TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THẨM ĐỊNH QUY TRÌNH PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG ARSENIC VƠ CƠ TRONG GẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP HG-AAS Giảng viên hướng dẫn: TS ĐỖ THỊ LONG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ MAI TUYỀN MSSV: 18059701 Lớp: DHPT14 Khố: 2018 – 2022 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THẨM ĐỊNH QUY TRÌNH PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG ARSENIC VƠ CƠ TRONG GẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP HG-AAS Giảng viên hướng dẫn: TS ĐỖ THỊ LONG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ MAI TUYỀN MSSV: 18059701 Lớp: DHPT14 Khoá: 2018 – 2022 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 i TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC - // - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - // - NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Thị Mai Tuyền MSSV: 18059701 Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa phân tích Lớp: DHPT14 Tên đề tài khóa luận/đồ án: Thẩm định quy trình phân tích hàm lượng Arsenic vô gạo phương pháp HG-AAS Nhiệm vụ: - Tổng quan đối tượng phân tích phương pháp sử dụng - Khảo sát tối ưu quy trình phân tích asen vơ - Phân tích đánh giá mẫu Ngày giao khóa luận tốt nghiệp: 22/10/2021 Ngày hồn thành khóa luận tốt nghiệp: 7/7/2022 Họ tên giảng viên hướng dẫn: TS.Đỗ Thị Long Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 Chủ nhiệm môn Giảng viên hướng dẫn chuyên ngành Nguyễn Quốc Thắng Đỗ Thị Long ii LỜI CẢM ƠN Sau năm ngồi giảng đường đại học, khóa luận tốt nghiệp mơn cuối đánh dấu kết thúc trình dài học tập rèn luyện kiến thức bản, đồng thời mở đường thực tế vào sống tương lai Là sinh viên Trường ĐH Cơng Nghiệp TP.HCM thuộc khoa cơng nghệ hóa học chun ngành kỹ thuật hóa phân tích, em xin chân thành cám ơn tất quý thầy khoa nhiệt tình giảng dạy truyền đạt cho em nói riêng tất sinh viên khoa cơng nghệ hóa học nói chung kiến thức, kinh nghệm vô quý báu Thứ hai là, em xin gửi làm cám ơn sâu sắc chân thành đến Cô Đỗ Thị Long, người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cho em suốt thời gian thực hoàn thành luận văn tốt nghiệp Cuối cùng, em xin dành lời cám ơn chân thành đến bạn bè, gia đình bên cạnh, ủng hộ đặc biệt thầy cô khoa cơng nghệ hóa học Trường ĐH Cơng Nghiệp TP.HCM tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn tốt nghiệp cách tốt Do thời gian thực điều kiện thiết bị, hóa chất, dụng cụ có hạn nên khơng tránh khỏi sai sót hạn chế q trình thực Em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu từ thầy cô bạn để báo cáo tốt nghiệp em thành cơng hồn thiện Em xin chân thành cám ơn! TP.Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022 Sinh viên thực (Ghi họ tên) Nguyễn Thị Mai Tuyền iii NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Phần đánh giá: (thang điểm 10) Thái độ thực hiện: Nội dung thực hiện: Kỹ trình bày: Tổng hợp kết quả: Điểm số: .Điểm chữ: Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022 Trưởng môn Giảng viên hướng dẫn chuyên ngành (Ký ghi họ tên) Đỗ Thị Long iv NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN TP.Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022 Giảng viên phản biện (Ký ghi họ tên) v MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử Arsenic[6] 1.2 Tính chất hóa học vật lý arsenic[4] 1.2.1 Tính chất vật lí 1.2.2 Tính chất hóa học 1.3 Hợp chất arsenic[10] 1.3.1 Hợp chất arsenic hữu 1.3.2 Hợp chất arsen vô cơ[4] 1.4 Nguồn ô nhiễm arsenic[11] 1.5 Độc tính arsenic[5] 1.6 Nguồn gốc arsenic gạo[9] 1.7 Tổng quan phương pháp xử lý mẫu 1.8 Tổng quan phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)[1, 8] 1.8.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp 1.8.2 Thiết bị đo phổ hấp thu nguyên tử .11 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 22 2.1 Nguyên liệu .22 2.2 Thiết bị dụng cụ 23 2.3 Hóa chất chất chuẩn 24 2.3.1 Hóa chất .24 2.3.2 Dung dịch .24 2.3.3 Chất chuẩn dung dịch chuẩn .24 2.4 Tối ưu hóa quy trình phân tích 25 2.4.1 Khảo sát thể tích acid nitrite 25 2.4.2 Khảo sát nhiệt độ đun cách thủy 26 2.4.3 Khảo sát thời gian đun cách thủy 26 2.4.4 Khảo sát khoảng tuyến tính đường chuẩn 26 2.4.5 Khảo sát giới hạn phát (LOD) giới hạn định lượng (LOQ) 27 2.4.6 Độ lặp lại 27 2.4.7 Hiệu suất thu hồi phươg pháp 28 2.5 Xác định hàm lượng asen vô số mẫu gạo đại diện .29 vi CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 30 3.1 Kết tối ưu hóa quy trình phân tích .30 3.1.1 Khảo sát thể thích acid nitrite 30 3.1.2 Khảo sát nhiệt độ đun cách thủy 31 3.1.3 Khảo sát thời gian đun cách thủy 33 3.1.4 Khảo sát khoảng tuyến tính 34 3.1.5 Giới hạn phát (LOD) giới hạn định lượng (LOQ) 39 3.1.6 Độ lặp lại 40 3.1.7 Hiệu suất thu hồi 41 3.2 Phân tích mẫu 43 KẾT LUẬN 45 KIẾN NGHỊ .46 TÀI LIỆU THAM KHẢO .47 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng 1.1 Các hợp chất arsen có tầm quan trọng với môi trường 1.2 Các loại hợp chất hữu 1.3 Các loại lửa thơng dụng đặc tính 16 2.1 Một số thiết bị dụng cụ .23 2.2 Thông số cài đặt phân tích .25 2.3 Độ lặp lại tối đa chấp nhận nồng độ khác (theo AOAC) .28 2.4 Độ thu hồi chấp nhận nồng độ khác (theo AOAC) .29 3.1 Kết khảo sát thể tích acid nitrite 30 3.2 Kết khảo sát nhiệt độ đun cách thủy 31 3.3 Kết khảo sát thời gian đun cách thủy .33 3.4 Kết khảo sát khoảng tuyến tính .34 3.5 Kết đánh giá độ lệch điểm chuẩn 39 3.6 Kết LOD LOQ 40 3.7 Kết độ lặp lại 41 3.8 Thông số quy trình giá trị đo 41 3.9 Kết hiệu suất thu hồi .42 3.10 Kết phân tích hàm lượng iAs mẫu gạo 43 3.11 Kết phân tích mẫu phương pháp đối chiếu HG – AAS 44 viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sự chuyển hóa dạng arsenic trng môi trường Hình 1.2 Cấu trúc hóa học số loại arsenic có liên quan đến độc tính Hình 1.3 Cây lúa hấp thụ As từ đất tích lũy hạt gạo Hình 1.4 Các nguyên tố xác định AAS Hình 1.5 Quá trình kích thích phân rã .10 Hình 1.6 Quá trình hấp thu nguyên tử 10 Hình 1.7 Sơ đồ máy quang phổ hấp thu nguyên tử .11 Hình 1.8 Sơ đồ máy quang phổ chùm tia 11 Hình 1.9 Sơ đồ máy quang phổ hai chùm tia 11 Hình 1.10 Cấu tạo đèn catot rỗng 12 Hình 1.11 Quá trình đèn catot rỗng .12 Hình 1.12 Đèn phóng điện khơng điện cực 13 Hình 1.13 Bộ đơn sắc 14 Hình 1.14 Các yếu tố phân tích kiểu lửa khác .15 Hình 1.15 Cấu tạo phận nguyên tử hóa lửa 17 Hình 1.16 Cấu tạo hệ thống ngun tử hóa khơng