TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 18, Số 2 (2021) 1 ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ ION CẢN TRỞ VÀ ĐỘ TIN CẬY CỦA PHƯƠNG PHÁP VON AMPE HÒA TAN ANOT XUNG VI PHÂN DÙNG ĐIỆN CỰC KIM[.]
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 18, Số (2021) ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ ION CẢN TRỞ VÀ ĐỘ TIN CẬY CỦA PHƯƠNG PHÁP VON-AMPE HÒA TAN ANOT XUNG VI PHÂN DÙNG ĐIỆN CỰC KIM CƯƠNG PHA TẠP BO PHỦ MÀNG VÀNG ĐỂ ĐỊNH LƯỢNG ASENIT Lê Thị Kim Dung1,2*, Đặng Văn Khánh3, Hoàng Thái Long2 Trường Đại học Y Dược, Đại học Huế Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Trung tâm Kiểm nghiệm Thuốc, Mỹ phẩm, Thực phẩm Thừa Thiên Huế *Email: ltkdung.cb@huemed-univ.edu.vn Ngày nhận bài: 31/8/2020; ngày hoàn thành phản biện: 30/9/2020; ngày duyệt đăng: 15/4/2021 TÓM TẮT Điện cực kim cương pha tạp bo phủ màng vàng, chế tạo kỹ thuật ex situ kết hợp in situ (AuFE/BDD ex-in situ) dùng với phương pháp von-ampe hòa tan anot xung vi phân để xác định vết As(III) dung dịch chứa HCl 0,7 M, axit ascorbic 0,3 mM Au(III) mg/L Ảnh hưởng cản trở số ion thường gặp nước đất số ion khác đến dòng đỉnh hòa tan asen khảo sát, bao gồm Fe3+, Fe2+, Ca2+, HCO3-, SO42-, Cu2+ As(V) Khi sử dụng AuFE/BDD ex-in situ, điện phân làm giàu -200 mV, thời gian điện phân làm giàu 90 s thơng số thích hợp khác, phương pháp có giới hạn phát thấp (0,1 µg/L), độ lặp lại tốt (RSD = 5,8 %, n = 20, As(III) µg/L), khoảng tuyến tính rộng (0,4−80 g/L) Từ khóa: asen, asenit, điện cực kim cương pha tạp bo, màng vàng, von-ampe hòa tan anot MỞ ĐẦU Phơi nhiễm với asen nước ăn uống gây hại lâu dài cho sức khỏe người Độc tính dạng asen nước tự nhiên xếp theo thứ tự: AsH3 > As(III) > As(V) > CH3AsO(OH)2 (MMA) > (CH3)2AsOOH (DMA) As(III) độc khoảng 50 lần so với As(V) hàng trăm lần so với MMA hay DMA [7] Do asen có độc tính cao người, giới hạn nồng độ tối đa asen nước uống 10 µg/L theo quy định Tổ chức Y tế Thế giới [15] Hiện nay, có nhiều cơng trình nghiên cứu áp dụng phương pháp von-ampe hòa tan anot(ASV) để xác định Ảnh hưởng số ion cản trở độ tin cậy phương pháp von-ampe hòa tan anot … dạng asen vô nước So sánh với phương pháp khác thường sử dụng (như quang phổ hấp thụ nguyên tử; sắc ký lỏng hiệu cao kết hợp khối phổ - cặp cảm ứng plasma ) phương pháp ASV có ưu điểm phân tích asen với độ nhạy, giới hạn phát tương đương với phương pháp phổ sắc ký, có quy trình phân tích đơn giản, khơng phải làm giàu mẫu, chi phí phân tích thấp, sử dụng thiết bị rẻ tiền thiết bị phân tích phổ, sắc ký; kết hợp với thiết bị điện hóa cầm tay để phân tích trường Vì vậy, phương pháp von-ampe hịa tan thích hợp để áp dụng cho phịng thí nghiệm Việt Nam Vàng xem vật liệu tốt để chế tạo điện