Luận văn thạc sĩ phân tích các dạng asen trong mẫu môi trường bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử kết hợp với chemometrics

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ PHƢƠNG THÙY

PHÂN TÍCH CÁC DẠNG ASEN TRONG MẪU MÔI TRƢỜNG BẰNG
PHƢƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ KT HP VI
CHEMOMETRICS

Luận văn thạc sĩ khoa học

H Ni - 2012


TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ PHƢƠNG THÙY

PHÂN TÍCH CÁC DẠNG ASEN TRONG MẪU MÔI TRƢỜNG BẰNG
PHƢƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ KT HP VI
CHEMOMETRICS

Chuyên ngành: Hóa phân
tích MÃ số: 60.44.29

Luận văn thạc sĩ khoa học
Ngãời hãớng dẫn khoa học: GS. TS. Trần Tứ Hiếu


BẢNG KÍ HIỆU

NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT
HI

Bình phƣơng tối thiểu nghịch đảo
(inverse least squares)

ILS

Hồi qui cấu tử chính (Principal
component regression)

PCR

Cấu tử chính (Principal component)

PC

Phƣơng pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử
sử dụng kĩ thuật hidrua hoá

HVG - AAS

Dimetylasen

DMA

Monometylasen

MMA

DANH MỤC HÌNH
Hình
Hình 1.1. Một số hình ảnh về nạn nhân nhiễm độc As
Hình 2.1. Sơ đồ thực nghiệm mơ tả quá trình đo phổ hấp thụ nguyên tử
của As

trang
7
22

Hình 3.1: Sự phụ thuộc của Abs theo nồng độ As(III)

27

Hình 3.2: Đƣờng chuẩn xác định riêng rẽ As(III)

28

Hình 3.3: Sự phụ thuộc của Abs theo nồng độ As(V)

29

Hình 3.4: Đƣờng chuẩn xác định riêng rẽ As(V) vơ cơ

29

Hình 3.5: Sự phụ thuộc của Abs theo nồng độ DMA

31

Hình 3.6: Đƣờng chuẩn xác định riêng rẽ DMA

31

Hình 3.7: Sự phụ thuộc của Abs theo nồng độ MMA

32

Hình 3.8: Đƣờng chuẩn xác định riêng rẽ MMA

32


DANH MỤC BẢNG
Bảng
Bảng 1.1. Một số dạng As trong các đối tƣợng sinh học và mơi trƣờng
Bảng 2.1: Tóm tắt các điều kiện tối ƣu xác định As(III) bằng phƣơng
pháp HVG-AAS

Trang
5
22

Bảng 3.1: Hiệu suất khử các dạng asen trong các mơi trƣờng phản ứng (%)

26

Bảng 3.2: Khoảng tuyến tính của phép xác định As(III)

27

Bảng 3.3: Khoảng tuyến tính của phép xác định As(V) vơ cơ

28

Bảng 3.4: Khoảng tuyến tính của phép xác định DMA

30

Bảng 3.5: Khoảng tuyến tính của phép xác định MMA

31

Bảng 3.6: Khoảng tuyến tính và đƣờng chuẩn xác định riêng các dạng As

33

Bảng 3.7: Kết quả đo độ hấp thụ quang lặp 8 mẫu trắng ở các mơi trƣờng
phản ứng khác nhau

35

Bảng 3.8: Kết quả tính LOD và LOQ theo phƣơng pháp hồi qui đa biến PCR

36

Bảng 3.9: Giá trị LOD và LOQ khi phân tích đồng thời các dạng As

36

Bảng 3.10: Kết quả kiểm tra độ cộng tính tín hiệu đo khi xác định các dạng As

37

Bảng 3.11: Ma trận nồng độ 40 dung dịch chuẩn

39

Bảng 3.12: Hệ số của các PC tính theo hàm SVD

40

Bảng 3.13: Phƣơng sai của các PC

40

Bảng 3.14 : Nồng độ các dạng asen trong mẫu thực và lƣợng asen thêm vào

41

Bảng 3.15: Giá trị Abs khảo sát ảnh hƣởng của vật liệu bình chứa

42

Bảng 3.16: Ảnh hƣởng của vật liệu bình chứa đến sự chuyển dạng asen

42

Bảng 3.17: Giá trị Abs khảo sát ảnh hƣởng của pH

44

Bảng 3.18: Ảnh hƣởng của pH trong quá trình bảo quản mẫu

45

Bảng 3.19 : Giá trị Abs khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ và thời gian

46

Bảng 3.20 : Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình bảo quản mẫu

47

Bảng 3.21 : Ảnh hƣởng của oxi hòa tan đến quá trình bảo quản mẫu

48

Bảng 3.22 : Ảnh hƣởng của lƣợng oxi hòa tan

48

Bảng 3.23 : Giá trị Abs khảo sát ảnh hƣởng của các ion

49

Bảng 3.24 : Ảnh hƣởng của các ion đến quá trình bảo quản mẫu

52

Bảng 3.25 : Giá trị Abs khảo sát ảnh hƣởng của Fe3+ khi có mặt EDTA

55

Bảng 3.26: Ảnh hƣởng của Fe3+ khi có mặt EDTA

56

Bảng 3.27: Ma trận nồng độ asen thêm vào mẫu

57

Bảng 3.28: Kết quả kiểm tra độ lặp lại, độ đúng của phƣơng pháp

58

Bảng 3.29: Địa chỉ lấy mẫu và đặc điểm mẫu

59

Bảng 3.30. Nồng độ thêm chuẩn các dạng As vào các mẫu trong dung
dịch phân tích
Bảng 3.31. Nồng độ các dạng thu đƣợc sau khi tính
Bảng 3.32. Hiệu suất thu hồi của phƣơng pháp HVG-AAS sử dụng mơ
hình PCR
Bảng 3.33: Hàm lƣợng các dạng As trong các mẫu tính theo phƣơng
pháp đƣờng chuẩn (đã tính đến hệ số pha loãng)

60
60
61
62


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN..................................................................................... 2
1.1. SƠ LƢỢC TÌNH HÌNH Ơ NHIỄM ASEN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 3
1.2. CÁC DẠNG TỒN TẠI TRONG MÔI TRƢỜNG CỦA ASEN.......................... 5
1.2.1. Các dạng asen tồn tại trong môi trƣờng........................................................... 5
1.2.2. Độc tính các dạng Asen................................................................................... 6
1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH DẠNG ASEN.......................................... 8
1.3.1. Các phƣơng pháp xác định Asen có sử dụng kĩ thuật hidrua hóa (HVG)........9
1.3.2. Phƣơng pháp sử dụng hệ tách HPLC kết hợp với một detector.....................10
1.4. ỨNG DỤNG CHEMOMETRICS TRONG PHÂN TÍCH DẠNG ASEN..........11
1.4.1. Thuật tốn hồi qui đa biến tuyến tính............................................................. 11
1.4.2. Phân tích các dạng As bằng phƣơng pháp HVG – AAS sử dụng Chemometrics17
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM.............................................................................. 18
2.1. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................................... 19
2.1.1. Cơ sở của phƣơng pháp................................................................................. 19
2.1.2. Nội dung nghiên cứu...................................................................................... 19
2.2. HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM.................................................... 20
2.2.1. Hóa chất......................................................................................................... 20
2.2.2. Dụng cụ và trang thiết bị đo........................................................................... 21
2.2.3. Các phần mềm tính tốn và xử lí.................................................................... 21
2.3. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM............................................................................ 21
2.3.1. Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của Asen......................................... 21

