly, nhiệt độ trích ly, pH dungdịch trích ly theo môhình hóathực nghiệm.

Thẩm định các thông số củaphương pháp dựa trên thông số tối ưu về điều kiện sắc ký và điều kiện trích ly.

ứngdụng quy trình phân tíchtối ưu để phân tíchcác dạng arsenictrong rong biển.

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Đưa ra quy trình phân tích các dạng arsenic từ rong biển bằng phương pháp CD và IC-ICP MS với kỹ thuật sắc ký trao đổi ion ghép nối khối khổ plasma ghépcặp cao tần cảm ứng ứng dụngtrên nền rong biển qua ly trích, từ đócóthểđịnhlượngtừng dạng arsenic để đánh giá chính xác mức độ ảnh hưởng tới sức khỏe con ngườicủa từng dạng arsenic Trên cơ sở kết quảcủa công trình nghiên cứu, các đơn vị sản xuất sản phẩm liên quan đến rong biển sẽ có thêm cơ sở để đánh giá về hàm lượngcủa từng dạng arsenic có trong rong biển và đảm bảo chất lượng sản phẩm phù hợp với tiêu chuẩn.

HPIC-CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Gióithiệu về Arsenic

Arsenic (As) hay còn gọi làthạch tín là một á kim có tính chất gần với các kim loại, có bốn dạng thù hình: dạng kim loại, vàng, xám và nâu, thuộc nhóm VA, có các số oxi hóalà+3, -3 và +5 As thường gặpỏ dạng kim loại có màu sáng bạc, ánh kim, cócấu trúc tinh thể gần giống p đen, dạng phi kim có màu vàng, á kim có màu xám.Arsenic trong tự nhiên được chia làm hai loại chính làArsenic vô cơvàArsenic hữucơtồn tại trong đất đá và khoáng vật như quặng kim loại, than đá, than bùn, dầu và các sản phẩm công nghiệp Arsenic vô cơcó hai dạng là arsenate(As(V))vàarsenite(As(III)) Arsenic hữu cơ tồn tại ở dạng hợp chất với methylarsine, dimethylarsine, trimethylarsine.

HO - As^=o ỉ

Arsenate [As(V)l

H3C - As^=o

OHHO - As I

OH

Monomethylarsonic acid [MMA]

h3c As

Dimethylarsinic acid [DMA]

Tetramethylarsonium ion

Gycerylphosphorylarsenocholine R=HPhosphatidylarsenocholine R=CO(CH2)nCH3Dimethylarsinylribosides Trimethylarsonioribosides

Ri=-OH ' R2=-SO3H- OH -OH- OH -OSO3H

loại có ánh kim,có cấu trúc tinh thể gần giống phốt pho đen.[3][4]Một số thông số vật lýcủa arsen:

12(NH4) MoO4 + H3AsO4 4- 21 HNO3 -> (NH4)3[H4As(Mo2O7)6] +10 H2O +21NH4NƠ3

Màu vàng

ỉ ỉ 2.2 Kết tủa

Phản ứng vói H2S trong môi trường HC1:

Arsenite-As(III): H3ASO3 + 3HC1 -> AsCh + H3O2AsCh + 3H2S -» As2S3ị + 6HC1Arsenate-As(V): H3AsO4 + 5HC1 -^ AsCh + 4H2O

AsCh+ 5H2S ^ As2S5 + 10HC1Tác dụng vói (NH4)2S, Na2S và K2

Các kết tủa As2S3 và AS2S5 tan trong s2’ dư:

As2S3 + 3Na2S -» 2Na3AsS3AS2S5 + 3Na2S —> Na3AsS4Các phản ứng vói AgNƠ3 trong môi trường axit:

Asơ33' + 3Ag+ -> AgsAsOsịAsO?’+ 3Ag+ -> AgsAsOU

AS2O3 + 6Zn + 6H2O -» AsH3Ĩ+ 6ZnSO4 + 3H2O

HAsO2+ NaBH4+ HC1 ->AsH3ĩ + H3BO3 + NaCl + 3H2O

ỉ ỉ 2.4Phản ứng với KI và h

Trong môi trường axit: AsƠ43' bị khử về AsƠ33'

K3ASO4 + KI + H2SO4 -> K3ASO3 + I + K2SO4 +H2OTrong môi trườngkiềm: AsƠ33'bị oxi hóa lên AsƠ43’

H2ASO3 +I2+ 2KOH -> K3ASO4 + 2KI + 2H2O

1.2 Nguồn gốc ô nhiễm của Arsenic

Nguồn gốc ô nhiễm của Arsenic được xác định là theohai con đường làdo hoạt độngtự nhiên và hoạt động nhân tạo (sản xuấtcông nghiệp) [5, 6].

