Định Lượng Asen Tổng Trong Rau Bằng Phương Pháp HGAAS

Quy trình phân tích Asen tổng trong Rau bằng phương pháp HG-AAS

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH ASEN TRONG RAU

XANH BẰNG PHƯƠNG PHÁP HG-AAS

GVHD: Th.S Võ Thúy Vi

Th.S Nguyễn Văn Thành Nam SVTH : Lương Tiến Phong MSSV: 2004130027

LỚP: 04DHHH4

Bắt nguồn từ những nhu cầu thực tiễn cấp bách trong việc kiểm soát chất lượng

và đánh giá mức độ an toàn của thực phẩm trên thị trường hiện nay, nhờ vào sự hướngdẫn tận tình của ThS Võ Thúy Vi và ThS Nguyễn Văn Thành Nam đã tạo điều kiệngiúp em thực hiện và hoàn thành đề tài này

Trước tiên, em xin chân thành cám ơn ThS Võ Thúy Vi cùng các thầy cô trong

bộ môn Hóa phân tích khoa Công nghệ Hóa Học trường Đại học Công Nghiệp ThựcPhẩm Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, hỗ trợ, khuyến khích,giúp đỡ, góp ý để em hoàn thành để tài này đúng thời hạn

Xin chân thành bày tỏ sự biết ơn đến Trung Tâm Nhiệt Đới Việt Nga – Chinhánh phía Nam, đặc biệt là toàn thể các cán bộ tại phòng Phân Tích Môi Trường, đã

hỗ trợ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong suốt quá trình em thực hiện đề tài

Xin gửi lời cám ơn chân thành đến ba mẹ, bạn bè đặc biệt là tập thể lớp04DHHH4 trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm Thành phố Hồ Chí Minh đã bêncạnh động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài này

Em rất mong nhận được những góp ý quý báu từ quý thầy cô và các bạn học để

đề tài được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cám ơn!

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 06 năm 2017

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Nhóm sinh viên gồm : 1……… MSSV………

2……… MSSV…………

3……… MSSV………

Nhận xét : ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm đánh giá: ………

………

………

………

………

Ngày ……….tháng ………….năm 2017

( ký tên, ghi rõ họ và tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Nhóm sinh viên gồm : 1……… MSSV………

2……… MSSV…………

3……… MSSV………

Nhận xét : ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm đánh giá: ………

………

………

………

………

………

Ngày ……….tháng ………….năm 2017

( ký tên, ghi rõ họ và tên)

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng trong một số loại rau ở Việt Nam 4

Bảng 1.2: Cấu hình và vị trí của Asen trong bảng tuần hoàn 5

Bảng 1.3: Các thông số vật lí của Asen 6

Bảng 1.4: Một số thông số vật lý của các hợp chất của Asen 9

Bảng 2.1: Loại mẫu, địa điểm lấy mẫu và kí hiệu 20

Bảng 2.2: Quy trình khảo sát khoảng tuyến tính của Asen bằng HG-AAS 23

Bảng 3.1: Khảo sát khoảng tuyến tính của Asen 36

Bảng 3.2: Các thông số đo phổ HG-AAS của Asen 38

Bảng 3.3: Độ lặp lại của phương pháp 39

Bảng 3.4: Hiệu suất thu hồi của phương pháp 39

Bảng 3.5: Hàm lượng Asen có trong mẫu rau 40

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Cải bẹ (Brassica campesris L.) 2

Hình 1.2: Cải xanh (Brassica juncea L.) 3

Hình 1.3: Cải thìa (Brassica chinensis L.) 3

Hình 1.4: Vòng tuần hoàn của Asen trong môi trường 5

Hình 1.5: Các con đường Asen thâm nhập vào cơ thể người 13

Hình 1.6: Hệ thống hydride hóa VP 100 17

Hình 1.7: Máy AAS Thermo Scientific iCE 3000 Series 18

Hình 2.1: Mẫu rau cải xanh 20

Hình 2.2: Mẫu rau xà lách 20

Hình 2.3: Mẫu rau cải xanh sau khi đồng nhất 26

Hình 2.4: Tiến hành acid hóa sơ bộ mẫu 27

Hình 2.5: Mẫu sau khi được tro hóa thành tro trắng 27

Hình 3.1: Sự phụ thuộc của AbsAs vào các bước sóng khác nhau 31

Hình 3.2: Sự phụ thuộc của AbsAsen vào cường độ làm việc của đèn 32

Hình 3.3: Sự phụ thuộc của AbsAsen vào tốc độ dòng khí mang Argon 32

Hình 3.4: Sự ảnh hưởng của nồng độ HCl đến tín hiệu đo được 33

Hình 3.5: Sự ảnh hưởng của nồng độ NaBH4 đến độ hấp thu của Asen 35

Hình 3.6: Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính của Asen 36 Hình 3.7: Đường chuẩn Asen trong khoảng 10 – 80 ppb

