dạng Asen.
Một trong những vấn đề chìa khóa của phân tích dạng là bảo quản toàn vẹn mẫu và các dạng quan tâm trong suốt quá trình lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu.
Do tính chất hóa lý đặc biệt luôn thay đổi hóa trị đặc biệt giữa III và V mà Asen tồn tại trong tự nhiên dƣới nhiều dạng khác nhau [32]. Vì vậy xử lý mẫu để giữ nguyên dạng ban đầu của Asen là nhiệm vụ quan trọng đối với các nhà phân tích.
Asen có nhiều dạng tồn tại. Tùy thuộc vào dạng Asen tồn tại trong các đối tƣợng mẫu khác nhau mà cần có các phƣơng pháp xử lý mẫu khác nhau.
Trong phần này chúng tôi trình bày một số phƣơng pháp xử lý mẫu trong phân tích định dạng Asen với đối tƣợng là các mẫu hải sản.
1.4.1. Một số phương pháp xử lý mẫu trước khi phân tích [13,14].
Nguyên tắc chung khi phân tích các mẫu hải sản bao gồm hai giai đoạn:
Giai đoạn 1: Xử lý mẫu để đƣa nguyên tố cần xác định về dạng dung
dịch theo một kỹ thuật phù hợp để có thể phân tích định dạng theo một phép đo đã chọn.
Giai đoạn 2: Phân tích các nguyên tố dựa trên nguyên tắc của phép đo,
trong những điều kiện thích hợp đã đƣợc nghiên cứu lựa chọn.
Trong đó giai đoạn 1 là rất quan trọng đối với hầu hết các phƣơng pháp khi phân tích kim loại. Nếu xử lý mẫu không tốt có thể dẫn đến mất nguyên tố cần phân tích( gây sai số âm) hoặc làm nhiễm bẩn mẫu (gây sai số dương), làm ảnh hƣởng đến kết quả phân tích, đặc biệt khi phân tích vi lƣợng.
Tùy thuộc vào bản chất của phép phân tích, đối tƣợng mẫu, điều kiện trang bị kỹ thuật... mà có các phƣơng pháp sau để xử lý mẫu.
Xử lý mẫu vô cơ
Phân tích dạng trao đổi (còn gọi là dạng dễ tiêu): Kim lọai ở thể này có thể tan đƣợc trong nƣớc, nhƣ dung dịch muối hoặc axit loãng.
Phân tích tổng số: Để phân tích tổng số ngƣời ta phá hủy cấu trúc của mẫu để chuyển kim loại về dạng muối tan. Có thể phá hủy mẫu bằng các loại axit có tính oxihóa mạnh nhƣ axit nitric, axit sunfuaric, axit pecloric.... hoặc hỗn hợp các axit.
Xử lý mẫu hữu cơ:
Các chất hữu cơ rất phong phú và đa dạng. Trong các mẫu này kim loại ít khi ở dạng dễ tiêu, do đó, để phân tích các kim loại trong mẫu hữu cơ,
thƣờng phải tiến hành phân tích tổng số. Trƣớc khi phân tích, mẫu thƣờng đƣợc xử lý bằng một trong các phƣơng pháp sau:
-Vô cơ hóa khô. -Vô cơ hóa ƣớt.
- Xử lý ƣớt bằng lò vi sóng.
- Xử lý mẫu bằng kỹ thuật lên men.
a. Phương pháp vô cơ hóa khô.
Nguyên tắc: Đốt cháy các mẫu hữu cơ có trong mẫu phân tích để giải phóng kim loại ra dƣới dạng oxit hoặc muối, sau đó, tro mẫu này đƣợc hòa tan bằng axit thích hợp.
Phƣơng pháp vô cơ hóa khô đơn giản, triệt để, yêu cầu tối thiểu sự chú ý của ngƣời phân tích, nhƣng có nhƣợc điểm làm mất các nguyên tố đễ bay hơi nhƣ: Hg, As, Pb... khi ở nhiệt độ cao.
