Kết quả và thảo luận : xác định tổng ARSEN vô cơ bằng tổng ARSEN hữu cơ trong thủy hải sản

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Khảo sát các thông số trên hệ ICP-OES và hệ hydride
Trong giai đoạn khảo sát này, tín hiệu được ghi nhận ở cả hai bước sóng
188.980 nm và 193.696 nm. Đây là hai vạch nhạy nhất của arsen trong phổ phát xạ
plasma ghép cặp cảm ứng.

3.1.1 Khảo sát tốc độ dòng bổ trợ
Dùng chuẩn As(III) 10 μg/L để khảo sát dòng bổ trợ. Ở ba tốc độ dòng được
khảo sát là 0.75 L/phút, 1.5 L/phút, 2.25 L/phút, tín hiệu đạt cao nhất ở tốc độ 0.75
L/phút. Càng tăng tốc độ dòng lên, tín hiệu thu được càng giảm. Điều này có thể do
lượng khí Ar tăng lên đã pha loãng chất phân tích trong khí plasma làm giảm cường
độ phát xạ.
Khảo sát dòng bổ trợ
300
350
400
450
500
550
0.5 1 1.5 2 2.5
Tốc độ dòng (L/phút)
Int. (c/s)
193.696 nm
188.980 nm

Hình 3.1 - Đồ thị khảo sát dòng bổ trợ

3.1.2 Khảo sát tốc độ dòng plasma
Dòng plasma là dòng khí có nhiệm vụ làm mát thành thạch anh của đuốc ICP.
Khảo sát dòng plasma ở các tốc độ khác nhau, kết quả từ đồ thị cho thấy tín hiệu

cao nhất ở tốc độ dòng 13.5 L/phút.

Khảo sát dòng plasma
300
350
400
450
500
550
10 12 14 16 18 20
Tốc độ dòng (L/phút)
Int. (c/s)
193.696 nm
188.980 nm

Hình 3.2 - Đồ thị khảo sát dòng plasma

3.1.3 Áp suất dòng tạo sương
Khảo sát áp suất dòng tạo sương trong khoảng từ 120 kPa đến 220 kPa. Từ đồ
thị cho thấy ở áp suất 140 kPa, cường độ phát xạ đạt cực đại, áp suất càng cao
cường độ phát xạ càng thấp. Điều này có thể giải thích do dòng tạo sương là dòng
đưa mẫu trực tiếp vào trong plasma. Trong plasma mẫu sẽ lần lượt bị hóa hơi,
nguyên tử hóa, kích thích và ion hóa bởi plasma. Khi áp suất dòng tăng nhanh thì
khả năng mẫu chưa kịp ion hóa đã bị đẩy ra ngoài tức là thời gian lưu của mẫu trong
quang lộ giảm dẫn đến cường độ phát xạ giảm đi.
Khảo sát áp suất dòng tạo sương
250
350
450
550

650
100 150 200 250
Áp suất (kPa)
Int. (c/s)
193.696 nm
188.980 nm

Hình 3.3 - Đồ thị khảo sát áp suất dòng tạo sương

3.1.4 Nguồn cấp tần số vô tuyến (RF)
Khảo sát nguồn cấp tần số vô tuyến từ 1 đến 1.5 kW, nhận thấy công suất càng
tăng thì cường độ phát xạ cũng tăng theo. Đồ thị khảo sát nguồn cấp RF được thể
hiện ở hình sau:
Khảo sát nguồn cấp RF
200
400
600
800
1000
0.8 1 1.2 1.4 1.6
Công suất (kW)
Int. (c/s)
193.696 nm
188.980 nm

Hình 3.4 - Đồ thị khảo sát nguồn cấp RF
Trong hệ ICP-OES, sự ổn định của plasma, cường độ đường nền, tỉ lệ tín
hiệu/nhiễu bị ảnh hưởng từ sự cài đặt nguồn cấp RF. Thông thường, nguồn cấp RF
được cài đặt trong khoảng từ 1.00 – 1.30 kW. Nếu mẫu ở dạng dung dịch hữu cơ,
chúng ta có thể tăng công suất cài đặt từ 1.20 – 1.45 kW. Cần lưu ý rằng, khi dùng

nguồn cấp công suất cao (1.5 kW), khả năng làm nóng chảy đuốc ICP sẽ tăng theo.
Một số ví dụ về cài đặt nguồn cấp RF đối với một số dạng mẫu khác nhau:

Dạng mẫu Nguồn cấp RF (kW)
Mẫu nước 1.0 – 1.2
Mẫu dạng muối 1.3
Mẫu dạng muối nồng độ cao 1.4
Mẫu chứa chất hữu cơ dễ bay hơi 1.5
Từ những lý do trên, chúng tôi nhận thấy công suất 1.3 kW phù hợp để xác
định arsen tổng và arsen vô cơ trong mẫu hải sản.

