nghiên cứu phương pháp trắc quang xác định asen bằng thuốc thử safranine

Xác định lượng vết AsIII bằng phương pháp động học- trắc quang dựa trên ảnh hưởng ức chế phản ứng giữa kalibromua và kalibromat trong môi trường axit .... Trong số các phương pháp phân t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

NGUYỄN LÊ THANH VÂN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG XÁC ĐỊNH ASEN BẰNG THUỐC THỬ SAFRANINE

LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc

Hà Nội - 2012

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

NGUYỄN LÊ THANH VÂN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG XÁC ĐỊNH ASEN BẰNG THUỐC THỬ SAFRANINE

DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG

Hình 1.1: Ảnh hưởng của pH đến dạng tồn tại của asen 4

Hình 1.2: Đồ thị ảnh hưởng của pH/Eh đến dạng tồn tại của asen 4

Hình 1.3: Bệnh ung thư da do asen gây ra 11

Hình 1.4: Biểu đồ phân bố khu vực ô nhiễm asen trên thế giới 13

Hình 1.5: Ô nhiễm asen tại Việt Nam 15

Hình 1.6: Ô nhiễm asen tại đồng bằng châu thổ sông Hồng 16

Hình 3.1: Phổ hấp thụ quang của dung dịch Safranin khi có mặt As(III); KIO3 và HCl 33

Hình 3.2: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang theo thời gian 35

Hình 3.3 : Ảnh hưởng của nồng độKIO3 đến độ hấp thụ quang của dung dịch 37

Hình 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ Safranin đến độ hấp thụ quang của dung dịch 39

Hình 3.5 Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của nồng độ HCl………… 40

Hình 3.6: Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính xác định As(III) …… 49

Hình 3.7: Đường chuẩn xác định As(III) ….49

Hình 3.8: Đường thêm chuẩn xác định As(III) trong mẫu nước ngầm số 8…52 Hình 3.9: Đường thêm chuẩn xác định As(III) trong mẫu nước ngầm số 1 57

Hình 3.10: Đường thêm chuẩn xác định As(III) trong mẫu nước ngầm số 2 58

Hình 3.11: Đường thêm chuẩn xác định As(III) trong mẫu nước ngầm số 3 59 Hình 3.12: Đường thêm chuẩn xác định As(III) trong mẫu nước ngầm số 4 60 Hình 3.13: Đường thêm chuẩn xác định As(III) trong mẫu nước ngầm số 5 61

Hình 3.14: Đường thêm chuẩn xác định As(III) trong mẫu nước ngầm số 6 63

Hình 3.15: Đường thêm chuẩn xác định As(III) trong mẫu nước ngầm số 7 64

Hình 3.16: Đường thêm chuẩn xác định As(III) trong mẫu nước ngầm số 8 66

BẢNG

Bảng 1.1: Hàm lượng asen ở các vùng khác nhau trên thế giới…… 13

Bảng 3.1: Ảnh hưởng của nồng độ KIO3 đến phép phân tích…… 36

Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ Safranin đến phép phân tích…… 38

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ HCl………… 40

Bảng 3.4: Ảnh hưởng của ion NO3 đến phép xác định As(III) 6,0ppm…….42

Bảng 3.5: Ảnh hưởng của ion SO4 đến phép xác định As(III) 6,0ppm 43

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của ion Ca2+ đến phép xác định As(III) 2,0ppm 44

Bảng 3.7: Ảnh hưởng của ion Ba2+ đến phép xác định As(III) 2,0ppm 45

Bảng 3.8: Ảnh hưởng của ion Zn2+ đến phép xác định As(III) 6,0ppm 45

Bảng 3.9: Ảnh hưởng của ion Fe3+ đến phép xác định As(III) 2,0ppm 46

Bảng 3.10: Ảnh hưởng của ion Cu+ đến phép xác định As(III) 2,0ppm ……47

Bảng 3.11: Khảo sát khoảng tuyến tính xác định As(III)………… …… 48

Bảng 3.12: Xác định hàm lượng asen trong mẫu nước ngầm số 8… 52

Bảng 3.13: Đánh giá độ lặp lại của phương pháp……….… …… 54

Bảng 3.14: Thông tin về các mẫu nước ngầm……… 55

Bảng 3.15: Xác định hàm lượng As(III) trong mẫu nước ngầm số 1……… 56

Bảng 3.16: Xác định hàm lượng As(III) trong mẫu nước ngầm số 2 …….57

Bảng 3.17: Xác định hàm lượng As(III) trong mẫu nước ngầm 3 … 58

Bảng 3.18: Xác định hàm lượng As(III) trong mẫu nước ngầm 4 …… 59

Bảng 3.19: Xác định hàm lượng As(III) trong mẫu nước ngầm 5 …… 60

Bảng 3.20: Xác định hàm lượng As(III) trong mẫu nước ngầm 6 …… 62

Bảng 3.21: Xác định hàm lượng As(III) trong mẫu nước ngầm 7 63

Bảng 3.22: Xác định hàm lượng As(III) trong mẫu nước ngầm 8 … 65

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu chung về asen 3

1.1.1 Các dạng tồn tại và tính chất lý hóa học của asen (As) 3

1.1.1.1 Các dạng tồn tại của asen 3

1.1.1.2 Tính chất vật lý 5

1.1.1.3 Tính chất hóa học 5

1.1.2 Độc tính của asen và sự tích lũy trong cơ thể người 9

1.1.3 Ô nhiễm asen trong nước ngầm trên thế giới và Việt Nam 12

1.1.3.1 Ô nhiễm Asen trên thế giới 12

1.1.3.2 Ô nhiễm asen tại Việt Nam 15

1.2 Một số phương pháp xác định Asen 17

1.2.1 Phương pháp phân tích đo quang phân tử 17

1.2.1.1 Phương pháp đo quang với bạc dietyl đithiocacbamat 17

1.2.1.2 Phương pháp xanh molipden 17

1.2.1.3 Đo quang xác định asen sau khi hấp thụ asin bằng hỗn hợp 18

1.2.1.4 Phương pháp xác định asen bằng thuốc thử Leuco crystal violet (LCV) 19 1.2.1.5 Phương pháp động học xúc tác 19

1.2.1.6 Xác định lượng vết As(III) bằng phương pháp động học- trắc quang dựa trên ảnh hưởng ức chế phản ứng giữa kalibromua và kalibromat trong môi trường axit 20

1.2.1.7 Xác định As(III) dựa trên hệ Ce(IV)/Ce(III) 20

1.2.1.8 Phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử (AAS) 21

1.2.2 Phương pháp huỳnh quang 23

1.2.2.1 Xác định As(III) bằng thuốc thử fluorescein 23

1.2.2.2 Phương pháp dòng chảy - huỳnh quang xác định axit dimethyl

arsinic(DMAA) trong thuốc diệt cỏ sử dụng phản ứng quang hóa trực tiếp 24 1.2.2.3 Xác định Asen bằng phương pháp huỳnh quang phân tử với hệ thuốc

thử murexit – Cr(VI) 24

1.2.2.4 Phương pháp biosensor sử dụng vi khuẩn chỉ thị 25

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 27

2.1 Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu 27

2.1.1 Nguyên tắc của phương pháp trắc quang xác định hàm lượng asen bằng Safranin 27

2.1.2 Nội dung nghiên cứu 28

2.2 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 29

2.2.1 Dụng cụ, thiết bị 29

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

3.1 Nghiên cứu phương pháp xác định As (III) dựa trên hệ phản ứng oxi hóa khử As(III), KIO3 và Safranin 33

3.1.1 Nghiên cứu chọn điều kiện tối ưu của phản ứng chỉ thị 33

3.1.1.1 Phổ hấp thụ của sản phẩm phản ứng chỉ thị 33

3.1.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng 34

3.1.1.3 Ảnh hưởng của nồng độ KIO3 36

3.1.1.4 Ảnh hưởng của nồng độ thuốc thử Safranine: 37

3.1.1.5 Ảnh hưởng của nồng độ HCl: 39

3.1.2 Đánh giá phương pháp phân tích 41

3.1.2.1 Độ chọn lọc của phương pháp phân tích [21] 41

3.1.2.2 Khảo sát khoảng tuyến tính 47

3.2 Phân tích mẫu thực tế 55

3.2.1 Xác định hàm lượng As(III) trong mẫu nước ngầm 55

KẾT LUẬN 67

MỞ ĐẦU

Hiện nay, môi trường ô nhiễm là vấn đề mang tính toàn cầu, là hệ quả từ khai thác mỏ, công nghiệp, nông nghiệp, và các hoạt động quân sự… Cùng với ô nhiễm hợp chất hữu cơ thì sự có mặt kim loại và á kim cũng là những nguồn chính của ô nhiễm nghiêm trọng có thể đe dọa sức khỏe con người [19] Trong số các nguyên tố độc hại asen (As) - nguyên tố có tính độc, chức năng sinh học rõ ràng đang được thế giới quan tâm