2.3.2. Qui trình phân tích......................................................................................... 23
2.3.2.1. Qui trình phân tích riêng As(III)................................................................. 23
2.3.2.2. Qui trình phân tích đồng thời các dạng As.................................................. 23
2.3.3. Các thuật toán hồi qui đa biến........................................................................ 23


CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.......................................................... 25
3.1. XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỒI QUY ĐA BIẾN TUYẾN TÍNH PHÂN TÍCH
DẠNG ASEN....................................................................................................... 26
3.1.1. Đƣờng chuẩn xác định các dạng asen riêng rẽ trong môi trƣờng HCl 6M....26
3.1.2. Giới hạn phát hiện(LOD) và giới hạn định lƣợng (LOQ) khi xác định đồng
thời các dạng asen.......................................................................................... 34
3.1.3. Kiểm tra tính cộng tính của các dạng As........................................................ 36
3.2. NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHUYỂN
DẠNG ASEN....................................................................................................... 41
3.2.1. Khảo sát ảnh hƣởng của vật liệu bình chứa đến sự chuyển dạng As.............41
3.2.2. Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến sự chuyển dạng của As trong quá trình bảo
quản mẫu........................................................................................................ 43
3.2.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ và thời gian bảo quản mẫu đến quá trình
chuyển dạng................................................................................................... 46
3.2.4. Khảo sát ảnh hƣởng của oxi hịa tan đến q trình chuyển dạng...................48
3.2.5. Khảo sát ảnh hƣởng của các ion đến quá trình bảo quản các dạng As...........49
3.2.6. Khảo sát ảnh hƣởng của Fe3+ khi có mặt EDTA............................................ 54
3.3. ĐÁNH GIÁ PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH....................................................... 57
3.4. ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH MẪU THỰC TẾ...................................................... 58
3.4.1. Lấy mẫu nƣớc ngầm và xử lí sơ bộ mẫu........................................................ 58
3.4.2. Xác định hàm lƣợng các dạng As trong mẫu thực......................................... 59
KẾT LUẬN............................................................................................................. 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 64

MỞ ĐẦU
Trong đời sống hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trƣờng ngày nay đang trở thành
mối quan tâm hàng đầu của nhân loại. Cùng với sự phát triển của nền cơng nghiệp
thì số lƣợng các chất độc phân tán trong môi trƣờng ngày một nhiều hơn do các hoạt
động sản xuất và tiêu thụ đa dạng của con ngƣời. Đặc biệt phải kể đến sự phân tán
của các kim loại nặng vào môi trƣờng gây nên sự ô nhiễm. Một trong số những
nguyên tố gây ô nhiễm mang độc tính cao nhất là asen (As) đã và đang đƣợc phân
tán nhanh trong môi trƣờng theo nhiều con đƣờng [1, 8]. Asen là một nguyên tố vi
lƣợng rất cần thiết cho quá trình sinh trƣởng và phát triển của động vật và thực vật.
Tuy nhiên ở hàm lƣợng cao asen gây tác hại to lớn đối với hệ sinh thái. Asen cản trở
quá trình quang hợp, gây hiện tƣợng rụng lá, sự thiếu sắt ... ở thực vật. Asen có thể
gây ra nhiều căn bệnh nguy hiểm cho con ngƣời nhƣ: Ung thƣ, đột biến, tổn thƣơng
nội tạng, các căn bệnh về hệ thần kinh, về da, phổi và bàng quang... [ 2,4]. Asen có
khả năng tích lũy cao trong cơ thể sinh vật và xâm nhập vào cơ thể qua nhiều
đƣờng, mặt khác, y học hiện nay vẫn chƣa có phác đồ điều trị hiệu quả cho bệnh
nhân nhiễm độc As. Do đó, hàm lƣợng As trong mơi trƣờng đƣợc qui định rất
nghiêm ngặt.
Để xác định hàm lƣợng asen, ta có thể sử dụng nhiều phƣơng pháp khác nhau
nhƣ phổ phát xạ (AES), phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), phổ phát xạ plasma cảm
ứng(ICP-AES), phƣơng pháp trắc quang, phƣơng pháp điện hóa…Tuy nhiên các
phƣơng pháp trên hầu hết chỉ xác định đƣợc tổng hàm lƣợng asen. Đối với quá trình
phân tích xác định lƣợng vết từng dạng asen mới chỉ có một số ít các cơng trình
nghiên cứu và chủ yếu tập trung ở các nghiên cứu trên hệ kết hợp sắc kí lỏng hiệu
năng cao (HPLC) kết nối với bộ phận phát hiện nhƣ AAS, AES, AFS, MS, ...[6, 27].
Các hệ đo này cho phép tách và định lƣợng đồng thời các dạng As một cách hiệu
quả trên nhiều đối tƣợng, đặc biệt là đối tƣợng sinh học. Nhƣng chi phí cho q
trình phân tích khá lớn do địi hỏi trang thiết bị đắt tiền nên khơng phải phịng thí
nghiệm nào cũng có thể trang bị đƣợc. Vì vậy cần tìm một phƣơng pháp có thể sử
dụng các thiết bị phổ biến hơn để định dạng As mà không cần công đoạn tách.