lửa (lị graphite) 17 Hình 1.17 Hệ thống tạo hydride tiêm dòng chảy 19 Hình 1.18 Cuvet ngun tử hóa mẫu (ống thạch anh) 20 Hình 2.1 Gạo lứt đen dẻo Điện Biên .22 Hình 2.2 Gạo thơm dẻo Long An 22 Hình 2.3 Gạo 108 nở 23 Hình 3.1 Đồ thị khảo sát thể tích acid nitrite 31 Hình 3.2 Đồ thị khảo sát nhiệt độ đun cách thủy 32 Hình 3.3 Đồ thị khảo sát thời gian đun cách thủy 34 Hình 3.4 Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính chuẩn As (III) 38 Hình 3.5 Đường chuẩn arsenic 39 35 Abs Nồng độ: - 15 ߤg/L 0.06 0.05 0.04 0.03 y = 0,0024x + 0,0193 R² = 0,9895 0.02 0.01 0 10 15 C (ߤg/L) 20 Nồng độ: - 20 ߤg/L Abs 0.07 0.06 0.05 0.04 y = 0,0023x + 0,0195 R² = 0,9944 0.03 0.02 0.01 0 10 15 20 25 C (ߤg/L) Nồng độ: - 25 ߤg/L Abs 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 y = 0,0023x + 0,0198 R² = 0,9959 10 15 20 25 30 C (ߤg/L) 36 Nồng độ: - 30 ߤg/L Abs 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 y = 0,0021x + 0,0209 R² = 0,9897 10 15 20 25 35 30 C (ߤg/L) Nồng độ: - 35 ߤg/L Abs 0.12 0.1 0.08 0.06 y = 0,0022x + 0,0207 R² = 0,9930 0.04 0.02 0 10 Abs 20 30 C (ߤg/L) 40 Nồng độ: - 40 ߤg/L 0.12 0.1 0.08 0.06 y = 0,0021x + 0,0208 R² = 0,9949 0.04 0.02 0 10 20 30 50 40 C (ߤg/L) 37 Abs Nồng độ: - 45 g/L 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 y = 0,0021x + 0,0217 R² = 0,9925 0.04 0.02 0 10 20 30 40 50 C ( g/L) Nồng độ: - 50 g/L Abs 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 y = 0,002x + 0,023 R² = 0,9857 10 20 30 40 50 60 C (ߤg/L) Nồng độ: - 20 g/L Abs 0.07 0.06 0.05 y = 0,0022x + 0,021 R² = 0,9999 0.04 0.03 0.02 0.01 0 10 15 20 C ( g/L) 25 38 Nồng độ: - 30 ߤg/L Abs 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 y = 0,0021x + 0,0226 R² = 0,9923 10 20 30 40 C (ߤg/L) Nồng độ: - 25 ߤg/L Abs 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 y = 0,0022x + 0,0213 R² = 0,9997 0.04 0.03 0.02 0.01 0 10 15 20 25 30 C (ߤg/L) Hình 3.4 Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính chuẩn As (III) Dựa vào đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính hệ số tương quan R2 ta nhận thấy khoảng tuyến tính asen nằm khoảng nồng độ từ – 25 (ߤg/L) với hệ số tương quan thỏa mãn yêu cầu R2 ≥ 0.995 theo AOAC Nhưng để hạn chế sai số đường chuẩn gây ra, nên em chọn khoảng làm việc phương pháp từ – 20 (ߤ/L) với hệ số tương quan R2= 0.9999 thỏa mãn yêu cầu AOAC 39 Nồng độ: - 20 ߤg/L Abs 0.07 0.06 0.05 y = 0,0022x + 0,021 R² = 0,9999 0.04 0.03 0.02 0.01 0 10 15 20 C (ߤg/L) 25 Hình 3.5 Đường chuẩn arsenic Bảng 3.5 Kết đánh giá độ lệch điểm chuẩn Đường chuẩn y = 0,0022x + 0,021 Cc (ߤg/L) Abs Ct (ߤg/L) %οi 0,0253 1,95 - 2,5 0,0325 5,22 + 4,4 10 0,0433 10,13 + 1,3 15 0,0545 15,22 + 1.47 20 0,0658 20,36 + 1.8 Đánh giá Đạt Tiêu chí đánh giá: οi đánh giá đạt yêu cầu theo quy định nhiều tổ chức Mỹ, Canada, châu Âu, giá trị ' i không vượt r 15% cho tất nồng độ 3.1.5 Giới hạn phát (LOD) giới hạn định lượng (LOQ) Kết giới hạn phát (LOD) giới hạn định lượng LOD thể bảng 3.7 40 Bảng 3.6 Kết LOD LOQ STT Khối lượng mẫu m (g) Abs 0,5011 0,0017 0,5030 0,0014 0,5014 0,0012 0,5007 0,0018 0,5030 0,0013 0,5008 0,0020 0,5004 0,0019 0,5024 0,0012 0,5008 0,0013 10 0,5009 0,0014 11 0,5022 0,0017 Độ lệch chuẩn: SD