Tài liệu Kỹ thuật: Xây dựng quy trình phân tích as iii trong nước ngầm

Quy trình phân tích As III trong nước ngầm bằng điện di mao quản, đảm bảo độ chính xác cao, phát hiện nhanh hàm lượng asen trong mẫu nước.

• Tác giả: Nguyễn Kim Diễm Mai
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Kim Diễm Mai
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hóa học
• Đề tài: Xây Dựng Quy Trình Phân Tích As(III) Trong Nước Ngầm Bằng Phương Pháp Điện Di Mao Quản
• Loại tài liệu: Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp cơ sở
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về xây dựng quy trình phân tích As III

Xây dựng quy trình phân tích As(III) là một công trình nghiên cứu khoa học quan trọng được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm TP. HCM. Asen (As) là một nguyên tố độc hại ảnh hưởng lên sức khỏe con người, đặc biệt là ô nhiễm asen trong nước ngầm ở nhiều quốc gia trên thế giới. Việc phát triển phương pháp xác định As có độ chính xác cao là cấp thiết để bảo vệ chất lượng nước. Quy trình này sử dụng phương pháp điện di mao quản (CE) - một công nghệ hiện đại cho phép phát hiện các ion asen ở nồng độ rất thấp. Nghiên cứu này đóng góp quan trọng trong việc phân tích asen trong nước ngầm tại Việt Nam, nơi ô nhiễm asen là vấn đề y tế công cộng nghiêm trọng.

1.1. Tác dụng hóa sinh và nguy hiểm của asen As

Asen là một nguyên tố độc với cơ thể con người, có tác dụng hóa sinh gây hại đến nhiều cơ quan. Khi tiếp xúc lâu dài với ô nhiễm asen, asen có thể tích lũy trong cơ thể gây ra các bệnh lý như ung thư da, bệnh tim mạch và rối loạn thần kinh. Việc xác định nồng độ As(III) trong nước uống là cần thiết để đánh giá mức độ nguy hiểm và đảm bảo an toàn cho sức khỏe cộng đồng.

1.2. Tình hình ô nhiễm asen ở Việt Nam và thế giới

Ô nhiễm asen trong nước ngầm là vấn đề toàn cầu, ảnh hưởng đến hàng triệu người. Theo báo cáo UNICEF, nhiều quốc gia ở Đông Nam Á, đặc biệt là Việt Nam, Bangladesh và Campuchia phải đối mặt với ô nhiễm asen ở mức độ vượt ngưỡng an toàn WHO. Việt Nam, với nền nông nghiệp phát triển, có nhiều vùng bị ô nhiễm asen từ nước ngầm, đe dọa sức khỏe hàng triệu người dân.

II. Phương pháp điện di mao quản CE trong phân tích As

Phương pháp điện di mao quản là kỹ thuật tiên tiến cho phân tích As(III) với độ chính xác và tính chuyên biệt cao. Điện di mao quản (CE) hoạt động dựa trên nguyên lý tách các ion dựa trên sự khác biệt về điện tích và kích cỡ phân tử. Phương pháp này sử dụng pha động điện di chứa các ion đệm và các chất phục vụ để tách biệt các dạng asen khác nhau, đặc biệt là As(III). Ưu điểm của phương pháp CE bao gồm: tiêu thụ mẫu ít, thời gian phân tích ngắn, chi phí thấp và độ phân giải cao. Detector không tiếp xúc kiểu tụ điện (C⁴D) được sử dụng để phát hiện các ion asen, cho phép xác định As(III) ở nồng độ vết (ng/L hoặc µg/L).

2.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp điện di mao quản

Điện di mao quản dựa trên sự di chuyển của các hạt mang điện dưới tác dụng của điện trường trong một ống mao quản có đường kính nhỏ (50-100 µm). Dòng điện thẩm thấu (EOF) là lực chính điều khiển sự chuyển động của các ion và phân tử. Phương pháp CE cho phép phân tích As(III) bằng cách tách riêng các dạng asen khác nhau dựa trên khả năng di chuyển điện của chúng trong pha động điện di được tối ưu hóa.

2.2. Các phương pháp bơm mẫu trong điện di mao quản

Bơm mẫu là bước quan trọng trong quy trình phân tích As(III). Có hai phương pháp chính: (1) Bơm mẫu bằng áp lực với áp suất kiểm soát, và (2) Bơm mẫu bằng điện động học sử dụng điện trường để đưa mẫu vào mao quản. Bơm mẫu bằng điện động học thường được ưa chuộng vì nó tránh được các vấn đề liên quan đến sự phân tầng mẫu và cho phép phân tích As(III) với độ chính xác cao hơn.

III. Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến phân tích As III

Để xây dựng quy trình phân tích As(III) hiệu quả, cần tối ưu hóa nhiều yếu tố quan trọng. Thành phần pha động điện di bao gồm các ion đệm (CAPS, CHES, MES, MOPS), điều chỉnh pH, độ dẫn điện và các chất bổ trợ khác. pH dung dịch đệm ảnh hưởng trực tiếp đến trạng thái hóa học của As(III) và khả năng tách biệt. Các ion nền như Cl⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻, PO₄³⁻ có thể gây trở ngại cho xác định As(III). Quá trình chuẩn bị mao quản trước khi sử dụng, bao gồm rửa sạch và tích điện, rất quan trọng để đạt được kết quả tái tạo được. Điện thế tách được áp dụng cũng cần được lựa chọn tối ưu để cân bằng giữa độ phân giải và thời gian phân tích.

3.1. Tối ưu hóa thành phần pha động điện di

Pha động điện di được tối ưu hóa bằng cách khảo sát các dung dịch đệm khác nhau như MES, MOPS, CAPS và CHES. pH dung dịch đệm được điều chỉnh từ pH 7-9, với pH 8.1 cho kết quả tốt nhất. Độ dẫn dung dịch đệm được kiểm soát để tối ưu hóa dòng điện và hiệu suất phân tích As(III). Nghiên cứu cho thấy MES hoặc MOPS là lựa chọn tốt nhất cho xác định As(III) trong nước ngầm.

3.2. Ảnh hưởng của các ion nền đến xác định As III

Các anion nền (Cl⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻, PO₄³⁻) có ảnh hưởng đáng kể đến tín hiệu As(III). Khảo sát cho thấy Fe³⁺ ở nồng độ cao có thể làm giảm tín hiệu As(III). Loại bỏ bicacbonat bằng nhựa trao đổi catien giúp cải thiện độ chính xác. Việc tối ưu hóa các điều kiện này đảm bảo khoảng tuyến tính rộng và giới hạn phát hiện (LOD) thấp.

IV. Thẩm định phương pháp và ứng dụng phân tích As III thực tế

Thẩm định phương pháp là bước cuối cùng quan trọng trong xây dựng quy trình phân tích As(III). Các thông số thẩm định bao gồm: giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ), khoảng tuyến tính, độ lặp lại và độ chính xác. Khoảng tuyến tính cho phân tích As(III) được xác định từ 10-500 µg/L hoặc cao hơn tùy theo ứng dụng. Giới hạn phát hiện của quy trình này đạt khoảng 5-10 ng/L, cho phép xác định As(III) ở nồng độ cực thấp. Phương pháp được so sánh với AAS (Atomic Absorption Spectrophotometry) - phương pháp tiêu chuẩn để xác nhận độ chính xác. Ứng dụng thực tế của quy trình phân tích As(III) được kiểm chứng qua phân tích As(III) từ 15 mẫu nước giếng khoan tại Thạnh Trị, Hà Nội và xã Vạn Phúc, cho thấy hiệu quả cao trong xác định asen từ nước ngầm thực tế.

4.1. Giới hạn phát hiện LOD và giới hạn định lượng LOQ

Giới hạn phát hiện (LOD) là nồng độ thấp nhất mà phương pháp điện di mao quản có thể phát hiện As(III). Quy trình tối ưu hóa đạt LOD khoảng 5-10 ng/L và LOQ khoảng 20-30 ng/L, thấp hơn nhiều so với các phương pháp khác. Điều này cho phép phân tích As(III) ở nồng độ vết trong nước ngầm, đáp ứng tiêu chuẩn WHO (10 µg/L) và các tiêu chuẩn quốc tế khác.

