Áp dụng phương pháp k0 – INAA như một phương pháp đồng hành với HG – AAS trong nghiên cứu bệnh nhiễm độc asen trên đối tượng dân cư sử dụng nước ngầm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHAN LONG HỒ

ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP k0 – INAA
NHƯ MỘT PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG HÀNH
VỚI HG – AAS TRONG NGHIÊN CỨU BỆNH
NHIỄM ĐỘC ASEN TRÊN ĐỐI TƯỢNG
DÂN CƯ SỬ DỤNG NƯỚC NGẦM
Chuyên ngành: Vật lý Hạt Nhân
Mã số: 1.02.03
LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. HỒ MẠNH DŨNG

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – NĂM 2009


-5-

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Các ký hiệu
α

Độ lệch phổ khỏi qui luật 1/E

Asp Tốc độ đếm riêng (s-1g-1)

γ

Cường độ gamma tuyệt đối

C

θ

Độ phổ cập đồng vị (%)

CT Độ cao đỉnh

λ

Hằng số phân rã

C0

Phông (backgound)

εp

Hiệu suất ghi đỉnh (%)

D

Hệ số rã

ε ref
p

Hiệu suất ghi đỉnh tham khảo

ECd Năng lượng cắt Cd (ECd = 0,55 eV)

geo
εp

Hiệu suất ghi có tính đến cấu hình

E r Năng lượng cộng hưởng hiệu dụng

hình học

Fatt Trọng số hấp thụ gamma

Hàm lượng nguyên tố quan tâm

Feff Trọng số đáp ứng của detector

ρ

σ(E) Tiết diện phản ứng gây bởi

f

Hệ số hiệu chỉnh thời gian đo

Tỉ số thông lượng neutron nhiệt /

neutron ở năng lượng E

σ0

thông lượng neutron trên nhiệt

Tiết diện neutron nhiệt

Gth Hệ số tự che chắn của neutron nhiệt

φ(E) Thông lượng neutron ở năng lượng E Ge

Hệ số tự che chắn của neutron trên

φth

Thơng lượng neutron nhiệt

nhiệt

φe

Thơng lượng neutron trên nhiệt

I0

Tích phân cộng hưởng

tc

Thời gian đo (giây)

M

Khối lượng nguyên tử (g.mol-1)

td

Thời gian rã (giây)

NA Số avogadro ≈ 6,023 × 1023 mol-1

ti

Thời gian chiếu (giây)

Np

Diện tích đỉnh

Q0

Hệ số = I0/σ0

R

Tốc độ phản ứng

S

Hệ số bão hòa

-6-

Chữ viết tắt
AAS

Quang phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic Absorption Spectrometry)

ESCAP

Ủy ban kinh tế xã hội Châu Á – Thái Bình Dương

FAAS

Quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (Furnace Atomic Absorption
Spectrometry)

GFAAS

Quang phổ hấp thụ nguyên tử lò graphite (Graphite Furnace Atomic
Absorption Spectrometry)

HG – AAS Quang phổ hấp thụ nguyên tử kết hợp hidrua hóa (Hydride Generation
Atomic Absorption Spectrometry)
INAA

Phân tích kích hoạt neutron dụng cụ (Instrumental Neutron Activation
Analysis)

k0 - INAA Phương pháp k-zero của kỹ thuật phân tích kích hoạt neutron dụng cụ

(k0-standardization method of Instrumental Neutron Activation Analysis)
NAA

Phân tích kích hoạt neutron (Neutron Activation Analysis)

UNICEF

Quỹ Nhi Đồng Liên Hiệp Quốc

WHO

Tổ chức Y tế Thế Giới


-7-

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Dạng tồn tại của asen vô cơ và hữu cơ trong tự nhiên ........................... 15
Bảng 4.1. Thơng tin về nhóm tuổi và giới của đối tượng nghiên cứu .................... 38
Bảng 4.2. Thông tin về giếng ngầm và tình hình sử dụng giếng ............................ 40
Bảng 4.3. Hiện trạng ô nhiễm asen trong nước ngầm............................................. 41
Bảng 5.1. Nồng độ asen trong tóc và nước tiểu của đối tượng nghiên cứu ............ 47
Bảng 5.2. Các giá trị hàm lượng asen trong mẫu sinh học phân theo giới tính ...... 49
Bảng 5.3. Hàm lượng asen trong mẫu sinh học của người dân sống trong vùng
Fakirpara và Semria Ojha Patti, Tây Bengal và Samta, Bangladesh ..... 50
Bảng 5.4. Mối liên quan giữa nồng độ asen trong nước tiểu và nồng độ asen
trong nước giếng..................................................................................... 50
Bảng 5.5. Mối liên quan giữa nồng độ asen trong tóc và nồng độ asen trong
nước ........................................................................................................ 53
Bảng 6.1. Thời gian chiếu – rã – đo cho các nhóm nguyên tố................................ 57

Bảng 6.2. Số liệu hạt nhân của nguyên tố quan tâm ............................................... 63
Bảng 6.3. Các quá trình dẫn đến sai số và ước lượng sai số trong NAA................ 65
Bảng 6.4. Giá trị Z – score của nguyên tố asen và độ lệch của mẫu thực
nghiệm so với mẫu chuẩn CRM –GBW 09101...................................... 68
Bảng 6.5. Kết quả khảo sát độ lặp lại của phương pháp k0 – INAA trên mẫu
thực tế ..................................................................................................... 69
Bảng 6.6. Kết quả định lượng asen tóc bằng phương pháp k0 – INAA và mẫu
tóc, mẫu nước tiểu định lượng bằng HG - AAS..................................... 71


-8-

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1.

Cấu tạo hóa học của asen vô cơ và hữu cơ trong tự nhiên.................... 16

Hình 2.1.

Minh họa một số triệu chứng dày sừng được tìm thấy ở Việt Nam ..... 21

Hình 2.2.

Mơ tả triệu chứng tăng sắc số được tìm thấy ở Việt Nam .................... 22

Hình 2.3.

Mơ tả triệu chứng giảm sắc tố được tìm thấy ở Việt Nam ................... 22

Hình 3.1

Sơ đồ biểu diễn quá trình phản ứng bắt neutron tiêu biểu của NAA.... 27

Hình 4.1.

Mức độ ơ nhiễm asen tại huyện An Phú tỉnh An Giang ....................... 33

Hình 4.2.

Bộ test kiểm tra nhanh nồng độ asen trong nước.................................. 35

Hình 4.3.

Minh họa sơ đồ nghiên cứu .................................................................. 37

Hình 4.4.

Sự phân bố theo nhóm tuổi của đối tượng nghiên cứu ......................... 38

Hình 4.5.

