Luận văn Nghiên cứu xác định Se, As trong mẫu máu và nước bằng phương pháp hấp thu nguyên tử sử dụng kỹ thuật hydrua hóa

Nuoc.com.vn Page 1 Mục lục Mục lục ................................................................ ................................ ................. 1 Mở đầu................................................................ ................................ .................. 4 Chương I: Tổng quan tài liệu ................................................................ ..................... 5 1.1. Giới thiệu một số đặc điểm của asen, selen ......................................................... 5 1.1.1. Asen ................................................................ ................................ ...... 6 1.1.1.1. Tính chất lí học của asen [8, 34] ............................................................ 6 1.1.1.2. Tính chất hoá học của asen và các hợp chất của asen [ 8, 34] ...................... 6 1.1.1.3. Các dạng tồn tại và sự chuyển hoá của asen trong môi trường [6, 12, 29, 34] .. 8 1.1.1.4. Độc tính và cơ chế gây độc của asen [34] .............................................. 10 1.1.2. Se ................................................................ ................................ ........ 12 1.1.2.1. Tính chất lí học của Se [9] ................................................................ .. 12 1.1.2.2. Tính chất hoá học của Se [9] ............................................................... 12 1.1.2.3. Các dạng tồn tại và sự chuyển hoá của selen trong môi trường [10, 14] ...... 14 1.1.2.4. Độc tính của selen và tầm quan trọng của selen đối với cơ thể sống [14, 11, 33, 40] ................................................................ ................................ ........... 15 1.2. Các phương pháp xác đinh hàm lượng asen, selen .............................................. 18 1.2.1. Các phương pháp phân tích cổ điển ............................................................ 18 1.2.1.1. Phương pháp phân tích khối lượng [4] .................................................. 18 1.2.1.2. Phương pháp phân tích thể tích [5g,4] ................................................... 19 1.2.2. Các phương pháp phân tích công cụ ........................................................... 20 1.2.2.1. Phương pháp phân tích trắc quang [12, 16, 17] ....................................... 20 1.2.2.2. Phương pháp điện hoá [18, 25, 34] ....................................................... 22 1.2.3. Các phương pháp phân tích vật lí ............................................................... 23 1.2.3.1. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử [25, 26, 29, 35] ............................... 23 1.2.3.2. Phương pháp sắc kí [19, 34] ............................................................... 24 Nuoc.com.vn Page 2 1.2.3.3. Phương pháp kích hoạt nơtron [14,23, 34] ............................................. 24 1.2.3.4. Phương pháp phổ khối [36] ................................................................ 25 1.2.3.5. Phương pháp huỳnh quang Rơnghen [24] .............................................. 25 1.2.3.6. Phương pháp động học xúc tác [20] ..................................................... 26 1.2.3.7. Phương pháp điện di mao quản vùng [22] .............................................. 26 1.2.3.8. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử [21,23, 34, 41, 42] .................. 26 Chương II: Nội dung và phương pháp nghiên cứu ........................................................ 32 2.1. Nội dung ................................................................ ................................ .... 32 2.2. Giới thiệu chung về phương pháp hấp thụ nguyên tử kĩ thuật hidrua hoá ................. 33 2.2.1. Nguyên lý của phương pháp ................................................................ ..... 