3.1.5 Khảo sát nồng độ HCl
Khảo sát nồng độ HCl trong khoảng từ 0.5 M – 6 M. Kết quả khảo sát như sau:
Khảo sát nồng độ HCl
200
300
400
500
600
02468
Nồng độ (mol/L)
Int. (c/s)
193.696 nm
188.980 nm

Hình 3.5 - Đồ thị khảo sát nồng độ HCl

Trong hệ hydride xảy ra phản ứng oxy hóa khử và tạo thành hợp chất arsine dễ
bay hơi:
H

3
AsO
3
(aq) + BH
4
-
(aq) + H
+
(aq) → AsH
3
(g) + H
2
(g) + H
3
BO
3
(aq)
Cường độ phát xạ tăng đáng kể khi nồng độ HCl tăng từ 1 đến 5 M. Ở nồng độ
HCl cao hơn, tín hiệu tăng rất ít. Để giảm thiểu sự hao mòn thiết bị và tiêu tốn hóa
chất, nồng độ HCl 5 M được chọn để thực hiện các thí nghiệm về sau.

3.1.6 Khảo sát nồng độ NaBH
4

Việc tối ưu hóa nồng độ NaBH
4
được thực hiện trong khoảng nồng độ từ 0.2%
đến 1.0 % trong 0.5 % (w/v) NaOH.
Kết quả thu được cao nhất khi nồng độ NaBH
4

là 0.6 %.

Khảo sát nồng độ NaBH4
0
500
1000
1500
2000
2500
00.20.40.60.811.2
Nồng độ (%)
Int. (c/s)
193.696 nm
188.980 nm

Hình 3.6 - Đồ thị khảo sát nồng độ NaBH
4

Ghi chú: Các khảo sát trên cho thấy tín hiệu ở bước sóng 188.980 nm luôn
cao hơn tín hiệu ở bước sóng 193.696 nm (là bước sóng thường dùng để phân tích
arsen đối với hệ AAS). Do đó, chúng tôi chọn bước sóng 188.980 nm để thực hiện
các thí nghiệm về sau (xem phụ lục 1).

3.1.7 Khảo sát quá trình khử As(V) về As(III)
Kết quả khảo sát hiệu suất khử As(V) về As(III) bằng KI/acid ascorbic 5%
được thể hiện ở bảng 3.1.
Bảng 3.1 - Khảo sát hiệu suất khử As(V) về As(III)
bằng KI/Acid ascorbic 5%

Int. (c/s)

Nồng độ lý
thuyết (μg/L)
Lần 1 Lần 2 Lần 3 TB
Nồng độ
thực tế (μg/L)
H (%)
1 148.65 147.64 150.53 148.94 0.90 89.72
5 667.97 667.13 681.51 672.20 4.83 96.65
10 1307.09 1286.68 1285.77 1293.18 9.50 95.03
20 2566.83 2583.28 2549.22 256 6.44 19.08 95.40
30 3798.29 3823.05 3846.63 3822.66 28.53 95.09
50 5626.59 5743.86 5580.02 5650.16 42.27 84.54

Đường chuẩn As(V) đến 30
μ
g/L
y = 126.54x + 30.338
R
2
= 0.9999
0
1000
2000
3000
4000
5000
01020304
Nồng độ (
μ
g/L)

Int.
0

Hình 3.7 - Đồ thị đường chuẩn As(V) đến 30
μ
g/L

Đường chuẩn As(V) đến 50
μ
g/L
y = 113.66x + 161.56
R
2
= 0.9937
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 102030405060
Nồng độ (
μ
g/L)
Int.

Hình 3.8 - Đồ thị đường chuẩn As(V) đến 50
μ
g/L

Trong khoảng nồng độ từ 5 đến 30 μg/L, hiệu suất khử As(V) về As(III) đạt
trên 95%. Ở đây, chúng tôi không khảo sát nồng độ khử KI/acid ascorbic vì nồng độ
khử là nồng độ phần trăm, lớn hơn rất nhiều so với nồng độ chất cần khử (ở nồng
độ 10
-9
). Từ đồ thị hai đường chuẩn trên, nhận thấy độ tuyến tính khá tốt, KI/acid
ascorbic 5% được dùng làm chất khử khá ổn định trong khoảng nồng độ từ 1 đến 50
μg/L. Ở nồng độ 50 μg/L, hiệu suất khử thấp hơn. Tuy nhiên, kết quả này thấp
không hẳn là do hiệu suất khử thấp. Nguyên nhân có thể khi nồng độ mẫu tăng thì
độ nhớt và sức căng bề mặt của mẫu cũng tăng, ảnh hưởng đến hiệu suất của quá
trình đưa mẫu vào trong plasma [6].