Sự phân bố theo giới tính của đối tượng nghiên cứu............................ 39

Hình 4.6.

Thơng tin về giếng và tình hình sử dụng giếng tại hộ gia đình ............ 41

Hình 4.7.

Hiện trạng ơ nhiễm asen trong nước ngầm ........................................... 42

Hình 5.1.

Máy quang phổ hấp thu nguyên tử SpectrAA 220, tại Labo. AAS,
Viện Vệ sinh Y tế Cơng cộng TP. Hồ Chí Minh .................................. 45

Hình 5.2.

Kết quả tính tốn tỉ số chênh (OR) nồng độ asen trong nước tiểu
giữa huyện An Phú và huyện Tri Tơn từ phần mềm Stata.................... 47

Hình 5.3.

Kết quả tính tốn tỉ số chênh (OR) nồng độ asen trong tóc giữa
huyện An Phú và huyện Tri Tôn từ phần mềm Stata............................ 48

Hình 5.4.

Kết quả tính tốn tỉ số chênh (OR) nồng độ asen trong nước tiểu
có liên quan với nồng độ asen trong nước ngầm tại huyện Tri Tôn
từ phần mềm Stata................................................................................. 51

Hình 5.5.

Kết quả tính tốn tỉ số chênh (OR) nồng độ asen trong nước tiểu
có liên quan đến nguồn nước bị ô nhiễm asen tại huyện An Phú......... 52

Hình 5.6.

Kết quả tính tốn tỉ số chênh (OR) nồng độ asen trong tóc có liên

quan đến nguồn nước bị ô nhiễm asen tại huyện An Phú..................... 53

Hình 6.1.

Mô tả mẫu sau khi được chuẩn bị ......................................................... 55

Hình 6.2.

Mặt cắt đứng của lị phản ứng Đà Lạt................................................... 55

Hình 6.3.

Sơ đồ tiết diện ngang của lò phản ứng Đà Lạt...................................... 56


-9-

Hình 6.4.

Hệ phổ kế tại phịng thí nghiệm INAA, Trung tâm Phân tích –
Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt ....................................................... 58

Hình 6.5.

Đường chuẩn năng lượng trên phần mềm thu nhận phổ Gamma
Vision .................................................................................................... 59

Hình 6.6.

Đường chuẩn độ rộng đỉnh trên phần mềm thu nhận phổ Gamma

Vision .................................................................................................... 60

Hình 6.7.

Đường chuẩn hiệu suất ghi của detector Ortec GMX – 30190 tại
hai vị trí H:1 (khoảng cách từ nguồn dến detector 2,18cm) và
H:2 (3,78cm) ........................................................................................ 61

Hình 6.8.

Giá đo mẫu và các thơng số khoảng cách từ nguồn đến detector......... 62

Hình 6.9.

Cách đưa các thông tin mẫu và file đường cong hiệu suất ................... 63

Hình 6.10. Giao diện chính của chương trình K0 – DALAT .................................. 64
Hình 6. 11. Biểu đồ phân tán hàm lượng asen trong tóc từ hai phương pháp
định lượng k0 – INAA và HG – AAS ................................................... 72
Hình 6. 12. Kết quả kiểm định F - test: giá trị hàm lượng asen trong tóc giữa
hai phương pháp định lượng k0 – INAA và HG – AAS ....................... 74
Hình 6. 13. Kết quả kiểm định trung bình ghép cặp (t-test): giá trị hàm lượng
asen trong tóc giữa hai phương pháp định lượng k0 – INAA và
HG – AAS............................................................................................. 75


- 10 -

LỜI MỞ ĐẦU
Vấn đề ô nhiễm asen trong các nguồn nước được sử dụng vào mục đích ăn

uống cho dân cư đang ngày càng trở nên trầm trọng. Ủy ban kinh tế xã hội Châu Á
– Thái Bình Dương (gọi tắt là ESCAP) phối hợp với Tổ chức Y Tế Thế Giới
(WHO) và Quỹ Nhi Đồng Liên Hiệp Quốc (UNICEF) năm 2001 đã phải triệu tập
khẩn cấp một cuộc họp chuyên đề với tên gọi “Địa chất và sức khỏe: Giải quyết
cuộc khủng hoảng asen tại khu vực Châu Á – Thái Bình Dương” được tổ chức tại
Bangkok Thái Lan. Theo số liệu báo cáo, tại Bangladesh (một quốc gia đứng đầu về
số lượng giếng khoan bơm tay của khu vực Châu Á) từ năm 1983 sự nhiễm độc
nước giếng do asen đã được khẳng định. Cho đến năm 2001 ước tính có khoảng 150
triệu người ở Tây Bengal và Bangladesh có nguy cơ bị nhiễm độc asen do nguồn
nước [24]. Tổ chức Y Tế Thế Giới mô tả sự kiện này là “một thảm họa môi trường
lớn nhất từ trước tới nay”.
Nước ta có cấu tạo địa tầng giống như Bangladesh đặc biệt là ở lưu vực đồng
bằng sông Hồng [18] và đồng bằng sông Cửu Long. Theo báo cáo của Quỹ Nhi
Đồng Liên Hiệp Quốc được đưa ra tại buổi tọa đàm “Xử lý arsen ở gia đình” do Tổ
Chức Y Tế Thế Giới, Cục Y Tế Dự Phịng và Mơi trường (Bộ Y Tế) và Viện Y học
Lao động & Vệ sinh Môi trường tổ chức tại Hà Nội cho thấy ô nhiễm asen trong
nước ngầm ở Hà Nội là nghiêm trọng và tình hình có chiều hướng ngày càng xấu.
Theo một khảo sát gần đây của Viện Y học Lao động & Vệ Sinh Môi trường đã xác
định được một số trường hợp nhiễm độc asen ở giai đoạn đầu. Tại khu vực đồng
bằng sông Cửu Long, theo một số nghiên cứu của Viện Vệ sinh Y tế Cơng cộng TP.
Hồ Chí Minh cũng cho thấy các giếng nước ngầm ở An Giang, Đồng Tháp, Long
An và Kiên Giang có hàm lượng asen rất cao (có nơi vượt hàng trăm lần tiêu chuẩn
cho phép của WHO và quyết định 1329/2002/QĐ-BYT của Bộ Y Tế). Đặc biệt là
huyện An Phú tỉnh An Giang với 97,30% giếng khoan được khảo sát bị nhiễm asen
vượt mức 100 ppb (253 mẫu trên tổng số 260 mẫu khảo sát)[10].


