Luận văn thạc sĩ hus xác định đồng thời arseniii monomethylarsonic mma dimethylarsonic dma và arsen v trong nước tiểu bằng phương pháp hplc icp ms

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu phương pháp HPLC-ICP-MS xác định arseniii, MMA, DMA và arsen V trong nước tiểu, góp phần bảo vệ sức khỏe.

• Đề tài: Phân Tích Đồng Thời Arsen III, MMA, DMA và Arsen V Trong Nước Tiểu Bằng HPLC-ICP-MS
• Loại tài liệu: luận văn

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tính chất vật lí và hóa học của Asen
• 1.2. Các dạng tồn tại và độc tính của Asen
• 1.2.1. Các dạng tồn tại
• 1.2.2. Độc tính và cơ chế gây độc của Asen
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Phân Tích Đồng Thời Arsen III MMA DMA và Arsen V

Phân tích đồng thời các dạng asen trong nước tiểu là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong y học và môi trường. Asen (As) là một nguyên tố có độc tính cao, và việc xác định nồng độ của các dạng asen như Arsen III, Mono-methylarsonic (MMA), Dimethylarsonic (DMA) và Arsen V trong nước tiểu giúp đánh giá mức độ phơi nhiễm và rủi ro sức khỏe. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép nối với quang phổ khối (HPLC-ICP-MS) đã trở thành một công cụ mạnh mẽ trong việc phân tích các hợp chất này.

1.1. Tính Chất Vật Lý và Hóa Học Của Asen

Asen có nhiều dạng tồn tại khác nhau, bao gồm các dạng vô cơ và hữu cơ. Tính chất vật lý của asen như tỉ trọng, nhiệt độ nóng chảy và cấu trúc tinh thể ảnh hưởng đến khả năng phân tích và độc tính của nó. Các dạng asen vô cơ như As(III) và As(V) có độc tính cao hơn so với các dạng hữu cơ như MMA và DMA.

1.2. Độc Tính và Ảnh Hưởng Của Asen Đến Sức Khỏe

Độc tính của asen phụ thuộc vào dạng hợp chất và mức độ phơi nhiễm. Các nghiên cứu cho thấy asen có thể gây ra nhiều bệnh lý nghiêm trọng, bao gồm ung thư và các bệnh về tim mạch. Việc xác định nồng độ asen trong nước tiểu là một chỉ số quan trọng để đánh giá rủi ro sức khỏe.

II. Vấn Đề Trong Phân Tích Arsen Trong Nước Tiểu

Phân tích các dạng asen trong nước tiểu gặp nhiều thách thức do tính chất hóa học phức tạp của chúng. Các yếu tố như pH, nồng độ ion và điều kiện bảo quản mẫu có thể ảnh hưởng đến kết quả phân tích. Việc phát hiện và định lượng chính xác các dạng asen là rất cần thiết để đảm bảo an toàn sức khỏe.

2.1. Thách Thức Trong Việc Tách Biệt Các Dạng Asen

Việc tách biệt các dạng asen trong nước tiểu là một thách thức lớn do sự tương tác giữa các hợp chất. Các phương pháp phân tích truyền thống thường không đủ nhạy để phát hiện nồng độ thấp của asen, do đó cần có các phương pháp hiện đại hơn.

2.2. Ảnh Hưởng Của Điều Kiện Môi Trường Đến Kết Quả Phân Tích

Điều kiện môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của mẫu nước tiểu. Việc bảo quản mẫu đúng cách là rất quan trọng để đảm bảo kết quả phân tích chính xác.

III. Phương Pháp Phân Tích HPLC ICP MS Để Xác Định Asen

Phương pháp HPLC-ICP-MS là một kỹ thuật tiên tiến cho phép phân tích đồng thời nhiều dạng asen trong nước tiểu. Kỹ thuật này kết hợp giữa sắc ký lỏng hiệu năng cao và quang phổ khối, mang lại độ nhạy và độ chính xác cao trong việc xác định nồng độ asen.

3.1. Nguyên Tắc Hoạt Động Của HPLC ICP MS

HPLC-ICP-MS hoạt động dựa trên nguyên tắc tách biệt các hợp chất trong mẫu bằng sắc ký lỏng, sau đó phân tích chúng bằng quang phổ khối. Kỹ thuật này cho phép phát hiện các dạng asen với độ nhạy cao, ngay cả ở nồng độ thấp.

3.2. Quy Trình Phân Tích Mẫu Nước Tiểu

Quy trình phân tích mẫu nước tiểu bao gồm các bước chuẩn bị mẫu, tách biệt các dạng asen và phân tích bằng HPLC-ICP-MS. Mỗi bước đều cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo độ chính xác của kết quả.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Về Phân Tích Asen Trong Nước Tiểu

Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp HPLC-ICP-MS có thể xác định chính xác nồng độ của các dạng asen trong nước tiểu. Các mẫu nước tiểu từ người dân xã Chuyên Ngoại, Hà Nam đã được phân tích, cho thấy mức độ phơi nhiễm asen trong cộng đồng.