Để khắc phục nhƣợc điểm này, ngƣời ta thƣờng cho thêm các chất bảo vệ nhƣ MgO, Mg(NO3)2 hay KNO3 và chọn nhiệt độ thích hợp.
b. Phương pháp vô cơ hóa ướt
Nguyên tắc: Oxi hóa chất hữu cơ bằng một axit hoặc hỗn hợp axit có tính oxi hóa mạnh thích hợp.
Phƣơng pháp vô cơ hóa ƣớt rút ngắn đƣợc thời gian so với phƣơng pháp vô cơ hóa khô, bảo toàn đƣợc chất phân tích, nhƣng phải dùng lƣợng axit khá nhiều, vì vậy các axit phải đạt yêu cầu có độ tinh khiết cao.
c. Phương pháp lò vi sóng
Nguyên tắc: Dùng năng lƣợng của lò vi sóng để đun nống dung môi và mẫu đƣợc đụng trong bình kín. Dƣới nhiệt độ và áp suất cao có thể dễ dàng hòa tan đƣợc mẫu.
Đây là phƣơng pháp xử lý mẫu hiện đại, làm giảm đáng kể thời gian xử lý mẫu, không mất mẫu phân tích và vô cơ hóa mẫu đƣợc triệt để, có thể vô cơ hóa cùng lúc nhiều mẫu. Tuy nhiên, phƣơng pháp này đồi hỏi nhiều thiết bị đắt tiền nên nhiều cơ sở phân tích không đủ điều kiện để trang bị.
d. Phương pháp lên men
Nguyên tắc: Hòa tan mẫu thành dung dịch hay huyền phù. Thêm men xúc tác và lên men ở nhiệt độ 370
C - 400C trong thời gian từ 7 - 10 ngày. Trong quá trình lên men, các chất hữu cơ bị phân hủy thành CO2, axit, nƣớc và giải phóngkim loại trong hợp chất hữu cơ dƣới dạng cation trong dung dịch.
e. Tác nhân vô cơ hóa
Khi xử lý mẫu bằng phƣơng pháp vô cơ hóa ƣớt và lò vi sóng, việc lựa chọn tác nhân oxi hóaphải căn cứ vào khả năng, đặc tính oxi hóa của thuốc thử và đối tƣợng mẫu.
Dƣới đây là một số tác nhân vô cơ hóa thƣơng sử dụng khi vô cơ hóa mẫu:
Axit nitric (HNO3) [14]
Axit nitric (HNO3) là chất đƣợc sử dụng rộng rãi nhất để vô cơ hóa mẫu. Đây là tác nhân vô cơ hóa dùng để giải phóng nhanh vết nguyên tố từ các cốt sinh học và thực vật dƣới dạng các muối nitrit dễ tan. Điểm sôi của axit nitric ở áp suất khí quyển là 1200C, lúc đó chúng sẽ ion hóa toàn bộ các chất hữu cơ có trong mẫu phân tích và giải phóng kim loại dƣới dạng ion.
Loại mẫu đƣợc áp dụng: Chủ yếu là các mẫu hữu cơ nhƣ nƣớc giải khát, protein, chất béo, nguyên liệu thực vật, nƣớc thải, một số sắc tố polỉme và các mẫu trầm tích.
Axit sunfuaric (H2SO4) [14]
Axit sunfuaric (H2SO4) là chất có tính oxi hóa mạnh, có nhiệt độ sôi là 3390C. Khi kết hợp với Axit nitric (HNO3) sẽ có khả năng phá hủy hoàn toàn hầu hết các hợp chất hữu cơ. Nếu sử dụng lò vi sóng thì phải vô cơ hóa trƣớc trong cốc thủy tinh hay thạch anh và giám sát quá trình tăng nhiệt độ của lò. Loại mẫu đƣợc áp dụng: mẫu hữu cơ, oxit vô cơ, hiđroxit, hợp kim, kim loại, quặng....
Axit pecloric (HClO4) [14]
Axit pecloric (HClO4) có tính oxi hóa mạnh, có thể ăn mòn kim loại, không phản ứng với các axit khác, phá hủy hợp chất hữu cơ. Do axit Pecloric (HClO4) có thể gây nổ mạnh khi tiếp xúc với các nguyên liệu hữu cơ và các chất vô cơ dễ bị oxi hóa nên thƣờng phải oxi hóa mẫu trƣớc bằng axit Nitric (HNO3) sau đó mới sử dụng axit Pecloric (HClO4).
