Tiểu luận đề tài xây dựng quy trình xác định asen bằng phƣơng pháp phân tích công cụ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HĨA HỌC TIỂU LUẬN CUỐI HỌC PHẦN Đề tài: Xây Dựng Quy Trình Xác Định Asen Bằng Phƣơng Pháp Phân Tích Cơng Cụ HỌC PHẦN: CHEM102502 -Một Số Phƣơng Pháp Phân Tích Hóa Lí Họ Tên: Lê Thanh Vy Mã số sinh viên: 43.01.106.142 Thành Phố Hồ Chí Minh -2021 Contents - MỞ ĐẦU: - NỘI DUNG : CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ASEN 1.1 Giới Thiệu 1.2 Độc Tính 1.3 Nguồn gốc 1.4 Các Phương Pháp Xác Định Asen[3] CHƯƠNG QUY TRÌNH XÁC ĐỊNH ASEN BẰNG HPLC-ICPMS 2.1 Lựa chọn hóa chất mẫu [1] 2.2 Lựa chọn máy 2.3 Lựa chọn điều kiện sắc ký 2.4.Tiến hành định lượng Asen[2] 2.5 Kết Qủa CHƯƠNG QUY TRÌNH XÁC ĐỊNH ASEN THEO HPLC-NAA 12 3.1 Lựa chọn hóa chất mẫu[2] 12 3.2 Lựa chọn điều kiện sắc ký 12 3.3 Tiến hành định lượng Asen[2] 12 3.4 Kết Qủa 13 TÀI LIÊU THAM KHẢO: 20 - MỞ ĐẦU: Như biết Asen có đặc tính độc hại khác phụ thuộc vào trạng thái oxy hóa hợp chất vơ cơ, mức độ độc hại khác hợp chất Asen hữu Độc cấp tính phụ thuộc vào yếu tố khác bao gồm trạng thái vật lý (khí, dung dịch kích thước hạt), tốc độ hấp thụ vào tế bào, tốc độ đào thải, chất nhóm hóa học hợp chất độc hại trạng thái chung chúng.Trong tự nhiên Asen có mặt khắp nơi tác động đến sức khỏe người thông qua đường ăn uống Asen chất gây ung thư loại A, việc xác định asen độ nhạy 10 µg/L trở nên quan trọng Việc xác định Asen cách sử dụng kỹ thuật khác bao gồm tạo hyđrua (, kỹ thuật sắc ký sắc ký ion (IC), sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC), điện di mao quản (CE), Trong tập trung việc xác định Asen phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC) kết hợp với ICPMS để phân tách dạng asen gạo, lúa mì,cá ngừ phương pháp HPLC-NAA để phân tách sơ khác để xác định As (III), As (V), MMA, DMA, AsB loài asen liên kết hữu (OBAs) nước tự nhiên 2 - NỘI DUNG : CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ASEN 1.1 Giới Thiệu Asen (As) hay gọi thạch tín giịn, kết tinh dạng tinh thể Được nhà bác học Albertus Magnus tìm thấy năm 1250, Asen nguyên tố tồn tự nhiên vỏ trái đất, nhiều loại khoáng vật, dạng nguyên chất asen kim loại màu xám, dạng không tồn tự nhiên Người ta thường tìm thấy asen dạng hợp chất với hay số nguyên tố khác oxy, clo lưu huỳnh Asen thiên nhiên cịn tồn thành phần môi trường đất, nước, không khí, sinh học v.v… có liên quan chặt chẽ tới trình địa chất, trình sinh địa hố Các q trình làm cho asen có mặt số thành tạo địa chất phân tán hay tập trung nguyên nhân gây ô nhiễm mơi trường sống Asen tồn với trạng thái oxi hóa: -3, 0, +3, +5 số oxi hóa -3 đặc trưng cho Asen 1.2 Độc Tính Độc tính cấp tính asen phụ thuộc vào dạng hóa học trạng thái oxy hóa Asen có hai loại : [4] - Asen hữu cơ: Các dạng có mức độ độc khác nhau, hình thành tự nhiên phân hủy loài hải sản, đặc biệt cá Độc tính Asen hữu giảm metyl hóa Do đó, thứ tự độc tính asen As (III)> As (V) ⋙ MMA> DMA - Asen vô chất độc hóa học thường sử dụng để tạo thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu Asen vô coi dạng độc Các Asen vô như: trioxit, Asen triclorua, Asen(III) sunfua, Asen