Nghiên cứu phân tích asen trong môi trường nước bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE
Interdisciplinary Sci., 2014, Vol. 59, No. 1A, pp. 149-155
This paper is available online at

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ASEN TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC
BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

Đào Văn Bảy, Phạm Bá Việt Anh, Vũ Văn Tiến
Khoa Hoá học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
Tóm tắt. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kĩ thuật lò graphit
(GF-AAS) đã được nghiên cứu để phân tích hàm lượng tổng asen trong nước.
Chúng tôi đã khảo sát để tìm điều kiện tối ưu cho thiết bị, khảo sát ảnh hưởng của
các axit và các nguyên tố khác đến quy trình phân tích. Kết quả cho thấy phương
pháp GF-AAS có giới hạn phát hiện (LOD) asen là 0,860 ppb và có giới hạn định
lượng (LOQ) là 2,866 ppb. Quy trình này đã được ứng dụng để phân tích hàm lượng
asen trong các mẫu nước giếng khoan của các gia đình tại xã Đông Lỗ, Ứng Hòa,
Hà Nội.
Từ khóa: Phổ hấp thụ nguyên tử, GF-AAS, asen.

1. Mở đầu
Tình trạng ô nhiễm As đã được phát hiện ở nhiều quốc gia trên thế giới [3]. Nhiều
mẫu nước ngầm nhiễm As đã được xác định tại Việt Nam và hiện nay vẫn có hàng triệu
người Việt Nam đang sử dụng nước giếng chưa qua xử lí, có nguy cơ nhiễm As [1, 2 11].
Theo thống kê chưa đầy đủ, cả nước có khoảng 1 triệu giếng khoan, trong đó có nhiều
giếng có nồng độ As cao hơn từ 20 ÷ 50 lần nồng độ cho phép (0,01 mg As /L) [5].
As và hợp chất của nó có mặt ở khắp mọi nơi như trong không khí, đất, thức ăn,
nước uống và có thể xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp, qua da và qua thức ăn theo
đường tiêu hóa. Độ độc của As phụ thuộc vào trạng thái oxi hóa và dạng tồn tại. Mức độ
độc hại của các hợp chất As theo thứ tự: Asin (AsH3 ) > As (III) > As (V) > asen hữu cơ.
As và nhiều hợp chất của nó là những chất độc rất mạnh. Các quốc gia trên thế
giới đều xếp As và các hợp chất của asen thuộc loại chất độc nguy hại và là tác nhân gây

ung thư cao. Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) khuyến cáo nồng độ As trong nước sinh hoạt
không được lớn hơn 10 ppb (0,01 mg/L). Trước những nguy hiểm do ô nhiễm As gây ra,
Bộ Tài nguyên - Môi trường và Bộ Y tế Việt Nam đã đưa ra các quy chuẩn quy định hàm
lượng tối đa cho phép của As tổng trong các nguồn nước khác nhau (Bảng 1).

Liên hệ: Đào Văn Bảy, e-mail:

149


Đào Văn Bảy, Phạm Bá Việt Anh, Vũ Văn Tiến

Bảng 1. Giới hạn tối đa cho phép của As tổng trong các nguồn nước
STT
Nguồn nước
Hàm lượng tối đa cho phép (mg/L)
Nước sinh hoạt
1
Loại I: 0,01, Loại II: 0,05
(QCVN 02:2009/BYT)
Nước ăn uống
2
0,01
(QCVN 01:2009/BYT)
Nước ngầm
3
0,05
(QCVN 09:2008/BTNMT)
Việc xác định các dạng As để đánh giá mức độ ô nhiễm và nghiên cứu tìm biện pháp
thích hợp để xử lí và hạn chế ô nhiễm là vấn đề cấp thiết hiện nay. Đã có rất nhiều công

