MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết, mục tiêu và nội dung của Luận án Hiện nay, vấn đề phân tích dạng các nguyên tố đang là nhu cầu rất cấp thiết trong đánh giá ô nhiễm thực phẩm và môi trường, trong nghiên cứu các quá trình chuyên hóa và tích lũy sinh học, trong nghiên cứu các quá trình địa hóa. Tuy nhiên các phép xác định thông thường chỉ cho biết tổng hàm lượng các nguyên tố chứ chưa cho biết hàm lượng các nguyên tổ ở các dạng cụ thé, trong khi đó dé đánh giá tính độc, các quá trình chuyền hóa chất trong cơ thé sinh vật, các chat tồn tại trong các tang địa chat, sự tồn tại của nguyên t6 trong môi trường lại cần đến thông tin về hàm lượng và số lượng của các dạng nguyên tổ [36, 37]. Có thé đề cập đến một nguyên tố gây 6 nhiễm mang độc tính cao như As, nguyên tố này được coi là chất độc bảng A vì nó gây ra bệnh ung thư nguy hiểm cho con người [38], nó có khả năng xâm nhập và tích lũy cao trong cơ thể, chính vì vậy hàm lượng As trong nước sinh hoạt theo tiêu chuẩn quy định khá thấp (<10ug/).
Trong tự nhiên As đã được tim thấy dưới nhiều dạng hợp chất khác nhau như arsenit (As(TI), arsenat (As(V)), axit monomethylarsonic (MMAA), axit dimethylarsonic (DMAA).trong đó dạng Arsenit (As(III)) độc hơn dạng Arsenat (As(V)); các dang As vô cơ có độc tính cao hơn các dang As hữu cơ, các dang lại có thê chuyên hóa qua lại với nhau nhờ tác động của các yếu tố trong môi trường sống [11, 39, 40]. Một nguyên tố khác nữa như Se, nguyên tố này có nhiều mức oxy hóa khác nhau là + 4, +6 và — 2, đây là nguyên tô vừa có thé đóng vai trò là nguyên tổ vi lượng vừa có thé là độc tố khi ở hàm lượng cao, khoảng nồng độ Se được phép có trong cơ thể người mà không gây độc hại là rất hẹp và tùy thuộc vào dạng tôn tai của Se, lượng Se nên đưa vào cơ thé người hàng ngày khoảng 50-200ug/ngày. Các dang hợp chat có độc tính của selen thường gặp là selen dioxyd (SeO;), axit selenơ (H;SeO¿), muối selenit (SeO;”), axit selenic (H;SeO¿), muối selenat (SeO¿7) hoặc dạng selenua (Se”) [41, 42]. Các hợp chất selen đáng chú ý trong dinh dưỡng và sức khỏe là (CH3)Se, (CH:)zSe”, selennocystein, selenomethionin.
Như vậy, mỗi dạng tồn tại của một nguyên tố có những tính chất khác nhau nếu chỉ phân tích tổng hàm lượng các nguyên tố thì chưa chỉ ra được độc tính hoặc ứng dụng của nó, chính vi vậy việc định lượng các dạng của các nguyên tố là rất cần thiết. Để phân tích dang các nguyên tố, phương pháp chủ yếu hiện nay hầu hết đều dựa trên nguyên tắc tách các dạng ra khỏi nhau rồi xác định hàm lượng của chúng bang các phương pháp phân tích thông thường hoặc sử dụng các phương pháp ghép nối các thiết bị phân tích, quy trình phân tích có thé tách thành các giai đoạn khi áp dụng kỹ thuật phân tích không ghép nối hoặc khép kín khi sử dụng kỹ thuật ghép nối. Có thé kể đến là nhóm các phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép nối với phép đo phé hap thụ nguyên tử (HPLC — AAS), hoặc ghép nối với phép đo phổ khối (HPLC — ICP — MS),. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của các phương pháp tách là qua nhiều công đoạn phức tạp, dễ làm nhiễm ban, mat chat phân tích hoặc chất phân tích bị chuyên hóa.