9


Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành toán học thống kê và tin học ứng
dụng, Chemometrics - một nhánh của hóa học phân tích hiện đại - đã phát triển
nhanh chóng và đƣợc ứng dụng ngày một rộng hơn. Một mảng quan trọng trong
Chemometrics đang đƣợc nghiên cứu và sử dụng hiệu quả là kĩ thuật hồi qui đa biến
– thuật toán xác định đồng thời nhiều cấu tử trong hỗn hợp mà khơng cần tách loại.
Thuật tốn này đã đƣợc ứng dụng rộng rãi để giải quyết nhiều bài toán định dạng
phức tạp. Đối với vấn đề xác định các dạng As trong hỗn hợp, hiện nay chƣa có
nhiều cơng trình nghiên cứu theo hƣớng này tuy ƣu điểm của nó là rất lớn so với
các hƣớng nghiên cứu khác.
Trong dung dịch asen tồn tại ở các dạng khác nhau. Trong đó, chúng ta quan
tâm chủ yếu đến bốn dạng là As(III), As(V), DMA, MMA. Tùy thuộc vào thành
phần nền mẫu và từng điều kiện cụ thể của q trình bảo quản mẫu, các dạng asen
có thể chuyển hóa lẫn nhau. Vì vậy một u cầu cấp thiết đặt ra là phải nghiên cứu
quá trình bảo quản mẫu, tránh sự chuyển đổi giữa các dạng asen trong q trình bảo
quản từ đó mới xác định chính xác từng dạng asen, đánh giá đúng mức độ ô nhiễm
của mơi trƣờng nƣớc để có biện pháp xử lí, hạn chế sự ảnh hƣởng của nó đến sức
khỏe con ngƣời.
Vì vậy, chúng tôi đã lựa chọn đề tài : ‘‘ Phân tích các dạng asen trong mẫu
mơi trường bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử kết hợp với chemometrics’’
với mục tiêu đặt ra là nghiên cứu quá trình chuyển các dạng asen trên cơ sở những
nghiên cứu trƣớc đó về xác định các dạng asen bằng kĩ thuật HVG
- AAS và hồi qui đa biến để định lƣợng các dạng asen trong mẫu nƣớc.


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. SƠ LƢỢC TÌNH HÌNH Ơ NHIỄM ASEN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, làm cho nguy cơ ô
nhiễm asen ngày càng cao. As đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp
nhƣ dƣợc, sản xuất kính, chất nhuộm, chất độc ăn mịn, thuốc trừ sâu, thuốc diệt
nấm, thuộc da, hoặc ngành công nghiệp sử dụng nhiên liệu hóa thạch nhƣ cơng
nghiệp xi măng, nhiệt điện, công nghệ đốt chất thải rắn cũng là nguồn gây ơ nhiễm
khơng khí, nƣớc bởi As [10, 12]. Các ngành công nghiệp khai thác và chế biến các
loại quặng, nhất là quặng sunfua, luyện kim tạo ra nguồn ô nhiễm As do việc khai
đào ở các mỏ nguyên sinh đã phơi lộ các quặng sunfua, làm gia tăng q trình
phong hóa, bào mịn và tạo ra khối lƣợng lớn đất đá thải có lẫn asenopyrit ở lân cận
khu mỏ. Tại các nhà máy tuyển quặng, asenopyrit đƣợc tách ra khỏi các khống vật
có ích và phơi ra khơng khí. Asenopyrit bị rửa trơi, dẫn đến hậu quả là một lƣợng
lớn As đƣợc đƣa vào môi trƣờng xung quanh. Những ngƣời khai thác tự do khi đãi
quặng đã thêm vào axit sunphuric, xăng dầu, chất tẩy. Asenopyrit sau khi tách khỏi
quặng sẽ thành chất thải và đƣợc chất đống ngồi trời và trơi vào sơng suối, gây ơ
nhiễm tràn lan. Bên cạnh đó, các q trình tự nhiên nhƣ địa chất, địa hóa, sinh địa
hóa, ... đã làm cho As nguyên sinh có mặt trong một số thành tạo địa chất (các phân
vị địa tầng, các biến đổi nhiệt dịch và quặng hóa sunphua chứa As) tiếp tục phân tán
hay tập trung gây ô nhiễm môi trƣờng sống [1, 23, 28].
Rất nhiều nghiên cứu thủy địa hóa về asen đã đƣợc tiến hành nhằm giải thích
một cách đầy đủ cơ chế hình thành, giải phóng của asen, cũng nhƣ để đề xuất ra các
biện pháp loại trừ ô nhiễm một cách có hiệu quả và khả thi.[5]
Vấn đề ơ nhiễm asen đang là một vấn đề thu hút sự quan tâm của nhiều nhà
khoa học, nhiều tổ chức trong và ngồi nƣớc. Sự ơ nhiễm asen đặc biệt là trong
nƣớc ngầm đã đƣợc phát hiện ở nhiều nơi trên thế giới nhƣ Achentina, Mêhico,
Chile, Mỹ, Canada, Trung Quốc, Đài Loan, Ấn Độ, Băngladet và Việt Nam. Một


phần lớn ngƣời dân đã bị nhiễm độc asen mãn tính do sự có mặt của asen trong
nƣớc ngầm. Ở Mêhico, Chile, Đài Loan, Ấn Độ, Băngladet hàm lƣợng Asen trong
nƣớc cao từ vài trăm đến hơn 1000 μg/L. Ở một số bang phía Tây nƣớc Mỹ, ngƣời

dân đang phải sử dụng asen cao hơn giới hạn tối đa cho phép 50 µ g/L[5] ( Tổ chức
Y tế Thế giới đã đƣa ra giới hạn cho phép về hàm lƣợng asen trong nƣớc ăn là 10
µ g/L từ năm 1993).

Ở Châu Á, những vùng nhiễm độc asen cao nhƣ Băngladet và Ấn Độ, nồng độ asen
trong tóc và nƣớc tiểu đƣợc sử dụng phổ biến làm chỉ thị cho sự phơi nhiễm asen
mãn tính và tạm thời (Awanar et al, 2002).
Đặc biệt là ở Băngladet, qua khảo sát 8000 giếng khoan ở 60 tỉnh trên tổng
số 64 tỉnh ở nƣớc này ngƣời ta thấy rằng có khoảng 51% số giếng khoan có hàm
lƣợng asen lớn hơn 0,05 mg/L. Theo ƣớc tính ở dây có khoảng 50 triệu dân sử dụng
nƣớc bị ô nhiễm Asen[1]
Một cuộc điều tra bởi Chakraborti và cộng sự đã cho thấy trong tổng số
35.000 mẫu tóc và nƣớc tiểu thu thập từ bệnh nhân bị ảnh hƣởng trên da sống ở
khu vực ô nhiễm asen nặng nề, có 90% số mẫu vƣợt q mức bình
thƣờng(Chakraborti et al, 2002,2003). Khi nghiên cứu ở một số tỉnh thuộc Băngladet
hàm lƣợng asen trong nƣớc, tóc và nƣớc tiểu lần lƣợt là: 0,01-9 mg/L, 1,1-19,84
mg/Kg và 0,05-9,42 mg/L.
Ở Việt Nam, theo một vài báo cáo cho thấy, hàm lƣợng asen lấy từ các giếng
khoan tại vùng châu thổ sông Hồng khá cao. Nồng độ asen trung bình tìm thấy là
159 µ g/L[5]. Hà Nội, Hà Nam, Hƣng Yên, Nam Định, Ninh Bình, Thái Bình, Hải
Dƣơng là những vùng bị ơ nhiễm asen nặng nề nhất. Ở đồng bằng sông Cửu Long,
các nhà khoa học cũng đã phát hiện ra các giếng khoan có hàm lƣợng asen cao ở các
tỉnh Đồng Tháp và An Giang[12]
Hiện nay, ở các vùng đô thị mới và nông thôn tỉ lệ ngƣời dân sử dụng nƣớc
ngầm (nƣớc giếng khoan) có hàm lƣợng asen làm nƣớc ăn vẫn cịn nhiều. Vì vậy
cần phải theo dõi tiến hành điều tra tình trạng ơ nhiễm asen và tác động của nó đến
mơi trƣờng và sức khỏe ngƣời dân, tìm biện pháp giảm thiểu.