Bảng 3.2 - Tóm tắt các điều kiện thí nghiệm trên hệ ICP-OES kết hợp hydride
TT Nội dung Thông số
1. Thiết bị Varian 720-ES kết hợp VGA
2. Tốc độ dòng bổ trợ 0.75 L/phút
3. Tốc độ dòng plasma 13.5 L/phút
4. Áp suất dòng tạo sương 140 kPa
5. Nguồn cấp RF 1.3 kW
6. Bước sóng phân tích 188.980 nm
7. Nồng độ HCl 5 M
8. Nồng độ NaBH
4
0.6 % trong 0.5 % NaOH (m/v)
9. Nồng độ KI/ Acid ascorbic 5 % (m/v)

3.2 Khảo sát qui trình phân tích arsen tổng
3.2.1 Khảo sát điều kiện khử As (V) về As(III) bằng KI/Acid ascorbic
Trong một số tạp chí nghiên cứu qui trình phân tích arsen, hầu hết quá trình

khử As(V) về As(III) được thực hiện ở nhiệt độ phòng [14,22,24]. Một số tạp chí
khác đặt điều kiện khử ở nhiệt độ 50
0
C [27]. Để có điều kiện khử tốt nhất, chúng
tôi thực hiện khảo sát quá trình khử ở những nhiệt độ và nồng độ khác nhau.
Kết quả khảo sát hiệu suất khử được trình bày ở bảng 3.3.

Bảng 3.3 - Khảo sát nhiệt độ khử As (V) về As(III) bằng KI/Acid ascorbic

Hiệu suất khử (%) (n=5)
Điều kiện khử
Mẫu + 8 μg/L Mẫu + 16 μg/L Mẫu + 20 μg/L
TB
Nhiệt độ phòng
96.1 ± 2.0 96.2 ± 2.7 95.8 ± 1.3 96.0 ± 3.6
50
0
C
95.1 ± 3.5 96.0 ± 2.0 95.8 ± 1.6 95.6 ± 4.6
70
0
C
103.0 ± 2.7 106.1 ± 1.5 104.2 ± 1.4 104.4 ± 3.4
90
0
C
107.7 ± 2.7 114.2 ± 2.3 111.9 ± 2.65 111.3 ± 4.4

Nhận xét:
Từ bảng kết quả trên cho thấy hiệu suất khử As(V) về As(III) ở nhiệt độ phòng

và ở 50
0
C trong một giờ là gần bằng nhau (trên 95%). Ở những nồng độ khác nhau,
hiệu suất khử không thay đổi nhiều. Acid ascorbic thêm vào có tác dụng ngăn cản
sự oxy hóa I
-
thành I
2
bởi oxy không khí hay Fe
3+
. Tuy nhiên, khi khử ở nhiệt độ
cao hơn, hiệu suất khử vượt quá 100%, dung dịch đem đi phân tích có màu vàng
nhạt. Có thể giải thích hiện tượng này như sau:

AsO
4
3-

+

2 I
-

+ 2 H
+
→ AsO
3
3-
+ I
2

+ H
2
O
C
6
H
8
O
6
+ I
2
→ C
6
H
6
O
6
+ 2 I
-
+ 2 H
+


Acid ascorbic là chất nhạy với nhiệt độ và ánh sáng, ở nhiệt độ cao có thể bị
phân hủy chuyển thành C
6
H
6
O
6

, mất tác dụng phản ứng với I
2
sinh ra I
-
làm lượng I
2

dư trong dung dịch tăng lên. Khi phân tích bằng phổ phát xạ nguyên tử, lượng I
2
dư
có thể phát ra những vạch cộng hưởng gây cản nhiễu phổ ảnh hưởng đến quá trình
phân tích arsen làm kết quả sai số dương [33].

