ttttla ncs pham hong chuyen.pdf
TRANSCRIPT
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
_______________________
PHẠM HỒNG CHUYÊN
NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH DẠNG MỘT SỐ
NGUYÊN TỐ ĐỘC HẠI
TRONG ĐỐI TƢỢNG MÔI TRƢỜNG
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 62 44 01 18
DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
Hà Nội - 2014
Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Hóa phân tích –
Khoa Hóa học – Trường ĐHKHTN – ĐHQG Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Tạ Thị Thảo
Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia
chấm luận án tiến sĩ họp tại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
vào hồi giờ, ngày tháng năm 2015
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Hiện nay, vấn đề phân tích dạng các nguyên tố đang là nhu
cầu rất cấp thiết trong đánh giá ô nhiễm môi trường, trong nghiên
cứu các quá trình chuyển hóa và tích lũy sinh học, trong nghiên cứu
các quá trình địa hóa... Tuy nhiên các phép xác định thông thường
chỉ cho biết tổng hàm lượng các nguyên tố chứ chưa cho biết hàm
lượng các nguyên tố ở các dạng cụ thể, trong khi đó để đánh giá tính
độc, các quá trình chuyển hóa chất trong cơ thể sinh vật, các chất
tồn tại trong các tầng địa chất, sự tồn tại của nguyên tố trong môi
trường lại cần đến thông tin về hàm lượng và số lượng của các dạng
nguyên tố.
Để phân tích dạng các nguyên tố, phương pháp chủ yếu hiện
nay hầu hết đều dựa trên nguyên tắc tách các dạng ra khỏi nhau rồi
xác định hàm lượng của chúng bằng các phương pháp phân tích
thông thường hoặc sử dụng các phương pháp ghép nối các thiết bị
phân tích, quy trình phân tích có thể tách thành các giai đoạn khi áp
dụng kỹ thuật phân tích không ghép nối hoặc khép kín khi xử dụng
kỹ thuật ghép nối. Có thể kể đến là nhóm các phương pháp sắc ký
lỏng hiệu năng cao ghép nối với phép đo phổ hấp thụ nguyên tử
(HPLC – AAS), hoặc ghép nối với phép đo phổ khối (HPLC – ICP
– MS)… Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của các phương pháp tách
là qua nhiều công đoạn phức tạp, dễ làm nhiễm bẩn, mất chất phân
tích hoặc chất phân tích bị chuyển hóa. Trong thực tế tại Việt Nam,
mặc dù đã có rất nhiều phòng thí nghiệm được trang bị các thiết bị
như HPLC, AAS, ICP – MS, LC – MS, GC – MS…nhưng hầu hết
các thiết bị này hoạt động độc lập, việc ghép nối các thiết bị với
nhau đòi hỏi kỹ thuật tiên tiến và khó thực hiện được do thông số
hoạt động của các máy là khác nhau.
Với sự phát triển mạnh của công nghệ thông tin đặc biệt là
ứng dụng tin học trong hóa học (Chemometric) sử dụng các thuật
toán hồi qui đa biến, việc xác định riêng rẽ từng cấu tử trong cùng
một hỗn hợp không cần tách loại chúng dựa trên các tính chất đặc
trưng của từng cấu tử có thể tiến hành một cách đơn giản mà vẫn
2
cho kết quả định lượng có độ chính xác cao. Quá trình phân tích
dạng các nguyên tố trong các đối tượng môi trường có thể triển khai
được ở tất cả các phòng thí nghiệm sử dụng các thiết bị hiện có
không cần ghép nối chúng với nhau. Trên thế giới đã có rất nhiều
công trình nghiên cứu xác định đồng thời hàm lượng các chất trong
cùng một hỗn hợp sử dụng thuật toán hồi qui đa biến, ví dụ như ứng
dụng mạng nơron nhân tạo để xác định hàm lượng các axit amin
hoặc áp dụng các thuật toán bình phương tối thiểu từng phần, toàn
phần để định lượng đồng thời các cấu tử tạo phức chất với các ion
kim loại. Tuy nhiên số công trình sử dụng thuật toán hồi qui đa biến
để định lượng các dạng nguyên tố còn ít, đặc biệt là ở Việt Nam đến
thời điểm hiện tại hầu như chưa có luận án nào nghiên cứu xác định
đồng thời các dạng nguyên tố dựa vào Chemometric.
Với những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu
phương pháp phân tích dạng một số nguyên tố độc hại trong đối
tượng môi trường”
Mục tiêu nghiên cứu:
Xây dựng quy trình xác định đồng thời các dạng As vô cơ
(As(III), As(V)), As hữu cơ (MMA, DMA); Se vô cơ (Se(IV),
Se(VI)), Se hữu cơ (DMDSe, SeMt) bằng phương pháp quang phổ
hấp thụ nguyên tử sử dụng kỹ thuật hidrua hóa (HVG – AAS) kết
hợp với các thuật toán hồi qui đa biến.
2. Nội dung luận án
Để đạt được mục tiêu đề ra, luận án tập trung vào các nội
dung chính sau:
1. Khảo sát hiệu suất khử riêng rẽ các dạng As(III), As(V),
MMA, DMA, Se(IV), Se(VI), DMDSe, SeMet thành hợp chất
hiđrua.
2. Khảo sát các điều kiện và xây dựng mô hình hồi qui đa
biến xác định đồng thời các dạng của As (As(III), As(V), DMA,
MMA); của Se (Se(IV), Se(VI), DMDSe, SeMet trong cùng một
dung dịch mà không cần tách riêng các dạng đồng thời kiểm tra khả
năng áp dụng vào phân tích mẫu thực tế.
3. Nghiên cứu các yếu tố làm biến đổi hàm lượng các dạng
As, Se và đề xuất điều kiện bảo quản dung dịch mẫu phân tích.
3
4. Khảo sát các điều kiện cho quá trình xử lý một số loại mẫu
môi trường như đất, động vật thủy sinh, thực vật để phân tích dạng
của từng nguyên tố As, Se.
5. Đánh giá quy trình xác định đồng thời các dạng của từng
nguyên tố As, Se cho một số loại mẫu môi trường.
3. Những điểm mới về khoa học của luận án
Từ các kết quả thực nghiệm, luận án đã cho thấy không thể
xác định chính xác hàm lượng các nguyên tố As, Se khi trong mẫu
có các dạng hữu cơ và để xác định chính xác thì cần phải tiến hành
vô cơ hóa mẫu.
Qua các khảo sát hiệu xuất khử các dạng As, Se trực tiếp
thành khí hiđrua và khảo sát tính cộng tính luận án đã rút ra được
kết luận có thể áp dụng mô hình hồi quy đa biến tuyến tính để xác
định đồng thời các dạng trong mẫu mà không cần tách rời chúng.
Qua đó luận án đã xây dựng các mô hình hồi quy với 2 thuật toán là
ILS và PCR từ dữ liệu tín hiệu đo phổ AAS ở các môi trường tạo
khí hirua hóa khác nhau của các dung dịch chứa các dạng As, Se.
Kết quả cho thấy phương pháp PCR – HVG – AAS thích hợp cho
phân tích đồng thời các dạng ở hàm lượng vết (cỡ ppb) trong cùng
một dung dịch mà không phải tách loại, phương pháp cho độ đúng,
độ thu hồi, độ tin cậy cao.
Luận án còn đưa ra được cách loại trừ ảnh hưởng của các ion
có trong dung dịch mẫu, các điều kiện xử lý cho nhiều đối tượng
mẫu môi trường khác nhau và các điều kiện bảo quản mẫu áp dụng
cho quá trình phân tích dạng nguyên tố cho độ thu hồi cao.
4. Bố cục luận án
Luận án gồm khoảng 148 trang với 14 hình vẽ và đồ thị, 59
bảng số liệu, 86 tài liệu tham khảo. Luận án được cấu tạo gồm: 4
trang mở đầu, 35 trang tổng quan tài liệu, 13 trang nội dung và
phương pháp nghiên cứu, 58 trang kết quả nghiên cứu và thảo luận,
3 trang kết luận, 2 trang công trình có liên quan đến luận án đã công
bố và 10 trang tài liệu tham khảo.
4
NỘI DUNG LUẬN ÁN
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
Chương này luận án tập trung phân tích về vai trò của phân
tích dạng nguyên tố và ý nghĩa phân tích dạng As, Se trong các đối
tượng môi trường, các phương pháp phân tích dạng và sơ lược về
các công trình đã công bố về phân tích dạng của các nguyê tố As,
Se. Luận án cũng khái quát hóa các thuật toán hồi quy đa biến sử
dụng để xác định đồng thời hàm lượng các dạng nguyên tố trong
cùng một dung dịch mà không phải tách riêng rẽ chúng. Ngoài ra,
luận án còn đề cập đến việc bảo quản mẫu phân tích trong quá trình
phân tích và các kỹ thuật xử lý mẫu phân tích áp dụng trong phân
tích dạng nguyên tố.
CHƢƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Hóa chất và thiết bị
- Máy AAS-6800 và bộ HVG, máy đo pH, micro Pipet các
loại, bộ dụng cụ chiết pha rắn, máy li tâm, máy lắc, máy rung siêu
âm, máy cô đuổi dung môi…
- Các dung dịch chuẩn gốc As(III) 1000ppm, As(V)
1000ppm, Se(IV) 1000ppm, Se(VI) 1000ppm, Sb(III) 1000ppm,
Sb(V) 1000ppm đặt mua từ các hãng Sigma – Aldrich, Merkc.
- Dung dịch chuẩn gốc DMA 1000ppm, MMA 1000ppm,
SeMet 1000ppm, DMDSe 1000ppm được pha từ các hóa chất tinh
khiết.
- Dung dịch NaBH4 được chuẩn bị mới hàng tuần, Metanol,
Etanol loại tinh khiết của hãng Merck.
2.2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Mẫu phân tích
Đối tượng phân tích là các mẫu môi trường như: nước mặt,
nước ngầm, bùn đất, thủy sản, rau, cây thân thảo được lấy ngẫu
nhiên ở Pháp Vân và Định Công – Hoàng Mai – Hà Nội đó là các
nơi có sự phơi nhiễm As cao.
2.2.2. Phương pháp xử lý mẫu
Các mẫu được thu thập về phòng thí nghiệm, sử lý sơ bộ và
tiến hành quy trình xử lý mẫu theo các sơ đồ hình 2.1, 2.2, 2.3
5
Hình 2. 1. Sơ đồ xử lý mẫu bùn, đất, động vật nhuyễn thể, thực vật
để phân tích dạng các nguyên tố As, Se
Hình 2. 2. Sơ đồ xử lý mẫu bùn, đất, động vật nhuyễn thể, thực vật
để phân tích tổng hàm lượng As, Se
Hình 2. 3. Sơ đồ xử lý mẫu ở dạng dung dịch để phân tích tổng hàm
lượng As, Se
6
2.2.3. Phương pháp phân tích
2.2.3.1. Phân tích tổng As, Se bằng phương pháp HVG – AAS
Bảng 2. 1. Các điều kiện đo phổ AAS của As, Se bằng kỹ thuật
hiđrua hóa
Thiết bị Nguyên tố Se As
Máy AAS
Vạch phổ (nm) 196 193,7
Cường độ dòng đèn (A) 20 7
Chiều cao đèn nguyên tử hóa (mm) 16 16
Độ rộng khe đo (nm) 1,0 1,0
Tốc độ dòng khí C2H2 (lít/phút) 1,8 1,8
Môi trường khử HCl 6M 6M
Số lần đo lặp 3 3
Độ lệch chuẩn RSD% tối đa 20 20
Bộ HVG
Nồng độ chất khử NaBH4 (%) trong
NaOH 0,1M 0,5 0,5
Tốc độ dòng NaBH4 (ml/phút) 2 2
Tốc độ dòng mẫu (ml/phút) 6 6
2.2.3.2. Phép phân tích đồng thời các dạng As, Se bằng phương
pháp Chemometric – HVG - AAS
Dung dịch phân tích được bơm thẳng vào hệ thống tạo khí
hiđrua, độ hấp thụ quang của các nguyên tố phân tích được đo ở các
môi trường tạo hiđrua hóa khác nhau. Hàm lượng các dạng As, Se
được tính theo sơ đồ hình 2.4.
Hình 2.4. Sơ đồ mô tả quá trình tính toán trong mô hình hồi quy đa
biến
7
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu xác lập điều kiện phân tích đồng thời các dạng
của từng nguyên tố As, Se
3.1.1. Khảo sát hiệu suất khử các dạng As, Se thành hợp chất
hiđrua
Bảng 3. 1 Hiệu suất khử các dạng As, Se trong môi trường HCl 6M bằng
NaBH4 Dạng asen Nồng độ (ppb) Abs Hiệu suất khử (%)
As(III) 5 0,1625 100
As(V) 5 0,0414 25
DMA 5 0,0532 30
MMA 5 0,1204 70
Se(IV) 10 0,1952 100
Se(VI) 10 0,1696 87
DMDSe 10 0,0890 46
SeMet 10 0,1242 64
3.1.2. Khảo sát điều kiện khử các dạng As, Se thành As(III),
Se(IV)
3.1.2.1. Khả năng khử các dạng As thành As(III)
Khi sử dụng các chất khử là L-cystein 1%, NaHSO3 0,5% hay
hệ KI 1%/ascobic 5% đều cho kết quả tốt khi khử dạng As(V) vô cơ
về As(III) nhưng hiệu suất khử các dạng As hữu cơ khá thấp. Với cả
3 hệ khử này, chúng tôi nhận thấy chỉ có thể xác định tổng hàm
lượng As vô cơ một cách chính xác khi không có mặt các dạng hữu
cơ trong mẫu, nghĩa là muốn xác định chính xác tổng hàm lượng As
phải tiến hành vô cơ hóa mẫu hoặc tách loại các dạng hữu cơ và xác
định tổng hàm lượng As vô cơ.
3.1.2.2. Khả năng khử các dạng Se thành Se(IV)
Khi sử dụng các chất khử HCl, KBr/HCl, (CS)2NH2 (Thioure)
đều cho kết quả tốt khi khử dạng Se(VI) vô cơ về Se(IV) nhưng các
dạng hữu cơ lại cho hiệu suất thấp.
3.1.3. Khảo sát điều kiện khử trực tiếp các dạng As, Se thành
khí hiđrua trong các môi trƣờng khác nhau
Kết quả khảo sát cho thấy trong các môi trường axit có nồng
độ khác nhau, hiệu suất khử của các dạng As, Se khác biệt nhau khá
rõ. Nói cách khác nếu khử trực tiếp các dạng thành khí hiđrua bằng
NaBH4 không cho phép xác định tổng hàm lượng các nguyên tố
8
được. Tuy nhiên căn cứ vào sự khác biệt này, chúng tôi nhận định
rằng có thể xây dựng mô hình hồi quy đa biến cho phép định lượng
đồng thời các dạng trong cùng một hỗn hợp khi có tín hiệu đo ở các
môi trường khác nhau mà không phải tách loại.
Bảng 3. 2. Hiệu suất khử trực tiếp các dạng As, Se thành khí hiđrua
trong các môi trường phản ứng bằng NaBH4 Hợp chất Hiệu suất khử %
Môi trường khử HCl 6M HCl 1M Đệm pH = 2 Đệm pH = 3 Đệm pH = 4
As(III) 10ppb 100 86 1% 73 1% 54 1% 33 1%
As(V) 10ppb 27 1% 17 1% 13 1% 10 1% 6 1%
DMA 5ppb 32 2% 75 2% 114 4% 85 2% 53 2%
MMA 5ppb 72 3% 93 3% 63 2% 42 2% 32 2%
Môi trường khử HCl 6M HCl 4M HCl 2M HCl 1M HCl (pH=2)
Se(IV) 10ppb 100 97 2% 83 3% 11 1% 4 1%
Se(VI) 10ppb 86 2% 67 2% 29 1% 12 2% 8 1%
DMDSe 5ppb 46 1% 51 1% 96 3% 100 1% 82 2%
SeMt 5ppb 63 2% 84 1% 99 3% 93 1% 76 1%
3.1.4. Khảo sát ảnh hƣởng của các ion có thể có trong dung dịch
mẫu đến tín hiệu đo phổ AAS của As, Se
3.1.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của các ion
Kết quả ở bảng 3.3 cho thấy hầu hết các ion kim loại đều ảnh
hưởng đến tín hiệu đo của các nguyên tố As, Se theo chiều hướng
làm giảm tín hiệu phân tích và ngưỡng ảnh hưởng gần như bằng
nhau. Tuy nhiên, nồng độ ở ngưỡng ảnh hưởng có tỉ lệ so với nồng
độ As, Se khá cao (lớn hơn tỉ lệ 1:1000)
3.1.4.2. Khảo sát khả năng loại trừ ảnh hưởng của các cation
Kết quả thực nghiệm cho thấy lượng L-Cystein cho vào
khoảng 0,25-0,5% đã loại được ảnh hưởng của các cation đến kết tín
hiệu đo.
3.1.4.3. Nghiên cứu loại trừ ảnh hưởng lẫn nhau của các nguyên
tố As, Se
Kết quả cho thấy tuy không thể loại trừ hoàn toàn ảnh hưởng
của Sb(III) nhưng với việc sử dụng Tactrat 0,5 M có thể hạn chế
được ảnh hưởng của Sb.
