Môi trƣờng As(III) As(V) DMA MMA
As HCl 6M 2,002 5,965 3,408 2,015 HCl 1M 2,360 7,031 4,016 2,375 Đệm pH=2 2,517 7,498 4,283 2,532 Đệm pH=3 1,761 5,246 2,997 1,772 Đệm pH=4 1,130 3,368 1,924 1,138 Se
Se(IV) Se(VI) DMDSe SeMet
HCl 6M -46,529 102,750 2,156 -7,911 HCl 4M 27,816 -10,007 -13,173 9,569 HCl 2M 71,625 -84,214 21,660 -19,163 HCl 1M 70,590 -103,719 -32,843 40,153 pH = 2 -86,885 63,310 48,062 16,323 Bảng 3. 19. Hệ số của các PC tính theo hàm SVD Môi trƣờng PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 As HCl 6M -0,445 0,728 -0,055 0,498 0,147 HCl 1M -0,524 0,258 -0,012 -0,773 -0,249 pH = 2 -0,559 -0,452 0,582 0,297 -0,239 pH = 3 -0,391 -0,400 -0,807 0,171 -0,084 pH = 4 -0,251 -0,200 0,083 -0,195 0,923 Se HCl 6M -0,631 0,254 0,369 0,406 0,486 HCl 4M -0,587 -0,038 0,208 -0,162 -0,766 HCl 2M -0,400 0,355 -0,727 -0,394 0,176 HCl 1M -0,217 -0,644 0,217 -0,588 0,382 pH = 2 -0,224 -0,628 -0,496 0,555 -0,050
Bảng 3.20. Phương sai của các PC
Các PC PC1 PC2 PC3 PC4 PC5
As Giá trị phƣơng sai 13,034 0,139 0,013 0,009 0,004
% phƣơng sai 98,779 1,052 0,100 0,067 0,003
Se Giá trị phƣơng sai 8,934 0,071 0,051 0,013 0,001
% phƣơng sai 98,518 0,780 0,561 0,143 0,000
Từ các số liệu tính tốn trong bảng 3.20, có thể thấy với hai PC đầu ma trận hàm mục tiêu A trong không gian mới đã chiếm trên 99,8% phƣơng sai tập số
lƣợng rất nhỏ các thơng tin của hàm mục tiêu, có thể bỏ qua trong q trình xây dựng khơng gian mới biểu diễn tập số liệu. Về mặt lí thuyết, các PC sau chứa ít thông tin của tập số liệu gốc nên sẽ chứa sai số ngẫu nhiên trong quá trình đo của tập số liệu, nếu chọn cả các PC này để đƣa vào q trình tính tốn sẽ khơng loại trừ đƣợc sai số trên. Vì vậy, với các tập số liệu lớn chỉ cần giữ lại các PC đầu có tổng phƣơng sai chiếm 95% phƣơng sai tập số liệu gốc là có thể coi nhƣ đã mang đầy đủ thông tin của số liệu gốc [10]. Với kết quả ở bảng 3.20 thì chỉ cần lấy 2 PC đầu để chuyển hóa tập số liệu gốc để xây dựng mơ hình hồi quy trong khơng gian mới.
Áp dụng mơ hình hồi quy xây dựng theo thuật toán PCR ở trên, với dữ liệu là độ hấp thụ quang của các dung dịch mẫu tự tạo, thực hiện các câu lệnh tính tốn, kết quả tính hàm lƣợng các dạng As, Se và sai số đƣợc tóm tắt ở bảng 3.22. Với kết quả này, có thể thấy sai số tƣơng đối đều <20%, đây là một kết quả chấp nhận đƣợc khi hàm lƣợng các dạng ở mức rất thấp (dạng siêu vết ppb). Ở một số mẫu có gặp sai số trên 20%, có thể là do dạng đó pha ở nồng độ quá thấp hoặc do sai số trong q trình pha mẫu. Tuy nhiên, số lƣợng dạng có sai số lớn bắt gặp không nhiều và thƣờng gặp ở dạng hợp chất dễ bay hơi nhƣ DMDSe, DMA. Do đó, trong q trình thực nghiệm cần tránh mở nắp bình, đảm bảo đo ở nhiệt độ thích hợp và tiến hành đo ngay sau bƣớc chuẩn bị dung dịch mẫu.