4.1. Kết Quả Phân Tích Mẫu Thực Tế

Kết quả phân tích cho thấy nồng độ asen trong nước tiểu của người dân xã Chuyên Ngoại có sự biến động lớn. Một số mẫu cho thấy nồng độ asen vượt quá mức an toàn, điều này cần được chú ý để có biện pháp can thiệp kịp thời.

4.2. Đánh Giá Độ Chính Xác Của Phương Pháp Phân Tích

Độ chính xác của phương pháp HPLC-ICP-MS đã được đánh giá thông qua các thử nghiệm lặp lại. Kết quả cho thấy phương pháp này có độ lặp lại cao và độ chính xác tốt, phù hợp cho việc phân tích các dạng asen trong nước tiểu.

V. Kết Luận Về Phân Tích Arsen Trong Nước Tiểu

Phân tích đồng thời Arsen III, MMA, DMA và Arsen V trong nước tiểu bằng HPLC-ICP-MS là một phương pháp hiệu quả và chính xác. Kết quả nghiên cứu không chỉ cung cấp thông tin về mức độ phơi nhiễm asen mà còn góp phần nâng cao nhận thức về an toàn sức khỏe trong cộng đồng.

5.1. Tương Lai Của Nghiên Cứu Về Asen

Nghiên cứu về asen và các phương pháp phân tích sẽ tiếp tục phát triển, nhằm cải thiện độ nhạy và độ chính xác. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc phát triển các phương pháp mới và ứng dụng thực tiễn trong y tế và môi trường.

5.2. Khuyến Nghị Đối Với Cộng Đồng

Cần có các biện pháp giáo dục và nâng cao nhận thức về nguy cơ từ asen trong nước tiểu. Các biện pháp can thiệp kịp thời sẽ giúp bảo vệ sức khỏe cộng đồng và giảm thiểu rủi ro từ phơi nhiễm asen.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Asen (ký hiệu hóa học As, số hiệu nguyên tử 33, nguyên tử khối 74,92 g/mol) là một á kim độc hại phân bố phổ biến trong tự nhiên với trữ lượng trung bình trong vỏ Trái Đất đạt khoảng 1,8 ppm. Dù tham gia vào một số phản ứng sinh hóa ở vi lượng, việc tích lũy asen vượt mức cho phép gây nên những hiểm họa sức khỏe đặc biệt nghiêm trọng. Tổ chức Nông Lương Liên Hiệp Quốc và Tổ chức Y tế Thế giới (FAO/WHO) đã thiết lập ngưỡng dung nạp asen vô cơ tối đa hàng tuần là 15 µg As/kg thể trọng. Tại Việt Nam, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 01:2009/BYT khống chế hàm lượng asen tối đa trong nước ăn uống ở mức 0,01 mg/L (tương đương 10 µg/L).

Độc tính của asen không chỉ phụ thuộc vào tổng nồng độ mà quyết định chủ yếu bởi dạng tồn tại hóa học (speciation). Sau khi thâm nhập vào cơ thể, asen vô cơ độc tính cao trải qua chuỗi phản ứng khử và methyl hóa sinh học thành các hợp chất hữu cơ ít độc hơn, sau đó được đào thải chủ yếu qua đường bài tiết. Do đó, việc định lượng đồng thời từng dạng asen trong nước tiểu là chỉ thị sinh học chuẩn xác nhất để đánh giá mức độ phơi nhiễm và nguy cơ ngộ độc mãn tính (arsenicosis). Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là xây dựng và thẩm định quy trình phân tích đồng thời 4 dạng asen gồm As(III), DMA, MMA và As(V) bằng kỹ thuật sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép nối khối phổ plasma cảm ứng cao tần (HPLC-ICP-MS). Phương pháp sau đó được áp dụng thực tế trên các mẫu nước tiểu của người dân tại hai xã Chuyên Ngoại và Châu Giang thuộc huyện Duy Tiên, tỉnh Hà Nam – khu vực chịu ảnh hưởng ô nhiễm asen trong nước ngầm.

Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi thiết lập một công cụ phân tích có độ nhạy siêu vết (ở mức µg/L và ng/L) với thời gian phân tách dưới 15 phút, hỗ trợ các cơ quan y tế dự phòng tầm soát sớm độc chất trước khi phát tác bệnh lý mạn tính.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết độc học vô cơ hiện đại, xác lập trật tự suy giảm độc tính của các hợp chất asen: khí arsin (AsH3) > hợp chất As(III) vô cơ > hợp chất As(III) hữu cơ > hợp chất As(V) vô cơ > hợp chất As(V) hữu cơ > hợp chất asen chứa gốc amin > asen nguyên tố. Về cơ chế phân tử, As(III) có ái lực mạnh với các nhóm thiol (-SH) của protein, gây bất hoạt hơn 200 enzyme then chốt trong chu trình hô hấp tế bào và cản trở tổng hợp năng lượng sinh học ATP.