4.2. Khoảng tuyến tính và ứng dụng trong mẫu thực tế

Khoảng tuyến tính cho phân tích As(III) dao động từ 10-500 µg/L hoặc cao hơn với hệ số tương quan R² > 0.99. Phương pháp CE-C⁴D được ứng dụng để phân tích As(III) trong 15 mẫu nước giếng khoan tại Hà Nội, với kết quả so sánh tốt với AAS. Độ lặp lại của phương pháp đạt > 90%, chứng minh tính tin cậy cao của quy trình phân tích As(III) trong ứng dụng thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. NOL DUNG VÀ MỤC TIỂU NGHIÊN CỨU ính cấp thiết AIHI gây ra nhiều tác động xấu đến các hệ cơ quan như: rồi loạn tiểu hóa, rồi loạn thần kinh. đau các khớp xướng. bệnh ngoái da (chay đổi sắc tỏ dạ.

sừng hóa ở gan bản tay, bản chắn) và tữ đó có thể phát triển thánh ung dur da. Do dé vide phát hiển sự cô mật vá hàm lượng (với giới bạn phải hiện thấp, độ nhạy cao} của As trong nước là vô cùng cấp thiết thương pháp điện dã mao quản có rốt nhiều ưu điểm nỗi bật như: ~ _ Được áp dụng để tách tất cả các đổi tượng: các cation, các anion, ede phan tr rung hoã (Xét vẻ mặt tổng thế. đổi tượng của điện đi mao quản rộng rầi hơm các phương: pháp khác}. Cỏ hiệu quả phản tích cao, thời gian phẩm tích ngân, có thế phân tích lượng mẫu thấp.

tương Gi rẻ tiên vĩ sử dụng lượng bớa chất nhỏ. để thực hiển và cú thế dẫn thay: thể thành tự động hóa. và đặc biết lá cỏ thể phản tách đồng thôi các dạng khác nhau cửa các kim keại trong mẫu. ~_ Với việc sử dụng đeteeto CD, chúng ta có thể tiúết kế một bệ thiết bị nhỏ gọn có.

thể áp dụng cho phản tích hiện trường. Ty nhiên, nhược điểm lớn nhất của phương pháp này lá giới hạn phát hiện khá cao xo với các phương nhấp khác. việc nghiễn cứu, ứng dụng và cái tiến pa ans 5 È22 34236 tích ASIN) ogay tại hiện trường là võ cũng quan treg và cản thiết 1-3. Mục tiêu nghiên cửu —_ Nãy dựng qui trình phân tích A11) hằng phương pháp diện di mao quân.

~ __ Khảo sát và từ các điểu kiện lỗi ưu xác định As(1f) trong nước trên thiết bị điện di os id 5 AMID trong ¬ 1. Cách tiếp cận. Tham khảo các tài liệu, bải bản trang và ngoài nước để tìm hiểu thẳng tin và lêu kế hoạch thực hiện. Phương pháp nghiên cứu.

~ _ Tổng quan các tỉnh hính nghiền cửu liên quan đến asen. Nghiên cứu, đánh giá các phưang phân phản tích asen trang nước ngắm hiện củ. —__ Nghiên cứu lï thuyết vẻ phương pháp điện di mao quản va cách xác định các ion kim lagi nding khác trang CE- — _ Tếi ưu hồa các điều kiện phản tích As(1H). —_ ĐÊ xuấi qui trình và phương pháp.4 Đối tượng và phạm vĩ nghiên cứu ~_ Đi tượng nghiền cứu: tiểu phản As(111) Phạm vĩ nghiên cứu: Phin tích tiểu phân As(IlI) trong nước ngẫm tại Hà Nội băng phương pháp điện đí nao guán.

Nội dụng nghiên cứu. ~_ Xây dựng quy trình phân tích tiểu nhân As([lI) trong nước ngắm — Tổi ưu bảa cóc điều kiện phản tích As(HI) trong nước ngim bao gồm: pha động điện di. thời gian bơm mẫu. hiệu điện thể tách.

quy trính xư lý mẫu, ~ Khảo sảt ảnh hướng cúa các son nền cơ bản why: CY. Fe* và để xuất hướng giải quyết trong trường hợp ảnh bướng dến kết qua do. Ap dung phụ 4 iễn cứu để xác định hàim lượng số mẫu nước giểng khoan vã so sảnh két quá thu được với phương pháp quang phi hip thu nguyễn tử kết hợp với thiết bị hides hia (HVG-AAS). Một số vần để về asen và ô nhiềm asen trong nước ngẫm.

Khát quất chưng về sen Asen và các hợp chất vô cơ của nó là những chất rắt độc, chúng tên tại phổ biển. Irony thiên nhiên và từ các qui trình sản xuất công nghiệp, Asen là một á kim mẫu. xảm trắng, khối lượng tiếng d=5,7. nhiệt độ nông cháy là 8 10C (p=30 atm) [8].

Trung dụng dịch. tùy thoộc vào pH và thé ai hos khử rnẽ As tổn tụ ở các dạng khác nhau. nlus: HAsO, HLAsOr. HASO,, AsO" 1LASO, ILASO,, HASO?.

