Nồng độ chất, ppb
CThioure, %
0,1 0,2 0,5 0,7 1,0
Abs H% Abs H% Abs H% Abs H% Abs H%
Se(IV) 1 0,0197 94 0,0200 95 0,0210 100 0,0216 103 0,0218 104 4 0,0767 94 0,0792 97 0,0824 101 0,0857 105 0,0865 106 10 0,1927 95 0,1967 97 0,2048 101 0,2129 105 0,2150 106 Se(VI) 2 0,0342 83 0,0346 84 0,0354 86 0,0354 86 0,0358 87 10 0,1704 84 0,1724 85 0,1764 87 0,1744 86 0,1764 87 15 0,2552 84 0,2582 85 0,2643 87 0,2643 87 0,2673 88 DMDSe 1 0,0088 42 0,0092 44 0,0097 46 0,0092 44 0,0088 42 4 0,0351 43 0,0375 46 0,0392 48 0,0367 45 0,0335 41 10 0,0852 42 0,0933 46 0,0933 46 0,0892 44 0,0831 41
Nhƣ vậy, khi dùng các chất khử HCl, KBr/HCl 4M, (CS)2NH2 đều cho kết quả tốt khi khử dạng Se(VI) vô cơ về Se(IV) (≈90%), nhƣng các dạng hữu cơ lại cho hiệu suất thấp (<80%). Do đó, chỉ có thể xác định tổng hàm lƣợng Se vơ cơ chính xác khi khơng có mặt các dạng hữu cơ, nghĩa là muốn xác định chính xác tổng hàm lƣợng Se cần phải tiến hành vơ cơ hóa mẫu; hoặc tách loại các dạng hữu cơ và xác định tổng hàm lƣợng Se vô cơ. Căn cứ vào kết quả khảo sát hiệu suất khử dạng Se(VI) thành Se(IV), đồng thời trên cơ sở so sánh giá trị nồng độ của các chất khử cho hiệu suất khử tốt nhất, có thể thấy rằng dung dịch KBr 2%/HCl 4M là tối ƣu (hình 3.2) để tiến hành khử Se(VI) thành Se(IV) trong phép xác định tổng Se sau khi mẫu đã đƣợc vơ cơ hóa.
Hình 3. 2. Hiệu suất khử Se(VI) thành Se(IV) bằng các chất khử khác nhau
Nói tóm lại, qua khảo sát khả năng khử các dạng As, Se thành As(III), Se(IV) cho thấy khơng thể tiến hành phân tích chính xác hàm lƣợng các dạng As, Se vơ cơ khi có mặt các dạng hữu cơ, và cần thiết phải qua giai đoạn tách loại dạng hữu cơ ra khỏi dung dịch mẫu. Nhƣng kết quả khảo sát cũng cho thấy hiệu suất khử các dạng của cùng một chất khử là khác nhau, điều này đã mở ra khả năng xác định đồng thời các dạng As, Se khi kết hợp với các thuật toán hồi qui đa biến dựa vào hiệu suất khử khác nhau của các dạng.
3.1.3. Khảo sát điều kiện khử trực tiếp các dạng As, Se thành hợp chất hiđrua trong các môi trƣờng khác nhau trong các môi trƣờng khác nhau
Trong mục này, kế thừa kết quả đã công bố của tác giả Torralba [91], phản ứng khử các dạng As, Se đƣợc thực hiện trong các mơi trƣờng axit có nồng độ khác nhau bằng dung dịch chứa chất khử NaBH4
lựa chọn nhƣ ở bảng 3.9. Hiệu suất khử đƣợc tính bằng cách so sánh tín hiệu đo của dung dịch chứa từng dạng As, Se riêng rẽ ở các môi trƣờng khử khác nhau với tín hiệu đo của các dung dịch chứa As(III), Se(IV) tƣơng ứng có cùng nồng độ ở môi trƣờng khử HCl 6M, kết quả đƣa ra trong bảng 3.9 là trung bình cộng của 3 thí nghiệm song song.
Bảng 3. 9 Hiệu suất khử trực tiếp các dạng As, Se thành khí hiđrua trong các mơi trường phản ứng bằng NaBH4 (n=3) Hợp chất Hiệu suất khử % Môi trƣờng khử HCl 6M HCl 1M Đệm pH = 2 Đệm pH = 3 Đệm pH = 4 As(III) 10ppb 100 86 1 73 1 54 1 33 1 As(V) 10ppb 26 1 17 1 13 1 10 1 6 1 DMA 5ppb 35 2 75 2 114 4 85 2 53 2 MMA 5ppb 75 3 93 3 63 2 42 2 32 2 Môi trƣờng khử HCl 6M HCl 4M HCl 2M HCl 1M HCl (pH=2) Se(IV) 10ppb 100 97 2 83 3 11 1 4 1 Se(VI) 10ppb 88 2 67 2 29 1 12 2 8 1 DMDSe 5ppb 58 1 51 1 96 3 100 1 82 2 SeMt 5ppb 63 2 84 1 99 3 93 1 76 1
Kết quả ở bảng 3.9 cho thấy trong cùng một môi trƣờng axit hiệu suất khử từng dạng As, Se khác biệt nhau khá rõ. Do đó, phản ứng khử trực tiếp các dạng As, Se thành hợp chất hiđrua bằng NaBH4 không cho phép xác định tổng hàm lƣợng các nguyên tố này. Mặt khác, hiệu suất khử mỗi dạng As, Se ở các môi trƣờng axit khác nhau cũng thay đổi, điều này mở ra khả năng có thể xây dựng mơ hình hồi quy đa biến cho phép định lƣợng đồng thời các dạng trong cùng một hỗn hợp khi có tín hiệu đo ở các môi trƣờng khác nhau mà khơng phải tách loại. Chính vì vậy các thí nghiệm tiếp theo chúng tôi tiếp tục khảo sát các điều kiện để xây dựng mơ hình hồi quy đa biến dựa vào khác biệt về hiệu suất khử các dạng ở các môi trƣờng khử khác nhau.