1.2. CÁC DẠNG TỒN TẠI TRONG MÔI TRƢỜNG CỦA ASEN

1.2.1. Các dạng asen tồn tại trong mơi trƣờng
Asen có mặt trong cả 3 thành phần môi trƣờng: Môi trƣờng đất, mơi trƣờng
nƣớc và mơi trƣờng khơng khí. Phần lớn asen tồn tại trong địa quyển ở dạng khoáng
phân tán. Do các q trình tự nhiên nhƣ phong hóa, núi lửa...hay do các hoạt động
của con ngƣời nhƣ khai khoáng, luyện kim, đốt nhiên liệu hóa thạch, cơng nghiệp
điện tử bán dẫn, khai thác nƣớc ngầm... làm một phần asen phân tán vào môi trƣờng.
Sau khi phát tán vào môi trƣờng, As tồn tại ở nhiều dạng khác nhau tùy theo bản
chất của nguồn phát tán, điều kiện phát tán và điều kiện của môi trƣờng tồn tại.
Bảng 1.1. Một số dạng As trong các đối tượng sinh học và môi trường
STT

Tên gọi

Công thức

1.

Asin

AsH3

2.

Asenit

AsO33-

3.

Asenat

AsO43-

4.

Axit dimetylasenic, DMAA

Me2AsO2H

5.

Axit metylasonic, MMAA

MeAsO3H2

6.

Trimetylasin

Me3As

7.

Oxit trimetylasin, TMAO

Me3As+-O-

8.

Ion tetrametylasoni

Me4As+

9.

Trimetylasoniaxetat

Me3As+CH2COO-

Asenocholin (2-

Me3As+CH2CH2OH

10.

trimetylasonietanol)
11.

Dimetylasinoyletanol

Me3As+(O-)CH2CH2OH


Các dạng chủ yếu của As trong môi trƣờng nƣớc là bốn dạng As(III),
As(V), DMA và MMA, trong đó hai dạng vơ cơ có độc tính cao hơn [2, 4].
1.2.2. Độc tính các dạng Asen
Asen về tính chất hóa học rất giống với nguyên tố đứng trên nó là phốtpho.
Tƣơng tự nhƣ phốtpho, nó tạo thành các ơxít kết tinh, không màu, không mùi nhƣ
As2O3 và As2O5 là những chất hút ẩm và dễ dàng hòa tan trong nƣớc để tạo thành
các dung dịch có tính axít, axít asenic (V), tƣơng tự nhƣ axít phốtphoric, là một axít

yếu. Asen tạo thành hiđrua dạng khí và khơng ổn định, đó là arsin (AsH3). Sự tƣơng
tự lớn đến mức Asen sẽ thay thế phần nào cho phốtpho trong các phản ứng hóa sinh
học và vì thế nó gây ra ngộ độc. Tuy nhiên, ở các liều thấp hơn mức gây ngộ độc thì
các hợp chất Asen hịa tan lại đóng vai trị của các chất kích thích và đã từng phổ
biến với các liều nhỏ nhƣ là các loại thuốc chữa bệnh cho con ngƣời vào giữa thế
kỷ 18.[13]
Độ độc của asen phụ thuộc vào trạng thái oxi hóa của asen, phụ thuộc vào
dạng tồn tại vô cơ hay hữu cơ. As(III) độc hơn nhiều so với As(V), asen vô cơ độc
hơn rất nhiều so với asen hữu cơ. Qua nhiều nghiên cứu ngƣời ta thấy rằng độ độc
giảm dần theo thứ tự: Asin > asenit > asenat > monometyl asenat > dimetyl asenat.
Dạng xâm nhập chính vào cơ thể là asen dạng vô cơ, đặc biệt là Asen(III) dễ hấp thụ
vào cơ thể con ngƣời qua đƣờng ăn uống. Các hợp chất asenit và asenat vơ cơ bền,
có khả năng hịa tan trong nƣớc đều dễ dàng hấp thụ vào dạ dày và các tế bào của cơ
thể. As(V) đƣợc bài tiết (chủ yếu qua nƣớc tiểu) nhanh hơn As(III) vì ái lực với
nhóm thiol (-SH) kém hơn. As(III) cản trở nhóm (-SH) gắn vào các enzym và giữ
lại trong các protein tế bào của cơ thể nhƣ keratin đisunfua trong tóc, móng và da.
As(V) khơng độc bằng As(III) và khơng gây ức chế đối với hệ enzym. Tuy nhiên
As(V) lại ngăn cản sự tổng hợp ATP[4,17].
Asen và các hợp chất của nó là tác nhân gây 19 bệnh ung thƣ, đột biến và dị
thai trong tự nhiên. Đối với thực vật, asen cản trở quá trình trao đổi chất, làm giảm
mạnh năng suất, đặc biệt trong môi trƣờng thiếu photpho. Đó là một tai họa mơi
trƣờng đối với sức khỏe con ngƣời.


Những biểu hiện của bệnh nhân nhiễm độc asen: Nếu nhiễm asen ở mức độ
thấp sẽ bị mệt mỏi, buồn nôn, hồng cầu và bạch cầu giảm, rối loạn nhịp tim, mạch
máu bị tổn thƣơng, có thể gây xảy thai (nếu là phụ nữ mang thai). Nếu nhiễm độc
asen mãn tính đƣợc biểu hiện từ thay đổi sắc tố da, chứng sạm da (melanosis), dày
biểu bì (kerarosis), tổn thƣơng mạch máu, rối loạn cảm giác về sự di động. Ngƣời
bị nhiễm độc asen lâu ngày sẽ xuất hiện hiện tƣợng sừng hóa da, gây sạm và mất

sắc tố da hay bệnh Bowen, ... từ đó dẫn đến hoại thƣ hay ung thƣ da, viêm răng,
khớp, tim mạch, ... [23, 24 ]. Độc tính cao của asen và các hợp chất của nó cịn do
khả năng nhiễm độc qua nhiều con đƣờng: hơ hấp, tiêu hố, tiếp xúc qua da, đặc
biệt As là tác nhân gây ung thƣ trên mọi bộ phận của cơ thể [21]. Hiện tại trên thế
giới chƣa có phƣơng pháp hữu hiệu chữa bệnh nhiễm độc asen, các nghiên cứu vẫn
chỉ tập trung vào điều trị triệu chứng và sử dụng bổ sung thêm các thuốc tăng thải
và vitamin để cơ thể tự đào thải As .