Đường chuẩn 2,9077 ൈ ͳͲିସ y = 0,0022x + 0,021 Độ dốc đường chuẩn a 0,0022 LOD 0,40 (ߤg/L) LOQ 1,32 (ߤg/L) Vậy giới hạn định lượng giới hạn phát phương pháp 0,40 (ߤg/L) 1,32 (ߤg/L) 3.1.6 Độ lặp lại 41 Bảng 3.7 Kết độ lặp lại STT Thể tích chuẩn 1000 (ߤg/L) cho vào (ߤg L) Khối lượng mẫu (g) Abs ܥ0 (ߤg/L) Hàm lượng (ߤg/kg) 50 0,5003 0,0255 2,04 101,94 50 0,5006 0,0252 1,91 95,44 50 0,5004 0,0255 2,04 101,94 50 0,5003 0,0253 1,95 97,44 50 0,5006 0,0255 2,04 101,94 50 0,5006 0,0252 1,91 95,44 Nồng độ chuẩn cho vào (ߤg/L) 1000 Trung bình 99,02 Độ lệch chuẩn SD 3,2774 %RSD 3,31 Biểu diễn kết quả: %RSD = 3,31 േ͵ǡͶͶ Độ lặp lại %RSD phương pháp 3,31 phù hợp với yêu cầu AOAC mẫu có hàm lượng khoảng ppb (ߤg/L) với hàm lượng chất phân tích từ ppb – 10 ppb theo quy định AOAC độ lệch chuẩn tương đối khoảng hàm lượng không vượt 30% Chứng tỏ, phương pháp phù hợp có độ lặp lại tương đối tốt 3.1.7 Hiệu suất thu hồi Bảng 3.8 Thơng số quy trình giá trị đo Nồng độ chất chuẩn tương ứng cho vào (ߤg/L) 80% Thể tích chuẩn thêm vào 1000 ߤȀ ( L) Thể tích định mức (mL) Khối lượng mẫu (g) Abs 0,5004 0,0369 42 ppb 200 100% 10 ppb 25 250 120% 12 ppb 300 0,5009 0,0371 0,5005 0,0373 0,5003 0,0431 0,5005 0,0433 0,5009 0,0435 0,5006 0,0484 0,5008 0,0488 0,5005 0,0481 Bảng 3.9 Kết hiệu suất thu hồi Nồng độ chuẩn + mẫu ( > ܥ/kg) Nồng độ chuẩn lý thuyết % ( g/kg) Hiệu suất H, (%) 361,07 399,68 90,34 365,25 399,28 91,48 367,52 399,60 91,97 499,70 99,55 506,31 499,50 101,36 510,44 499,10 102,27 621,98 599,28 103,79 631,19 599,04 105,37 615,29 599,40 102,65 501,97 Nồng độ mẫu % ( /kg) KPH Hiệu suất trung bình H, (%) Biểu diễn kết quả: H% = 98,75 G16,51 91,26 G2,08 101,06 G3,44 103,94 G3,39 43 Hiệu suất thu hồi 98,75% đạt yêu cầu so với AOAC với hàm lượng chất phân tích từ 100 ppb (ߤg/kg) – ppm (mg/kg) theo quy định AOAC hiệu suất thu hồi tương đối khoảng hàm lượng nằm khoảng 80 - 110% Chứng tỏ, phương pháp có hiệu suất thu hồi tốt 3.2 Phân tích mẫu Bảng 3.10 Kết phân tích hàm lượng iAs mẫu gạo Tên mẫu Gạo lứt dẻo điện biên Gạo dẻo Long An Gạo 108 nở Lần Khối lượng mẫu (g) Abs 0,5001 0,0017 0,5003 0,0020 0,5003 0,0025 0,5007 0,0028 0,5005 0,0020 0,5007 0,0023 0,5003 0,0103 0,5001 0,0101 0,5007 0,0108 Hàm lượng mẫu ሺߤg/kg) KPH KPH KPH Qua kết phân tích mẫu gạo phương pháp HG – AAS cho thấy, hàm lượng asen vô mẫu không phát đạt yêu cầu chất lượng (QCVN 06:2019/BTC quy định hàm lượng arsenic mức tối đa cho phép 1,0 mg/kg) Phương pháp đối chiếu: phương pháp HG - AAS Kết đối chiếu thực Công ty TNHH Phân Tích Kiểm Nghiệm Việt Tín đính kèm theo phụ lục S.1 S.2 44 Bảng 3.11 Kết phân tích mẫu phương pháp đối chiếu HG – AAS STT Chỉ tiêu thử nghiệm Tên mẫu Gạo thơm dẻo Long An As vô Gạo lứt dẻo Điện Biên Phương pháp phân tích Ref.IMEP-41 (HG – AAS) Ref.AOAC 986.15 Kết Đơn vị tính Khơng phát mg/kg Khơng phát mg/kg Nhận xét: Hàm lượng As vô hai mẫu gạo đối chiếu với kết phân tích mẫu gạo thiết bị AAS phịng thí nghiệm trường trùng lặp phù hợp chứng tỏ kết xác có độ tin cậy cao 45 KẾT LUẬN Tối ưu hóa quy trình phân tích arsenic vô với thông số sau: Thể tích HNO3 0,28M tối ưu cho quy trình xử lý mẫu 2,5 mL Nhiệt độ thời gian đun cách thủy tối ưu cho quy trình xử lý mẫu 95Ԩ 90 