Bảng 3. 3. Ảnh hưởng của các ion đến tín hiệu đo của As, Se
STT Ion Ngưỡng ảnh hưởng và chiều hướng ảnh hưởng
As(III) vô cơ 10ppb Se(IV) vô cơ 5ppb
1 Mn2+ Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng
9
2 Cu2+ 10ppm Âm 8ppm Âm
3 Pb2+ 10ppm Âm 9ppm Âm
4 Cr3+ 5ppm Âm 5ppm Âm
5 Ni2+ 10ppm Âm 10ppm Âm
6 Fe2+ 10ppm Âm 10ppm Âm
7 Fe3+ 15ppm Âm 12ppm Âm
8 Hg2+ 12ppm Âm 10ppm Âm
9 S2- 50ppm Âm 50ppm Âm
10 SO32- 50ppm Âm 50ppm Âm
11 SO42- Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng
12 NO3- Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng
13 NO2- Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng
14 PO43- Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng
15 Sb(III) 1,5 ppm Dương 3ppm Dương
16 Se(IV) 2,5ppm Dương - -
17 Bi(III) 10ppm Dương 10ppm Dương
18 As - - 2,5ppm Dương
20 Axetat Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng
21 Citrat Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng
22 Tactrat Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng
3.2. Nghiên cứu xây dựng các mô hình hồi quy đa biến xác định
đồng thời các dạng của từng nguyên tố As, Se
3.2.1. Khảo sát khoảng tuyến tính của từng dạng As, Se
Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính của các dạng As, Se cho
kết quả sau: As(III) 0,2 – 10ppb; As(V) 1 – 40ppb; DMA 0,5 –
30ppb; MMA 0,5 – 15ppb; Se(IV) 0,5 – 25ppb; Se(VI) 0,5 – 15ppb;
DMDSe 0,5 – 10ppb; SeMet 0,5 – 20ppb Bảng 3. 4. Khoảng tuyến tính và đường chuẩn xác định riêng các
dạng As, Se Hợp
chất
Khoảng
tuyến tính
Phương trình đường chuẩn
(Abs - Cppb)
Giá trị hệ số
tương quan R
As(III) 0,2 – 10ppb Abs= (0,0015 0,0012) + (0,0319 0,0002)CAs(III) R = 0,9994
As(V) 1 – 40ppb Abs = (0,0005 0,0001) + (0,0083 0,0001)CAs(V) R = 0,9995
DMA 0,5 – 30ppb Abs = (0,0027 0,0006) + (0,0108 0,0001)CDMA R = 0,9997
MMA 0,5 – 15ppb Abs = (0,0004 0,0005) + (0,0240 0,0001)CMMA R = 0,9999
Se(IV) 0,5 – 25ppb Abs = (0,0195 ± 0,0007)CSe(IV) + (0,0007 ± 0,0001) R = 0,9998
Se(VI) 0,5 – 15ppb Abs = (0,0173 ± 0,000121)CSe(VI) + (0,0009±0,0012) R = 0,9998
DMDSe 0,5 – 10ppb Abs = (0,0088 ± 0,0115)CDMDSe + (0,0007 ± 0,0018) R = 0,9999
SeMet 0,5 – 20ppb Abs = (0,0124 ± 0,00036)CSeMet + (0,0020 ± 0,0001) R = 0,9998
3.2.2. Khảo sát tính cộng tính của các dạng Kết quả xây dựng các phương trình đường chuẩn của từng
dạng khi không thêm và thêm các dạng khác cho thấy các hệ số góc
của mỗi nhóm đường biểu diễn có giá trị sai lệch không đáng kể, có
thể coi chúng song song với nhau, điều đó đồng nghĩa các dạng có
10
tính chất cộng tính. Như vậy, để xác định đồng thời các dạng của
các nguyên tố As, Se trong cùng hỗn hợp dùng mô hình hồi quy đa
biến tuyến tính là thích hợp.
Bảng 3. 5. Kết quả kiểm tra tính cộng tính của các dạng As, Se
Hợp chất chính Thành phần thêm Mối quan hệ độ hấp thụ quang (A) với
nồng độ từng dạng (Ci)
Hệ số tương
quan
As(III) vô cơ
Không thêm A = 0,0015 + 0,0319CAs(III) 0,9994
4ppb As(V) A = 0,0344 + 0,0319CAs(III) 0,9992
2ppb As(V), 1ppb
DMA và MMA A = 0,0544 + 0,0318CAs(III) 0,9996
As(V) vô cơ
Không thêm A = -0,0005 + 0,00834CAs(V) 0,9995
1ppb As(III) A = 0,0315 + 0,00835CAs(V) 0,9992
1ppb As(III), DMA
và MMA A = 0,0665 + 0,00832CAs(V) 0,9991
DMA
Không thêm A = -0,0027 + 0,0108CDMA 0,9997
1ppb As(V) A = 0,0306 + 0,0107CDMA 0,9996
2ppb As(V), 1ppb
As(III) và MMA A = 0,0716 + 0,0107CDMA 0,9996
MMA
Không thêm A = -0,0004 + 0,0240CMMA 0,9999
1ppb As(III) A = 0,0306 + 0,0243CMMA 0,9993
5ppb As(V), 1ppb
DMA và As(III) A = 0,0851 + 0,0237CMMA 0,9995
Se(IV) vô cơ
1ppb SeMet A = 0,0101 + 0,0193CSe(IV) 0,9998
3ppb Se(VI) vô cơ A = 0,0503 + 0,0189CSe(IV) 0,9989
1ppb DMDSe A = 0,0113 + 0,0195CSe(IV) 0,9997
1ppb SeMet, 3ppb
Se(VI) vô cơ, 1ppb
DMDSe
A = 0,0735 + 0,0188CSe(IV) 0,9989
Se(VI) vô cơ
1ppb DMDSe A = 0,0073 + 0,0173CSe(VI) 0,9996
2ppb Se(IV) vô cơ A = 0,0401 + 0,0169CSe(VI) 0,9989
1ppb SeMet A = 0,0125 + 0,0172CSe(VI) 0,9997
1ppb SeMet, 2ppb
Se(VI) vô cơ, 1ppb
DMDSe
A = 0,0571 + 0,0170CSe(VI) 0,9998
DMDSe
1ppb Se(IV) vô cơ A = 0,0201+ 0,0088CDMDSe 0,9995
2ppb Se(VI) vô cơ A = 0,0340 + 0,0087CDMDSe 0,9989
0,5ppb SeMet A = 0,0062+ 0,0089CDMDSe 0,9989
0,5ppb SeMet, 2ppb
Se(VI) vô cơ, 1ppb
Se(IV) vô cơ
A = 0,0592+0,0085CDMDSe 0,9999
SeMet
1ppb Se(IV) vô cơ A = 0,0191 + 0,0123CSeMet 0,9997
2ppb Se(VI) vô cơ A = 0,0334 + 0,0124CSeMet 0,9997
0,5ppb DMDSe A = 0,0032 + 0,0121CSeMet 0,9995
1ppb Se(IV) vô cơ,
2ppb Se(VI) vô cơ,
0,5ppb DMDSe
A = 0,0584 + 0,0125CSeMet 0,9996
11
3.2.3. Xây dựng mô hình hồi quy đa biến và đánh giá khả năng
ứng dụng
Ma trận nồng độ được xây dựng dựa trên khoảng tuyến tính
của các dạng ở mục 3.2.1 như sau
Bảng 3. 6. Ma trận nồng độ của các dung dịch chuẩn As, Se
STT Dung dịch As, ppb Dung dịch Se, ppb
As(III) As(V) DMA MMA Se(IV) Se(VI) DMDSe SeMet
1 0,5 12 1 1 6 12 0,5 1
2 0,5 12 1 5 1 12 0,5 5
3 0,5 12 7 1 1 12 5 1
4 0,5 12 7 5 1 12 5 5
5 0,5 2 7 5 1 2 5 5
6 0,5 2 7 1 1 2 5 1
7 0,5 2 1 5 1 2 0,5 5