Hình 1.1. Một số hình ảnh về nạn nhân nhiễm độc As [4]
Đối với cây trồng, sự hấp thu asen của nhiều cây trồng khơng q lớn, thậm chí ở
đất trồng nhiều asen, cây trồng thƣờng không chứa lƣợng asen gây nguy hiểm
* Cơ chế gây độc [17]
Asen vô cơ phá hủy các mô trong hệ hô hấp, trong gan và thận, nó tác động lên các
enzim tấn cơng vào các nhóm hoạt động -SH của enzim làm vơ hiệu hố enzim:


As(III) ở nồng độ cao cịn làm đơng tụ protein, có lẽ do As(III) tấn cơng vào
các liên kết có nhóm sunfua. Trong mơi trƣờng yếm khí As(III) có thể tạo hợp chất
(CH3)3As rất độc.
As(V) ở dạng AsO43- có tính chất tƣơng tự PO43- sẽ thay thế PO42- gây ức chế
enzim, ngăn cản quá trình tạo ATP là chất sản sinh ra năng lƣợng sinh học. Nó can
thiệp và làm rối loạn một số q trình sinh hóa của cơ thể.
Asen hữu cơ tác động lên các tế bào sinh học.
Các dạng As hữu cơ có tính độc thấp hơn rất nhiều, một số hợp chất As(V)
vơ cơ thậm chí khơng độc [36].
1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH DẠNG ASEN
Để xác định hàm lƣợng asen ngƣời ta đã sử dụng rất nhiều phƣơng pháp
khác nhau nhƣ :
Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử ( kỹ thuật ngọn lửa và không ngọn lửa)
để xác định tổng lƣợng asen có trong mẫu[9].

Phƣơng pháp cực phổ có thể xác định đƣợc asenit bằng phƣơng pháp cực phổ xung
vi phân áp dụng cho khoảng nồng độ tƣơng đối rộng 0,6ppb – 60ppb.
Phƣơng pháp Von – Ampe hòa tan xác định asen bằng cách điện phân kết tủa
làm giàu asen lên bề mặt điện cực sau đó ghi đƣờng hịa tan[10, 16].
Phƣơng pháp trắc quang xác định tổng lƣợng asen bằng việc đo độ hấp thụ
quang của sản phẩm tạo thành giữa AsH3 với bạc dietyl [3 ].
Phƣơng pháp xanh molypden xác định asen bằng cách cho ion asenat phản ứng
với amonimolipdat trong môi trƣờng axit tạo thành phức dị đa axit asenomolipdic màu
vàng sau đó khử về dạng phức màu xanh và đo độ hấp thụ quang[11].


Các phƣơng pháp phân tích thể tích xác định asen bằng phép chuẩn độ iot
hoặc bằng dung dịch bromat.
Tuy nhiên tất cả những phƣơng pháp đó chỉ áp dụng xác định tổng lƣợng
asen có trong mẫu. Để xác định hàm lƣợng từng dạng asen ngƣời ta phải sử dụng
các phƣơng pháp với kỹ thuật cao hơn.
1.3.1. Các phƣơng pháp xác định Asen có sử dụng kĩ thuật hidrua hóa (HVG)
Phƣơng pháp này dựa trên nguyên tắc khử các hợp chất As về dạng asin và
metylasin sau đó định lƣợng sản phẩm sinh ra để tính ngƣợc lại hàm lƣợng các hợp
chất ban đầu.
Phƣơng pháp cổ điển nhất xác định As theo hƣớng này là phƣơng pháp
Guizeit - sử dụng Zn và axit HCl để khử As và đo asin bằng phép đo quang với bạc
dietyldithiocacbamat . Nhiều cơng trình sau đó sử dụng NaBH 4 làm chất khử thay
cho hệ Zn/HCl kết hợp với một bộ phận phát hiện khác để định lƣợng asin nhƣ
AAS, GC – AAS, GC – MS, ... [22, 35,36].
Tuy nhiên quá trình xác định cần lƣu ý [32]. Thứ nhất, hiệu suất khử các
dạng As thành asin và dẫn xuất asin phụ thuộc nhiều vào môi trƣờng phản ứng và
nồng độ NaBH4. Mỗi dạng As có một mơi trƣờng khử tối ƣu riêng, đây cũng là cơ
sở chính của phƣơng pháp xác định đồng thời các dạng As trong mẫu. Thứ hai,
trong quá trình khử sẽ xuất hiện sự sắp xếp lại phân tử các dạng asin, đặc biệt là khi

có mặt oxi trong dung dịch. Thứ ba, có rất nhiều ion lạ ảnh hƣởng tới phép đo nhƣ
các ion kim loại nặng, nitrat, ... chủ yếu theo hƣớng làm giảm tín hiệu tức là giảm
độ nhạy của phƣơng pháp và cách thức các ion này ảnh hƣởng lên phép đo không
nhƣ nhau.
Số lƣợng công trình áp dụng kĩ thuật hidrua hố xác định As rất lớn và đa
dạng [9, 25, 34, 35] cho thấy tính ƣu việt vƣợt trội của kĩ thuật này, đặc biệt là khi
kết hợp sử dụng một hệ sắc kí và bộ phận hidrua hoá với một detector nhƣ MS hay
các detector quang khác.


1.3.2. Phƣơng pháp sử dụng hệ tách HPLC kết hợp với một detector
Nhiều cơng trình nghiên cứu theo hƣớng này đã đạt đƣợc những thành tựu
nhất định trong việc định lƣợng các dạng As cũng nhƣ phát hiện và ghi nhận thời
gian lƣu của các dạng chƣa biết. Việc sử dụng các hệ xác định này cho nhiều tiện
ích trong việc xác định hàm lƣợng As, đặc biệt là ƣu thế sử dụng lƣợng mẫu nhỏ
nên nó phù hợp với yêu cầu xác định lƣợng vết ở nhiều đối tƣợng khác nhau.
Trong phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu nâng cao ngƣời ta sử dụng một cột trao
đổi anion Hamilton PRP X – 100 đƣợc sử dụng để tách 4 dạng asen với pha động là
dung dịch đệm photphat và kết hợp với một máy hấp thụ nguyên tử hoặc phát xạ
nguyên tử cao tần cảm ứng để xác định lần lƣợt các dạng asen.
Các tác giả Lê lan Anh, Nguyễn Đình Thuật, Bùi Minh Lý, Phạm Đức Thịnh
– Viện Khoa học và Cơng nghệ đã tiến hành phân tích asen trong nƣớc và trầm tích
ven biển bằng kỹ thuật ghép nối sắc ký lỏng hiệu nâng cao và phổ hấp thụ nguyên
tử.
Các tác giả A.J. Bednar, J.R. Garbarino, M.R. Burkhardt, J.F. Ranville,T.R.
Wildeman [22] đã tiến hành xác định hàm lƣợng các dạng As trong mẫu nƣớc tự
nhiên với độ nhạy khá cao (<1ppb) và độ thu hồi tốt khi sử dụng hệ HPLC – ICP –
MS để tách và định lƣợng.
Với các detector quang học, số lƣợng cơng trình phong phú hơn nhiều. Các
tác giả [35] đã xác định thành công 12 dạng As trong mẫu thủy sản ở Hi Lạp với hệ