Nhƣ vậy, với dữ liệu đầu vào là độ hấp thụ quang (Abs) của các dung dịch chứa đồng thời 4 dạng của As (As(III), As(V), DMA, MMA) hoặc Se (Se(IV), Se(VI), DMDSe, SeMet) ở 5 điểm đo khác nhau (5 môi trƣờng phản ứng khác nhau), mơ hình hồi quy đa biến tuyến tính xây dựng trên cơ sở của thuật tốn phân tích cấu tử chính (PCR) cho sai số xác định hàm lƣợng các dạng nằm trong giới hạn của phép đo hàm lƣợng vết (<20%). Do đó các mơ hình này đƣợc dùng làm dữ liệu để xác định hàm lƣợng các dạng As(III), As(V), DMA, MMA hoặc Se(IV), Se(VI), DMDSe, SeMet trong các các thực nghiệm tiếp theo.
Bảng 3. 21. Kết quả phân tích mẫu tự tạo theo mơ hình PCR
STT
Hàm lƣợng các dạng As (ppb) tính đƣợc và sai số (SS%) Hàm lƣợng các dạng Se (ppb) tính đƣợc và sai số (SS%) As(III) SS% As(V) SS% DMA SS% MMA SS% Se(IV) SS% Se(VI) SS% DMDSe SS% SeMet SS%
1 2,4 -2,2 8,4 -6,1 6,6 -5,2 2,3 -7,4 1,00 +0,0 12,04 +3,7 0,35 +20,7 2,00 -0,3 2 3,0 +0,0 9,7 +7,4 6,7 -4,8 2,9 -2,4 0,98 +1,8 12,08 +3,4 0,30 +19,2 4,00 -0,2 3 3,3 -6,6 9,1 +14,3 4,3 +7,4 3,4 -3,8 0,96 +3,6 12,11 +3,1 0,26 +27,8 6,00 -0,2 4 3,8 -4,1 9,2 -7,6 1,9 -6,6 4,1 +3,4 1,01 -1,8 12,02 +3,8 0,85 -20,5 1,00 -0,5 5 4,0 +0,3 9,2 -7,6 1,1 +5,3 4,4 -2,7 1,01 -1,1 12,04 +3,7 2,81 +6,3 1,00 -0,5 6 4,7 -5,3 11,1 -7,6 1,6 -18,7 5,1 +2,9 1,03 -3,4 12,03 +3,7 3,77 +5,6 1,00 +0,0 7 2,1 +6,2 5,1 +2,9 1,1 +8,6 2,3 -8,5 1,00 +0,0 12,07 +3,4 5,75 +4,2 1,00 -0,5 8 1,3 -11,1 6,6 -5,1 8,0 -0,6 1,0 +0,6 2,29 +8,5 1,67 +16,2 0,54 -9,1 4,92 +1,5 9 1,5 -0,2 5,5 -8,6 4,7 -5,4 1,4 -8,2 4,29 +4,6 1,63 +18,4 0,65 -21,8 4,93 +1,4 10 1,3 -13,5 6,2 +2,5 7,1 +1,2 1,0 +1,8 6,29 +3,2 1,58 -5,8 0,77 -24,4 4,93 +1,4 11 2,9 -3,0 7,1 +19,2 1,7 +13,9 3,1 -10,8 8,01 -0,1 1,88 +6,0 0,79 +21,1 5,01 -0,2 12 3,3 +9,9 8,0 -6,0 1,7 +14,1 3,5 +1,3 12,01 -0,1 1,79 +10,5 1,02 -2,5 5,02 -0,3 13 3,1 +3,9 7,3 +4,5 1,1 +10,3 3,4 -3,3 1,98 +1,1 2,05 -2,7 1,93 +3,7 5,00 +0,0 14 3,4 -2,0 7,8 -2,5 0,7 +40,0 3,8 -6,0 1,97 +1,3 4,07 -1,7 1,90 +5,0 5,00 -0,1 15 1,8 +19,7 7,1 +1,3 6,8 -3,3 1,6 +5,8 1,97 +1,5 6,08 -1,4 1,87 +6,3 5,00 -0,2 16 2,4 -2,4 6,6 -5,5 2,8 +10,4 2,5 +1,5 1,96 +1,7 8,09 -1,2 1,85 +7,6 5,01 -0,3 17 3,3 +10,0 8,1 -4,8 1,9 -4,7 3,5 +1,2 1,96 +1,9 10,10 -1,1 1,82 +8,9 5,01 -0,4 18 2,3 -6,0 7,3 +22,2 4,7 +4,5 2,3 -7,1 6,01 -0,2 0,92 +8,3 1,19 -19,7 5,00 +0,0 19 3,1 +4,0 8,1 +16,4 2,9 -4,7 3,3 +9,5 6,00 -0,1 0,93 +7,1 2,17 -8,8 5,00 +0,0 20 4,7 +4,2 10,7 +7,1 1,0 +2,2 5,1 +2,6 6,00 +0,0 0,94 +5,9 3,64 +8,9 5,00 +0,0 21 1,8 -12,3 5,3 -12,0 3,1 +3,0 1,8 -12,0 6,00 +0,0 0,96 +3,7 5,11 +7,0 5,00 +0,0 22 2,0 -0,4 5,7 +13,6 2,8 -5,1 2,0 +1,9 1,04 -3,9 10,01 -0,2 0,31 +38,5 4,99 +0,1 23 1,7 +12,9 5,4 +8,1 3,6 +4,3 1,7 +10,5 3,13 -4,3 9,87 +1,3 0,45 +10,7 4,97 +0,5 24 4,1 +3,7 10,1 +1,0 2,2 +11,9 4,5 -0,9 5,22 +5,1 9,72 -2,4 0,58 -17,1 4,95 +0,9 25 3,8 -4,8 9,0 +12,4 1,5 -2,7 4,1 +3,2 7,30 +2,6 9,58 -0,8 0,72 +27,5 4,94 +1,3 26 2,4 -4,6 8,5 +6,6 7,1 +1,3 2,2 -11,1 9,40 +1,1 9,43 +0,7 0,86 +13,6 4,91 +1,7
3.3. Đánh giá phƣơng pháp phân tích dạng As và Se trong mẫu tự tạo 3.3.1. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lƣợng của phƣơng pháp 3.3.1. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lƣợng của phƣơng pháp
Để đánh giá khả năng áp dụng thực tế của phƣơng pháp HG – AAS - PCR, các thí nghiệm xác định giá trị LOD, LOQ đƣợc thực hiện với các mẫu trắng nhƣ đã đề cập ở mục 2.2.4, các môi trƣờng để thực hiện phản ứng khử là các dung dịch đã lựa chọn đƣợc ở bảng 3.9. Kết quả tính tốn sau khi nhập các thơng số vào phần mềm rồi chạy chƣơng trình tính tốn theo các câu lệnh ở mục 2.2.4.3 đƣợc tóm tắt ở bảng 3.23. Để đảm bảo có thể xác định hàm lƣợng các dạng ở hầu hết các môi trƣờng, giá trị LOD và LOQ là các giá trị lớn nhất tính đƣợc.
