Luận án tiến sĩ hóa học: Nghiên cứu xác định các dạng arsen và selen trong một số đối tượng mẫu bằng phương pháp ghép nối sắc kí lỏng hiệu năng cao với khối phổ plasma cảm ứng cao tần (HPLC-ICP-MS)

Tính cấp thiết, mục tiêu và nội dung của Luận án Hiện nay, vấn đề phân tích dạng các nguyên tố đang là nhu cầu rất cấp thiếttrong đánh giá ô nhiễm thực phẩm và môi trường, trong nghiên c

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

NGUYÊN MẠNH HÀ

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC DẠNG ARSEN VÀ SELEN

TRONG MỘT SÓ ĐÓI TƯỢNG MẪU BẰNG PHƯƠNG

PHÁP GHÉP NÓI SẮC KÍ LỎNG HIỆU NĂNG CAO VỚI

KHOI PHO PLASMA CẢM UNG CAO TAN (HPLC-ICP-MS)

LUAN AN TIEN SY HOA HOC

HA NỘI - 2022

ĐẠI HỌC QUOC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYEN MANH HA

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CAC DANG ARSEN VA SELEN TRONG MOT SO DOI TƯỢNG MAU BANG PHƯƠNG PHÁP GHÉP NÓI SAC

KI LONG HIEU NANG CAO VOI KHOI PHO PLASMA CAM UNG

CAO TAN (HPLC-ICP-MS)

CHUYEN NGANH: HOA HOC PHAN TÍCH

MA SO: 9440112.03

LUAN AN TIEN SY HOA HOC

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HOC:

PGS TS TU BINH MINH PGS TS CHU DINH BINH

HA NOI - 2022

LOI CAM DOAN

Tôi xin cam đoan nội dung của luận án là công trình nghiên cứu của tôi dưới

sự hướng dẫn của PGS TS Từ Bình Minh và PGS TS Chu Đình Bính Các số

liệu, kết quả trong luận án hoàn toàn trung thực, chưa từng được công bố trên bat kìtạp chí nào đến thời điểm ngoài công trình của tác giả

Hà Nội, ngày 20 tháng I năm 2022

Tác giả

Nguyễn Mạnh Hà

LOI CAM ON

Luận an được hoàn thành tại Phòng thí nghiệm Hóa Phân tích, Bộ môn Hóa

Phân tích, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia

Hà Nội.

Với lòng biết ơn chân thành, tôi xin cảm ơn PGS TS Từ Bình Minh và PGS

TS Chu Dinh Bính đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ trong suốt quá trình làm luận án

Tôi xin chân thành cam ơn PGS.TS Tạ Thị Thao đã giúp đố và cho tôi những

lời khuyên quý giá trong quá trình làm luận án, đông thời tôi cũng xin chân thànhcảm ơn Quỷ Thay Cô trong Bộ môn Hóa Phân tích, Khoa Hóa học, Trường Đại hoc

Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình giúp đố và tạo mọi điều

kiện thuận lợi dé tôi hoàn thành bản luận án này

Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thành viên trong gia đình, bạn bè và

đông nghiệp đã động viên, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận án.

Hà Nội, ngày 20 tháng I năm 2022

Tác giả

Nguyễn Mạnh Hà

MỤC LỤCLOI CAM DOAN c2 tt th ng re a

LOI CAM 00 b

18906 0 c

IM.908)/10098:79/c fDANH MỤC HÌNH -255:- 22 vt 2tr Hee hDANH MUC VIET W9 102222 m

MO DAU oncsssssssssssssssssesssssssssssosssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssessssssssssssssssssssssssssssssseess |

CHƯƠNG 1 TONG QUAN 2° 5° 5£ 2522 S2 Es2EseESEsESsESsESEseEs2sE2se2sssee 5

1.1 Khái quát về nguyên t6 AS - 2 ©52+S2+EESEEE2E211221271711211271 1111.211 5

1.1.1, Các dạng ton tại của Arsen trong tự HhiÊN cằàc cà sseetseeeseeree 5

1.1.2 Sự phân bố của arsen trong môi IFWỜIg 5-©52cscccceeceerrrreereee 7

1.1.3 Sự phân bố của As trong các đối tượng thực phẩm -s:-: 9

1.1.4 Độc tính và cơ chế gây độc của @FS€H 2-©5c©522c2+ctectezEezrsrsereeres 14

1.2 Các dạng tồn tại và sự chuyền hoá giữa các dạng selen trong môi trường 17

1.2.1 Độc tinh, ứng dụng và ảnh hưởng của selen đến sức khoẻ con người 201.2.2 Ảnh hưởng của selen đến sức khỏe CON người -: s:©-e+cs+ecs2 25

1.3 Các phương pháp phân tích dạng arsen và selen -+++ss+<cx+sxxsss2 25

1.3.1 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép noi hệ hydrua quang pho

huỳnh quang nguyên tử (HPLC-UV-HG-AF S) ««<<<<<<++ 261.3.2 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép nối hệ quang pho hap thụ

nguyên tử su dụng kĩ thuật hydrua hóa (HPLC-HG-AAS) 27

1.3.3 Phương pháp điện di mao quản CE-UV s-ccSss£+sssesseesseeese 29

1.3.4 Phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao ghép noi với cảm ứng cao tan và

quang phổ phát xạ nguyên tử (HPLC — ICP — AF2Š) «««<<<<s++ 31

1.3.5 Phương pháp kết hợp HPLC-ICPP-ÌMS - 2: 2©5++Se+Ee£e£ererrrszes 32

CHƯƠNG 2 THỤC NGHIIỆM 5< 5< 5< << 133090300 60409404 4 176 37

2.1 Đối tượng và nội dung nghiên cứu -¿- 5¿©+2++x++£x+zxrrxxerxesrxrrrsees 37

2.1.1 Phân tích dạng Arsen Và (S@Ï@TH 5c tk kh ru 37

2.1.2 Đối tượng nghiÊH CHIH - 5-5-5 SE E‡EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkerkerkrree 38

2.2 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị - 2-52 s2x2E2EE2EEEEEE2E1221221 7121121121 re 39

2.2.1 Hóa Chất cececececcccscscscsscssscsvsvsvsvesesssesessavavsvavaevesessssssssssavavavsvsvsusasatacsescsvavaes 39

2.2.2 Thiết bị và dụng CU ceeeccescesesseeseesesssssessssssssessessssssssssssussuesussueaeesesaeenseneeneane 41

2.3 Phương pháp nghiên CỨU «+11 vn 1T HH ng TH ng HH giết 42

2.3.1 Các điều kiện phân tích tổng số arsen và selen bằng ICP.MS 44

2.3.2 Các điêu kiện phân tích dang As va Se trên hệ thiết bị HPLC-ICP-MS 452.4 Đánh giá phương pháp phân tÍch -.- - 5 + + *++**+E+tExvereeeresrrerererrrrree 48

2.4.1 Khoảng tuyén tinh 5-55 SE‡EE‡EE‡EEEEEEEEEEEEEEEEEE1121111111 111k 482.4.2 Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) cua thiết bị 482.4.3 Độ chính xác cua phép do (độ đúng và độ lặp lại) 492.5 Lay mẫu, bảo quản và xử lí mẫu - 2 2 ++++E+EE+EE+EE+EEzEzEerkerkerxrrsrree 49

2.5.1 LAY HIẪMM 5-5-5 SE SE EEEEEEEEEE1151121121111111 1111.110.1111 11111 En re 492.5.2 Tiên xử lý tmẪÌM - 52-52 5£SSE‡EEEEEEEEEE2E212EE21E11511111211211 1111111111 xe 50

2.5.3 Quy trình xử lý mẫu phân tích tổng và dạng As -ccsecse+ 51

2.5.4 Quy trình xử lý mẫu phân tích tổng và dạng ®Se -:-cs+cscs+ 522.6 Thâm định và xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp phan tích 53

CHUONG 3 KET QUA VA THẢO LUẬN 5- 5-52 s©sessecssesses 56

3.1 Các điều kiện phân tích tong As va Se bang ICP-MS 2-55: 56

3.1.1 Tối wu các điều kiện phân tích As và Se trên ICP-MS ELAN 9000 56

3.1.2 Khoảng tuyến tính của ICP-MS cho phân tích tổng số AS và Se 57

3.1.3 Đánh giá độ đúng của phương phẮPD cv hikrsirseeerese 583.2 Các điều kiện phân tích dang As va Se trên thiết bị HPLC-ICP-MS 58

3.2.1 Toi wu hóa điều kiện ICPMS dùng làm detecter cho phân tích dạng 583.2.2 Tối ưu hóa điều kiện HPLC -cc5ccccc+veirrtrkkerrrtrtirrrrrriie 603.2.3 Đánh giá phương pháp phân tích dạng As trên hệ ghép nối HPLC-ICP-

AT — 753.3 Tối ưu các điều kiện phân tích Se trên HPLC - 2-2-2 2+£+£+zzxz+se+2 86

3.3.1 Lựa chọn COt SAC Ki cceccccsceccscsssscesssvsvecssssescesssvecesesesecssstssatsvssassvensasseseacens 863.3.2 Toi ưu thành phân pha động và PH cvcecceccccssssssesvessesvessessessesesseeseeseesesessees 873.3.3 Anh hưởng tốc độ pha động và chương trình rửa giải pha động 923.3.4 Ảnh hưởng của thành phần pha động tới tín hiệu phân tích dạng Se 95

3.3.5 Các đại lượng đặc trưng của phân tích dang SŠe -~<cc<<<+<<+ 98

3.4 Ứng dụng phương pháp phân tích - 2: 2 + 2 £+E££E££E+EE+E+zE++Ezxerxee 105

3.4.1 Kết quả nồng độ các dạng As trong mẫu tHựC c-cccccccsrsrrsrsces 105

3.4.2 Kết quả nông độ các dang Se trong mẫu thực -: -©-s©c5+: 124

95000000757 126

DANH MỤC CÁC CÔNG TRINH LIÊN QUAN DEN LUẬN ÁN 129

TÀI LIEU THAM KHAO - 2-2 s<sss£Sse£sseSsseezssezszersseevsee 131

3:008009035.—

DANH MỤC BANG

Bảng 1.1 Một số dạng As ton tại trong tự nhiÊn - - c5 + +ssseeereseerrse 9Bảng 1.2 Giới han 6 nhiễm As tông trong thực phâm theo QCVN 8-2:2011/BYT 13Bang 1.3 Các dạng thường gặp của seÌen - c1 ng re 20