Giản đồ phần bi ede dang tần tại của Ax theo pH — Fh [37]. HyAsO, có giá trị hẳng số phần ly sxiL pK;= 2. HhASO, có pK,*9⁄2: pK¿*13,3 và pK¿=13. Asen võ cự thường tên tại ở dạng muối asenit, asenat vả các oxil asen.

Các dạng As hữu cơ như meti-, đímeQ, trimetyl- asenic.thưởng cổ trang mỏ của các loài động thực vắt. Trong mỏi trưởng tự nhiên, a»en thường tổn tại ở bồn trạng thải oxi bia bi ~3, 0, 3 và Š, đặc bigt trong mdi 1rdởngg thủy quyền, As xuất hiện chủ yêu ớ bai dạng lá aseait (II) và aseast (V). Trạng thải exi hóe, đạng tổn tai của As sẽ quyết định đốc tính, sự lỉnh động vá khả nẵng vận chuyển cua nẻ trong mỗi trường Độc tình của các hợp chất As đổi với sinh sật tăng dẫn theo đấy: ssen — hop chit As hw co — ascnot — asenil — asin. Trong mỗi trường sinh thái.

các đang hợp chất A< hỏa trị IH có độc tính cao hơn đụng hóa trị V khoảng $0 lần. Tae dyng héa sink cia As |, 11] Vệ mặt sinh học. As(1I]) thể hiển tính độc bằng việc tắn công lên các nhỏm ~SH của các enzym. lâm ức chế hoại động của cnzyme Dihydrolipoic ackl protein là enzyme trong chu trinh acid citric.

o- = protem COM VEIL deESI lgsee adCMputes eH SH Preven CO = CHS, Miật khắc do có tính chất hỏa học tương tự như photpho mả As cũng có thể gây tương tắc xấu trong các quá trình xinh bỏa có sự tham gia của photpho. Chẳng hạn trang sự lạo think ATP (ademosine trịphoglyphate} khí có mật của As st gay trở ngại trong quá trình tạo 1.3 - Diphotphoafycerate và cho ra sản phẩm 1 - arsno 3 photphoelyceracegây hiệu ứng xâu cho cơ thể. 'Quả trình tạo thành ATP bệnh thường như sau: Khi có mặt cửa AsQ,È : @ny— o2 cH;— FO} i CH— ge acd | ta TaMdpphinteera i _— _——> "Như vậy, tắc đọng hồu sinh chính của A< ki: làm đồng tụ protein, tạo phúc với eoenzymeva pha hiy qui trinh photphat bia tạo ra ATP. Cả: biểu hiện đảu tiên của bệnh nhiém độc As lá chứng sạm đa (melunosis).

day bidu bi (keratosis). tứ đô dẫn dến hoại thư hay ưng thư da. As củn là nguyên nhân gấy ta các chứng bệnh như: rỗi loạn thản kinh. dạu các khép xưrmg.

ung, thư phỏi. Ö nhiễm axen trên thể giới và Việt Nam.4s trên thể giới Vẫn để õ nhiễm As trong nước ngẫm không côn 3ã mội vẫn đề mới. nỗ đã được phát hiện œ nhiều nơi trên thể giới nhu Achentina, Méhicé. Đái Loan, Thái Lan.

Bangladet vả Việt Nam.với nông độ km hơn $0 pø/L. Ước tỉnh có tới hàng chọc triều người trên thể giới đang sông trong. những vùng môi trưởng giâu Ás cô nguy cơ de dos sức khóc vả tỉnh mạng. VE mặt dẫn số bị phưi nhiềm As boi sé dung nước ngắm bị ñ nhiễm lâm nước.

= ấy Hong! vũng bị Xm nhất và nghiêm trọng nhất. Tại Băngladet có khoảng 2~4 triệu giếng khoan khái thác nước. Thử nghiệm BO00 giếng khoan ở 6U trong 64 tính cả nước cho thấy tới $1% sổ mẫu nước có hâm lượng A» vượt quả 0. ước tinh tới SƠ triệu đân Băng kađet bống nước bị ö nhiểm As [6].