8 0,5 2 1 1 1 2 0,5 1
9 5 2 1 5 10 2 0,5 5
10 5 2 7 1 10 2 5 1
11 5 2 7 5 10 2 5 5
12 5 12 1 1 10 12 0,5 1
13 5 12 7 1 10 12 5 1
14 5 12 1 5 10 12 0,5 5
15 5 2 1 1 10 0,5 5 1
16 5 10 1 5 10 10 0,5 5
17 3 8 5 3 6 8 3 3
18 3 8 5 1 6 8 3 1
19 3 8 1 3 6 8 0,5 3
20 3 8 1 1 6 8 0,5 1
21 3 1 7 0,5 6 1 5 0,5
22 3 1 5 5 6 1 3 5
23 3 1 1 5 6 1 0,5 5
24 3 12 7 1 6 12 5 1
25 3 12 7 5 6 12 5 5
26 3 12 1 3 6 12 0,5 3
27 1 12 7 1 2 12 5 1
28 1 10 7 3 2 10 5 3
29 1 10 7 0,5 2 10 5 0,5
30 1 10 1 5 2 10 0,5 5
31 1 10 3 5 2 10 2 5
32 1 4 3 5 2 4 2 5
33 3 4 3 1 6 4 2 1
34 5 8 3 1 10 8 2 1
35 0,5 8 3 3 1 8 2 3
36 0,5 12 7 0,5 1 12 5 0,5
37 5 10 5 0,5 10 10 3 0,5
38 3 12 7 0,5 6 12 5 0,5
39 1 12 5 0,5 2 12 3 0,5
40 1 4 3 0,5 2 4 2 0,5
12
Bảng 3. 7. Ma trận nồng độ các mẫu kiểm chứng phương pháp
STT Dung dịch As, ppb Dung dịch Se, ppb
As(III) As(V) DMA MMA Se(IV) Se(VI) DMDSe SeMet
1 2,5 9,0 7,0 2,5 1,0 12,5 0,5 2,0
2 3,0 9,0 7,0 3,0 1,0 12,5 0,5 4,0
3 3,5 8,0 4,0 3,5 1,0 12,5 0,5 6,0
4 4,0 10,0 2,0 4,0 1,0 12,5 0,5 1,0
5 4,0 10,0 1,0 4,5 1,0 12,5 3,0 1,0
6 5,0 12,0 2,0 5,0 1,0 12,5 4,0 1,0
7 2,0 5,0 1,0 2,5 1,0 12,5 6,0 1,0
8 1,5 7,0 8,0 1,0 2,5 2,0 0,5 5,0
9 1,5 6,0 5,0 1,5 4,5 2,0 0,5 5,0
10 1,5 6,0 7,0 1,0 6,5 1,5 0,5 5,0
11 3,0 6,0 1,5 3,5 8,0 2,0 1,0 5,0
12 3,0 8,5 1,5 3,5 12,0 2,0 1,0 5,0
13 3,0 7,0 1,0 3,5 2,0 2,0 2,0 5,0
14 3,5 8,0 0,5 4,0 2,0 4,0 2,0 5,0
15 1,5 7,0 7,0 1,5 2,0 6,0 2,0 5,0
16 2,5 7,0 2,5 2,5 2,0 8,0 2,0 5,0
17 3,0 8,5 2,0 3,5 2,0 10,0 2,0 5,0
18 2,5 6,0 4,5 2,5 6,0 1,0 1,0 5,0
19 3,0 7,0 3,0 3,0 6,0 1,0 2,0 5,0
20 4,5 10,0 1,0 5,0 6,0 1,0 4,0 5,0
21 2,0 6,0 3,0 2,0 6,0 1,0 5,0 5,0
22 2,0 5,0 3,0 2,0 1,0 10,0 0,5 5,0
23 1,5 5,0 3,5 1,5 3,0 10,0 0,5 5,0
24 4,0 10,0 2,0 4,5 5,5 9,5 0,5 5,0
25 4,0 8,0 1,5 4,0 7,5 9,5 1,0 5,0
26 2,5 8,0 7,0 2,5 9,5 9,5 1,0 5,0
27 2,5 7,5 5,0 2,0 6,0 8,0 3,0 5,0
28 1,5 5,5 6,0 1,5 6,0 8,0 3,0 1,5
29 3,0 7,0 2,0 3,5 6,0 8,0 3,0 2,5
30 4,0 10,0 2,5 4,0 6,0 8,0 3,0 3,5
3.2.3.1. Nghiên cứu ứng dụng thuật toán ILS xác định đồng thời
các dạng
Từ kết quả đo mật độ quang của các mẫu chuẩn trong ma trận
nồng độ, sử dụng các câu lệnh tính toán của thuật toán ILS chúng tôi
thu được ma trận hệ số hồi quy cho từng nguyên tố As, Se được
trích dẫn trong bảng 3.8.
Tiến hành phân tích mẫu tự tạo chúng tôi nhận thấy sai số của
hầu hết các mẫu tính theo phương pháp ILS đều khá lớn, không thể
tiếp tục áp dụng phân tích mẫu thực tế.
13
Bảng 3. 8. Ma trận hệ số hồi qui (P) của mô hình ILS
Môi trƣờng As(III) As(V) DMA MMA
As
HCl 6M 43,176 94,846 -7,7169 -46,688
HCl 1M -41,633 -108,87 -28,036 106,66
Đệm pH=2 -1,3006 40,489 5,1507 -14,023
Đệm pH=3 0,8911 14,746 1,6825 -7,1677
Đệm pH=4 29,897 -0,33546 88,655 -79,517
Se
Se(IV) Se(VI) DMDSe SeMet
HCl 6M -112,2393 184,5244 86,5077 -45,0149
HCl 4M 131,2016 -138,6676 -145,8858 67,9473
HCl 2M 47,8345 -54,6075 52,1993 -32,5968
HCl 1M 18,9282 -39,4269 33,4742 10,9813
pH = 2 -80,1823 54,9686 39,4583 20,1079
Bảng 3. 9. Kết quả tính nồng độ các dạng trong mẫu kiểm chứng theo
phương pháp ILS
STT
As thu đƣợc
ppb
Se thu đƣợc
ppb
As(III) As(V) DMA MMA Se(IV) Se(VI) DMDSe SeMet
1 2,9 10,0 6,5 1,5 0,99 12,05 0,35 2,00
2 2,2 6,9 7,0 4,4 0,99 12,06 0,29 4,01
3 2,7 7,3 4,3 4,5 0,98 12,08 0,23 6,02
4 5,9 13,5 3,3 <LOD 1,01 12,03 0,86 1,00
5 6,7 16,4 1,8 <LOD 1,00 12,04 2,81 1,00
6 4,9 12,2 1,3 4,9 1,03 12,03 3,78 1,00
7 1,2 2,3 1,1 4,1 1,00 12,07 5,74 1,01
8 1,6 7,0 8,4 0,4 2,19 1,79 0,66 4,87
9 2,1 6,7 5,2 0,1 4,20 1,74 0,77 4,88
10 0,9 5,5 6,6 1,9 6,21 1,69 0,88 4,88
11 2,4 5,5 0,9 4,6 8,03 1,86 0,77 5,02
12 4,2 10,6 1,7 1,9 12,04 1,76 0,99 5,03
13 2,9 6,4 1,4 3,7 1,97 2,06 1,94 4,99
14 3,6 8,0 0,8 3,4 1,96 4,09 1,92 4,99
15 2,0 8,9 7,0 0,7 1,94 6,11 1,91 4,99
16 3,3 9,0 3,0 0,8 1,93 8,14 1,89 4,99
17 3,3 7,7 2,0 3,6 1,92 10,16 1,87 4,99
18 1,8 5,2 4,6 3,7 6,02 0,90 1,18 5,00
19 2,5 6,5 2,6 4,6 6,02 0,91 2,16 5,01
20 4,7 10,7 0,9 5,2 6,03 0,91 3,61 5,01
21 2,6 7,5 3,5 <LOD 6,02 0,93 5,08 5,01
22 1,6 4,4 2,9 2,8 1,01 10,05 0,34 4,98
23 1,4 4,8 3,5 2,2 3,08 9,93 0,51 4,95
24 4,5 10,7 2,6 3,7 5,14 9,82 0,68 4,91
25 3,1 6,7 1,4 5,6 7,21 9,70 0,85 4,88
26 2,5 8,7 7,1 2,1 9,27 9,59 1,02 4,84
27 2,9 8,6 5,3 0,9 5,98 7,96 3,21 0,49
28 1,3 5,0 6,1 1,7 5,98 7,97 3,18 1,49
29 2,9 7,2 1,9 3,8 5,98 7,97 3,16 2,49
30 3,4 8,1 2,9 5,1 6,08 7,91 3,08 3,47
14
Bảng 3. 10. Sai số (%) của mô hình ILS so với kết quả ban đầu STT As(III) As(V) DMA MMA Se(IV) Se(VI) DMDSe SeMet
1 15,6 11,4 -7,8 -41,0 0,5 3,6 29,2 -0,2
2 -27,4 -23,6 0,1 48,2 1,0 3,5 41,3 -0,3
3 -21,9 -9,4 8,7 28,1 1,5 3,3 53,4 -0,4
4 47,3 34,5 66,5 -102,2 -1,0 3,8 -72,6 0,0
5 67,3 63,7 83,7 -122,6 -0,9 3,6 6,2 -0,4
6 -3,0 1,9 -36,8 -2,7 -3,2 3,7 5,6 0,0
7 -40,5 -54,0 10,3 64,8 -0,7 3,5 4,4 -0,9
8 6,5 0,2 5,2 -64,2 12,1 10,5 -32,5 2,5
9 40,8 12,3 4,3 -93,9 6,6 13,0 -54,0 2,4
10 -38,2 -8,2 -5,3 85,1 4,4 -12,6 -75,4 2,3
11 -19,5 -7,8 -38,1 31,4 -0,4 7,1 22,4 -0,4
12 38,6 25,3 11,3 -46,8 -0,4 12,2 1,0 -0,6