Bang 1.4 Một số hợp chất của selen và độc tính 2-2 2 s+2sz+z++zx+zxzsz 22

Bảng 1.5 Một số thực phẩm giàu selen - 2 2 + 5x+2E22EE+EEtEEerEevreerkrrrrrex 24Bang 1.6 Lượng selen cho phép theo từng độ tuôi 2- 2 25c + szs+zs2s+2 25Bảng 1.7 Các loại cột sắc ký cho hệ HPLC-ICP-MS và pha động tương ứng dùngcho tách các dang ÁS - LH HH HH ng HH ng rưy 35Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật và điều kiện vận hành thiết bị ICP-MS 53Bảng 3.2 Đánh giá quy trình phân tích tổng hàm lượng As trên mẫuchuẩn CRM -::-25+t2222vt 222 222 E2 Tre 55Bảng 3.3 Tổng hợp các điều kiện cho sự tách 5 dạng As trên hệ thống

HIPLO-ICPMS S011 .ÝỶ 69

Bang 3.4 Diện tích pic của các dang ÁS - c c n1 HH ng ng vrg 73Bang 3.5 Tỷ số diện tích của các dang As so với nội chuẩn -¿5 73Bang 3.6 So sánh phương trình hồi quy với hệ số tương quan - 73

Bang 3.7 Cac đại lượng đặc trưng của phép phân tích các dạng As bằng

phương pháp HPLUC-ICP-MS - - c2 31111111 1 1 11H TH ng HH kg 74Bảng 3.8 Độ lặp lại của tín hiệu phân tích có và không sử dụng nội chuẩn 76Bang 3.9 Hiệu suất thu hồi mẫu chuẩn nền cá DORM-2 -. - 5 5522552 76Bảng 3.10 Hiệu suất thu hồi mẫu chuẩn nền cá DORM-3 - 2- scs+s+ 80Bang 3.11 Hiệu suất thu hồi mẫu chuan nền cá DORM-4 - 2- 5 22 s2 81

Bang 3.12 Hiệu suất thu hồi mẫu chuan nền cá BCR 627 - 5-52 82

Bảng 3.13 Hiệu suất thu hồi mẫu chuan nền gạo ERM-BC2I I -.- 83

Bang 3.14 Tổng hợp các điều kiện tối ưu cho sự tách 4 dang Se trên hệ thống

HPLC-ICP-MS S1 92Bảng 3.15 Hiệu suất thu hồi của các dạng Se trên cột tách trao đổi anion2.9000 95Bảng 3.16 Tỷ số diện tích của các dạng Se so với nội chuẩn - : 97

Bảng 3.17 Phương trình hồi quy với hệ số tương quan của các dạng Se phân tíchbằng HPLC-ICP-MS có và không sử dụng nội chuẩn - ¿2 s2 szsz+sz 98Bảng 3.18 Các đại lượng đặc trưng của phép phân tích các dang Se bằng phương

90 :1585080603i0 3/1117 98Bang 3.19 Độ lặp lại của tin hiệu phân tích khi có và không sử dụng nội chuẩn 100

Bảng 3.20 Kết quả đo độ lặp lại của mẫu trắng thêm chuẩn 100 ug/L 102

Bang 3.21 Nồng độ các datng As trong nước giếng khoan -2- 2s: 103Bang 3.22 Nong độ các dạng As và tong hàm lượng As trong mẫu gạo 105

Bảng 3.23 Nong độ các dang As và nồng độ As tông số trong mẫu cá 107

Bảng 3.24 Nồng độ các dạng As và hàm lượng As tổng số trong mẫuTIƯỚC IẮ 2-2: 52 29SE£SE‡EEEEEEEEEEEEEEEEEEEE17121121171171711111111111 11111111 cyee 107Bang 3.25 Nong độ các dang As và nồng độ As tổng số trong mẫu huyết thanh 109

Bảng 3.26 Nong độ các dang As và As tổng số trong mẫu nước tiểu 111

Bang 3.27 Hàm lượng tổng As trong nước ngầm, tóc và nước tiểu tại Việt nam

và một số khu vực trên thé giới - ¿2 £++E+EE++E£+EE+EE£EESEEEEEEEEEerkerkerrrrrkee 114

Bang 3.28 Giá trị ty lệ DMA/MMA trong mẫu nước tiểu và huyết thanh tại

xã Nhật tân, tỉnh Ha Nam - c5 1111122111 111111199311 11111 001111 ng 1v ren, 119Bảng 3.29 Kết qua các dạng selen có trong mẫu thuốc, TPCN va nam men 120

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cây lúa hap thu As từ đất và tích lity trong hạt gạo - 11

Hình 1.2 Quá trình nhiễm độc Arsen can thiệp vào tổng hop ATP - 16

Hình 1.3 Sự chuyển hóa Arsen trong quá trình trao đồi chất - - 16

Hình 1.4 Sự chuyền hóa của các dạng selen trong dat -s- sec s2 17 Hình 1.5 Giản đồ phân bố của các dạng Selen phụ thuộc thé oxh- khử (Eạ) x59: 18

Hình 1.6 Hệ ghép nỗi HPLC-UV-HG-AFS 22- 52 ©2+¿22£+2E++£xzrxrrxerree 27 Hình 1.7 So đồ ghép nối hệ HPLC — HG — A AS - 2-2 2 2+E+E+£xerzrsxe2 28 Hình 1.8 Cau tạo hệ điện di mao quản ¿2 2 5££E+E£+E£+E££EeEEerxerxerszres 30 Hình 1.9 Sơ đồ ghép nối giữa HPLC-HG- ICP—AES -2 5¿75z©55z£: 31 Hình 1.10 Hệ thống ICP-MS 2 2 ©S+SE£2E2EE2EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkrrkrrkrrer 33 Hình 1.11 Sơ đồ thiết bị ghép nối HPLC-ICP-MS -2- 5: 5¿©5225<+2sz>5+2 Error! Bookmark not defined. Hình 2.1 Hệ ghép nối HPLC (Shimazu)-ICP-MS (Elan 900 Perkin Elmer) 42

Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ HPLC-ICP-MS với bộ bơm mẫu sau cột 45

Hình 3.1 Đường chuẩn xác định hàm lượng As va Se tổng số bằng ICP-MS 54

Hình 3.2 Ảnh hưởng của các thông số của ICP-MS tới độ nhạy của ' AsŸ 56

Hình 3.3 Ảnh hưởng các thông số của ICP-MS tới độ nhạy của *Se* và Ÿ“Se* 56

Hình 3.4 Sắc đồ của 5 dang As ở nồng độ 100 ng/ml (pha động là đệm KH;PO/ 20mM, pH=8; 2% MeOH; vòng lặp mẫu 500LI; tốc độ dòng 1,2ml/phút) 58

Hình 3.5 Sắc ký đồ tách 5 dang As nồng độ 100 ng/ml (sử dụng hệ đệm (NH,);CO; 50mM; 2% MeOH; vòng lặp mẫu 100ul; tốc độ dòng 1,2 ml/phút) 59

Hình 3.6 Các dang As và các giá tri pKa - c c3 S12 hnitirerrrrxee 61 Hình 3.7 Sắc đồ của 5 dang As ở nồng độ 50 ul,(pha động là đệm (NH,);COa 50mM; 2% MeOH; vòng lặp mẫu 500ul; tốc độ dòng 1,2 ml/phút) 62

Hình 3.8 Sắc đồ của 5 dang As ở nồng độ 50 pg/L ( pha động là hỗn hợp đệm (NH¿);CO: 10, 50mM (EDTA 0,01%); pH 9; vòng lặp mẫu 1001; tốc độ dòng 2100000 63

Hình 3.9 Sắc đồ của 5 dang As ở nồng độ 50 pg/L ( pha động là hỗn hợp đệm(NH4)2CO3 10, 50mM (EDTA 0,01%); pH 9; vòng lặp mẫu 100ul; tốc độ dòng

2000007 d4 ,Ô 64

Hình 3.10 Sắc đồ của 5 dang As ở nồng độ 50 pg/L sử dụng phương pháp gradient

pha động là hỗn hợp đệm (NH4)2CO3, (EDTA 0,01%); pH 9; vòng lặp mẫu 100ul;

tốc độ dòng 1,2mil/phú) 2- 22 2 s+SE+EE£2EE+EE£EEEEEEEEE2EEEEE21122122171211211 211.0 65

Hình 3.11 Sự phụ thuộc của tín hiệu As theo thời gian sử dụng chất mang là nước

deion, nồng độ As bơm vào van bom mau sau cột là 50 ng / mL và thé tích bơm vào

hệ HPLC-ICP-MS là 100 uL Các điều kiện thực nghiệm khác chỉ ra trong chương

2 Đường màu xanh là tín hiệu nên, đường màu đỏ là tính hiệu của As được bơm

liên tục 2 phút 1 lần vào hệ HPLC-ICP-MS thông qua van bom mẫu sau cột 66Hình 3.12 Su phụ thuộc của tín hiệu As theo thời gian sử dụng chat mang là phađộng với chương chình gradient giống như trong phuong pháp tách sắc ký, nồng độ

As bơm vào van bơm mẫu sau cột là 50 ng / mL và thể tích bơm vào hệ

HPLC-ICP-MS là 100 uL Các điều kiện thực nghiệm khác chỉ ra trong chương 2 Đường màu

xanh là tín hiệu nền, đường mau đỏ là tính hiệu cua As được bơm liên tục 2 phút 1lần vào hệ HPLC-ICP-MS thông qua van bơm mẫu sau cột -55+ 66Hình 3.13 Sắc đồ của 5 dang As ở nồng độ 50 pg/L ( pha động là hỗn hợp đệm

(NH4)2CO3, (EDTA 2%); pH 9; vòng lặp mẫu 100u]) . -25 69

Hình 3.14 Sắc đồ của 100 ug / mL clorua trên cột trao đổi anion mạnh HamiltonPRP X100 Các điều kiện thực nghiệm khác giống như trong trường hợp của phântich cAc dang AS An 71Hình 3.15 Sắc đồ của 5 dang As ở nồng độ 50 ug/L ( pha động là hỗn hợp đệm