- 11 -

Do đó, việc đánh giá mức độ phơi nhiễm asen trên đại bộ phận dân cư sinh

sống tại khu vực Đồng Bằng Sơng Cửu Long có sử dụng giếng nước ngầm bị ô
nhiễm là hết sức cần thiết và cấp bách, để từ đó rút ra những luận cứ về tình hình
bệnh tật nhằm có những giải pháp cụ thể kịp thời nhằm tăng cường bảo vệ và chăm
sóc sức khoẻ cho dân cư sống trong vùng có ô nhiễm asen.
Ý tưởng của luận văn bắt nguồn từ nhu cầu thực tế trên đồng thời với những
gợi ý trước đó [7],[8],[25],[28],[29] cho thấy rằng phương pháp k0 – INAA có nhiều
ưu điểm hơn HG - AAS trong phân tích mẫu mơi trường và mẫu sinh học ở dạng
rắn vì khơng cần qui trình xử lý mẫu phức tạp. Một điểm lợi nữa của phương pháp
k0 – INAA là có thể phân tích đa ngun tố trong các đối tượng mẫu môi trường và
mẫu sinh học cùng lúc. Ngược lại trong phân tích những mẫu mơi trường và mẫu
sinh học dạng lỏng thì phương pháp INAA có những nhược điểm nhất định. Do đó
để giải quyết bài tốn ơ nhiễm môi trường bởi nhiều kim loại độc từ nhiều nguồn
gốc khác nhau cùng ảnh hưởng đến sức khoẻ nếu chỉ sử dụng đơn thuần một
phương pháp phân tích định lượng chắc chắn sẽ gặp khơng ít khó khăn và khó kiểm
tra độ chính xác. Do vậy đề tài này cùng lúc sử dụng hai phương pháp đồng thời
trong một bài toán cụ thể cho nghiên cứu bệnh nhiễm độc asen với mong muốn tìm
hiểu tính phù hợp và khả thi khi sử dụng hai phương pháp cùng lúc.
Chính từ những gợi ý đó, mục tiêu của luận văn đặt ra là:
- Khảo sát hiện trạng ô nhiễm asen trong nước ngầm tại huyện An Phú và Tri
Tôn tỉnh An Giang.
- Phân tích asen trong tóc và nước tiểu trong cộng đồng dân cư tại hai huyện
Tri Tôn và An Phú tỉnh An Giang bằng phương pháp Quang phổ Hấp thụ Nguyên
tử kết hợp Hydrua Hóa (Hydride Generation Atomic Absorption Spectrometry –
HG – AAS ). Từ đó phân tích mối liên quan giữa hiện trạng ô nhiễm asen trong
nước ngầm ảnh hưởng lên sức khoẻ dân cư có sử dụng nước ngầm.
- Nghiên cứu áp dụng phương pháp chuẩn hóa k-zero của phân tích kích hoạt
neutron dụng cụ (k0-standardization method of Instrumental Neutron Activation
Analysis – k0 – INAA) phân tích thử nghiệm mẫu tóc trên đối tượng dân cư có sử

- 12 -

dụng nước ngầm tại hai huyện An Phú và Tri Tơn tỉnh An Giang. Từ đó so sánh kết
quả định lượng asen trong mẫu tóc bằng phương pháp k0 – INAA với phương pháp
HG – AAS để xem xét khả năng sử dụng phương pháp k0 – INAA đồng hành cùng
phương pháp HG – AAS trong nghiên cứu bệnh nhiễm độc asen có liên quan đến
nguồn nước hay khơng.
Luận văn sẽ được trình bày theo 6 chương:
Chương 1. Đại cương về asen: trình bày sơ lược về các tính chất lý hóa cơ
bản của asen, các dạng hợp chất mà nó tồn tại cũng như sự phân bố của nó trong
một số mơi trường đất, nước, khơng khí và sinh vật.
Chương 2. Ảnh hưởng của asen đến sức khoẻ con người, các bệnh nhiễm
độc asen và cách chẩn đốn: trình bày sơ lược các độc tính của asen, q trình hấp
thụ và chuyển hóa asen ở người, các bệnh nhiễm độc asen mạn tính thường gặp
cũng như cách chẩn đoán bệnh nhiễm độc asen.
Chương 3. Giới thiệu một số phương pháp xác định asen: trình bày một số
phương pháp định lượng asen như phương pháp trắc quang, phương pháp phát hiện
nhanh, phương pháp HG – AAS và NAA trong đó sẽ trình bày cụ thể phương pháp
NAA và các phương pháp chuẩn hóa trong NAA.
Chương 4. Nội dung, thiết kế nghiên cứu và kết quả khảo sát hiện trạng ơ
nhiễm asen trong nước ngầm: trình bày thiết kế nghiên cứu, lựa chọn đối tượng
nghiên cứu, qui định cỡ mẫu nghiên cứu, cách thu thập mẫu dùng trong nghiên cứu
và mơ hình nghiên cứu, trong chương này có trình bày kết quả điều tra khảo sát hiện
trạng ô nhiễm asen trong nguồn nước và các thông tin về đối tượng nghiên cứu.
Chương 5. Định lượng asen trong nước tiểu và tóc bằng phương pháp
HG – AAS, mối liên quan giữa nồng độ asen trong tóc và nước tiểu với nồng độ
asen trong nước ngầm: trình bày qui trình xử lý mẫu tóc, mẫu nước tiểu và định
lượng asen bằng phương pháp HG – AAS. Từ kết quả có được sẽ phân tích các mối
liên quan giữa nồng độ asen trong tóc và nước tiểu với nồng độ asen trong nước.

- 13 -

Chương 6. Định lượng asen trong tóc bằng phương pháp k0 – INAA trên
lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt: trình bày các kỹ thuật trong phương pháp
k0 – INAA từ khâu chuẩn bị mẫu, chiếu, đo, hiệu chuẩn hệ phổ kế gamma, xử lý
phổ, … từ kết quả định lượng được sẽ tiến hành đánh giá phương pháp k0 – INAA
trong định lượng asen trên mẫu tóc, đồng thời so sánh kết quả với phương pháp
HG – AAS.
Phần kết luận: Sẽ tóm tắt các việc chính luận văn đã thực hiện, những kết quả
thu được từ luận văn đồng thời nêu ra những mặt hạn chế mà luận văn cịn thiếu sót.
Phần kiến nghị: Dựa trên các kết quả thu được từ luận văn sẽ đưa ra những
kiến nghị cần thực hiện tiếp theo.