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang là chủ đề nổi cộm rất được xã hộiquan tâm vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng Đối với lĩnh vực nôngnghiệp nói riêng đang chịu sức ép to lớn từ những loại nông sản nhiễm độc chất, hiệntượng đất canh tác bị đầu độc tất cả đều bắt nguồn từ việc gia tăng phế thải Phần lớnnguồn phế thải đưa ra môi trường chưa được xử lý thích hợp, làm cho môi trường ngàycàng ô nhiễm trầm trọng hơn, các loại phế thải công nghiệp, phế thải sinh hoạt, hóachất nông nghiệp tồn dư đi vào nước, vào không khí rồi tích tụ trong đất, đầu độcmôi trường đất làm đất thoái hóa, giảm đi chất lượng dinh dưỡng vốn có gây ảnhhưởng nghiêm trọng đến chất lượng của những sản phẩm canh tác, đặc biệt là sảnphẩm nông nghiệp sản xuất trên khu vực đất bị ô nhiễm có khả năng đầu độc tới sứckhỏe của người sử dụng

Ở nước ta, bên cạnh những loại nông sản chủ lực, các loại hoa màu cũng chiếmmột vị trí then chốt trong số những cây trồng và cụ thể là các loại rau Rau là một nhuyếu phẩm đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp những dưỡng chất thiết yếu chocon người Tuy nhiên, cùng với mức độ ngày càng nghiêm trọng của vấn nạn ô nhiễmmôi trường, rau xanh có khả năng bị nhiễm độc, nguy hiểm nhất phải kể đến sự nhiễmđộc kim loại nặng trong rau xanh tới từ đất, nước trồng rau và không khí, gây ra vô sốnhững ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe của người tiêu dùng Dẫn đến việc kiểm soát,đánh giá sự tích tụ kim loại nặng trong rau nói riêng và trong thực phẩm nói chung trởthành một vấn đề cấp bách được toàn thể xã hội quan tâm Nắm bắt được nhu cầu đó,tôi tiến hành chọn đề tài: “Xây dựng quy trình phân tích Asen trong rau xanh bằngphương pháp HG-AAS” để xây dựng được quy trình định lượng Asen trong mẫu raunhằm đóng góp một phần vào nhu cầu chung trong việc kiểm soát thực phẩm ô nhiễm,hạn chế rủi ro đến sức khỏe con người, từ đó đưa ra những khuyến cáo hữu ích đối vớitoàn thể người dân

1 Tổng Quan

1.1 Giới thiệu về rau xanh [2] [3]

1.1.1 Nguồn gốc và phân loại.

Thực vật nói chung và rau xanh nói riêng có rất nhiều chủng loại Chúngđược phân loại theo chi họ, theo điều kiện sinh trưởng hay đơn giản hơn là phânloại theo bộ phận sử dụng Trong số đó, các loại rau họ cải (Brassicaceae) chiếmphần lớn và mang ý nghĩa thực tiễn cao đối với đời sống con người Theo viện sĩN.I Vavilop, các loại rau họ cải chủ yếu có nguồn gốc từ Trung Quốc và khu vựcĐịa Trung Hải Riêng ở nước ta, họ rau cải có 6 chi và khoảng 20 loài Căn cứ vàođặc điểm hình thái, các giống rau cải ở nước ta được phân thành 3 nhóm chính:

Nhóm cải bẹ (Brassica campesris L.) Nhóm này ưa nhiệt độ thấp, chịu lạnh

tốt, thích hợp trồng vào vụ Đông Xuân Đặc điểm của nhóm cải bẹ là có bẹ lá to,dày, lá lớn Năng suất thu hoạch ổn định, thời gian sinh trưởng tầm 120 – 160 ngày

Hình 1.1: Cải bẹ (Brassica campesris L.)

Nhóm cải xanh/cải cay (Brassica juncea L.) Nhóm cải này có khả năng

chịu được nóng và mưa to, khả năng thích ứng rộng, thường được trồng quanh nămnhưng cho năng suất cao nhất khi được trồng ở vụ Xuân Hè Cải xanh có cuống hơitròn, nhỏ, ngắn Phiến lá nhỏ và hẹp, bản lá mỏng, cây thấp, nhỏ, lá có màu xanhvàng đến xanh đậm ăn có vị hơi cay nồng, dễ để giống

Hình 1.2: Cải xanh (Brassica juncea L.)

Nhóm cải thìa/cải trắng (Brassica chinensis L.) Nhóm cải thìa có đặc điểm

dễ phân biệt với các nhóm cải còn lại, có hình lóng máng, màu trắng, phiến lá hơitròn, cây mọc gọn, có khả năng thích ứng rộng nên có thể gieo trồng quanh năm.Thời gian sinh trưởng của nhóm cải này tương đối ngắn, có thể chồng xen với cácloại hoa màu khác

Hình 1.3: Cải thìa (Brassica chinensis L.)

1.1.2 Đặc điểm và thành phần dinh dưỡng của cây rau cải.