(NH4)2CO3 10mM, (EDTA 2%); pH 9; 2% MeOH vòng lặp mẫu 100ul) tốc độ

dong 1,0 mI/phitt cece eee 311111211 E3 E31 H1 TH HH HH 72Hình 3.16 Sắc đồ thời gian lưu của năm dang As ở nồng độ 2 ug/L pha động là

hỗn hợp đệm (NH¿);CO; 10, 50mM (EDTA 0,01%); pH 9; 2% MeOH; vòng lặp

mẫu 100ul; tốc độ dòng 1,0 ml/phúít - 2-2: 2 2 22 E+E£2E£2EE+EE+£E£EEzEEzrxerxerez 75

Hình 3.17 Nong độ dạng As trong mau cá phân tích được so sánh với giá trị ghitrong CHUNG CHI eee 79

Hình 3.18 Nồng độ dạng As trong mẫu cá phân tích được so sánh với giá trị ghitrong chứng ChỈ + +19 0H HT TH re 80Hình 3.19 Nong độ dang As trong mẫu cá phân tích được so sánh với giá trị ghi

010013890101515090 1Ẽ2777 ÖÖồ 81Hình 3.20 Nong độ dang As trong mẫu cá phân tích được so sánh với giá trị ghitrong CHUNG CHI eee 82Hình 3.21 Nong độ dang As trong mau cá phân tích được so sánh với giá trị ghi010013890111:15ã9.0) 0001 443 ẢỶ 83Hình 3.22 Sắc đồ đo chuẩn 4 dạng Selen ở nồng độ 200 ug/L với pha động

(NH4).CO; pH5,0 gồm 2 kênh A 10mM và B 100mM, rửa giải đăng dung môi 86

Hình 3.23 Sắc đồ đo chuẩn 4 dạng Selen ở nồng độ 200 pg/L với pha động

(NH4);CO; pH9,0 gồm 2 kênh A 10mM và B 100mM, rửa giải đắng dung môi 86

Hình 3.24 Sắc đồ đo chuẩn 4 dạng Selen ở nồng độ 200 ug/L với pha động

CH;COONH,, gồm 2 kênh A 25mM và B 250mM rửa giải dang dung môi 87

Hinh 3.25 Sắc đồ do chuẩn 4 dạng Selen ở nồng độ 200 pg/L với pha động

CH;COONH,, gồm 2 kênh A 25mM và B 250mM -2¿©<++z+£x2zxzei 87

Hình 3.26 Kết qua sắc đồ do chuẩn 4 dang Selen với pha động MeOH:

CH;COONH, 2: 98 (v/v), và EDTA 0,01%, gồm 3 kênh A MeOH, B 25mM và C.250MM CH3COONH : " 88Hình 3.27 Ảnh hưởng của pH đến sự tách sắc ký của 4 dang Se -.- 89Hình 3.28 Kết quả tại tốc d6 pha động F = 0,4 ml/phút - 2 s2 52552 90Hình 3.29 Kết quả tại tốc d6 pha động F = 0,5 ml/phút -. : ¿z-: 91Hình 3.30 Kết quả tại tốc độ pha động F = 1 ml/phút 22-52 5552 91

Hình 3.31 Tín hiệu Se sử dụng chất mang là nước đề-ion; 2% MeOH; thé tích

mau 100ul; tốc độ pha động 0,5 ml/phút, dung dịch Se(VI) được bơm vào

hệ thông HPLC-ICP-MS thông qua van bơm mẫu sau cột 2-2-5252 93Hình 3.32 Tín hiệu của Se sử dụng chất mang là gradient pha động sử dụng dung

dịch đệm CH;COONH¿ 25 và 250mM; pH 8,0; 2% MeOH tương tự như trong

HPLC-ICP-MS; thé tích mẫu 100ul; tốc độ pha động 0,5 ml/phút, dung dịch Se(VI)được bơm vào hệ thông HPLC-ICP-MS thông qua van bơm mẫu sau cột 94

Hình 3.33 Sắc đồ của bốn dạng Se ở nồng độ 400 pg/L, pha động là hỗn hợp đệmCH;COONH, 25, 250mM (EDTA); pH 8,0; 2% MeOH; thé tích mẫu 100ul; tốc độpha d6ng 0,5 mI/phit ra 5Ö 96

Hình 3.34 Sắc đồ tách 4 dang Se bằng HPLC-ICP-MS ở điều kiện tối ưu 99

Hình 3.35 Sắc đồ tách các dang As trong mẫu gạo bằng HPLC-ICP-MS 106

Hình 3.36 Sắc đồ HPLC-ICP-MS của mẫu cá -. 2¿©+©25+csz5cxcee 108

Hình 3.37 Sắc đồ tách các dạng As trong nước mắm bằng HPLC-ICP-MS 109Hình 3.38 Sắc đồ HPLC-ICP-MS của mẫu Huyết thanh - 2 ¿5+- 111Hình 3.39 Sắc đồ HPLC-ICP-MS của mẫu Nước tiU cescessesssesssessecstesseesseesees 113

Hình 3.40 Hàm lượng As trong nước giếng khoan chưa xử lý và nước đã qua xử lý

bằng hệ thống lọc cát đơn giản của các gia đình - 2 2+cz+c++cxezxczrsersee 115Hình 3.41 Hàm lượng tổng As trong tóc và nước tiểu của 2 nhóm dân cư sử dụngnước ngầm A: uống; B: tắm giặt -. 2- 22522 22x2EEE2EE2EE2EEE2EEE2EEEkrrrrrrrree 116Hình 3.42 Mối tương quan giữa hàm lượng As trong nước ngầm và tóc của dân cưtại Nhật Tân, Ha naIm 113012621111 11111 2931111111110 111 1g ven, 117Hình 3.43 Thành phần của các dạng As trong mẫu nước, gạo, nước tiêu và huyết

thanh của một nhóm các gia đình sử dụng nước ngầm nhiễm As tại tỉnh Hà nam

W1: nước giếng chưa lọc; W2: nước giếng đã qua hệ lọc cát; R: mẫu gạo; U-F: mẫu

nước tiêu nữ; S-F: mẫu huyết thanh nữ; U-M: mẫu nước tiêu nam; S-M; mẫu huyết

thanh na1m - - - EE 6111111111 111111185555555555 111 1kg 5551k và 118

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VA TU VIET TAT

AAS Atomic Absorption Spectrophotometry

AES Atomic Emission Spectrophotometry

AFS Atomic Fluorescent Spectrophotometry

ACN Acetonitrile

ATP Adenosine triphosphate

AsmI — Arsenite (AsO:”)

As(V) Arsenate (AsO,*)

AsB Arsenobetaine

CRM Certified Reference Material

CZE Capillary Zone Electrophoresis

CEC Capillary Electrochromatography

CV Coefficient variation

DMAA_ Dimethylarsonic Acid (CH3)2AsO(OH)

DNA Deoxyribo Nucleic Acid

EDTA — Ethylene Diamine Tetraacetic Acid

FDA Food and Drug Administration

FAO Food and Agriculture Organization

FIA Flow injection analysis

Arsenit

Arsenat Arsenobetaine Tài liệu tham khảo được chứng nhận

Điện di mao quản vùng

Sắc kí điện đi mao quản

Hệ số biến độngAxit dimethylarsonic

Axit Deoxyribo Nucleic

Axit Etylene Diamin Tetraacetic

Cơ quan quan lý thực và dược

phẩm

Tổ chức nông lương thé giớiPhân tích dòng chảy

Sắc ký khíSắc ký khí khối phổ

Kýhiệu Tiếng Anh Tiếng Việt

HVG- Hydride Vapor Generator Atomic

AAS Absorption Spectrophotometry

HPLC High Performance Liquid

Chomatography

ICP Inductively Coupled Plasma

ICP — Inductively Coupled Plasma Mass

MS Spectropetry

ID - MS Isotopic dilution mass spectrometry

KPH

LOD Limit Of Detection

LOQ Limit Of Quantity

Monomethylarsonic Acid CH:AsO(OH);

ppb Part Per Billion

MMAA

ppm Part Per Million

PBS Phosphate buffer solution

PEEK Polyethylene ether ketone

PTFE Polytetrafluoroethylene resin

TCA Trichloroacetic Acid

TPCN Functional foods

TCVN Vietnam Standards

Se(IV) Selenite (SeO;”)

Se(VD_ Selenate (SeO,*)

SeDLMet Selenomethionine

SeMeCys Se-Methyl-Selenocystine

WHO World Health Organization

Quang pho hấp thụ nguyên tử sử

dụng kỹ thuật hiđrua hóa

Sắc ký lỏng hiệu năng cao

Dung dich dém phét phatPolyetylen ete keton

Nhựa Teflon Axit TrichloroaceticThực phẩm chức năng

Tiêu chuan quốc gia

Selenit Selenat Selenmethionin Se-Methyl-Selenocystine

Tổ chức y tế thế giới

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết, mục tiêu và nội dung của Luận án

Hiện nay, vấn đề phân tích dạng các nguyên tố đang là nhu cầu rất cấp thiếttrong đánh giá ô nhiễm thực phẩm và môi trường, trong nghiên cứu các quá trìnhchuyên hóa và tích lũy sinh học, trong nghiên cứu các quá trình địa hóa Tuy nhiêncác phép xác định thông thường chỉ cho biết tổng hàm lượng các nguyên tố chứ

chưa cho biết hàm lượng các nguyên tổ ở các dạng cụ thé, trong khi đó dé đánh giá

tính độc, các quá trình chuyền hóa chất trong cơ thé sinh vật, các chat tồn tại trongcác tang địa chat, sự tồn tại của nguyên t6 trong môi trường lại cần đến thông tin vềhàm lượng và số lượng của các dạng nguyên tổ [36, 37]

Có thé đề cập đến một nguyên tố gây 6 nhiễm mang độc tính cao như As,nguyên tố này được coi là chất độc bảng A vì nó gây ra bệnh ung thư nguy hiểmcho con người [38], nó có khả năng xâm nhập và tích lũy cao trong cơ thể, chính vì

vậy hàm lượng As trong nước sinh hoạt theo tiêu chuẩn quy định khá thấp

(<10ug/) Trong tự nhiên As đã được tim thấy dưới nhiều dạng hợp chất khác

nhau như arsenit (As(TI), arsenat (As(V)), axit monomethylarsonic (MMAA), axit dimethylarsonic (DMAA) trong đó dạng Arsenit (As(III)) độc hơn dạng Arsenat

(As(V)); các dang As vô cơ có độc tính cao hơn các dang As hữu cơ, các dang lại có

thê chuyên hóa qua lại với nhau nhờ tác động của các yếu tố trong môi trường sống[11, 39, 40].

