Tải bản đầy đủ

nghiên cứu quy trình phân tích hợp phần as iii trong nước ngầm bằng phương pháp điện di mao quản sử dụng detector độ dẫn không tiếp xúc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN




Nguyễn Kim Diễm Mai




NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH PHÂN TÍCH HỢP PHẦN AS III TRONG
NƢỚC NGẦM BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN DI MAO QUẢN
SỬ DỤNG DETECTOR ĐỘ DẪN KHÔNG TIẾP XÚC






LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC







Hà Nội – 2013



ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN



Nguyễn Kim Diễm Mai


NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH PHÂN TÍCH HỢP PHẦN AS III TRONG
NƢỚC NGẦM BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN DI MAO QUẢN
SỬ DỤNG DETECTOR ĐỘ DẪN KHÔNG TIẾP XÚC

Chuyên ngành: Hóa Môi trƣờng
Mã số: 60440120

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. DƢƠNG HỒNG ANH



Hà Nội - 2013

i

LỜI CẢM ƠN
Với những tình cảm kính trọng nhất, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới
TS. Dương Hồng Anh, người đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình truyền đạt cho em
những kiến thức để hoàn thành luận văn này.
Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới GS. Phạm Hùng Việt – Giám đốc Trung


tâm Nghiên cứu Công nghệ Môi trường và Phát triển Bền vững, Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho em
được thực hiện đề tài tại Trung tâm.
Em xin gửi lời cám ơn tới các Thầy, Cô giáo trong khoa Hóa học, Trường
Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình truyền đạt cho
em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập tại đây.
Đề tài của em sẽ không thể hoàn thành nếu không có sự giúp đỡ của các Cán
bộ, các Anh, Chị, và bạn bè ở Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Môi trường và
Phát triển Bền vững. Em xin chân thành cám ơn sự quan tâm của mọi người đã
dành cho em trong suốt quá trình nghiên cứu.
Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến các Thầy, Cô và Cán bộ trường Đại học
Sư Phạm Tp.Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho em được chuyên tâm học
tập và nghiên cứu trong suốt thời gian qua.
Để có cơ hội thực hiện nghiên cứu này, em xin chân thành cám ơn đề tài mã
số 104.07-210.21 của Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ quốc gia và đề tài mã
số CS.2013.19.19 của Trường Đại học Sư Phạm Tp.HCM đã cấp hỗ trợ kinh phí
cho em hoàn thành nghiên cứu này.
Cuối cùng, em xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến Bố, Mẹ và các Anh, Chị, Em
trong gia đình vì đã luôn ở bên cạnh động viên, ủng hộ và tạo điều kiện thuận lợi
nhất giúp em hoàn thành giai đoạn học tập và nghiên cứu này.
Học viên
Nguyễn Kim Diễm Mai

ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN 1
DANH MỤC HÌNH v
DANH MỤC BẢNG vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix
MỞ ĐẦU x
Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1
1.1. Một số vấn đề về Asen và ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm 1
1.1.1. Khát quát chung về Asen 1
1.1.2. Tác dụng hóa sinh của As 2
1.1.3. Ô nhiễm Asen trên thế giới và Việt Nam 4
1.1.4. Các phƣơng pháp xác định As 7
1.2. Phƣơng pháp điện di mao quản 11
1.2.1. Giới thiệu và phân loại các phƣơng pháp điện di mao quản 11
1.2.2. Cơ sở của phƣơng pháp điện di mao quản 13
1.2.3. Các phƣơng pháp bơm mẫu trong điện di mao quản 18
1.2.4. Các yếu tố ảnh hƣởng trong phân tích điện di mao quản 20
1.2.5. Các loại đetectơ dùng trong kĩ thuật điện di mao quản 24
1.2.6. Ứng dụng của phƣơng pháp điện di mao quản 28
1.3. Kết luận chung phần tổng quan 30
Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM 32
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 32
2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu 32
2.1.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 32
2.1.3. Nội dung nghiên cứu 32
2.2. Trang thiết bị, dụng cụ và hóa chất 33
2.2.1. Trang thiết bị, dụng cụ 33
2.2.2. Hóa chất 33
2.2.3. Chuẩn bị các dung dịch chuẩn và hóa chất thí nghiệm 34

iii

2.2.4. Quy trình xử lý mao quản trƣớc khi sử dụng 34
2.3. Tối ƣu hóa các điều kiện phân tích As(III) trong nƣớc bằng phƣơng pháp điện
di mao quản 35
2.3.1. Tối ƣu hóa thành phần pha động điện di 35
2.3.2. Khảo sát dung dịch dùng để pha mẫu 35
2.3.3. Lựa chọn phƣơng pháp bơm mẫu 35
2.3.4. Nghiên cứu ảnh hƣởng của các ion nền đến việc xác định As(III) 36
2.3.5. Xây dựng khoảng tuyến tính và đánh giá phƣơng pháp 36
2.3.6. Phƣơng pháp thêm chuẩn (Standard addition method) 37
2.4. Ứng dụng quy trình tối ƣu để phân tích As(III) trong một số mẫu nƣớc giếng
khoan 38
2.4.1. Lấy mẫu 38
2.4.2. Phân tích mẫu 38
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40
3.1. Tối ƣu hóa dung dịch đệm điện di 40
3.1.1. Khảo sát lựa chọn dung dịch đệm điện di 40
3.1.2. Khảo sát ảnh hƣởng pH của dung dịch đệm dựa trên MES và Arg 44
3.1.3. Khảo sát ảnh hƣởng của độ dẫn dung dịch đệm ở pH 8,9 46
3.2. Tối ƣu hóa điều kiện pha mẫu 48
3.2.1. Khảo sát dung dịch pha mẫu 48
3.2.2. Khảo sát nồng độ Arginine pha mẫu 49
3.3. Tối ƣu hóa điều kiện bơm mẫu 51
3.3.1. Khảo sát phƣơng pháp bơm mẫu 51
3.3.2. Khảo sát thời gian bơm mẫu 52
3.4. Khảo sát ảnh hƣởng cuả các ion nền cơ bản 54
3.4.1. Ảnh hƣởng của các anion Cl
-
, NO
2
-
, SO
4
2-
, PO
4
3-
54
3.4.2. Ảnh hƣởng của bicacbonat 55
3.4.3. Ảnh hƣởng của Fe(II) 57
3.5. Khảo sát ảnh hƣởng của điện thế tách 61

