LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay cùng với sự phát triển của xã hội và khoa học kỹ thuật đã đem lại nhiều thành tựu to lớn cho con người, chất lượng cuộc sống của con người ngày càng được cải thiện và nâng cao. Trong đó vấn đề đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm được xã hội đặc biệt quan tâm. Hiện nay các chất độc hại tồn tại trong môi trường tự nhiên như: đất, nước, không khí, gây ô nhiễm nguồn nước và thực phẩm, từ đó qua con đường ăn uống gây ngộ độc cho con người. Asen là nguyên tố vi lượng cũng cần thiết cho cơ thể con người, tuy nhiên khi ở hàm lượng lớn (liều lượng 0,15g/người) [4] thì nó là một chất rất độc có thể gây chết người hoặc tích lũy trong cơ thể con người gây ra các căn bệnh hiểm nghèo, như ung thư da, phổi.
Asen tồn tại trong tự nhiên có nguồn gốc từ quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ hoặc là sản phẩm do quá trình hoạt động con người tạo ra. Asen có mặt trong nước, không khí, đất, thực phẩm ở dạng vô cơ hoặc hữu cơ. Asen có mặt trong nhiều loại thực phẩm như ngũ cốc, hoa quả, thủy sản, gạo và rau xanh, asen tồn tại trong thực phẩm có nguồn gốc từ quá trình trao đổi chất với môi trường, hấp thu nước và các chất dinh dưỡng từ đất của các loài động, thực vật. Asen có mặt trong thủy sản với hàm lượng nhất định và khác nhau theo từng loại.
Nguồn gốc nhiễm asen trong thủy sản bắt nguồn từ quá trình nuôi trồng và sinh sống của các loài trong môi trường, nước, đất nhiễm asen. Gạo và hải sản là hai thực phẩm có chứa hàm lượng asen nhiều hơn các loại thực phẩm khác. Asen có độc tính cao, tuy nhiên độc tính của As phụ thuộc vào dạng tồn tại của nó. Cần phân biệt giữa asen vô cơ và asen hữu cơ, asen vô cơ có độc tính mạnh, trong khi đó asen hữu cơ thường ít độc hơn.
Một cách tổng quát, độc tính của dạng asen vô cơ thường độc hơn rất nhiều so với dạng hữu cơ. Để đánh giá chính xác độc tính của asen cũng như sự tích lũy của các hợp chất này trong các mẫu thực phẩm và đánh giá nguy cơ phơi nhiễm tới con người thông qua chuỗi thức ăn thì việc phân tích các dạng tồn tại của As bên 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com cạnh hàm lượng tổng số là một yêu cầu rất quan trọng. Từ nồng độ tổng số và các dạng tồn tại cho phép đánh giá chính xác về độc tính, ngưỡng ảnh hưởng và nguy cơ ảnh hưởng tới sức khỏe của con người. Các quy trình phân tích tổng nồng độ asen không thể áp dụng để đánh giá độc tính của asen trong thực phẩm.
Trên cơ sở đó, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích các dạng tồn tại của asen trong một số mẫu thực phẩm như: cá, tôm, trai, rong biển, gạo. với đề tài: “Xác định hàm lƣợng các dạng hợp chất của asen trong mẫu thực phẩm”. Mục tiêu của luận văn Xây dựng quy trình phân tích các dạng asen gồm (AsB, As(III), DMA, MMA, As(V)) trong các mẫu thực phẩm như: Cá, tôm, trai, mực, rong biển, gạo bằng phương pháp ghép nối HPLC-ICP-MS. Nội dung nghiên cứu chính của luận văn gồm: Nghiên cứu ảnh hưởng của chất hữu cơ đến tín hiệu asen trên hệ ICP-MS, từ đó chọn điều kiện tách các dạng asen phù hợp.
Tối ưu hóa điều kiện chiết tách các dạng asen bằng phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm bậc hai. Đánh giá phương pháp phân tích và áp dụng để phân tích một số mẫu thực phẩm. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1. Khái quát về nguyên tố As 1.