Một nguyên tố khác nữa như Se, nguyên tố này có nhiều mức oxy hóa khácnhau là + 4, +6 và — 2, đây là nguyên tô vừa có thé đóng vai trò là nguyên tổ vi

lượng vừa có thé là độc tố khi ở hàm lượng cao, khoảng nồng độ Se được phép có

trong cơ thể người mà không gây độc hại là rất hẹp và tùy thuộc vào dạng tôn taicủa Se, lượng Se nên đưa vào cơ thé người hàng ngày khoảng 50-200ug/ngày Cácdang hợp chat có độc tính của selen thường gặp là selen dioxyd (SeO;), axit selenơ(H;SeO¿), muối selenit (SeO;”), axit selenic (H;SeO¿), muối selenat (SeO¿7) hoặc

dạng selenua (Se”) [41, 42] Các hợp chất selen đáng chú ý trong dinh dưỡng và sức

khỏe là (CH3)Se, (CH:)zSe”, selennocystein, selenomethionin.

Như vậy, mỗi dạng tồn tại của một nguyên tố có những tính chất khác nhau

nếu chỉ phân tích tổng hàm lượng các nguyên tố thì chưa chỉ ra được độc tính hoặcứng dụng của nó, chính vi vậy việc định lượng các dạng của các nguyên tố là rất cầnthiết Để phân tích dang các nguyên tố, phương pháp chủ yếu hiện nay hầu hết đều

dựa trên nguyên tắc tách các dạng ra khỏi nhau rồi xác định hàm lượng của chúng

bang các phương pháp phân tích thông thường hoặc sử dụng các phương pháp ghép

nối các thiết bị phân tích, quy trình phân tích có thé tách thành các giai đoạn khi áp

dụng kỹ thuật phân tích không ghép nối hoặc khép kín khi sử dụng kỹ thuật ghépnối Có thé kể đến là nhóm các phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép nối vớiphép đo phé hap thụ nguyên tử (HPLC — AAS), hoặc ghép nối với phép đo phổ khối(HPLC — ICP — MS), [16, 21] Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của các phươngpháp tách là qua nhiều công đoạn phức tạp, dễ làm nhiễm ban, mat chat phân tíchhoặc chất phân tích bị chuyên hóa Trong thực tế tại Việt Nam, mặc dù đã có rấtnhiều phòng thí nghiệm được trang bị các thiết bị như HPLC, AAS, ICP - MS, LC

— MS, GC —- MS nhưng hau hết các thiết bị này hoạt động độc lập, việc ghép nốicác thiết bị với nhau đòi hỏi kỹ thuật tiên tiễn và khó thực hiện được

Với những lý do trên, chúng tôi chon dé tài “Nghién cứu xác định các dạng arsen

và selen trong một số đối tượng mẫu bằng phương pháp ghép nối sắc kí lỏng hiệu

năng cao với khối phố plasma cảm ứng cao tan (HPLC-ICP-MS)”

Mục tiêu nghiên cứu của luận án

Nghiên cứu phát triển phương pháp phân tích xác định 5 dạng As bao gồmAsB, As(HD, MMAA, DMAA, và As(V) và bước đầu nghiên cứu phân tích 4 dạng

Se bao gồm vô cơ Se(IV), Se(VI), SeMet, SeMeCys bằng phương pháp sắc kí lỏnghiệu năng cao HPLC ghép nối với khối phổ plasma cảm ứng cao tần ICPMS

Ứng dụng phương pháp phân tích dé phân tích các dạng arsen trong các đốitượng mẫu như: Nước, nước mắm, cá, gạo, nước tiểu, huyết thanh và selen trong

mẫu thuốc, thực phẩm chức năng

Nội dung nghiên cứu của luận án

Phát triển phương pháp phân tích dạng arsen và selen bằng hệ liên hợpHPLC ghép nối ICP-MS

- Tối ưu các điều kiện tách và nhận biết các dang As và Se bang

HPLC-ICP-MS

- Tối ưu các điều kiện xử ly mẫu

- Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp (Độ đúng, độ chính xác, LOD,

LOQ, CRMs)Ứng dụng các phương pháp đã phát triển dé phân tích

- Dạng ton tại của As trong mẫu sinh học, thực phẩm và môi trường

- Bước đầu phân tích dang ton tại của Se trong mẫu thuốc, mẫu nắm men và

mẫu thực phẩm chức năng

- Đánh giá phương pháp phân tích và áp dụng để phân tích các dạng Astrong một số mẫu thực phẩm môi trường và sinh học, các dạng Se trongmẫu thuốc nắm men và thực phẩm chức năng

2 Những đóng góp mới về mặt khoa học và thực tiễn của Luận án

Về mặt khoa học

- Đã xây dựng thành công quy trình xác định đồng thời 5 dạng As bao gồmarsenobetain (AsB), arsenit (As(HI)), axit monomethylarsomc (MMAA), axit

dimethylarsonic (DMAA), arsenat (As(V)) trong mẫu nước, mau gạo, mẫu nước

mắm, mẫu cá, mẫu nước tiểu và mẫu huyết thanh sử dụng hệ ghép nối HPLC

(Shimadzu)-ICP-MS (ELAN 9000 Perkin Elmer) tại Việt nam

- Đã xây dựng thành công quy trình xác định đồng thời 4 dang Se: bao gồmselenat (SeVI), selenit (Se(IV)), seleno-DL-methionine (SeMet) và Se-Methyl-selenocystine (SeMeCys) trong mẫu thuốc, mẫu nam men và mẫu thực phẩm chứcnăng sử dụng hệ ghép nối HPLC (Shimadzu)-ICP-MS (ELAN 9000 Perkin Elmer)tại Việt nam

- Đã ứng dụng phân tích và đánh giá hàm lượng các dạng As trong các đối

tượng mẫu như; mẫu nước, Đạo, nƯớc mắm, ca, huyét thanh, nước tiểu và các dạng

Se trong mẫu thuốc, nấm men và thực phẩm chức năng bằng hệ ghép nối ICP-MS

HPLC Các thông số quan trọng của phương pháp phân tích như độ lặp lại, độ đúng,

độ chính xác, khoảng tuyến tính, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng được đánh

giá và biểu diễn Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp phân tích được tiến

hành bằng phân tích mẫu chuẩn đối chứng quốc tế (đối với mẫu cá và mẫu gạo).Đối với nền mẫu khác không có mẫu chuẩn đối chứng quốc tế được tiễn hành theophương pháp thêm chuẩn

- Phương pháp phân tích được ứng dụng dé phân tích các dạng tôn tại chính

As trong mẫu sinh học, thực phâm và môi trường Phương pháp phân tích cũngđược ứng dụng dé phan tich 4 dang ton tại chính của Se trong mẫu thuốc, mẫu nammen và mẫu thực phâm chức năng.

> Về mặt thực tiễn và tính mới của Luận án

- Thành công của luận án là một nghiên cứu có hệ thống về phân tích dạnghợp chat As và Se bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép nối với detector khối phônguồn ion hóa cao tần cảm ứng plasma dựa trên các thiết bị sẵn có của phòng thínghiệm nham mở rộng khả năng ứng dụng của các thiết bi đó Bên cạnh đó, phan

tích được các dạng tồn tại của các hợp chất của As và Se đóng góp một vai trò quan

trọng trong việc nghiên cứu độc tính cũng như hoạt tính sinh học của các dạng tồntại của hợp chất trên

CHƯƠNG 1 TONG QUAN

1.1 Khai quat vé nguyén té As

1.1.1 Các dang tồn tai của arsen trong tự nhiên

Arsen được Albertus Magnus tìm thấy đầu tiên vào năm 1250 Arsen (As) hay

còn gọi là thạch tín, là một nguyên tố bán kim loại có mặt ở khắp nơi và xếp thứ 20

về độ phô biến trong vỏ trái đất, nó chiếm 1,1 - 4,0 % tổng nguyên tử trong vỏ tráiđất, xếp thứ 14 trong nước biển và 12 trong cơ thê con người Arsen có số thứ tự 33thuộc chu kỳ 4 phân nhóm phụ nhóm 4 trong bảng hệ thống tuần hoàn [2]

1.1.1.1 Arsen trong vỏ trái đất

Arsen là nguyên tô chiếm khoảng 0,001% trong vỏ trái đất, nồng độ trung bìnhcủa arsen trong các loại đá lửa và đá trầm tích vào khoảng 2mg/kg và có hàm lượngcao hon trong các trầm tích sét mịn và khoáng photphorit Arsen tồn tại tự nhiêntrong hơn 200 loại khoáng khác nhau, trong đó khoảng 60% là arsenat, 20% dạngsunphua, 20% còn lại bao gồm arsenua, oxit, silicat và arsen nguyên tô Một sốkhoáng chứa arsen thường gặp như: realgar (AsS), orpiment (As.S3), arsenopyrit (FeAsS), loellingite (FeAs;), arsennolit (AszO;), domeykite (Cu3As), enargite (

CusAsS,), [22].

1.1.1.2 Arsen trong tram tich va dat

Ham lượng arsen tự nhiên trong đất khoảng từ 0,1- 40,0 mg/kg, trung bình là 5mg/kg, trong đó đất cát có hàm lượng arsen thấp nhất, còn đất bồi và đất mun hữu

cơ có hàm lượng arsen cao hơn Tuy nhiên các hoạt động của con người đã làm tăng

đáng ké hàm lượng arsen trong đất Hàm lượng arsen lên tới 50 - 550 mg/kg được

tìm thay trong đất nông nghiệp đã sử dụng thuốc trừ sâu chứa arsen và nồng độ 20,

- 35,5 g/kg trong đất ở bãi rác thải của một nhà máy sản xuất thuốc trừ sâu [22]

Hàm lượng tổng As trong bùn biển đại dương thế giới là 1 mg/l (AP

Vinogradov, 1967), trong trầm tích Đệ tứ hạt mịn ở Kyoto, Sendai (Nhật Bản)khoảng 1-30 mg/l Hàm lượng trong trầm tích Đệ tứ ở trong các giếng khoan ở HàNội khoảng từ 6 - 63 mg/l, trong trầm tích sét nâu 2-12 mg/l, trong sét màu xám0,5-5,0 mg/l trong cát vàng - nâu xám) có quan hệ tuyến tính với hàm lượng

Fe(OH);, FeOOH Trong trầm tích biển ven bờ Việt Nam có hàm lượng As daođộng trong khoảng 0,1-6,1 mg/L [7].