Cơ sở chuyển hóa sinh học dựa trên mô hình methyl hóa Challenger: asen vô cơ sau khi hấp thu sẽ liên tục bị khử từ hóa trị +5 về +3 nhờ hệ thống glutathione (GSH) và enzyme glutathione S-transferase omega (GST-omega), sau đó nhận nhóm methyl từ S-adenosylmethionine (SAM) để tạo thành acid monomethylarsonic (MMA) và acid dimethylarsinic (DMA). Quá trình này giúp giảm độc tính trước khi đào thải qua nước tiểu.

Cơ chế phân tách sắc ký dựa trên sự khác biệt về hằng số phân ly acid (pKa) của 4 dạng asen: As(III) có pKa1 = 9,2; As(V) có pKa1 = 2,3, pKa2 = 6,8 và pKa3 = 11,6; MMA có pKa1 = 3,6 và pKa2 = 8,2; DMA có pKa1 = 1,3 và pKa2 = 6,2. Khi dung dịch đệm được điều chỉnh về pH 8,0, các dạng asen tồn tại ở các trạng thái ion hóa khác nhau, tạo nên ái lực phân tách riêng biệt với các nhóm chức tích điện trên pha tĩnh của cột trao đổi anion.

Phương pháp nghiên cứu

Thực nghiệm sử dụng hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC Altech ghép nối trực tiếp với đầu dò khối phổ plasma cảm ứng cao tần ICP-MS ELAN 9000 (PerkinElmer, Mỹ). Cột phân tích là cột trao đổi anion Hamilton PRP-X 100 với kích thước 250 mm x 4,6 mm I.D, kết hợp vòng bơm mẫu thể tích 100 µL. Pha động tối ưu bao gồm dung dịch đệm 12,5 mM (NH4)2HPO4 bổ sung 3% methanol (v/v), điều chỉnh về pH 8,0 bằng dung dịch NH4OH loãng, vận hành ở tốc độ dòng 1,2 mL/phút.

Cỡ mẫu nghiên cứu được thu thập từ các cá nhân sinh sống tại xã Chuyên Ngoại và Châu Giang (Hà Nam). Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng được áp dụng để đảm bảo tính đại diện dịch tễ. Nước tiểu thu thập vào ống nhựa PE/PTFE sạch, vận chuyển lạnh ở 4°C và bảo quản đông sâu ở -18°C. Mẫu được pha loãng 10 lần bằng pha động, lắc trộn vortex trong 1 phút và lọc qua màng lọc Cronus Syringe Filter Nylon kích thước lỗ 0,45 µm trước khi bơm vào hệ thống.

Lý do lựa chọn HPLC-ICP-MS thay vì các kỹ thuật khác: HPLC-HG-AAS có giới hạn phát hiện cao (0,9 - 2,3 µg/L) và không đo được các dạng khó hydrua hóa; HPLC-UV-HG-AFS dễ bị nhiễu quang hóa do thành phần nền sinh học; trong khi đó CE-UV có độ lặp lại thấp. HPLC-ICP-MS với nguồn plasma nhiệt độ 6.000°C - 10.000°C phân hủy triệt để chất nền, ion hóa hoàn toàn và đạt độ nhạy tới mức phần nghìn tỷ (ppt).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Khảo sát thông số thiết bị ICP-MS ghi nhận công suất máy phát cao tần RF đạt trạng thái lý tưởng tại 1000 W, giúp cường độ tín hiệu Rh (1 ppb) đạt mức cực đại 380.804 cps, tăng 85,2% so với mức công suất 725 W (205.628 cps). Tốc độ dòng khí mang cho bộ sol khí được xác lập chuẩn xác ở 0,50 L/phút nhằm duy trì tỷ lệ oxit cản trở CeO/Ce luôn nhỏ hơn 0,03. Thế điều khiển thấu kính điện tử - ion đạt mức tối ưu tại 7,2 V.

Hệ sắc ký đã tách hoàn toàn 4 dạng asen trong thời gian 900 giây (15 phút). Thứ tự rửa giải được xác định rõ ràng: As(III) thoát ra đầu tiên ở 195 giây, tiếp theo là DMA ở 256 giây, MMA ở 335 giây và cuối cùng là As(V) ở 850 giây. Độ phân giải pic sắc ký giữa As(III) với DMA đạt 0,91 và giữa DMA với MMA đạt 0,96, đảm bảo không có hiện tượng chập pic.