Hoạt động tựnhiên: Arsenic làmột nguyên tố hiếm chiếm chỉ 10’5% trong khốilượng vỏ trái đất Nồng độ arsenic lớn nhất được tìm thấy trong các loại khoáng như orpiment (AS2S3), arsenopyrite (FeAsS), niccolite (NiAs), ƯỚc tính sự phát thảiArsenic vào khí quyển trên toàn cầu thông qua sự phong hóa của đá vàtrầm tích, sựphun trào núi lửa (20^-40% tổngphát thải),cháy rừng, hoạt độngđịa nhiệt, cháy rừng, các aerosol (30-^50%) là khoảng 12 triệu tấn [4].

trừ sâu, phânbón, các nhà mày nhiệt, chấtthải trongcôngnghiệp bảo quảngỗ Tổng lượng khí thải chứa As(đốtthan vàdầu) từ các nước thành viênchâu Âu khoảng 575 tấn (1990), 77 tấn (năm 2000 vói công nghiệp luyện kim) [6],

Hình 1.2 Nguồngốcgây ô nhiễm As [ố]

❖ Hiện trạng ô nhiễm arsenic ở ViệtNam [16]

Tại vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng, những vùngbị nhiễm nghiêm trọng nhất làphía nam Hà Nội, Hà Nam, Hà Tây, Hưng Yên, Nam Định, Thái Bình, Gần 25%hộ gia đình sử dụng trực tiếp nước ngầm không qua xửlý đã bị nhiễmArsenic, tập trung nhiều ở phía Nam HàNội.

Vùng Đồng bằng Sông Cửu Long có cấu tạo địa tầng như Bangladesh do đó cónguy cơ ô nhiễm Arsenic Một số huyện nhưAn Phú, Phú Tân, Tân châu thuộc tỉnh AnGiang và Cao Lãnh, Tam Nông, Thanh Bình thuộc tỉnh Đồng Tháp, hàm lượngArsenic trong nước ngầm của một số giếng từ 830pg/L đến 1070 pg/L caohơn gấp hàng trăm lần so vói tiêu chuẩn chophéplà 10 pg/L Đặc biệt các xã thuộc huyện AnPhú tỉnh An Giang có 97,3% số giếng điều trabị nhiễm Arsenic vói hàm lượng caohon 100 pg/L.

1.3 Các dạng tồn tại của Arsenic

1.3.1 Arsenic trong khôngkhí

Hợp chấtkhí chủ yếu của Arseniclà arsine (AsHs)có độc tính cao Trong môitrường,Arsinechỉ đươc hình thành khi có điều kiện khử nhất định Các dạng arsine cùng cácdạng mono-, di-, và trimethylarsine được giải phóng từ đầm lầy, bãi rác, suối nước nóng và nước thải dưới điều kiện kỵ khí [6], Những khí này nhanh chóng bị oxy hóa thànhAs(V) Trong công nghiệp, arsine được dùng trong hỗn hợp khí xúctác để sản xuất các vật liệu bán dẫn đặc biệt Arsine từng được nghiên cứu cho việc chế tạo vũkhí hóa học nhưng đã bị lọai bỏ do không ổn định [4].

Phần lớn Arsenic sẽ hấp phụ vào các chất dạng hạt và trầm tích Arsenic thoát ra từquá trình đốt cháy tồn tại dưới dạng các oxit hòatan và được phân tánbởi gió vàtrởlại đất ở trạngthái lắng đọng ướt hoặc khô Các sản phẩm từ quá trình đốt được thảira khí quyển do tác động của vi sinh vật bị oxy hóa thành các dạng không bay hơi lắngxuống mặt đất.

1.3.2Arsenictrongđất,đá, trầm tích

Arsenic được tìm thấy trong khoảng200 mẫu khoáng sản bao gồm arsenate (60%),sulfide và sulfonate (20%) và các thành phần khác có chứa các oxide kim loại và silicate Ngoài các khoáng chứa arsenic đã kể trên thì còn có các loại khoáng khácnhư Loellingite (FeAs2), safforlite (CoAs), noccolite (NiAs), rammelsbergite (NiAs2), glaucodot ((Co, Fe)AsS) và nguyên dạng As [5].