cực để định lượng asen phương pháp ASV, kim loại tạo hợp chất liên kim loại (intermetallic compound) với asen có cơng thức chung AuxAsy (x = 1-3 y = 2-6) [14] làm tăng hiệu q trình điện phân tăng độ nhạy việc định lượng asen Kim cương pha tạp bo loại vật liệu cacbon sử dụng để chế tạo điện cực với ưu điểm vượt trội như: trơ mặt hóa học, bền học, dịng thấp, cửa sổ làm việc rộng,…[9] Nghiên cứu này, trình bày kết khảo sát ảnh hưởng số ion cản trở thường có mặt nước đất đánh giá độ tin cậy phương pháp von-ampe hòa tan anot xung vi phân (DP-ASV) để xác định asen(III), dùng điện cực màng vàng điện cực kim cương pha tạp bo (AuFE/BDD) chế tạo kỹ thuật tạo màng ex situ ex situ kết hợp in situ THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất dụng cụ Các dung dịch chuẩn As(III) chuẩn bị từ dung dịch chuẩn gốc As(III) 1000 mg/L pha từ As2O3 tinh thể (EQP Panreac, Tây Ban Nha) Dung dịch axit ascorbic chuẩn bị từ axit ascorbic tinh thể (tinh khiết phân tích, Merck) Các loại thuốc thử khác pha chế từ hóa chất tinh khiết dùng cho phân tích (Merck) Dùng nước cất khử ion (gọi tắt nước cất) để pha chế hóa chất Các thí nghiệm tiến hành thiết bị 797 VA Computrace (Metrohm) với hệ điện cực: điện cực kim cương pha tạp bo (D-328-SA, Windsor Scientific Ltd., Anh) phủ vàng; điện cực so sánh: Ag/AgCl/KCl 3M điện cực phụ trợ Pt 2.2 Tiến hành − Hoạt hóa điện cực kim cương pha tạp bo (BDD): Điện cực BDD rửa nước cất hoạt hóa HCl M cách quét vòng từ -1,5 V đến +1,5 V, tốc độ quét 20 mV/s, sau giữ +1,5 V phút Lấy BDD khỏi bình điện phân, rửa cẩn thận nước cất lần − Chuẩn bị điện cực BDD phủ màng vàng kỹ thuật ex situ (AuFE/BDD ex situ): lắp điện cực BDD làm vào máy phân tích điện hóa, tiến hành điện phân tạo TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 18, Số (2021) màng dung dịch Au(III) mM chứa HCl M -100 mV 120 s Trong trình điện phân khơng quay điện cực Kết thúc q trình điện phân tạo màng vàng, tiến hành làm điện cực +500 mV 30 s Điện cực AuFE/BDD thu có màu vàng sáng bóng Lấy điện cực khỏi dung dịch điện phân, tia rửa cẩn thận nước cất AuFE/BDD chuẩn bị trước thí nghiệm, khơng để bề mặt điện cực khơ khơng khí Sau kết thúc loạt phép đo AuFE/BDD, ta lấy điện cực khỏi máy điện hóa dùng bơng cotton mềm để lau lớp vàng bề mặt điện cực, lặp lại trình chuẩn bị − Điện cực BDD phủ màng vàng kỹ thuật ex situ kết hợp in situ (AuFE/BDD exin situ): Giữa lần đo liên tiếp điện cực AuFE/BDD ex situ, vi cấu trúc màng vàng điện cực bị biến đổi, làm giảm độ lặp lại kết ghi dòng đỉnh hòa tan (Ip) Để khắc phục tượng này, lượng nhỏ Au(III) thêm vào dung dịch phân tích, sau phép đo, giai đoạn điện phân làm giàu Edep = –200 mV, phần nhỏ Au kim loại tích tụ làm bề mặt AuFE/BDD ex situ Kiểu điện