Asen là một nguyên tố vi lượng rất cần thiết đối với quá trình sinh trưởng

và phát triển của động thực vật Asen cũng được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật và đời sống như trong công nghiệp nhuộm, thuốc trừ sâu, dược liệu,

…Tuy nhiên ở hàm lượng cao, asen gây tác hại to lớn đối với hệ sinh thái Asen cản trở quá trình quang hợp của cây, gây ra hiện tượng rụng lá ở thực vật Asen cũng rất độc hại đối với con người và động vật Khi xâm nhập vào

cơ thể asen có thể gây hàng loạt chứng bệnh nguy hiểm như các bệnh dạ dày, rối loạn chức năng gan, hội chứng đen da và ung thư da,…[9] Độc tính của asen rất khác nhau, asen (III) độc gấp 50 lần asen (V), asen ở dạng vô cơ độc hơn ở dạng hữu cơ Do đó hàm lượng asen trong môi trường luôn được quy định ở những nồng độ rất thấp Giới hạn cho phép của asen trong nước sinh hoạt theo tiêu chuẩn của tổ chức y tế thế giới là 0,01 mg/l, theo tiêu chuẩn VN

5502 – 2003 là 0,01mg/l [8]

Nguồn gây ô nhiễm asen từ công nghiệp, sự đốt cháy các khoáng chứa asen và nguồn khoáng trong tự nhiên giàu asen trong đó có sự hòa tan các khoáng sunfua của asen trong đất là chủ yếu Asen là thành phần tự nhiên của lớp trầm tích vỏ trái đất nên nó thường có mặt trong các tầng nước ngầm và nước mặt Ở một số khu vực trên thế giới, nước ngầm có hàm lượng asen rất cao do lớp trầm tích có cấu trúc, thành phần hóa học thuận lợi cho việc hòa tan asen từ đất ra nước Hiện tượng này được phát hiện tại các khu vực đồng

bằng châu thổ thấp trũng, xảy ra lụt lội hàng năm, dòng chảy thủy văn chậm, các lớp bồi tích trẻ thiếu oxy (mang tính khử) thuận lợi cho việc giải phóng asen từ đất ra nước Ô nhiễm asen trong nước ngầm dùng cho sinh hoạt và tưới tiêu đã được phát hiện trong khoảng 20 năm qua tại Bangladet, Ấn độ, Trung quốc, Việt nam, Campuchia, Achentina, Chile, [18]… Ở Việt nam, sự

ô nhiễm asen đã được phát hiện ở nhiều nơi như Hà Nội, Hà Nam, Hải Dương, Phú Thọ, Cà Mau,… Nhiều nghiên cứu về ô nhiễm asen trong nước giếng khoan tại Việt Nam đã được tiến hành trong những năm vừa qua Trong

số các phương pháp phân tích như phương pháp động học – trắc quang, phương pháp phổ khối plasma cảm ứng cao tần (ICP - MS), phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), hoặc nhiều phương pháp khác thì phương pháp trắc quang là phương pháp đang được quan tâm nghiên cứu để xác định asen

vì phương pháp này có độ nhạy và độ chính xác cao, quy trình phân tích đơn giản không tốn nhiều hoá chất và không đòi hỏi trang thiết bị đắt tiền Vì vậy,

để đóng góp vào việc phát triển ứng dụng phương pháp này với đối tượng

nghiên cứu là nước ngầm chúng tôi chọn đề tài: “ Nghiên cứu phương pháp

trắc quang xác định asen bằng thuốc thử Safranine”

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về asen

1.1.1 Các dạng tồn tại và tính chất lý hóa học của asen (As)

1.1.1.1 Các dạng tồn tại của asen

Asen (ký hiệu As) có số nguyên tử là 33, là nguyên tố phổ biến thứ 12

trong vỏ trái đất chiếm 1.10-4% tổng số nguyên tử trong vỏ trái đất, khối lượng nguyên tử của nó bằng 74,92; tồn tại chủ yếu ở dạng asen 3 và 5 Asen

có trong các khoáng vật sunfua: reanga (As4S4), oripimen (As2S3) Nguyên tố asen có một vài dạng thù hình, dạng kim loại và dạng không kim loại Dạng không kim loại của asen được tạo nên khi làm ngưng tụ hơi của nó, khi đó asen có màu vàng, dạng kim loại của asen có màu trắng bạc [3]

Trong tự nhiên, Asen không tồn tại ở dạng đơn chất mà tồn tại dưới dạng các hợp chất vô cơ (asenit, asenat) và hữu cơ (metyl asen, dimetyl asen) Asen có mặt khắp nơi trong tự nhiên, trong đất, trong đá, trong khoáng, trong quặng, trong các cơ thể sống…

Asen thường có hàm lượng cao trong các khoáng của sắt, đồng, chì hoặc trong những khoáng sunfua, trong đó khoáng asenopyrit có hàm lượng asen cao nhất

Tùy theo từng điều kiện môi trường mà asen có thể tồn tại ở nhiều trạng thái oxi hóa khác nhau: -3, 0, +3,+5 Trong nước tự nhiên, asen tồn tại chủ yếu ở 2 dạng hợp chất vô cơ là asenat [As(V)], asenit [As(III)] As(V) là dạng tồn tại chủ yếu của asen trong nước bề mặt và As(III) là dạng chủ yếu của asen trong nước ngầm Dạng As(V) hay các arsenate gồm AsO43-

và AsO3

3- Asen còn tồn tại ở nhiều dạng hợp chất hữu cơ như: metylasen, đimetylasen Các dạng tồn tại của asen trong nước phụ thuộc vào

pH và thế oxi hoá khử Eh của môi trường Ảnh hưởng của pH đến dạng tồn tại của asen được trình bày như trên hình 1.1 và hình 1.2 [35]

Hình 1.1: Ảnh hưởng của pH đến dạng tồn tại của Asen

Thế ôxi-hóa khử và pH là các yếu tố quyết định đến dạng tồn tại của asen trong môi trường Ở điều kiện ôxi-hóa, và pH thấp (nhỏ hơn 6,9) dạng

H2AsO4- chiếm đa số, trong khi ở pH cao HAsO42- lại chiếm ưu thế (H3AsO40

1.1.1.2 Tính chất vật lý

Asen là nguyên tố có một vài dạng thù hình dạng kim loại và không kim loại Asen tồn tại 3 dạng Asα: là dạng bền, tương đối cứng giòn; Asβ: dạng vô định hình, giòn; Asγ: gồm nhiều phân tử As4 giả bền, mềm như sáp, dễ tan trong dung môi CS2 As4 là dạng không kim loại, ở nhiệt độ thường dưới tác dụng của ánh sáng nó chuyển sang dạng kim loại Về tính chất vật lý Asen mang tính chất của kim loại

Tỷ trọng: 5,72g/cm3 ở 140

C Nhiệt độ nóng chảy: 8170C ở 37 atm

Tính chất của asin (AsH 3 ) [4,5,10]

As3- thường tồn tại dưới dạng AsH3 hoặc asin hữu cơ AsH3 có cấu tạo tương

tự NH3, PH3

Nó có một số tính chất vật lý sau:

- Độ dài liên kết As-H: 1,52Ao, góc liên kết 92o

- Năng lượng liên kết trung bình = 71 kcal/mol

- Nhiệt độ nóng chảy là: -116oC, nhiệt độ sôi là: -62o

AsH3 có tính khử mạnh có thể bốc cháy trong không khí Chúng khử được muối của kim loại từ Cu trở về sau:

4AsH3 +10H2SO4 → 3SO2 + 4AsSO4(OH) + 14H2O + 3S↓

AsH3 + 6AgNO3 + 3H2O → 6Ag + 6HNO3 + H3AsO3

AsH3 bốc cháy trong không khí tạo thành As2O3

2AsH3 + 3O2 → As2O3 + 3H2O + 44,2 kcal

AsH3 tác dụng với HgCl2 tẩm trên giấy lọc tạo ra hợp chất có màu biến đổi từ vàng → đỏ → nâu