Bảng 1.1 Hàm lượngArsenic (mg/g) trong một số trầm tích và khoáng [1]

hóa Arsenic tạo thànhcác dạng arsenic hữucơnhưDMA, DMA, TMAO,

ArseniteMonomethylArsonic AcidArsinic AcidDimethylArsenate

|Ft'^|Mn|< * _nimethvl Arsine Trimethyl Arsineand Arsenopyrite Dimethyl Arsine

Hình 1.3 Quá trình chuyển hóacác dạng arsenic trong đất [7]

1.3.3 Arsenic trongnước và quá trìnhchuyển hóa

Arsenic trong nước phụthuộc vào đậc điểm địa chất, thủyvănvà hiện trạng ônhiễmcủa địa phương Trong các điếu kiện oxy hóa khử và pH, arsenic có thể được giảiphóng khỏi pha rắn, tạo thành các dạng arsenic hòa tanphân bố vào nước ngầm, sônghồhay dòng chảy nước mặt Arsenic có thể trải quanhiều loại các phản úng trongmôi trường, baogồm phản ứng oxihóa khử, kết tủa và methyl hóa.

Hàm lượng Arsenic trong nước sông nhìn chung ởmức thấp, nhưng nồng độ này cóthểtăng lêndo sự hiệndiện của arsenic trong các hạtlơ lửng vàtừcácnguồn ônhiễmdocon người gây ra Nồng độ tốiđa cho phép theo cơ quan USEPA của Arsenic trongnước uống là 20 pg/L (USEPA, 2001) và giá trị khuyến nghị của WHO (1998) là 10 hg/L.

Arsenite và arsenate là hai dạng vô cơchính được tìm thấytrong nước, ngoài ra còn phát hiện được hàm lượng rất thấp các dạng hữu cơ doquá trình methyl hóa chuyểnArsenic vô cơ thành Arsenic hữu cơ như acid monomethylarsonic và aciddimethylarsinic Trong môi trường nước, arsenate tồn tại chủ yếu ở điều kiện oxy hóa và hiếu khí; arsenite tồn tại chủ yếu ở điều kiện khử (E < 200 mV) Tốc độ chuyểnđổi của hai dạngphụthuộc vào thế oxy hóa khử và pH của đất, cũng như cácyếu tố

H3ASO4 và phân li thành các dạng H2ASO4", HASO42", and AsƠ43' khi pH thay đồi từ 2 đến 14 ở điều kiện khửvàpH < 9 arsenitetồntại ởdạngchủyếu ở dạng As(0H)3, và phân lithành các dạng H2ASO3" vàHAsO32’ vàÀsO33'khipH > 9 [4],

Hình 1.4 Ảnh hưởng của thế khử và pH lên các dạngAstrong nước [3]Khả năng di chuyển của Arsenicvào môi trường nước tùy thuộc vào dạngtồntạivàloại đất, chẳng hạn như trong đất sét pha cát arsenite di chuyển gấp 5-8 lần so với arsenate Sự di chuyển củaArseniccũngphụ thuộc vào pH của đất, tạipH5,8 arsenate di chuyển chậm hơn arsenite, nhung khi tăng pH khả năng di chuyển của hai dạngtrên vàotrong môi trường nước đều tấng Trong đất có tính hấp phụ mạnh, tốc độ di chuyển và dạng tồn tại của Arsenic bị ảnh hưởng bởi hàm lượng carbon hữu cơ vàhoạt động của các VI sinh vật Cả hai dạng arsenitevà arsenate di chuyển VỚI tốc độ chậm hơn trong đất cótínhhấp phụmạnh so với đất cát pha sét [8].

Hàm lượng Arsenic trong nước sông 0,20 -ỉ- 2Ố4 pg/L, hồ 0,38 -ỉ- 1000 pg/L, nước ngầm 1,0 -ỉ- 1000 pg/L, nước biển 0,15 - ố pg/L [9].