HPLC – (UV) – HG - AFS sử dụng cột trao đổi ion và hai pha động là piridin – HCl
có pH = 2,65 và đệm photphat pH = 5,6. Tác giả [28] đã tối ƣu hóa quá trình tách
và xác định các dạng As trong một số loài thực vật trên hệ HPLC – HVG – AFS với
pha động là dung dịch NaH 2PO4 và dung môi chiết là hệ nƣớc – metanol (1:2) và
thu đƣợc kết quả là trên 73% lƣợng As đƣợc chiết sau 3 phân đoạn. Kết quả phân
tích các mẫu lá đào theo phƣơng pháp này cho thấy As(V) chiếm lƣợng lớn và
không phát hiện đƣợc As(III) trong các mẫu này. Tác giả [29] phân tích dạng asen
trong mẫu sinh vật biển bằng HPLC – ICP – MS…


Ngồi các cơng trình trên, số lƣợng các nghiên cứu áp dụng các hệ kết hợp
khác nhau đã công bố rất đa dạng. Nhiều nhóm tác giả đã nghiên cứu so sánh khả
năng phát hiện và định lƣợng của các detector khi kết hợp với hệ tách HPLC [21,
26] và nhận thấy mỗi loại có ƣu thế xác định các nhóm hợp chất As khác nhau, tuỳ
theo đối tƣợng cụ thể để lựa chọn detecter phù hợp.
Tuy nhiên đối với phƣơng pháp này lại có một nhƣợc điểm rất lớn đó là chi
phí cho phép xác định cao, trang thiết bị hiện đại.
1.4. ỨNG DỤNG CHEMOMETRICS TRONG PHÂN TÍCH DẠNG ASEN
1.4.1. Thuật tốn hồi qui đa biến tuyến tính
MATLAB đƣợc bắt nguồn từ thuật ngữ “Matrix Laboratory” – là phần mềm
nổi tiếng của công ty MathWorks. Đây là một ngôn ngữ hiệu năng cao hỗ trợ đắc
lực cho tính tốn với ma trận số liệu và hiển thị kết quả dạng đồ thị. Matlab đƣợc
điều khiển bằng tập các lệnh, tác động qua bàn phím trên cửa sổ điều khiển. Các câu
lệnh đơn giản, viết sát với các mô tả kĩ thuật nên lập trình trên ngơn ngữ này thực
hiện nhanh, dễ dàng.[7]
Matlab không chỉ cho phép đặt vấn đề tính tốn mà cịn có thể xử lí dữ liệu,
biểu diễn đồ họa một cách mềm dẻo, đơn giản, chính xác trong không gian 2D và
3D bằng cả những hàm sẵn có và các hàm ứng dụng do ngƣời sử dụng tạo lập.
Matlab đã thực sự trở thành công cụ phổ biến đắc lực trong các môi trƣờng làm
việc khác nhau, ứng dụng cho mọi lĩnh vực khác nhau trong khoa học và cuộc sống .

Matlab ban đầu đƣợc phát triển nhằm phục vụ chủ yếu cho việc mô tả các
nghiên cứu kĩ thuật bằng toán học với phần tử cơ bản là ma trận. Trên cơ sở ban
đầu đó, các nhà lập trình đã phát triển phần mềm này để sử dụng cho nhiều
ngành khoa học nhƣ cơ học, vật lí, sinh học, hố học, mơ phỏng, … đối với cả
dữ liệu rời rạc hay liên tục [7].
Với ƣu thế là bộ chƣơng trình phần mềm lớn trong lĩnh vực tốn số và mơ
phỏng, chúng tơi đã lựa chọn phần mềm Matlab để nghiên cứu triển khai những lập
trình hồi qui đa biến nhằm giải quyết bài toán xác định đồng thời các dạng asen.
* Các ứng dụng chính của Matlab[15,18]:


- Thực hiện các tính tốn tốn học bao gồm: ma trận và đại số tuyến tính, đa thức và
nội suy, phân tích số liệu và thống kê, tìm cực trị của hàm một biến hoặc nhiều biến,
tìm nghiệm của phƣơng trình, tính gần đúng tích phân, giải phƣơng trình vi phân.
- Phân tích, khảo sát và hiển thị số liệu: các số liệu đƣợc nhập vào cũng nhƣ xuất ra
dƣới dạng ma trận, giúp ngƣời sử dụng dễ dàng quan sát, phân tích, đánh giá đƣợc
dữ liệu của mình. Đồng thời MATLAB có Toolbox Statistic với những hƣớng dẫn cụ
thể, hỗ trợ cho việc phân tích, khảo sát dựa trên các dữ liệu với các hàm cơ bản có
sẵn.
- Đồ họa 2 chiều và 3 chiều: MATLAB cung cấp rất nhiều các hàm đồ họa, nhờ đó ta
có thể nhanh chóng vẽ đƣợc đồ thị của hàm bất kỳ 1 biến hoặc 2 biến, vẽ đƣợc các
kiểu mặt… Ngoài ra MATLAB còn vẽ rất tốt các đối tƣợng 3 chiều phức tạp nhƣ
hình trụ, hình cầu, hình xuyến,..và cung cấp khả năng xử lý ảnh và hoạt hình.
- Mơ hình, mơ phỏng các hệ thống kĩ thuật, vật lý trên cơ sở sơ đồ cấu trúc dạng
khối, sau khi đã thiết lập các thông số cần thiết phù hợp với yêu cầu, ngƣời sử dụng
chỉ việc khởi động chƣơng trình MATLAB và xử lý dữ liệu qua mơ hình đã thiết lập
đƣợc.
- Phát triển thuật tốn: ngồi các câu lệnh đƣợc viết sẵn trong thƣ viện trợ giúp
Toolbox, phần mềm đƣợc thiết kế để hỗ trợ ngƣời sử dụng có thể lập trình chƣơng