Trong trƣờng hợp phá mẫu bằng lò vi sóng phải rất thận trọng vì trong bình kín, ở nhiệt độ và áp suất cao Axit pecloric (HClO4) dễ gây nổ.
Loại mẫu được áp dụng:
Các mẫu hữu cơ và vô cơ. Trong nhiều trƣờng hợp ta phải sử dụng hỗn hợp các axit mới có thể vô cơ hóa đƣợc hoàn toàn mẫu.
Trong phạm vi đề tài này, chúng tôi sử dụng hỗn hợp các axit trên theo một tỉ lệ nhất định để vô cơ hóa các mẫu hải sản, phân hủy hoàn toàn các nền mẫu hữu cơ và đƣa về dạng dung dịch trƣớc khi tiến hành phân tích, xác định hàm lƣợng Asen trong các mẫu hải sản đó.
1.4.2. Phương pháp chiết và bảo quản các dạng Asen trong các mẫu hải sản [13].
Một yêu cầu thiết yếu để thu đƣợc kết quả phân tích dạng đáng tin cậy là việc bảo quản hàm lƣợng những dạng hóa học ban đầu trong mẫu trƣớc khi phân tích. Vấn đề cần xem xét đầu tiên chính là thu thập mẫu, bảo quản và cất giữ mẫu trong điều kiện tốt nhất để ngăn ngừa sự nhiễm bẩn và mất mát nhỏ nhất ở mức độ vết của phép phân tích, sao cho khi phân tích dạng, nồng độ của những dạng riêng lẻ của hỗn hợp không bị thay đổi bởi việc giữ mẫu và xử lý mẫu. Chính vì vậy, cần có sự nghiên cứu, phát triển những phƣơng pháp làm ổn định các dạng Asen trong những mẫu phân tích trong quá trình thu mẫu và cất giữ mẫu.
Bên cạnh đó, việc khảo sát các điều kiện tối ƣu để giữ nguyên các dạng Asen trong các mẫu phân tích dƣới những điều kiện khác nhau là cần thiết vì một số dạng của Asen có thể chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác hoặc mất đi trong quá trình chuẩn bị mẫu [40], ví dụ nhƣ: Những điều kiện cất giữ tối ƣu, thời gian cất giữ... để sao cho có thể hạn chế đến mức thấp nhất các rủi ro có thể dẫn đến sự biến đổi những dạng cần xác định.
Đối với phƣơng pháp chiết, cần phải xem xét xem liệu phƣơng pháp chiết đó có thể sản sinh ra bất kỳ sự biến đổi nào của những dạng hiện có trong dung dịch mà cần phải đƣợc xác định hay không.
Nhìn chung, nếu lấy mẫu ở cùng một địa điểm thì quá trình chiết Asen từ những mẫu rắn là hầu nhƣ không khác nhau khi mẫu đƣợc bảo quản tốt. Chuẩn bị mẫu cho những mẫu rắn nói chung có thể bao gồm những quá trình nhƣ: xắt nhỏ, đông khô, nghiền, trộn đều và rây để dùng cho quá trình chiết.
Một phép chiết đạt yêu cầu cần phải chiết hoàn toàn tất cả các dạng Asen mà không làm thay đổi dạng ban đầu của nó. Đồng thời, dung môi để chiết các mẫu không đƣợc gây trở ngại cho sự phân tích dạng.
Dƣới đây là một số phƣơng pháp chiết đã đƣợc áp dụng trong phân tích dạng Asen:
Phương pháp hòa tan (solubilization) với HCl và làm bay hơi bằng
lò vi sóng:
Cơ sở của phƣơng pháp hòa tan với HCl và làm bay hơi bằng lò vi sóng đƣợc trình bày thành phƣơng pháp chiết Asen vô cơ từ những sản phẩm hải sản [13]. Tuy nhiên, phƣơng pháp này không thích hợp để xác định những dạng AsIII
và AsV vì AsV đƣợc chuyển đổi sang AsIII trong suốt quá trình thủy phân và chiết. Sự chuyển đổi giữa AsIII
và AsV cũng đƣợc thấy khi sử dụng axit tricloroacetic để thủy phân những mẫu gạo [30].