pentoxit Asen asenic,… hợp chất vô asen phân loại chất gây ung thư: MMAV DMAV Asen chất độc hại, gây 19 loại bệnh khác nhau, có bệnh nan y ung thư da, phổi Một lượng nhỏ As loại gây chết người Mức độ nhiễm nhẹ dẫn đến thương tổn mơ hay hệ thống thể sinh vật Asen ảnh hưởng thực vật chất ngăn cản trình trao đổi chất, làm giảm suất trồng Khi người tiếp xúc với môi trường ô nhiễm asen, chất xâm nhập vào thể thải sau vài ngày Tuy nhiên, có lượng khơng nhỏ asen tích tụ lại não, mơ da, tóc móng, răng, phận giàu biểu mô thực quản, dày, ruột non, … 1.3 Nguồn gốc Asen phân bố rộng rãi vỏ trái đất với nồng độ trung bình khoảng 2mg/kg Nó có mặt đá đất nước khơng khí, số sinh vật Việc sử dụng asen cơng nghiệp bao gồm việc sử dụng sản xuất chất bán dẫn sử dụng làm chất bảo quản gỗ [6] Asen quan tâm tích tụ thực phẩm, nguồn phơi nhiễm người Nước đại diện cho nguồn tiếp xúc thứ cấp người mối quan tâm Nhiều aryloa asen sử dụng chất phụ gia thức ăn chăn nuôi tìm đường vào chế độ ăn uống người [7]; hợp chất, axit 4-hydroxy-3-nitrophenylarsonic, thường sử dụng làm chất thúc đẩy tăng trưởng thức ăn cho gà 3 1.3.1 Trong nguồn nước Asen nguồn nước từ thuốc phun hoa quả, thuốc trừ sâu, chất phụ gia thức ăn gia súc dược phẩm, từ nguồn nước nhiễm bẩn khác nhà máy hóa chất dẫn vào mạch nước ngầm Theo WHO, nồng độ asen nước lớn 0,01mg/lít nghĩa vượt ngưỡng cho phép Trong nhiều trường hợp, người đào thải hết lượng asen hấp thụ vào thể Hiện nay, nhiều người Việt Nam sử dụng nước từ nước giếng khoan, dễ bị nhiễm asen asen không gây mùi vị khó chịu khơng gây biến đổi màu sắc nước có lượng đủ làm chết người 1.3.2 Phơi nhiễm nghề nghiệp Phơi nhiễm asen mức cao trung bình diễn số nghề nghiệp Các ngành công nghiệp sử dụng asen vô hợp chất bao gồm: sản xuất thủy tinh, hợp kim phi sắt, sản xuất bán dẫn điện tử, công nghiệp nấu kim loại, chế biến bột màu, hàng dệt, giấy, chất bảo quản gỗ đạn dược, xử lý da… 1.3.3 Thực phẩm[5] Asen có mặt nhiều loại thực phẩm ngũ cốc, hoa rau xanh thông qua trình hấp thụ nước chất dinh dưỡng từ đất Lượng asen có thực phẩm hữu thực phẩm thông thường không khác asen tồn đất nước từ nhiều năm nên hấp thụ lượng asen không đổi Các Aryloarsenicals sử dụng chất phụ gia thức ăn chăn nuôi vào chế độ ăn uống người , hợp chất axit 4-hydroxy-3-nitrophenylarsonic, thường sử dụng làm chất thúc đẩy tăng trưởng thức ăn cho gà 1.4 Các Phƣơng Pháp Xác Định Asen[3] 1.4.1 Tạo Hydrua Đây phương pháp phổ biến sử dụng để xác định As (III) As (V) Sodium Potassium-tetrahydroborate(III) thuốc thử khử đáng tin cậy để chuyển As thành Arsine dễ bay Khả phản ứng As (III) với tetrahydroborate pH cao As (V) nên sử dụng để phân biệt loại As (III) As (V) Tổng lượng Arsen xác định cách khử arsine điều kiện axit (pH=4) As (III) chuyển thành arsine cách sử dụng tetrahydroborat Nồng độ As (V) thu từ khác biệt nồng độ As tổng As (III) Phương pháp xác định As (III) As (V) mẫu thực phẩm cách sử dụng FI-HG-AFS As (III) đo trực tiếp cách cho mẫu vào, tổng As xác định cách khử KI axit ascorbic 30 phút, giới hạn phát 5,0 ng/g Phương pháp xác As vô từ As hữu cách sử dụng HG-ICPMS Mẫu ban đầu xử lý