Nghiên cứu chứng minh việc sử dụng Germanium (Ge74, nồng độ 25 µg/L) làm chất nội chuẩn giúp loại trừ hoàn toàn sự trôi tín hiệu của đầu dò khối phổ. Thử nghiệm ảnh hưởng của ion clo (Cl-) lên đến nồng độ 1000 mg/L (1 g/L) cho thấy pic cản trở của ion ArCl+ (m/z = 75) xuất hiện tại thời điểm 600 giây, tách rời hoàn toàn khỏi các pic phân tích của 4 dạng asen, không gây sai số dương cho kết quả định lượng.

Khảo sát độ ổn định mẫu nước tiểu bảo quản ở -18°C trong 30 ngày cho thấy hiệu suất thu hồi của MMA đạt từ 94,58% đến 114,62%, và DMA đạt từ 98,07% đến 115,33%. Đường hồi quy tuyến tính của 4 dạng asen đạt độ tương quan xuất sắc với hệ số R2 > 0,999 trong dải nồng độ từ 2,0 µg/L đến 50,0 µg/L.

Thảo luận kết quả

Cơ chế phân tách trên cột trao đổi ion được làm sáng tỏ dựa trên cấu trúc phân tử và hằng số phân ly acid. Tại pH 8,0, As(III) (pKa1 = 9,2) hầu như không phân ly và tồn tại ở dạng phân tử trung hòa H3AsO3, do đó không bị lưu giữ trên pha tĩnh tích điện dương và đi ra ngoài sớm nhất ở 195 giây. Ngược lại, DMA (pKa2 = 6,2) và MMA (pKa2 = 8,2) phân ly thành các anion hóa trị -1, tương tác chọn lọc với cột và lần lượt rửa giải ở 256 giây và 335 giây. As(V) (pKa2 = 6,8) phân ly mạnh thành anion hai lần điện tích HAsO4(2-), bị giữ lại chặt nhất và chỉ được giải phóng ở 850 giây khi có sự cạnh tranh mạnh mẽ của anion photphat 12,5 mM.

Dữ liệu thực nghiệm có thể được mô tả trực quan thông qua sắc ký đồ cường độ tín hiệu theo thời gian lưu. Biểu đồ sắc ký ghi nhận các pic sắc nhọn, đối xứng, không bị kéo đuôi. Bảng đánh giá độ lặp lại qua 7 lần đo liên tiếp cho thấy hệ số biến thiên (CV%) đều nhỏ hơn 5%, vượt trội hoàn toàn so với độ phân tán của kỹ thuật HPLC-HG-AAS truyền thống.

Khi ứng dụng phân tích mẫu nước tiểu thực tế tại Chuyên Ngoại và Châu Giang, hàm lượng DMA và MMA chiếm tỷ lệ áp đảo so với asen vô cơ. Điều này phản ánh cơ chế giải độc tự nhiên của cơ thể thông qua con đường methyl hóa vẫn đang hoạt động tích cực, nhưng sự xuất hiện của As(III) và As(V) ở một số mẫu cảnh báo tình trạng phơi nhiễm mãn tính từ nguồn nước ăn uống hàng ngày.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Chuẩn hóa quy trình xét nghiệm lâm sàng: Bộ Y tế và Viện Sức khỏe Nghề nghiệp & Môi trường cần sớm ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia áp dụng phương pháp HPLC-ICP-MS để phân tích định dạng asen trong nước tiểu, duy trì thể tích tiêm mẫu 100 µL và nồng độ chất nội chuẩn Ge 25 µg/L, mục tiêu hoàn tất tiêu chuẩn hóa trong giai đoạn 2026 - 2027.

2. Triển khai chương trình giám sát sinh học diện rộng: Trung tâm Kiểm soát Bệnh tật (CDC) tỉnh Hà Nam phối hợp cùng y tế cơ sở thực hiện lấy mẫu nước tiểu định kỳ 6 tháng/lần cho 100% đối tượng nguy cơ cao tại xã Chuyên Ngoại và Châu Giang, hướng tới mục tiêu giảm tỷ lệ người dân có nồng độ asen vô cơ vượt ngưỡng xuống dưới 5% vào năm 2028.

3. Nâng cấp hạ tầng cấp nước sạch nông thôn: Đơn vị quản lý cấp nước địa phương và chính quyền huyện Duy Tiên cần đẩy nhanh tiến độ lắp đặt mạng lưới cấp nước máy tập trung đạt chuẩn QCVN 01:2009/BYT (< 10 µg/L), thay thế hoàn toàn nguồn nước giếng khoan ô nhiễm trước quý IV/2027.