1.4 Độc tính của Arsenic

Arsenic cũng như các hợp chất của nó rất độc Arsenic được tồ chức WHO xếp vàonhómđộc loạiA gồm Hg, Pb, Se, Cd, As Độc tính của Arsenic gấp 4 lần so vớiHg.Độc tính của Arsenic đối với sinh vậtphụ thuộc vào nồng độ và dạng hóa học của

11

chúng, Arsenic vô cơ thường độc hại hơn các dạng arsenic hữu cơ Arsenic (III) cóđộc tínhcao gấp 60 lần arsenic (V) vàgấp 70 lần với các dạng methyl nhưmMA và DMA Độc tính giảm dần theo thứ tự sau: AsH3 > As(III) > As(V) >mMA > DMA>TMAO Người nhiễm độcArsenic có tỉ lệ đột biến nhiễm sắcthể rấtcao Ngoài việc gây nhiễm độc cấptính Arsenic còn có khảnăng gây ra nhiễm độc mãn tính do khả năng tích tụ lâu ngày trong gan.

Trong cơ thể người trưởng thành, hàm lượng gây đột tử của Arsenic vô cơ trongkhoảng từ 1 - 3 mg/kg [10].

Từ lâu Arsenic vô cơ đã được sử dụng làm chất độc(thạch tín) với khảnăng gây chếtngười rất lớn Nếu nhiễm độc cấp tính có thể bị chết trong vài giờ đến một ngày tùy thuộc mức độ nhiễm độc, nếu nhiễm độc nhẹ hơn cóthể gây tổn thươngmôhay cáchệ thống của cơthể Sinh vật có thể bị phơi nhiễm As qua các đường: hô hấp, tiêuhoá, tiếp xúc qua da, trên cơthể người As tác độnglên bốn khu vực chính: hệtiêuhóa, da, hệ thống thần kinh, cơvận động Các dấu hiệu khi nhiễm độc cấptính As ởngười bao gồm các triệu chứng khó chịu ở đường tiêu hóa, nôn mửa, tiêu chảy, khó tiểu và tiểu ra máu, sốc, co giật, hôn mê và cuối cùng dẫn đến tử vong Khoanghiêncứu dịch bệnh của người cũngchứng minh rằng, việc nhiễm độc As mãntính dẫn đến ung thư da, phổi vàbàng quang, và có thể làcả gan,thận và tuyến tiền liệt.

Cơ chế gằyđộc củaArsenic: Khi arsenite xâm nhậpvàocơthể, nó tấn công vàonhómsulfurhydryl của enzyme làm cản trở hoạt động của các enzym này Đối với arseniteởnồng độ cao sẽ thay thế hai nguyên tử hydrogen từnhóm thiol và gắn vàomột phân tử sulfur hình thành nên phức chelate dihydrolipoylarsenite làm đông tụ máu, cònarsenatecó cấu trúc giống phosphate hữu cơ có thể thay thế cho phosphate dẫn đếnviệc phá hủy phosphate hoátạo năng lượngATP cung cấp chocác tếbào [5].

complex with iAt"CHjOPO,* CHjOPOj2’

CHjOPO,’-Arsenate (A8O3 ) Phosphate

0=ÓOAnOO/-^ -Ìh=O -► CHOH1-Arseno3-phosphoglycerate Glyceraldehyde

hydrolysis preventing ATP

leading to formation!

Hình 1.5 Cơ chế gây độc của Arsenic [11]

Theo Quy chuẩn ViệtNam QCVN 8-2:2011/BYT: lượng Arsenic vô cơ hấp thụ vàocơ thể hàng tuần không quá 15 pg/kg trọng lượng cơ thề.

TheoTồ chức Y tế thế giới WHO: lượngArsenic vô cơhấp thụ vào cơ thể trong một ngày không quá 2,1 pg/kg thể trọng; lượng Arsenic vô cơ gây kích ứng đường tiêu hóa là 50 pg/kg thể trọng/ ngày đối vớingười Giớihạnchophép của hàm lượng tổng số Astrong nước uống là 10 pg/L.

Phạm vi phơi nhiễm: 10+ 300 pg/LArsenicvô cơ [11].

1.5 A rsenic trong rong b iển

1.5.1Sựtíchtây sinh họccủa Arsenic trongchuỗi thức ăn

Có 3 dạng biến đổi sinh học của Arsenictrongmôi trường:Quá trình oxy hóa giữa arsenite và arsenate.

