Luận văn: Xác định Selen, Asen trong ốc Hồ Tây bằng phương pháp Von-Ampe

Tài liệu luận văn thạc sĩ xác định hàm lượng Selen, Asen trong ốc ở Hồ Tây bằng phương pháp Von-Ampe, cung cấp số liệu phân tích khoa học cụ thể.

• Tác giả: Hoàng Châu Thiện
• Người hướng dẫn: PGS.TS Hoàng Thọ Tín
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa phân tích
• Đề tài: Xác Định Hàm Lượng Vết Selen Và Asen Trong Ốc Ở Hồ Tây - Hà Nội Bằng Phương Pháp Von – Ampe Hòa Tan
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Selen và Asen trong Ốc Hồ Tây

Selen và asen là hai nguyên tố hóa học có tầm quan trọng đặc biệt trong lĩnh vực khoa học và sức khỏe cộng đồng. Luận văn này tập trung vào việc xác định hàm lượng selen và asen trong ốc Hồ Tây thông qua phương pháp phân tích hiện đại. Hồ Tây, một trong những vùng nước nội địa quan trọng của Hà Nội, là nguồn cung cấp thực phẩm sống thiên nhiên cho cộng đồng địa phương. Việc theo dõi nồng độ các chất hóa học trong ốc có ý nghĩa thiết yếu đối với an toàn thực phẩm. Asen được biết đến như một chất độc hại, trong khi selen lại là một vi chất dinh dưỡng cần thiết. Sự hiện diện của các nguyên tố này trong sinh vật thủy sinh phản ánh chất lượng môi trường nước và có thể ảnh hưởng đến sức khỏe của người tiêu thụ. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp von-ampe hoà tan, một kỹ thuật phân tích tiên tiến, để đo lường chính xác hàm lượng các chất này.

1.1. Tính chất vật lí và hóa học của Selen và Asen

Selen là một nguyên tố phi kim có tính chất giống như lưu huỳnh, với khả năng thay đổi trạng thái từ rắn sang lỏng. Asen là một nguyên tố semi-kim loại có độc tính cao, thường xuất hiện dưới dạng các ion như As(III) và As(V) trong môi trường nước. Cả hai nguyên tố này có khả năng hòa tan trong nước và tạo thành các hợp chất hữu cơ và vô cơ khác nhau, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến tính sinh hoá và độc tính của chúng trong các hệ thống sống.

1.2. Ý nghĩa sinh học và sức khỏe

Selen đóng vai trò quan trọng như một thành phần của các enzyme chống oxy hóa, giúp bảo vệ tế bào. Ngược lại, asen là một độc tố mạnh gây ung thư và các bệnh tật khác khi tiếp xúc lâu dài. Việc xác định hàm lượng chính xác của cả hai nguyên tố trong thực phẩm là cần thiết để đảm bảo an toàn và chất lượng sản phẩm cho người tiêu thụ.

II. Phương pháp phân tích Selen và Asen

Để xác định hàm lượng selen và asen một cách chính xác, các nhà khoa học sử dụng nhiều phương pháp phân tích khác nhau. Các phương pháp quang phổ như hấp thụ nguyên tử (AAS) và quang phổ phát xạ (AES) là những kỹ thuật truyền thống được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, luận văn này tập trung vào phương pháp điện hóa, đặc biệt là phương pháp von-ampe hoà tan, vốn có những ưu điểm nổi bật. Phương pháp này cho phép phát hiện nồng độ cực thấp của các chất với độ nhạy cao và hiệu quả chi phí. Von-ampe hoà tan kết hợp các kỹ thuật điện hoá khác nhau để tạo ra một phương pháp mạnh mẽ cho phân tích các nguyên tố có nồng độ thấp trong mẫu thực tế.

2.1. Phương pháp quang phổ AAS và AES

Hấp thụ nguyên tử (AAS) là phương pháp dựa trên nguyên tắc hấp thụ ánh sáng bởi các nguyên tử. Phương pháp này có độ nhạy cao và được sử dụng phổ biến để phát hiện selen và asen. Quang phổ phát xạ (AES) đo lường ánh sáng được phát ra bởi các nguyên tử khi chúng bị kích thích. Cả hai phương pháp đều có giới hạn phát hiện thấp nhưng yêu cầu thiết bị tốn kém.