Cây cải thuộc nhóm cây rễ chùm, phân nhánh Bộ rễ ăn nông trên tầng đấtmàu mỡ, tập trung nhiều ở tầng đất 0 – 20 cm Lá cái mọc đơn, không có lá kèm,những lá phía dưới thường tập trung, bẹ lá to, lá lớn Bộ lá khá phát triển, tuy lá tonhưng mỏng nên chịu hạn kém và dễ bị sâu bệnh phá hại Do có nguồn gốc ôn đớinên cây cải yêu cầu ánh sáng thích hợp với thời gian chiếu sáng ngày dài, cường

độ ánh sáng nhẹ Lượng nước trong cây cao từ 75 – 95% do đó cải cần nhiều nước

để sinh trưởng và phát triển Tuy nhiên đát không được quá úng nước sẽ dễ gâychết cây Cây cải không kén đất, nó có thể sinh trưởng phát triển cho năng suất caokhi được trồng ở các loại đất khác nhau, nhưng thích hợp nhất là đất màu mỡnhiều dinh dưỡng với khả năng giữ ẩm tốt Trong rau cải, bên cạnh thành phầnchính là nước chứa, còn có thêm một số thành phần quan trọng như: cellulose làthành phần cấu thành “bộ khung” của cây, các khoáng chất như Ca, P, Fe và một

số loại vitamin thiết yếu đối quá trình sống của con người

Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng trong một số loại rau ở Việt Nam.

Năng lượng (Cal/100g) 16 16 30

1.2 Đại cương về nguyên tố Asen [6] [7]

1.2.1 Tổng quan về Asen [6]

Asen là một nguyên tố á kim Asen có thể tồn tại trong đất, nước và khôngkhí dưới dạng hợp chất vô cơ và hữu cơ Tuy nhiên, As(III) và As(V) là hai dạngphân bố rộng rãi nhất trong tự nhiên

Bảng 1.2: Cấu hình và vị trí của Asen trong bảng tuần hoàn.

số nguyên tố khác như Oxi, Clo, Lưu huỳnh Asen kết hợp với các nguyên tố trêntạo thành các hợp chất Asen vô cơ như các khoáng vật, quặng Hợp chất của Asenvới Cacbon và Hydro gọi la hợp chất Asen hữu cơ Thường các dạng hợp chất hữu

cơ của Asen ít độc hơn hợp chất Asen vô cơ

Trong thủy quyển Asen tồn tại dưới dạng muối asenat hoặc asenic, chủ yếu

là các dạng hòa tan Dạng tồn tại của Asen phụ thuộc vào tính chất và trạng tháicủa môi trường địa hóa Ngoài ra, hoạt động của các loại vi sinh vật trong môitrường nước có thể ảnh hưởng đến dạng tồn tại của Asen Trong sinh quyển, Asentồn tại ở dạng asenmetyl do chuyển hóa sinh học Asen có trong khí quyển là doquá trình luyện quặng, sản xuất xi măng, sản xuất năng lượng

Hình 1.4: Vòng tuần hoàn của Asen trong môi trường.

1.2.2 Tính chất [7]

1.2.2.1 Tính chất vật lý

Asen có một vài dạng thù hình, dạng kim loại và dạng không kim loại Ởdạng không kim loại Asen được tạo nên khi làm ngưng tụ hơi của nó Đó là chấtrắn màu vàng gọi là Asen vàng, có mạng lưới phân tử giống Photpho trắng nhưngkém bền hơn, ở điều kiện nhiệt độ thường dưới tác dụng của ánh sáng nó chuyểnnhanh thàng dạng bột

Dạng kim loại của Asen có màu xám và là dạng bền nhất, hiếm nhất, dễnghiền nhỏ thành bột, dẫn điện dẫn nhiệt tốt, hơi Asen có mùi tỏi rất độc

Bảng 1.3: Các thông số vật lí của Asen.

Khối lượng nguyên tử 74,92 gNhiệt độ nóng chảy 817oC (36 atm)Nhiệt độ sôi 610oC (1 atm)

Tỉ khối 5,727 g/cm3

Độ âm điện 2,18Năng lượng ion hóa (I1) 947 kj/mol

1.2.2.2 Tính chất hóa học

Asen là một á kim Về lý tính nó có tính chất giống kim loại, còn hóa tínhlại thiên về các phi kim hơn Asen có tính oxy hóa – khử, trong không khí, nó cháytạo thành As2O3 có màu trắng Ở dạng bột mịn Asen có thể bốc cháy trong khí Clotạo thành Triasenclorua, khi có mặt nước sẽ tạo thành Acid Asenic

4As + 3O2 → 2As2O3

2As + 3Cl2 → 2AsCl3

2As + 5Cl2 + 8H2O → 2H3AsO4 + 10HClBên cạnh đó, Asen còn dễ dàng tham gia phản ứng tạo Asin (AsH3), là cơ sởcho phép phân tích Asen theo phương pháp HG-AAS

NaBH4 + 3H2O + HCl → H3BO3 + NaCl + 8H*

6H* + H3AsO3 ⇆ AsH3 + 4H2OAsen đơn chất không phản ứng với nước, acid loãng nhưng tan trong HNO3

đặc, nước cường toan, kiềm, một số chất oxi hóa điển hình

As + HCld + HNO3 → AsCl3 + NO + 2H2O2As + 6NaOH → 2Na3AsO3 + 3H2

Phản ứng tạo phức với Amoni Molybdate trong môi trường HNO3 tạo phức

dị đa màu vàng và phức này có thể bị khử bằng hệ khử thích hợp về phức dị đamàu xanh Đây là phản ứng đặc trưng dùng để định tính Asen bằng phương pháptrắc quang