HCl NaBH4 arsine tạo gửi đến máy dò ICPMS sử dụng khí Ar Trong điều kiện này, As vơ bị khử thành khí arsine dễ bay Phương pháp áp dụng để xác định As vô từ gạo sinh vật biển 1.4.2 Phương pháp sắc ký Sắc ký công cụ tốt để tách dạng As khác nhau, việc kết hợp sắc ký với detector đặc trưng khác cải thiện độ nhạy độ chọn lọc phép xác định As Các phương pháp sắc ký bao gồm: sắc ký lỏng (LC), sắc ký trao đổi ion (IEC) sắc ký tương tác ion (IIC) 4 Trong IEC, chất phân tích vận chuyển vào cột qua pha động có cạnh tranh cho pha tĩnh chứa nhóm chức tích điện trái dấu phân tách As xảy dịch chuyển ion pha động 26 N Phương pháp xác định As vô hữu cách sử dụng sắc ký ion (IC) kết hợp với ICP Anion/R-IC Wescan, 250~4,1 mm sử dụng làm cột trao đổi ion với đệm cacbonat propan-1-o l2%, 50 mmol dm-3, pH=7,5 Rửa giải gradient sử dụng để phân giải peak khác Thứ tự rửa giải loài As khác As (III), DMA, MMA As (V) Phương pháp sử dụng để xác định As nước tiểu giới hạn phát tìm thấy 4,9, 6,0, 1,2, 3,6 µg/L As (III), As (V), DMA, MMA, tương ứng Asen tách cách sử dụng hexanesulfonate làm pha động cách sử dụng cột C18 làm pha tĩnh HPLC pha đảo Asen diện chủ yếu dạng As(V) mức MMA, DMA AB thấp nhiều so với mức cho phép hạn mức Asen vô hữu mẫu khác cô đặc trước cách sử dụng chiết xuất pha rắn trực tuyến (SPE) Các lồi vơ hữu như: As (V), As (III), DMA, loại MMA, giữ lại cột pha rắn rửa giải dung dịch hỗn hợp amoni nitrat amoni dihydrogen photphat Sau cô đặc phân tách sơ bộ, việc xác định xác định tất bốn loài As đạt cách sử dụng kỹ thuật HPLC-ICP-MS Sắc ký khí (GC) kết hợp với khối phổ (MS) (GC-MS) GC-MS / MS sử dụng cho đặc điểm As Bằng cách sử dụng chất tạo dẫn xuất thiols, thioglycol metylat (TGM), thioglycol etylat (TGE) Sau tạo dẫn xuất, mẫu chiết xuất dichloromethane tiêm GC / MS chế độ SIM để định lượng loài As Sử dụng kỹ thuật GC-MS / MS, giới hạn phát thấp 0,08 pg đạt với độ xác cao 1.4.2 Điện di mao quản (CE) CE kỹ thuật phân tách tốt có khả phân giải cao sử dụng để phân tách loài As khác dựa điện tích Trong CE, có nhiều quy trình phân tách khác bao gồm sắc ký điện mao quản (CEC), sắc ký mao quản điện động micellar (MECC), đẳng điện di (ITP), lấy nét đẳng điện (IEF) điện di vùng mao quản (CZE) sử dụng thiết bị 1.4.3 AAS, AFS, ETAAS / GFAAS Để xác định asen mẫu môi trường khác nhau, AAS AFS kết hợp với kỹ thuật tạo hyđrua Kỹ thuật tạo hyđrua cải thiện độ chọn lọc chất phân tích tách khỏi chất thành hyđrua dễ bay độ nhạy phép phân tích tăng lên Bằng cách kiểm soát độ axit hỗn hợp phản ứng q trình tạo hyđrua, thơng số kỹ thuật đạt LOD 12 ng/L đạt xác định As(V) HG-AAS HG-AFS báo cáo LOD 14 ng/L Kỹ thuật HGAAS can thiệp từ nguyên tố vi lượng sắt khắc phục cách thuận tiện cách bổ sung L-cysteine LOD As theo GFAAS µg / L 1.4.4 Quang phổ huỳnh quang tia X phản xạ tồn phần (TRXRF) TRXRF có độ nhạy cao, có giới hạn phát thấp, chọn lọc cao yêu cầu mẫu thấp Phương pháp xác định nồng độ trước Asen cách sử dụng bảng nano oxit graphene sửa đổi mercapto xác định TRXRF LOD 0,064 µg/L báo cáo cho As (III) 5 1.4.5 Phương pháp điện hóa Giới hạn phát 20 µg /L đạt để xác định asen phương pháp phân