iv

3.6. Thẩm định phƣơng pháp 63
3.6.1. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lƣợng (LOQ) của thiết bị 63
3.6.2. Khảo sát khoảng tuyến tính 64
3.6.3. Đánh giá độ lặp lại và hiệu suất thu hồi của phƣơng pháp thêm chuẩn
trong phân tích As(III) bằng hệ thiết bị điện di mao quản 66
3.6.4. Phân tích hàm lƣợng As(III) trong mẫu nƣớc ngầm 67
KẾT LUẬN 74
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐƢỢC CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN
VĂN 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO 76
PHỤ LỤC


v


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của As theo pH – Eh 1
Hình 1.2. Sự xâm nhập của asen và những hợp chất của nó trong cơ thể. 4
Hình 1.3. Cấu tạo hệ thiết bị điện di mao quản. 12
Hình 1.4. Lớp điện kép trên thành mao quản Silic 15
Hình 1.5. Vận tốc của các ion dƣới tác dụng của dòng EOF 16
Hình 1.6. Các kiểu dòng chảy trong mao quản và tín hiệu tƣơng ứng 17
Hình 1.7. Các phƣơng pháp bơm mẫu trong điện di mao quản 20
Hình 1.8. Các gradient nhiệt và sự hình thành dòng chảy hình parabol trong mao
quản 20
Hình 1.9. Biểu đồ sự phụ thuộc vào pH của độ linh động dòng điện thẩm 22
Hình 1.10. Tín hiệu thu đƣợc từ việc tách một ion từ dung dịch bằng màng chọn
lọc ion 25
Hình 1.11. Sơ đồ đetectơ không tiếp xúc kiểu tụ điện. 28
Hình 3.1. Tín hiệu As(III) 5mg/L khi dùng đệm 12mM CAPS 42
Hình 3.2. Tín hiệu As(III) 5mg/L khi dùng đệm 12mM CHES 42
Hình 3.3. Tín hiệu Asen(III) 5mg/L khi dùng đệm 12mM MES 42
Hình 3.4. Tín hiệu Asen(III) 5mg/L khi dùng đệm 12mM MOPS 42
Hình 3.5. Tín hiệu As(III) 5mg/L trong các dung dịch pha động điện di 43
Hình 3.6. Ảnh hƣởng của pH dung dịch đệm đến tín hiệu As(III) 5mg/L. 45
Hình 3.7. Ảnh hƣởng của độ dẫn dung dịch đệm đến tín hiệu As(III) 5mg/L. 47
Hình 3.8. Ảnh hƣởng của các dung dịch pha mẫu đến tín hiệu As(III) 5mg/L. . 49
Hình 3.9. So sánh chiều cao pic As(III) 1mg/L từ hai phƣơng pháp bơm mẫu. . 52

vi

Hình 3.10. Ảnh hƣởng của thời gian bơm mẫu bằng điện động học đến tín hiệu
As(III) 100g/L. 53
Hình 3.11. Điện di đồ thể hiện ảnh hƣởng của thời gian bơm mẫu bằng điện động
học đến tín hiệu của As(III) 100µg/L. 53
Hình 3.12. Ảnh hƣởng của các anion nền cơ bản đến chiều cao tín hiệu pic
As(III) 100g/L. 54
Hình 3.13. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của quá trình loại bicacbonat bằng nhựa
trao đổi cation đến tín hiệu của As(III) 100µg/L. 57
Hình 3.14. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của các chất tạo phức với sắt đến tín hiệu
của As(III) 100µg/L. 59
Hình 3.15. Chứng minh ảnh hƣởng của Fe(II) đến tín hiệu As(III) 100µg/L. 61
Hình 3.16. Ảnh hƣởng của điện thế tách đến tín hiệu của As(III) 75µg/L. 62
Hình 3.17. Ảnh hƣởng của hiệu điện thế tách đến tín hiệu As(III) 75g/L 63
Hình 3.18. Khoảng tuyến tính phân tích As(III) bằng phƣơng pháp điện di mao
quản. 65
Hình 3.19. Quy trình phân tích trực tiếp As(III) bằng phƣơng pháp CE-C
4
D và so
sánh bằng AAS. 68
Hình 3.20. So sánh kết quả đo As(III) trong mẫu nƣớc ngầm bằng hai phƣơng
pháp CE-C
4
D và AAS. 70
Hình 3.21. Điện di đồ As(III) của mẫu nƣớc ngầm VPNN 15 71