12(NH4)2MoO4 + H3AsO4 + 21HNO3 → 10H2O + 21NH4NO3 +

(NH4)3[H4As(Mo2O7)6]Một phản ứng đặc trưng của Asen là phản ứng chuyển hóa As (V) ở dạngAsO43- thành As (III) ở dạng AsO33- và ngược lại, với sự có mặt của I- và I2 Phảnứng này chịu ảnh hưởng rất mạnh bởi pH của môi trường, trong môi trường acid ở

pH càng thấp thì AsO43- càng thể hiện tính oxi hóa mạnh mẽ và dễ dàng bị khử vềAsO33- với sự có mặt của I- Ngược lại, trong môi trường kiềm thì AsO33- dễ dàngchuyển hóa thành AsO43- với sự có mặt của I2

AsO43- + 3I- + 2H+ → AsO33- + I3- + H2OAsO33- + I2 + 5OH- → AsO43- + 2I- + 4H2O

1.2.3 Hợp chất của Asen và các tính chất của chúng [7] [8]

1.2.3.1 Asin.

Asin (AsH3) là chất khí không màu, có mùi tỏi rất độc, liều lượng có thểgây tử vong là 250 ppm Asin là chất khử mạnh, nó có thể bốc cháy trong khôngkhí và khử được muối của các kim loại như Cu2+, Ag+ đến kim loại

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

Asin tác dụng với HgCl2 tẩm trên giấy lọc tạo thành hợp chất có màu biếnđổi từ vàng đến nâu: AsH2(HgCl), AsH(HgCl)2, As(HgCl)3, As2Hg3

Asin tương đối bền, phân hủy ở nhiệt độ cao (1500oC) tạo nên trên thành bìnhkết tủa đen lấp lánh như gương

1.2.3.2 Asen (III) oxit.

Asen (III) oxit hay As2O3, ở trạng thái răn có màu trắng, rất độc, liều lượnggây tử vong là khoảng 0,1g, ít tan trong nước (khoảng 2% ở 25oC) cho dung dịch

có tính acid yếu gọi là acid Asenơ

As2O3 + 3H2O ⇆ 2H3AsO3

2H3AsO3 ⇆ 6H+ + 2AsO3

3-Trong dung dịch, acid Asenơ luôn có cân bằng chuyển hóa giữa AsO33- vàAsO2- Cho nên trong dung dịch mang tính kiềm AsO33- chiếm ưu thế, còn trongdung dịch acid thì AsO2- chiếm ưu thế

AsO2- + H2O ⇆ AsO33- + 2H+

Asen (III) oxit dễ tan trong dung dịch kiểm, tạo thành muối Asenit àHydroasenit

As2O3 + 6NaOH → 2Na3AsO3 + 3H2O

As2O3 thể hiện tính khử khi tác dụng với H2O2, FeCl3, K2Cr2O7, HNO3 và bịoxi hóa lên đến AsO43-

3As2O3 + 4HNO3 + 7H2O → 6H3AsO4 + 4NO

1.2.3.4 Asen halogenua (AsX 3 ).

AsX3 là những hợp chất cộng hóa trị, dễ tan trong các dung môi hữu cơ,trong nước và thủy phân mạnh

AsCl3 + 3H2O ⇆ As(OH)3 + HClAsX3 dễ dàng kết hợp với halogenua kim loại (MX) tạo nên các phức cócông thức chung là M(AsX4), M2(AsX5)

1.2.3.5 Asensunfua.

Asensunfua có hai dạng As4S4 và As2S3 đều ở dạng bột màu vàng, tan trongdung dịch kiềm.

As4S6 + 12NaOH → 2Na3AsO3 + 2Na3AsS3 + 6H2OTan trong Sunfua kim loại hay Amoni tạo thành muối tio

As4S6 + 6(NH4)2S ⇆ 4(NH4)3AsS3 (Amonitioasenit)

Tất cả các muối Asensunfua đều tan tỏng acid HNO3 đặc, không tan trongHCl đặc

3As2S3 + 28HNO3 + 4H2O ⇆ 6H3AsO4 + 9H2SO4 + 28NO

Bảng 1.4: Một số thông số vật lý của các hợp chất của Asen.

Hợp chất

Khối lượng nguyên tử (g/mol)

Trạng thái

Nhiệt độ sôi ( o C)

Nhiệt độ đông đặc ( o C)

Khối lượng riêng (g/cm 3 )

1.3 Hiện trạng ô nhiễm Asen và độc tính của nó.

1.3.1 Nguồn gốc ô nhiễm Asen [1]

Asen là một kim loại có thể tồn tại ở nhiều dạng hợp chất vô cơ và hữu cơ.Nguồn ô nhiễm Asen chủ yếu là do các quá trình tự nhiên (phun trào núi lửa, hoạtđộng maga, nhiệt dịch, phong hóa ) Nguồn gốc của sự tồn tại Asen bắt nguồn từhoạt động địa chất trong các lớp trầm tích cách đây khoảng 20-80 nghìn năm