2.2. Phương pháp von ampe hoà tan

Von-ampe hoà tan là một phương pháp điện hóa tiên tiến kết hợp quá trình hoà tan và kỹ thuật ampe kế để xác định hàm lượng. Phương pháp này có chi phí thấp hơn, độ nhạy cao và độ chọn lọc tốt. Quá trình bao gồm các bước như chọn nền điện li, điều chỉnh pH, điện phân để nạp các kim loại lên điện cực, sau đó quét thế để đo dòng điện và xác định nồng độ.

III. Thiết kế thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Thiết kế thực nghiệm của luận văn được xây dựng một cách khoa học để xác định hàm lượng selen và asen trong ốc Hồ Tây. Đối tượng nghiên cứu là các mẫu ốc tươi thu thập từ Hồ Tây, được lấy mẫu theo các tiêu chuẩn nghiêm ngặt. Nội dung nghiên cứu bao gồm việc khảo sát các điều kiện tối ưu cho phương pháp von-ampe hoà tan, như chọn nền điện li, pH, thế điện phân, và thời gian điện phân. Xây dựng đường chuẩn là một bước quan trọng để chuyển đổi tín hiệu điện đo được thành nồng độ chất. Các thông số như giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) được xác định để đánh giá chất lượng phương pháp. Cuối cùng, phương pháp thêm chuẩn được áp dụng để xác minh độ chính xác khi phân tích các mẫu thực tế từ ốc Hồ Tây.

3.1. Lấy mẫu bảo quản và xử lí mẫu

Lấy mẫu được thực hiện tại nhiều vị trí khác nhau trên Hồ Tây để đảm bảo tính đại diện. Các mẫu ốc được bảo quản ở nhiệt độ thấp để ngăn chặn sự phân hủy. Xử lí mẫu bao gồm làm sạch, nghiền nhuyễn, hòa tan axit, và lọc để chuẩn bị cho phân tích. Quy trình chuẩn bị mẫu phải chính xác và nhất quán để đảm bảo tính tin cậy của kết quả.

3.2. Khảo sát các điều kiện tối ưu

Khảo sát nền điện li là bước đầu tiên để lựa chọn chất chủ tạo điều kiện dẫn điện tốt nhất. pH tối ưu được xác định bằng cách thay đổi độ axit-bazo của dung dịch. Thế điện phân, thời gian điện phân, và tốc độ quét thế được khảo sát để đạt hiệu quả phân tách cao nhất. Ảnh hưởng của các ion khác như Pb(II), Cd(II), Mn(II), Fe(III) cũng được kiểm tra để đánh giá độ chọn lọc của phương pháp.

IV. Kết quả phân tích và ứng dụng thực tế

Kết quả nghiên cứu của luận văn cung cấp thông tin quý báu về hàm lượng selen và asen trong ốc Hồ Tây. Thông qua phương pháp von-ampe hoà tan, các mẫu ốc được phân tích và nồng độ các chất được xác định. Đường chuẩn được xây dựng cho Se(IV) và As(III), với các thông số như R² (hệ số tương quan), độ lặp lại, giới hạn phát hiện và định lượng được tính toán. Phương pháp thêm chuẩn được sử dụng để xác minh độ chính xác, trong đó các nồng độ biết trước được thêm vào mẫu để kiểm tra khả năng phục hồi. Kết quả phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) cũng được thực hiện để xác minh chéo dữ liệu. Những phát hiện này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có tác động trực tiếp đến an toàn thực phẩm tại Hà Nội, giúp bảo vệ sức khỏe cộng đồng khỏi các rủi ro liên quan đến ô nhiễm hóa chất.

4.1. Đánh giá độ chính xác và độ lặp lại

Độ lặp lại được đánh giá bằng cách phân tích cùng một mẫu nhiều lần và tính toán độ lệch chuẩn. Độ chính xác được xác định thông qua phương pháp thêm chuẩn, nơi các chất chuẩn được thêm vào mẫu và tỷ lệ phục hồi được tính. Các thông số này chứng minh rằng phương pháp von-ampe hoà tan có độ tin cậy cao trong phân tích thực tế.