vii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm ở các nƣớc trên thế giới 5
Bảng 1.2. Tổng hợp kết quả phân tích As do UNICEF hỗ trợ 2001–2004 6
Bảng 1.3. Một số hệ đệm thông dụng trong kỹ thuật CE 22
Bảng 3.1. Kết quả khảo sát các dung dịch pha động điện di dùng trong phân tích
As(III) 5mg/L bằng phƣơng pháp điện di mao quản CE-C
4
D 41
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH dung dịch đệm đến tín hiệu của
As(III)5mg/L bằng phƣơng pháp điện di mao quản CE-C
4
D 44
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của độ dẫn dung dịch đệm đến tín hiệu
của As(III)5mg/L bằng phƣơng pháp điện di mao quản CE-C
4
D 46
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của các dung dịch pha mẫu đến tín hiệu
của As(III)5mg/L bằng phƣơng pháp điện di mao quản CE-C
4
D 48
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch Arginine dùng để
pha mẫu đến tín hiệu của As(III) 5mg/L 50
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của quá trình loại bicacbonat bằng nhựa
trao đổi cation đến tín hiệu của As(III) 100µg/L 56
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của Fe
2+
đến tín hiệu As(III) 100µg/L 60
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát giá trị LOD của thiết bị điện di mao quản trong phân
tích As(III) 64
Bảng 3.9. Khảo sát khoảng tuyến tính phân tích As(III) bằng phƣơng pháp CE 65
Bảng 3.10. Đánh giá độ lặp lại và hiệu suất thu hồi của phƣơng pháp phân tích
As(III) bằng hệ thiết bị điện di mao quản 66
Bảng 3.11. Kết quả phân tích As(III) của 15 mẫu nƣớc giếng khoan tại xã Vạn
Phúc, Thanh Trì, Hà Nội 69

viii

Bảng 3.12. Kết quả phân tích hàm lƣợng các ion nền cơ bản của 15 mẫu nƣớc
ngầm tại xã Vạn Phúc 72


ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

 AAS: phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic Absorption Spectrophotometric)
 AC: Dòng điện xoay chiều (alternating current)
 Arg: L-Arginine (2-Amino-5-guanidinopentanoic)
 ATP: Adenozin triphotphat
 C
4
D: Đêtectơ đo độ dẫn không tiếp xúc kiểu tụ điện (Capicitively Coupled
Contactless Conductivity Detection)
 CAPS: Axit 3-(cyclohexylamin)-1-propansunfonic (C
9
H
19
NO
3
S)
 CE: Điện di mao quản (Capillary Electrophoresis)
 CHES: Axit 2-(cyclohexylamin)etansunfonic (C
8
H
17
NO
3
S, p.a., Fluka
 CTAB: Hexađexyltrimetyl amonibromit
 CZE: Điện di mao quản vùng (Capillary Zone Electrophoresis)
 DC: Dòng điện một chiều (direct current)
 EOF: Dòng điện di thẩm thấu (electroosmotic flow)
 HĐBM: Chất hoạt động bề mặt
 LOD: Giới hạn xác định (limit of detection)
 LOQ: Giới hạn định lƣợng (limit of quantity)
 MS: Khối phổ (Mass spectrophotometry)
 MES: Axit 2-mopholinetansunfonic (C
6
H
13
NO
4
S)
 MOPS: Axit 3-mopholinpropansunfonic (C
7
H
15
NO
4
S)
 QCVN: Quy chuẩn Việt Nam
 UNICEF: Quỹ Nhi Đồng Liên Hợp Quốc (United Nations International
Children's Emergency Fund)
 UV-Vis: Quang phổ hấp thụ phân tử vùng tử ngoại và khả kiến



x

MỞ ĐẦU

Trong vài chục năm trở lại đây, nƣớc ngầm đƣợc sử dụng rất phổ biến cho nhu
cầu ăn uống, sinh hoạt của ngƣời dân Việt Nam, đặc biệt tại các vùng đồng bằng, đô
thị đông dân cƣ. Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu đã cho thấy nƣớc ngầm tại một số khu
vực có hàm lƣợng asen, mangan, amoni,… cao hơn tiêu chuẩn cho phép trong nƣớc
sinh hoạt. Trong số các chất kể trên thì asen là nguyên tố có độc tính cao, sự tích lũy
asen vào cơ thể trong thời gian dài kể cả ở hàm lƣợng thấp cũng gây nên nhiều tác
hại nghiêm trọng cho sức khỏe nhƣ: ung thƣ da, ung thƣ phổi, các bệnh ở gan, bàng
quang,….
Ngày nay, ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm đang là vấn đề thu hút sự quan tâm
của các nhà khoa học trên thế giới. Ở Băngladet và Ấn Độ có khoảng 36 triệu ngƣời
đang đối mặt với nguy cơ về sức khỏe có liên quan đến nhiễm độc asen. Đồng thời,
nguồn nƣớc ngầm ở một số địa phƣơng ở nƣớc ta nhƣ: Hà Nam, Hà Tây, Hƣng
Yên,…cũng bị ô ngiễm As nghiêm trọng [14]. Do đó việc định lƣợng asen trong
nƣớc ngầm bằng các phƣơng pháp có độ chính xác cao và dễ áp dụng ở mọi nơi là
vô cùng cần thiết.
Cùng với các nghiên cứu khác, đề tài “Nghiên cứu quy trình phân tích hợp
phần asen III trong nước ngầm bằng phương pháp điện di mao quản sử dụng
detector độ dẫn không tiếp xúc” mong muốn đóng góp một phần vào việc xây
dựng một bức tranh chung về hiện tƣợng ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm ở nƣớc ta
và giúp các nhà quản lí đề ra các biện pháp nhằm ngăn ngừa và giảm thiểu nguy cơ
phơi nhiễm asen của ngƣời dân. Áp dụng kĩ thuật phân tích điện di mao quản là một
hƣớng tiếp cận khá mới về phƣơng pháp phân tích As(III). Sau các thành công đã
đạt đƣợc trong luận văn này, hy vọng rằng có thể phát triển phƣơng pháp vào mục
đích chế tạo thiết bị phân tích As(III) hiện trƣờng, phục vụ cho việc phân tích nhanh
một lƣợng lớn mẫu nƣớc ngầm tại các hộ dân với độ đúng, độ lặp lại, giới hạn phát
hiện và giới hạn định lƣợng thỏa mãn QCVN cho phép đối với nƣớc ngầm là
50g/L.