Bảng 3. 22. Kết quả xác định giá trị LOD và LOQ theo mơ hình hồi quy đa biến
Giá trị LOD LOQ LOD LOQ LOD LOQ LOD LOQ
Môi trƣờng As(III) ppb As(V) ppb DMA ppb MMA ppb
HCl 6M 0,04 0,15 0,20 0,60 0,15 0,50 0,06 0,30
HCl 1M 0,04 0,15 0,20 0,62 0,05 0,15 0,04 0,12
Đệm tatric/tatrat pH=2 0,06 0,20 0,30 0,72 0,04 0,12 0,07 0,22 Đệm tatric/tatrat pH=3 0,08 0,22 0,34 0,79 0,05 0,14 0,09 0,22 Đệm tatric/tatrat pH=4 0,10 0,34 0,60 1,80 0,06 0,20 0,10 0,34
Môi trƣờng Se(IV) ppb Se(VI) ppb DMDSe ppb SeMet ppb
HCl 6M 0,10 0,21 0,40 0,80 0,17 0,46 0,07 0,22
HCl 4M 0,12 0,32 0,61 0,79 0,19 0,49 0,05 0,16
HCl 2M 0,16 0,38 0,72 0,98 0,07 0,26 0,03 0,07
HCl 1M 0,25 0,51 0,78 1,21 0,03 0,12 0,01 0,03
HCl pH = 2 0,32 0,75 0,96 2,10 0,12 0,28 0,06 0,19
Giá trị LOD, LOQ của phƣơng pháp
As 0,10 0,34 0,60 1,80 0,15 0,50 0,10 0,34
Se 0,32 0,75 0,96 2,10 0,19 0,49 0,07 0,19
Nhƣ vậy, có thể thấy các giá trị LOD, LOQ chọn đƣợc đều ở mức dƣới 1ppb. Đối chiếu với mức hàm lƣợng As cho phép có trong nƣớc tự nhiên (<10ppb) thì kết quả này đồng nghĩa với phƣơng pháp phân tích hồn tồn ứng dụng rất tốt vào thực tế phân tích các mẫu có hàm lƣợng As, Se ở dạng vết và siêu vết.
3.3.2. So sánh phƣơng pháp HG – AAS - PCR với phƣơng pháp HPLC – HG - AAS
Hiện nay ở Việt Nam có một số trung tâm phân tích mơi trƣờng đã xác định đƣợc đồng thời các dạng As(III), As(V), MMA, DMA bằng phƣơng pháp HPLC –
khơng gửi mẫu đi phân tích ở nƣớc ngồi đƣợc nên chúng tơi sử dụng kết quả phân tích các mẫu tự tạo chứa bốn dạng As là As(III) vô cơ, As(V) vô cơ, DMA, MMA (chuẩn bị theo mục 2.2.4.1) của các trung tâm phân tích mơi trƣờng để so sánh phƣơng pháp. Kết quả so sánh phƣơng pháp HPLC – HG – AAS với phƣơng pháp HG – AAS - PCR đƣợc trình bày ở bảng 3.23.
Bảng 3. 23. Kết quả phân tích mẫu tự tạo theo phương pháp HPLC – HG – AAS và HG – AAS - PCR
Hàm lƣợng As (ppb) trong mẫu tự tạo As(III) As(V) DMA MMA
5,0 12,0 2,0 5,0
Kết quả phân tích theo phƣơng pháp HPLC – HG – AAS
(số lần đo n = 5)
Hàm lƣợng As (ppb) 4,7 11,5 1,8 4,7
Sai số (%) - 6 - 4 - 10 - 6
Độ lệch chuẩn (S) 0,128 0,158 0,164 0,130
Kết quả phân tích theo phƣơng pháp HG – AAS – PCR
(số lần đo n = 5)
Hàm lƣợng As (ppb) 4,7 11,4 1,6 5,1
Sai số (%) - 6 - 5 - 19 + 2
Độ lệch chuẩn (S) 0,084 0,152 0,158 0,148
Giá trị Ftn (độ tin cậy 95%; Flt = 6,39) 2,32 1,08 1,08 1,30 Giá trị ttính (độ tin cậy 95%; tbảng = 2,31) 0,00 2,08 1,97 1,56
Kết quả ở bảng 3.23 cho thấy, với độ tin cậy 95% giá trị Ftn của mỗi dạng trong phép phân tích lặp đều nhỏ hơn giá trị Flt, điều đó chứng tỏ độ lặp lại của hai phƣơng pháp khác nhau khơng có ý nghĩa thống kê. Mặt khác, các giá trị ttính đều nhỏ hơn tbảng nên có thể kết luận giá trị trung bình hàm lƣợng các dạng As, đƣợc xác định theo hai phƣơng pháp HPLC – HG – AAS và HG – AAS - PCR, khác nhau do ngẫu nhiên. Mặc dù kết quả xác định hàm lƣợng dạng DMA theo phƣơng pháp HG – AAS – PCR có sai số lớn (≈20%), nhƣng có thể chấp nhận đƣợc vì hàm lƣợng các dạng As ở mức hàm lƣợng siêu vết (ppb). Nhƣ vậy, có thể nói hai phƣơng pháp HG – AAS - PCR và HPLC – HG – AAS cho kết quả giống nhau.