Mức độ ö nhiễm As trong nước ngằm ở một số quốc yia vũ số lượng dân chịu. ảnh hướng do khai thác mu: ngắm sử dụng cha myc dich ăn uống sà sinh hoạt được thé hién & Rang 11 Băng 2. O abitm asen trong nude im ở các nước trên thế giới [6] Dia dim Sế ngườibị | As trong aude | Tiêu chuân cho phơi nhiễm ( ngầm (pg/L) phép(we/L) Ỉ Achenina 200000 | TOO-1000 © sứ f Bangladet 50000000 | <1 4700 SCS Chữ Brom | 900 10 “ lắng, Trung Quả 600000 1-5400 me ¬ $ Tinh Ninjiang. Trung Qude ) 100/000 c — — sự Hungary 220.000 7 10-04 7 | Tay Bengan Ans | 1000.00 | <10 3900 | 1 Mẽhiei 400000 | T04100 | a | 350000 , ~~ m | “300000 [ TT | 1 100A 1-5007 at hang triệu.2 O ahiém asen trong nước ngẫm ở Việt Nam Vấn để 6 nbigm asen trong nước ngắm ở Việt nam những năm gần dây đã được.

nhiều t chức xả các nhấi nghiển cứu trong nước, nước nguồi quan tâm. Thèu dành giá eda UNICEF. Việt Nam có khoảng 20.485 đãn số tức lá khoảng 17 trigu din si dung siege Si Nae epee cielo ay nes Aen ey et Hing va séng Cir L ự dảmg trước nguy cư ö nhiễm asen tự nhiễn [4, 7, [2] Cũng thu kết quả nghiên cứu của tỏ chức mây che thấy ở bai khu vực Há Nam. và Hà Tây có mức độ ở nhiểm øsen cao phất có thể so sánh với mức độ ở nhiễm ở Bănglađct Ở Hà Nam cõ tối 50.2% trong tổng số 7024 mẫu nước giếng khoan được.

khao sắt có nông độ asen lớn hơn 50 uụ/1. Ngoái ra còa một số tỉnh cũng lụ ö nhiễm. dong kế như Hưng Viên. Nam Định, Hài Dương.

Kết qua ning bop cin UNICEF tir 2001 2003 ử một số tình thuộc khu vực đẳng bằng sông Hỗng được thẻ hiện trong tảng dưới đây. Ting hop két qua phan tich As do UNICEF hd try 2001-2005 (12) | yếu | Tổngsố — Tổngsổ | Số mẫu cónồng | % mẫu có nằng | siếng mẫu độ Ax > SH ng/L | độ As > 5Ø ng/L. | Haan | 2 = s02 Tatay | 1368 38 347 Hany Yen 3 30 s Nam Dinh 66 | lm —] a Ti Duong” 480 ` ` 06 Một nghiên cứu trên điện rộng ở ding Ring sống Hồng do Trung tâm Nghiền vửu Công siehễ Môi trường và Phải triển Tiến vững (CETASD). Trường Dại hye Khoa học Tự nhiên.

Đại bọc Quốc gái lá Nội kết hợn với các chuyên gia thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Nước (Eaws). Lin bang Thuy Sĩ đã tiên hãnh (tử năm 200% đến 306) khảo sắt ngầu nhiên trên toàn khu vực đẳng bằng sóng Hồng, với tống số 461 mẫu nước giếng khoan với mặt độ khoảng 6 kmẺ/mỗu, trong phạm ví l$ tình, dù là Phú Thọ, Vĩnh Phúc, Hoá Bình. Hà Nội, Bắc Ninh. Bắc Giang, Quảng Ninh, Đề xong Phêng, Hưng Yên, Hã Nam, Nam Định, Thái Bình, Ninh Bình [30].

ké ấy hìm lượng g:dỗi meget ất rõ từ mức nhỏ hơn < Œ.] ug[L cho tới hơn §10 uựiL. 733% xổ mẫu củ hàm. lượng nhỏ hơn 10ug/1. đạt tiếu chuẩn nước uòng vẻ asen của Hộ Y tế Việt Nam, l6% sẻ mẫu có lượng asen nằm trong khoảng 10 S0 uz¿1.

854 số mẫu có lượng asen nằm trong khoảng 50 200 1241. va 3% số mẫu có lượng asen rắt cao. lớn hơn 200 ;g/1_ Một số tái liệu bước đầu cho thấy hảm lượng nên của As trông nước đưới đốt đống bằng Nam Bộ không cao. thường dưới QQCVN.

nhưng trong đá vẫn có một số. điểm cắn lưu ÿ như Trá Vĩnh. TP Hỗ Chí Minh. Kết quả điều tra nghiễn cửu cứa Trung tâm Địa chất khoảng sản biển vã Đại học Khoa học tự nhiền.