1

Chƣơng 1. TỔNG QUAN

1.1. Một số vấn đề về Asen và ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm
1.1.1. Khát quát chung về Asen
As là nguyên tố hình thành tự nhiên trong vỏ trái đất. Ngƣời ta thƣờng tìm
thấy As tồn tại dƣới dạng hợp chất với một hay một số nguyên tố khác nhƣ oxy, clo
và lƣu huỳnh, As kết hợp với những nguyên tố trên tạo thành các hợp chất As vô
cơ nhƣ các khoáng vật: đá thiên thạch, Reagal (AsS), Orpiment (As
2
S
3
), Arsenolite
(As
2
O
3
),… Hợp chất của As với cacbon và hyđro gọi là hợp chất As hữu cơ. Các
hợp chất chứa As, cả vô cơ và hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo. Các
dạng hợp chất hữu cơ của As thƣờng ít độc hại so với các hợp chất As vô cơ [1].
Asen và các hợp chất vô cơ của nó là những chất rất độc, chúng tồn tại phổ
biến trong thiên nhiên và cũng có mặt trong sản xuất công nghiệp. Asen là một á
kim màu xám trắng, mùi tỏi, khối lƣợng riêng d=5,7, nhiệt độ nóng chảy là 810
o
C
(p=30 atm) [8]. Trong dung dịch, tùy thuộc vào pH và thế oxi hóa khử mà As tồn tại
ở các dạng khác nhau nhƣ: H
3
AsO
3
, H
2
AsO
3
-
, HAsO
3
2-
, AsO
3
3-
, H
3
AsO
4
, H
2
AsO
4
-
,
HAsO
4
2-
, và AsO
4
3-
.

Hình 1.1. Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của As theo pH – Eh [45].


2

Qua giản đồ Hình 1.1 cho thấy: As(III) tồn tại chủ yếu trong điều kiện môi
trƣờng khử, trong khi đó, As(V) cho thấy bền hơn trong điều kiện môi trƣờng có
tính oxi hóa. Axit H
3
AsO
4
có giá trị hằng số phân ly axit pK
1
= 2,2; pK
2
=7,1 và
pK
3
=11,5; còn axit H
3
AsO
3
có pK
1
=9,2; pK
2
=12,3 và pK
3
=13,4.
Asen vô cơ thƣờng tồn tại ở dạng muối asenit, asenat và các oxit asen. Các
dạng As hữu cơ nhƣ metyl-, đimetyl-, trimetyl-asenic, thƣờng có trong mô của các
loài động thực vật. Trong môi trƣờng tự nhiên, Asen thƣờng tồn tại ở bốn trạng thái
oxi hóa là –3, 0, 3 và 5, đặc biệt trong môi trƣờng thủy quyển, As xuất hiện chủ yếu
ở hai dạng là asenit (III) và asenat (V). Trạng thái oxi hóa, dạng tồn tại của As sẽ
quyết định độc tính, sự linh động và khả năng vận chuyển của nó trong môi trƣờng.
Độc tính của các hợp chất As đối với sinh vật tăng dần theo dãy: asen → hợp chất
As hữu cơ → asenat → asenit → asin. Trong môi trƣờng sinh thái, các dạng hợp
chất As hóa trị III có độc tính cao hơn dạng hóa trị V khoảng 50 lần. Môi trƣờng
khử là điều kiện thuận lợi để cho nhiều hợp chất As hóa trị V chuyển sang As hóa
trị III. Trong những hợp chất As thì H
3
AsO
3
độc hơn H
3
AsO
4
. Dƣới tác dụng của
các yếu tố ôxy hóa trong đất thì H
3
AsO
3
có thể chuyển thành dạng H
3
AsO
4
. Thế
ôxy hóa – khử, độ pH của môi trƣờng và lƣợng kaloit giàu Fe
3+
là những yếu tố
quan trọng tác động đến quá trình ôxy hóa – khử các hợp chất As trong tự nhiên.
Những yếu tố này có ý nghĩa làm tăng hay giảm tính độc của các hợp chất As trong
môi trƣờng sống [1].

1.1.2. Tác dụng hóa sinh của As [1, 11]
Về mặt sinh học, Asen(III) thể hiện tính độc bằng việc tấn công lên các nhóm
–SH của các enzym, làm ức chế hoạt động của enzyme Dihydrolipoic acid protein
là enzyme trong chu trình acid citric.

3


Mặt khác do có tính chất hóa học tƣơng tự nhƣ photpho mà As cũng có thể
gây tƣơng tác xấu trong các quá trình sinh hóa có sự tham gia của photpho. Chẳng
hạn trong sự tạo thành ATP (ademosine triphoglyphate) khi có mặt của As sẽ gây
trở ngại trong quá trình tạo 1,3 – Diphotphoglycerate và cho ra sản phẩm 1 – arseno
– 3 – photphoglycerate gây hiệu ứng xấu cho cơ thể.
Quá trình tạo thành ATP bình thƣờng nhƣ sau:

Khi có mặt của AsO
4
3-
:


4

Nhƣ vậy, tác dụng hóa sinh chính của As là: làm đông tụ protein, tạo phức
với coenzyme và phá hủy quá trình photphat hóa tạo ra ATP.
Các biểu hiện đầu tiên của bệnh nhiễm độc As là chứng sạm da (melanosis),
dầy biểu bì (keratosis), từ đó dẫn đến hoại thƣ hay ung thƣ da. Ngoài ra, As còn là
nguyên nhân gây ra các chứng bệnh nhƣ: rối loạn thần kinh, đau các khớp xƣơng,
ung thƣ phổi, bàng quang,…
Sự xâm nhập, phân bố và lƣu trữ của As cũng nhƣ các hợp chất của nó trong
cơ thể ngƣời có thể hình dung theo sơ đồ sau:

Hình 1.2. Sự xâm nhập của asen và những hợp chất của nó trong cơ thể.