2MnO2 + H3ASO3 ^ 2Mn00H + H3ASO42Mn00H +H3ASO3 -+ 21vínO +H3ASO4 +H2O

13

Quá trìnhkhử và methyl hóa arsenic Các sinh vậtở cấp độ dinh dưỡng thấp hơn sẽ biến đồi arsenic vô cơ tích lũy thầnh các dạng monomethylarsen (MMA) vàdimethylarsen (DMA), trong khi các sinh vật ở cấp độ dinh dưỡng cao hơn có thểbiếnđẫi arsenic vô cơ tích lũy thành các dạng trimethyl arsenic [12],

2 e

Hình 1.6 Quá trìnhkhử và methyl hóa arsenQuá trình tẫng hợp sinh học của các dạng arsenic hữu cơ.

AiMnc huM) W«I wùựM|

Hình 1.7 Sự tích lũy vàphân bố arsenic trong các loài hải sản [13]

Trong hệ thống thủy sinh, arsenic vô cơ kếthợp vào thực vậtphù du, bị methyl hóa và chuyển đỗi thành các methylarsenicals hay các arsenic hữu cơ bậc cao như arsenosugars bởi vi khuẩn Vì vậy, thực vậtphù du, vi khuẩn đóng vai trò quan trọng

15

trong việc phân bố, chuyển hóa, tích tụ arsenic vào trongthựcvật và thông qua chuỗithứcăn thủy sinharsenic được tíchlũyvào các loài động vậtdưới nước như tôm, cua,cá Thực vật thủy sinh tích lũy lương arseniccao hơn sao với các loài khác do có rễ liên kếttrực tiếp với trầm tích [12],

ỉ.5.2Một so kỹ thuật xácđịnh hàm lượng arsenic tổng

ỉ 5.2 ỉ Phương pháp điện hóa (Flow-through Anodic StrippingCoulometry)

Nguyen tắc: Phương pháp trên dựa trên sự tích góp As(III)trong HC1 3 M trên điện cực đĩa carbon xốp có mạ vàng tại thế -400mV theo phương trình:

AsO33-+ 6H+ ^ As +3 H2O - 3 e'

Sau đó hòatan hoàn toàn lượng As tại thế 600mV As tổng số được xác định sau khi phân hủy mẫu trong lò vi sóng và khử vềAs(III)bang hydrazine hydrochloride.Giới hạn phát hiện khoảng 0,15 pg/L, khoảng tuyến tính: 1 pg/L-^5 pg/L.Ưu điểm:

Phương pháp này đã khắc phục được những trở ngạicủa phươngphápVon-ampe hòa tan anode như độ lặp lại kém do sự bám dính trên điện cực vàng và mất thời gian doquá trình khử trước đó.

Phương pháp nàycóthể tích góp và hòatan gầnnhư hoàn toàn lượng As(III) có trong dung dịch ở mộtgiátrị thếthích hợpnên cho độ lặplại tốt.

Tiết kiệm thời gian.

ít tiêu tốn thể tíchdung dịch mẫu.Nhược điểm:

Chịu ảnh hưởng của các nguyên tố Pb và Sb làm tăng tín hiệuAs(III).Sự tồn tại của Te, Sn, Bi, Se dẫn đến sự giảm tín hiệuAs(III).

ỉ 5.2.2 Kỹ thuật tạo hơi hydride kết hợp hấp thu nguyên tử(HG-AAS)

Nguyên tắc: Nguyên tố phân tích tạo hơi hydride bằng phản ứng giữa dung dịch chuển/mẫu với NaBH4 trong môi trường Hơi hydride sinh ra được đưa đến bộ phận nguyên tử hóabằng dòng khí trơvà chuyển thànhcác nguyên tử tự do dướitác dụngcủa nhiệt Các nguyêntử này sẽ hấpthu bức xạ đặc trưng được phát ratừ nguồn bứcxạ kích thích tại mộtbước sóng nhất định vàchophổ hấp thu tương ứng [30].

NaBH4+ 3H2O + H+ ^ H3BO3 +8H* + Na+ Am+ + (m+n)H* -^ AHn + mH+

Ưu điểm:

Dùngcho: As, Bi,Ge, Pb, Se, Sn, Te.

Hiệu suất lấy mẫu khá cao —* LOD trong khoảng pg/L.Giảm thiểu nhiễu do nền.

Có thể vận hành tự động.

Nhược điểm: Phương pháp này vẫn còn các yếu tố thường gây nhiễu mặc dù nhữngloại nhiễu nàycó thể khắc phục được nếu hiểu rõ vàthận trọng trong phân tích mẫu(nhiễu động học, nhiễu trong pha khí, nhiễu trong pha lỏng).