Trong thực tế tại Việt Nam, mặc dù đã có rất nhiều phòng thí nghiệm được trang bị các thiết bị như HPLC, AAS, ICP - MS, LC — MS, GC —- MS.nhưng hau hết các thiết bị này hoạt động độc lập, việc ghép nối các thiết bị với nhau đòi hỏi kỹ thuật tiên tiễn và khó thực hiện được. Với những lý do trên, chúng tôi chon dé tài “Nghién cứu xác định các dạng arsen và selen trong một số đối tượng mẫu bằng phương pháp ghép nối sắc kí lỏng hiệu năng cao với khối phố plasma cảm ứng cao tan (HPLC-ICP-MS)” Mục tiêu nghiên cứu của luận án Nghiên cứu phát triển phương pháp phân tích xác định 5 dạng As bao gồm AsB, As(HD, MMAA, DMAA, và As(V) và bước đầu nghiên cứu phân tích 4 dạng Se bao gồm vô cơ Se(IV), Se(VI), SeMet, SeMeCys bằng phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao HPLC ghép nối với khối phổ plasma cảm ứng cao tần ICPMS. Ứng dụng phương pháp phân tích dé phân tích các dạng arsen trong các đối tượng mẫu như: Nước, nước mắm, cá, gạo, nước tiểu, huyết thanh và selen trong mẫu thuốc, thực phẩm chức năng Nội dung nghiên cứu của luận án Phát triển phương pháp phân tích dạng arsen và selen bằng hệ liên hợp HPLC ghép nối ICP-MS. - Tối ưu các điều kiện tách và nhận biết các dang As và Se bang HPLC- ICP-MS - Tối ưu các điều kiện xử ly mẫu - Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp (Độ đúng, độ chính xác, LOD, LOQ, CRMs) Ứng dụng các phương pháp đã phát triển dé phân tích - Dạng ton tại của As trong mẫu sinh học, thực phẩm và môi trường - Bước đầu phân tích dang ton tại của Se trong mẫu thuốc, mẫu nắm men và mẫu thực phẩm chức năng - Đánh giá phương pháp phân tích và áp dụng để phân tích các dạng As trong một số mẫu thực phẩm môi trường và sinh học, các dạng Se trong mẫu thuốc nắm men và thực phẩm chức năng.
Những đóng góp mới về mặt khoa học và thực tiễn của Luận án Về mặt khoa học - Đã xây dựng thành công quy trình xác định đồng thời 5 dạng As bao gồm arsenobetain (AsB), arsenit (As(HI)), axit monomethylarsomc (MMAA), axit dimethylarsonic (DMAA), arsenat (As(V)) trong mẫu nước, mau gạo, mẫu nước mắm, mẫu cá, mẫu nước tiểu và mẫu huyết thanh sử dụng hệ ghép nối HPLC (Shimadzu)-ICP-MS (ELAN 9000 Perkin Elmer) tại Việt nam - Đã xây dựng thành công quy trình xác định đồng thời 4 dang Se: bao gồm selenat (SeVI), selenit (Se(IV)), seleno-DL-methionine (SeMet) và Se-Methyl- selenocystine (SeMeCys) trong mẫu thuốc, mẫu nam men và mẫu thực phẩm chức năng sử dụng hệ ghép nối HPLC (Shimadzu)-ICP-MS (ELAN 9000 Perkin Elmer) tại Việt nam - Đã ứng dụng phân tích và đánh giá hàm lượng các dạng As trong các đối tượng mẫu như; mẫu nước, Đạo, nƯớc mắm, ca, huyét thanh, nước tiểu và các dạng Se trong mẫu thuốc, nấm men và thực phẩm chức năng bằng hệ ghép nối HPLC- ICP-MS - Các thông số quan trọng của phương pháp phân tích như độ lặp lại, độ đúng, độ chính xác, khoảng tuyến tính, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng được đánh giá và biểu diễn. Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp phân tích được tiến hành bằng phân tích mẫu chuẩn đối chứng quốc tế (đối với mẫu cá và mẫu gạo). Đối với nền mẫu khác không có mẫu chuẩn đối chứng quốc tế được tiễn hành theo phương pháp thêm chuẩn. - Phương pháp phân tích được ứng dụng dé phân tích các dạng tôn tại chính As trong mẫu sinh học, thực phâm và môi trường.