1.1.3. Ô nhiễm Asen trên thế giới và Việt Nam
1.1.3.1. Ô nhiễm As trên thế giới
Vấn đề ô nhiễm As trong nƣớc ngầm không còn là một vấn đề mới, nó đã
đƣợc phát hiện ở nhiều nơi trên thế giới nhƣ Achentina, Mêhicô, Chilê, Mỹ,
Canada, Trung Quốc, Đài Loan, Thái Lan, Ấn Độ, Bangladet và Việt Nam,
v.v…với nồng độ lớn hơn 50 g/L [35, 45]. Ƣớc tính có tới hàng chục triệu ngƣời
trên thế giới đang sống trong những vùng môi trƣờng giàu As có nguy cơ đe doạ
sức khỏe và tính mạng.

5

Về mặt dân số bị phơi nhiễm As bởi sử dụng nƣớc ngầm bị ô nhiễm làm
nƣớc ăn uống và sinh hoạt, thì đồng bằng của Bangladet và tây Bengal là vùng bị
ảnh hƣởng lớn nhất và nghiêm trọng nhất. Tại Bănglađet có khoảng 2–4 triệu giếng
khoan khai thác nƣớc. Thử nghiệm 8000 giếng khoan ở 60 trong 64 tỉnh cả nƣớc
cho thấy tới 51% số mẫu nƣớc có hàm lƣợng As vƣợt quá 0,05mg/1 (ngƣỡng quy
định của tổ chức WHO là 0,01 mg/1), ƣớc tính tới 50 triệu dân Bănglađet uống
nƣớc bị ô nhiễm As [6].
Một nghiên cứu đã tìm thấy nồng độ As trong các mẫu nƣớc ngầm từ tây
nam Đài Loan trong khoảng rộng từ 10 đến 1800 µg/L (trung bình 500 µg/L, n =
126) và nhận thấy rằng một nửa số mẫu đƣợc phân tích có nồng độ As từ 400–700
µg/L. Ở đông bắc Đài Loan, đã tìm thấy nồng độ As trong một số nƣớc ngầm lớn
hơn 600 µg/L với giá trị trung bình là 135 g/L (377 mẫu).
Ở Thái Lan, huyện Ron Phibun là một khu vực phát hiện nƣớc ngầm bị ô
nhiễm As liên quan đến hoạt động khai thác mỏ thiếc. Nồng độ As lên đến 5000
µg/L đƣợc tìm thấy trong nƣớc ngầm nông từ trầm tích phù sa Đệ Tứ nơi mà đƣợc
nạo vét trong suốt quá trình hoạt động khai thác mỏ.
Mức độ ô nhiễm As trong nƣớc ngầm ở một số quốc gia và số lƣợng dân chịu
ảnh hƣởng do khai thác nƣớc ngầm sử dụng cho mục đích ăn uống và sinh hoạt
đƣợc thể hiện ở Bảng 1.3.
Bảng 1.1. Ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm ở các nƣớc trên thế giới [6]
Địa điểm
Số ngƣời bị
phơi nhiễm
As trong nƣớc
ngầm (g/L)
Tiêu chuẩn cho
phép (g/L)
Achentina
2.000.000
100–1000
50
Bangladet
50.000.000
<1–4700
50
Chilê
437.000
900–1040
50
Vùng nội Mông, Trung Quốc
600.000
1–2400
50
Tỉnh Xinjiang, Trung Quốc
100.000
1–8000
50
Hungary
220.000
10–176
10

6

Tây Bengan, Ấn Độ
1.000.000
<10–3900
50
Mêhicô
400.000
10–4100
50
Pêru
250.000
500
50
Đài Loan
200.000
10–1820
10
Ronpibun, Thái Lan
1000
1–5000
50
Việt Nam
hàng triệu
1–3050
10
1.1.3.2. Ô nhiễm asen trong nước ngầm ở Việt Nam
Vấn đề ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm ở Việt nam những năm gần đây đã
đƣợc nhiều tổ chức và các nhà nghiên cứu trong nƣớc, nƣớc ngoài quan tâm. Theo
đánh giá của UNICEF, Việt Nam có khoảng 20,48% dân số tức là khoảng 17 triệu
dân sử dụng nƣớc giếng khoan. Nhiều nghiên cứu đã cho thấy nƣớc ngầm đƣợc sử
dụng nhiều ở đồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long cho các mục đích sinh hoạt
và sản xuất đang đứng trƣớc nguy cơ ô nhiễm asen tự nhiên [3, 7, 12].
Cũng theo kết quả nghiên cứu của tổ chức này cho thấy ở hai khu vực Hà
Nam và Hà Tây có mức độ ô nhiễm asen cao nhất có thể so sánh với mức độ ô
nhiễm ở Bănglađet. Ở Hà Nam có tới 50,2% trong tổng số 7024 mẫu nƣớc giếng
khoan đƣợc khảo sát có nồng độ asen lớn hơn 50 μg/L. Ngoài ra còn một số tỉnh
cũng bị ô nhiễm đáng kể nhƣ Hƣng Yên, Nam Định, Hải Dƣơng. Kết quả tổng hợp
của UNICEF từ 2001–2004 ở một số tỉnh thuộc khu vực đồng bằng sông Hồng
đƣợc thể hiện trong bảng dƣới đây.
Bảng 1.2. Tổng hợp kết quả phân tích As do UNICEF hỗ trợ 2001–2004 [12]
Địa điểm
Tổng số
giếng khoan
Tổng số
mẫu
Số mẫu có nồng
độ As > 50 μg/L
% mẫu có nồng
độ As > 50 μg/L
Hà Nam
49000
7042
3534
50,2
Hà Tây
180891
1368
338
24,7
Hƣng Yên
147933
3384
310
9,2
Nam Định
42933
605
104
7,2
Hải Dƣơng
57938
480
3
0,6