Các dạng tồn tại của Asen trong tự nhiên Asen được Albertus magnus tìm thấy đầu tiên vào năm 1250. Asen (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 phổ 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 thể con người. Asen có số thứ tự 33 thuộc chu kỳ 4 phân nhóm phụ nhóm 4 trong bảng hệ thống tuần hoàn. Asen trong vỏ trái đất Asen là nguyên tố chiếm khoảng 0,001% trong vỏ trái đất, nồng độ trung bình của asen trong các loại đá lửa và đá trầm tích vào khoảng 2mg/kg và có hàm lượng cao hơn trong các trầm tích sét mịn và khoáng photphorit.
Asen tồn tại tự nhiên trong hơn 200 loại khoáng khác nhau, trong đó khoảng 60% là asenat, 20% dạng sunphua, 20% còn lại bao gồm asenua, oxit, silicat và asen nguyên tố. Một số khoáng chứa asen thường gặp như: realgar (AsS), orpiment (As2S3), asenopyrit (FeAsS), loellingite (FeAs2), asennolit (As2O3), domeykite (Cu3As) , enargite ( Cu3AsS4). Asen trong trầm tích và đất Hàm lượng asen 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 asen thấp nhất, còn đất bồi và đất mùn hữu cơ có hàm lượng asen cao hơn. Tuy nhiên các hoạt động của con người đã làm tăng đáng kể hàm lượng asen trong đất.
Hàm lượng asen lên tới 50 - 550 mg/kg được tìm thấy trong đất nông nghiệp đã sử dụng thuốc trừ sâu chứa asen và nồng độ 20,1 - 35,5 g/kg trong đất ở bãi rác thải của một nhà máy sản xuất thuốc trừ sâu.[38] Hàm lượng tổng As trong bùn biển đại dương thế giới là 1 ppm (A.P Vinogradov, 1967), trong trầm tích Đệ tứ hạt mịn ở Kyoto, Sendai (Nhật Bản) khoảng 1-30 ppm. Hàm lượng trong trầm tích Đệ tứ ở trong các giếng khoan ở Hà Nội khoảng từ 6 - 63 ppm, trong trầm tích sét nâu 2-12 ppm, trong sét màu xám 0,5- 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5,0 ppm trong cát vàng - nâu xám) có quan hệ tuyến tính với hàm lượng Fe(OH)3, FeOOH. Trong trầm tích biển ven bờ Việt Nam có hàm lượng As dao động trong khoảng 0,1-6,1 ppm. Asen trong nƣớc Asen có mặt trong nước tự nhiên với nồng độ thấp, chỉ khoảng vài µg/l hoặc nhỏ hơn.
Nồng độ asen trong nước biển ở khoảng 1 - 8 µg/l, trong nước ngọt không ô nhiễm là 1 - 10 µg/l và tăng cao đến 0,1 - 5,0 mg/l tại những vùng có khoáng hóa sunfur và vùng mỏ. Trong nước, asen thường tồn tại ở dạng asenat As(V) hoặc asenit As(III). Các hợp chất asen hữu cơ dạng metyl hóa như MMA-axit monometyl asonic, DMA- axit dimethyl asonic, TMA- axit trimetyl asonic có mặt một cách tự nhiên trong nước là kết quả của hoạt động sinh học.[52] Hàm lượng asen trung bình trong nước ngầm thường là: 1 - 2 µg/l. Ở những vùng có đá núi lửa và các cặn khoáng sulfur, hàm lượng asen đo được có khi cao hơn 3 mg/l.