- 14 -

CHƯƠNG 1
ĐẠI CƯƠNG VỀ ASEN
1.1. Tính chất lý hóa và các dạng tồn tại của asen
1.1.1.Tính chất lý học [2], [3]
Về tính chất lý học 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 màu
sáng bạc, asen kim loại có ánh kim, có cấu trúc tinh thể gần giống phốt pho đen.
Một số thông số vật lý của asen như sau: tỉ trọng: 5,7 g/cm3, độ dẫn điện: 30 μΩ.cm,
bán kính nguyên tử: 1,21 Å, năng lượng ion hố thứ nhất: 9,81 eV, nhiệt độ nóng
chảy 817 0C, nhiệt độ bay hơi 615 0C, khi gặp lạnh nó ngưng lại thành tinh thể tà
phương, hơi asen có mùi tỏi rất độc. Asen là chất bán dẫn, dễ nghiền thành bột.
Người ta có thể tạo hợp chất bán dẫn của asen như GaAs và nó cũng có tính chất
bán dẫn như Silic (Si) và Germani (Ge).

1.1.2. Tính chất hố học và các hợp chất của asen [2], [3], [32]
Asen là ngun tố bán kim loại, có tính chất hố 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 vân đạo d vì vậy có khả năng mở rộng vỏ hố trị, trong
các hợp chất asen có 4 số oxi hoá: -3, 0, +3, +5. Số oxi hoá -3 rất đặc trưng cho
asen. Về tính chất điện thế, asen đứng giữa hidro và đồng nên nó khơng tác dụng
với các axit khơng có tính oxi hóa, nhưng dễ dàng phản ứng với các axit HNO3,
H2SO4 đặc.
Asen tinh khiết được xem là khơng độc, nhưng trong điều kiện bình thường
asen khơng bao giờ ở trạng thái tinh khiết, vì khi tiếp xúc với khơng khí một phần
asen bị oxi hóa thành các oxit rất độc. Asen có thể tạo thành ba oxit là trioxit asen,
tetraoxit asen và pentaoxit asen. Sau đây là một vài dạng hợp chất điển hình của
asen.
Trioxit asen (As2O3): còn được gọi là oxit asenơ hay anhidrit asenơ. Đó là
dạng bột hoặc dạng vơ định hình. Bột trioxit asen thô thu được từ các quặng chứa


- 15 -

asen được làm thăng hoa, hàm lượng As2O3 trong bột thô là 97%. Trioxit asen phản
ứng với nước tạo thành axit asenơ (H3AsO3), từ axit này tạo thành các muối asenit.
Pentoxit asen (As2O5): hay anhidrit asenic là dạng bột màu trắng được sử dụng
trong công nghệ thủy tinh, làm các hóa chất trừ dịch hại. Phản ứng với nước tạo
thành axit asenic (H2AsO4) và từ đó tạo thành các muối asenat.
Clorua asen (AsCl3): là dung dịch dầu, màu vàng nhạt, được sử dụng trong kỹ
nghệ gốm.
Asin (AsH3): là một hợp chất vơ cơ của asen ở thể khí, là một khí cực độc.
Ngồi ra một số quặng asen cũng có các hợp chất khác như sunfua asen
(As2S2) có tên là reanga (realgar) và As2S3 là asen vàng có tên opiment (orpiment).
Asen là nguyên tố cancofil dễ tạo sunfua với lưu huỳnh, tạo hợp chất với selen,

telua và đặc biệt là với đồng, niken, sắt, bạc. Có khoảng gần 140 khống 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), opiment (As2S3), asopyrit (FeAsS)… Asen còn kết
hợp các nguyên tố khác thay thế lưu huỳnh trong các hợp chất như: Lơlingit
(FeAs2), Smartina (As2Co).
Bảng 1.1. Dạng tồn tại của asen vô cơ và hữu cơ trong tự nhiên [32]
Tên gọi

Cấu tạo
(xem hình 1.1)

Asenat (arsenate)

1

Asenit (arsenite)

2

Axít monometylasonic (methylarsonic acid)

3

Axít dimetylasinic (dimethylarsinic acid)

4

Oxít Trimetylasin (trimethylarsine oxide)

5

tetramethylarsonium ion

6

Asenobitain (arsenobetaine)

7

Asenocholin (arsenocholine)

8

Dimetyl asinoylribosides (dimethylarsinoylribosides)

9 – 19

Trialkylarsonioribosides

20, 21

Dimetyl asinoylribitol sulphat (dimethylarsinoylribitol sulfate)

22


- 16 -

Hình 1.1. Cấu tạo hóa học của asen vô cơ và hữu cơ trong tự nhiên [32]

- 17 -

1.2. Sự phân bố asen trong môi trường
1.2.1. Môi trường đất đá [32]
Asen là một nguyên tố tồn tại khá phổ biến trong tự nhiên, nồng độ trung bình
2mg/kg. Hầu hết đất đá tự nhiên đều chứa nồng độ asen ở mức thấp, nhưng do các
chất thải công nghiệp, quá trình khai thác quặng mỏ, luyện kim… và con người sử
dụng thuốc bảo vệ thực vật đã làm nồng độ asen có thể tăng lên. Nồng độ asen cao
được tìm thấy ở vùng đất bị ơ nhiễm do hoạt động khai thác quặng mỏ và chất thải
luyện kim lên đến 27 000mg/kg (US EPA, 1982).
Ở Anh, hàm lượng asen thải ra là 650 tấn/ năm từ công nghiệp kim loại màu,
197 tấn/ năm vào đất từ ngành thép và 838 tấn/ năm vào đất từ đốt dầu mỏ (Hutton
& Symon, 1986)[2].
1.2.2. Môi trường nước [2]
Trong nước asen thường tồn tại dưới các dạng asenit, asenat, axit
monometylasonic, hay axit dimetylasinic… nhưng có hàm lượng rất thấp, chủ yếu
asen bị thuỷ phân lắng xuống bùn. Mơi trường nước có tính oxi hoá, asen thường ở
dạng asenat, nhưng dưới điều kiện khử thì asenit lại là chủ yếu. Hàm lượng asen
trung bình trong nước chỉ khoảng 10 μg / l , tuy nhiên có thể cao hơn do ảnh hưởng
của chất thải cơng nghiệp, thuốc diệt cỏ… Sự metyl hố asen vô cơ sang metyl và
dimetyl asenic được tạo bởi các hoạt động của các vi sinh vật trong nước.
Hàm lượng asen trong nước dưới đất phụ thuộc rất nhiều vào tính chất và
trạng thái mơi trường địa hóa. Asen trong nước dưới đất thường tập trung cao trong
kiểu bicarbonat như bicarbonat Cl, Na, B, Si. Nước dưới đất trong vùng trầm tích
núi lửa, một số khu vực quặng hóa nguồn gốc nhiệt dịch, dầu mỏ - khí, mỏ than, …
thường giàu asen.
1.2.3. Khơng khí và nước mưa [21]
Nồng độ Asen trong khơng khí xung quanh nói chung rất thấp. Hầu hết các
vùng nông thông và ngoại ô hàm lượng Asen trung bình từ 0,02 – 4 ng/m3(nano

gram/mét khối). Nồng độ Asen trong khơng khí cao hơn tại một số vùng thành thị,
từ 3 – 200 ng/m3. Tuy nhiên ở một số vùng lân cận khu công nghiệp nồng độ asen