7

Một nghiên cứu trên diện rộng ở đồng bằng sông Hồng do Trung tâm Nghiên
cứu Công nghệ Môi trƣờng và Phát triển Bền vững (CETASD), Trƣờng Đại học
Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội kết hợp với các chuyên gia thuộc
Viện Khoa học và Công nghệ Nƣớc (Eawag), Liên bang Thuỵ Sĩ đã tiến hành (từ
năm 2005 đến 2007) khảo sát ngẫu nhiên trên toàn khu vực đồng bằng sông Hồng,
với tổng số 461 mẫu nƣớc giếng khoan với mật độ khoảng 6 km
2
/mẫu, trong phạm
vi 15 tỉnh, đó là Phú Thọ, Vĩnh Phúc, Hoà Bình, Hà Tây, Hà Nội, Bắc Ninh, Bắc
Giang, Quảng Ninh, Hải Dƣơng, Hải Phòng, Hƣng Yên, Hà Nam, Nam Định, Thái
Bình, Ninh Bình [37]. Kết quả phân tích cho thấy hàm lƣợng asen có sự thay đổi
trong một khoảng rất rộng, từ mức nhỏ hơn < 0,1 µg/l cho tới hơn 810 µg/l. Trong
đó, 73% số mẫu có hàm lƣợng nhỏ hơn 10µg/l, đạt tiêu chuẩn nƣớc uống về asen
của Bộ Y tế Việt Nam, 16% số mẫu có lƣợng asen nằm trong khoảng 10–50 µg/l,
8% số mẫu có lƣợng asen nằm trong khoảng 50–200 µg/l, và 3% số mẫu có lƣợng
asen rất cao, lớn hơn 200 µg/l.
Một số tài liệu bƣớc đầu cho thấy hàm lƣợng nền của As trong nƣớc dƣới đất
đồng bằng Nam Bộ không cao, thƣờng dƣới QCVN, nhƣng trong đó vẫn có một số
điểm cần lƣu ý nhƣ Trà Vinh, Cần Thơ, Bến Tre, TP Hồ Chí Minh. Kết quả điều tra
nghiên cứu của Trung tâm Địa chất khoáng sản biển và Đại học Khoa học tự nhiên,
ĐHQG Hà Nội cho thấy nƣớc biển ven bờ Việt Nam có biểu hiện ô nhiễm As nhƣ
Đông–Nam cửa Gềnh Hào (Cà Mau), As = 0,36–0,4 mg/L [1].

1.1.4. Các phƣơng pháp xác định As
1.1.4.1. Phương pháp trắc quang
a. Phƣơng pháp đo quang xác định tổng lƣợng As với bạc
dietyldithiocacbamat
Sau khi oxi hóa các chất hữu cơ hoặc sunphít trong nƣớc bằng cách đun nóng
với kali pemanganat và kali perodisunfat, thì tiến hành khử asen hóa trị V sang hóa
trị III. Sau đó khử asen hóa trị III thành AsH
3
(asin) bằng NaBH
3
trong môi trƣờng

8

axit. Cho asin phản ứng với dung dịch bạc dietyldithiocacbamat trong clorofom
hoặc pyridin và đo quang phổ (phức chất màu đỏ - tím) ở bƣớc sóng 510 nm hoặc
525 nm tƣơng ứng với mỗi dung môi. Theo TCVN 6182: 1996, đây là phƣơng pháp
tiêu chuẩn cho phép xác định Asen trong nƣớc ở nồng độ từ 0,001 đến 0,1 mg/L.
b. Phƣơng pháp xác định As ở dạng xanh Molipdic
Theo phƣơng pháp này, ion asenat phản ứng với ion molipdat tạo thành phức
màu vàng. Sau đó phức này bị khử bởi các chất khử nhƣ: Hidrazin, SnCl
2
,
hydroquinon, hay axit ascobic thành dung dịch màu xanh có λ
max
=810 nm. Do chỉ
có As (V) tạo phức màu vàng với ion molipdat, nên trƣớc khi xác định phải chuyển
tất cả các dạng hóa trị của As về As (V).
c. Phƣơng pháp trắc quang sử dụng muối bạc nitrat [9]
Dùng dòng hidro mới sinh từ phản ứng của NaBH
4
với axit H
2
SO
4
để khử
hợp chất As(III) thành asin, nếu trong mẫu phân tích có As(V) thì phải khử sơ bộ
As(V) thành As(III) vì quá trình khử As(V) thành asin bằng hidro mới sinh thƣờng
xảy ra với hiệu suất thấp.
NaBH
4
+ H
+
+ 3H
2
O  H
3
BO
3
+ Na
+
+ 8[H]
12[H] + 2As
3+
 2AsH
3
+ 3H
2

Khí asin sinh ra đƣợc hấp thụ vào dung dịch hỗn hợp HNO
3
-AgNO
3
-
C
2
H
5
OH–PVA sẽ tạo ra kết tủa Ag
3
As.3AgNO
3
màu vàng. Sau một thời gian dung
dịch hấp thụ sẽ có màu vàng và có λ
max
=408nm.
AgH
3
+ 6AgNO
3
 Ag
3
As.3.AgNO
3vàng
+ 3HNO
3
1.1.4.2. Phương pháp kích hoạt notron
Đây là phƣơng pháp xác định As khá nhạy. Sau khi đƣợc hấp thụ thêm một
electron, đồng vị
75
As bị chuyển hóa thành
76
As. Theo phƣơng pháp này các định
đƣợc tổng hàm lƣợng As. Giới hạn phát hiện của phƣơng pháp là 1ng/L. Phƣơng
pháp này đƣợc sử dụng nhiều trong các mẫu sinh học