3.2.2 Thể tích H
2
SO
4
phá mẫu
Trong mẫu hải sản chứa hàm lượng lớn arsenobetaine, do đó cần thiết phải
khảo sát lượng acid phá mẫu để quá trình vô cơ hóa mẫu xảy ra hoàn toàn.
Ngoài việc dùng HNO
3
đậm đặc phá mẫu như các phương pháp phá mẫu ướt
khác, H
2
SO
4
cũng được thêm vào để tăng cường độ oxy hóa và nhiệt độ phá mẫu.
Lượng acid sulfuric nên được dùng ở mức thấp nhất vừa đủ để oxy hóa mẫu hoàn
toàn. Thay đổi lượng acid H

2
SO
4
thêm vào: 1.0 ; 2.0 ; 3.0 ; 4.0 ; 5.0 ; 6.0 mL, thực
hiện qui trình phá mẫu arsen tổng, ghi nhận kết quả.






Bảng 3.4 - Khảo sát thể tích H
2
SO
4
phá mẫu cá thu
Thể tích
H
2
SO
4

(mL)
Khối lượng
mẫu (g)
Int. (c/s)
Hàm lượng As
(μg/kg)
1 1.0053 72.691 91.09
2 1.1402 73.155 80.88

3 1.1093 45.857 48.70
4 1.0483 63.598 75.22
5 1.0216 60.2 23 72.56
6 1.1380 56.409 60.45

Thực hiện tương tự thí nghiệm như trên, thay mẫu cá thu bằng mẫu mực tươi,
kết quả thu được như sau :
Bảng 3.5 - Khảo sát thể tích H
2
SO
4
phá mẫu mực tươi
Thể tích
H
2
SO
4

(mL)
Khối lượng
mẫu (g)
Int. (c/s)
Hàm lượng As
(μg/kg)
1 1.0961 82.916 76.56
2 1.1730 77.312 65.97
3 1.1956 76.246 63.68
4 1.1071 56.576 48.03
5 1.0207 59.399 55.32
6 1.1913 74.789 62.48

Nhận xét :
Từ hai thí nghiệm trên cho thấy sử dụng 1 mL H
2
SO
4
đủ để vô cơ hóa mẫu.
Acid sulfuric có tác dụng làm tăng cường độ oxy hóa của HNO
3
, đồng thời giúp
đuổi hết khí NO
2
sinh ra khi oxy hóa các chất hữu cơ.
(CH
2
O)
n
+ 4nHNO
3
→ nCO
2
+ 4nNO
2
+ 3nH
2
O
Đối với hệ ICP-OES, acid có nhiệt độ sôi cao như acid sulfuric có khuynh
hướng ngưng tụ lại trong thành đuốc ICP, sau một thời gian sẽ gây ra hiện tượng

bao phủ làm torch bị quá nhiệt. Ngoài ra, đuốc ICP bằng thạch anh với cấu hình

hướng trục mà chúng tôi dùng phân tích arsen đặc biệt bị ảnh hưởng khi tiếp xúc
với dung dịch chứa nồng độ acid lớn. Đó là lý do chúng tôi dùng acid sulfuric ở
mức thấp nhất trong quá trình phá mẫu.[18]

3.2.3 Thể tích dung dịch đem khử
Từ các kết quả phân tích arsen tổng qua các thí nghiệm khảo sát trên cho thấy
hàm lượng arsen khá thấp. Thông thường kết quả này dao động trong khoảng từ
0.99 – 3.6 mg/kg [14] tùy loài hải sản. Chúng tôi nhận thấy theo qui trình trên, sau
khi phá mẫu bằng bộ phá mẫu Tecator, lọc mẫu và định mức đến 25 mL, lượng mẫu
đem đi khử là 5 mL. Để phần mẫu phân tích đại diện cho lượng mẫu rắn ban đầu đã
được đồng nhất, chúng tôi quyết định dùng toàn bộ lượng mẫu đem đi khử. Qui
trình khử lúc này như sau:
- Sau khi phá mẫu trên bộ Tecator, để nguội mẫu trong ống phá mẫu. Thêm 5
mL HCl đậm đặc, 5 mL KI/Acid ascorbic, để yên một giờ. Lọc mẫu cho vào bình
định mức 100 mL, định mức bằng nước cất.