AsH2(HgCl) → AsH(HgCl)2 → As(HgCl)3 → As2Hg3

Tính chất này được áp dụng phân tích bán định lượng bằng phương pháp so màu AsH3 tác dụng với I2/KI và I2/ CO3

2- ở pH = 8 AsH3 + 4I2 + 4H2O → H3AsO4 + 8I- + 8H+

Tính chất hóa học của Asen hóa trị (III) [4,7,23]

Chủ yếu As(III) tồn tại ở dạng các hợp chất như: As2O3, As2S3, AsCl3, AsO3

3-, H2AsO3…

* As2O3: Là oxit màu trắng hay còn gọi là asen trắng, ít tan trong nước (1,7g trong 100g H2O) ở 15oC dung dịch bão hòa chứa khoảng 1,5% As2O3 Khi tan trong nước tạo thành axit asenơ

As2O3 + 3H2O → 2As(OH)3

As(OH)3 ≡ H3AsO3 là chất lưỡng tính nhưng tính axit trội hơn

Dạng oxit của As2O3 ở trạng thái khí tồn tại dưới dạng phân tử kép

As2O3 (As4O6) thể hiện tính khử khi tác dụng với O3, H2O2, FeCl3,

K2CrO7, HNO3 khi đó ta có:

3As4O6 + 8HNO3 + 14H2O → 12H3AsO4 + 8NO↑

As2O3 tác dụng với kim loại trong môi trường axit

As2O3 + 6Zn + 12HCl → 6ZnCl2 +2AsH3 + H2O

Phản ứng này ứng dụng trong phân tích định lượng

* AsX3: cũng giống như hợp chất As2O3, AsX3 (X là Cl, Br, I, F) là những hợp chất dễ dàng thủy phân tạo môi trường axit

AsCl3 + 3H2O → H3AsO3 + 3HCl

AsF3, AsCl3 là chất lỏng không màu, sánh

AsBr3, AsI4 là chất rắn dễ nóng chảy

* Phản ứng hóa học của AsO33-

H3AsO3 không điều chế được ở dạng tự do mà chỉ tồn tại trong dung dịch nước

Khi đó có cân bằng: H3AsO3 ↔ H2O + HAsO2

Kpl = 6.10-10 cân bằng chuyển dịch mạnh về phía phải

Tác dụng với H2S trong môi trường axit cho kết tủa màu vàng:

2H3AsO3 + 6HCl → 2AsCl3 + 6H2O

2AsCl3 + 3H2S → As2S3↓ + 6HCl

* Tác dụng với AgNO3

AsO33- + 3Ag+ → Ag3AsO3↓ vàng

Ag3AsO3↓ + 6NH4OH → 3[Ag(NH3)2]+ + AsO33- + 6H2O

* Tác dụng với dung dịch CuSO4

Dung dịch CuSO4 tác dụng với H3AsO3 khi có mặt xút ăn da cho kết tủa màu vàng lục hyđroasenit đồng

H3AsO3 + CuSO4 → CuHAsO3↓ + H2SO4

NaOH hòa tan được kết tủa này và dung dịch có màu xanh tím

NaOH + CuHAsO3 → CuNaAsO3 + H2O

Phản ứng này được dùng trong phân tích định tính

* Tác dụng với Cr2O72- trong môi trường axit

3AsO33- + Cr2O72- + 8H+ → 3AsO43- + 2Cr3+ + 4H2O

* Tác dụng với I2

Phản ứng trong môi trường NaHCO3 pH = 8

AsO33- + I2 + H2O → AsO43- +2I- + 2H+

Phản ứng này áp dụng phân tích định lượng và định tính

 Các hợp chất của Asen (V) [4,7]

As (V) thường tồn tại ở dạng các hợp chất như : As2O5, As2S5, AsCl5, AsO4

As2S5 + 6NaOH → Na3AsS4 + Na3AsO3S + 3H2O

3As2S5 + 10HNO3 đặc + 4H2O → 6H3AsO4 + 10NO + 15S

1.1.2 Độc tính của asen và sự tích lũy trong cơ thể người

Asen là chất độc mạnh có khả năng gây ung thư cao, liều LD50 đối với con người là 1 – 4 mg/kg trọng lượng cơ thể Tuy nhiên, tùy thuộc vào các trạng thái oxi hóa của asen mà asen thể hiện tính độc khác nhau Cả As(III) và As(V) đều là những chất độc, các hợp chất asen vô cơ độc hơn so với asen

hữu cơ [1] Tính độc của asen theo thứ tự: AsH3>asenit> asenat > monomethyl arsenoic axit (MMAA) > dimethyl arsenic axit (DMAA) Có khoảng 60 – 70% asen vô cơ đi vào cơ thể và được giải phóng ra ngoài bằng đường nước tiểu ở dạng DMAA và MMAA [26,28]

- Cơ chế gây độc của As(III)

Khi bị nhiễm độc AsO3-, As(III) sẽ tấn công vào nhóm hoạt động –SH của enzym, khóa chặt chức năng hoạt động của enzym làm tê liệt hoạt động của enzym Khi bị nhiễm As(III) ở nồng độ cao, nó sẽ làm đông tụ protein có thể là do As(III) tấn công vào các liên kết có nhóm sunfua trong protein [14]

- Cơ chế gây độc của As(V) (AsO4-): có tính chất tương tự như PO43-, nó

sẽ thực hiện phản ứng thay thế PO4

gây ức chế enzym ngăn cản tạo ra chất ATP (Adenozin triphotohat) là chất sản sinh ra năng lượng cho cơ thể Khi bị nhiễm AsO4- sẽ tham gia phản ứng thế PO43-, tạo ra sản phẩm không phải là ATP, nên không sản sinh ra năng lượng cho cơ thể [14]

Tóm lại, tác dụng độc của asen là do nó làm đông tụ protein, tác dụng với nhóm chức hoạt động –SH của enzym làm cho enzym bị thụ động hóa, mất hẳn khả năng hoạt động sinh hóa của enzym, phá hủy quá trình photphat tạo ATP

Những chất có thể giải độc Asen là những hợp chất có chứa các nhóm chức –SH, ví dụ 2,3- dimecaptopropanol Hợp chất này có thể tạo phức với AsO33-

, nhờ vậy mà AsO33-

không phản ứng với các nhóm –SH của enzyme nữa

Asen được xem như là chất gây ung thư đối với con người nhưng khả năng gây ung thư phụ thuộc vào các dạng hóa học của asen như trạng thái oxi hóa Một tỷ lệ nhỏ asen sau khi đi vào cơ thể sẽ được tích tụ trong các phần của cơ thể và sau đó sẽ được bài tiết ra ngoài qua tóc, móng, da, phân và mồ hôi Sự tích lũy asen trong cơ thể sau 5 – 10 năm sẽ gây ra bệnh về asen [35] Các bệnh thường gặp khi bị nhiễm độc asen là ung thư da, bàng quang và ung

thư phổi và gan Điều này thường xảy ra ở vùng có sự phơi nhiễm asen hoặc những vùng có hàm lượng asen cao trong nước uống [20,25]

Hình 1.3: Bệnh ung thư da do asen gây ra

Sự phơi nhiễm asen vô cơ xảy ra trong cơ thể thông qua đường hít khí bụi công nghiệp và quá trình chuyển hóa qua đường thức ăn và nước uống Sự phơi nhiễm asen hữu cơ xảy ra chủ yếu thông qua chuỗi thức ăn Nếu một ngày hít lượng bụi asen từ 0,1  4 g/ngày và cơ thể hấp thụ một lượng thức

ăn có hàm lượng asen ở khoảng từ 7  330 g/ngày thì sau khi đi vào cơ thể

có khoảng 80  100% lượng asen được hấp thụ qua dạ dày và lá phổi; 50 

70% asen được bài tiết qua đường nước tiểu và một lượng nhỏ được hấp phụ qua đường tóc, móng tay, móng chân [28]

Ung thư da là độc tính phổ biến nhất của asen Với những vùng có hàm lượng asen trong nước sinh hoạt < 300 g/l, trung bình (300 – 600 g/l), cao (>600 g/l) thì tỷ lệ ung thư da tương ứng sẽ là 2,6/1000; 10,1/1000 và 24,1/1000 [29]