Theo điều tra của UNICEF, Asen có mặt trong hầu hết các loại đất đá, trầmtích được hình thành từ hàng nghìn năm trước tại Việt Nam Asen từ đất đá, theoquá trình phong hóa được hòa tan vào nước ngầm, tích lũy và gây ô nhiễm Mộtphần nước bị ô nhiễm bởi Asen là do tác động của con người như việc sử dụngnhiên liệu, đốt rác, nấu chảy quặng, luyện kim, khai thác và chế biến các loạiquặng sunfua, asenua, sản xuất và sử dụng thuốc trừ sâu diệt cỏ, phân hoá học,thuốc bảo vệ thực vật, vũ khí hoá học

Là một nước nông nghiệp, Việt Nam sử dụng một lượng lớn thuốc trừ sâu,phân hoá học, thuốc bảo vệ thực vật có chứa Asen khiến cho sự phân tán Asen vàomôi trường nước và trầm tích ngày càng trầm trọng hơn Trong thời kỳ chiếntranh, nước ta chịu ảnh hưởng bởi rất nhiều những loại vũ khí hóa học độc hạichứa Asen, điều này cũng làm tăng dư lượng Asen tích lũy trong môi trường lêncao hơn

Ngày nay, khoa học ngày càng gặt hái thêm nhiều thành tựu tiến bộ, quátrình công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày một phát triển vượt bậc Bên cạnh nhữngmặt tốt nó mang lại, nó cũng góp phần vào việc làm cho môi trường ô nhiễm hơnchủ yếu là do nguồn phế thải chưa được xử lý hoặc xử lý chưa đạt yêu cầu Phếthải công nghiệp, phế thải sinh hoạt, hoá chất nông nghiệp tồn dư đi vào trongnước, vào không khí rồi tích tụ trong đất, làm cho đất bị thoái hoá, làm giảm chấtlượg sản phẩm trồng trọt Đặc biệt là các loại cây trồng trên khu vực đất bị ônhiễm có thể trở thành nguyên nhân gây ngộ độc cho người sử dụng

Tóm lại, Asen tồn tại trong một chu trình kín: từ quá trình phong hóa cácloại đất đá khoáng vật chứa Asen đến các hoạt động sinh hoạt, sản xuất côngnghiệp của con người thải ra một lượng lớn Asen vào trong môi trường đất, nước

và không khí Các dạng Asen trầm tích sẽ tồn tại trong môi trường nước, một phầnđược tích lũy trở lại môi trường đất, các dạng bụi và Asin sẽ khuếch tán vào khôngkhí Một phần sẽ đi vào vi sinh vật thủy sinh và các loại thực vật, theo chuỗi thức

ăn sẽ tích lũy dần lên các sinh vật bậc cao hơn rồi đi vào cơ thể con người

1.3.2 Hiện trạng ô nhiễm Asen trên thế giới [8]

Tình trạng ô nhiễm Asen trên thế giới đang có chiều hướng gia tăng rấtnhanh Ở nhiều nơi, hàm lượng Asen trong đất, nước, không khí vượt cao hơn sovới giới hạn quy định của các tổ chức sức khoẻ thế giới Bình thường hàm lượngAsen trong không khí chỉ khoảng 1 đến vài mg/m3, trong môi trường nước khoảngmột vài μg/L và trong đất khoảng 0,2 - 40 mg/kg

Hiện trạng ô nhiễm Asen trong nước xảy ra ở nhiều nơi trên thế giới nhưAghentina, Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ, Bangladesh, Chile, Việt Nam, Rumani,Myanma với nồng độ từ vài trăm đến 1000 μg/L Ở một số bang phía Tây củanước Mỹ như New Mexico, Arizona, Nevada, Nam Califonia, người dân phải sửdụng nước có nồng độ > 50 μg/l Một số nghiên cứu tại Thái Lan gần đây cho thấy21% trong số 83563 giếng khoan có hàm lượng asen vượt quá 50 μg/l và 5,2%vượt quá 350 μg/l , với ngưỡng cao nhất là 2500 μg/l Báo cáo tổng kết tình hìnhnhiễm độc do asen tại Trung Quốc năm 2004 cho thấy, 8 tỉnh thuộc Trung Quốclục địa với hơn 2 triệu người đã bị thâm nhiễm Asen từ nước giếng khoan với hàmlượng asen nằm trong khoảng từ 50-2000 μg/l Trong đó 10 nghìn người đượcchuẩn đoán là mắc các bệnh có liên quan tới asen

1.3.3 Hiện trạng ô nhiễm Asen ở Việt Nam [10]

Do vị trí địa lý và điều kiện thổ nhưỡng, ở nước ta có một số khu vực nướcngầm bị ô nhiễm Asen trầm trọng Theo đánh giá cho biết, khoảng 13,5% dân sốViệt Nam (10-15 triệu người) đang sử dụng nước ăn từ giếng khoan có nguy cơnhiễm Asen cao Theo thống kê chưa đầy đủ cả nước có khoảng hơn 1 triệu giếngkhoan, trong đó có nhiều giếng có nồng độ As cao hơn từ 20-50 lần nồng độ chophép (0,01 mg/l) ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ của cộng đồng Tại khu vực đồngbằng châu thổ Sông Hồng, những vùng bị nhiễm nghiêm trọng nhất là: Phía nam