13 -1,7 -7,9 37,3 5,1 1,5 -3,3 3,1 0,0
14 2,9 -0,2 69,7 -14,2 2,1 -2,2 3,9 0,0
15 33,7 26,4 0,0 -56,5 2,8 -1,9 4,7 0,0
16 33,5 28,4 19,1 -69,4 3,4 -1,7 5,5 0,0
17 9,3 -8,8 -0,9 3,9 4,0 -1,6 6,3 0,1
18 -28,0 -13,9 1,1 46,6 -0,4 9,7 -18,3 -0,2
19 -17,0 -7,0 -13,6 52,9 -0,4 8,9 -7,9 -0,2
20 4,3 7,1 -13,7 4,3 -0,4 8,7 9,6 -0,3
21 31,7 24,4 17,6 -103,3 -0,3 6,6 7,6 -0,3
22 -19,1 -12,6 -3,0 39,8 -1,3 -0,5 31,7 0,4
23 -5,4 -3,2 -0,5 47,0 -2,6 0,6 -2,2 1,0
24 13,5 7,0 31,3 -18,6 6,5 -3,3 -36,2 1,7
25 -22,8 -16,4 -4,8 40,1 3,9 -2,1 -14,9 2,4
26 -0,9 8,6 1,8 -17,4 2,4 -0,9 -2,1 3,1
27 14,3 14,8 5,2 -56,8 0,3 0,5 -6,9 2,0
28 -14,7 -9,1 2,0 11,8 0,3 0,4 -6,0 0,6
29 -3,5 3,0 -6,2 8,4 0,2 0,4 -5,2 0,3
30 -14,2 -19,3 16,0 27,4 -1,4 1,1 -2,8 0,9
3.2.3.2. Nghiên cứu ứng dụng thuật toán PCR xác định đồng thời
các dạng
Bảng 3. 11. Ma trận hệ số hồi qui (Fj) của mô hình PCR
Môi trƣờng As(III) As(V) DMA MMA
As
HCl 6M 2,0021 5,9652 3,4076 2,0147
HCl 1M 2,3598 7,0310 4,0164 2,3746
Đệm pH=2 2,5166 7,4981 4,2832 2,5324
Đệm pH=3 1,7609 5,2464 2,9970 1,7719
Đệm pH=4 1,1304 3,3680 1,9240 1,1375
Se
Se(IV) Se(VI) DMDSe SeMet
HCl 6M -46,5294 102,7499 2,1575 -7,9107
HCl 4M 27,8163 -10,0069 -13,1725 9,5689
HCl 2M 71,6252 -84,2144 21,6598 -19,1630
HCl 1M 70,5904 -103,7195 -32,8433 40,1533
pH = 2 -86,8850 63,3100 48,0624 16,3231
15
Sử dụng các câu lệnh theo thuật toán PCR chúng tôi thu được ma
trân hệ số hồi quy như bảng 3.11, và phương sai của các PC ở bảng
3.12.
Bảng 3. 12. Phương sai của các PC
Các PC PC1 PC2 PC3 PC4 PC5
As Giá trị phương sai 13,0337 0,1388 0,0132 0,0088 0,0035
% phương sai 98,7790 1,0516 0,0998 0,0667 0,0028
Se Giá trị phương sai 8,9340 0,0707 0,0508 0,0129 0,0006
% phương sai 98,5175 0,7792 0,5605 0,1427 0,0001
Từ các số liệu tính toán chúng tôi nhận thấy với hai PC đầu,
ma trận hàm mục tiêu A trong không gian mới đã chiếm chiếm
99,8% thông tin từ tập dữ liệu ban đầu. Vì vậy, chúng tôi lựa chọn 2
PC đầu để chuyển hóa tập số liệu gốc và xây dựng mô hình hồi quy
trong không gian mới với hai PC này.
Kết quả cho thấy với mô hình PCR với 2 PC lựa chọn cho sai
số tương đối nhỏ ở hầu hết các mẫu và nằm trong phạm vi sai số cho
phép của phép đo hàm lượng ppb (sai số cho phép tối đa 20%).
Bảng 3. 13. Kết quả tính nồng độ các chất trong mẫu kiểm chứng theo
phương pháp PCR
STT
Nồng độ As tìm đƣợc
ppb
Nồng độ Se tìm đƣợc
ppb
As(III) As(V) DMA MMA Se(IV) Se(VI) DMDSe SeMet
1 2,4 8,4 6,6 2,3 1,00 12,04 0,35 2,00
2 3,0 9,7 6,7 2,9 0,98 12,08 0,30 4,00
3 3,3 9,1 4,3 3,4 0,96 12,11 0,26 6,00
4 3,8 9,2 1,9 4,1 1,01 12,02 0,85 1,00
5 4,0 9,2 1,1 4,4 1,01 12,04 2,81 1,00
6 4,7 11,1 1,6 5,1 1,03 12,03 3,77 1,00
7 2,1 5,1 1,1 2,3 1,00 12,07 5,75 1,00
8 1,3 6,6 8,0 1,0 2,29 1,67 0,54 4,92
9 1,5 5,5 4,7 1,4 4,29 1,63 0,65 4,93
10 1,3 6,2 7,1 1,0 6,29 1,58 0,77 4,93
11 2,9 7,1 1,7 3,1 8,01 1,88 0,79 5,01
12 3,3 8,0 1,7 3,5 12,01 1,79 1,02 5,02
13 3,1 7,3 1,1 3,4 1,98 2,05 1,93 5,00
14 3,4 7,8 0,7 3,8 1,97 4,07 1,90 5,00
15 1,8 7,1 6,8 1,6 1,97 6,08 1,87 5,00
16 2,4 6,6 2,8 2,5 1,96 8,09 1,85 5,01
17 3,3 8,1 1,9 3,5 1,96 10,10 1,82 5,01
18 2,3 7,3 4,7 2,3 6,01 0,92 1,19 5,00
19 3,1 8,1 2,9 3,3 6,00 0,93 2,17 5,00
20 4,7 10,7 1,0 5,1 6,00 0,94 3,64 5,00
21 1,8 5,3 3,1 1,8 6,00 0,96 5,11 5,00
22 2,0 5,7 2,8 2,0 1,04 10,01 0,31 4,99
23 1,7 5,4 3,6 1,7 3,13 9,87 0,45 4,97
16
24 4,1 10,1 2,2 4,5 5,22 9,72 0,58 4,95
25 3,8 9,0 1,5 4,1 7,30 9,58 0,72 4,94
26 2,4 8,5 7,1 2,2 9,40 9,43 0,86 4,91
27 2,2 7,1 4,9 2,2 6,00 7,93 3,17 0,50
28 1,5 6,0 5,8 1,3 6,00 7,94 3,15 1,50
29 3,1 7,7 2,0 3,3 6,00 7,95 3,13 2,50
30 3,9 9,8 2,8 4,2 6,10 7,88 3,05 3,48
Bảng 3. 14. Sai số (%) giữa mô hình tính PCR và nồng độ ban đầu
của các mẫu tự tạo
STT As(III) As(V) DMA MMA Se(IV) Se(VI) DMDSe SeMet
1 -2,2 -6,1 -5,2 -7,4 0,0 3,7 20,7 -0,3
2 0,0 7,4 -4,8 -2,4 1,8 3,4 19,2 -0,2
3 -6,6 14,3 7,4 -3,8 3,6 3,1 27,8 -0,2
4 -4,1 -7,6 -6,6 3,4 -1,8 3,8 -20,5 -0,5
5 0,3 -7,6 5,3 -2,7 -1,1 3,7 6,3 -0,5
6 -5,3 -7,6 -18,7 2,9 -3,4 3,7 5,6 0,0
7 6,2 2,9 8,6 -8,5 0,0 3,4 4,2 -0,5
8 -11,1 -5,1 -0,6 0,6 8,5 16,2 -9,1 1,5
9 -0,2 -8,6 -5,4 -8,2 4,6 18,4 -21,8 1,4
10 -13,5 2,5 1,2 1,8 3,2 -5,8 -24,4 1,4
11 -3,0 19,2 13,9 -10,8 -0,1 6,0 21,1 -0,2
12 9,9 -6,0 14,1 1,3 -0,1 10,5 -2,5 -0,3
13 3,9 4,5 10,3 -3,3 1,1 -2,7 3,7 0,0
14 -2,0 -2,5 33,2 -6,0 1,3 -1,7 5,0 -0,1
15 19,7 1,3 -3,3 5,8 1,5 -1,4 6,3 -0,2
16 -2,4 -5,5 10,4 1,5 1,7 -1,2 7,6 -0,3
17 10,0 -4,8 -4,7 1,2 1,9 -1,1 8,9 -0,4
18 -6,0 22,2 4,5 -7,1 -0,2 8,3 -19,7 0,0
19 4,0 16,4 -4,7 9,5 -0,1 7,1 -8,8 0,0
20 4,2 7,1 2,2 2,6 0,0 5,9 8,9 0,0
21 -12,3 -12,0 3,0 -12,0 0,0 3,7 7,0 0,0
22 -0,4 13,6 -5,1 1,9 -3,9 -0,2 38,5 0,1
23 12,9 8,1 4,3 10,5 -4,3 1,3 10,7 0,5
24 3,7 1,0 11,9 -0,9 5,1 -2,4 -17,1 0,9
25 -4,8 12,4 -2,7 3,2 2,6 -0,8 27,5 1,3
26 -4,6 6,6 1,3 -11,1 1,1 0,7 13,6 1,7
27 -11,1 -4,8 -2,2 8,6 -0,1 0,9 -5,7 0,0
28 -0,4 9,0 -2,8 -12,8 0,0 0,8 -5,1 -1,8
29 3,8 10,5 0,6 -4,9 0,0 0,7 -4,4 0,0