Sức khỏe của con người bị ảnh hưởng do quá trình chuyển hóa asen vô

cơ trong nước ngầm đã trở nên phổ biến Các nghiên cứu gần đây cho thấy asen vô cơ có thể thực hiện quá trình chuyển hóa trong cơ thể bằng hai quá trình đan xen nhau: sự khử liên tục và sự methyl hóa: sự khử asen (V) thành asen (III), tiếp theo là oxi hóa methylasen (V) [20,23] Trong máu As(V) được khử thành As(III) và được đưa tới tế bào gan rồi được methyl hóa tạo

thành methylasonate (MA) và dimethylarsenate (DMA) Các hợp chất được tạo thành sau quá trình methyl hóa ít độc hơn so với asen vô cơ, do vậy quá trình chuyển hóa này được xem như là cơ chế giải độc asen [20] Một số nghiên cứu gần đây chỉ ra As vô cơ hóa trị III đã được methyl hóa trong cơ thể có tính độc khác nhau trong các loại tế bào của cơ thể Trong tế bào gan, axit monomethylarsonơ (MMA) độc gấp 26 lần so với As(III), trong một số loại tế bào (tế bào gan, tế bào da, tế bào cuống phổi) monomethylarsine (MMAO) độc hơn so với As vô cơ hóa trị III [20]

1.1.3 Ô nhiễm asen trong nước ngầm trên thế giới và Việt Nam

Hiện nay do sự bùng nổ dân số thế giới, vấn đề cung cấp nước sạch cho sinh hoạt đang là một vấn đề lớn mà xã hội quan tâm Trong khi nguồn nước

bề mặt: sông, suối, ao, hồ đang ngày càng bị ô nhiễm nặng bởi nước thải sinh hoạt, nước thải từ các nhà máy công nghiệp thì việc sử dụng nguồn nước ngầm như là một giải pháp hữu hiệu cho việc cung cấp nước sạch Nước ngầm ít chịu ảnh hưởng bởi các tác động của con người Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước bề mặt Trong nước ngầm, hầu như không có các hạt keo hay cặn lơ lửng, các chỉ tiêu vi sinh trong nước ngầm cũng tốt hơn Tuy nhiên, khi khai thác nguồn nước ngầm, chúng ta phải đối mặt với một vấn đề rất đáng lo ngại, đó là việc nhiễm độc kim loại nặng, đặc biệt là asen Nguồn asen có trong nước ngầm chủ yếu do sự hoà tan các hợp chất có chứa asen trong đất, đá do quá trình phong hoá, hoạt động núi lửa và một phần do quá trình sản xuất công, nông nghiệp tạo ra

1.1.3.1 Ô nhiễm Asen trên thế giới

Hiện nay trên thế giới có hàng chục triệu người đã bị bệnh đen và rụng móng chân, sừng hoá da, ung thư da… do sử dụng nguồn nước sinh hoạt có nồng độ asen cao Nhiều nước đã phát hiện hàm lượng asen rất cao trong nguồn nước sinh hoạt như Canada, Alaska, Chile, Arhentina, Trung Quốc,

India, Thái Lan, Bangladesh Sự có mặt của asen ở các vùng khác nhau trên

thế giới được tổng hợp trong bảng 1.1 và hình 1.4 [30]

Bảng 1.1: Hàm lượng asen ở các vùng khác nhau trên thế giới

Hình 1.4: Bản đồ phân bố khu vực ô nhiễm asen trên thế giới [30]

Ở Trung Quốc, trường hợp bệnh nhân nhiễm độc asen đầu tiên được phát hiện từ năm 1953 Số liệu thống kê cho thấy 88% nhiễm qua thực phẩm, 5%

từ không khí và 7% từ nước uống Đến năm 1993 mới có 1546 nạn nhân mắc căn bệnh Asenicosis (bệnh nhiễm độc asen) nhưng cho đến thời điểm này đã phát hiện 13500 bệnh nhân, trong số 558000 người được kiểm tra ở 462 làng thuộc 47 vùng bị liệt vào khu vực nhiễm asen cao Trên cả nước Trung Quốc

có tới 13 - 14 triệu người sống trong những vùng có nguồn nước bị ô nhiễm asen cao, tập trung nhiều nhất ở tỉnh An Huy, Sơn Tây, Nội Mông, Ninh Hạ, Tân Cương Tại Sơn Tây đã phát hiện 105 làng bị ô nhiễm asen Hàm lượng asen tối đa thu được trong nước uống là 4,43 mg/l gấp tới 443 lần giá trị asen cho phép của tổ chức y tế thế giới WHO (10μg/l)

Khu vực có vấn đề lớn nhất là vùng đồng bằng châu thổ sông Ganges nằm giữa Tây Bengal của Ấn Độ và Bangladesh (Theo Chowdhury và cộng

sự, 1999) Ở Tây Bengal, trên 40 triệu người có nguy cơ nhiễm độc asen do sống trong các khu vực có nồng độ asen cao Tới nay đã có 0,2 triệu người bị nhiễm và nồng độ asen tối đa trong nước cao gấp 370 lần nồng độ cho phép của WHO Tại Bangladesh, trường hợp đầu tiên nhiễm asen mới được phát hiện vào năm 1993, nhưng cho đến nay có tới 3000 người chết vì nhiễm độc asen mỗi năm và 77 triệu người có nguy cơ nhiễm asen Tổ chức Y tế Thế giới đã phải coi đây là "vụ nhiễm độc tập thể lớn nhất trong lịch sử"

Con số bệnh nhân nhiễm độc asen ở Archentina cũng có tới 20 000 người Ngay cả các nước phát triển mạnh như Mỹ, Nhật Bản cũng đang phải đối phó với thực trạng ô nhiễm asen Ở Mỹ, theo những nghiên cứu mới nhất cho thấy trên 3 triệu người dân Mỹ có nguy cơ nhiễm độc asen, mức độ nhiễm asen trong nước uống dao động từ 0,045 – 0,092 mg/l Còn ở Nhật Bản, những nạn nhân đầu tiên có triệu chứng nhiễm asen đã được phát hiện từ năm

1971, cho đến năm 1995 đã có 217 nạn nhân chết vì asen

1.1.3.2 Ô nhiễm asen tại Việt Nam

Hình 1.5: Ô nhiễm asen tại Việt Nam

Do cấu tạo tự nhiên của địa chất, nhiều vùng của nước ta nước ngầm bị nhiễm asen (thạch tín) Theo thống kê chưa đầy đủ, ở nước ta hiện có khoảng hơn 1 triệu giếng khoan, nhiều giếng trong số này có nồng độ asen cao hơn từ 20-50 lần theo tiêu chuẩn của Bộ Ytế 0,01mg/l, gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ, tính mạng của cộng đồng Vùng nước bị nhiễm asen của nước ta khá rộng nên việc cảnh báo nhiễm độc từ nước giếng khoan cho khoảng 10 triệu dân là rất cần thiết Những nghiên cứu gần đây cho thấy vùng châu thổ sông Hồng có nhiều giếng khoan có hàm lượng asen cao vượt quá tiêu chuẩn của

Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) và vượt quá tiêu chuẩn Bộ Y tế Việt Nam (0,01mg/l) Những vùng bị ô nhiễm nghiêm trọng nhất là phía Nam Hà Nội,

Hà Nam, Hưng Yên, Nam Định, Ninh Bình, Thái Bình và Hải Dương

Hình 1.6: Ô nhiễm asen tại đồng bằng châu thổ sông Hồng

Ở đồng bằng sông Cửu Long cũng phát hiện ra nhiều giếng khoan có hàm lượng asen cao nằm ở Đồng Tháp và An Giang Sự ô nhiễm asen ở miền Bắc hiện phổ biến và cao hơn ở miền Nam Qua điều tra cho thấy 1/4 số hộ gia đình sử dụng trực tiếp nước ngầm không qua xử lý ở ngoại thành Hà Nội

đã bị ô nhiễm asen, tập trung nhiều ở phía Nam thành phố (20,6%), huyện Thanh Trì (41%) và Gia Lâm (18,5%) Điều nguy hiểm là asen không gây mùi khó chịu khi có mặt trong nước ngay cả khi ở hàm lượng gây chết người nên nếu không phân tích mẫu mà chỉ bằng cảm quan thì không thể phát hiện được sự tồn tại của asen Bởi vậy các nhà khoa học còn gọi asen là “sát thủ vô hình’’ Hiện nay có khoảng 13,5% dân số Việt Nam (10-15 triệu người đang

sử dụng nước ăn từ giếng khoan nên rất dễ bị nhiễm asen)