1.1.1.3 Arsen trong nước

Arsen có mặt trong nước tự nhiên với nồng độ thấp, chỉ khoảng vài ug/l hoặcnhỏ hơn Nồng độ arsen trong nước biển ở khoảng 1 - 8 ug/1, trong nước ngọt không

ô nhiễm là 1 - 10 ug/1 và tăng cao đến 0,1 - 5,0 mg/l tại những vùng có khoáng hóa

sunfur và vùng mỏ Trong nước, arsen thường tồn tại ở dạng arsenat As(V) hoặc

arsenit As(III) Các hợp chất arsen hữu cơ dạng metyl hóa như MMAA - axitmonomethylarsonic, DMAA - axit dimethylarsonic, TMA- axit trimethylarsonic cómặt một cách tự nhiên trong nước là kết quả của hoạt động sinh học [29]

Hàm lượng arsen trung bình trong nước ngầm thường là: 1 - 2 pg/l Ở nhữngvùng có đá núi lửa và các cặn khoáng sulfur, hàm lượng arsen đo được có khi cao

hon 3 mg/l Nong độ tối đa cho phép trong nước ăn uống theo tổ chức y tế thé giới

WHO là 10 ug/l Kết quả khảo sát chất lượng nước ngầm cho thấy các khu vực cótầng ngậm nước được phát hiện bị ô nhiễm arsen với nồng độ trên 50ug/1 như: Ấn

Độ, Bangladesh, Nepal, Myanmar, Campuchia, Trung Quốc, Đài Loan, Việt Nam,

Hungary, Rumania, Argentina, Chile, Mexico và nhiều vùng trên nước Mỹ, đặc biệt

là vùng Tây Nam của nước này [29].

Từ những năm 1999 trở lại đây các nhà khoa học Việt Nam dưới sự hỗ trợ của

các Tổ chức Nhân đạo quốc tế đã tiến hành những khảo sát về tình trạng ô nhiễmarsen ở quy mô rộng hơn, mang tính hệ thống hơn Kết quả cho thấy tình trạng ô

nhiễm arsen trong nước ngầm ở Việt Nam được khẳng định là có thực và hiện

tượng này tương đối phổ biến ở các vùng đồng băng thuộc lưu vực 2 sông: sông

Hồng và sông Mê Kông [7]

1.1.1.4 Arsen trong cơ thể người và động vật

Trong cơ thé người và động vat, arsen tích lũy ở các mô với nồng độ khácnhau tùy thuộc vào sự phơi nhiễm ở các vùng khác nhau Ở các loài động vật có

vú, arsen thường tích tụ trong các mô ngoại bi, chủ yêu trong lông, tốc và móng.

Hàm lượng arsen trong các động vật nuôi và con người thường nhỏ hơn 0,3

mg/kg Toàn bộ cơ thé người có thể chứa từ 3-4 mg arsen và có xu thé tăng theo

tuổi Các phép phân tích cho thấy trừ tóc, móng và răng, hàm lượng arsen trongcác mô trong cơ thé người thường nhỏ hơn 0,3-147,0 ug/1 theo trọng lượng khô, từ

0,01-0,09 ug/I theo trọng lượng ướt [15].

Trong cơ thể người arsen vô cơ thường tích lũy trong tóc và các mô giàukeratin Nồng độ bình thường trong tóc là 8-250 pg/l, từ 1 mg/l trở lên coi lànhiễm độc Lượng arsen tổng trong nước tiêu người bình thường là khoảng 5-40ug/ngày, trường hợp nhiễm độc cấp tính và bán cấp tính lượng arsen thường lớnhơn 100 pg/ngay Sự biến đổi nồng độ arsen hàng ngày phụ thuộc vào lượng arsentrong các loại thực phâm khác nhau ăn vào cơ thé Các hợp chat arsen hữu cơ như

arsenobetain (AsB) và arsenocholine (AsC) được tìm thấy với hàm lượng cao

trong các sinh vật biển, chúng rất bền đối với sự phân hủy hóa học Nói chung các

dạng arsen hữu cơ được đào thải nhanh hơn so với các dạng arsen vô cơ, arsenat

As(V) được thải loại nhanh hơn arsenit As(IID) [19].

1.1.2 Sự phân bố của arsen trong môi trường

Có 3 dạng biến đổi sinh học chủ yếu của arsen trong môi trường:

- Qua trình oxy hóa giữa arsenit và arsennat

- Qua trình khử và metyl hóa arsen

- Qué trình tổng hợp sinh học của các dạng arsen hữu cơ

Arsen phân bố chủ yếu trong môi trường nước Đối với nước bị oxy hóa, arsentồn tại chủ yếu ở dạng arsennat, nhưng ở môi trường khử, ví dụ như trong nước

giếng sâu dạng arsenit chiếm ưu thế Sự metyl hóa arsen vô cơ thành axit

metylarsenic và axit dimetylarsenic liên quan đến các hoạt động sinh học trong môitrường nước Một số loài sinh vật biển tham gia vào quá trình chuyên đổi arsen vô

cơ thành hợp chất hữu cơ phúc tạp như arsenobetaine, arsenocholine,arsoniumphospholipid [16].

Trong môi trường đất bị oxy hóa, arsen vô cơ ton tại ở dạng arsenat (As(V)),trong môi trường khử ton tại dang arsenit (As(HI)) Có nhiều bằng chứng vé sựmethyl hóa sinh học trong đất và quá trình giải phóng methylarsine vào không khí.Hợp chất arsen methyl hóa cũng được phát hiện trong khí nhà kính Tuy nhiên arsendạng khí tồn tại chủ yếu ở dạng vô cơ Tính chất hóa học của arsen vô cơ trong môitrường nước, đặc biệt là pH và oxygen rất phức tạp Một đặc điểm quan trọng, ở

điều kiện lượng khí CO; cao, muối arsenat phân ly thành 4 axit arsenic [As(V)]:H;AsO¿, H;AsO/, HAsO,7, AsO/” Tuy nhiên, trong môi trường khử sẽ hình thànhdang [As (HI)]: H;AsO3, H;AsOz, HAsO;” Axit arsenic ít độc nhất trong các dạng

arsen vô cơ, axIt arsenor độc hơn và không được phép ton tại trong cơ thể song [22]

Một số lớn các phản ứng sinh học và hóa học, như oxy hóa khử, hấp phụ, kếttủa, methyl hóa và hóa hơi tham gia tích cực vào chu kỳ hoạt động của nguyên tốnày Các phản ứng này kiểm soát sự có mặt của arsen trong môi trường Do đó,

arsen gây hại cho con người chỉ từ một số dạng arsen chứ không phải do tổng dạngarsen Các phản ứng hóa học và các quá trình vật lý trong đất — nước và cặn bùn —

đá ảnh hưởng đến quá trình vận chuyên, phân bố của arsen trong môi trường Lượng

oxy kiểm soát các phan ứng oxy hóa khử arsenat — arsenit Sự hấp thu và kết tủa

arsenat và arsenit ngăn chặn hoạt động của các arsen hòa tan Sự giải phóng arsenic

dần dần từ đá và bùn lắng hay sự hòa tan do quá trình oxy hóa của arsenopyrite(FeAsS) chuyên hóa arsen vào trong môi trường Su methyl hóa arsenit thành axitmonomethylarsonic (MMAA) hay axit dimethylarsinic (DMAA) hình thành hop

chất arsen hữu cơ đóng góp vào những phản ứng sinh học chủ yếu trong chu trìnharsen [16] Một số dạng arsen ton tại trong môi trường được chi ra tại Bang 1.1

Các dạng As trong môi trường nước, chủ yếu là bốn dạng arsenit (As(II)),arsenat (As(V)), axit dimethylarsonic DMAA và axit monomethylarsonic MMAA, trong đó hai dạng vô co có độc tính cao hon

Bang 1.1 Một số dạng As tôn tại trong tự nhiênSTT Tén Công thức hóa hoc

1 Arsen nguyên tô As

2 Arsen trioxit As,O03

3 Axit arsenous HAsO,

4 Arsenit AsO3*

5 Arsen clorua AsCl,

6 Arsen sunfua A9Sa

7 Asin AsH;

8 Arsen pentoxit As¿Os

9 Axit orthoarsenic HạAsOÒ¿

10 Axit metaarsenic HAsO,

11 Arsenat AsO,*

12 Monomethylarsin (MMA) CH:AsH;

13 Dimethylarsin (DMA) (CH3),AsH

14 Trimethylarsin (TMA) (CH3)3As

15 Axit monomethylarsonic (MMAA) CH;:AsO(OH);

16 Axit dimethylarsonic (DMAA) (CH3)2AsO(OH)

17 Arsenobetaine (AsB) (CH;)zAs” CH,COOH

18 Arsenocholine (AsC) (CH:)sAs” CH,CH,OH

19 Dimetylarsinoyl etanol (CH:)››AsOCH;CH;OH

1.1.3 Sự phân bố của As trong các đối tượng thực phẩm

1.1.3.1 Arsen trong hải sản.

Trong nước biên thường chứa arsen với hàm lượng khoảng 1 - 2 g/l, (WHO,2001) Ham lượng này gần như không đổi ở mực nước biên sâu, trong khi ở nước

bề mặt hàm lượng này thay đổi theo mùa Quá trình khử và methyl hóa bởi các vi

sinh vật xảy ra ở vùng có nhiều ánh sáng, ở những tầng đại dương mà ánh sáng mặttrời có thé xuyên qua dé thực hiện quá trình quang hợp.