cực làm việc tạo thành theo kỹ thuật gọi điện cực AuFE/BDD ex-in situ − Ghi đường von-ampe hịa tan Kết thí nghiệm công bố trước [2] cho thấy ghi tín hiệu hịa tan (Ip) asen phương pháp von-ampe hòa tan anot xung vi phân sử dụng điện cực AuFE/BDD ex-in situ Để thu tín hiệu hịa tan asen tốt, dung dịch phân tích As(III) cần chứa HCl 0,7 M, Au(III) mg/L axit ascorbic (AA) 0,3 mM Quá trình điện phân làm giàu thực Edep = –200 mV thời gian tdep = 90 s với tốc độ quay điện cực = 2000 rpm Các thông số kỹ thuật von-ampe xung vi phân thích hợp để ghi Ip asen nhạy lặp lại bao gồm: biên độ xung Uamp = 50 mV; bước Ustep = mV; thời gian bước tstep = 300 ms tốc độ quét = 20 mV/s KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng ion cản trở Một số ion cản trở có mẫu ảnh hưởng đến dòng đỉnh hòa tan Ip asen ảnh hưởng đến kết phân tích Ảnh hưởng số ion thường có nước đất (là loại nước tự nhiên thường có nguy nhiễm asen) số ion khác khảo sát, bao gồm Fe3+, Fe2+, Ca2+, HCO3-, SO42-, Cu2+ As(V) Ảnh hưởng ion Cu2+ đánh giá đồng bị tích tụ bề mặt điện cực AuFE/BDD giai đoạn điện phân làm giàu tạo hợp chất liên kim loại với asen [11], ảnh hưởng đến q trình làm giàu asen; Sự có mặt Cu(II) dung dịch phân tích gây chồng lấn, biến dạng đỉnh hịa tan asen [4] Asen(III) Ảnh hưởng số ion cản trở độ tin cậy phương pháp von-ampe hòa tan anot … nước dễ bị oxy hóa thành dạng asen(V), ảnh hưởng ion đến kết định lượng khảo sát Đối với ion clorua, Arnold [1] Sun [10] cho rằng, As(III) tồn dung dịch chứa Cl- dạng khác nhau, dạng As(OH)2Cl As(OH)Cl2 xem tác nhân vận chuyển điện tử bề mặt điện cực; nồng độ Cl- tăng nồng độ tác nhân tăng, làm tăng hiệu trình làm giàu asen; làm tăng hiệu trình làm giàu asen Vì vậy, với nồng độ Cl- thấp nước đất (≤ 250 mg/L [1]) so với thành phần (HCl 0,7 M), ảnh hưởng Clcó thể khơng đáng kể Dung dịch As(III) μg/L chứa HCl 0,7 M, Au(III) mg/L AA 0,3 mM chứa chất cản trở thêm vào với nồng độ tăng dần chuẩn bị để thực thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng Đánh giá ảnh hưởng chất cản trở thơng qua độ lệch tương đối ΔIp có (Ip*) khơng có (Ip0) chất cản trở dung dịch phân tích theo cơng thức (1): ∆𝐼𝑝 = 𝐼𝑝∗ −𝐼𝑝0 𝐼𝑝0 × 100 % (1) Khi |ΔIp| nhỏ ½ độ lệch chuẩn tương đối tính theo hàm Horwitz (RSDHorwitz) ảnh hưởng chất cản trở xem không đáng kể [6] Với CAs(III) = g/L, ½ RSDH tính 17,8 % Kết thí nghiệm trình bày Bảng Bảng Nồng độ chất cản trở bắt đầu ảnh hưởng đến Ip dung dịch As(III) g/L Chất cản trở Ca2+ Fe2+ Fe3+ Cu2+ As(V) SO42− HCO3− 500 2,0 2,0 0,04 0,5 500 500 − − 1,0 0,03 − 300 − − − 19,9 25,4 − 19,5 − Nồng độ tối đa thí nghiệm (mg/L) Nồng độ bắt đầu gây ảnh hưởng đáng kể (mg/L) |ΔIp| (%) (): As(V) dạng AsO43−; (−): Ảnh hưởng cản trở không đáng kể (|ΔIp|