9

1.1.4.3. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử
Hiện nay, AAS đƣợc coi là phƣơng pháp tiêu chuẩn cho việc xác định tổng
hàm lƣợng As. As cùng với các nguyên tố khó hóa hơi khác nhƣ Se, Bi, Pb,
Hg,Te,… đƣợc xác định theo phƣơng pháp hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật hidrua
hóa (AAS-HVG). Hợp chất hidrua sau khi tạo thành bằng cách để khử hợp chất
As(III) đƣợc mang vào buồng nguyên tử hóa của máy hấp thụ nguyên tử bằng dòng
khí trơ Argon. Dùng năng lƣợng ngọn lửa C
2
H
2
-không khí làm nguồn duy trì đám
hơi nguyên tử của As. Chiếu chùm tia đơn sắc từ đèn catot của As vào đám hơi
nguyên tử khi đó As sẽ hấp thụ ở bƣớc sóng 193,7nm.
Phƣơng pháp AAS sử dụng kỹ thuật Hidrua hóa có độ nhạy cao, cho kết quả
ổn định, lại loại đƣợc ảnh hƣởng của nền mẫu. Phƣơng pháp này cho phép xác định
As ở hàm lƣợng thấp (cỡ µg/L) mà không cần phải làm giàu. Nhƣợc điểm lớn nhất
của phƣơng pháp này là chỉ cho biết hàm lƣợng As tổng mà không cho biết hàm
lƣợng các dạng As.
1.1.4.4. Phương pháp điện hóa
Các phƣơng pháp điện hóa xác định As gồm có phƣơng pháp cực phổ và
von-ampe hòa tan. Do As(V) hoạt động điện hóa kém nên thƣờng chỉ phát hiện
đƣợc As(III), còn As(V) phải thực hiện thêm bƣớc khử về As(III) trƣớc khi phân
tích [11].
Theo phƣơng pháp cực phổ, sóng cực phổ của As (III) đƣợc xác định trực
tiếp trong nền HCl 1M hoặc HClO
4
, phƣơng pháp này cho phép xác định asenit
trong khoảng 0,6 – 60mg/L
Theo phƣơng pháp von-ampe hòa tan, có thể sử dụng điện cực giọt thủy ngân
treo hoặc là điện cực glassy-cacbon. Phƣơng pháp này thực chất bao gồm hai giai
đoạn. Giai đoạn đầu, chất phân tích đƣợc làm giàu trên bề mặt điện cực. Sau đó
ngừng điện phân trong một thời gian ngắn để cho chất phân tích phân bố đều trên bề
mặt điện cực. Tiếp theo tiến hành phân cực điện cực theo chiều ngƣợc lại và ghi

10

tính hiệu hòa tan. Phƣơng pháp này cho phép xác định trực tiếp As (III) và cho giới
hạn xác định As khá thấp cỡ µg/L.
1.1.4.5. Phương pháp quang phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS)
Đối với phƣơng pháp ICP-MS, mẫu phân tích lỏng đƣợc bơm vào nguồn
plasma; ở đó do nhiệt độ cao của nguồn, mẫu bị bay hơi, nguyên tử hóa và ion hóa.
Các ion tạo thành đƣợc tách khỏi nguồn plasma bằng hệ bơm chân không, sau đó
đƣợc dẫn qua hệ thống khối phổ tứ cực, ở đó các ion đƣợc phân tách dựa theo tỷ số
khối lƣợng/điện tích của chúng và đƣợc phát hiện nhờ nhân quang điện hoặc
đetectơ Faraday. Đối với phƣơng pháp đo này có thể phân tích asen với giới hạn
phát hiện khoảng 0,1g/L [4].
1.1.4.6. Phương pháp điện di mao quản
Dùng phƣơng pháp điện di mao quản để phân tích hàm lƣợng các dạng của
một nguyên tố có nhiều trạng thái oxy hóa đang là hƣớng tiếp cận mới, thu hút
nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới và As là một trong những đối
tƣợng đƣợc quan tâm nhất. Để đạt đƣợc hiệu quả phân tích cao, các nhà khoa học đã
tích hợp hệ CE với các đetectơ khác nhau nhƣ: đetectơ UV-Vis, đetectơ huỳnh
quang, đetectơ MS
Nghiên cứu đầu tiên trong phân tích các dạng As bằng phƣơng pháp điện di
mao quản đƣợc thực hiện bởi Wilman [58]. Trong nghiên cứu này, As(III) và As(V)
trong nền mẫu nƣớc tiểu đƣợc phân tích bằng kĩ thuật UV gián tiếp, tuy nhiên, giới
hạn phát hiện còn cao (cỡ vài mg/L). Baohuo Sun và các cộng sự đã phân tích riêng
rẽ các dạng As và Se bằng đetectơ UV-Vis trực tiếp. Giới hạn phát hiện của phƣơng
pháp này cũng còn cao, 1,02mg/L đối với As (III) và 1,50mg/L đối với As (V) [47].
Trong một nghiên cứu khác, Feng Li và các cộng sự đã tích hợp hệ CE với đetectơ
huỳnh quang phân tích đƣợc các dạng As (III) và As (V) với giới hạn phát hiện đạt
76µg/L đối với As (III) và 112µg/L đối với As (V) [31]. Một số kỹ thuật phát hiện
nhằm nâng cao độ nhạy cho phân tích As đã đƣợc phát triển nhƣ kỹ thuật phát hiện
tia X, huỳnh quang laze gián tiếp và độ dẫn cho thấy phù hợp với phân tích từng