4.2. Ứng dụng bảo vệ sức khỏe cộng đồng

Dữ liệu hàm lượng selen và asen từ ốc Hồ Tây có thể được sử dụng để đánh giá rủi ro sức khỏe cho người tiêu thụ. Những mẫu có nồng độ asen cao cảnh báo rủi ro ô nhiễm, trong khi nồng độ selen thích hợp cho thấy giá trị dinh dưỡng. Kết quả này hỗ trợ các nhà chính sách trong việc quản lý chất lượng môi trường và bảo vệ sức khỏe công cộng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Việc xác định hàm lƣợng selen và asen trong các mẫu sinh học và môi trƣờng nói chung và trong các loài nhuyễn thể nói riêng, để theo dõi, cảnh báo nguy cơ gây ô nhiễm, cũng nhƣ đánh giá chất lƣợng vệ sinh an toàn thực phẩm, nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng là rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn. Selen là nguyên tố hai mặt trong cuộc sống. Một mặt, nó là một trong những nguyên tố vi dƣỡng thiết yếu cho động vật, thực vật và con ngƣời. Nó là thành phần của hợp thành trong một số các axit amin bất thƣờng nhƣ selenocystein và selenomethionin.

Mặt khác, ở hàm lƣợng lớn thì selen lại nguy hiểm đến sức khoẻ, thậm chí cả tính mạng con ngƣời. Việc sử dụng vƣợt quá giới hạn theo khuyến cáo là 400 g/ngày, có thể dẫn tới các trƣờng hợp ngộ độc nghiêm trọng của selen có thể gây ra bệnh sơ gan, phù phổi và tử vong [15]. Asen là nguyên tố có độc tính cao, nó có mặt ở khắp mọi nơi nhƣ trong không khí, đất, thức ăn, nƣớc uống. Asen có thể xâm nhập vào cơ thể theo 3 đƣờng chủ yếu nhƣ: hô hấp, tiếp xúc qua da và chủ yếu là ăn uống.

Các hợp chất dễ tan của asen hấp thụ qua đƣờng tiêu hoá vào máu tới 90% và ra khỏi máu đến các tổ chức rất nhanh, nửa giờ sau khi tiếp xúc đã tìm thấy các liên kết của asen với protein ở gan, thận, bàng quang; sau 24 giờ, trong máu chỉ còn lại 0,1%. Asen đào thải chủ yếu là qua nƣớc tiểu [12]. Asen là một nguyên tố độc hại có trong nguồn nƣớc và có trong các loài nhuyễn thể nhƣ: ốc, hến, sò, mực, cua, ghẹ… Từ xƣa ngƣời ta đã biết uống một lƣợng rất nhỏ các hợp chất (vô cơ) của asen để kích thích ăn uống, tăng cƣờng sự trao đổi dinh dƣỡng trong các trƣờng hợp biếng ăn, thiếu máu, suy nhƣợc (nhất là suy nhƣợc và sốt rét cơn) [24]. Hàm lƣợng asen xâm nhập vào cơ thể con ngƣời nếu quá ngƣỡng cho phép thì con ngƣời sẽ nhiễm một số bệnh nhƣ: bệnh Bowen, bệnh sừng hoá da, bệnh “ bàn chân đen ” [24].

Tình trạng nhiễm độc asen lâu ngày còn có thể gây ung thƣ (gan, phổi, bàng quang và thận) hoặc viêm răng, khớp, gây bệnh tim mạch, cao huyết áp. Ảnh hƣởng độc hại đáng lo ngại nhất của asen tới sức khoẻ là khả năng gây đột biến gen, ung thƣ, thiếu máu, các bệnh tim mạch (cao huyết áp, rối loạn tuần hoàn máu, viêm tắc mạch ngoại vi, bệnh mạch vành, thiếu máu -1- cục bộ cơ tim và não). Sau 15-20 năm phát hiện, ngƣời nhiễm độc asen sẽ chuyển sang ung thƣ và chết. Có rất nhiều phƣơng pháp phân tích để xác định asen, một trong những phƣơng pháp chặt chẽ về lý thuyết, đơn giản về thiết bị và có hiệu quả kinh tế cao để xác định asen đó là phƣơng pháp Von-Ampe hoà tan catot hay viết tắt là CSV (Catotdic Stripping Vontamemtry ).

Bên cạnh phƣơng pháp Von-Ampe hoà tan, có thể sử dụng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) cũng là một trong những phƣơng pháp có độ nhạy và độ chính xác cao để xác định hàm lƣợng asen. Để thực hiện những vấn đề đã nêu trên, nhằm hoàn thiện quy trình phân tích định lƣợng selen và asen trong các mẫu thủy sản bằng phƣơng pháp Von – Ampe hòa tan catot, đồng thời đánh giá các chỉ tiêu môi trƣờng và góp phần đảm bảo an toàn thực phẩm (nói chung), các nhuyễn thể (nói riêng) chúng tôi chọn đề tài : “Xác định hàm lượng vết selen và asen trong ốc ở Hồ Tây- Hà Nội bằng phương pháp von- ampe hòa tan ”. Trong luận văn này chúng tôi đã thực hiện những nội dung sau: - Khảo sát xây dựng quy trình phân tích selen và asen theo phƣơng pháp Von-Ampe hoà tan catot. Khảo sát các điều kiện tối ƣu và sự ảnh hƣởng của các tác nhân khác đến việc phân tích hàm lƣợng selen và asen.