3.3.3. Ảnh hƣởng của dạng khác đến phép xác định đồng thời
Do điều kiện không đặt mua đƣợc các dạng khác của Se nên chúng tôi không tiến hành kiểm chứng với nguyên tố này, tuy nhiên từ kết quả khảo sát với As có thể đánh geiá khả năng áp dụng của phƣơng pháp HG – AAS - PCR. Trong thí nghiệm này, dạng Arsenobetaine (AsB) đƣợc thêm vào mẫu tự tạo với hàm lƣợng gần bằng
dịch thu đƣợc đem tiến hành đo tín hiệu phân tích với các điều kiện giống nhƣ các thí nghiệm trƣớc. Kết quả xác định hàm lƣợng trung bình của bốn dạng As(III) vơ cơ, As(V) vô cơ, DMA, MMA trong mẫu này sau 5 lần đo đƣợc ghi lại ở bảng 3.24.
Bảng 3. 24. So sánh kết quả phân tích mẫu tự tạo khi có dạng As khác
Hàm lƣợng As (ppb) trong mẫu tự tạo As(III) As(V) DMA MMA AsB
5,0 12,0 2,0 5,0 5,0
Kết quả phân tích khi khơng có dạng AsB
(số lần đo n = 5)
CAs (ppb) 4,7 11,4 1,6 5,1 -
Sai số (%) - 6 - 5 - 19 + 2 -
Độ lệch chuẩn (S) 0,084 0,152 0,158 0,148 -
Kết quả phân tích khi có dạng AsB (số lần đo n = 5)
Hàm lƣợng As (ppb) 4,6 11,7 1,7 4,9 -
Sai số (%) -8 -3 -15 -10 -
Độ lệch chuẩn (S) 0,117 0,108 0,122 0,104 -
Giá trị ttính (độ tin cậy 95%; tbảng = 2,31) 1,55 2,06 1,12 2,14 -
Nhƣ vậy, khi so sánh kết quả phân tích bằng phƣơng pháp HG – AAS – PCR với hai mẫu tự tạo có và khơng có dạng AsB, các giá trị ttính đều nhỏ hơn tbảng. Điều đó chứng tỏ sự sai khác kết quả khi phân tích hai mẫu là ngẫu nhiên. Kết quả cũng cho thấy khi có thêm dạng khác, hàm lƣợng các dạng xác định đƣợc đều nhỏ hơn giá trị thực (sai số âm), có thể khi thêm dạng AsB vào đã làm giảm hiệu suất khử của các dạng do có thêm phản ứng của AsB với hiđro mới sinh trong khi nồng độ axit khơng thay đổi, từ đó làm giảm tín hiệu đo. Mặc dù vậy, sai số phân tích mẫu tự tạo khi có thêm dạng AsB vẫn nằm trong giới hạn cho phép của phép đo hàm lƣợng vết, siêu vết (<20%). Nói cách khác, khi dung dịch có thêm dạng khác kết quả xác định hàm lƣợng các dạng As theo phƣơng pháp HG – AAS – PCR vẫn có độ tin cậy cao.