4. Ứng dụng công nghệ xử lý nước tại vòi và can thiệp dinh dưỡng: Các hộ gia đình cần trang bị hệ thống lọc thẩm thấu ngược (RO) hoặc cột lọc hấp phụ oxit sắt cải tiến, đồng thời tăng cường khẩu phần ăn giàu protein và methionine để thúc đẩy tổng hợp glutathione, nâng cao hiệu suất methyl hóa đào thải asen qua nước tiểu đạt trên 85%.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm 1: Các nhà nghiên cứu và chuyên viên phân tích hóa môi trường – Tiếp cận và khai thác bộ thông số tối ưu của hệ thống HPLC-ICP-MS (đệm photphat 12,5 mM, pH 8,0, tốc độ dòng 1,2 mL/phút) để phát triển phương pháp phân tích dạng vết kim loại nặng trong các nền mẫu sinh học phức tạp.

Nhóm 2: Bác sĩ chuyên khoa độc chất học và chuyên gia y học lao động – Vận dụng tỷ lệ phân bố giữa As(III), As(V), MMA và DMA làm chỉ thị sinh học định lượng chính xác mức độ tổn thương tế bào và tiên lượng sớm hội chứng ngộ độc asen mạn tính.

Nhóm 3: Các cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên, môi trường và y tế công cộng – Sử dụng dữ liệu thực nghiệm thực địa để xây dựng bản đồ cảnh báo ô nhiễm nguồn nước ngầm, ban hành các ngưỡng giới hạn phơi nhiễm nghề nghiệp và hoạch định chiến lược bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Nhóm 4: Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Hóa phân tích – Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo chuẩn mực về kỹ thuật ghép nối thiết bị hiện đại, thiết kế thực nghiệm tối ưu hóa đơn biến và phương pháp thẩm định quy trình phân tích theo tiêu chuẩn quốc tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phải phân tích từng dạng asen thay vì chỉ định lượng tổng asen trong nước tiểu? Độc tính của asen phụ thuộc hoàn toàn vào cấu trúc hóa học, trong đó As(III) vô cơ có độc tính cao nhất, còn MMA và DMA là các sản phẩm methyl hóa ít độc hơn nhiều. Phân tích tổng asen không phản ánh được mức độ rủi ro sức khỏe thực tế cũng như hiệu quả đào thải độc chất của cơ thể người bệnh.

2. Ion Clo (Cl-) trong nước tiểu có gây sai số cho phép đo ICP-MS không? Trong nguồn plasma, ion Cl- kết hợp với Argon tạo thành ion phân tử ArCl+ có số khối m/z = 75 trùng với As75. Tuy nhiên, hệ sắc ký trong nghiên cứu đã tách pic ArCl+ ra ở 600 giây, do đó hàm lượng clo lên đến 1000 mg/L hoàn toàn không gây nhiễu cho các pic asen.

3. Mẫu nước tiểu cần được bảo quản như thế nào để tránh chuyển hóa dạng asen? Mẫu nước tiểu sau khi thu thập cần được chứa trong ống nhựa PE/PTFE, bảo quản lạnh ở 4°C khi vận chuyển và duy trì ở nhiệt độ -18°C trong bóng tối. Thực nghiệm chứng minh các dạng MMA và DMA giữ nguyên độ ổn định trong suốt 30 ngày với độ thu hồi đạt từ 93,67% đến 115,33%.

4. Vai trò của Germanium (Ge) trong quy trình phân tích là gì? Ge74 (nồng độ 25 µg/L) được đưa vào làm chất nội chuẩn vì có số khối rất gần với As75 nhưng không hiện diện trong mẫu sinh học. Ge giúp hiệu chỉnh hiện tượng trôi tín hiệu đầu dò, bù trừ sai số cơ học và loại bỏ biến thiên nồng độ trong suốt quá trình đo.

5. Kỹ thuật HPLC-ICP-MS có ưu thế gì so với phương pháp HPLC-HG-AAS? HPLC-ICP-MS sở hữu nguồn năng lượng plasma nhiệt độ cực cao từ 6.000°C đến 10.000°C, cho phép ion hóa triệt để và đạt giới hạn phát hiện ở mức phần nghìn tỷ (ppt). Ngược lại, HPLC-HG-AAS có giới hạn phát hiện cao hơn (0,9 - 2,3 µg/L) và không thể phân tích các dạng asen hữu cơ bền vững.