ỉ 5.2.3 Phương pháp pỉasma cảm ứngcao tần (TCP)

Phương pháp phổphát xạ nguyêntửỉCP OES: Mau ở dạng lỏng được bơm vào hệthống phun sương, các hạt sương có kích thước lớn sẽ đi vào ống thải, các hạt sương có kích thước nhỏ theo dòng khí trơ Ar vào plasma Mau được desolvate hóa, nóng chảy, bay hơi và nguyên tử hóa trongplasma Mau ở trạng thái kích hoạttrởvềtrạngthái cơbản và phát ra bức xạđặc trưng Bức xạ này được hướng vào bộ tách phổ, chỉ bức xạ của chất phân tích mới được detectorthu nhận Tuy phương pháp không cócản nhiễu hóahọc, độ đúng và độ chính xác cao, nhưng trang thiết bị đắt tiền và cầnkỹ thuật viên có chuyên môn cao để thực hiện Mau ở dạng lỏng đượcbơm vào hệthống phun sương, các hạt sương có kích thước lớn sẽ đi vào ống thải, các hạt sương

có kích thướcnhỏ theo dòng khí trơ Ar vào plasma Mau được desolvate hóa, nóngchảy, bay hơivà nguyên tửtrong plasma Mau ở trạng thái kích hoạt trởvềtrạngtháicơ bản và phát ra bứcxạđặctrung Bức xạ này được hướng vào bộ tách phổ, chỉ bức xạ của chất phân tích mới được detector thu nhận Tuy phương pháp không có cảnnhiễu hóa học, độ đúng vàđộ chính xác cao, nhungtrang thiết bị đắttiền và cần kỹthuật viên có chuyên môn cao để thực hiện [19].

Hình 1.8 Sơ đồ hệthống sinh hydride kết hợp với sựnguyên tử hóa bằngICP

Phương phápplasma ghép cặp cẩm ứng caa tẩn - đầu dòkhẩiphổ (ỈCP -MS): Mau

ở dạng dung dịch được đưa vào plasma dưới dạng sol khí có kích thước nhỏ nhờhệthốngphun sương Trong plasma nhiệtđộ khoảng 6000-ỉ-7000K, mẫu được làm khô, hóa hơi, nguyên tử hóa và ion hóa Các lon của chất phân tích được chuyển qua bộ phận giao diện, tại đây ion được tách một cách hiệu quả, đều đặn Sau đó, ion cầnphân tích tiếp tục qua hệ thống hội tụ ion (the focusing system) Hệ thống này bao gồm một hay nhiều thấu kính điện từ có vai trò chuyển càngnhiều ion cầnphântíchvào bộ tách khối càng tốt, loại bỏ photon, ion hay các cấu tửtrung hòa điện Cuốicùng, ion chấtphân tích được chuyển tới bộ táchkhối,hệthống này được đặt giữa hệthống hội tụ và detector, tại đây các ion được tách theo tỉ lệ m/z và đi tới đầu dòđểcho tín hiệu Trong phântích As, ICP - MS dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu của cácđồngvị sinh ra từ plasma Ví dụ, việc sử dụngHC1 và HC1O4 trong giai đoạn phá mẫu sẽsinh ra ion chloride trong plasma kếthợp với Ar hình thành ^A^cr, dạng này có

m/ztrùng với 75As+ nên cóthể dẫn đến sai số, do đó cần loại nhiễu đồng vị nàybằng chế độ động năng, va đậpbắn phá ion gâynhiễu 40Ar35Cl+ Độ nhạy củaphương pháprất caokèm theo đó là chi phí vận hành caovà đòi hỏi tay nghề cao đối với kỹ thuật viên.