trình riêng của mình giống nhƣ trong các phần mềm khác: Pascal, Visual basic…
- Xây dựng giao diện ngƣời dùng: với MATLAB 7 ngƣời dùng có thể dễ dàng xây
dựng giao diện gồm các thực đơn, nút lệnh, hộp thoại, hộp chọn,...mà không cần
phải viết mã nhƣ các phiên bản trƣớc đây.
Một mảng lớn trong Chemometrics gắn liền với toán học và tin học là hồi qui
đa biến – kỹ thuật đa biến đƣợc dùng rộng rãi trong phịng thí nghiệm hố học giúp
giải quyết các bài toán xác định đồng thời nhiều cấu tử cùng có mặt trong hỗn hợp
mà khơng cần tách loại trƣớc. Về nguyên tắc, chỉ cần xây dựng dãy dung dịch chuẩn
có mặt tất cả các cấu tử cần xác định với nồng độ biết trƣớc trong hỗn hợp (các biến
độc lập x), đo tín hiệu phân tích của các dung dịch này dƣới dạng một hay nhiều
biến phụ thuộc y và thiết lập mơ hình tốn học mơ tả quan hệ giữa hàm y (tín hiệu
đo) và các biến độc lập x (nồng độ các chất trong hỗn hợp). Dựa trên mơ hình


này có thể tìm đƣợc nồng độ của các cấu tử trong cùng dung dịch định phân khi có
tín hiệu phân tích của dung dịch đó [7,20].
Nếu các cấu tử có mặt trong hỗn hợp cho tín hiệu đo có tính chất cộng tính
thì có thể sử dụng phƣơng pháp hồi qui đa biến tuyến tính thơng thƣờng nhƣ
phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu thơng thƣờng hoặc hiệu quả hơn nhƣ bình
phƣơng tối thiểu từng phần, phƣơng pháp hồi qui cấu tử chính, …. Nhƣng nếu trong
hỗn hợp, các cấu tử có sự tƣơng tác lẫn nhau làm mất tính chất cộng tính ở tín hiệu
đo thì phải sử dụng mơ hình hồi qui đa biến phi tuyến tính mà phổ biến là các
phƣơng pháp kết hợp với mạng nơron nhân tạo [30].
Tùy thuộc vào đặc điểm của hàm phụ thuộc, có thể chia các phƣơng pháp hồi
qui đa biến tuyến tính thành 2 nhóm chính: Các phƣơng pháp hồi qui đa biến tuyến
tính sử dụng phổ tồn phần nhƣ phƣơng pháp CLS, PLS, ... và phƣơng pháp sử
dụng dữ liệu phổ riêng phần nhƣ ILS. Trong luận văn này, tín hiệu của các dung
dịch chứa các dạng As đƣợc đo ở 5 điểm rời rạc nên chúng tôi chọn sử dụng
phƣơng pháp hồi qui trên phổ riêng phần PCR [7,20,30].
Phương pháp hồi qui cấu tử chính (Principal component regression - PCR)[7,15]

Hồi qui đa biến, trong trƣờng hợp các biến có tƣơng quan, là vấn đề gây
nhiều khó khăn khi giải các bài toán phức tạp trong một số ngành nhƣ: Vật lý, hóa
học, các ngành khoa học tự động và thiết kế cơng trình,...
Để giải quyết bày tốn này, các nhà khoa học thƣờng sử dụng phƣơng pháp
hồi qui cấu tử chính (PCR). PCR là phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu nghịch đảo
trên tập dữ liệu mới thu đƣợc trong phép chiếu tập dữ liệu lên các vectơ đơn vị của
không gian mới (PC – principal components) [7]
Nhƣ vậy, PCR gồm 2 q trình: Phân tích cấu tử chính chuyển sang tập dữ
liệu mới, chứa một số ít các yếu tố quan trọng, cần thiết. Sau đó sử dụng phƣơng
pháp bình phƣơng tối thiểu nghịch đảo (ILS) để phân tích tập dữ liệu mới này.
Các bƣớc chính của PCR bao gồm:
1. Xử lý ban đầu (không bắt buộc)
Nội dung chính của bƣớc này là chuẩn hóa tập số liệu.


2. Các xử lý cần thiết:
Với một tập số liệu đã chuẩn hóa hoặc chƣa chuẩn hóa, trƣớc khi sử dụng
đều cần bƣớc bình phƣơng tồn tập dữ liệu - đây là yêu cầu bắt buộc đối với hầu hết
các hàm tính vectơ riêng.
D = AT . A
Trong đó A là ma trận số liệu biểu diễn độ hấp thụ quang theo các thời điểm
đo của các dung dịch chuẩn và AT là ma trận chuyển vị của ma trận A.
3. Xác định các vectơ riêng hay các PC:
Có thể tính tốn các vectơ riêng của tập số liệu bằng nhiều hàm tốn học
khác nhau. Có 3 hàm chính, thƣờng sử dụng là hàm NIPALS (hàm phi tuyến lặp sử
dụng kĩ thuật bình phƣơng tối thiểu riêng phần), hàm SVD (hàm phân tách các giá
trị riêng) và hàm Princomp (hàm tính các cấu tử chính). Cần lƣu ý rằng, tất cả các
hàm này đều tính tốn và đƣa ra tất cả các cấu tử nhƣng thƣờng không sử dụng tất
cả mà chỉ sử dụng N cấu tử đầu đủ để xác định không gian mới [20].
NIPALS là hàm lặp thƣờng sử dụng cho các tập số liệu kích thƣớc lớn hoặc

có độ đa cộng tuyến cao. Với tập số liệu có kích thƣớc nhỏ, q trình tính lặp trong
hàm NIPALS sẽ làm khuếch đại sai số của tập số liệu nên thông thƣờng ngƣời ta
không sử dụng hàm này để tính các PC.
SVD là hàm tính PC sử dụng phƣơng pháp tách tập số liệu ban đầu thành các
nhân tố. Các vectơ riêng và trị riêng của ma trận dữ liệu đều là những tập con riêng
của các nhân tố trong SVD. Hàm SVD sử dụng hình thức chéo hóa cho phép khống
chế thang đo một cách hợp lí nên giảm thiểu đƣợc sai số do làm trịn. Vì vậy hàm
này sử dụng đƣợc với các kiểu tập số liệu rộng rãi hơn hàm NIPALS.
Princomp là hàm tính tốn trực tiếp các cấu tử chính (PC) có vai trị tƣơng
đƣơng các vectơ riêng. Tuy nhiên, so với hàm SVD thì việc sử dụng hàm Princomp
với tập số liệu lớn có ƣu điểm là phƣơng sai tập trung không cao nên vị trí các PC
sẽ chênh lệch khơng q lớn, do đó sai số trong q trình làm trịn số và chuyển hóa
tập số liệu sẽ nhỏ hơn.