33 2.2.2. Phép định lượng của phương pháp ............................................................. 35 2.3. Đánh giá các kết quả phân tích [10, 13, 39] ....................................................... 37 2.3.1. Giới hạn phát hiện (GHPH hay LOD) và giới hạn định lượng (GHĐL hay LOQ) 37 2.3.2. Đánh giá kết quả phân tích ................................................................ .......... 38 Để đánh giá kết quả đã khảo sát, chúng tôi sẽ vận dụng các phương pháp toán thống kê với một số nội dung sau: ................................................................ .................. 38 * Xác định độ lặp lại của kết quả đã phân tích ...................................................... 39 * Độ chính xác của kết quả phân tích ................................................................ .. 39 * Xác định khoảng tin cậy của kết quả phân tích ................................................... 40 2.4. Trang thiết bị nghiên cứu ................................................................ ............... 40 2.4.1. Trang thiết bị chính................................................................ ................. 40 2.4.2. Trang thiết bị phụ trợ. ................................................................ ............. 41 2.5. Dụng cụ và hoá chất thí nghiệm ................................................................ ...... 41 2.5.1. Các dụng cụ thí nghiệm chính ................................................................ ... 41 2.5.2. Các hoá chất chính ................................................................ ................. 41 Chương 3: Kết quả thí nghiệm và bàn luận ................................................................ . 43 Nuoc.com.vn Page 3 3.1. Khảo sát các điều kiện thí nghiệm trên máy AAS 6800 (Shimadzu) ....................... 43 3.1.1. Chọn bước sóng thích hợp. ................................................................ ....... 44 3.1.2. Lựa chọn độ rỗng của khe sáng ................................................................ . 44 3.1.3. Khảo sát dòng đèn catot rỗng ................................................................ .... 44 3.1.4. Khảo sát chiều cao ngọn lửa đèn nguyên tử hoá. ........................................... 45 3.1.5. Khảo sát tốc độ cung cấp khí C2H2 – KK ..................................................... 45 3.2. Khảo sát chọn các điều kiện tạo hợp chất hidrua của Se và As ............................... 46 3.2.1. Khảo sát tỉ lệ các chất tham gia tại buồng phản ứng ...................................... 47 3.2.2. Khảo sát chọn tốc độ khí mang ................................................................ . 48 3.2.3. Khảo sát nồng độ NaBH4 và HCl ............................................................... 49 3.2.3.1. ảnh hưởng của nồng độ NaBH4 đến phổ hấp thụ nguyên tử của As, Se ........ 49 3.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ của HCl đến độ hấp thụ của As, Se .......... 51 3.2.4. Khảo sát điều kiện khử As (V) về As (III) ................................................... 52 3.2.4.1. Khảo sát nồng độ KI cho sự khử .......................................................... 52 3.2.4.2. Khảo sát thời gian và nhiệt độ khử ....................................................... 53 3.2.5. Khảo sát điều kiện khử Se (VI) về Se (IV) .................................................. 54 3.2.5.1. Khảo sát nồng độ HCl cho sự khử ........................................................ 54 3.2.5.2. Khảo sát thời gian khử ................................................................ ....... 55 3.3. Xây dựng đường chuẩn ................................................................ ................. 56 3.3.1. Xây dựng đường chuẩn của As................................................................ .. 56 3.3.2. Xây dựng đường chuẩn Se ................................................................ ....... 