- 18 -

trong khơng khí vượt trên 1000 ng/m3, đặc biệt gần khu cơng nghiệp luyện kim
màu. Trong khơng khí phần lớn asen bị hấp thụ bởi các hạt bụi và thường xuất hiện
dưới dạng hỗn hợp của Asenite và Asenate. (Beavington & Cawse, 1978;
Brimblecombe, 1979; Davidson et al., 1985; Peirson et al., 1974). Tại Châu Âu ở
vùng nông thôn nồng độ Asen trong khơng khí là 0,2 – 1,5 ng/m3, ở thành thị
0,5 – 3 ng/m3, các khu công nghiệp nồng độ không hơn 50 ng/m3 (DG Environment,
2000).
Hàm lượng asen trong nước mưa ở Thái Bình Dương là 0,6 μg / l , ở Nhật
1,6 μg / l , Thụy Điển 2,5 μg / l , vùng không bị nhiễm asen ở Bắc Âu trung bình
0,08 μg / l , vùng ô nhiễm ở Bắc Âu là 3,6 – 84 μg / l (trung bình 12,3 μg / l )[2].
1.2.4. Sinh vật [1],[2]
Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới, cây trồng cũng
chứa một lượng asen nhất định, đôi khi khá cao. Như ở Mỹ hàm lượng asen trong
cỏ chăn nuôi là 0,06 – 0,7 ppm. Trong lúa khô từ 110 – 200 ppm, ngô khô từ
30 – 40 ppm, bắp cải tươi 20 – 50 ppm, hành tươi 50 – 200 ppm, cà chua tươi
9 – 1200 ppm . Asen tích tụ chủ yếu ở rễ, ở những khu vực đất bị ô nhiễm thì rể cây
hấp thụ khá nhiều asen (1000 – 6000 ppm), còn phần trên mặt đất 100 ppm. Hàm
lượng asen trong rau trước đây là 0,1 – 2,7 ppm (K. William, 1940).
Hàm lượng asen trung bình trong cá biển từ 0,6 – 4,7 ppm, cá nước ngọt là
0,54 ppm, asen tập trung chủ yếu trong gan và mỡ cá. Một vài sinh vật biển có khả
năng chuyển asen vơ cơ sang hợp chất asen hữu cơ phức tạp, chẳng hạn như
arsenobetaine, arsenocholine, arsoniumphospholiphid [2].

- 19 -

CHƯƠNG 2
ẢNH HƯỞNG CỦA ASEN ĐẾN SỨC KHOẺ CON NGƯỜI, CÁC BỆNH
NHIỄM ĐỘC ASEN VÀ CÁCH CHẨN ĐOÁN
2.1. Độc tính của asen [2], [3], [32]
Tổ chức y tế thế giới (World health Organization) đã xếp asen vào danh sách
các độc tố nhóm A cùng với các kim loại khác như Hg, Pb, Se, Cd. Độc tính của
Asen phụ thuộc vào liều lượng, hóa trị và các hợp chất của nó. Asen vơ cơ và asen
hóa trị III độc hơn asen hóa trị V. Đa số hợp chất asen hữu cơ ít độc hơn các hợp
chất asen vơ cơ.
Đối với người và động vật sau khi ăn, uống phải asen vô cơ từ 0,3 – 30 mg sẽ
xảy ra nhiễm độc cấp trong vòng từ 30 – 60 phút, thường dẫn đến tử vong sau vài
giờ hoặc sau vài ngày. Nếu được cứu sống vẫn để lại di chứng nặng nề về não, suy
tủy, suy thận, tổn thương đa dây thần kinh ngoại biên.
Nếu asen chứa khoảng 200 μg / l trong nước uống thì sẽ có khoảng 5% số
người sử dụng bị ung thư da. Khi sử dụng lâu dài nguồn nước bị nhiễm asenic để ăn
uống có khả năng bị nhiễm độc asen mạn tính, gây tác hại tới chức năng của nhiều
hệ cơ quan: thần kinh, tim mạch, tiêu hóa, sinh sản. Q trình phát triển bệnh âm ỉ,
kéo dài. Mức độ bệnh phụ thuộc vào liều lượng, thời gian tiếp xúc và độ nhạy cảm
của từng cá thể.
Các hợp chất asin rất độc, nếu hít thở khơng khí chứa 0,5 μg / l hợp chất AsH3
trong nửa giờ thì sau vài ngày sẽ bị nhiễm độc toàn thân, nếu ở mức 5 μg / l thì tử
vong ngay lập tức. Cơ chế nhiễm độc của asen tương tự như các kim loại độc khác.
Ba tác dụng sinh hóa chính của asen độc tố là: Tạo phức với coenzyme, phá hủy q
trình photphat hóa, làm đơng tụ protein. Điều này dẫn đến việc ức chế hoạt động
của các enzyme sản sinh năng lượng của tế bào, kìm hãm sự trao đổi chất. Các phân
tử AsH3 bao vây hồng cầu, làm xuất hiện trong máu peroxyt hydro có tác dụng phá
hủy máu.
Tác hại nghiêm trọng nhất của asen là khả năng gây ung thư một số cơ quan

như bàng quang, gan, thận, ruột và làm rối loạn gen.


- 20 -

2.2. Q trình hấp thụ và chuyển hóa asen trong cơ thể người [2], [3]
Asen có trong thành phần cấu tạo của cơ thể con người vì asen được phân bố
trong thiên nhiên và hàng ngày con người hấp thụ một lượng nhỏ asen qua thức ăn,
nước uống, hít thở và thẩm thấu qua da. Vì vậy nồng độ bình thường của asen trong
nước tiểu nói chung dưới 40 μg / l , nồng độ asen tăng trong nước tiểu khi con người
ăn tôm, cua và các hải sản khác.
Asen khi đi vào cơ thể, đặc biệt là As (III) tấn cơng ngay lập tức vào các
enzym có chứa nhóm – SH và cản trở hoạt động của chúng. Asen vơ cơ khi được
hấp thụ sẽ chuyển hóa và được thận thải qua nước tiểu dưới dạng axit dimetylasinic
(dimethylarsinic acid) và axit metylasonic (methylarsonic acid) với tỷ lệ asen lần
lượt là 67% và 20%. Một phần asen được thải qua phân, một phần được thải qua da
do sự bong da hằng ngày. Ở người không tiếp xúc, lượng asen thải ra hằng ngày từ
0,1 – 0,2 mg.
Asen hữu cơ có trong cá và một số lồi giáp xác, sau khi người ăn vào nó sẽ
hấp thụ nhanh ở đường tiêu hóa, trong tuần lễ đầu có từ 70 – 80% asen được thải
qua nước tiểu.
Ở người, asen tích lũy nhiều trong các mơ giàu keratin như da, móng, tóc và
trong các tổ chức giàu biểu mơ như niêm mạc vòm miệng, thực quản, dạ dày, ruột
non. Mức độ tích lũy asen trong cơ thể khơng phụ thuộc vào giới, nhưng tăng dần
theo tuổi. Mặc dù asen được đào thải qua nhiều con đường như đã nói ở trên, tuy
nhiên vẫn cịn một lượng nhất định được tích lũy trong cơ thể.[4]
2.3. Nhiễm độc mạn tính asen do sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm asen [4]
Nguồn nước ô nhiễm asen là nguồn nước có hàm lượng asen cao hơn
0,01 mg / l tương đương 10 ppb (theo tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống ban hành
kèm theo Quyết định số 1329/2002/BYT-QĐ, ngày 18/4/2002).