phút Khoảng đường chuẩn làm việc có nồng độ từ – 20 g/L Giới hạn phát (LOD): 0,40 g/L, giới hạn định lượng (LOQ): 1,32 g/L Độ lặp lại độ thu hồi phương pháp: RSD% = 3,31% H% = 98,75% Phân tích mẫu gạo đại diện kết cho thấy mẫu không phát hàm lượng arsenic vô đạt yêu cầu chất lượng (QCVN 06:2019/BTC quy định hàm lượng arsenic mức tối đa cho phép 1,0 mg/kg) Dựa vào kết nghiên cứu đề tài, rút số nhận xét sau: Phương pháp phổ hấp thu nguyên tử với kỹ thuật tạo hydride xác định hàm lượng arsenic vô tương đối xác Với kết khảo sát phương pháp phân tích arsen vơ gạo hoàn toàn đáp ứng để phục vục cho việc đánh giá, kiểm tra chất lượng gạo Phương pháp HG - AAS có yêu cầu kỹ thuật đơn giản nên ứng dụng vào kiểm tra chất lượng gạo, thực phẩm tiết kiệm thời gian, giảm thiểu chi phí 46 KIẾN NGHỊ Trên sở kết đạt chúng tơi có số đề nghị sau: Phương pháp HG – AAS phương pháp có độ tin cậy xác tương đối tốt sử dụng để phân tích ngun tố kim loại độc hại khác hàm lượng vết việc phân tích nguyên tố arsenic gạo số loại mẫu khác Mở rộng phạm vi nghiên cứu khả nhiễm độc arsenic đối tượng mẫu khác Tiếp tục nghiên cứu phát triển ứng dụng phương HG – AAS vào kiểm nghiệm, đánh giá chất lượng 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] P Luận, Phương Pháp Phân Tích Phổ Nguyên Tử Hà Nội: NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, 2006 N Đ C Đỗ Thị Long, Hồ Lương Thưởng, "Thẩm định quy trình phân tích Arsenic vơ Arsenic hữu nước mắm phương pháp quang phổ hấp thu nguyên tử với kỹ thuật tạo hydride," Tạp chí Khoa học Công nghệ, Số 50, p 187, 2021 P Luận, Xử lý mẫu ĐHQG Hà Nội, 2013 H Nhâm, Hóa Vơ Cơ tập Hà Nội: Nhà Xuất Bản Giáo Dục, 2006 J Bundschuh et al., "Seven potential sources of arsenic pollution in Latin America and their environmental and health impacts," Sci Total Environmental, vol 780, p 146274, Aug 2021 C Cooper, The Elements Arsenic Benchmark New York: mc Marshall Cavendish, 2006 D P Greice Magalhães dos Santos, Camila Cerveira and Diogo P de Moraes, "Inorganic arsenic speciation in rice products using selective hydride generation and atomic absorption spectrometry (AAS)," Microchemical Journal, pp 4-8, 2017 R D B a J D Kerber, Concepts, Instrumentation and Techniques in Atomic Absorption Spectrophotometry The Perkin-Elmer Corporation, Norwalk, CT, U.S.A, 1993 S Majumder and P Banik, "Geographical variation of arsenic distribution in paddy soil, rice and rice-based products: A meta-analytic approach and implications to human health," Journal of Environmental Management, vol 233, pp 184-199, Mar 2019 M National Research Council Committee on and P Biological Effects of Environmental, in Arsenic: Medical and Biologic Effects of Environmental PollutantsWashington (DC): National Academies Press (US) Copyright © National Academy of Sciences., 1977, pp 10-11 L.-Y C a W.-C Y Yun-Yan Wang, in Arsenic Pollution Control in Nonferrous Metallurgy: Chinese National Engineering Research Center for Control and Treatment of Heavy Metal Pollution (CNERC-CTHMP), Changsha, Hunan, China, 2019 PHỤ LỤC Hình S.1 Kết phân tích mẫu gạo lứt dẻo Điện Biên (phương pháp đối chiếu) Hình S.2 Kết phân tích mẫu gạo dẻo Long An (phương pháp đối chiếu)