trình nghiên cứu phương pháp định lượng As như: Chuẩn độ [6], trắc quang [4, 13, 14],
Von - Ampe hòa tan [8], phát xạ nguyên tử cảm ứng cộng hưởng plasma (ICP-AES) [9],
sử dụng vi khuẩn phát sáng [12], kích hoạt nơtron (NAA) [7], phổ hấp thụ nguyên tử
AAS [10]. . . Các phương pháp trên đều có những ưu điểm và hạn chế nhất định. Tùy
thuộc vào điều kiện của các phòng thí nghiệm và mục đích của nghiên cứu, mà lựa chọn
phương pháp thích hợp.
Bảng 2. Ngưỡng phát hiện của phương pháp F-AAS, GF-AAS, HVG-AAS
Phương pháp
F - AAS
GF - AAS
HVG - AAS
Ngưỡng phát hiện (nồng độ)
200 ppb
0,2 ppb
0,02 ppb
Đối với phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS, có thể sử dụng 3 kĩ thuật để xác
định hàm lượng As, đó là: Kĩ thuật ngọn lửa (F-AAS), kĩ thuật lò graphit (GF-AAS) và
kĩ thuật hiđrua hóa (HVG-AAS). Các kĩ thuật này có giới hạn phát hiện khác nhau (Bảng
2), vì thế, tùy thuộc vào hàm lượng As cần phân tích có thể lựa chọn kĩ thuật phù hợp. Kĩ
thuật F-AAS (chỉ vào khoảng ppm) có độ nhạy thấp hơn kĩ thuật GF-AAS và HVG-AAS,
do đó phạm vi áp dụng khá hạn chế, đặc biệt với các mẫu sinh học.
Mục tiêu của nghiên cứu này là xây dựng phương pháp phân tích As và ứng dụng để
xác định hàm lượng As trong các nguồn nước ngầm. Chúng tôi chọn phương pháp quang
phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật lò graphit (GF-AAS).

2. Nội dung nghiên cứu
2.1. Hóa chất, thiết bị
- Các hóa chất sử dụng đều thuộc loại tinh khiết phân tích (PA), bao gồm: Axit
clohiđric HCl 37%; axit sunfuric H2SO4 96%; axit nitric HNO3 65%; Fe(NO3 )3 1000
ppm; Pb(NO3 )2 1000 ppm; Mn(NO3 )2 1000 ppm; dung dịch As chuẩn H3 AsO4 1000 ppm

và nước cất 2 lần.
- Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) AA-6300. Phần mềm OriginPro 8. Bình
định mức thủy tinh loại 50 mL, 100 mL, 250 mL, 1000 mL, 2000 mL. Pipet loại 1 mL, 2
mL, 5 mL, 10 mL, 25 mL. . .
150


Nghiên cứu phân tích Asen trong môi trường nước bằng phương pháp...

2.2. Thực nghiệm
a) Khảo sát các điều kiện tối ưu
Các điều kiện tối ưu của máy AAS được chúng tôi khảo sát bao gồm: Độ rộng khe
đo, cường độ dòng đèn catốt rỗng, điều kiện nguyên tử hóa mẫu.
Ngoài ra, các yếu tố trong dung dịch có khả năng ảnh hưởng đến tín hiệu đo cũng
được chúng tôi khảo sát như ảnh hưởng của các axit dùng để tạo môi trường, ảnh hưởng
của các nguyên tố khác.
b) Xây dựng đường chuẩn
Xây dựng đường chuẩn Abs = f(CAs) theo phương pháp hồi quy tuyến tính. Đường
chuẩn có dạng đầy đủ là:
Abs = (a ± εa ).CAs + (b ± εb )
trong đó Abs là độ hấp thụ quang , CAs là nồng độ của tổng (ppb).
Để xây dựng đường chuẩn chúng tôi chuẩn bị dãy các dung dịch chuẩn có nồng độ
As trong khoảng 4 ÷ 30 ppb, đo độ hấp thụ quang của các dung dịch này trên máy quang
phổ hấp thụ nguyên tử AA - 6300 (Shimadzu) ở các điều kiện tối ưu đã khảo sát được.
c) Phân tích mẫu
Trong nghiên cứu này, chúng tôi chọn một số mẫu nước đại diện để phân tích. Các
mẫu nước được lấy ở 3 thôn thuộc xã Đông Lỗ, Ứng Hòa, Hà Nội. Tại mỗi điểm lấy mẫu
chúng tôi lấy 500 mL mẫu nước, chứa trong chai nhựa PE, tất cả các mẫu đều được axit
hóa bằng 5 mL dung dịch HNO3 0,5% pA. Quá trình lấy mẫu tuân theo các tiêu chuẩn
TCVN 6663-1:2011 (ISO 5667-1:2006) và TCVN 6663-11:2011 (ISO 5667-11:2009).