Từ năm 1999, tổ chức UNICEF, một số cơ quan chính phủ Việt nam, các viện nghiên cứu đã bắt đầu tập trung nghiên cứu một cách nghiêm túc về asen

và tìm hướng giảm nhẹ

1.2 Một số phương pháp xác định Asen

1.2.1 Phương pháp phân tích đo quang phân tử

1.2.1.1 Phương pháp đo quang với bạc dietyl đithiocacbamat

Dùng H mới sinh để khử asen vô cơ thành asin và dẫn khí asin vào ống hấp thụ chứa bạc Đietylđithiocacbamat (AgDDC) trong piridin hoặc cloroform Khi đó asin bị hấp thụ tạo dung dịch có màu đỏ tím và tiến hành

đo độ hấp thụ quang ở bước sóng  = 535 nm

AsH3 + 6AgDDC = AsAg33AgDDC + 3H-DDC

AsAg33AgDDC + 3NR3 + 3 HDDC = 6Ag + As(DDC)3 + 3(NR3HDDC) Trong đó NR3 là bazơ hữu cơ bậc 3 cần thiết cho sản phẩm cuối cùng hình thành các hạt keo bạc quyết định màu tím đỏ

Tạp chất AgNO3 ngăn cản phép xác định do tăng cường độ màu, được loại bỏ bằng cách hoà tan AgDDC trong piridin sau đó pha loãng bằng nước, lọc tách DDC, rửa bằng nước trên giấy lọc

Trong quá trình khử, hợp chất asen thành asin đồng thời cũng tạo ra các hợp chất dễ bay hơi: SbH3, PH3, GeH3, H2S Những chất này sau đó cũng tác dụng với AgDDC cho màu tương tự như asen Do đó, để hạn chế ảnh hưởng

ta phải cho hơi đi qua ống làm sạch chứa bông thuỷ tinh có tẩm Pb(CH3COO)2 Để loại trừ ảnh hưởng của một số nguyên tố và tăng hiệu quả của quá trình khử thì người ta khử trước dung dịch bằng cách đưa SnCl2 và KI vào (KI, SnCl2 sẽ loại trừ ảnh hưởng của Pb, muối Ni và làm tăng quá trình khử asen thành asin) [11]

1.2.1.2 Phương pháp xanh molipden

Nguyên tắc của phương pháp là As(V) phản ứng với molipdat tạo thành axit dị đa, axit này bị khử bằng hidrazin, SnCl2, hydroquinon hay axit ascorbic tạo thành molipden xanh hấp thụ quang ở λmax = 840 nm

H3AsO4 + 12(NH4)2MoO4 + 21HNO3 → 12(NH4)3[AsMo12O40] ↓ vàng + 21NH4NO3

Trước khi xác định phải chuyển tất cả các dạng của As về As(V) Các chất gây ảnh hưởng Ge, SiO2, P loại bằng chưng cất, ion PO43-

, SiO3 3-

gây cản trở bị loại bằng chiết clorofom Phương pháp này thường sử dụng xác định asen trong quặng có Ge Giới hạn nồng độ asen cho phép xác định bằng phương pháp này là 0,01 – 0,2 ppm [22,34]

1.2.1.3 Đo quang xác định asen sau khi hấp thụ asin bằng hỗn hợp AgNO 3 -PVA-C 2 H 5 OH

Mẫu chứa As(III) và As(V) được xử lý với KI, NaBH4 trong môi trường

H2SO4 tạo thành asin:

2NaBH4 + 6H3O → 2H3BO3 + 2Na+ + 14H+

12H+ + 2As3+ → 2AsH3 + 3H2 (H+ hidro mới sinh)

Khí asin sinh ra được hấp thụ vào dung dịch hỗn hợp AgNO3-HNO3

-PVA-C2H5OH sẽ tạo ra Ag3As.3AgNO3

AsH3 + 6AgNO3 → Ag3As.3AgNO3 +3HNO3

Ban đầu asin sinh ra phản ứng theo phương trình trên sau đó bị nước phân hủy theo phản ứng:

2Ag3As.3AgNO3 + 3H2O → 12Ag + As2O3 + 6HNO3

Nhưng trong dung môi C2H5OH-H2O thì phản ứng này không xảy ra

Ag3As.3AgNO3 có màu vàng, trong môi trường axit nitric rất loãng nó có thể bền từ 1 đến 2 ngày Trong dung dịch hấp thụ, nó được giữ ổn định bởi rượu etylic và axit nitric và được phân tán đều trong dung dịch khi có mặt PVA Đo quang dung dịch sản phẩm phản ứng có màu vàng ở bước sóng 408

nm Điều kiện tiến hành phản ứng ở nhiệt độ 20-35oC, dung dịch hấp thụ thích hợp pha từ các dung dịch PVA 1%, AgNO3 0,012M (trong HNO3 4M),

C2H5OH 96% theo thứ tự và tỉ lệ thể tích tương ứng là 1:1:2 Giới hạn định lượng là 1,34 μg As, giới hạn phát hiện là 0,447 μg trong mẫu Phương pháp này cho phép xác định tổng lượng vết As trong mẫu thực tế với độ nhạy và chọn lọc cao vì đã qua quá trình tách và làm giàu Asen bằng cách cất asin [16]

1.2.1.4 Phương pháp xác định asen bằng thuốc thử Leuco crystal violet (LCV)

Các tác giả Omiagrawal, G.Sunita và V.K.Gupta đã nghiên cứu một phương pháp xác định lượng vết asen trong mẫu môi trường và sinh học bằng thuốc thử tím tinh thể Leuco (LCV) Phương pháp này dựa trên cơ sở phản ứng của As(III) và KIO3 giải phóng I2 I2 tiếp tục oxi hóa chọn lọc thuốc thử LCV hình thành sản phẩm màu là tím tinh thể khi có mặt NaOH

Chất màu tạo thành có cực đại hấp thụ ở 592 nm Một số kết quả của phương pháp này: khoảng tuyến tính theo định luật Lambert-Beer là 0,1 μg –

1 μg/ 25ml dung dịch cuối (0,004-0,04 ppm), giới hạn phát hiện là 0,002 μg As/ml, giá trị độ hấp thụ mol phân tử là 1,49.106

Lmol-1cm-1, phương pháp loại trừ được ảnh hưởng của hầu hết các ion thông thường có mặt trong nước Các tác giả đã áp dụng phương pháp này để xác định As(III) trong các mẫu môi trường và sinh học như mẫu tóc, mẫu móng, mẫu huyết thanh, nước tiểu

và các mẫu nước giếng, nước thải, mẫu thực vật… Các kết quả có độ thu hồi cao và đồng nhất với kết quả kiểm định của phương pháp chuẩn[31]

1.2.1.5 Phương pháp động học xúc tác

Phương pháp này dựa trên tác dụng của chất phân tích với phản ứng chỉ thị Đo tốc độ phản ứng chỉ thị khi nồng độ chất định phân trong phản ứng là hằng số Ta có phản ứng tốc độ:

Dx/dt = k.(a-x).C.∏c

k:hằng số tốc độ

a: nồng độ ban đầu của chất A

a-x: nồng độ chất asen ở thời điểm t

c: nồng độ chất định phân

∏c: tổng nồng độ chất còn lại và là hằng số

Phương pháp động học xúc tác là phương pháp đơn giản, ít tốn kém, có thể xác định As(III) dựa trên tác dụng xúc tác của nó với phản ứng oxy hóa

natri pyrogallol-5sunphonate bằng đicromat, bằng cách đo sự thay đổi độ hấp thụ quang của sản phẩm màu ở λ = 436.8 nm.Phương pháp cho phép xác định lượng nhỏ As trong nước nhờ tác dụng của ezym glyceraldegyde- 3phonate dehydrogenaza với nồng độ As từ 0,02-2 μg/ml

1.2.1.6 Xác định lượng vết As(III) bằng phương pháp động học- trắc quang dựa trên ảnh hưởng ức chế phản ứng giữa kalibromua và kalibromat trong môi trường axit

Bromat bị khử bởi ion Br- trong môi trường axit theo phản ứng:

As(III) + Br2 → As(V) + 2Br- (3)