Hà Nội, Hưng Yên, Ninh Bình, Thái Bình, Hải Dương đồng bằng Sông CửuLong cũng phát hiện nhiều giếng khoan có nồng độ As cao chủ yếu nằm ở ĐồngTháp và An Giang

Theo đánh giá của UNICEF, khu vực phía Nam Hà Nội ô nhiễm As nặngnhất, thậm chí còn đứng đầu trong danh sách những điểm ô nhiễm Asen ở ViệtNam và đã được đánh dấu trên bản đồ ô nhiễm asen của thế giới Ở lưu vực Sông

Mê Kông, các mẫu nước giếng khoan ở tỉnh An Giang có dấu hiệu bị ô nhiễm, tỉnhĐồng Tháp bị ô nhiễm ở mức độ trầm trọng hơn Thậm chí, có mẫu nước giếng ởCao Lãnh, Thanh Bình có nồng độ asen cao hơn 1000 ppb

Cục quản lí tài nguyên nước đã điều tra ở một số tỉnh Đồng Tháp, AnGiang, Bạc Liêu, Kiên Giang, Sóc Trăng Kết quả là trong tổng số 14119 mẫunước phân tích ở 484 xã được điều tra có 7,1% mẫu có hàm lượng As 0,1 mg/l trởlên, số mẫu có hàm lượng từ 0,05 mg/l trở lên chiếm 5,7%

Tại An Giang, sau khi lấy 2966 mẫu nước từ các giếng khoan trên toàn tỉnh

đã có 40% số giếng chứa As dưới 50 ppb, 10% trên 50 ppb Tại huyện ThanhBình, 855 số mẫu thử có hàm lượng As trên 50ppb

Ngoài ra, nước thải của các nhà máy, khu công nghiệp, việc khai thác bừabãi khoáng sản, sử dụng quá nhiều thuốc trừ sâu đã làm cho nguồn nước mặt ởnhiều tỉnh nước ta có hàm lượng asen cao vượt quá giới hạn cho phép

1.3.4 Độc tính của Asen [10]

Asen được quy định là chất độc hại bảng A, tổ chức nghiên cứu ung thư thếgiới IARC đã xếp Asen vào nhóm các chất gây ung thư cho người Nhiễm độcAsen gây ung thư da, làm tổn thương gan, gây bệnh dạ dày, bệnh ngoài da, bệnhtim mạch

Asen xâm nhập vào cơ thể người qua 2 con đường:

- Đường tiêu hoá: Asen đi vào vào cơ thể chủ yếu thông qua dư lượng tồntrữ trong thực phẩm, nhiều nhất là lượng Asen tích luỹ vào cơ thể thông qua cácloại hải sản, đặc biệt là các loài hải sản có vỏ (thường < 0,2 mg/ngày, trong đóasen vô cơ khoảng 50 μg) Hoặc do tiếp xúc với thuốc bảo vệ thực vật, hoá chất,nguồn nước có hàm lượng Asen cao

- Đường hô hấp: Asen ở những dạng bụi mịn lơ lửng trong không khí gâyảnh hưởng tiêu cực trực tiếp đến con người thông qua đường hô hấp Theo cácnghiên cứu cho thấy rằng sự hấp thụ asen qua đường phổi mạnh hơn nhiều quađường ruột Ngoài ra, Asen còn có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua tiếp xúcvới da.

Asen ở các trạng thái tồn tại khác nhau thì cũng khác nhau về độc tính đốivới sức khoẻ của con người Hàm lượng asen 0,01 mg/kg có thể gây chếtngười.Trong các loại, các hợp chất của asen (III) có độc tính mạnh nhất Khi xâmnhập vào cơ thể asen (III) sẽ kết hợp với các nhóm –SH của enzim trong ngườilàm bất hoạt hệ enzim của cơ thể Ngoài ra, AsO33- có tính chất tưong tự với PO43-

sẽ thay thế PO43- trong enzim, gây ức chế enzim, ngăn cản quá trình tạo ra ATP là

“đồng tiền” năng lượng của cơ thể Không chỉ dừng lại ở đó, nó còn gây ra sựđông tụ protein ức chế hoạt động trao đổi và tổng hợp chất của cơ thể

Ảnh hưởng độc hại đáng lo ngại nhất của As là việc gây đột biến gen, ungthư, thiếu máu, các bệnh tim mạch… sau 15 - 20 năm kể từ khi phát hiện ngườinhiễm độc sẽ chuyển sang ung thư và chết Theo điều tra của tổ chức Y tế thế giớiWHO cứ 10000 người thì có 6 người bị ung thư do sử dụng nguồn nước và thựcphẩm có nồng độ As > 0,01 mg/l

Hình 1.5: Các con đường Asen thâm nhập vào cơ thể người.