Mới đây, phƣơng pháp có khả năng chiết nhanh (ASE) đƣợc áp dụng để chiết những dạng Asen trong mẫu rắn [30]. Phƣơng pháp bán tự động này sử dụng áp suất và nhiệt độ trong suốt thời gian chiết, cho thấy nó nhanh hơn và ít mất công sức hơn so với phƣơng pháp chiết truyền thống. Tuy nhiên, so sánh với phƣơng pháp chiết rung siêu âmvới hỗn hợp methanol- nƣớc (1:1) thì khả năng thu hồi Asen trong mẫu thấp hơn 10-20 % [12].
Qui trình phá mẫu enzim kết hợp với phƣơng pháp chiết đã đƣợc nghiên cứu để tăng hiệu suất chiết đối với một số mẫu sinh học, Những qúa trình chiết khác nhƣ chiết Soxhlet [13] và chiết pha rắn cũng đƣợc áp dụng. Methanol là dung môi thƣờng đƣợc sử dụng nhất để chiết những dạng Asen từ những mô sinh vật biển. Sự bay hơi của methanol và phân chia phần còn lại giữa điethyl ether/nuớc có thể cung cấp thông tin về những số lƣợng tƣơng đối của Asen hòa tan-lipid và hòa tan-nƣớc. Ngoài ra ngƣời ta có thể
dùng hỗn hợp methanol/choloform/nƣớc để chiết mô sinh vật nguyên bản. Cả hai quy trình thu hồi phần lớn Asen trong giai đoạn chiết.[13]
Hiện nay phƣơng pháp chiết methanol: nƣớc và kết hợp rung siêu âm nhiều lần đuợc sử dụng rộng rãi nhất vì đây là một phƣơng pháp chiết rất tốt thể hiện qua hiệu suất thu hồi các dạng Asen hòa tan trong mẫu rắn lên tới 95%.[13]
Nhƣ vậy đối với một số mẫu sinh vật biển hàm lƣợng Asen xác định phụ thuộc vào phƣơng pháp chiết. Asen còn lại sau khi chiết methnol có thể còn trong bã, hoặc phản ánh sự chiết không hoàn toàn vài dạng Asen phân cực hơn. Ví dụ, khi phân tích HPLC/ICP-MS dịch chiết methanol mẫu đông khô gan rùa cho thấy Asenate là vết, nhƣng chiết bằng nƣớc liên tục của cùng chất đó thì hàm lƣợng Asenate chiếm 35% toàn bộ Asen có thể chiết ra [27]. Một vài Asen hữu cơ (ví dụ Asenosugar) rất phân cực, nếu chiết bằng methanol thì chỉ tìm thấy hàm lƣợng thấp trong mẫu sinh vật biển.
Nhƣ vậy, đối với một số mẫu sinh vật biển, việc xác định Asen phụ thuộc vào phƣơng pháp chiết . So với các đối tƣợng khác, số liệu về phân tích dạng Asen trong sinh vật biển có chiều hƣớng tăng. Do đó, việc đánh giá và so sánh các dữ liệu này khá đơn giản. Bên cạnh đó vì quy trình chiết đã đƣợc chuẩn hóa nên các dạng Asen đƣợc chiết ra giống nhau trƣớc khi đem đi phân tích.
Tóm lại, quá trình chiết cần đạt hiệu suất cao và giảm thiểu nhỏ nhất sự phá hủy dạng Asen hiện có trong mẫu rắn, một trong những yêu cầu tiên quyết để từ đó mới có đƣợc thông tin chính xác về các dạng Asen trong các mẫu hải sản và qua đó đánh giá đƣợc tính độc của các mẫu hải sản đã đƣợc phân tích.
1.4.3. Ổn định và duy trì những dạng ban đầu của mẫu.
