I. Tổng quan về Asen và tác hại của Asen đối với con người
Asen (As) là một nguyên tố hóa học có tính độc hại cao, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Nghiên cứu cho thấy Asen tồn tại chủ yếu trong nước ngầm và nước mặt, với nồng độ vượt mức cho phép, gây ra nhiều bệnh lý nguy hiểm. Tại Việt Nam, tình trạng ô nhiễm Asen đã được ghi nhận ở nhiều khu vực, đặc biệt là đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long. Việc phát hiện và phân tích nồng độ Asen trong nước là rất cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Các phương pháp phân tích hiện có như ICP-MS và AAS-FG tuy có độ nhạy cao nhưng lại đòi hỏi thiết bị phức tạp và chi phí cao. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới, hiệu quả hơn là rất quan trọng.
1.1 Tính chất vật lý và hóa học của As
Asen có hai dạng tồn tại chính: dạng kim loại và không kim loại. Dạng không kim loại có màu vàng, trong khi dạng kim loại có màu bạc trắng. Tính chất hóa học của As rất đa dạng, với khả năng tạo ra nhiều hợp chất khác nhau như trioxit asen và pentoxit asen. Asen có thể tồn tại ở nhiều dạng oxy hóa khác nhau, ảnh hưởng đến tính độc hại của nó trong môi trường. Việc hiểu rõ tính chất của Asen là cơ sở để phát triển các phương pháp phát hiện và phân tích hiệu quả.
1.2 Tình hình nhiễm As trên thế giới và ở Việt Nam
Tình hình ô nhiễm Asen đang trở thành vấn đề nghiêm trọng trên toàn cầu. Nhiều quốc gia đã ghi nhận nồng độ Asen trong nước vượt mức cho phép, ảnh hưởng đến sức khỏe hàng triệu người. Tại Việt Nam, nồng độ Asen trong nước ngầm ở một số khu vực lên tới 159 μg/L, gấp nhiều lần mức cho phép của WHO. Việc phát hiện và xử lý ô nhiễm Asen là một thách thức lớn, đòi hỏi sự quan tâm và đầu tư từ cả chính phủ và cộng đồng.
II. Chế tạo sợi nano vàng và các điều kiện thực nghiệm để phân tích As
Chế tạo sợi nano vàng là một trong những bước quan trọng trong nghiên cứu này. Phương pháp bốc bay và ăn mòn góc nghiêng (DEA) được sử dụng để tạo ra sợi nano vàng với độ nhạy cao trong việc phát hiện Asen. Việc sử dụng vật liệu nano không chỉ giúp tiết kiệm nguyên liệu mà còn nâng cao hiệu quả phân tích. Các điều kiện thực nghiệm như nồng độ dung dịch, thời gian tích góp và thế tích góp được khảo sát để tối ưu hóa quy trình phân tích. Kết quả cho thấy sợi nano vàng có khả năng phát hiện Asen ở nồng độ rất thấp, mở ra hướng đi mới trong việc phát hiện ô nhiễm Asen trong nước.
2.1 Quy trình chế tạo điện cực chip nano vàng
Quy trình chế tạo điện cực chip nano vàng bao gồm nhiều bước như phủ lớp SiO2 và SiN, ăn mòn tạo bậc lớp SiN, và phủ lớp màng Au/Cr. Các bước này được thực hiện cẩn thận để đảm bảo chất lượng và độ nhạy của sợi nano vàng. Hình ảnh SEM cho thấy cấu trúc của sợi nano vàng đạt yêu cầu về độ phân giải và tính đồng nhất, điều này rất quan trọng cho việc phân tích Asen trong nước.
2.2 Thiết bị đo đạc và hóa chất
Thiết bị đo đạc được sử dụng trong nghiên cứu này bao gồm các máy phân tích điện hóa hiện đại, cho phép đo nồng độ Asen với độ chính xác cao. Hóa chất chuẩn bị cho thí nghiệm cũng được lựa chọn kỹ lưỡng để đảm bảo tính chính xác trong quá trình phân tích. Việc sử dụng công nghệ nano trong thiết bị đo đạc không chỉ giúp nâng cao độ nhạy mà còn giảm thiểu chi phí, tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng trong thực tiễn.
III. Kết quả và thảo luận
Kết quả chế tạo sợi nano vàng cho thấy khả năng phát hiện Asen ở nồng độ thấp, với đường chuẩn phân tích rõ ràng. Các điều kiện đo nồng độ Asen trong nước được khảo sát kỹ lưỡng, từ đó xác định được khoảng làm việc của điện cực chip nano vàng. Kết quả cho thấy sợi nano vàng có khả năng hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện khác nhau, điều này chứng tỏ tính ứng dụng cao của nó trong việc phát hiện ô nhiễm Asen trong nước. Việc xây dựng đường chuẩn phân tích Asen giúp định lượng chính xác nồng độ Asen trong mẫu nước, từ đó có thể đưa ra các biện pháp xử lý kịp thời.
3.1 Kết quả chế tạo sợi nano vàng
Hình ảnh SEM cho thấy sợi nano vàng được chế tạo có cấu trúc đồng nhất và độ phân giải cao. Kết quả này khẳng định tính khả thi của phương pháp DEA trong việc chế tạo sợi nano vàng. Các thí nghiệm tiếp theo cho thấy sợi nano vàng có khả năng phát hiện Asen với độ nhạy cao, mở ra hướng đi mới trong việc phát hiện ô nhiễm Asen trong nước.
3.2 Khảo sát các điều kiện đo nồng độ As trong nước
Khảo sát các điều kiện đo nồng độ As trong nước cho thấy ảnh hưởng của nồng độ H3PO4 và thời gian tích góp đến kết quả phân tích. Các thí nghiệm cho thấy rằng việc tối ưu hóa các điều kiện này là rất quan trọng để đạt được kết quả chính xác. Kết quả cho thấy sợi nano vàng có thể hoạt động hiệu quả trong nhiều điều kiện khác nhau, điều này chứng tỏ tính ứng dụng cao của nó trong việc phát hiện ô nhiễm Asen trong nước.