57 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của các nguyên tố trong dung dịch ....................................... 58 3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của một số nguyên tố trong phép đo As ........................... 58 3.4.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của Se lên As ....................................................... 59 3.4.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của Fe ................................................................ . 59 3.4.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của Cu ................................................................ 60 3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của một số nguyên tố trong phép đo Se ........................... 61 Nuoc.com.vn Page 4 3.4.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của As lên Se ....................................................... 61 3.4.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của Fe ................................................................ . 62 3.4.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của Cu ................................................................ 62 3.5. Tiến hành phân tích mẫu thêm chuẩn ............................................................... 63 3.5.1. Các điều kiện phân tích mẫu thật ............................................................... 63 3.5.2. Lấy mẫu và bảo quản mẫu ................................................................ ........ 64 3.5.2.1. Mẫu máu ................................................................ ........................ 64 3.5.2.2. Mẫu nước tiểu ................................................................ .................. 64 3.5.3. Xử lí mẫu ................................................................ ............................. 65 3.6. Đánh giá phương pháp ................................................................ .................. 68 3.6.1. Tính toán GHPH và GHĐL ................................................................ ...... 68 3.6.2. Sai số và độ lặp lại của phương pháp .......................................................... 69 3.7. Phân tích mẫu thực ................................................................ ....................... 72 Kết luận................................................................ ................................ ............... 76 Tài liệu tham khảo ................................................................ ................................ . 76 MỞ ĐẦU Nuoc.com.vn Page 5 Trong cơ thể người, Selen (Se) và Asen (As) được xếp vào loại các nguyên tố vi lượng. Chúng có thể thâm nhập vào cơ thể qua đường thức ăn, ngoài ra còn một lượng nhỏ qua nước uống và không khí. Để có thể có thể chẩn đoán và điều trị các bệnh có liên quan đến As, Se, có rất nhiều phương pháp được sử dụng để xác định Se và As, phương pháp AAS và AES thì độ nhạy chưa cao, chưa đáp ứng được yêu cầu phân tích lượng vết. Trong số các phương pháp phân tích như Phương pháp sắc kí, Huỳnh quang Rơnghen, động học xúc tác, Kích hoạt nơtron ...thì phương pháp hấp thụ nguyên tử sử dụng kĩ thuật hidrua hoá (HG-AAS) là ưu việt hơn cả. HG-AAS là phương pháp có độ nhạy cao, kết quả phân tích ổn định, và loại trừ được nhiễu của matrix vốn thường rất phức tạp của mẫu, mặt khác phương pháp này rất phù hợp cho việc phân tích hàng loạt mẫu. Kĩ thuật hidrua hoá đã có mặt ở các phòng thí nghiệm trên thế giới từ những năm 1970, đã có nhiều công trình nghiên cứu và sử dụng rất thành công kĩ thuật này phục vụ cho nghiên cứu trong một số lĩnh vực như môi trường, địa chất, y tế, ... Tuy nhiên ở Việt Nam, kĩ thuật hidrua hoá nói chung và phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kĩ thuật hidrua hoá nói riêng còn chưa được phổ biến rộng rãi, đặc biệt là phân tích các mẫu sinh học. Do đó chúng tôi chọn bản luận văn này là “Nghiên cứu xác định Se, As trong mẫu máu