Nhiễm độc asen mạn tính xảy ra sau khoảng thời gian sử dụng nước bị ô
nhiễm asen từ ba năm trở lên. Ở những người ăn, uống nguồn nước bị ô nhiễm asen
với nồng độ quá cao, bệnh có thể xuất hiện sớm hơn. Bệnh có biểu hiện đặc trưng
bởi các tổn thương da điển hình như biến đổi sắc tố da, dày sừng, ung thư da. Nặng


- 21 -

hơn còn thấy tổn thương ở nhiều cơ quan nội tạng khác. Ngồi ra, có thể thấy biểu
hiện nhiễm độc thai nghén, sinh con thiếu cân, sảy thai, thai chết lưu.
Bệnh không lây truyền từ người này sang người khác trong giao tiếp.
2.4. Các bệnh nhiễm độc asen và cách chẩn đốn nhiễm độc asen mạn tính[4]
2.4.1. Các triệu chứng lâm sàng thường gặp
2.4.1.1. Dày sừng (Hyperkeratosis)
Thường gặp dày sừng kết hợp với dày da. Có thể bắt đầu bằng những hạt sẩn
như hạt tấm, hơi nổi gồ lên mặt da trong như hạt cơm. Sau đó, các đốm dày sừng có
thể lớn dần bằng hạt đậu xanh, hạt lạc. Vị trí tìm thấy các hạt dày sừng thường ở
lịng bàn tay, bàn chân có tính chất đối xứng hai bên. Đơi khi cịn tìm thấy ở những
vùng kín như lưng, bụng, cẳng chân, đùi, cánh tay. Các hạt dày sừng tiến triển, lan
rộng thành các mảng. Da ở vùng tổn thương có màu vàng, có thể kèm theo các vết
nứt nẻ hoặc “đục lỗ sừng” lõm sâu trong vùng da bị sừng hóa.

Hình 2.1. Minh họa một số triệu chứng dày sừng tìm thấy ở Việt Nam
Chẩn đoán phân biệt: bệnh Thost – Unna, rỗ chân, dày sừng do các bệnh vảy
nến, vảy phấn đỏ chân lông, bệnh meleda, bệnh chai chân, hạt cơm, bệnh mắt cá
chân, bệnh khô da bong vảy, dày sừng do cơ học ở các vùng chịu lực của lòng bàn
tay, bàn chân.
2.4.1.2. Tăng sắc tố (Hyperpigmentation)
Sự tăng sắc tố trên da với các nốt đen thâm nhỏ, có thể xuất hiện khắp nơi trên
cơ thể, nhưng đặc trưng nhất là những vùng được che kín như ngực, bụng, lưng,

cẳng chân. Các nốt tăng sắc tố có thể bằng phẳng hoặc nổi cao lên mặt da. Thương


- 22 -

tổn có thể đơn thuần tăng sắc tố nhưng cũng có thể kết hợp với thương tổn dày
sừng.

Hình 2.2. Mơ tả triệu chứng tăng sắc số tìm thấy ở Việt Nam
Chẩn đoán phân biệt: nốt tàn nhang, da đồi mồi, bệnh Addison, sạm da do tiếp
xúc với tia cực tím hoặc xăng dầu hay các nguyên nhân khác.
2.4.1.3. Giảm sắc tố (Hypopigmentation)
Các nốt giảm sắc tố cũng thường xuất hiện ở bụng, ngực, lưng và ngang thắt
lưng, ở cẳng tay, cẳng chân. Các nốt có đường kính từ 1 – 2 mm. Cũng có thể gặp
những nốt to hơn từ 2 – 4 mm, có hình dạng trịn đều, màu trắng, bằng phẳng so với
mặt da và không có vảy. Hiện tượng này thường gặp ở giai đoạn sớm của bệnh. Có
thể xen kẽ giữa tăng và giảm sắc tố, hiện tượng tăng xen kẽ giảm sắc tố trên da là
khá phổ biến trong nhiễm độc asen.
Chẩn đoán phân biệt: Bệnh da loang lổ (Piepaldisme), bệnh lang ben, bệnh
bạch biến.

Hình 2.3. Mơ tả triệu chứng giảm sắc tố được tìm thấy ở Việt Nam


- 23 -

2.4.1.4. Bệnh tắc mạch đầu chi
Bệnh tiến triển từ đau, tê, buốt đầu ngón chân, ngón tay đến loạn dưỡng, hoại
tử khơ ngón chân, ngón tay, điển hình là bệnh bàn chân đen (Black foot).
Chẩn đoán phân biệt: Bệnh viêm tắc mạch do các nguyên nhân khác như biến

chứng của tiểu đường, hội chứng Raynaud.
2.4.1.5. Bệnh ung thư da
Có thể gặp các dạng: U hắc tố ác tính, ung thư biểu mô gai hay ung thư biểu
mô vảy (Squamous cell carcinoma), ung thư biểu mô đáy (Basal cell carcinoma),
các tổn thương ung thư có thể tìm thấy ở các vùng da kín hoặc da hở.
Chẩn đốn phân biệt: Các dạng ung thư da không liên quan đến tiếp xúc asen,
ung thư da từ các tuyến dưới da (tuyến mồ hôi, ngoại tiết bã).
2.4.1.6. Các triệu chứng khác
Sạm da lang toả xuất hiện ở những vùng da kín như ngực, lưng, bụng rải rác
nách hoặc kết hợp thành từng mãng sạm da. Rụng tóc nhiều, tê tay, tê chân, chuột
rút hoặc cảm giác kiến cắn, rối loạn tiêu hóa, xơ gan, tăng huyết áp, huyết tán, thiếu
máu, giảm bạch cầu đặc biệt là giảm bạch cầu trung tính, giảm tiểu cầu, tiểu đường,
các rối loạn về thai sản, ung thư các cơ quan.
2.3.2. Tiêu chuẩn chẩn đoán xác định[4]
Người được xác định là nhiễm độc asen mạn tính do sử dụng nguồn nước ăn,
uống bị ô nhiễm asen khi có đủ ba yếu tố.
- Thứ nhất, có ít nhất một triệu chứng lâm sàng như trên.
- Thứ hai, hàm lượng asen trong tóc lớn hơn 0,8 mg/kg (ppm) tóc hoặc trong
nước tiểu lớn hơn 0,08 mg / l (ppm) nước tiểu.
- Thứ ba, có tiền sử dử dụng nguồn nước bị ô nhiễm asen để ăn uống từ ba
năm trở lên (nồng độ asen trong nước lớn hơn 0,01 mg / l tương đương 10 ppb).