2.3. Kết quả và thảo luận
2.3.1. Kết quả khảo sát các điều kiện tối ưu
Kết quả khảo sát các điều kiện tối ưu trong phép xác định As bằng kĩ thuật GF AAS, được trình bày trong Bảng 3. Các điều kiện này được áp dụng để tiến hành các thí
nghiệm xây dựng đường chuẩn và đo mẫu thực tế.
Bảng 3. Điều kiện tối ưu xác định As bằng kĩ thuật GF - AAS
Bước sóng (nm)
193,7
Độ rộng khe đo (nm)
2,0
Cường độ dòng đèn (mA)
9
Thông số
Bước 1: 140/20
Nhiệt độ sấy mẫu/thời gian (◦ C/s)
máy
Bước 2: 250/10
Nhiệt độ tro hóa mẫu/thời gian (◦ C/s)
800/23
◦
Nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu/thời gian ( C/s)
1900/2
Khí môi trường
Argon
Axit tạo môi trường
HNO3 0,5%
Thông số
Thể tích mẫu (µL) trong 1 lần đo
10
mẫu

Các nguyên tố khác (Fe, Pb, Mn)
Không ảnh hưởng
151


Đào Văn Bảy, Phạm Bá Việt Anh, Vũ Văn Tiến

2.3.2. Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng As
Để xác định khoảng tuyến tính chúng tôi khảo sát sự phụ thuộc của độ hấp thụ
quang vào nồng độ asen và tiến hành đo ở các nồng độ từ 4 ÷ 100 ppb. Kết quả được thể
hiện ở Hình 1.
Từ kết quả thu được, chúng tôi nhận thấy khoảng nồng độ tuyến tính của As là từ
4 ÷ 30 ppb. Do đó, chúng tôi xây dựng đường chuẩn trong khoảng nồng độ từ 4 ÷ 30 ppb
(Hình 2).

Hình 1. Đồ thị khảo sát khoảng
nồng độ tuyến tính

Hình 2. Đường chuẩn xác định
hàm lượng As

Từ đó xác định được phương trình hồi quy đầy đủ là
Abs = (92.10−5 ± 3.10−5 ).CAs + (262.10−4 ± 5.10−4 )
với hệ số tương quan R2 = 0, 9990.
Để đánh giá độ tin cậy của đường chuẩn, chúng tôi chuẩn bị ba mẫu có nồng độ:
5;10;15 ppb ở các điều kiện và thành phần tương tự như chuẩn bị mẫu chuẩn. Thực hiện
đo độ hấp thụ quang, xử lí thống kê các số liệu thực nghiệm thu được, kết quả được trình
bày trong Bảng 4.
Bảng 4. Đánh giá độ chính xác của đường chuẩn Abs = f(CAs )
5

10
15
Nồng độ thực (ppb)
Lần 1
5,018
8,727
14,729
Lần 2
5,236
9,492
13,202
Lần 3
4,472
10,583
15,602
Lần 4
4,254
9,382
15,821
Lần 5
5,127
10,474
13,529
Trung bình
4,821
9,732
14,577
0,432
0,785
1,184

Độ lệch chuẩn s
0,193
0,351
0,530
Độ lệch chuẩn giá trị trung bình
8,97
8,06
8,13
Độ lệch chuẩn tương đối RSD (%)
0,925
0,765
0,799
Hằng số student thực nghiệm tTN
2,776
2,776
2,776
Chuẩn student tLt (độ tin cậy 95%)
152


Nghiên cứu phân tích Asen trong môi trường nước bằng phương pháp...

So sánh các giá trị tTN với tLT (0,05; 4) = 2,776 thì tTN < tLT . Do đó, sự khác nhau
giữa giá trị nồng độ xác định được theo đường chuẩn và giá trị nồng độ ban đầu là ngẫu
nhiên với độ tin cậy 95%. Như vậy, đường chuẩn xây dựng được là tin cậy, cho phép xác
định nồng độ As trong khoảng 4 ÷ 30 ppb.
Dựa vào đường chuẩn xây dựng được ở trên, chúng tôi xác định được giới hạn phát
hiện LOD và giới hạn định lượng LOQ theo quy tắc 3σ là:
LOD = 0,860 ppb
LOQ = 2,866 ppb

Giá trị LOD và LOQ cho thấy: Phương pháp GF-AAS có độ nhạy cao, cho phép
phân tích hàm lượng As trong các mẫu nước ở mức ppb và dạng vết.
2.3.3. Xác định hàm lượng As trong các mẫu nước giếng khoan