và nước tiểu bằng phương pháp hấp thụ nguyên tử sử dụng kĩ thuật hidrua hoá” CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Giới thiệu một số đặc điểm của asen, selen Nuoc.com.vn Page 6 1.1.1. Asen 1.1.1.1. Tính chất lí học của asen [8, 34] Về tính chất lí 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. Sau đây là một số thông số vật lí của asen: tỉ trọng: 5,7g/cm3, độ dẫn điện: 30.cm, bán kính nguyên tử: 1,21A0, năng lượng ion hoá thứ nhất: 9,81 eV, nhiệt độ nóng chảy là 8170C, nhiệt độ ba y hơi của asen là 6150C, khi gặp lạnh nó ngưng lại thành tinh thể tà phương, hơi asen có mùi tỏi rất độc. Asen là một chất bán dẫn, dễ nghiền thành bột. Người ta có thể tạo hợp chất bán dẫn của asen như GaAs, có tính chất bán dẫn như silic và gecmani. 1.1.1.2. Tính chất hoá học của asen và các hợp chất của asen [ 8, 34] Asen là nguyên tố bán kim loại, có tính chất hoá 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 obital d vì vậy có khả năng mở rộng vỏ hoá trị, trong các hợp chất asen có 3 giá trị số oxi hoá: -3, +3, +5. Số oxi hoá -3 rất đặc trưng cho asen. Khi đun nóng trong không khí asen cháy tạo thành oxit, ngọn lửa màu xanh là của As2O3. Về tính chất điện thế, asen đứng giữa hidro và đồng nên nó không tác dụng với các axit không có tính oxi hoá, nhưng dễ dàng phản ứng với các axit HNO3, H2SO4 đặc… 3 As + 5 HNO3 + 2 H2O  3 H3AsO4 + 5 NO Khi phản ứng với các halogen, các halogenua asen được tạo ra, hợp chất này trong môi trường nước dễ bị thuỷ phân tạo axit tương ứng Nuoc.com.vn Page 7 2As + 5 Cl2 +8 H2O  2 H3AsO4 + 10HCl [41] Các hợp chất của As3+ rất phổ biến như As2S3, H3AsO3, AsCl3, As2O3… chúng đều tan tốt trong axit HNO3 đặc nóng, NaOH, NH4OH, (NH4)2S và (NH4)2CO3 . As2S3 + 8 HNO3 + 4 H2O  2 H3AsO4 +3 H2SO4 + 8 NO hay As2S3 + (NH4)2S  (NH4)3AsS3 Khi cho khí H2S qua dung dịch AsCl3 có kết tủa màu vàng tươi, đó là As2S3. Asen không tạo pentaclorua mà chỉ có triclorua asen, đây là một hợp chất quan trọng của asen, AsCl3 dễ bay hơi, dễ bị thuỷ phân trong môi trường nước. AsCl3 + 3 H2O  2 H3AsO3 + 3HCl Khi khử H3AsO3 ta thu được khí asin: H3AsO3 + 3 Zn + 6 HCl  3 ZnCl2 + AsH3 + 3 H2O H3AsO3 thể hiện tính chất như một axit khi tác dụng với muối tạo thành muối mới và axit mới. H3AsO3 + CuSO4  CuHAsO3 + H2SO4 CuHAsO3 có kết tủa màu vàng lục trong môi trường kiềm nó tan trong dung dịch màu xanh. CuHAsO3 + NaOH  CuNaAsO3 + H20 Một số hợp chất quan trọng của As5+ như As2S5, H3AsO4, Ag3AsO4,… Trong đó As2S5 không tan trong nước và axit HCl, chỉ tan trong NaOH, HNO3, NH4OH, vì vậy dựa vào tính chất này có thể xác định asen bằng phương pháp phổ khối lượng. Nuoc.com.vn Page 8 As2S5+ (NH4)2S  (NH4)3AsS4 Khi cho axit asenic tác dụng với molipdat amoni trong môi trường axit HNO3 cho kết tủa màu vàng, muối này được dùng để định tính và định lượng asen. H3AsO4 +12 (NH4)2MoO4 + 21 HNO3 (NH4)3 H4[As(Mo2O7)6] + 21NH4NO3+ 10H2O Trong hợp chất này As5+ có vai trò như P5+, nó làm ion trung tâm điển hình tạo phức dị đa axit, và phức này cũng có thể khử về phức dị đa màu xanh. Trong hợp chất AsH3, asen thể hiện tính oxy hoá -3, liên kết trong asin là liên kết cộng hoá trị, đây cũng là đặc điểm do cấu hình điện tử của asen. AsH3 thể hiện tính khử mạnh ví dụ như khi tác dụng với H2SO4 loãng: 2AsH3 + 6H2SO4  6SO2 + As2O3 + 9H2O hay khi tác dụng với I2: AsH3 + 4I2 + 4H2O  H3AsO4 +8HI 1.1.1.3. Các dạng tồn tại và sự chuyển hoá của asen trong môi trường [6, 12, 29, 34] Asen là một nguyên tố tồn tại khá phổ biến trong tự nhiên, nó đứng thứ 20 và chiếm khoảng 1.10-4% tổng nguyên tố trong vỏ trái đất. Hàm lượng trung bình của asen trong vỏ trái đất là 1,8 ppm; trong đất nó có hàm lượng từ khoảng 5,5 đến 13 ppm, trong stream nhỏ hơn 2ng/ml; trong nước ngầm nhỏ hơn 100ng/ml. Asen phân bố chủ yếu trong các quặng sunfua như pyrit có thể lên đến hàng trăm mg/kg, hàm lượng cao của asen có thể tìm thấy trong than đá lên đên 1500 mg/kg, ngoài ra