Phản ứng (3) có tác dụng ức chế phản ứng (1) làm chậm tốc độ giảm màu của metyldacam trong phản ứng (2) Đo sự thay đổi hấp thụ của dung dịch tại bước sóng 525 nm tại t=100s Phương pháp xác định As(III) trong khoảng 10-

100 μg/l xác định As(III) trong mẫu nước tự nhiên [15]

1.2.1.7 Xác định As(III) dựa trên hệ Ce(IV)/Ce(III)

Các tác giả [27] đã nói về một số ứng dụng trong phân tích huỳnh quang của hệ Ce(IV)/Ce(III) như xác định As(III), Ce(IV), Fe(II), oxalat, I2, … Cơ

sở xác định As(III) dựa trên phản ứng:

As(III) + 2Ce(IV) → 2Ce(III) + As(V)

Theo phương trình cứ 1 phân tử As(III) phản ứng với Ce(IV) tạo 2 phân

tử Ce(III) Phản ứng xảy ra chậm ở điều kiện thường nhưng khi có mặt OsO4phản ứng xảy ra nhanh hơn, As(III), Ce(IV), As(V) không có tính chất phát quang Riêng Ce(III) là một trong số ít những ion có tính chất phát quang ở bước sóng 350 nm khi bị kích thích ở bước sóng 260 nm Đường chuẩn xác định As(III) được xây dựng trong khoảng nồng độ 0,07- 0,4 ppm Các yếu tố gây ảnh hưởng cũng đã được nghiên cứu: các ion NO3-

, Fe3+ gây ảnh hưởng

do chúng hấp thụ ánh sáng ở bước sóng 260 nm hoặc 350 nm làm giảm cường

độ huỳnh quang Các cation Hg(I), Sn(II), Ti(III), V(IV) cũng cho phản ứng tương tự như As(III) làm tăng lượng Ce(III) sinh ra, do đó cường độ huỳnh quang tăng lên Citrat, tatrat, EDTA tạo phức với Ce(IV) gây cản trở phép xác định Với lượng mol gấp 200 lần As(III), các catrion Al3+

, Be2+, Ca2+, Cd2+,

Cu2+, K+, Na+, Mg2+, NH4+, Ni2+,Sr2+, Zn2+ và một số nguyên tố đất hiếm không ảnh hưởng đến hệ ở nhiệt độ phòng

1.2.1.8 Phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử (AAS)

Ngày nay phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử là phương pháp được sử dụng rất phổ biến để phân tích hàm lượng các kim loại nặng trong các đối tượng khác nhau: nước sinh hoạt, nước thải, hoa quả, thực phẩm… Phương pháp này đơn giản, có độ nhạy và độ chính xác cao, trang bị của nó không quá cồng kềnh, thích hợp cho việc phân tích hàng loạt

Phương pháp AAS là phương pháp phổ biến để xác định tổng lượng asen

có trong mẫu Phương pháp AAS sử dụng kỹ thuật hyđrat hóa (HG - AAS) có

độ nhạy cao, kết quả phân tích ổn định và loại được nhiều ảnh hưởng của matrix vốn thường rất phức tạp Phương pháp này cho phép xác định asen ở hàm lượng thấp (vài ppb) mà không cần làm giàu Muốn xác định riêng lẻ As(III) và As(V) người ta dựa vào khả năng khử khác nhau của As(III) và As(V) đối với NaBF4 ở các pH khác nhau Quá trình khử ở pH từ 0 đến 7 của

As(III) là dễ hơn As(V) As(V) chỉ bị khử trong môi trường có nồng độ axit lớn Người ta tiến hành hydrua hóa trước khi nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa đèn khí Mẫu sau khi vô cơ hóa được khử thành asin bằng NaBF4 trong môi trường HCl sau đó được dẫn vào ống thạch anh đặt ở vùng ổn định ngọn lửa đèn khí Khí AsH3 tạo thành được đo ở bước sóng λ = 197,3 nm Tuy nhiên nếu có một lượng dư các nguyên tố: Sb, Sn, Bi, Hg, Se, Te… sẽ gây trở ngại cho việc xác định asen bằng phương pháp này do chúng có thể bay hơi trong điều kiện trên Phương pháp này có độ nhạy với As(III) cao hơn As(V) Bằng phương pháp này chúng ta có thể xác định tổng As(III) và As(V) trong cùng một dung dịch As(V) được khử thành As(III) bằng chất khử thích hợp (KI 20% - Na2SO3 5%, KI 10% - axit ascorbic 5% - HCL 2M…) Nhờ tác dụng của chất khử mạnh NaBF4 toàn bộ As(III) được chuyển thành khí AsH3 Khí này được chuyển tối bộ phận nguyên tử hóa nhờ dòng khí trơ (Ar, N2 hoặc He) Trong bộ phận này khí AsH3 được nguyên tử hóa thành As ở nhiệt độ 900 – 1000oC, sau đó các nguyên tử As được đo ở bước sóng λ = 197,3 nm

Tác giả Lê Tự Thành và cộng sự đã ứng dụng phương pháp HG – AAS

để xác định tổng As trong mẫu nghêu được xử lý bằng hỗn hợp HNO3 +

H2O2, kết quả thu được có độ ổn định cao, hiệu suất thu hồi 92,6 – 105,9 % Nguyên tử hóa không ngọn lửa (ETA – AAS) thường dùng một lò nung nhỏ bằng graphit (cuvet graphit) hay thuyền Tatan để nguyên tử hóa mẫu nhờ nguồn năng lượng nhiệt của dòng điện có thế thấp (nhỏ hơn 12V) nhưng có dòng rất cao (50- 800A), cho độ nhạy cao đạt đến 0,1 ppb và được ứng dụng khá phổ biến hiện nay Ưu điểm của kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu này là tiêu tốn rất ít mẫu, chỉ từ 20  50 l Về nguyên tắc, đây là quá trình nguyên tử hóa tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng của dòng điện có công suất lớn và trong môi trường khí trơ Quá trình nguyên tử hóa xảy ra trong vòng từ 60  80 giây, theo bốn giai đoạn tiếp nhau: sấy khô, tro hóa luyện

mẫu, nguyên tử hóa và làm sạch cuvet Nguồn năng lượng thường được dùng hiện nay là dòng điện có cường độ dòng rất cao (từ 50  600A) và thế thấp (dưới 12V) hoặc năng lượng của dòng cao tẩn cảm ứng Khi dùng kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa độ nhạy của phương pháp tăng lên rất nhiều nhờ hiệu suất nguyên tử hóa cao, tuy nhiên ảnh hưởng của nền đến cường độ hấp thụ là rất lớn As trong nước có thể được định lượng trực tiếp hoặc được tạo hơi asin rồi được khí mang Ar đưa vào cuvet graphit [12]

1.2.2 Phương pháp huỳnh quang

Phương pháp huỳnh quang gồm huỳnh quang tia-X, huỳnh quang phân

tử, huỳnh quang nguyên tử… Tuy nhiên, huỳnh quang phân tử là phương pháp được chú ý do khả năng ứng dung rộng rãi, đơn giản, ít tốn kém, độ nhạy và chọn lọc cao, có nhiều nghiên cứu của nhiều tác giả đưa ra

1.2.2.1 Xác định As(III) bằng thuốc thử fluorescein

Các tác giả [37] đã đưa ra phương pháp huỳnh quang xác định gián tiếp As(III) dựa trên hệ phản ứng I2- fluorescein Bản thân fluorescein là một chất phát quang mạnh ở bước sóng 516 nm (bước sóng kích thích là 495 nm), I2

phản ứng với fluorescein tạo ra hợp chất huỳnh quang yếu ở bước sóng này Khi có mặt As(III), As(III) sẽ tác dụng với iot làm giảm lượng iot phản ứng với fluorescein, dẫn tới thay đổi lượng fluorescein còn lại trong dung dịch Như vậy lượng asen sẽ tỹ lệ với lượng dự fluorescein trong dung dịch

AsO3- + I2 + H2O → AsO43- + 2I- + 2H+

AsH3 + 4I2 + 4H2O → AsO4

+ 8I- + 11H+Các tác giả đã nghiên cứu và tìm ra được những điều kiện tối ưu cho phép xác định là pH= 6,1 (khoảng pH nghiên cứu 5,7- 7); 0,8 ml I2 20 μl/ml (khoảng nghiên cứu từ 0,5-0,9 ml); 0,8 ml fluorescein 10-4 M (khoảng nghiên cứu từ 0,6- 0,9 ml)