1.5.3Một so kỹ thuật xácđịnh riêng phần các dạng arsenic

ỉ 5.3 ỉ Kỹ thuật IC-ICP-MS

Sarah J Stetson và nhóm cộng sự pháttriển phưong phápxác định4 dạng arsenic cótrong nền mẫu nước (As(III), As(V), DMA, MMA) bằngkỹ thuậtsắcký ion ghép nốihệ ICP-MS Mau nước sau khi lọc bỏ cặn được tiêm vào máy sắc ký Agilent 1260được trang bị cột anion PRP-X100 Pha động rửa giải chứa các muối (NH4)3PO4(6mM)±NH4NO3 (6mM) + germanium (20 pg/L ) +CH3OH (2%), pH 6,2 Phươngpháp đạt được độ thu hồi 87,2% - 108,7% ; độ lặplại tương đối 1,1% đến 9% ở mức nồng độ thêm chuẩn 10 pg/L Giới hạn phát hiện đạt ở mứcthấp 0,03 pg/L(As(III));0,05 pg/L(As(V)); 0,03 pg/L (DMA); 0,04 pg/L(MMA) Phương pháp có ưu điểm là mẫu nướcchỉ cần lọc quađầu lọc kích thước 0,45pm vàtiêm vào thiết bị, không cầnphải xử lý Tuy nhiên, phương pháp cũng có hạn chế làbị ảnh hưởng bởi 150Nd2+ và 150Sm2+ (2 nguyên tố thường có trong mẫu nước mặt và mẫu nước ngầm) Sarah J.Stetson và nhóm cộng sự đã nghiên cứu và đề xuất phương án chuyển mảnh ion 75của As sang mảnh ion 91 thông qua buồng phản ứng với oxy tại collision cell Ketquả không ghi nhận củayếu tố gây nhiễu Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi chi phí đầu tư thiết bị cao [41].

Patricia A Gallagher và nhóm cộng sựpháttriển phươngphápchiết các dạng arsenic trong nền mẫu tảo bẹ bằng kỹthuật chiết dung môi tăng tốc (ASE), sau đó tiêm vàothiết bị IC-ICP-MS Các dạng arsenic (AB, AS(III), AS(V), MMA, DMA, Arsenosugar 328, Arsenosugar 428, Arsenosugar 392) Phương pháp này đạt hiệusuất chiết 50,5% ±1,1 Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi thiết bị chiết ở áp suấtcao(700psi),thiết bị tương đối đắt tiền [31].

ỉ 5.3.2 Kỹ thuật IC-HG-ICP-AES

Gettar R.T và nhóm cộng sự pháttriển phương phápxácđịnh các dạng arsenic vô cơ (As(III) vàAs(V)) và arsenichữu cơ(DMA, MMA) trên nền mẫu nướcbằngkỹ thuật IC-HG-ICP-AES Mau nước được lọc sau đó được tiêm vào hệ thống ghép nối gồmcó hệ sắc ký ion (cột trao đổi anion Hamilton PRP X-100), hệ thống tạo hơi hydride , đầu dò ICP-AES Giới hạn phát hiện của phương pháp khá thấp (As(III) - 10 ng/mL), As(V) - 15 ng/mL, MMA - 30 ng/mL, DMA - 65 ng/mL), độ thu hồi nằmtrong khoảng 73 ^ 93% ( đối với nước sông); 86 -^ 113% (đối với nước ngầm) Tuy nhiên, phương pháp này cónhược điểm là thiết bị phức tạp, khảnăng vận hành đồihỏi kỹ năng cao, chi phí đầu tư cao [42].

1.5.4 Một so phương phápxử lýmâuvà làm giàu mâu nguyêndạng arsenic trongnền mẫu rong biển

ỉ 5.4 ỉứngdụngvậtỉiệupha rắn chiết arsenic ra khỏi nền mau

Quanghiên cứu của Serife Yalcin và X Chris Le vềkhả năng lưu giữ các dạng arsenic trên mỗi cộtchiết pha rắn ứng với vật liệu hấp phụ đặc trưng là khác nhau Đối với cột chiết alumina các dạng arsenic (As(III), As(V), MMA, DMA) bị lưu giữ hoàn toàn, thích hợp cho việc tách các dạng arsenic ra khỏi nền mẫu cũng như làm giàu chất phân tích, chúng được rửa giải bang acid hydrofluoric 2M Dung dịchthu đượclàm bay hơi HF đến khô và pha loãngthành 1,0 mL bằng nước khử ion Mau đượcphân tích bang HPLC-HGAFS kết quả về phần trăm các dạng arsenic bị lưu giữ trênmỗi loại cộtchiết được thể hiện qua bảng 1.2.

Mặc dù chiết pha ran alumina lưu giữ và làm giàu tốt các dạng arsenic, nhưng việc sử dụng HF rửa giải có tính ăn mòn ảnh hưởng đến quá trình phân tích trên thiếtbị vìHF có thể làm hỏng các cột HPLC Do đó, cần kiểm soát và đảm bảo HF bay hơihoàn toàn sau đó hòatan lại trongnước 1,0 mL khửion trước HPLC phân tích [17].