- 24 -

CHƯƠNG 3
GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ASEN
3.1. Phương pháp trắc quang dùng thuốc thử dietyldithiocacbamat bạc[16]
Nguyên tắc của phương pháp là dựa trên khả năng tạo phức màu của chất phân
tích với một thuốc thử nào đó. Đo độ hấp thụ quang của phức màu ta sẽ biết được

nồng độ chất phân tích. Có thể xác định asen bằng thuốc thử dietyldithiocacbamat
bạc, asen trong dung dịch phân tích sẽ được khử về asin bằng natri hydroborat ở
mơi trường pH = 6, khí asin được dẫn đi trong dịng N2 qua bình thuỷ tinh đựng chì
axetat, sau đó được dẫn vào bình chứa dietyldithiocacbamat bạc, ở đó Asen sẽ tạo
phức màu đỏ với dietyldithiocacbamat bạc có bước sóng hấp thụ quang là 520 nm.
Trong phương pháp này sunfua các nguyên tố kim loại: crôm, cobalt, đồng, thuỷ
ngân,… có ảnh hưởng đến việc xác định asen, song có thể loại trừ ảnh hưởng bằng
cách dùng axetat chì để giữ lại khí sunfua. Đặc biệt antimony có ảnh hưởng nhiều
đến việc xác định Asen do hợp chất SbH3 cũng tạo ra trong quá trình tạo asin và
cũng tạo phức màu đỏ với bạc dithiocacbamat, phức này có bước sóng hấp thụ
quang là 510 nm, nhưng chỉ khi hàm lượng antimony lớn hơn 5 mg / l mới có ảnh
hưởng. Vì vậy phương pháp này chỉ cho phép xác định asen trong mẫu có hàm
lượng antimony nhỏ. Độ nhạy và độ chính xác của phương pháp này tương đối cao,
cho phép xác định cỡ 1μg/ ml . Năm 1979 tác giả David B. Lo đã nghiên cứu so
sánh giới hạn phát hiện Asen trong tế bào động vật bằng hai phương pháp so màu
bạc dietyl thio cacbamat và hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa thấy rằng cả hai
phương pháp cho độ nhạy tương đương. Phương pháp này được dùng làm phương
pháp tiêu chuẩn xác định Asen trong mẫu nước.
3.2. Phương pháp phát hiện tại chỗ bằng thiết bị đo nhanh[16]
Asen có thể phát hiện nhanh ngồi hiện trường nhờ vào các thiết bị đo nhanh.
Các thiết bị này dựa trên sự khử arsenite As(III) và arsenate As(V) bằng kẽm để
tạo thành AsH3, sau đó AsH3 tạo thành phức màu vàng nâu đặc trưng bằng giấy lọc
tẩm HgI2 . Các phản ứng xảy ra như sau:
AsO2- + 3Zn + 7H+ → 3Zn2+ + AsH3 + 2H2O

(3.1)


- 25 -

AsO43- + 4Zn + 11H+ → 4Zn2+ AsH3 + 4H2O
AsH3 + HgI2 → AsH2(HgI) + HI

(3.2)
(3.3)

Phương pháp này được áp dụng rộng rãi vì tiến hành nhanh chóng và đơn giản,
chi phí cho thiết bị cũng rẻ hơn so với phân tích trong phịng thí nghiệm. Tuy nhiên
phương pháp lại có độ tin cậy thấp khi xác định hàm lượng asen trong nước ở nồng
độ thấp. Nó chỉ phát hiện nồng độ asen lớn hơn 100 μg / l .
Một vài nhược điểm của phương pháp: độ nhạy và độ chính xác tùy thuộc vào
từng loại thiết bị khác nhau, có thể có những thơng số chất lượng nước khác gây trở
ngại cho phân tích, sai số hệ thống trong quá trình đọc kết quả.
3.3. Phương pháp quang phổ hấp thu nguyên tử [31]
Phương pháp quang phổ hấp thu nguyên tử (AAS - Atomic Absorption
Spectrometry) được giới thiệu đầu tiên bởi Walsh (người Úc) và Alkemade và
Milatz người Hà Lan. Nguyên tử ở trạng thái hơi có khả năng hấp thụ các bức xạ có
bước sóng nhất định mà nó có thể phát ra trong q trình phát xạ khi chiếu một
chùm tia sáng có bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử đó. Khi đó ta thu được
phổ hấp thụ của nguyên tố, quá trình này chỉ xảy ra đối với các vạch phổ nhạy, các
vạch phổ đặc trưng và các vạch phổ cuối cùng của nguyên tố. Chùm tia chiếu vào
đám hơi nguyên tử đó phải là chùm tia đơn sắc hay bức xạ cộng hưởng có bước
sóng nhất định ứng với đúng tia phát xạ nhạy của nguyên tố cần nghiên cứu. Nguồn
phát chùm tia đơn sắc có thể là đèn catot rỗng (HCL), các đèn phóng điện khơng
điện cực (EDL) hay nguồn phát bức xạ liên tục đã được biến điệu. Trong phương
pháp hấp thụ nguyên tử có hai kĩ thuật nguyên tử hố mẫu đó là kĩ thuật ngun tử
hố ngọn lửa và kĩ thuật ngun tử hố khơng ngọn lửa. Phương pháp hấp thụ
nguyên tử cho độ nhạy và độ chọn lọc cao, đây là đặc tính rất ưu việt của phương
pháp này.
Kỹ thuật tạo hidrua kết hợp với hấp thu nguyên tử (HG – AAS):

Đối với quang phổ hấp thu ngọn lửa thông thường (FAAS – Furnace Atomic
Absorption Spectrometry) giới hạn phát hiện của một số nguyên tố như asen, selen
chỉ đạt cỡ 1 mg / l nó khơng đáp ứng được trong phân tích mẫu mơi trường vì giới