Hầu hết arsen vô cơ có trong cơ thể sinh vật biển không phải từ nước biển.Ngược lại, nguồn arsen này chủ yếu từ thức ăn, một quá trình tích lũy tương ứngvới một chuỗi trao đổi chất xảy ra khi arsen tham gia vào trong chuỗi thức ăn

Chuỗi trao đổi chat bat đầu từ những sinh vật phù du (rong rêu, tảo) hap thu

arsenat từ nước biên qua hệ thống màng trao đổi chất Sau khi hấp thu, tảo nhanh

chóng khử độc arsenat thông qua phản ứng khử và methyl hóa tạo thành dạng

đường chứa arsen và một lượng nhỏ DMAA cùng các hợp chất arsen khác Lượngarsen trong tảo lớn hơn gấp 1000 đến 10000 lần so với trong nước biển [73]

Trong sinh vật biển, dạng arsen chủ yếu là arsenobetaine (AsB) có khắp nơi

trong môi trường biển, đặc biệt ở các loài hải sản mà con người dùng làm thực

phẩm Các nghiên cứu cho thấy sinh vật biển cấp cao hơn không tổng hợp

arsenobetaine từ arsenat Đó là do các loài tảo khi chết và bị phân hủy sẽ giải phóngarsenosugar vào môi trường nước va trầm tích, nhờ loài vi khuẩn sẽ chuyển hóathành arsenobetaine, từ đó đi vào cơ thé sinh vật biển Các thí nghiệm cũng cho thay

vi khuẩn trong nước biển có thé chuyên hóa axit monomethylarsonic (MMAA) và

axit dimethylarsinic (DMAA) trừ arsenat (As(V)) thành arsenobetaine (AsB) [73].

Dưới đây là những dang arsen hữu co phổ biến trong sinh vật biển:

- Arsenobetaine (AsB) là một trong những arsen hữu cơ, tìm thấy trong tômhim năm 1977 - là hợp chất của arsen hữu cơ phô biến nhất trong sinh vật biển.Sinh vật nước ngọt cũng chứa AsB nhưng ở mức thấp hơn nhiều (< 0,1 mg arsen/kgtrọng lượng khô) Arsenobetaine (AsB) cũng được tìm thấy ở một số thực phẩm trêncạn như nam và gia cầm, có thé do trong thức ăn chăn nuôi hoặc chat tăng trưởng cóchứa hải sản [12].

- Arsenosugar (arsen đường) là hợp chất arsen chính trong rong biển

(2-50 mg/l) theo trọng lượng khô va trong động vật ăn rong biển, chăng hạn vẹm

thường chứa 0,9 - 3,4 mg/l theo trọng lượng khô Arsenosugars được xem là sản

10

phẩm biến đổi sinh học từ arsen vô cơ trong quá trình rong biển chuyên hóa dinh

dưỡng [12].

- Arsenolipid là arsen hữu cơ được tìm thấy trong dầu gan cá tuyết, cá ngừ.Ngoài ra còn có các loại arsen hữu cơ khác có nồng độ thấp hơn ở sinh vật biển:

(AC), (MMAA), (DMAA), [12].

1.1.3.2 Arsen trong gao

Cây lúa trong quá trình phát triển hap thu As trong đất và thuốc trừ sâu; As

được tích tụ trong hạt gạo Điều đặc biệt là khả năng hấp thu As cua cây lúa cao hơn

các loại cây lương thực khác, do đó hàm lượng As trong hạt gạo cao hơn so với các

loại hạt khác [33].

Hình 1.1 Cây lúa hấp thụ As từ đất và tích lũy trong hạt gạo [33]

Trong một nghiên cứu tại Ấn Độ của Mayukh Banerjee và cộng sự (2013)

thông qua việc theo dõi 400 người sử dụng gạo nhiễm As, thì phát hiện có hàm

lượng As cao trong nước tiểu của họ Ngoài ra nồng độ cao của các mảnh nhân tế

bao (micronucleus), biểu hiện của quá trình tổn thương DNA (axit deoxyribo

11

nucleic) có nguy cơ dẫn tới ung thư, cũng được phát hiện trong tế bào biéu mô niệuđạo Một số nhà khoa học đã đặt nghi vấn về nguy cơ đái tháo đường type 2, bên

cạnh nguyên nhân do chế độ ăn giàu năng lượng còn có thé liên quan tới phơinhiễm As từ gạo; As được chứng minh có thé kích hoạt stress oxy hóa và tăng tiếtcytokine (một số nhóm chất có vai trò trong quá trình viêm và miễn dịch) gây đề

kháng insulin, dẫn tới bệnh ly đái tháo đường type 2 [34] Sự tích lũy As trong gạo

được cho là từ đất, nước, phân bón, thuốc trừ sâu

Khi sử dụng gạo nên rửa kỹ trước khi nấu dé loại bỏ một phan As, gạo trắng

có chứa ít As hơn gạo nâu Hiện nay, một phương pháp mới được đề xuất có khảnăng loại bỏ 85% As trong gạo, đó là thay vì nấu gạo theo cách truyền thống trong

nước đun sôi, thì gạo sẽ được hap chin bang hơi nước [35]

1.1.3.3 Một số quy định về giới hạn cho phép hàm lượng arsen trong thựcphẩm

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia đối với giới hạn 6 nhiễm kim loại nặng QCVN 2:2011/BYT của Bộ Y tế, ban hành ngày 13/1/2011, quy định giới hạn ô nhiễmarsen trong thực phẩm như Bảng 1.2

8-Tuy nhiên, trong quy chuẩn này chỉ quy định về giới hạn ô nhiễm arsen tổng

số trong thực phẩm mà không quy định rõ giá trị là dang vô cơ hay hữu cơ, đồngthời phương pháp phân tích được viện dẫn lại chỉ phân tích được hàm lượng tổng sốcủa arsen QCVN 8-2:2011/BYT quy định đối với cơ sở cung cấp nước, hàm lượngarsen tổng số trong nước sinh hoạt là 10ug/1, trong đương mức WHO khuyến cáonăm 1999, hiện nay chưa có ngưỡng quy định về hàm lượng các dang arsen Mức

cho phép đối với tổng arsen trong nước uống là 10ug/1 Đối với các sản phẩm thực

phẩm thì giá trị cho phép từ 0,5-5 mg/l [7] Tuy nhiên, Tổ chức Nông lương Thếgiới/Tổ chức Y tế Thế giới (FAO/WHO) đã đề xuất một lượng tiêu thụ hàng tuần cóthé chấp nhận được (PTWI) là không quá 15 mg As vô cơ trên 1 kg trọng lượng cơthể [18]

12

Theo FDA (Cơ quan quản lý Thực phẩm và Dược phâm Hoa Kỳ), lượng arsen

cho phép trong nước uống tại Mỹ không vượt quá 10ug/1 FDA cũng khuyến cáo

hàm lượng arsen cho phép có trong gạo là dưới 0,1 mg/1 đối với dang As vô cơ [91,108].

Bảng 1.2 Giới hạn ô nhiễm As tổng trong thực phẩm theo QCVN 8-2:2011/BYT

13

Năm 2015, Ủy ban liên minh Châu Âu đã điều chỉnh mức độ chấp nhận arsen

vô cơ trong thực phẩm, trong đó quy định lượng arsen vô cơ trong gạo trăng là 0,2

mg/l, mức 0,3 mg/l cho các loại bánh gạo, 0,25 mg/l cho gạo nguyên cám và không

quá 0,1 mg/I cho các sản phẩm chế biến từ gạo cho trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ Dựa trêncác số liệu về arsen vô cơ, Ủy ban An toàn Thực phẩm châu Âu công bốlượng arsen vô cơ có trong cá là 30 ug/l và 100 ug/l được coi là an toàn cho sức

khỏe con người [30].

1.1.4 Độc tính và cơ chế gây độc của arsen

1.1.4.1 Độc tính của arsen

Độc tính của các hợp chất As > arsenat —› arsenit — đối với sinh vật dưới

nước tăng dần theo dãy arsen hợp chất As hữu cơ Trong môi trường sinh thái, cácdạng hợp chất As hóa trị (HD có độc tính cao hơn dạng hóa trị (V) Môi trường khử

là điều kiện thuận lợi dé cho nhiều hợp chat As hóa trị V chuyên sang As hóa trị III

Trong những hợp chất As thì HAsO; độc hơn HạAsO¿ Dưới tác dụng của các yếu

tố oxi hóa trong dat thì H;AsO; có thé chuyén thành dạng HạAsOÖx Thế oxy hóa

khử, độ pH của môi trường và lượng kaloit giàu Fe * , là những yếu tố quan trọngtác động đến quá trình oxy hóa - khử các hợp chất arsen trong tự nhiên Những yếu

tố này có ý nghĩa làm tăng hay giảm sự độc hại của các hợp chất arsen trong môitrường sống [7]

As tự do cũng như hợp chất của nó rất độc Trong hợp chat thì hợp chat củaarsenit (As(II) là độc nhất Tổ chức Y tế thé giới (WHO) đã xếp arsen vào nhómđộc loại A gồm: Hg, Pb, Se, Cd, As Con người có thé bi phơi nhiém arsen qua hitthở không khí, hap thu thức ăn va qua nước uống Một lượng nhỏ arsen trong nước

có thé de doa đến sức khỏe con người bởi vì phần lớn các hợp chất arsen trong nướcuống đều ở dạng vô cơ rất độc [66] Độc tính của các dạng arsen giảm dần theotrình tự sau: asin > arsenit hữu cơ > hợp chất hữu cơ hóa trị IIT (arsenooxides) >arsenat hữu co > hợp chat hữu cơ hóa trị V > hợp chat arsonium > arsen nguyên tố

[67, 68, 69] Trong cơ thể người, cũng như hầu hết động vật có vú, arsen vô cơ bị

14

methyl hóa tạo thành axit monometylarsonic và axit dimetylarsinic bởi phản ứngkhử luân phiên arsen từ hóa trị V thành hóa trị ITI và gắn thêm một nhóm metyl.