1.4 Các phương pháp xác định Asen [8]

Từ trước đến nay có nhiều phương pháp xác định Asen được tìm ra và ứngdụng trong phân tích định tính và định lượng asen Căn cứ vào nhu cầu và mụcđích phân tích để lựa chọn được phương pháp phù hợp nhất Sau đây trình bày một

số phương pháp phân tích asen thường được ứng dụng vào thực tế:

12(NH4)2MoO4 + H3AsO4 + 21HNO3 ⇆ (NH4)3[H4As(Mo2O7)6] + 10H2O

sẽ được khử thành Asin (AsH3) Khí Asin sinh ra đi qua ống hấp thụ chứa bạcdiethyldithiocarbamate trong dung dịch pyridine (hay chloroform) tạo thành phức

có màu đỏ Phức này được đo màu trên máy quang phổ UV-VIS tại bước sóng 535

nm, dựa vào định luật Lambert – Beer định lượng được hàm lượng Asen có trongmẫu

Phương pháp này mang những ưu điểm như sử dụng thiết bị đơn giản rẻtiền tiết kiệm được chi phí phân tích, giới hạn phát hiện khá thấp (khoảng 0,002mg/l) Tuy nhiên, phương pháp này gặp phải một vài cản trở như việc phức tạothành kém bền cường độ màu tạo thành giảm dần theo thời gian chỉ ổn định trongvòng 5 phút, gây hạn chế khi phải phân tích đồng thời nhiều mẫu Ngoài ra, phảnứng giữa hơi Asin và thuốc thử có thể bị cản trở bởi những tạp chất sinh ra trongquá trình phản ứng như H2S, SbH3

1.4.2.2 Phương pháp điện hóa.

Nguyên tắc của phương pháp này dựa trên sự tích góp As (III) trong HCl3M trên điện cực đĩa cacbon xốp có mạ vàng tại thế -400mV Sau đó hòa tan hoàntoàn lượng As tại thế 600 mV Để xác định Asen tổng số cần phải phân hủy mẫu

bằng hệ lò vi sóng và khử toàn bộ Asen về As (III) bằng hydrazine hydrochloride,sau đó tiến hành định lượng Asen tổng bằng phương pháp điện hóa.

AsO33- + 6H+ ⇆ As + 3H2O – 3eĐây là một phương pháp phân tích có độ nhạy cao, cho độ lặp lại tương đốitốt do có thể tích góp và hòa tàn gần như hoàn toàn lượng Asen (III) có trong mẫu

ở giá trị thế thích hợp, phương pháp này có tính ứng dụng cao do thời gian phântích tương đối ngắn, lượng mẫu tiêu tốn cho mỗi phép đo ít tốn kém Tuy nhiên,kết quả của phép đo dễ bị ảnh hưởng bởi các tác nhân là một số ion kim loại cótrong mẫu như Sb, Pb sẽ làm tăng tín hiệu còn Te, Sn, Se sẽ làm giảm tín hiệuđo

1.4.2.3 Phương pháp phân tích quang phổ hấp thu nguyên tử tạo hơi

hydride (HG-AAS) [4]

Cơ sở lý thuyết của phương pháp này là sự hấp thụ năng lượng (nguồn bức

xạ đơn sắc) của nguyên tử tự do ở trong trạng thái hơi khi chiếu chùm tia bức xạqua đám hơi của nguyên tố ấy trong môi trường hấp thụ

Trong thực tế, để xác định các nguyên tố vi lượng ở dạng vết thì một số kỹthuật mới dựa trên nền của phương pháp quang phổ hấp thu nguyên tử thườngđược ứng dụng rộng rãi như như: kỹ thuật lò graphite GF-AAS, kỹ thuật hóa hơilạnh VP-AAS, kỹ thuật hydride hóa HG-AAS Đề tài này dựa trên kỹ thuật HG-AAS để định lượng asen có trong mẫu

Nguyên tắc của phương pháp:

Nguyên tố cần phân tích (A) tạo hơi hydride bằng phản ứng giữa dung dịchchuẩn/mẫu chứa nguyên tố cần phân tích với NaBH4 trong môi trường acid theophương trình:

BH4- + 3H2O + H+ → H3BO3 + 8H*

Am+ + (m+n)H* → AHn + mH+

Hơi hydride sinh ra được đưa đến bộ phận nguyên tử hóa dưới sự lưu dẫncủa dòng khí trơ sẽ chuyển thành các nguyên tử tự do dưới tác dụng của nhiệt Cácnguyên tử này sẽ hấp thu bức xạ đặc trưng được phát ra từ nguồn bư xạ kích thíchtại một bước sóng nhất định và cho phổ hấp thu tương ứng

HG-AAS là một kỹ thuật phân tích chuyên dụng cho các nguyên tố vi lượngđặc biệt là As, Se, Bi, Te Cho hiệu suất lấy mẫu khá cao LOD trong khoảng ppb,giảm thiểu được cản nhiễu do nền mẫu, vận hành tự động, thời gian phân tíchngắn Tuy nhiên, đây là một kỹ thuật phân tích hiện đại, đòi hỏi kiến thức của kỹ

Hệ thống sinh Hydride:

Có nhiều dạng hệ thống sinh hydride khác nhau như: hệ thống dòng chảyliên tục, hệ thống dòng chảy gián đoạn, hệ thống tiêm dòng chảy Ở đề tài này, tavận hành thiết bị dựa trên hệ thống dòng chảy liên tục (continous flow)