Phương pháp phân tích cũng được ứng dụng dé phan tich 4 dang ton tại chính của Se trong mẫu thuốc, mẫu nam men và mẫu thực phâm chức năng. > Về mặt thực tiễn và tính mới của Luận án - Thành công của luận án là một nghiên cứu có hệ thống về phân tích dạng hợp chat As và Se bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép nối với detector khối phô nguồn ion hóa cao tần cảm ứng plasma dựa trên các thiết bị sẵn có của phòng thí nghiệm nham mở rộng khả năng ứng dụng của các thiết bi đó. Bên cạnh đó, phan tích được các dạng tồn tại của các hợp chất của As và Se đóng góp một vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu độc tính cũng như hoạt tính sinh học của các dạng tồn tại của hợp chất trên. Khai quat vé nguyén té As 1.
Các dang tồn tai của arsen trong tự nhiên Arsen được Albertus Magnus tìm thấy đầu tiên vào năm 1250. Arsen (As) hay còn gọi là thạch tín, là một nguyên tố bán kim loại có mặt ở khắp nơi và xếp thứ 20 về độ phô biến trong vỏ trái đất, nó chiếm 1,1 - 4,0 % tổng nguyên tử trong vỏ trái đất, xếp thứ 14 trong nước biển và 12 trong cơ thê con người. Arsen có số thứ tự 33 thuộc chu kỳ 4 phân nhóm phụ nhóm 4 trong bảng hệ thống tuần hoàn [2]. Arsen trong vỏ trái đất Arsen là nguyên tô chiếm khoảng 0,001% trong vỏ trái đất, nồng độ trung bình của arsen trong các loại đá lửa và đá trầm tích vào khoảng 2mg/kg và có hàm lượng cao hon trong các trầm tích sét mịn và khoáng photphorit.
Arsen tồn tại tự nhiên trong hơn 200 loại khoáng khác nhau, trong đó khoảng 60% là arsenat, 20% dạng sunphua, 20% còn lại bao gồm arsenua, oxit, silicat và arsen nguyên tô. Một số khoáng chứa arsen thường gặp như: realgar (AsS), orpiment (As. Arsen trong tram tich va dat Ham lượng arsen tự nhiên trong đất khoảng từ 0,1- 40,0 mg/kg, trung bình là 5 mg/kg, trong đó đất cát có hàm lượng arsen thấp nhất, còn đất bồi và đất mun hữu cơ có hàm lượng arsen cao hơn. Tuy nhiên các hoạt động của con người đã làm tăng đáng ké hàm lượng arsen trong đất.
Hàm lượng arsen lên tới 50 - 550 mg/kg được tìm thay trong đất nông nghiệp đã sử dụng thuốc trừ sâu chứa arsen và nồng độ 20, - 35,5 g/kg trong đất ở bãi rác thải của một nhà máy sản xuất thuốc trừ sâu [22]. Hàm lượng tổng As trong bùn biển đại dương thế giới là 1 mg/l (AP Vinogradov, 1967), trong trầm tích Đệ tứ hạt mịn ở Kyoto, Sendai (Nhật Bản) khoảng 1-30 mg/l. Hàm lượng trong trầm tích Đệ tứ ở trong các giếng khoan ở Hà Nội khoảng từ 6 - 63 mg/l, trong trầm tích sét nâu 2-12 mg/l, trong sét màu xám 0,5-5,0 mg/l trong cát vàng - nâu xám) có quan hệ tuyến tính với hàm lượng Fe(OH);, FeOOH. Trong trầm tích biển ven bờ Việt Nam có hàm lượng As dao động trong khoảng 0,1-6,1 mg/L [7].
Arsen trong nước Arsen có mặt trong nước tự nhiên với nồng độ thấp, chỉ khoảng vài ug/l hoặc nhỏ hơn. Nồng độ arsen trong nước biển ở khoảng 1 - 8 ug/1, trong nước ngọt không ô nhiễm là 1 - 10 ug/1 và tăng cao đến 0,1 - 5,0 mg/l tại những vùng có khoáng hóa sunfur và vùng mỏ. Trong nước, arsen thường tồn tại ở dạng arsenat As(V) hoặc arsenit As(III). Các hợp chất arsen hữu cơ dạng metyl hóa như MMAA- axit monomethylarsonic, DMAA - axit dimethylarsonic, TMA- axit trimethylarsonic có mặt một cách tự nhiên trong nước là kết quả của hoạt động sinh học [29].