Giới hạn xác định của phương pháp là 0,4 ppb Nếu coi sai số > 5% mới

có thể tách bằng chưng cất, Sb3+ và Bi3+

có thể tách bằng chiết Mẫu trước khi phân tích được tách bằng chưng cất dưới dạng AsCl3 và làm giàu cách chiết với dung môi benzen Phương pháp này ứng dụng để xác định As(III) trong nước sông và nước sinh hoạt

1.2.2.2 Phương pháp dòng chảy - huỳnh quang xác định axit dimethyl arsinic(DMAA) trong thuốc diệt cỏ sử dụng phản ứng quang hóa trực tiếp

Nguyên tắc của phương pháp là dùng peroxidisunfat dưới bức xạ tử ngoại để oxi hóa DMAA tới asenat Asenat sinh ra sẽ phản ứng với molipdat sinh ra asenomolipdat Sau đó chất này sẽ tác dụng với thiamin tạo ra sản phẩm có tính huỳnh quang là thiochrom Dựa vào cường độ phát quang của thichorom ở bước sóng 440 nm (λ = 375 nm) ta có thể xác định được nồng độ DMAA, cụ thể: khoảng tuyến tính 0,14- 14 ppm, giới hạn xác định 0,014 ppm, tốc độ phân tích 60 mẫu/hấp thụ Bằng cách tách và làm giàu với nhựa trao đổi cation Dowex AG 50W- X8 dạng H+ các tác giả có thể xác định được DMAA trong khoảng nồng độ 5,6- 560 ppb, giới hạn xác định là 0,6 ppb Phương pháp ứng dụng để xác định DMAA trong nước tưới và thực vật [36]

1.2.2.3 Xác định Asen bằng phương pháp huỳnh quang phân tử với hệ thuốc thử murexit – Cr(VI)

Phương pháp dựa trên phản ứng oxi hóa của As(III) với Cr(VI) với xúc tác iot Lượng dư Cr(VI) sau phản ứng với As(III) sẽ làm tắt huỳnh quang của murexit trong môi trường axit H2SO4 0,45M Tín hiệu huỳnh quang được đo ở bước sóng kích thích và phát xạ lần lượt là 336 nm và 424 nm với mẫu trắng;

ở 336 nm và 428,8 nm khi có mặt As(III) Bước sóng kích thích và phát xạ

của murexit trong môi trường axit không có Cr(VI) lần lượt là 353,6 và 444,8

nm Phép đo được lặp lại khi cho thêm As(III) và đo cường độ huỳnh quang

sẽ xác định được nồng độ As(III) theo 2 đường chuẩn:

F = 611 + 816C(μg/ml) ( r = 0,9999 với giới hạn nồng độ từ 5 – 100 ng/ml)

F = 391 + 141C(μg/ml) ( r = 1 với giới hạn nồng độ từ 100 ng/ml – 1 μg/ml)

Để xác định tổng lượng As(III) và As(V) có trong mẫu, khử As(V) về As(III) bằng natri metabisulphite, đun nóng 90- 100oC để đuổi lượng dư chất khử

Hơn 35 cation, anion và một vài phức được nghiên cứu và kết luận: với lượng dư gấp 1000 lần nồng độ As(III) của EDTA, tartrate, sulphate, phosphate, nitrate, clorua, ion kim loại kiềm và kiềm thổ, 500 lần Zn2+

, Cd2+,

Ni2+, Co2+, Al3+, 100 lần Mn2+

, Th4+, Cr3+, Os8+, 50 lần Bi3+

, Hg2+ không gây ảnh hưởng tới phép đo Khi có mặt của EDTA, lượng dư Fe3+

, Cu2+ 100 lần không gây ảnh hưởng Ảnh hưởng của Fe2+

được loại trừ bằng cột trao đổi cation Amberlite IR – 120 và loại Sb3+ bằng kết tủa với antimony pyrogallate Giới hạn phát hiện là 1,5 ppb Phương pháp có độ đúng và tin cậy cao được ứng dụng xác định Asen trong những nền phức tạp, mẫu có nhiều nguyên tố ảnh hưởng ( hợp kim), mẫu môi trường và sinh học [33]

1.2.2.4 Phương pháp biosensor sử dụng vi khuẩn chỉ thị

Phương pháp dựa trên khả năng đề kháng của vi khuẩn trong môi trường

có asen Biosensor hoạt động tùy thuộc vào nồng độ của asen trong môi trường mà nó tạo ra tín hiệu điện tử tỷ lệ với nồng độ của asen Phản ứng phát hiện có thể là hoạt động của một enzym hay liên kết của chất phân tích với một kháng thể hay một chất nhận… Các tín hiệu thu được có thể là tín hiệu quang học hoặc điện hóa tuyến tính với một hay nhiều chất phân tích Thành

phần quan trọng của vi khuẩn chỉ thị asen là plasmit, trong tế bào vi khuẩn có chứa gen kháng asen tự nhiên và gen chỉ thị, hai đoạn gen này được nối với nhau cùng hoạt động dưới sự điều khiển của một promoter Khi vi khuẩn tiếp xúc với môi trường có chứa asen, asen được thấm qua màng tế bào vi khuẩn thông qua con đường hấp thụ, vận chuyển tích cực hay thụ động nó sẽ liên kết với protein điều hòa dẫn đến hoạt hóa sự phiên mã của gen chỉ thị Gen chỉ thị

mã hóa tạo ra ezym luciferase xúc tác cho phản ứng phát quang:

n-decanal + FMNH2 + O2 → Axit decanoic + FMN + hv

Phản ứng phát sáng của luciferase vi khuẩn bao gồm sự oxy hóa khử monolucleotit flavin và 1 aldehyt chuỗi dài làm cơ chất để phản ứng với ezym

và kết quả là sản sinh ra ánh sáng màu xanh ở bước sóng 490 nm [32]

Kết luận: Căn cứ vào các tài liệu tham khảo được, để việc xác định asen đơn giản, có khả năng khả thi trong các phòng thí nghiệm, chúng tôi chọn phương pháp xác định asen bằng phương pháp trắc quang với thuốc thử Safranin

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

2.1 Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.1.1 Nguyên tắc của phương pháp trắc quang xác định hàm lượng asen bằng Safranin

Safranin T (Tolusafranin; 3,6- diamino- 2,7- dimetyl-10 phenyl phenazin clohidrat (I); 3- 6- diamino- 2,7- dimetylphenazin (II))

CH3

Safranin T là hỗn hợp của hai chất I và II

Safranin T là chất bột màu đỏ, rất độc, tan trong nước cho dung dịch màu

đỏ [2] Dung dịch trong rượu etylic có màu đỏ, phát huỳnh quang màu đỏ vàng Trong dung dịch rượu etylic hấp thụ cực đại với ánh sáng có λ = 539 và 503,2 nm

Phản ứng:

- Khi thêm HCl đặc vào dung dịch safranin trong nước sẽ được dung dịch có màu tím xanh

- Safranin tác dụng với NaOH sẽ tạo kết tủa màu đỏ nâu

- Trong dung dịch H2SO4 đặc cho dung dịch màu xanh lá cây, pha loãng dung dịch bằng nước thì dung dịch sẽ chuyển thành xanh sau đó có màu đỏ

Safranin là chất chỉ thị oxi hóa khử (có Eo = 0,289 V), khi bị oxi hóa thì

nó tạo sản phẩm không màu

Sự làm mất màu của safranin khi có mặt iodate trong môi trường axit xảy

ra theo cơ chế như sau [21]:

+ As(III) phản ứng với KIO3 trong môi trường axit để giải phóng ra I2

Màu đỏ không màu

Vì vậy, bằng cách theo dõi sự giảm độ hấp thụ quang của Safranin theo nồng độ As(III) thì có thể định lượng được As(III) trong mẫu theo phương pháp thời gian ấn định hoặc phương pháp tg

2.1.2 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của luận văn gồm:

- Tối ưu hóa các điều kiện của phép xác định gồm nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố sau đến phản ứng chỉ thị:

+ Phổ hấp thụ của dung dịch chất màu và chọn cực đại hấp thụ để đo độ hấp thụ quang

+ Ảnh hưởng của thời gian phản ứng Theo dõi biến thiên tốc độ phản ứng để chọn phương pháp tg hay phương pháp thời gian ấn định

+ Ảnh hưởng của nồng độ đầu các tác nhân phản ứng như KIO3, Safranine đến tốc độ phản ứng