Các hàm toán học trên đều đƣa ra một ma trận cột chứa các vectơ riêng - Vc là ma trận trong đó mỗi cột là một vectơ hay nhân tố mới - PC - của ma trận dữ liệu
và số hàng ma trận là số thời điểm đo. Mỗi nhân tố hay vectơ này lại là tổ hợp bậc
nhất của các điểm phổ ban đầu, phần đóng góp của các điểm này vào mỗi vectơ là
khác nhau tùy thuộc vào giá trị hàm phụ thuộc tại điểm đó. Những điểm có giá trị
đóng góp lớn vào các PC chứa phƣơng sai lớn sẽ là những điểm đo có ảnh hƣởng
quyết định tới kết quả tính ma trận hệ số hồi qui và kết quả hồi qui sau đó. Ma trận kết
quả thứ hai cũng rất quan trọng là ma trận phƣơng sai của các PC: đó là dạng ma trận
chéo đối với hàm SVD, là một vectơ cột đối với hàm NIPALS và hàm Princomp.
4. Lựa chọn các vectơ có nghĩa
Đây là bƣớc có ảnh hƣởng đặc biệt quan trọng đến bƣớc xử lý tiếp theo. Nếu
giữ lại nhiều vectơ hơn số cần dùng thì những vectơ đó sẽ chứa cả tín hiệu nhiễu và
nhƣ vậy, kết quả hồi qui sẽ mắc phải sai số. Nếu giữ lại không đủ số vecto cần thiết
sẽ làm mất đi thông tin có ích từ tập dữ liệu, điều này cũng sẽ gây nên sai lệch giữa
mơ hình hồi qui thu đƣợc và mơ hình thực. Vì vậy, việc đánh giá và lựa chọn các
vectơ có nghĩa là rất quan trọng. Dƣới đây là một số phƣơng pháp phổ biến để xác

định số PC có nghĩa [7,15]:
∗

Dùng các hàm chỉ thị: Có rất nhiều hàm chỉ thị khác nhau nhƣ CPV (tính phần trăm
phƣơng sai tích lũy), hàm IEF, ...

∗

Tính tốn PRESS (tổng bình phƣơng sai số dự đốn) để đánh giá thông tin từ dữ
liệu.

∗

Phƣơng pháp đánh giá chéo

∗

Phƣơng pháp đánh giá Xu – Kailath

∗

Đánh giá theo tiêu chuẩn Akaike

∗

Tính phƣơng sai của sai số tái lập VRE
Các phƣơng pháp này đều có những ƣu điểm riêng khi sử dụng và kết quả
đánh giá tƣơng đối thống nhất với nhau. Phƣơng pháp đƣợc sử dụng rộng rãi để lựa

chọn các PC có nghĩa khi các PC này đƣợc tính bằng hàm SVD hay Princomp là
phƣơng pháp tính và đánh giá qua phần trăm phƣơng sai tích lũy của các PC đó.
Cách tính này đơn giản hơn và các hàm tính PC trên đã cho sẵn dữ liệu để có thể
đánh giá nhanh.
5. Tính tốn lại
Sau khi loại bỏ các vectơ riêng khơng có nghĩa, chúng ta cũng loại đƣợc tín
hiệu nhiễu của dữ liệu gốc và cần tính lại dữ liệu sau khi loại bỏ sai số. Nhƣ vậy, khi
tính tốn ở hệ tọa độ mới ta đã loại bỏ đƣợc tín hiệu nhiễu trong tập dữ liệu ban đầu.
6. Xây dựng đƣờng chuẩn
Khi xây dựng đƣờng chuẩn PCR theo phƣơng pháp ILS, điểm khác biệt duy
nhất là tập số liệu sử dụng.
Các bƣớc tiến hành bao gồm:
+

Xác định phép chiếu trong hệ tọa độ mới:
Aj = A . Vc

Trong đó:
Aj: Ma trận số liệu ở hệ tọa độ mới
A: Ma trận gốc
Vc: Ma trận các vectơ riêng có nghĩa
+

Thay thế A bằng Aj trong phƣơng trình hồi quy
C = Aj . F , trong đó F đƣợc tính theo cơng thức:
F = (AjT . Aj)-1 . AjT . C

Nồng độ chất phân tích trong mẫu chƣa biết đƣợc tính theo cơng
thức: Cx = Ax . Vc . F
= Ax . Fcal

với Fcal = Vc . F đóng vai trị tƣơng tự ma trận P trong phƣơng trình của ILS
Ưu điểm của phương pháp PCR:
- Hội tụ đầy đủ các ƣu điểm của phƣơng pháp ILS đồng thời khắc phục đƣợc các
nhƣợc điểm của phƣơng pháp ILS do tiến hành tính tốn trên tồn phổ.
- Phƣơng pháp này cho phép loại bỏ sai số nhiễu phổ và sai số ngẫu nhiên trong quá
trình đo khi lựa chọn đƣợc số PC phù hợp.
Đối với trƣờng hợp sử dụng phổ toàn phần, khi dùng các phƣơng pháp khác
nhƣ CLS, kết quả tính cuối cùng là kết quả tính trung bình trên tồn phổ nên kém
chính xác hơn trƣờng hợp dùng phổ chọn lọc. Khi sử dụng mơ hình PCR, tuy kết
quả vẫn tính trên tất cả các điểm nhƣng đóng góp của các điểm đo sẽ khác nhau tùy
theo lƣợng đóng góp của từng điểm này vào các PC đƣợc chọn mà lƣợng đóng góp
này lại đƣợc phân tích dựa trên tín hiệu đo tại từng điểm của các mẫu chuẩn. Do có
sự phân biệt và chọn lọc trong đánh giá mỗi điểm đo nên kết quả thu đƣợc sẽ chính
xác hơn phƣơng pháp tính trung bình trên tồn phổ ở các phƣơng pháp phổ tồn
phần khác.
1.4.2. Phân tích các dạng As bằng phương pháp HVG – AAS sử dụng
Chemometrics
Dựa trên những ƣu điểm nổi bật của việc sử dụng Chemometrics nhiều tác
giả đã có những ứng dụng Chemometrics vào phân tích các hỗn hợp có nhiều cấu tử
trong đó có phân tích dạng As.
Một số tác giả đã phát triển một phƣơng pháp xác định đồng thời 4 dạng As
là As(III) vô cơ, As(V) vô cơ, DMA(V) và MMA(V) bằng phổ hấp thụ nguyên tử
sử dụng kĩ thuật bình phƣơng tối thiểu nghịch đảo để xây dựng đƣờng chuẩn đa
biến. Sau khi khử các dạng asen bằng NaBH4 đo tín hiệu các dạng As này tại 6 môi
trƣờng phản ứng là môi trƣờng HCl 6M, 1M, 0,5M, axit axetic 1M, môi trƣờng
đệm citric/citrat có pH = 2 và 4 rồi dựng đƣờng chuẩn đa biến theo phƣơng pháp
ILS để kiểm tra các mẫu chuẩn và nhận thấy phƣơng pháp xác định này có hiệu
suất thu hồi tƣơng đối cao, hồn tồn phù hợp để ứng dụng định lƣợng mẫu thực

tế. Giới