- Xây dựng đƣờng chuẩn xác định hàm lƣợng selen và asen, xác định giới hạn phát hiện, giới hạn định lƣợng theo đƣờng chuẩn. - Xây dựng quy trình định lƣợng selen và asen bằng phƣơng pháp thêm chuẩn. - Nghiên cứu quy trình lấy và xử lý mẫu phân tích. - Áp dụng phân tích mẫu thực tế.

- So sánh kết quả phân tích của phƣơng pháp Von – Ampe hòa tan với phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS). -2- CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN I. GIỚI THIỆU MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM VỀ SELEN VÀ ASEN I. Tính chất vật lí của Selen và Asen a.

Tính chất vật lí của Selen [7] Selen có nguyên tử lƣợng 78,96 đvC, nằm ở phân nhóm chính VIA, chu kì 4 trong bảng tuần hoàn hoá học. Tƣơng tự lƣu huỳnh, Selen có một số dạng thù hình: Se vô định hình (chất bột màu đỏ nâu), Selen tinh thể (chất giòn màu xám kim). Selen tinh thể có độ dẫn điện tăng mạnh khi đƣợc chiếu sáng, do vậy thƣờng đƣợc dùng để chế tạo chỉnh lƣu, tế bào quang điện, chất phát quang và làm một chất bán dẫn điển hình. Một số hằng số vật lí của Se: - Tỉ trọng: 4,8g/cm3 - Bán kính nguyên tử: 0,117 nm - Độ âm điện: 2,4 (Li = 1) Hình 1.1: Các dạng thù hình của Selen - Nhiệt độ nóng chảy: 2170C - Nhiệt độ sôi: 687,90C b.

Tính chất vật lí của Asen [7], [ 21]. Asen có nguyên tử khối bằng 74,92 đvC, đứng ở vị trí thứ 33 trong HTTH, nằm ở phân nhóm chính VA, cùng với các nguyên tố N (Nitơ), P (photpho), Sb (atimon), Bi (bitmut) thuộc chu kì 4 bảng tuần hoàn hóa học. Asen hay còn gọi là thạch tín, là một á kim có màu xám kim loại, rất giòn, kết tinh dạng tinh thể. Asen lần đầu tiên đƣợc Albertus Magnus(Đức) viết về nó vào năm 1250.

Asen là một á kim gây ngộ độc mạnh. Theo từ điển Bách khoa dƣợc học xuất bản năm 1999, thạch tín là tên gọi thông dùng chỉ nguyên tố asen, nhƣng cũng đồng thời dùng chỉ hợp chất ôxit của asen hóa trị III (As2O3). Ôxit này màu trắng, dạng bột, tan đƣợc trong nƣớc, rất độc. -3- Nó mang nhiều độc tính tƣơng tự một số kim loại nặng nhƣ chì và thủy ngân, không hòa tan trong nƣớc.

Nguyên tố asen không gây mùi khó chịu trong nƣớc, (ngay cả khi ở hàm lƣợng có thể gây chết ngƣời) và khó phân hủy. Dƣới đây là một số thông số vật lí của asen: - Tỉ trọng : 5,7g.cm-3 - Độ âm điện : 2,18 - Nhiệt độ nóng chảy : 8140C - Nhiệt độ sôi : 6150C - Bán kính : 0,058 nm Hình 1.2: Hợp chất As2O3 I. Tính chất hoá học của Selen và Asen a. Tính chất hoá học của Selen [7] Mức oxi hoá chính của Se là -2, +4, +6.

Se là một nguyên tố nằm giữa tính chất kim loại và phi kim. Giống nhƣ lƣu huỳnh, Se tác dụng với nhiều kim loại tạo ra các selenua tƣơng tự nhƣ muối sunfua. Với hiđro, selen tác dụng ở nhiệt độ cao tạo ra hiđro selenua (H 2Se). Selen tác dụng với flo và clo ở nhiệt độ cao và với oxit khi đun nóng.