11

dạng As nhƣng độ nhạy cũng chỉ đạt tƣơng đƣơng với kỹ thuật UV gián tiếp [2].
Với phƣơng pháp điện di mao quản sử dụng đetectơ khối phổ [17, 25], độ nhạy
phân tích các dạng As hữu cơ khá tốt nhƣng lại không tốt cho các dạng As vô cơ.
Nhƣ vậy, với các đetectơ quang nhƣợc điểm lớn nhất là độ nhạy chƣa đạt đƣợc tiêu
chuẩn để phân tích As trong mẫu thực tế
Để nâng cao độ nhạy của phƣơng pháp, Liu và các cộng sự đã kết hợp hệ CE
với đetectơ ICP-MS, kết quả đạt đƣợc cho thấy có thể phân tích một số dạng As hữu
cơ và vô cơ ở khoảng nồng độ từ ng/L đến µg/L [32]. Sau đó, nhiều nhóm nghiên
cứu khác [16, 40] cũng đã sử dụng và phát triển phƣơng pháp phân tích As bằng hệ
CE với đetectơ ICP-MS, và hiện có thể phân tích As trong mẫu thật với nồng độ
dƣới µg/L. Tuy nhiên việc sử dụng đetectơ ICP-MS đòi hỏi phải có thiết bị cồng
kềnh, phức tạp với chi phí cao.
Hiện nay, việc sử dụng phƣơng pháp điện di mao quả kết hợp với đetectơ đo
độ dẫn không tiếp xúc kiểu tụ điện (C
4
D) trong phân tích các dạng hợp chất mang
điện là một trong những hƣớng nghiên cứu mới. Đetectơ C
4
D là một công cụ có độ
nhạy cao trong phƣơng pháp điện di mao quản. Trong nghiên cứu [2], mặc dù giới
hạn phát hiện As(III) còn khá cao (73g/L), Nguyễn Thị Ánh Hƣờng và các cộng sự
đã nghiên cứu thành công quy trình phân tích As(V) với giới hạn phát hiện đối với
chất chuẩn là 2,2g/L và giới hạn định lƣợng là 7,4g/L. Nhƣ vậy, qua nghiên cứu
bƣớc đầu cho thấy đetectơ C
4
D khá thích hợp trong việc phân tích As(III) và As(V)
trong nƣớc.

1.2. Phƣơng pháp điện di mao quản
1.2.1. Giới thiệu và phân loại các phƣơng pháp điện di mao quản
Điện di là phƣơng pháp tách chất dựa trên sự khác nhau về tốc độ di chuyển
của các phần tử tích điện trong một mao quản hẹp dƣới tác dụng của điện trƣờng.
Vào những năm 1930, kĩ thuật điện di mao quản lần đầu tiên đã đƣợc nghiên cứu

12

bởi nhà hóa học ngƣời Thụy Điển-Arne Tiselius và sau đó công trình này đã đƣợc
trao giải Nobel về hóa học năm 1948.
Phƣơng pháp điện di mao quản có thể phân tích đƣợc hầu hết các chất phân
tích nhƣ các cation và anion vô cơ, các amino axit, các catecholamin, dƣợc phẩm,
vitamin, cacbonhydrat, peptit, protein (enzym, hormon, kháng thể…), axit nucleic
(DNA,RNA), polynucleic,…[30, 44]

Hình 1.3. Cấu tạo hệ thiết bị điện di mao quản.
Các kĩ thuật tách chất trong điện di mao quản bao gồm [42]: điện di mao
quản vùng (Capillary Zone Electrophoresis – CZE), sắc kí mao quản gel (Capillary
Gel Electrophoresis – CGE ), sắc kí mao quản điện động học micelle (Micellar
Electrokinetic Capillary Chromatography – MEKC), sắc kí điện di mao quản (
Capillary Electrochromatography – CEC ), điện di mao quản điểm đẳng điện (
Capillary Isoelectric Focusing – CIEF), điện di mao quản đẳng tốc độ ( Capillary
Isotachorphoresis – CITP ).
Trong các kỹ thuật tách điện di, điện di mao quản vùng đang là công cụ phổ
biến trong việc phân tích môi trƣờng vì cơ chế tách đơn giản và phù hợp với các
chất là ion. Phƣơng pháp này đƣợc tiến hành bằng cách bơm một đoạn mẫu nhỏ vào
một mao quản hẹp chứa đầy dung dịch đệm điện di. Sau đó, áp một điện thế cao
xuyên qua toàn bộ chiều dài của mao quản thông qua hai điện cực platin đƣợc đặt

13

vào hai đầu của mao quản. Các ion trong mẫu chất phân tích sẽ di chuyển về một
điện cực. Vận tốc của các ion sẽ phụ thuộc vào kích thƣớc và điện tích của ion đó.
Quá trình tách sau đó sẽ dựa vào tỉ lệ giữa điện tích/kích thƣớc của các ion phân
tích trong mẫu. Tỉ lệ này càng lớn thì ion di chuyển càng nhanh dƣới tác dụng của
điện trƣờng và ngƣợc lại các ion có tỉ lệ này càng bé thì di chuyển càng chậm. Do
vậy các ion sẽ tách khỏi nhau sau khi đi qua mao quản.

1.2.2. Cơ sở của phƣơng pháp điện di mao quản
1.2.2.1. Tốc độ điện di, thời gian điện di và độ linh động điện di [53]
Tốc độ của một ion dƣới tác dụng của điện trƣờng đƣợc tính theo công thức
sau :

Trong đó:
v: tốc độ của ion (cm.s
-1
) E: cƣờng độ điện trƣờng (V.cm
-1
)
µ
e
: độ linh động điện di (cm
2
.V
-1
.s
-1
) V: điện thế (V)
L: chiều dài mao quản (cm)
Cƣờng độ dòng điện E là hàm số của thế áp vào mao quản và độ dài mao
quản. Thời gian điện di (t
m
) của các chất tan trong dung dịch là thời gian mà các
chất này di chuyển từ điểm đầu của mao quản đến đetectơ, độ dài này đƣợc kí hiệu
là l

Độ linh động điện di tỉ lệ thuận với điện tích ion và tỉ lệ nghịch với lực ma
sát xuất hiện trong dung dịch đệm. Do đó với các ion có điện tích hay lực ma sát
khác nhau thì trong quá trình di chuyển trong dung dịch đệm chúng sẽ tách ra khỏi

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×