Bảng 5. Kết quả phân tích mẫu nước giếng khoan ở xã Đông Lỗ
STT

Mẫu
nước

1
2
3
4
5
6
7
8

Mẫu 1
Mẫu 2
Mẫu 3
Mẫu 4
Mẫu 5
Mẫu 6
Mẫu 7
Mẫu 8

9
10

11

Mẫu 9
Mẫu 10
Mẫu 11

C (ppb)
Chưa xử lí
Đã xử lí
Thôn Thống Nhất
Kph
Kph
4,65
Kph
Kph
Kph
12,58
5,19
8,69
Kph
15,76
Kph
10,97
Kph
39,56
Kph
Thôn Đào Xá
9,26
Kph
4,33

Kph
4,36
Kph

12
13
14
15
16

Mẫu
nước
Mẫu 12
Mẫu 13
Mẫu 14
Mẫu 15
Mẫu 16

17
18
19
20
21
22
23

Mẫu 17
Mẫu 18
Mẫu 19
Mẫu 20

Mẫu 21
Mẫu 22
Mẫu 23

STT

C (ppb)
Chưa xử lí
Đã xử lí
7,72
Kph
21,85
Kph
9,86
Kph
8,51
Kph
10,89
Kph
Thôn Cộng Hòa
9,34
Kph
8,03
Kph
20,05
Kph
74,51
Kph
208,17
4,44

7,81
Kph
10,36
Kph

Hình 3. Biểu đồ nồng độ As ở các mẫu phân tích tại xã Đông Lỗ - Ứng Hòa - Hà Nội
153


Đào Văn Bảy, Phạm Bá Việt Anh, Vũ Văn Tiến

Sau khi xây dựng quy trình phân tích As trong mẫu nước, chúng tôi phân tích các
mẫu nước được lấy từ giếng khoan (chưa qua xử lí và các mẫu đã qua xử lí bằng bộ lọc)
của một số hộ gia đình ở xã Đông Lỗ, Ứng Hòa, Hà Nội (Bảng 5 và Hình 3). Kết quả cho
thấy:
- Đối với mẫu nước chưa xử lí: Có 10 mẫu phân tích (số 4,6,7,8,13,16,19,20,21,23)
có hàm lượng As vượt mức cho phép của QCVN 01:2009/BYT về nước ăn uống.
- Đối với mẫu nước đã xử lí: Hàm lượng As đã giảm rất nhiều lần, không có mẫu
nào vượt mức cho phép của QCVN 01:2009/BYT về nước ăn uống. Chỉ có 2 mẫu (số 4 và
21) vẫn còn có As ở dưới ngưỡng quy định. Các mẫu sau khi lọc vẫn còn As, có thể là do
hệ thống lọc sau một thời gian sử dụng không còn khả năng hấp thụ As nữa. Do vậy, việc
khuyến cáo các hộ dân định kì thay mới hoặc kiểm tra hệ thống lọc là cần thiết. Ngoài ra,
cần nghiên cứu các phương pháp để kéo dài tuổi thọ và chất lượng của hệ thống lọc.

3. Kết luận
- Đã xây dựng được phương pháp xác định hàm lượng As bằng phương pháp quang
phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật lò graphit (GF-AAS). Phương pháp cho phép xác định
hàm lượng As ở mức ppb, có giới hạn phát hiện LOD = 0,860 ppb, giới hạn định lượng
LOQ = 2,866 ppb.
- Vận dụng phương pháp xây dựng được, đã phân tích được 23 mẫu nước giếng