Arsen còn được biết là hợp chất có khả năng tạo nên các superoxide, một hợpchất có tính oxi hóa mạnh Nếu một lượng lớn superoxide được tạo ra trong tế bàotuyến tụy, thi quá trình tiết insuline sẽ bị anh hưởng [31]

Đối với màng tế bào, có một vài báo cáo chỉ ra rằng các hợp chất arsen gây

ảnh hưởng đến cấu trúc và chức năng của màng, đặc biệt là đối với màng tế bào

hồng cầu Người bị nhiễm độc arsen thường có tỷ lệ bị đột biến nhiễm sắc thê rất

cao Ngoài việc gây nhiễm độc cấp tính arsen còn gây độc mãn tính do tích luỹtrong gan với các mức độ khác nhau và arsen có thé gây 19 loại bệnh khác nhau,

trong đó có các bệnh nan y như ung thư đa, phối Sự nhiễm độc arsen được gọi là

arsenicosis Những biểu hiện của bệnh nhiễm độc arsen là chứng sạm da

(melanosis), day biéu bì (kerarosis), từ đó dẫn đến hoại thư hay ung thư da, viêm

răng, khớp arsenie vô cơ được xếp vào loại chất gây ung thư cho người và hiệnnay chưa có phương pháp hữu hiệu dé điều trị nhiễm độc arsen [19]

1.1.4.2 Cơ chế gây độc của As

Arsen xâm nhập vào cơ thê thông qua hơi thở và qua đường tiêu hóa, khi arsenđược hấp thu vào cơ thể, chúng sẽ tích lũy trong gan, thận, tim và phối Một lượngnhỏ arsen được tìm thấy trong các cơ và mô thần kinh Sự tích tụ arsen trong mô thầnkinh gây ra các bệnh khác nhau như ung thư, tiêu đường, nhiễm độc gan, nhiễm độcthần kinh, rối loạn chức năng tim, Khi bị nhiễm độc arsen cấp tính thường có cácbiểu hiện buồn nôn, nôn, dau bụng, và tiêu chảy nặng Khi bị nhiễm độc arsen mạntính thường gây ra các bệnh như: xơ vữa động mạch, cao huyết áp, bệnh tim mạch,thiếu máu cục bộ, bệnh tiểu đường, nhiễm độc gan, thận, ung thư da, bàng quang, vàphôi [27,34]

Quá trình trao đổi chất với arsen là rat quan trọng, giúp arsen thúc day độc tínhcủa nó thông qua sự ức chế khoảng 200 enzym liên quan đến năng lượng tái tạo cho

tế bào,quá trình chuẩn bị và tổng hợp AND và cản trở quá trình tổng hợp ATP

15

Arsen vô cơ ức chế enzym hoạt động bằng cách phản ứng với nhóm -SH củaprotein, thay thế gốc photphat PO,* bằng gốc AsO¿Ÿ có tính chất tương tự Kết qua

tạo ra phức bị thụ động hóa gây ức chế hoạt động của enzym [27,34]

Với quá trình tạo ra ATP, khi có mặt AsO¿” thi xảy ra quá trình phụ tạo thành1-Arseno-3-photphat glyxerat nên không xảy ra quá trình tao 1,3 — diphotphatglyxerat do đó không tạo ra ATP Mối quan hệ mật thiết của As(III) oxit với thiols

được coi là nguyên nhân chính gây ra độc tính cao Thiol, thường ở dang cysteine còn sót lại, nhưng nó cũng có mặt trong các cofactors như axit lipoic và coenzyme

A, được đặt tại các vi trí trung tâm hoạt động của nhiều enzym quan trọng

1-arsena- 3-nhaspnhoglycerate 3-phosphoglycerate

Hình 1.2 Quá trình nhiễm độc arsen can thiệp vào tong hop ATP

Ở chu trình axit citric, arsen ức chế axit lipoic Ngoài ra, bằng cách cạnh tranh

với phốt phát, arsenat oxy hóa, tách phosphoryl hóa As ức chế giảm liên kết nănglượng của NAD”, hô hấp ty thé và tổng hop ATP [27]

Ngộ độc arsen mãn tính thường gây ra các bệnh như xơ vữa động mạch, tăng

huyết áp, bệnh tim mạch, thiếu máu cục bộ, tiêu đường, nhiễm độc gan, thận, ung

16

thư da, bàng quang và phôi Tuy nhiên, không phải tat cả arsen được hap thụ vào cơ

thé con người đều có thé tích lũy và gây bệnh Khi hấp thụ vào cơ thé, vì quá trình

methyl hóa, arsen chuyên thành dạng không độc và bài tiết qua nước tiểu

Đối với thực vật khi bị nhiễm độc arsen có thể gây hạn chế quá trình quanghợp của lá, làm rụng lá cây, gây thiếu sắt và làm cho cây bị chết Dat bị nhiễm arsenthì khó gieo trồng cây cối được, nếu có gieo trồng, nhẹ thì cây còi cọc, năng suất

kém, nặng thì cây héo, úa vàng và chết.

arsenate arsenite methylarsonate

(MMA*)

OH Innsine OH SAM SAH OF

Lipoic acid \ )

O=As’— 0H HO—As'!-0H O=As’— CH,

o @ arsenaie reductase @ arsenile'MMA" o

dimethylarsinous dimethylarsinic methylarsonous

acid (DMA) acid (DMA) acid (MMA")

Hình 1.3 Sự chuyển hóa arsen trong quá trình trao đổi chất [27]

1.2 Các dạng tồn tại và sự chuyển hoá giữa các dạng selen trong môi trường

Selen là thành phần chính của 40 chất khoáng và thành phần phụ của 37 chấtkhác có trên vỏ trái đất Trong tự nhiên selen vô cơ thường là các selenat, selenit và

selenua như chì selenat (PbSeO,), chì selenit (PbSeO2a), chì selenua (PbSe), đồngselenit (CuSeO2) , rất hiếm gặp selen tự do ở trang thái tự nhiên Ngoài ra, selenthường tập trung ở những vùng đất có hàm lượng sắt hoặc cácbonat cao do chúng

có khả năng hấp phụ selenit (Se (IV)) Các mỏ chứa lượng lưu huỳnh lớn thườngtìm thấy selen lẫn trong các khoáng vật dưới dạng tạp chất Selen được tìm thay

17

trong các khoáng sunfit (sắt pyrit, đồng sunfit, bạc sunfit) với hàm lượng khoảng 0

đến 2,1 mg/kg, trong nhiên liệu hoá thạch với lượng từ 1 đến 5 mg/kg và có trongdau thô từ 0,06 đến 0,35 mg/kg [74]

Se” tồn tại trong tự nhiên thường ở dạng vết của các quặng ran, Se (VD là dang

Selen hoà tan chính trong đất Thực vật có thé tong hợp Se (VI) với lượng đủ dé gâyđộc Nhiều loại đất có chứa lượng selen cao nhưng nếu selen hoả tan trong nước

thấp thì thực vật ở đây có lượng selen không đủ để gây độc cho động vật Sự

chuyên hoá giữa các dạng selen vô cơ trong đất và khoáng thạch đã được Allaway(1968) tổng kết thành chu trình[74, 75]:

Hình 1.4 Chu trình Allaway: Sự chuyên hoá giữa các dạng Se trong đất

Selen ton tại ở dạng vết trong đất là dạng trung gian khi các selenid (Se(ID) bịoxi hoá hoặc selenit (Se(IV)) bị khử trong môi trường axit Selen nguyên tố bị Oxi

hoá thành selenit (Se(IV)) trong đất axit và đất trung tính và bị Fe(OH); hap phụ taothành phức chất có độ hoà tan thấp mà thực vật không sử dụng được Khi pH 8

phức này bị phân huỷ và Se(IV) được giải phóng thành dạng mà thực vật dễ hấp

thụ Trong đất kiềm và đất trung tính, sau khi bị oxi hoá thành selenit (Se(V)),

chúng tiếp tục bị oxy hoá thành selenat (Se(VD) với tốc độ rất chậm Se(VI) có mặttrong dịch hoà tan của đất kiềm và hiếm thấy tồn tại trong các loại đất khác pH va

18

thê oxi hoá — khử của môi trường nước ảnh hưởng rât lớn đên dạng tôn tại của selen Sự chuyên hoá qua lại giữa các dạng selen ở các mức sô oxi hoá khác nhauđược thể hiện ở hình 1.2 [6, 55].

Hình 1.5 Giản đồ phân bố của các dạng selen phụ thuộc thế oxh- khử (E¡)

và pH của môi trường (Drever, 1997)

Selen có vai trò sinh học và được tìm thấy trong các hợp chất hữu cơ nhưdimethylselenua, selenomethionin, selenocystein, selenmethyl-selenocystein Chocác tổ chức sông thì hai dang selen là selenomethionin va selenocystin là quan trọng

nhất Cả hai dạng này được kết hợp vào protein ở cơ thể động và thực vật [43]

Selen được tích lũy sinh học bởi một số thực vật như các loài cây họ đậu, thịt, cá,gao, Thuốc và các thực phẩm chức năng bồ sung selen cũng là một nguồn selenphục vụ cho mục đích tăng cường sức khỏe và chống lão hóa của con người Trong

các thuốc bé sung Se, dạng selen thường gặp nhất là selenit, selenat, selenocystin và

selenomethionin và Một số dạng selen được đưa ra trong bảng 1.3 [3, 4]

19

Bảng 1.3 Các dạng thường gặp của selen

TT Tên Viết tắt Công thức hóa học

| Selenit Se (IV) SeO;”

2 Selenat Se (VD SeQ,”

3 Selenua Se dD Se”

4 Selenomethionin SeMet H3N*-CH(COO )-CH;-CH;-Se-Me

5 Selenocystin SeCys H3N*-CH(COO )-CH)-Se

6 Dimetylselenua DMSe (CH3)2Se

7 Ion trimethylselen TMSe” (CH3)3Se*

11 Dimetyl diselenua DMDSe (CHa)›Se;

12 Dimetyl selenon (CH3)2SeO,

13 Selenocystamin H;N-CH;-CH;-Se-Se-CH;-CH;-NH;

14 Selenohomocystine H3N*-CH(COO )-CH;-CH;-Se

1.2.1 Độc tính, ứng dụng và ảnh hướng của selen đến sức khoẻ con người

1.2.1.1 Độc tính của selen

Selen vừa là chất bổ vừa là chất độc Hap thụ selen với hàm lượng khoảng60ug/ngày giúp cơ thé chống lão hoá, chong ung thư và các bệnh xương khớp Việc

sử dụng vượt quá giới han 400 pg/ngay có thé dẫn tới ngộ độc selen Các triệu

chứng ngộ độc selen bao gôm mùi hôi của tỏi trong hơi thở, các rôi loạn đường tiêu