Một yêu cầu thiết yếu để thu đƣợc thông tin dạng đáng tin cậy là việc bảo quản hàm lƣợng những dạng nguyên bản hóa học ban đầu trong mẫu trƣớc khi phân tích. Nhiều phƣơng pháp đã đƣợc sử dụng để bảo toàn những dạng Asen phân bố trong mẫu tự nhiên. Những mẫu chứa hàm lƣợng AsIII
và AsV có nồng độ 0,5g/l hoặc 1g/l đƣợc bảo quản tại 40C ổn định đƣợc 21 ngày và cho thấy không có sự biến đổi nào sau 21 ngày cất giữ. Tại 250
C nhận xét thấy có những dung dịch có hàm lƣợng Asen cao nhất (20g/l) vẫn có thể bảo quản mà không có sự mất mát đáng kể của các dạng Asen [36]. Tuy nhiên, ở tại nồng độ thấp hơn, ta quan sát thấy sự biến đổi của các dạng vào cuối tuần đầu tiên.
Một số nghiên cứu cho thấy rằng bảo quản mẫu tại -200C là tốt nhất để giữ các dạng [13]. Những phƣơng pháp bảo quản trên cho các dạng ban đầu của AsIII
và AsV phải thực hiện ngay lập tức sau khi thu thập mẫu thì mới có hiệu quả, nhất là khi mẫu đƣợc sử dụng để phân tích hải sản- một trong những loại mẫu rất dễ bị phân hủy dẫn đến làm sai lệch kết quả phân tích.
1.5. Các phƣơng pháp phân tích Asen
Trong phân tích Asen tùy theo điều kiện hiện trƣờng mà lựa chọn phƣơng pháp phân tích phù hợp.
1.5.1. Phương pháp đo hiện trường với chất nhuộm thủy ngân Bromua
+Nguyên tắc: Asen(III) và Asen(V) đƣợc chuyển thành khí AsH3 nhờ hỗn hợp khử mạnh : NH2SO3H- axit sunfamic và NaBH4 - (Natri bohiđrua). Khí Asin tạo thành sẽ tạo phức với thủy ngân bromua đƣợc tẩm trên giấy và chuyển thành màu vàng. Việc định lƣợng dựa vào màu trên giấy thử hoặc độ đậm nhạt của màu.
+ Giới hạn phát hiện: 10ppb.Tuy nhiên, độ hấp thụ quang có thể bị ảnh hƣởng bởi khí H2S, Cần dùng bông lọc chứa chì axetat để hấp thụ khí này.
+ Ứng dụng: Đo hiện trƣờng với số lƣợng mẫu lớn, chủ yếu cho mục đích sàng lọc trên diện rộng.[13]
1.5.2. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử cảm ứng cộng hưởng plasma (ICP- ASE)
+ Nguyên tắc: Dung dịch mẫu đƣợc phun ở dạng sol tới vùng plasma agon có nhiệt độ từ 60000
K đến 80000K, tại đó , Asen đƣợc nguyên tử hóa và phát xạ bƣớc sóng đặc trƣng. Nồng độ Asen trong mẫu đƣợc xác định dựa trên cƣờng độ của các vạch phát xạ.
+ Giới hạn phát hiện: 35 -50 ppb.
+ Ứng dụng: Phƣơng pháp này có thể xác định nhiều nguyên tố cùng một lúc và đƣợc áp dụng đối với tất cả các loại nền màu khác nhau, tuy nhiên, các mẫu rắn và mẫu lỏng chứa nhiều kết tủa phải xử lý trƣớc khi phân tích.
1.5.3. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử kết hợp thiết bị sinh khí Hiđrua ( HVG - ASS) .
Quang phổ hấp thụ nguyên tử (ASS) là một kỹ thuật phân tích lƣợng vết các nguyên tố phổ biến, đƣợc sử dụng nhiều trong các phòng thí nghiệm với độ chọn lọc độ lặp lại cao, có thể phân tích hàng loạt mẫu trong thời gian ngắn, giá thành thiết bị không quá đắt. Phƣơng pháp này đƣợc áp dụng rộng rãi trong phân tích định lƣợng Asen kết hợp với thiết bị tạo khí Hiđrua.
+ Nguyên tắc: Asen vô cơ hòa tan trong nƣớc có thể ở dạng As(III) hay As(V), hiệu suất tạo khí Hiđrua của hai dạng này khác nhau nên tất cả các Asen trong mẫu phải đƣợc khử về As(III) nhờ tác nhân khử của KI hoặc NaI.