khoan (đã xử lí và chưa xử lí) tại ba thôn thuộc xã Đông Lỗ, huyện Ứng Hòa, Hà Nội.
Kết quả phân tích cho thấy: Có 10/23 mẫu phân tích có hàm lượng As vượt mức cho phép
của QCVN 01:2009/BYT về nước ăn uống. Đặc biệt, mẫu nước số 21 thôn Cộng Hòa có
hàm lượng As cao nhất (208,17 ppb), vượt quá mức cho phép của QCVN 01:2009/BYT
tới hơn 20 lần.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Đỗ Văn Ái, Mai Trọng Nhuận, Nguyễn Khắc Vinh, 2001. Một số đặc điểm phân bố
arsen trong tự nhiên và vấn đề ô nhiễm arsen trong môi trường ở Việt Nam. Hiện trạng
ô nhiễm arsen ở Việt Nam, tr. 5 - 21.
[2] Michael Berg, Caroline Stengel, Pham Thi Kim Trang, Pham Hung Viet, Mickey
L. Sampson, Moniphea Leng, Sopheap Samreth, David Fredericks, 2006. Magnitude
of Arsenic Pollution in the Mekong and Red River Deltas - Cambodia and Vietnam.
Science of the Total Environment 372, pp. 413 - 425.
[3] Julia L. Barringer, Pamela A. Reilly, 2013. Arsenic in Groundwater: A Summary
of Sources and the Aiogeochemical and Hydrogeologic Factors Affecting Arsenic
Occurrence and Mobility. InTech, Croatia.
[4] Jyotsna Cherukuri and Y. Anjaneyulu, 2005. Design and Development of Low
Cost, Simple, Rapid and Safe, Modified Field Kits for the Visual Detection and
Determination of Arsenic in Drinking Water Samples. International Journal of
Environmental Research and Public Health 2 (2), pp. 322 - 327.
[5] Cục Y tế Dự phòng - Bộ Y tế, 2008. Tình hình ô nhiễm asen trong nước ngầm. Hà Nội.
154


Nghiên cứu phân tích Asen trong môi trường nước bằng phương pháp...

[6] G. H. Jeffery, J. Bassett, J. Mendham, R. C. Denney, 1989. Vogel’s textbook of
quantitative chemiscal analysis, 5th ed. Longman Scientific & Technical, Great Britain.
[7] Y. Kikawada, S. Kawai, T. Oi, 2004. Determination of arsenic and bromine in hot
spring waters by neutron activation analysis. Journal of Radioanalytical and Nuclear

Chemistry 261 (2), 381 - 386.
[8] Hoàng Thái Long, 2011. Nghiên cứu xác định lượng vết asen trong môi trường nước
bằng phương pháp von-ampe hoà tan. Luận án Tiến sĩ Hóa học, Trường Đại học Khoa
học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội.
[9] P. Niedzielski, M. Siepak, 2003. Analytical Methods for Determining Arsenic,
Antimony, and Selenium in Environmental Samples. Polish Journal of Environmental
Studies 12 (6), pp. 653 - 667.
[10] P. Niedzielski, M. Siepak, J. Przybyłek, J. Siepak, 2002. Atomic Absorption
Spectrometry in Determination of Arsenic, Antimony and Selenium in Environmental
Samples. Polish Journal of Environmental Studies 11 (5), pp. 457 - 466.
[11] Bui Thi Nga, Co Thi Kinh, Le Van Khoa, 2011. Arsenic Pollution in Surface Water
at Main Rives in the Mekong Delta, Vietnam. International Symposium on Southeast
Asian Water Environment 9 (1), pp. 17 - 24.
[12] Pham Thi Kim Trang, Michael Berg, Pham Hung Viet, Nguyen Van Mui, and Jan
Roelof Van Der Meer, 2005. Bacterial Bioassay for Rapid and Accurate Analysis
of Arsenic in Highly Variable Groundwater Samples. Environmental Science &
Technology 39 (19), pp. 7625 - 7630.
[13] Susanna Tsang, Frank Phu, Marc M. Baum, Gregory A. Poskrebyshev, 2007.
Determination of phosphate/arsenate by a modified molybdenum blue method and
reduction of arsenate by S2 O2−
4 . Talanta 71 (4), pp. 1560 - 1568.
[14] United States Environmental Protection Agency, 1978. Arsenic Determination by the
Silver Diethyldithiocarbamate Method and the Elimination of Metal Ion Interference.
Ohio - USA.
ABSTRACT
Determining arsenic content in a aqueous environment
using atomic absorption spectroscopy
The arsenic content in water was determined using atomic absorption spectroscopy
in a graphite furnace (GF-AAS). Under optimal conditions, the effects of the interference
of acids and other elements on the experiment performance were investigated. The study

showed that the limit of detection and the limit of determination using this method for
arsenic content determination are 0.860 ppb and 2.866 ppb, respectively. This procedure
was applied to analyze arsenic concentration in groundwater samples collected from
private tube wells at Dong Lo, Ung Hoa in Ha Noi.

155