Selen tan đƣợc trong dung dịch kiềm tƣơng tự lƣu huỳnh: 3Se + 6KOH  K2SeO3 + 2K2Se + 3H2O (1.1) Trong dung dịch HNO3 loãng, selen tác dụng tạo ra selenit: 3Se + 4HNO3 + H2O  3H2SeO3 + 4NO (1.2) Khi cho selen tác dụng với dung dịch axit loãng có thể thu đƣợc hiđroselenua (H2Se). Khi hoà tan H2Se vào nƣớc thì dung dịch của nó sẽ có tính axit yếu. H2Se tác dụng với oxi không khí tạo ra SeO 2 là tinh thể màu trắng, tan tốt trong nƣớc tạo axit selenơ H 2SeO3 (K1 = 2. Khác với SO2, SeO2 là chất oxi hoá mạnh dễ dàng bị khử đến Se theo phản ứng: SeO2 + 2SO2  S + 2SeO3 (1.3) H2SeO3 tồn tại ở dạng những tinh thể lục phƣơng không màu, chảy rữa khi để trong không khí ẩm nhƣng tự vỡ vụn dần trong không khí khô.

H2SeO3 -4- mất nƣớc tạo thành SeO2. Axit selenơ và muối của nó là chất oxi hoá khá mạnh. Ngƣời ta điều chế nó bằng cách hoà tan selen bột trong HNO3 loãng.4) 4 2 3 2 Axit selenic khan có thể hoà tan không những bạc mà cả vàng nữa. Nó có thể tác dụng với axit clohiđric đậm đặc theo phản ứng: H2SeO4 + 2HCl  H2SeO3 + Cl2 + H2O (1.5) Do vậy hỗn hợp H2SeO4 và HCl có tính oxi hoá rất mạnh.

Tính chất hoá học của asen. [7, 15, 21] Asen là nguyên tố bán kim loại, có tính chất hóa học gần với tính chất của á kim, cấu hình electron là [Ar] 3d10 4s24p3, trong cấu hình điện tử của asen có sự tham gia của ocbital d , vì vậy nó có khả năng mở rộng vỏ hóa trị. Trong các hợp chất asen có ba giá trị số oxi hóa -3, +3, và +5, trong đó số oxi hóa +3 rất đặc trƣng cho asen. * Asen nguyên tố Asen là một nguyên tố hoá học hoạt động tƣơng đối mạnh - Khi đốt nóng asen trong không khí, asen tác dụng với oxi cho asen (III) oxit 4As + 3O2  2As2O3 (1.6) - Ở dạng bột mịn Asen bị bốc cháy trong clo tạo asentriclorua: 2As + 3Cl2  2AsCl3 (1.7) Ngoài ra, asen có thể tác dụng với nhiều kim loại khác tạo ra các hợp chất nhƣ FeAs2, PtAs2, NiAs và AsS - Đơn chất asen không tan trong dung dịch axit clohiđric nhƣng tan trong dung dịch axit nitric, trong đó asen biến thành axit asenic H3AsO4 3As + 5HNO3 + 2H2O  3H3AsO4 + 5NO (1.8) - Asen còn có thể tan trong kiềm giải phóng hiđro 2As + 6NaOH  2Na3As2O3 + 3H2 (1.9) * Hợp chất Asin ( AsH3) Asin là hợp chất quan trọng của asen, asin độc nhất trong các hợp chất đã biết của asen.

Asin có thể đƣợc điều chế nhờ phản ứng: As2O3 + 6Zn + 12HCl  6ZnCl2 + 2AsH3 + 3H2O (1.10) hoặc: AsCl3 + 6 H+  AsH3 + 3HCl (1.11) -5- Ở nhiệt độ 300 – 4000C, AsH3 bị thuỷ phân thành As và H2. Đây là cơ sở để định tính asen. 3AsH3  oC 2As t + 3H2 (1.12)  Hoặc asin tác dụng với iot tạo thành asen iodua: AsH3 + 3I2 2AsI3 + 3HI (1.13)  * Asen (III) oxit ( As2O3) Asen(III) oxit đƣợc điều chế khi đốt cháy khoáng vật Oripimen (As2S3) trong không khí As S 9 + t0 As O + 3 SO (1.14) 2 3 O 2 3 2 2 2 As2O3 là chất độc đƣợc dùng nhiều trong thực tế với mục đích chống mối mọt, bảo quản gỗ và các vật liệu. Asen(III) oxit cũng rất độc đối với ngƣời, liều lƣợng gây chết (LD50) đối với ngƣời là 0,1g.