Nồng độ tối đa cho phép trong nước ăn uống theo tổ chức y tế thế giới WHO là 10 µg/l. Kết quả khảo sát chất lượng nước ngầm cho thấy các khu vực có tầng ngậm nước được phát hiện bị ô nhiễm asen với nồng độ trên 50µg/l như: Ấn Độ, Bangladesh, Nepal, Myanmar, Cambodia, Trung Quốc, Đài Loan, Việt Nam, Hungary, Rumania, Argentina, Chile, Mexico và nhiều vùng trên nước Mỹ, đặc biệt là vùng Tây Nam của nước này.[52] Từ những năm 1999 trở lại đây các nhà khoa học Việt Nam dưới sự hỗ trợ của các Tổ chức Nhân đạo quốc tế đã tiến hành những khảo sát về tình trạng ô nhiễm asen ở quy mô rộng hơn, mang tính hệ thống hơn. Kết quả cho thấy tình trạng ô nhiễm asen trong nước ngầm ở Việt Nam được khẳng định là có thực và hiện tượng này tương đối phổ biến ở các vùng đồng bằng thuộc lưu vực 2 sông: sông Hồng và sông Mê Kông. Asen trong cơ thể ngƣời và động vật Trong cơ thể người và động vật, asen tích lũy ở các mô với nồng độ khác nhau tùy thuộc vào sự phơi nhiễm ở các vùng khác nhau.
Ở các loài động vật có vú, asen thường tích tụ trong các mô ngoại bì, chủ yếu trong lông, tóc và móng. Hàm 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com lượng asen trong các động vật nuôi và con người thường nhỏ hơn 0,3 mg/kg. Toàn bộ cơ thể người có thể chứa từ 3-4 mg asen và có xu thế tăng theo tuổi. Các phép phân tích cho thấy trừ tóc, móng và răng, hàm lượng asen trong các mô trong cơ thể người thường nhỏ hơn 0,3-147,0 ppb theo trọng lượng khô, từ 0,01-0,09 ppb theo trọng lượng ướt.[18] Trong cơ thể người asen vô cơ thường tích lũy trong tóc và các mô giàu keratin.
Nồng độ bình thường trong tóc là 8-250 ppb, từ 1 ppm trở lên coi là nhiễm độc. Lượng asen tổng trong nước tiểu người bình thường là khoảng 5-40 µg/ngày, trường hợp nhiễm độc cấp tính và bán cấp tính lượng asen thường lớn hơn 100 µg/ngày. Sự biến đổi nồng độ asen hàng ngày phụ thuộc vào lượng asen trong các loại thực phẩm khác nhau ăn vào cơ thể. Các hợp chất asen hữu cơ như asenobetain AsB và asenochblin AsC được tìm thấy với hàm lượng cao trong các sinh vật biển, chúng rất bền đối với sự phân hủy hóa học.
Nói chung các dạng asen hữu cơ được đào thải nhanh hơn so với các dạng asen vô cơ, As(V) được thải loại nhanh hơn As (III). Sự phân bố của asen trong môi trƣờng Có 3 dạng biến đổi sinh học chủ yếu của asen trong môi trường: - Quá trình oxy hóa giữa asenit và asennat - Quá trình khử và methyl hóa asen - Quá trình tổng hợp sinh học của các dạng asen hữu cơ. Asen phân bố chủ yếu trong môi trường nước. Đối với nước bị oxy hóa, asen tồn tại chủ yếu ở dạng asennat, nhưng ở môi trường khử, ví dụ như trong nước giếng sâu dạng asenit chiếm ưu thế.
Sự methyl hóa asen vô cơ thành acid methylarsenic và acid dimethylarsenic liên quan đến các hoạt động sinh học trong môi trường nước. Một số loài sinh vật biển tham gia vào quá trình chuyển đổi asen vô cơ thành hợp chất hữu cơ phức tạp như arsenobetaine, arsenocholine, arsoniumphospholipid. Có nhiều bằng chứng về sự methyl hóa sinh học 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com trong đất và quá trình giải phóng methylarsine vào không khí. Hợp chất asen methyl hóa cũng được phát hiện trong khí nhà kính.
Tuy nhiên asen dạng khí tồn tại chủ yếu ở dạng vô cơ. Tính chất hóa học của asen vô cơ trong môi trường nước, đặc biệt là pH và oxygen rất phức tạp. Một đặc điểm quan trọng, ở điều kiện lượng khí CO 2 cao, muối asenate phân ly thành 4 acid arsenic [As(V)]: H3AsO4, H2AsO4-, HAsO42- , AsO43-.