+ Ảnh hưởng của môi trường phản ứng

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các ion lạ đến phép xác định

- Đánh giá phương pháp phân tích : gồm khảo sát giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng, khoảng tuyến tính; đánh giá độ chụm và độ chính xác của phương pháp phân tích, tính hiệu suất thu hồi của phương pháp phân tích

- Xây dựng qui trình phân tích và ứng dụng phân tích mẫu thực tế

2.2 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị

2.2.1 Dụng cụ, thiết bị

* Bình định mức thủy tinh loại A có dung tích 25, 50, 100, 250, 500 ml

* Cốc thuỷ tinh chịu nhiệt dung tích 100, 250 ml

* Bình nón dung tích 250 ml, buret 25 ml

* Các loại pipet chia vạch: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5; 10; 25 ml

* Máy trắc quang UV - VIS 1601 PC - Shimadzu (Nhật Bản), bước sóng làm việc tử 190- 900 nm , cuvet thủy tinh chiều dày l = 1cm

* Cân phân tích Scientech SA 210 độ chính xác 0,0001g

* Máy điều nhiệt

* Đồng hồ bấm giờ

* Máy đo pH

2.2.2 Hóa chất

Các hóa chất cần dùng là loại tinh khiết phân tích (p.a và tinh khiết

thuốc thử (p.R.) Các dung dịch được pha chế bằng nước cất hai lần

Pha các dung dịch tiêu chuẩn:

+ Pha 100,00 ml As(III) 1000ppm từ từ As 2 O 3 tinh thể

Cân chính xác 0,1320 gam As2O3 tinh thể trên cân phân tích, hòa tan lượng cân này bằng dung dịch NaOH loãng, sau đó đun nóng dung dịch cho As2O3 tan

hết, chuyển vào bình định mức 100,00 ml, tráng rửa cốc cân vài lần bằng nước cất hai lần rồi chuyển vào bình định mức trên, thêm nước cất tới vạch mức, sóc trộn đều dung dịch ta được 100,00 ml dung dịch As(III) 1000ppm

+ Thiết lập lại nồng độ As(III) bằng dung dịch Iot tiêu chuẩn

- Pha 100,00 ml dung dịch I 2 0,0127 M từ Iot tinh thể

Cân 0,32g Iot trên cân kỹ thuật Hòa tan sơ bộ lượng cân này bằng nước cất, sau khi iot tan hết thêm khoảng 10g KI Thêm nước cất tới vạch mức, sóc trộn đều dung dịch được dung dịch I2 có nồng độ sấp sỉ 0,0127 M Dung dịch vừa pha bảo quản trong chai thủy tinh màu nút nhám

- Pha 100,00 ml dung dịch Na 2 S 2 O 3 0,025M từ Na 2 S 2 O 3 tinh thể

Cân 0,62g Natri thiosunfat trên cân kỹ thuật, hòa tan sơ bộ bằng nước cất, chuyển vào bình dịnh mức 100,00 ml, tráng rửa cốc cân, thêm nước cất tới vạch mức được 100,00 ml dung dịch Na2S2O3 có nồng độ sấp sỉ 0,025 M

- Pha 100,00 ml dung dịch K 2 Cr 2 O 7 4,17x10 -3 M

Cân chính xác 0,12270,0001g Kali dicromat loại tinh khiết hóa học trên cân phân tích, hòa tan sơ bộ bằng nước cất chuyển vào bình định mức 100ml, tráng rửa cốc cân nhiều lần chuyển vào bình trên, thêm nước cất đến vạch mức, sóc trộn đều dung dịch được 100,00 ml dung dịch K2Cr2O7

bột chuẩn đền mất màu xanh Làm thí nghiệm song song, sai số giữa hai lần chuẩn không quá 0,1ml

- Thiết lập lại nồng độ dung dịch I 2 theo Na 2 S 2 O 3

Phương trình chuẩn độ:

I2 + 2Na2S2O3  htb 2NaI + Na2S4O6

Hút chính xác 10,00 ml dung dịch I2 vào bình nón, thêm một lượng nhỏ nước cất, đem chuẩn bằng dung dịch Na2S2O3 tới vàng nhạt, thêm 1,0 ml hồ tinh bột 1% chuẩn tiếp tới mất màu xanh Làm thí nghiệm song song, sai số giữa hai lần chuẩn không quá 0,1ml

- Thiết lập lại nồng độ dung dịch As(III) bằng I 2

Phương trình chuẩn độ:

Na3AsO3 + I2 + H2O  Na3AsO4 + 2HI

Hút chính xác 10,00 ml dung dịch asenit vào bình nón 250ml, thêm 2 giọt dung dịch phenolphtalein, dung dịch có màu hồng, thêm từng giọt dung dịch H2SO4 2M cho đến khi mất màu hồng Cho tiếp vào bình chuẩn độ khoảng 1 gam NaHCO3, lắc đều (nếu dung dịch lại có mầu hồng thì thêm tiếp

H2SO4 2M cho tới khi mất màu ) Thêm 1 – 2 ml hồ tinh bột, chuẩn độ mẫu vừa chuẩn bị bằng dung dịch iot cho tới khi xuất hiện màu xanh nhạt Làm thí nghiệm song song, sai số giữa hai lần chuẩn không quá 0,1ml

+ Pha 100,00 ml As(III) 100ppm từ dung dịch As(III) 1000ppm

Hút chính xác 10,00 ml dung dịch As(III) 1000ppm chuyển vào bình định mức 100 ml, thêm nước cất tới vạch mức, sóc trộn đều dung dịch ta được 100,00 ml dung dịch As(III) 100ppm

+ Pha 100,00 ml As(III) 10ppm từ dung dịch As(III) 1000ppm

Hút chính xác 1,00 ml dung dịch As(III) 1000ppm chuyển vào bình định mức 100 ml, thêm nước cất tới vạch mức, sóc trộn đều dung dịch ta được 100,00 ml dung dịch As(III) 10ppm

+ Pha 100,0 ml dung dịch Safranine 0,02 %

Cân 0,02 gam Safranine, hòa tan bằng nước cất tới thể tích 100 ml, khuấy đều ta được 100,0 ml dung dịch Safranine 0,02 %

+ Pha 500,0 ml dung dịch HCl 1M

Đong khoảng 42,0 ml dung dịch HCl đặc 37% chuyển vào bình chứa có dung tích 500 ml đã có chứa sẵn 1/3 nước cất, thêm nước cất tới thể tích 500,0 ml, khuấy đều ta được 500,0 ml dung dịch HCl 1M

+ Pha 250,0 ml dung dịch KIO 3 2%

Cân 5 gam tinh thể KIO3, hòa tan bằng nước cất tới thể tích 250,0 ml, khuấy đều ta được 250,0 ml dung dịch KIO3 2%

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Nghiên cứu phương pháp xác định As (III) dựa trên hệ phản ứng oxi hóa khử As(III), KIO 3 và Safranin

3.1.1 Nghiên cứu chọn điều kiện tối ưu của phản ứng chỉ thị

3.1.1.1 Phổ hấp thụ của sản phẩm phản ứng chỉ thị

Chuẩn bị 04 bình định mức dung tích 25 ml, lấy vào 02 bình định mức 3

và 4 các lượng As (III) được lấy từ dung dịch As (III) 100,00 ppm như sau: Bình 1-2: mẫu trắng

Bình 3: 1,25 ml dung dịch As (III) 100,00 ppm

Bình 4: 2,50 ml dung dịch As (III) 100,00 ppm

Thêm vào các bình từ 1- 4 mỗi bình 2,50 ml dung dịch KIO3 2%, thêm vào tất cả các bình, mỗi bình 2,50 ml dung dịch HCl 1M; cuối cùng thêm vào các bình 2, 3 và 4 mỗi bình 1,50 ml dung dịch safranine 0.02 % Sau đó định mức bằng nước cất đến vạch mức Sóc trộn đều dung dịch, đem đo độ hấp thụ quang của các dung dịch trong khoảng bước sóng từ 400 – 700 nm với dung dịch so sánh là dung dịch trong bình 1 Kết quả thu được như hình 3.1

Hình 3.1: Phổ hấp thụ quang của dung dịch Safranine khi có mặt As(III), KIO 3 , HCl (Nồng độ cuối của các tác nhân trong dung dịch lần lượt là: Safranine

0,0012%, KIO 3 0,2%, HCl 0,1M)