Kết luận

• Đã xây dựng và tối ưu hóa thành công quy trình phân tích đồng thời 4 dạng asen gồm As(III), DMA, MMA và As(V) trong nước tiểu bằng hệ thống ghép nối HPLC-ICP-MS với thời gian chạy sắc ký dưới 15 phút.
• Xác lập điều kiện phân tích lý tưởng với cột trao đổi anion Hamilton PRP-X 100, pha động 12,5 mM (NH4)2HPO4 bổ sung 3% methanol ở pH 8,0, tốc độ dòng 1,2 mL/phút và công suất nguồn plasma 1000 W.
• Phương pháp đạt độ tin cậy vượt trội với hệ số lặp lại CV < 5%, khoảng tuyến tính rộng từ 2,0 đến 50,0 µg/L (R2 > 0,999) và độ thu hồi bảo quản ở -18°C đạt 93,67% - 115,33% sau 30 ngày.
• Khẳng định tính khả thi cao qua việc định lượng chính xác hàm lượng các dạng asen trong mẫu nước tiểu thực tế của người dân tại hai xã Chuyên Ngoại và Châu Giang (Hà Nam).
• Trong giai đoạn 2026 - 2027, quy trình cần tiếp tục được mở rộng ứng dụng trên các nền mẫu sinh học khác như móng tay, tóc và máu, đồng thời chuyển giao công nghệ cho các phòng kiểm nghiệm đạt chuẩn ISO/IEC 17025 trên toàn quốc.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tổng quan Asen hay còn gọi là thạch tín, ký hiệu As và số nguyên tử 33. Asen lần đầu tiên được Albertus Magnus (Đức) đề cập tới vào năm 1250. Khối lượng nguyên tử của nó bằng 74,92.

Asen là một á kim gây ngộ độc cao và có nhiều dạng thù hình: màu vàng (phân tử phi kim), một vài dạng màu đen và xám (á kim). Ba dạng có tính kim loại của asen với cấu trúc tinh thể khác nhau cũng được tìm thấy trong tự nhiên (các khoáng vật asen sensu stricto và hiếm hơn là asenolamprit cùng parasenolam- prit), nhưng nói chung nó hay tồn tại dưới dạng các hợp chất asenua và asenat. Người ta đã tìm thấy asen tồn tại trong khoảng 200 loại khoáng khác nhau. [1] Asen và các hợp chất của nó được sử dụng như là thuốc trừ dịch hại, thuốc trừ cỏ, thuốc trừ sâu và trong một loạt các hợp kim.

Trạng thái ôxi hóa phổ biến nhất của nó là -3 (asenua: thông thường trong các hợp chất liên kim loại tương tự như hợp kim), +3 (asenat (III) hay asenit và phần lớn các hợp chất asen hữu cơ), +5 (asenat (V): phần lớn các hợp chất vô cơ chứa ôxy của asen ổn định). Asen cũng dễ tự liên kết với chính nó, chẳng hạn tạo thành các cặp As-As trong sulfua đỏ hùng hoàng (α-As4S4) và các ion As43- vuông trong khoáng coban asenua có tên skutterudit. Ở trạng thái ôxi hóa +3, tính chất hóa học lập thể của asen chịu ảnh hưởng bởi sự có mặt của cặp electron không liên kết. Tính chất vật lí và hóa học của Asen.

Tính chất vật lí [1, 2] Asen có tính chất gần với các kim loại, nó có bốn dạng thù hình: dạng kim loại, vàng, xám và nâu. Asen thường gặp ở dạng kim loại có màun sáng bạc. Asen kim loại có ánh kim, có cấu trúc tinh thể gần giống phốt pho đen. Sau đây là một số thông số vật lí của asen: tỉ trọng: 5,7g/cm3, bán kính nguyên tử: 1,21A0, năng lượng ion hoá thứ nhất: 9,81 eV,nhiệt độ nóng chảy là 8170C, nhiệt độ bay hơi của asen là 6150C, khi gặp lạnh nó ngưng lại thành tinh thể tà phương, hơi asen có mùi tỏi rất độc.

2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Asen là một chất bán dẫn, dễ nghiền thành bột. Người ta có thể tạo hợp chất bán dẫn của asen như GaAs, có tính chất bán dẫn như silic và gecmani. Tính chất hóa học của Asen. [1, 2] Asen là nguyên tố bán kim loại, có tính chất hoá học gần với tính chất của á kim, cấu hình lớp vỏ điện tử hoá trị của asen là 4s24p3.

Trong cấu hình điện tử của asen có sự tham gia của các obital d vì vậy có khả năng mở rộng vỏ hoá trị, trong các hợp chất asen có 3 giá trị số oxi hoá: -3, +3, +5. Số oxi hoá -3 rất đặc trưng cho asen. Khi đun nóng trong không khí asen cháy tạo thành oxit, ngọn lửa màu xanh là của As2O3. Về tính chất điện thế, asen đứng giữa hidro và đồng nên nó không tác dụng với các axit không có tính oxi hoá, nhưng dễ dàng phản ứng với các axit HNO3, H2SO4 đặc… 3As + 5HNO3 + 2H2O  3H3AsO 4 + 5NO Khi phản ứng với các halogen, các halogenua asen được tạo ra, hợp chất này trong môi trường nước dễ bị thuỷ phân tạo axit tương ứng 2As + 5Cl2 +8 H2O  2H3AsO4 + 10HCl Các hợp chất của As3+ rất phổ biến như As2S3, H3AsO3, AsCl3, As2O3… chúng đều tan tốt trong axit HNO3 đặc nóng, NaOH, NH4OH, (NH4)2S và (NH4)2CO3.