3.3.4. Đánh giá độ thu hồi của phƣơng pháp HG – AAS - PCR
Để đánh giá độ thu hồi của phƣơng pháp phân tích, mẫu nƣớc ngầm đƣợc sử dụng, các dạng As đƣợc thêm vào với hàm lƣợng khác nhau. Hàm lƣợng các dạng As trƣớc và sau khi thêm đƣợc xác định với các điều kiện đo nhƣ các thí nghiệm trƣớc. Mẫu nƣớc đƣợc lấy theo mô tả ở mục 2.2 ở phƣờng Định Cơng – Hồng Mai – Hà Nội và đƣợc phân tích ngay sau khi lấy mẫu khoảng 1h. Độ thu hồi đƣợc tính
Bảng 3. 25. Kết quả phân tích mẫu thực tế thêm chuẩn (số lần đo n = 3)
Dạng As As(III) As(V) DMA MMA
Hàm lƣợng thêm chuẩn (ppb) 3,0 8,0 3,5 3,5
Hàm lƣợng có trong mẫu (ppb) 4,3 ± 0,2 9,2 ± 0,1 <LOD 4,8 ± 0,2 Hàm lƣợng sau thêm (ppb) 7,4 ± 0,1 17,8 ± 0,2 3,5 ± 0,2 8,0 ± 0,1 Hàm lƣợng thu đƣợc (ppb) 3,1 ± 0,3 8,6 ± 0,3 3,5 ± 0,2 3,2 ± 0,3
Độ thu hồi (%) 103,4 ± 10 106,9 ± 4 100,0 ± 6 91,7 ± 9
Qua kết quả ở các bảng 3.25 cho thấy độ thu hồi các dạng khi xác định bằng phƣơng pháp HG – AAS – PCR đều khá cao (>80%). Mặc dù hàm lƣợng dạng DMA trong mẫu có giá trị rất thấp (<LOD), nhƣng khi phân tích mẫu thêm chuẩn lại có giá trị xấp xỉ lƣợng thêm vào. Độ lệch chuẩn của hàm lƣợng các dạng thêm vào mẫu nƣớc ngầm đều nhỏ. Có thể kết luận phƣơng pháp HG - AAS - PCR cho độ thu hồi tƣơng đối tốt, hoàn toàn áp dụng tốt vào phân tích mẫu thực tế.
3.3.5. Độ chụm và độ đúng của phƣơng pháp HG – AAS - PCR
Để đánh giá độ chụm và độ đúng của phƣơng pháp HG – AAS – PCR, các mẫu tự tạo và mẫu nƣớc mặt lấy từ hiện trƣờng (phƣờng Định Cơng – Hồng Mai – Hà Nội) đƣợc phân tích lặp 3 lần. Độ đúng đƣợc đánh giá thông qua chuẩn student (ttính), độ chụm đƣợc đánh giá thơng qua hệ số biến thiên (CV%) của phép phân tích lặp. Kết quả tính hàm lƣợng các dạng và các thơng số trên đƣợc trình bày ở bảng 3.26.
Bảng 3. 26. Kết quả tính độ đúng của phương pháp HVG – AAS – PCR
Mẫu, thông số Mẫu tự tạo Mẫu nƣớc mặt
As(III) As(V) DMA MMA As(III) As(V) DMA MMA
1 Trung bình (n=3) 5,0 4,8 2,8 2,8 2,8 8,5 0,6 <LOD Độ lệch chuẩn 0,21 0,15 0,06 0,15 0,15 0,25 0,06 - CV% 4,1 3,2 2,0 5,4 5,5 3,0 9,1 - ttính (tbảng = 2,45) 0,33 0,24 0,09 0,24 0,84 0,78 0,69 - 2 Trung bình (n=3) 10,0 9,8 4,8 4,9 3,3 7,0 0,7 0,5 Độ lệch chuẩn 0,25 0,06 0,06 0,15 0,15 0,15 0,72 0,49 CV% 2,5 0,6 1,2 3,1 4,6 2,2 0,7 0,5