cực xung vi sai Độ nhạy độ chọn lọc cao đạt cách loại bỏ quy trình đo điện Trong trình này, asen lắng đọng điện hóa điện cực thích hợp, q trình oxy hóa thành kim loại trở lại dung dịch cách qt điện ngược Dịng oxy hóa dòng điện tách ghi lại dạng hàm nồng độ chất phân tích 1.4.6 phân tích kích hoạt neutron (NAA) Trong phương pháp này, chất phân tích bị bắn phá neutron để tạo thành nuclide phóng xạ, chúng tiếp tục phân rã thơng qua phát xạ Tia phát trình phân rã 32 N Việc phát As nước biển khó khăn sử dụng NAA nhiễu quang phổ gây hàm lượng muối nước Khắc phục cách thêm chì nitrat titan clorua làm chất mang chất khử Tổng hàm lượng Asen xác định NAA, phân tích sắc ký lỏng hiệu cao pha đảo ngược cặp ion phân tích hoạt hóa nơtron (HPLC-NAA) sử dụng để xác định dạng As Một phương pháp cô đặc chiết xuất dung môi liên quan đến amoni pyrrolidine dithiocarbamate (APDC) 4-metyl-2-pentanone (MIBK) kết hợp với NAA phát triển để đo đồng thời mức độ thấp asen vơ với lồi antimon selen nước tự nhiên LOD As nằm khoảng 0,026 µg/L 1.4.7 Kỹ thuật Plasma ghép nối cảm ứng (ICP) Công nghệ sử dụng từ đầu năm 1960 (Dickinson 1969) Plasma sử dụng kỹ thuật để nguyên tử hóa ion hóa tất dạng asen mẫu axit hóa ICP sử dụng với máy dị phát xạ nguyên tử (AES) máy dò khối phổ (MS) ICP-AES kỹ thuật sử dụng so với ICPMS ICPMS có độ xác cao, phân tích mạnh mẽ, dải tuyến tính rộng, phân tích đồng vị Trong ICPMS, trình phun sương trực tiếp, khả gây nhiễu từ Ar phát sinh hình thành phân tử dimer (40Ar35Cl) huyết tương trùng với khối lượng As (75As) Những nhiễu khắc phục cách sử dụng công nghệ tế bào va chạm tế bào khuếch tán Trong công nghệ này, sau chọn lọc ion ban đầu, chất dimer phép va chạm với khí có trọng lượng phân tử nhỏ He, H2, CH4 O2 để phá vỡ loài đa nguyên tử tứ cực thứ hai sử dụng để thu thập lồi As CHƢƠNG QUY TRÌNH XÁC ĐỊNH ASEN BẰNG HPLC-ICPMS 2.1 Lựa chọn hóa chất mẫu [1] Thuốc thử: nước Milli-Q, Nitric acid (>69%,), Methanol, ammonia 25%, hydrogen peroxide (30%), Trifluoroacetic acid, malonic acid (>98%) Dung dịch gốc chứa 1000 mg.L-1 anion: arsenit asenat điều chế từ NaAsO2 Na2HAsO47H2O, Metylarsonat điều chế phản ứng Meyer, Đimetylamin điều chế từ natri đimetylamin.mffdvdfvvcvxvcxv Mẫu: Bột gạo CRM Bột gạo NIST SRM 1568a sử dụng để tối ưu hóa điều kiện chiết xuất HPLC Áp dụng cho ba loại sản phẩm thực phẩm: 10 mẫu gạo thương phẩm (Cộng hịa Séc), 24 mẫu cá ngừ đóng hộp(Đức )và mẫu lúa mì (được cung cấp Tiến sĩ Francesco Cubadda) 2.2 Lựa chọn máy HPLC thực với thiết bị dòng Agilent 1100 HPLC trang bị máy bơm nhị phân, chân không khử khí, lị cột lấy mẫu tự động có biến kết nối với ICPMS Ống PEEK (polyetheretherketone) 0,125 mm (Upchurch Scien tific, Oak Harbour, Hoa Kỳ) Các phép đo ICPMS thực với Agilent 7500ce ICPMS, trang bị máy phun sương Burgener Ari Mist HP Hệ thống vi sóng Ultraclave Đánh giá liệu thực phần mềm sắc ký G1824( Agilent) 2.3 Lựa chọn điều kiện sắc ký Cột Hamilton PRP-X100 , điều kiện trao đổi ion 40oC Pha động axit malonic(2,5 10 mM pH 5.6, điều chỉnh amoniac dạng nước) 2.4.Tiến hành định lƣợng Asen 2.4.1 Chuẩn bị mẫu Khoảng 100 g gạo xay máy nghiền ly tâm đến cỡ hạt