30 -2,5 -2,0 10,2 3,9 -1,7 1,5 -1,9 0,5
3.3. Đánh giá độ chính xác của phƣơng pháp
3.3.1. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương
pháp
Sử dụng độ hấp thụ quang của các mẫu trắng, chúng tôi tính
được các giá trị LOD, LOQ theo mô hình PCR – HVG – AAS như
sau:
17
Bảng 3. 15. Kết quả xác định giá trị LOD và LOQ theo mô hình hồi
quy đa biến
LOD LOQ LOD LOQ LOD LOQ LOD LOQ
As(III) As(V) DMA MMA
0,10 0,34 0,60 1,20 0,15 0,50 0,10 0,34
Se(IV) Se(VI) DMDSe SeMet
0,10 0,30 0,61 1,04 0,21 0,80 0,27 0,67
3.3.2. Ảnh hưởng của chất không có trong mô hình hồi quy đa
biến đến phép xác định đồng thời
Chúng tôi thêm một dạng As khác (Arsenobetaine) với hàm
lượng thay đổi vào một số mẫu giả, sau đó đem đo tín hiệu phổ AAS
ở các môi trường tạo khí hiđrua hóa đã chọn, sử dụng mô hình hồi
quy đa biến tuyến tính với thuật toán PCR để xác định nồng độ bốn
dạng As(III) vô cơ, As(V) vô cơ, DMA, MMA. Kết quả cho thấy
khi có thêm các dạng khác thì mô hình xây dựng từ bốn dạng vẫn
cho kết quả có sai số nằm trong khoảng cho phép (<20%).
3.3.3. So sánh phương pháp PCR – HVG – AAS với phương pháp
HPLC – HVG - AAS
Chúng tôi gửi các mẫu tự tạo chứa bốn dạng As là As(III) vô
cơ, As(V) vô cơ, DMA, MMA để phân tích theo phương pháp
HPLC – HVG – AAS. Kết quả cho thấy nồng độ các dạng tìm được
theo hai phương pháp không khác nhiều, một số mẫu cho sai số lớn
hơn giới hạn cho phép là do trong quá trình pha mẫu chúng tôi đã sử
dụng hàm lượng nằm sát giá trị LOD, LOQ của phương pháp. Sai số
lớn mắc phải tập trung vào các dạng hữu cơ, đây là các dạng có hiệu
suất khử thành khí hiđrua thấp và dễ bay hơi.
3.3.4. Đánh giá độ thu hồi của mô hình hồi quy đa biến
Chúng tôi sử dụng các mẫu nước ngầm sau đó thêm các dạng
As với hàm lượng khác nhau vào rồi phân tích xác định hàm lượng
các dạng As trước và sau khi thêm. Kết quả xác định nồng độ các
chất trong mẫu bằng phương pháp PCR thấy hiệu suất thu hồi ở các
mẫu qua các lần thêm chuẩn phần lớn đều khá cao (>90%) và dao
động trong vùng sai số cho phép của phép.
3.3.5. Độ chụm của phƣơng pháp PCR – HVG – AAS
18
Để đánh giá độ chụm của phương pháp PCR – HVG – AAS
chúng tôi phân tích các mẫu tự tạo, mẫu nước mặt lặp lại 3 lần. Kết
quả tính hàm lượng các dạng và các thông số khác cho thấy tất cả
các giá trị ttính đều nhỏ hơn tbảng nên có thể kết luận rằng các giá trị
trung bình này đều không sai khác có nghĩa với giá trị thực, các giá
trị độ biến thiên (CV%) đều nhỏ ở các mức nồng độ khác nhau, nói
cách khác, các phương trình tính riêng rẽ các dạng As, Se đều cho
độ đúng cao.
Bảng 3. 16. Kết quả tính độ đúng của phương pháp PCR – HVG –
AAS
Mẫu, thông số Mẫu tự tạo Mẫu thực (mẫu nƣớc mặt)
As(III) As(V) DMA MMA As(III) As(V) DMA MMA
1
Trung bình 5,03 4,83 2,83 2,83 2,77 8,53 0,63 -
Độ lệch chuẩn 0,208 0,152 0,058 0,153 0,15 0,25 0,06 -
CV% 4,1 3,2 2,0 5,4 5,52 2,95 9,12 -
ttính (tbảng = 2,45) 0,33 0,24 0,09 0,24 0,84 0,78 0,69 -
2
Trung bình 9,97 9,83 4,83 4,87 3,33 7,03 0,67 0,47
Độ lệch chuẩn 0,252 0,058 0,058 0,153 0,15 0,15 0,72 0,49
CV% 2,5 0,59 1,19 3,14 4,58 2,17 0,73 0,49
ttính (tbảng = 2,45) 0,40 0,09 0,09 0,24 1,12 0,86 0,93 1,20
Se Se(IV) Se(VI) DMDSe SeMet Se(IV) Se(VI) DMDSe SeMet
1
Trung bình 4,87 4,93 2,93 2,83 - - - -
Độ lệch chuẩn 0,153 0,153 0,153 0,058 - - - -
CV% 3,1 3,1 5,2 2,0 - - - -
ttính (tbảng = 2,45) 0,24 0,24 0,24 0,09 - - - -
2
Trung bình 9,73 9,63 4,97 4,77 - - - -
Độ lệch chuẩn 0,058 0,058 0,115 0,058 - - - -
CV% 0,59 0,60 2,32 1,21 - - - -
ttính (tbảng = 2,45) 0,09 0,09 0,18 0,09 - - - -
3.4. Nghiên cứu các điều kiện bảo quản mẫu phân tích
3.4.1. Ảnh hưởng của vật liệu bình chứa
Hình 3. 1. Ảnh hưởng vật liệu bình chứa đến nồng độ các dạng của
các nguyên tố As, Se
19
3.4.2. Ảnh hưởng của pH
3.5.3. Ảnh hưởng của không khí
Hình 3. 1. Ảnh hưởng của oxi đến sự tồn tại của các dạng As, Se
3.4.4. Ảnh hưởng của ion Fe3+
Kết quả khảo sát cho thấy giá trị pH của mẫu không ảnh
hưởng đến sự chuyển hóa dạng, mẫu cần bảo quản bằng các vật liệu
không hấp phụ chất phân tích như PE,Teflon. Các dạng sẽ chuyển
hóa khi có mặt oxi không khí và ion Fe3+
, quá trình chuyển hóa chủ
yếu là từ các hợp chất vô cơ có hóa trị thấp thành hợp chất vô cơ có
hóa trị cao hơn. Chính vì vậy, cần sục nitơ vào trong mẫu trước khi
đậy nắp kín để hạn chế hàm lượng oxi có trong mẫu. Với các mẫu
có hàm lượng Fe3+
> 150ppb cần cho thêm EDTA 0,2M, thời gian
bảo quản mẫu là 40h.
Hình 3. 2. Ảnh hưởng của ion Fe
3+ đến sự chuyển dạng của các
nguyên tố As, Se
Hình 3. 3. Độ thu hồi khi sử dụng EDTA loại trừ ảnh hưởng của ion
Fe3+
3.5. Nghiên cứu quá trình xử lý mẫu phân tích dạng
3.5.1. Mẫu động vật thủy sinh
20
3.5. . . Khảo sát ảnh hưởng của chất hữu cơ đến quá trình phân
tích các dạng As, Se
Kết quả phân tích cho thấy khi có mặt của protein (abumin)
không ảnh hưởng đến tín hiệu phân tích, còn chất béo (stearin) ảnh
hưởng đến tín hiệu phân tích khi hàm lượng >0,5ppm.