- 26 -

hạn phát hiện thấp, Năm 1969 Holak đã sử dụng kỹ thuật tạo hidrua kết hợp với hấp
thụ nguyên tử. Ông dùng hỗn hợp kim loại và axit (kẽm và axit clohydric) để thực
hiện phản ứng khử.
Một số nguyên tố như As (AsH3), Se (H2Se), Sb (SbH3), Bi (BiH3), Ge (GeH4)
Sn (SnH4), Te(H2Te) và Pb (PbH4) tạo thành các hidrua với NaBH4. Ví dụ phản ứng
As (III) với NaBH4 tạo thành AsH3 như sau:
3BH4- + 3H+ + 4H3AsO3 → 3H3BO3 + 4AsH3 + 3H2O

(3.4)

Khi Bohydride được cho vào dung dịch axit, hidro thừa cũng được tạo ra theo
phản ứng sau:
BH4- + 3H2O + H+ → H3BO3 + H2

(3.5)

Sự tạo thành hidro gồm 4 bước: hidrua được tạo thành từ phản ứng hóa học, nó
bị loại bỏ khỏi dung dịch để đưa vào trong máy phun bằng khí mang, hidrua bị phân
hủy trong máy phun và tín hiệu hấp thụ nguyên tử được ghi nhận.
Khí hidrua được đẩy ra khỏi dung dịch chuyển đến buồng ngun tử hố nhờ
dịng khí mang là khí trơ (Argon, Nitơ hoặc Heli). Có hai kĩ thuật tách hidrua
chuyển vào buồng nguyên tử hoá là: Hệ gián đoạn và Hệ liên tục.
Bằng kỹ thuật hidrua hoá độ nhạy của phương pháp tăng lên từ 10 đến 100 lần

so với GFAAS (Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry).
3.4. Phương pháp phân tích kích hoạt neutron (NAA)[6]
Phân tích kích hoạt neutron (NAA – Neutron Activation Analysis) đã được giới
thiệu từ năm 1936 bởi Georg von Hevesy và Hilde Levi như một phương pháp để
định tính và định lượng nguyên tố có độ nhạy cao và có thể phân tích đa nguyên tố
cho nhiều loại mẫu khác nhau, trong đó neutron được dùng để kích hoạt hạt nhân
trong mẫu.
3.4.1. Ngun tắc phân tích kích hoạt neutron lị phản ứng
Cơ sở của phân tích kích hoạt neutron là phản ứng của các neutron với hạt
nhân nguyên tử. Quan trọng nhất trong NAA là phản ứng bắt neutron (Hình 3.1)
hay cịn gọi là phản ứng (n,γ), trong đó hạt nhân X (hạt nhân bia) hấp thụ một
neutron, sản phẩm tạo ra là một hạt nhân phóng xạ với cùng số nguyên tử Z nhưng


- 27 -

có khối lượng nguyên tử A tăng lên một đơn vị và phát tia gamma đặc trưng, quá
trình này được biểu diễn bởi phản ứng:
A
ZX

1
+ 0 n → ( A+1X )* →
Z

A +1
ZX

+γ

(3.5)

Ký hiệu * trong quá trình trên biểu diễn cho hạt nhân hợp phần ở giai đoạn
trung gian.
Tia gamma
tức thời
Hạt nhân bia

Hạt nhân
phóng xạ

Nơtrơn
Hạt nhân
hợp phần

Tia gamma
trễ

Hạt Beta

Hạt nhân
sản phẩm

Hình 3.1 Sơ đồ biểu diễn quá trình phản ứng bắt neutron tiêu biểu của NAA
Về thiết bị chiếu xạ, mặc dù có một số loại nguồn neutron (lò phản ứng, máy
gia tốc và nguồn đồng vị) ứng dụng cho NAA, nhưng các lò phản ứng hạt nhân với
dịng neutron có thơng lượng cao từ sự phân hạch của Uranium cho độ nhạy có thể
cao nhất cho hầu hết các nguyên tố. Các loại lò phản ứng khác nhau và những vị trí
khác nhau trong một lị phản ứng có thể thay đổi đáng kể phân bố năng lượng và
thông lượng neutron do các vật liệu được dùng để làm chậm neutron (hay làm giảm

năng lượng) từ neutron phân hạch ban đầu.
Khi kết hợp việc kích hoạt trên lò phản ứng với việc đo phổ gamma sau khi
chiếu bằng hệ phổ kết gamma dùng detector bán dẫn, ta có mối quan hệ giữa tốc độ
phản ứng R (là số phản ứng xảy ra trong một giây) và số đếm ghi được Np của đỉnh
gamma quan tâm như sau[6]:
R=

N p / tc
S .D.C.N .γ .ε p

Trong đó, số hạt nhân N =

θ .w
M

⋅ NA

NA: số Avogadro ( ≈ 6,023 × 1023 mol-1).

(3.6)


- 28 -

Np: diện tích đỉnh (số đếm).
tc: thời gian đo.
S: hệ số bão hòa, S = 1 − e − λt , với ti – thời gian chiếu.
i

và λ =

ln 2
, T1/2 – chu kỳ bán hủy.
T1 / 2

D: hệ số rã; D = e −λt d , td – thời gian rã.
C: hệ số hiệu chỉnh thời gian đo, C = (1 − e − λtc ) / λt c hiệu chỉnh sự phân
rã trong quá trình đo, tc – thời gian đo.
w: khối lượng nguyên tố (g); w= ρ.W, với ρ – hàm lượng
nguyên tố quan tâm trong mẫu (g/g) và W – khối lượng mẫu (g).
θ: độ phổ cập đồng vị (%).
εp: hiệu suất ghi đỉnh (%).
γ: cường độ gamma tuyệt đối (xác suất phát gamma).
M: khối lượng nguyên tử (g.mol-1)
Thay N vào phương trình (3.6) ta có:
N p / tc
R=

SDCw
N Aθ ε p γ / M

(3.7)

Trong điều kiện nhân phóng xạ được hình thành trực tiếp bởi phản ứng (n,γ),
và giả sử khơng có hiệu ứng đốt cháy.
Tốc độ phản ứng R, theo qui ước Hogdahl, được mơ tả gồm hai thành phần
được kích hoạt bởi các neutron nhiệt và trên nhiệt tương ứng.
ECd
∞
R = ∫ σ ( E )φ ( E )dE + ∫ σ ( E )φ ( E )dE

0
ECd

(3.8)

σ(E): tiết diện phản ứng gây bởi neutron ở năng lượng E.
φ(E): thông lượng neutron ở năng lượng E.
ECd: năng lượng cắt Cd (ECd = 0,55 eV), cho các hạt nhân có dạng hàm tiết
diện 1/v lên đến ~ 1,5 eV, được chiếu ở tâm của một hộp Cd chuẩn có bề dày 1 mm
với tỉ số độ cao/ đường kính = 2.