Nguyên tắc hoạt động của hệ thống này dựa trên việc bơm nhu động hútđồng loạt và liên tục các dung dịch mẫu/chuẩn, acid, NaBH4 trong ba dây dẫnriêng biệt với tốc độ cố định tương ứng với mỗi dây Các dung dịch này được phốitrộn kỹ cùng với dòng khí mang tại buồng phản ứng, dung dịch sau khi phối trộn

sẽ được chuyển đến bộ phân tách khí lỏng Phần hơi cùng với dòng khí mang đượcmang đến thiết bị nguyên tử hóa, phần dung dịch còn lại theo đường ổng dẫn thảixuống bình thải

Hệ thống này có ưu điểm là cố định được tốc độ hút mẫu/chuẩn, NaBH4,HCl trong suốt quá trình hoạt động, đồng thời với tác dụng của dòng khí manggiúp quá trình phối trộn các tác nhân phản ứng được đồng đều hơn nên sẽ làm chophản ứng sinh hydride ổn định Ngoài ra, nó còn có khả năng chịu được nhữngkim loại thường gây nhiễu trong quá trình sinh hydride, tự động hóa trong suốt quátrình tạo hydride, là thiết bị phân tích chuyên dụng cho nhiều nguyên tố vi lượng

Tuy nhiên, hệ thống này có thể bị ảnh hưởng bởi chiều dài của ổng phảnứng và tốc độ dòng chảy do sự lão hóa của các dây dẫn hay của bơm nhu độngtheo thời gian Việc tinh chỉnh tốc độ dòng của mỗi ống dây dẫn tương đối khókhăn do phải thực hiện bán thủ công

Thiết bị nguyên tử hóa:

Thiết bị nguyên tử hóa được sử dụng cho đề tài này là thiết bị nguyên tửhóa trực tiếp bằng ống thạch anh hình chữ T (T cell) được gia nhiệt bên ngoài.Ống thạch anh được sử dụng để nguyên tử hóa có dạng chữ T, tâm ống thạch anh

là nơi phân tán hơi hydride được lôi cuốn bởi dòng khí mang từ hệ thống sinhhydride

Cơ chế nguyên tử hóa:

Hydride được nguyên tử hóa thông qua sự tương tác với nguyên tử H tự dođược hình thành theo cơ chế sau:

Nguồn bức xạ:

Nguồn bức xạ thường dùng đèn cathode rỗng (Hollow Cathode Lamp –HCL) hoặc đèn phóng điện phi cực (Electrodeless Discharge Lamp – EDL) Cácđèn này phát ra phổ phát xạ rời rạc, đặc trưng, gồm những vạch trùng khớp vớiphổ hấp thụ nguyên tử của nguyên tố cần phân tích Đối với những nguyên tố dễbay hơi (như As), đèn HCL có độ phát xạ thấp và tuổi thọ ngắn, do đó thườngdùng đèn EDL, có cường độ phát xạ cao và ổn định hơn so với đèn HCl

b) Sơ đồ hệ thống.

Bộ sinh Hydride VP 100:

- Ba dây cao su dùng để dẫn các dung dịch chuẩn/mẫu, acid, NaBH4 với tốc độ cốđịnh Các dung dịch trên được hút bởi một motor nằm trong bơm nhu động rồiđược dẫn vào bộ trộn mẫu

- Bộ trộn mẫu (buồng phản ứng) thực hiện việc phối trộn đồng đều các dung dịchvới sự có mặt của dòng khí mang Ar

- Bộ phân tách lỏng khí: tách hơi hydride ra khỏi chất lỏng Phần lỏng được dẫnxuống ống thải và thải ra bình chứa Đám hơi theo đường ống dẫn đến thiết bịnguyên tử hóa Cùng hệ thống ống dẫn hơi hydride đến T cell

Dây cao su dẫn hơi hydride được nối trực tếp đến tâm của ống nhằm đảm bảo sựphân tán đều hơi hydride khi đo mẫu.

- Máy đơn sắc: Bức xạ từ nguồn sau khi ra khỏi bộ phận nguyên tử hóa vẫn là bức

xạ đa sắc, được hướng vào một thiết bị quang học gọi là máy đơn sắc để phân giảithành từng tia đơn sắc riêng biệt Thiết bị này được được cấu tạo từ những cách tử,hoạt động theo cách xoay cách tử lựa chọn ở khe ra của máy đơn sắc một tia đơnsắc đặc trưng của nguyên tố cần phân tích

- Đầu dò (Detector) là nơi mà tia cộng hưởng ở khe ra của máy đơn sắc chiếu thẳngvào nó, nhờ bộ dò quang điện chuyển hóa tín hiệu quang nhận được thành dòngđiện tương ứng

- Hệ thống xử lý và ghi đo với vai trò thu giữ và xử lý tín hiệu nhận được, từ đó truyxuất cho ta kết quả phân tích và lưu trữ lại cho những mục đích về sau

Hình 1.7: Máy AAS Thermo Scientific iCE 3000 Series.