Bảng 1.2 Phần trăm các dạng arsenic bị lưu giữ trên mỗi loại cộtchiết [17]

1.5.4.2 ứng dụngvặtliệuIIP để ỉàm giàu Arsenic(III)&Arsenic(V)

Quy trình tổng hợp vật liệu in dấu phân tử As-IIP: Cằn 1,6 mMol NaAsƠ2 và 6,5 mMol 1 trong 3 loại monome (l-vinylimidazole, 4-vinylpyridine và styrene)hòa tan trong 10 mL HAc/MeOH 25% (v/v) trong bình phản ứng Sau 5 phút khuấy từ, chất liên kết chéo 32 mMol ethylene glycol dimethacrylate và chất khoi mào 2,2’-azobisisobutyronitrile 40mg được đưavàohỗn hợp Sau khi khuấythêm 5 phút, hỗnhợp đượcpolymer hóaở 60 °C dưới N2không khí qua đêm, tạo ra một chất rắn cứngmàu trắng Sản phẩm được nghiền và sàng lọc qua rây 125 pm thành bột Sau khi tráng MeOH, vậtliệu xử lý bằng dòngchảy HNO3 2M với tốc độ 1 mL/phút cho đến khi mẫu không còn arsen Rửa vật liệu bằng nước cho đến khi pH trung tính Cuốicùng, sấy trong lò ở nhiệt độ 80 °C [21,22].

Kamal K Jinadasa và cộngsự khảo sát thành công vật liệu lưu giữ tốt cácdạng As(III)và As(V), ứng dụng cho chiết và làm giàu 2 dạng arsenic vô co này trong nền mẫuphứctạp như thủy sản [21].

1.5.5 Một sô phương pháp ly trích nguyên dạng arsenic trongnênmâu rong biển

Bảng 1.3 Một số công bố phân tích arsenic nguyên dạng

STTCông trình nghiên cứu

Tuyến tính

Speciation inSeaweeds [32]

0,015

Hải sảnvà rong

2-5,2 ng/g

0,25-100 ng/g

Determination offour arsenicspecies inenvironmentalwater samples by liquid

chromatography inductively coupled plasmatandem massspectrometry[41]

87,2-5 Determination of Nước 2 ng/L 6 ng/L 0,05-2 RSD<5,9 73-97%

organic anionic , 13 45 ng/L As(III),

generation- inductivelycoupled plasmaatomic emission spectrometry[42]

Việc lựa chọn phương pháplytrích phù hợp đượcđánh giádựavào đặc tính của dạngarsenic và ảnhhưởng của nền mẫu Bên cạnh đó, hiệu suất ly trích và sự chuyển đổigiữa các dạng arsenic với nhau cũng là một tiêu chí được cân nhắc khi lựa chọn Có nhiều công trình nghiên cứu được công bố với các phương pháp khác nhau vớimục đích tìm được dung môi và điều kiện tối ưu để ly trích các dạng arsenic ra khỏinền mẫu (bảng 1.4).

Bảng 1.4 Một số công bố về điều kiện ly trích và hiệu suất tương ứng

Dung môily trích

Điều kiệnly tríchHiệu suất lytrích

MeOH/H2O 50/50 (w/w)[32]

20,7-97 %

H2O [34]

Bước 1: Ly trích trongnước deion, lac vortex, ủ ở 90°C trong 45 phút

Bước 2: phần cặn ly trích với hỗn hợp CH2C12-MeOH, lắc nhẹ 60 phút

Khi sử dụng acid, khoảng95 - 100%tổng lượng arsenic được ly trích khỏi nền mẫu.Tuy nhiên, các dạng tồn tại của arsenic bị thay đổi trong cả quátrình và rất khó đểxác định riêng nồng độ ban đầu của As(III)và As(V) và được gọi chunglàarsenic vôcơ [28] Sự ổn định của dạng arsenic trong mẫu là mộtyếu tố quan trọng trong việcphân tích nguyên dạng Các dạng arsenichữu cơ phổ biến như DMA, MMAbềntrongmôi trườngtrung tính hoặcacidnên không bị ảnhhưởngbởi dung môi ly trích Ngượclại,arsenic vô cơgồm As(III) vàAs(V), dễ bị chuyển đổi qua lại khi gặp các tác nhânoxi hóa khử [29].