As2S3 + 8 HNO3 + 4H2O  2H3AsO4 + 3H2SO4 + 8NO hay As2S3 + (NH4)2S  (NH4)3AsS3 Khi cho khí H2S qua dung dịch AsCl3 có kết tủa màu vàng tươi, đó là As2S3. Asen không tạo pentaclorua mà chỉ có triclorua asen, đây là một hợp chất quan trọng của asen, AsCl3 dễ bay hơi, dễ bị thuỷ phân trong môi trường nước. AsCl3 + 3H2O  2H3AsO3 + 3HCl Khi khử H3AsO3 ta thu được khí asin: H3AsO3 + 3Zn + 6HCl  3ZnCl2 + AsH3 + 3H2O H3AsO3 thể hiện tính chất như một axit khi tác dụng với muối tạo thành muối mới và axit mới. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] H3AsO3 + CuSO4  CuHAsO3 + H2SO4 CuHAsO3 có kết tủa màu vàng lục trong môi trường kiềm nó tan trong dung dịch màu xanh.

CuHAsO3 + NaOH  CuNaAsO3 + H20 Một số hợp chất quan trọng của As5+ như As2S5, H3AsO4, Ag3AsO4,… Trong đó As2S5 không tan trong nước và axit HCl, chỉ tan trong NaOH, HNO3, NH4OH, vì vậy dựa vào tính chất này có thể xác định asen bằng phương pháp phổ khối lượng. As2S5+ (NH4)2S  (NH4)3AsS4 Khi cho axit asenic tác dụng với molipdat amoni trong môi trường axit HNO3 cho kết tủa màu vàng, muối này được dùng để định tính và định lượng asen. H3AsO4 +12(NH4) 2MoO4 + 21HNO3  (NH4)3H4[As(Mo2O7)6] + 21NH4NO3+ 10H2O Trong hợp chất này As5+ có vai trò như P5+, nó làm ion trung tâm điển hình tạo phức dị đa axit, và phức này cũng có thể khử về phức dị đa màu xanh. Trong hợp chất AsH3, asen thể hiện tính oxy hoá -3, liên kết trong asin là liên kết cộng hoá trị, đây cũng là đặc điểm do cấu hình điện tử của asen.

AsH3 thể hiện tính khử mạnh ví dụ như khi tác dụng với H2SO4 loãng: 2AsH3 + 6H2SO4  6SO2 + As2O3 + 9H2O hay khi tác dụng với I2: AsH3 + 4I2 + 4H2O  H3AsO3 + 8HI 1. Các dạng tồn tại và độc tính của Asen. a) Các dạng tồ tại. Asen là một nguyên tố tồn tại khá phổ biến trong tự nhiên, nó đứng thứ 20 và chiếm khoảng 1.10-4% tổng nguyên tố trong vỏ trái đất.

Hàm lượng trung bình của asen trong vỏ trái đất là 1,8 ppm; trong đất nó có hàm lượng từ khoảng 5,5 đến 13 ppm, trong sông suối nhỏ hơn 2ng/ml; trong nước ngầm nhỏ hơn 100ng/ml. Asen phân bố chủ yếu trong các quặng sunfua như pyrit có thể lên đến hàng trăm mg/kg, hàm lượng cao của asen có thể tìm thấy trong than đá lên đên 1500 mg/kg, ngoài ra còn trong các khoáng vật như: asenua đồng, niken, sắt,… Trong tự 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] nhiên asen tồn tại ở cả dạng vô cơ và hữu cơ. Asen là nguyên tố có khả năng kết hợp với lưu huỳnh tạo thành hợp chất sunfua, tạo hợp chất với selen, telua và đặc biệt là với đồng, niken, sắt, bạc. Có khoảng gần 140 khoáng vật độc lập của asen, trong đó 60% là asenat và 35% là các sunfua.

Các khoáng vật quan trọng nhất của asen là: rialga (AsS), ocpimen (As2S3), asopyrit (FeAsS)… Asen còn kết hợp các nguyên tố khác thay thế lưu huỳnh trong các hợp chất như: Loellingite (FeAs2), Smartina (As2Co). Các loại hợp chất này thường được tạo thành ở nhiệt độ thấp. Asen thường di chuyển trong đất, trong trầm tích, trong thực động vật và trong các vùng có hoạt động sinh học trong đại dương. Trong nước asen thường tồn tại chủ yếu dưới các dạng asenit, asenat, monometylasonic axit, hay dimetylasinic axit… nhưng có hàm lượng rất thấp, chủ yếu asen bị thuỷ phân lắng xuống bùn.