còn trong các khoáng vật như: asenua đồng, niken, sắt,… Trong tự nhiên asen tồn tại ở cả dạng vô cơ và hữu cơ. Nuoc.com.vn Page 9 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 khoáng 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), ocpimen (As2S3), asopyrit (FeAsS)… Asen còn kết hợp các nguyên tố khác thay thế lưu huỳnh trong các hợp chất như: Lơlingit (FeAs2), Smartina (As2Co). Các loại hợp chất này thường được tạo thành ở nhiệt độ thấp. Asen thường di chuyển trong đất, trong trầm tích, trong thực động vật và trong các vùng có hoạt động sinh học trong đại dương. Trong nước asen thường tồn tại chủ yếu dưới các dạng asenit, asenat, monometylasonic axit, hay dimetylasinic axit… nhưng có hàm lượng rất thấp, chủ yếu asen bị thuỷ phân lắng xuống bùn. Môi trường nước có tính oxi hoá, As 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g/l, tuy nhiên có thể cao hơn do ảnh hưởng của chất thải công nghiệp, thuốc diệt cỏ… Sự metyl hoá asen vô cơ sang metyl và dimetyl asenic là được tạo bởi các hoạt động của các vi sinh vật trong nước. Một vài sinh vật biển có khả năng chuyển asen vô cơ sang hợp chât asen hữu cơ phức tạp, chẳng hạn như arsenobetaine, arsenocholine, arsoniumphospholiphid. Metylasin được chuyển hóa vào không khí từ việc xử lí các loại hợp chất của asen. Dimetylasin và trimetylasin được phát hiện trong các khu vực có sử dụng các hợp chất metylasen. Tổng lượng asen trong các nhà kính lớn hơn rất nhiều khu vực không khí bên ngoài và các dạng metylasen tồn tại nhiều hơn các dạng vô cơ. Nuoc.com.vn Page 10 Từ các mỏ tập trung, asen bị phong hoá cùng các kim loại khác và sau đó đựơc vận chuyển đi phân tán trong môi trường. Một phần lớn asenat được kết tủa trở lại hoặc hấp phụ trên các hạt kiểu phù sa và được các dòng sông, suối mang từ trên núi xuống bồi đắp các đồng bằng châu thổ của các con sông. Cùng với nhôm, sắt và các kim loại khác và khoảng 6% các vật chất hữu cơ trong trầm tích chứa một lượng đáng kể asen. Trong điều kiện yếm khí (ở trong lòng đất), các vi sinh vật phân huỷ các chất hữu cơ nói trên, tạo ra môi trường khử CO2. Tiếp đó là quá trình khử, hoà tan sắt và giải phóng asen đã bị hấp phụ trên đó. Đồng thời với quá trình giải phóng asen là quá trình khử As (V) về As (III) và chúng đi vào nước ngầm. Ngoài việc giải phóng asen tự nhiên trên thì con người cũng góp phần vào việc làm nhiễm asen. Việc sử dụng các hoá chất có chứa asen trong nông nghiệp, lâm nghiệp dưới các dạng thuốc trừ sâu, trừ cỏ, thuốc chống nấm, diệt tảo, bảo quản gỗ. Trong công nghiệp luyện kim màu và công nghiệp bán dẫn cũng góp phần làm ô nhiễm asen. 1.1.1.4. Độc tính và cơ chế gây độc của asen [34] Hầu hết các dạng hợp chất asin đều độc. Về đặc điểm sinh học, asen có vai trò quan trọng đối với sinh vật, ở hàm lượng nhỏ asen có khả năng kích thích sự phát triển của sinh vật. Nhưng ở nồng độ cao, asen gây độc cho người, động, thực vật. Nếu bị nhiễm độc cấp tính, asen có thể gây tử vong trong vòng vài giờ đến một ngày. Trong môi trường tiếp xúc thường xuyên với asen ở nồng độ vượt quá độ an toàn nhưng chưa có thể gây độc cấp tính, asen gây nhiễm độc mãn tính và thường biểu hiện ở các triệu trứng lâm sàng như: mệt mỏi, chán ăn, giảm trọng lượng cơ thể, xuất hiện các bệnh về dạ dày, ngoài da (hội chứng đen da, ung thư da), gan bàn chân, rối loạn chức năng gan. Nuoc.com.vn Page 11 Qua các thử nghiệm với động vật, các nhà khoa học đã tìm ra giới hạn gây tử vong với một số loài khác nhau là từ 11-150 mg/kg trọng lượng cơ thể. Đối với người liều gây tử vong là từ 70-180mg/kg trọng lượng cơ thể. Kết quả này đã được rút ra qua những trường hợp bị ngộ độc As và đã tử vong trong các bệnh viện. Asen đi vào cơ thể bằng tất cả các con đường có thể như: hít thở, ăn uống và thẩm thấu qua da. Trong đó, uống nước nhiễm asen là con đường chính để asen xâm nhập vào trong cơ thể. Khi vào trong cơ thể, đặc biệt là các As (III) tấn công nga