3.5.1.2. Khảo sát tách loại chất béo bằng cột chiết pha rắn C18
Bảng 3. 17. Tóm tắt các điều kiện thực nghiệm loại bỏ chất béo bằng
cột chiết C18 Điều kiện thực nghiệm Thông số
Tốc độ nạp cột 3ml/phút
Tốc độ rửa giải 3ml/phút
Tỉ lệ dung môi rửa giải MeOH:H2O 3:7
Lượng chất béo tối đa trong mẫu 2ppm
Số lần tái sử dụng cột 2
3.5.1.3. Nghiên cứu các điều kiện chiết rút các dạng As, Se trong
mẫu động vật thủy sinh
Qua kết quả khảo sát các thông số để chiết rút các dạng As,
Se cụ thể như sau: dung dịch chiết sử dụng là MeOH:H2O tỉ lệ 1:1
cho As; 9:1 cho Se, thời gian chiết 60 – 80 phút, số lần chiết lặp 3
sẽ cho kết quả tốt nhất.
3.5.2. Mẫu đất, bùn
Qua kết quả khảo sát các thông số để chiết rút các dạng As,
Se cụ thể như sau: dịch chiết là dung dịch axit H3PO4 100mM, thời
gian cho mỗi lần chiết 6h, số lần chiết lặp 3.
3.5.3. Mẫu thực vật
Các thông số tối ưu chọn được quy trình xử lý mẫu thực vật
là: với As tỉ lệ dung môi chiết MeOH:H2O = 3:7(v/v), thời gian chiết
(rung siêu âm) 60 phút, số lần chiết lặp 2; với nguyên tố Se tỉ lệ
dung môi chiết MeOH:H2O = 6:4, thời gian chiết (rung siêu âm) 80
phút, số lần chiết lặp 3.
3.5.4. Đánh giá độ thu hồi của quá trình xử lý mẫu
Với các quy trình xử lý mẫu đưa ra cho hiệu suất thu hồi đều
khá cao (trung bình sấp xỉ 82%), các kết quả phân tích cho thấy
trong mẫu động vật thủy sinh và mẫu thực vật dạng As, Se hữu cơ
chiếm ưu thế và ngoài các dạng DMA, MMA, DMDSe, SeMet còn
có các dạng hữu cơ khác của các nguyên tố này. Đối với các mẫu
bùn đất thì chỉ tồn tại các dạng vô cơ As(III), As(V), Se(IV), Se(VI)
trong đó dạng có hóa trị cao có hàm lượng lớn hơn.
21
3.6. Kết quả phân tích một số mẫu thực
3.6.1. Kết quả phân tích dạng As trong các mẫu thực tế
Chúng tôi tiến hành thu thập các mẫu thực ở phường Định
Công – Hoàng Mai – Hà Nội. Các kết quả phân tích hàm lượng các
dạng As trong các mẫu thực tế có thể kết luận:
+ Tổng hàm lượng 4 dạng As trong các mẫu luôn thấp hơn
hàm lượng As tổng do các mẫu ngoài As(III), As(V), MMA, DMA
còn có các dạng As khác.
+ Trong các mẫu hải sản, dạng tồn tại chính là As(III) và
MMA nhưng có hàm lượng khá thấp, tổng hàm lượng của chúng sấp
xỉ hàm lượng As tổng chứng tỏ chúng là hai dạng tồn tại chính. Các
mẫu này đều có thể dùng làm thực phẩm được do hàm lượng As
tổng chưa vượt quá tiêu chuẩn.
+ Các mẫu thực vật tồn tại 3 dạng chính là As(III), MMA,
DMA do tổng của chúng cũng sấp xỉ As tổng. Các mẫu rau đều có
thể dùng làm thực phẩm được do As tổng chưa vượt quá tiêu chuẩn
cho phép. Các mẫu rêu, dương xỉ, thủy trúc đều có hàm lượng As
tổng cao chứng tỏ chúng là loài thực vật có khả năng hấp thụ As tốt.
+ Các mẫu nước ao, bùn ao, đất ruộng không phát hiện được
dạng As hữu cơ hoặc nồng độ các dạng quá thấp chứng tỏ chúng tồn
tại chủ yếu ở dạng As vô cơ trong đó dạng As(V) chiếm ưu thế.
Hàm lượng As tổng trong nước ao thấp hơn tiêu chuẩn cho phép
trong nước sản xuất nông nghiệp (0,05mg/l – TCVN 6773 – 2000)
và thấp hơn nhiều trong đất, bùn chứng tỏ sự phát tán As từ bùn đất
diễn ra chậm, không lớn.
Bảng 3. 18. Kết quả phân tích các dạng As trong các mẫu thực ở khu
vực Định Công – Hoàng Mai – Hà Nội
STT Mẫu Hàm lƣợng As trung bình (mg/kg)
As(III) As(V) DMA MMA As tổng
1 Tôm 0,007±14% <LOD <LOD 0,009±14% 0,021±5%
2 Trai 0,018±8% <LOD <LOD <LOD 0,025±3%
3 Ốc 0,009±7% <LOD <LOD 0,005±7% 0,017±8%
4 Rêu 0,006±8% <LOD 0,061±12% 0,053 ± 9% 0,713 ± 15%
5 Rau cải 0,003±11% <LOD 0,009±13% 0,002±7% 0,017±12%
6 Rau muống 0,008±9% <LOD 0,005±17% <LOD 0,013±11%
7 Rau má 0,004±16% <LOD 0,012±14% 0,007±16% 0,028±8%
8 Rau ngổ 0,007±14% <LOD <LOD 0,006±18% 0,019±14%
9 Dương xỉ 0,013±15% 0,028±6% 0,073±8% 0,058±8% 0,147±7%
10 Thủy trúc 0,053±16% 0,012±11% 0,029±8% 0,011±4% 0,063±7%
11 Đất ruộng 0,019±7% 0,044±11% <LOD <LOD 0,076±13%
12 Bùn ao 0,015±15% 0,081±6% <LOD <LOD 0,105±11%
13 Nước hồ ao
(mg/l) 0,008±17% 0,017±13% 0,005±14% 0,004±7% 0,031±9%
22
3.6.2. Kết quả phân tích dạng Se trong các mẫu thực
Các kết quả phân tích hàm lượng các dạng Se và Se tổng
trong mẫu tôm ở các tháng khác nhau ở khu vực Pháp Vân – Hoàng
Mai – Hà Nội cho thấy hàm lượng các dạng Se trong các mẫu đều
rất thấp, sự chênh lệch hàm lượng qua các tháng hầu như tăng không
đáng kể.
Ở một thí nghiệm khác, kết quả phân tích hàm lượng các dạng
Se trong một số mẫu rau xanh cho thấy: hầu hết các dạng Se vô cơ
có hàm lượng rất thấp, các dạng DMDSe và SeMet có hàm lượng
khá lớn, tuy nhiên vẫn không thể kết luận được Se tồn tại ở dạng
nào là chính vì hàm lượng tổng Se khá lớn so với hai dạng DMDSe
và SeMet, hàm lượng Se trong các mẫu rau nằm trong giới hạn cho
phép của Se có trong thực phẩm.