20

hóa, rụng tóc, bong, tróc móng tay chân, mệt mỏi, kích thích và tốn thương than

kinh Các trường hợp nghiêm trọng của ngộ độc selen có thé gây ra bệnh xơ gan,phù phổi và tử vong [12, 49]

Các dạng selen và độc tính của chúng có vai trò sinh học va dinh dưỡng quan

trọng đối với sức khỏe con người khi ăn ở nồng độ hạn chế Năm 1998, Tổ chức Y

tế Thế giới (WHO) và Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO)

đã khuyến nghị sử dụng selen 6 - 21 ug/ngày cho trẻ em, 26 - 30 Iig/ngày cho thanhthiếu niên và 26 - 35 ug/ngày đối với người lớn, với giới han dung nạp cao hơn đốivới selen ở mức 400 pg/ngay, do lo ngại về độc tính [84] Một trong những biểuhiện của việc tiếp xúc miệng mãn tính với lượng hợp chất selen hữu cơ quá mức làselenosis (phát sinh sau khi uống trung bình ước tính 0,02 mg/Kg/ngày), có tác

dụng đối với da và thần kinh Những thay đổi ở da bao gồm rụng tóc, biến dạng và

mat móng, đổi màu và sâu răng quá mức; trong khi các hiệu ứng thần kinh dựa trên

tê, liệt, chóng mặt và liệt nửa người thỉnh thoảng Trong một nghiên cứu được pháthành bởi Morris và Crane (2013), sự thay đổi ở da và tóc cho thấy vẫn tồn tại trongmột câu hỏi tiếp theo được áp dụng sau 2,5 năm ngộ độc selen với các chất bố sung

Se, bao gồm đau cơ hoặc khớp, mệt mỏi và nhiều triệu chứng bắt lợi về thần kinh[85].

Selen nguyên tố và phần lớn các selenua kim loại có độc tính tương đối thấp

do hiệu lực sinh học thấp của chúng Ngược lại, các selenat và selenit lại cực độc

hại, và có các tác động tương tự như của selen Selen có mặt trong một SỐ hợp chấthữu cơ như dimethylselenua, selenomethionine, selenocystine và Se-methylselenocystine những chất này đều có hiệu lực sinh học cao, tuy nhiên cũng là độchại khi ở liều lượng lớn Selen kích thước nano có hiệu lực tương đương, nhưng độctính thấp hơn nhiều [34, 35] Liều gây chết của selen có trong bảng 1.4 [60]

Ngoài phơi nhiễm ở mức độ cao, việc bé sung selen đầy đủ có thé đóng vai tròtrong việc ngăn ngừa ung thư (phòng ngừa ung thư, do vai trò của nó trong cuộc tấncông enzyme và loại bỏ các gôc tu do gây tôn hại tê bao mà tiép tục ngăn ngừa tôn

21

thương tế bào do các gốc tự do) [36] Với việc chứng minh các lợi ích sức khỏe liênquan đến lượng selen, sự phát triển bổ sung dinh dưỡng của selen đang gia tăng,

khiến các kỹ thuật phân tích dạng (đặc biệt là HPLC-ICP-MS) được sử dụng để xácđịnh chính xác nồng độ các hợp chất selen trong nền mẫu thực phẩm [28]

Bảng 1.4 Một số hợp chat của selen và độc tính (thi nghiệm trên chuột)

TT Hợp chất Công thức hóa học Liều gây chết người

1.2.1.2 Ung dung của selen

Selen là vi chất dinh dưỡng thiết yếu cho sinh vật Ở người, selen là chatdinh dưỡng ở lượng vết đóng vai trò quan trọng trong chức năng của tuyến giápbằng cách tham dự như là phụ phối tử cho ba hoóc môn tuyến giáp đã biết là các

deiodinaza Selen cũng có chức năng là phụ phối tử cho việc khử các enzyme chốngoxy hóa như các glutathion peroxidaza và một vài dạng nhất định của thioredoxin

reductaza (tìm thấy ở động vật và một số thực vật) [37, 55]

Glutathion peroxidaza (GSH-Px) xúc tác cho một số phản ứng nhất định

trong đó loại bỏ các dạng oxy hoạt hóa như perôxít [48]:

2 GSH+ H;O; - GSH-Px — GSSG + 2 H,OỨng dụng phi sinh học

Hóa học

22

Se là chất xúc tác trong nhiều phản ứng hóa học và được sử dụng rộng rãitrong nhiều phản ứng tổng hợp hóa học trong công nghiệp lẫn trong phòng thí

nghiệm Nó cũng được sử dụng rộng rãi trong xác định cấu trúc của các protein hayaxit nucleic bang tinh thé hoc tia X [60]

Sản xuất và vật liệu

Ứng dụng lớn nhất của selen trên toàn thế giới là sản xuất thủy tinh và vật liệu

gốm, trong đó nó được dùng để tạo ra màu đỏ cho thủy tinh, men thủy tinh và mengốm cũng như để loại bỏ mau từ thủy tinh bằng cách trung hòa sắc xanh lục do cáctạp chat sắt (II) tao ra Selen được sử dụng cùng bitmut trong hàn chì cho đồng thau

dé thay thé cho chì độc hại hơn Nó cũng được dùng trong việc cải thiện sức kháng

mài mòn của cao su lưu hóa [62].

Công nghiệp điện tử

Do các tính chất quang voltaic và quang dẫn nên selen được sử dụng trong kỹthuật photocopy, các tế bào quang điện, thiết bị đo độ sáng và tế bào năng lượngmặt trời Nó đã từng được sử dụng rộng rãi trong các bộ nan dòng Dang chú ý nhất

là trong các thiết bị bảo vệ điện, với khả năng truyền tải dòng điện cường độ lớn củacác bộ triệt dòng dùng selen đã làm cho nó đáng giá hơn so với các điện trở biến

thiên dùng oxit kim loại khác [62].

Ứng dụng sinh học

Y họcDisulfua selen (SeS›) hay sulfua selen (IV), là thành phần hoạt hóa trong mộtvài loại dầu gội đầu chống gàu Hiệu ứng của thành phần hoạt hóa là giết chết nam

da đầu MalSesezia Thành phần hoạt hóa này cũng được dùng trong mỹ phẩm dùngcho da dé điều trị nam da Tinea do nhiễm các loài nắm chi MalSesezia [58]

Dinh dưỡng

Selen được sử dụng rộng rãi trong điều chế vitamin, thuốc , thực pham chức

năng và các chất bố sung dinh dưỡng khác, với liều nhỏ (thường là từ 50 tới 200

ug/ngày cho người lớn) Một vài loại thức ăn cho gia súc cũng được tăng cường

selen.

23

Selen cho dinh dưỡng đến từ thiên nhiên trong các loại quả hạch, ngũ cốc, thịt, cá

và trứng Dựa vào các tài liệu tham khảo [45, 51], một số loại thực phẩm giàu selen

được đưa ra trong bảng 1.5 và lượng selen cần thiết cho cơ thé theo Viện nghiêncứu sức khoẻ Hoa kỳ được đưa ra trong bảng 1.6 [50, 59].

Bảng 1.5 Một số thực phâm giàu selenThực phẩm Lượng Hàm lượng selen/Luong

Bang 1.6 Lượng selen cho phép theo từng độ tuổi

Độ tudi Nhu cầu cần hàng ngày

7-12 tháng 15 ug/ngày

Trẻ 1-3 tuổi 20 ug/ngày

Trẻ 4-8 tuổi 30 ug/ngay

Trẻ 9-13 tuổi 40 ug/ngày

Lớn hơn 14 tuổi 55 ug/ngày

Phụ nữ mang thai 60 hg/ngày

Phụ nữ cho con bú 70 ug/ngày

24

1.2.2 Ảnh hưởng của selen đến sức khoẻ con người

Thiếu hụt selen là tương đối hiếm ở các cá nhân có chế độ dinh dưỡng day đủ

Nó có thể xảy ra ở các bệnh nhân với chức năng ruột bị tổn thương nghiêm trọng

hay ở những người phải trai qua chế độ đinh dưỡng ngoài ruột tổng thể Ngoài ra,những người phụ thuộc vào thực phẩm gieo trồng trên các vùng đất thiếu hụt selencũng có thể có rủi ro này Tại Hoa Kỳ, DPI (Dietary Protein Intake) cho người lớn

là 55 ug/ngày, tại vương quốc Anh là 75 ug/ngày cho đàn ông và 60 ug/ngày chophụ nữ Khuyến cáo 55 pg/ngay dựa trên sự thể hiện đầy đủ của glutathionperoxidaza huyết tương Selenoprotein P là chỉ thị tốt hơn về tình trạng dinh dưỡng

selen và sự thé hiện đầy đủ của nó đòi hỏi trên 66 ug/ngày [47, 50]

Thiếu hụt selen có thê dẫn tới bệnh Keshan, là bệnh có tiềm năng gây tử vong.Thiếu hụt selen cũng góp phần vào bệnh KSehin-Beck Triệu chứng chính của bệnhKeshan là chết hoại cơ tim, dẫn tới sự Suy yếu của tim Bệnh KSehin-Beck tạo ra sựteo dần đi, thoái hóa và chết hoại của các mô chất sụn [50, 56] Bệnh này cũng làm

cho cơ thé dé bị mắc các bệnh tật do các nguồn gốc dinh dưỡng, hóa sinh học hay

nhiễm trùng Các bệnh này chủ yếu phổ biến ở một số vùng đất thiếu hụt selennghiêm trọng.

Selen cũng là cần thiết dé chuyển hóa hoóc môn tuyến giáp thyroxin (T4)thành dạng hoạt hóa hơn là triodothyronin, và vì thế thiếu hụt selen có thể sinh ra

các triệu chứng của giảm hoạt động tuyến giáp, bao gồm cực kỳ mệt mỏi, trì độntinh thần, bệnh bướu cô, chứng ngu độn va say thai lặp lại [57, 60]

Vì những nguy hại do việc thiếu hut selen gây ra, chúng ta cần bổ sung day đủlượng selen cần thiết cho cơ thể thông qua các thực phẩm chứa các dạng selen cóhoạt tính sinh học trong các cây họ đậu, thịt, trứng, gan cũng như trong các thuốc

hoặc thực phẩm chức năng bồ sung selen trên thị trường

1.3 Các phương pháp phân tích dạng arsen và selen

Dé xác định các hợp chat arsen, cân phải xem xét ba bước chính.

25