Môi trường nước có tính oxi hoá, As thường ở dạng asenat, nhưng dưới điều kiện khử thì asenit lại là chủ yếu. Hàm lượng asen trung bình trong nước chỉ khoảng 10µg/l, tuy nhiên có thể cao hơn do ảnh hưởng của chất thải công nghiệp, thuốc diệt cỏ… Sự metyl hoá asen vô cơ sang metyl và dimetyl asenic là được tạo bởi các hoạt động của các vi sinh vật trong nước. Một vài sinh vật biển có khả năng chuyển asen vô cơ sang hợp chất asen hữu cơ phức tạp, chẳng hạn như arsenobetaine, arsenocholine, arsoniumphospholiphid. Metylasin được chuyển hóa vào không khí từ việc xử lí các loại hợp chất của asen.

Dimetylasin và trimetylasin được phát hiện trong các khu vực có sử dụng các hợp chất metylasen. Từ các mỏ tập trung, asen bị phong hoá cùng các kim loại khác và sau đó được vận chuyển đi phân tán trong môi trường. Một phần lớn asenat được kết tủa trở lại hoặc hấp phụ trên các hạt kiểu phù sa và được các dòng sông, suối mang từ trên núi xuống bồi đắp các đồng bằng châu thổ của các con sông. Cùng với nhôm, sắt và các kim loại khác và khoảng 6% các vật chất hữu cơ trong trầm tích chứa một lượng đáng kể asen.

Trong điều kiện yếm khí (ở trong lòng đất), các vi sinh vật 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] phân huỷ các chất hữu cơ nói trên, tạo ra môi trường khử CO2. Tiếp đó là quá trình khử, hoà tan sắt và giải phóng asen đã bị hấp phụ trên đó. Đồng thời với quá trình giải phóng asen là quá trình khử As (V) về As (III) và chúng đi vào nước ngầm. Asen tồn tại trong môi trường chủ yếu ở các dạng As−3, As0, As+3 and As+5 trong cả dạng vô cơ và hữu cơ.

Trong nước tự nhiên asen tồn tại chủ yếu là ở dạng vô cơ, và lượng nhỏ asen hữu cơ chủ yếu là MMA(V), DMA(V) [17, 34, 36]. Các dạng asen vô cơ tồn tại chủ yếu dạng H3AsO3 trong môi trường chất khử và H2AsO4 trong môi trường chất oxihoa còn dạng hữu cơ thì rất ít trong môi trường nước tự nhiên vì có sự chuyển hóa sinh học [44]. trong nước mặt, nước thải thì asen tồn tại ở nhiều dạng khác nhau [49]: Tên của dạng asen Viết tắt Công thức phân tử Các hợp chất phổ biến Asen vô cơ: Axit Asenous As (III) As(OH)3 Axit Asenic As(V) AsO(OH)3 Asen hữu cơ: Axit mono methyl asenat MMA (V) CH3AsO(OH)2 Axit đimethyl asenat DMA (V) (CH3)2AsO(OH) Asenobetaine AsB (CH3)3As+CH2COOH Asenocholine AsC (CH3)3As+CH2CH2OH Các hợp chất hiếm Trimethyl asenic oxit TMAO (CH3)3AsO Axit p-arsanilic p-ASA C6H8AsNO3 Axit dimethyl dithio asenic DMDTA (V) (CH3)2AsS(SH) Axit dimethyl monothio asenic DMMTA (V) (CH3)2AsS(OH) Axit dimethyl asenic DMA (III) (CH3)2As(OH) Axit mono methyl asenic MMA(III) (CH3)3As(OH)2 Axit diphenyl asenic DPAA (C6H5)2AsO(OH) Axit phenyl asenic PhAs, PAA C6H5AsO(OH)2 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Trong môi trường asen chuyển hóa thành các dạng khác nhau rất phức tạp, phụ thuộc vào điều kiện môi trường khác nhau. Sự chuyển hóa các dạng asen trong môi trường được thể hiện trong Hình 1.1: Sự chuyển hóa các dạng asen trong môi trường b) Độc tính và cơ chế gây độc của Asen.

Độc tính của Asen Độc tính của các hợp chất As → arsenat → Arsenit → đối với sinh vật dưới nước tăng dần theo dãy Asen hợp chất As hữu cơ. Trong môi trường sinh thái, các dạng hợp chất As hóa trị (III) có độc tính cao hơn dạng hóa trị (V). Môi trường khử là điều kiện thuận lợi để cho nhiều hợp chất As hóa trị V chuyển sang As hóa trị III. Trong những hợp chất As thì H3AsO3 độc hơn H3AsO4.