Bảng 3. 19. Kết quả phân tích dạng Se trong mẫu tôm
khu vực Pháp Vân – Hoàng Mai – Hà Nội Địa
điểm Tháng
Mẫu tôm (mg/kg)
Se(IV) Se(VI) DMDSe SeMet Se tổng
1
2 0,9 5,2 0,4 3,6 13,2
4 1,3 6,4 0,7 4,2 16,4
6 1,7 7.2 0,9 4,8 18,7
2
2 1,6 5,2 0,7 1,9 17,2
4 2,3 6,7 1,1 2,5 13,5
6 2,7 8,1 0,9 3,7 18,9
3
2 2,7 3,5 2,7 8,6 22,4
4 2,5 6,2 3 8,9 23,1
6 2,9 6,7 3,1 9,3 27,4
4
2 1,2 5,2 3,3 9,4 26,1
4 1,7 5,5 3,3 10,5 22,3
6 1,9 6,9 3,6 11,1 25,1
Bảng 3. 20. Hàm lượng các dạng Se trong một số mẫu rau xanh ở khu
vực Định Công – Hoàng Mai – Hà Nội
STT Tên mẫu Se(IV)
(µg/Kg)
Se(VI)
(µg/Kg)
DMDSe
(µg/Kg)
SeMet
(µg/Kg)
Tổng Se
(µg/Kg)
1 Bắp cải 1 2,2 0,4 6,9 23,8 96,6
2 Bắp cải 2 1,7 0,7 25,7 34,1 127,6
3 Bắp cải 3 1,2 0,2 41,9 28,6 167,4
4 Sup lơ 1 2,4 0,5 22,6 41,5 138,7
5 Sup lơ 2 2,8 1,3 34,8 42,7 108,8
6 Sup lơ 3 4,3 2,1 18,9 22,3 88,4
7 Rau má 1 4,2 0,9 73,1 69,5 327,6
8 Rau má 2 3,7 0,5 65,9 77,3 306,6
9 Rau má 3 3,5 0,4 54,8 29,4 253,7
10 Rau muống 1 1,1 1,4 28,6 71,2 150,8
11 Rau muống 2 0,7 1,3 30,5 45,5 107,1
12 Rau muống 3 0,8 2,0 31,7 25,6 95,4
13 Rau ngót 1 0,9 0,7 61,9 32,3 134,4
14 Rau ngót 2 1,3 1,1 48,1 56,6 122,5
15 Rau ngót 3 2,5 1,8 21,9 37,7 96,6
23
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Trên cơ sở các kết quả thực nghiệm nghiên cứu, với mục đích
xây dựng quy trình phân tích các dạng As (As(IV), As(V), MMA,
DMA), các dạng Se (Se(IV), Se(VI), DMDSe, SeMet) bằng phương
pháp HVG – AAS kết hợp với Chemometric chúng tôi đã thu được
kết quả sau:
1. Xác định được hiệu suất khử các dạng As, Se về As(III),
Se(IV) của các hệ chất khử khác nhau. Kết quả cho thấy không thể
xác định chính xác tổng hàm lượng As, Se khi mẫu có các dạng hữu
cơ và phải vô cơ hóa các dạng. Kết quả khảo sát hiệu suất khử trực
tiếp các dạng As, Se thành khí hiđrua bằng chất khử NaBH4 trong
các môi trường axit khác nhau cũng cho thấy hiệu suất khử khác
nhau rõ rệt, từ đó đưa ra nhận định có thể dùng mô hình hồi quy đa
biến tuyến tính để xác định đồng các dạng của từng nguyên tố As,
Se.
2. Xây dựng được các mô hình hồi quy đa biến tuyến tính dựa
trên tín hiệu đo phổ AAS kết hợp với kỹ thuật hiđrua hóa (HVG –
AAS) và khảo sát khả năng áp dụng của các mô hình hồi quy đa
biến vào phân tích mẫu thực tế. Kết quả cho thấy, mô hình hồi quy
sử dụng thuật toán PCR thích hợp để xác định đồng thời các dạng
As, Se trong các dung dịch mà không cần phải tách rời với sai số
tương đối của hầu hết các dạng đều nằm trong giới hạn cho phép ở
mức hàm lượng ppb, độ thu hồi khá cao (trên 90%), độ chụm và độ
đúng đều đáp ứng tốt yêu cầu.
3. Luận án đã đưa ra được các điều kiện bảo quản mẫu cho
quá trình phân tích các dạng của từng nguyên tố As, Se. Cụ thể dung
dịch mẫu phân tích cần được bảo quản trong các dụng cụ làm bằng
vật liệu PE hoặc Teflon, giá trị pH nên điều chỉnh bằng 2 (dùng
dung dịch NaOH, HCl), nên cho thêm 5ml EDTA 0,2M cho 500ml
mẫu để làm giảm ảnh hưởng của ion Fe3+
, các dung dịch cần sục
đuổi oxi bằng nitơ khoảng 10 - 20 phút trước khi đậy nắp, dung dịch
thu được sau khi xử lý mẫu có thể bảo quản tối đa 40h ở nhiệt độ
40C.
24
4. Luận án đưa ra được các điều kiện chiết tách các dạng As,
Se ra khỏi các mẫu khác nhau như: mẫu động vật thủy sinh, mẫu
bùn đất, mẫu rau cỏ. Các thông số cụ thể như sau: đối với động vật
thủy sinh dung dịch chiết sử dụng là MeOH:H2O tỉ lệ 1:1 cho As,
9:1 cho Se, thời gian chiết 60 – 80 phút, số lần chiết lặp 3. Dung
dịch chiết cần loại bỏ chất béo bằng cột chiết SPE C18 với thông số
tốc độ nạp cột 3ml/phút, tốc độ rửa giải 3ml/phút với dung môi rửa
giải là MeOH:H2O tỉ lệ 3:7, lượng chất béo trong mẫu tối đa có thể
loại bỏ được là 2ppm; đối với mẫu bùn đất dịch chiết là dung dịch
axit H3PO4 100mM, thời gian cho mỗi lần chiết 6h, số lần chiết lặp
3; đối với mẫu thực vật dung dịch chiết là MeOH:H2O tỉ lệ 3:7 cho
As, tỉ lệ 6:4 cho Se, thời gian chiết 60 phút cho As, 80 phút cho Se,
số lần chiết lặp 3.
5. Kết quả phân tích các mẫu thực cho thấy đối với các mẫu
động vật thủy sinh hàm lượng tổng As, Se cao hơn tổng 4 dạng phân
tích, chứng tỏ ngoài các dạng khảo sát As, Se còn tồn tại ở các dạng
khác, các dạng As có hàm lượng đáng kể là As(III), MMA, còn Se
đều tìm thấy có cả Se(VI), Se(IV), DMDSe, SeMet. Đối với mẫu
thực vật hàm lượng các dạng As(III), MMA, DMA chiếm phần lớn
so với hàm lượng tổng As, các loại rau có hàm lượng As đều nằm ở
dưới giới hạn có hại, cây thủy trúc và cây dương xỉ có xu hướng tích
lũy As cao; với Se trong các mẫu rau hàm lượng DMDSe, SeMet
tìm thấy cao hơn dạng vô cơ, hàm lượng Se nằm ở ngưỡng cho
phép; đối với các mẫu đất và nước khảo sát hàm lượng các dạng Se
tìm thấy khá thấp, hàm lượng các dạng As(V) chiếm ưu thế còn các
dạng As hữu cơ có nồng độ rất thấp.
Chúng tôi hi vọng các kết quả thu được từ các nghiên cứu của
luận án này sẽ góp phần vào hoàn thiện ứng dụng Chemometric
trong lĩnh vực phân tích dạng nguyên tố, áp dụng phân tích các mẫu
thực tế để dánh giá mức độ ô nhiễm và độc hại của nguyên tố As, Se
trong các đối tượng môi trường.
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ
LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
1. Phạm Hồng Chuyên, Tạ Thị Thảo, Nguyễn Thị Thu Hằng,
Chu Xuân Anh (2010), “ Nghiên cứu xác định đồng thời các dạng
Asen vô cơ và hữu cơ bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử sử
dụng kỹ thuật hiđrua hóa (HVG – AAS) kết hợp với thuật toán hồi
quy đa biến (phần 1)”, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý và Sinh học, 15
(4), tr. 230 – 237.
2. Phạm Hồng Chuyên, Tạ Thị Thảo, Nguyễn Thị Thu Hằng
(2012), “Nghiên cứu xác định đồng thời các dạng Asen vô cơ và
hữu cơ bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kỹ thuật
hiđrua hóa (HVG – AAS) kết hợp với thuật toán hồi quy đa biến
(phần 2)”, Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, 28 (4), tr. 7
– 13.
3. Phạm Hồng Chuyên, Tạ Thị Thảo (2012), “Nghiên cứu xác định
hàm lượng Selen bằng phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử sử
dụng kỹ thuật hiđrua hóa (HVG – AAS) và áp dụng phân tích tổng
hàm lượng Selen trong một số loại rau”. Tạp chí Khoa học Đại học
Quốc gia Hà Nội, 28 (4), tr. 14 – 21.
4. Phạm Hồng Chuyên, Tạ Thị Thảo (2012), “Nghiên cứu xác
định đồng thời các dạng Selen vô cơ, hữu cơ bằng phương pháp
phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kỹ thuật hiđrua hóa (HVG – AAS)
kết hợp với phương pháp hồi quy cấu tử chính (PCR)”, Hội nghị các
nhà khoa học trẻ toàn quốc lần thứ 2, Tạp chí Khoa học và Công
nghệ - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 50 (3D), tr. 717 –
724.
5. Phạm Hồng Chuyên, Tạ Thị Thảo, Phạm Gia Bách (2013),
“Simutaneous determination of dimethyldiselenite,
selenomethioline, selenite and selenate in shrimmps and fishes
collected in some aquaculture ponds at Phap Van – Thanh Tri – Ha
Noi”, Tuyển tập Hội nghị hóa học phân tích Việt Nam lần thứ 3, tr.
283 – 288, Hồ Chí Minh.
6. Phạm Hồng Chuyên, Tạ Thị Thảo, Nguyễn Thị Thu Hằng
(2014), “Nghiên cứu xác định đồng thời các dạng Asen vô cơ và
hữu cơ bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kỹ thuật
hiđrua hóa (HVG – AAS) kết hợp với thuật toán hồi quy đa biến
(phần 3)”, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý và Sinh học, 19(2), tr. 59 – 67.