Bảng 3.6 - Kết quả phân tích hàm lượng arsen tổng
Int. (c/s)
m (g)
Lần 1 Lần 2 Lần 3 TB
Arsen tổng (μg/kg)
1.1925 1972.99 1988.12 1962.74 1974.62 1544.06
0.9779 1936.95 2125.59 1880.54 1981.03 1500.81
0.9719 2132.06 1949.81 2146.13 2076.00 1583.57
(15.4±1.0)*10
2

(P=0.95)

3.2.4 Hiệu suất thu hồi arsen tổng

Dạng arsen chiếm nhiều nhất trong hải sản và cũng là dạng arsen khó phân hủy
nhất, đó là arsenobetaine. Phân hủy được AB thì các dạng khác cũng sẽ bị phân hủy.
Do đó, hiệu suất phân hủy AB đại diện cho hiệu suất thu hồi phương pháp. Để xác
định hiệu suất thu hồi của qui trình xác định arsen tổng, chúng tôi dùng một chuẩn

khó phân hủy là AB và một chất dễ phân hủy là DMA thêm vào mẫu và thực hiện
qui trình phân tích tương tự như mẫu.
Kết quả hiệu suất thu hồi được thể hiện ở bảng 3.7 và 3.8.
Bảng 3.7 - Hiệu suất phân hủy DMA trên mẫu
m (g) Int. (c/s)
As trong mẫu
và chuẩn
(μg/kg)
As trong
mẫu
(μg/kg)
Nồng độ
chuẩn DMA
(μg/kg)
Hiệu
suất (%)
Hiệu suất
TB (%)
1.0332 2969.02 2685.24 1409.21 81.07
1.0989 3091.43 2629.22 1324.96 82.00
1.1026 3155.08 2674.56 1320.52 85.71
1.0681 3064.22 2681.13 1363.17 83.51
1.0359 2994.38 2701.21
1542.81
1405.54 82.42

82.9 ± 2.2

Bảng 3.8 -Hiệu suất phân hủy AB trên mẫu
m (g) Int. (c/s)
As trong mẫu
và chuẩn
(μg/kg)
As trong
mẫu
(μg/kg)
Nồng độ
chuẩn DMA
(μg/kg)
Hiệu
suất (%)
Hiệu suất
TB (%)
1.1844 3098.51 2445.03 1089.16 82.84
1.1181 2938.65 2455.85 1153.74 79.14
1.0927 2956.47 2528.24 1180.56 83.47
1.0642 2858.06 2509.18 1212.18 79.72
1.0529 2868.26 2545.20
1542.81
1225.19 81.81
81.4 ± 2.4

Theo một số tài liệu tham khảo, khi phá mẫu bằng HNO
3
đậm đặc, ngoại trừ
DMA và MMA chuyển trực tiếp về dạng As(V), các dạng arsen hữu cơ khác sẽ

chuyển hóa qua nhiều giai đoạn để về As(V) [35]. Quá trình chuyển hóa các dạng
arsen khi phá mẫu bằng lò vi sóng dùng acid nitric đậm đặc được thể hiện ở bảng
3.9.




Bảng 3.9 - % As được tìm thấy khi vô cơ hóa mẫu bằng HNO
3
(Trung bình ± RSD %, n=3) [35]

Nhiệt độ (
0
C)
Hợp
chất
Sản phẩm
100 180 200 240 300
DMA
100
± 1
100
± 2
100
± 3
71
± 2

-
DMA

As(V) - - -
29
± 1
100
± 2

MA
100
± 1
82
± 2
41
± 5

- -
MA
As(V) -
18
± 2
59
± 1
100
± 1
100
± 2

AB
95
± 5
17

± 2

- - -
TMAO
3
± 1
71
± 3
92
± 4
89
± 2
20
± 2

DMA
2
± 1
12
± 3
7
± 2
8
± 2
4
± 1

AB
As(V) - - -
3

± 1
76
± 2

AC
60
± 5
2
± 1

- - -
TMAO
23
± 12
94
± 3
97
± 4
91
± 2
21
± 5

TETRA
4.5
± 2
4
± 1
3
± 1

2
± 1

-
AC
As(V) - - -
7
± 1
79
± 2

TMAO
100
± 1
100
± 2
100
± 1
90
± 1
10
± 2

DMA - - -
6
± 1
8
± 1

TMAO

As(V) - - -
4
± 1
82
± 5

TETRA
100
± 2
100
± 5
100
± 1
98
± 3
3
± 1

TMAO - - -
2
± 1
27
± 2

DMA - - - -
5
± 2

TETRA
As(V) - - - -

65
± 3

Số liệu trên bảng cho thấy DMA vẫn ổn định đến 200
0
C. Từ 220
0
C trở đi sự
oxy hóa về acid arsenic bắt đầu xảy ra (15 ± 1 %). Khi nhiệt độ lên đến 300
0
C
trong khoảng 30 phút, DMA chuyển hoàn toàn thành acid arsenic. Không sản phẩm
trung gian nào được tìm thấy trong dung dịch phá mẫu tương ứng với chương trình
nhiệt trên.