3.1.4. Khảo sát ảnh hƣởng của các ion có thể có trong dung dịch mẫu đến tín hiệu đo phổ AAS của As, Se hiệu đo phổ AAS của As, Se
3.1.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của các ion
Đối với phƣơng pháp AAS xác định một nguyên tố bất kì, các ion lạ trong dung dịch mẫu đều gây ảnh hƣởng tới tín hiệu đo phổ của nguyên tố đó theo nhiều cách khác nhau. Sau khi tham khảo một số tài liệu [9, 41], chúng tôi chỉ tiến hành
khảo sát ảnh hƣởng của một số ion thƣờng có trong các mẫu. Kết quả xác định ngƣỡng nồng độ và chiều hƣớng ảnh hƣởng đƣợc tóm tắt qua bảng 3.10.
Bảng 3. 10. Ảnh hưởng của các ion đến tín hiệu đo của As, Se
STT Ion Ngƣỡng ảnh hƣởng (± 10%) và chiều hƣớng ảnh hƣởng As(III) vô cơ 5ppb Se(IV) vô cơ 10ppb
1 Mn2+ Không ảnh hƣởng Không ảnh hƣởng 2 Cu2+ 10ppm Âm 8ppm Âm 3 Pb2+ 10ppm Âm 9ppm Âm 4 Cr3+ 5ppm Âm 5ppm Âm 5 Ni2+ 10ppm Âm 10ppm Âm 6 Fe2+ 10ppm Âm 10ppm Âm 7 Fe3+ 15ppm Âm 12ppm Âm 8 Hg2+ 12ppm Âm 10ppm Âm 9 S2- 50ppm Âm 50ppm Âm 10 SO32- 50ppm Âm 50ppm Âm 11 SO42- Không ảnh hƣởng Không ảnh hƣởng 12 NO3- Không ảnh hƣởng Không ảnh hƣởng 13 NO2- Không ảnh hƣởng Không ảnh hƣởng 14 PO43- Không ảnh hƣởng Không ảnh hƣởng
15 Sb(III) 1,5 ppm Dƣơng 3ppm Dƣơng
16 Se(IV) 2,5ppm Dƣơng - -
17 Bi(III) 10ppm Dƣơng 10ppm Dƣơng
18 As(III) - - 2,5ppm Dƣơng
20 Axetat Không ảnh hƣởng Không ảnh hƣởng
21 Citrat Không ảnh hƣởng Không ảnh hƣởng
22 Tactrat Không ảnh hƣởng Không ảnh hƣởng
Kết quả khảo sát cho thấy hầu hết các ion kim loại đều ảnh hƣởng đến tín hiệu đo của các nguyên tố As, Se theo chiều hƣớng làm giảm tín hiệu phân tích và ngƣỡng ảnh hƣởng gần nhƣ bằng nhau. Tuy nhiên, nồng độ ở ngƣỡng ảnh hƣởng có tỉ lệ so với nồng độ As, Se khá cao (lớn hơn 1000 lần). Tín hiệu đo bị giảm có thể do ion mặc dù không tạo hợp chất hiđrua, nhƣng ở mức nồng độ cao chúng ảnh hƣởng đến phản ứng tạo hợp chất hiđrua của As, Se hoặc các ion này bị thủy phân tạo ra các hạt hyđroxit hấp phụ một phần các dạng As, Se từ đó giảm hiệu suất tạo hợp chất hiđrua. Muốn loại trừ ảnh hƣởng của các ion này cần chuyển chúng thành các hợp chất bền, hạn chế sự thủy phân bằng các thuốc thử hữu cơ tạo phức chất với chúng.
3.1.4.2. Khảo sát khả năng loại trừ ảnh hưởng của các cation
Qua tham khảo tài liệu [35] và thực nghiệm, chúng tơi thấy L-Cystein là một tác nhân khử có phản ứng tạo phức bền với các ion kim loại nặng, có thể loại trừ
tơi thêm L – Cystein với lƣợng thay đổi vào dung dịch chứa As(III) có cation ở ngƣỡng gây ảnh hƣởng.
Bảng 3. 11. Khảo sát khả năng sử dụng L-Cystein làm chất loại ảnh hưởng của cation đến tín hiệu đo của As
Abs của As(III) 5ppb khơng có L – Cystein = 0,1601
Ion CL-cystein, % 0,1 0,25 0,5 1 5 10 Abs Sai số % Abs Sai số % Abs Sai số % Abs Sai số % Abs Sai số % Abs Sai số % Cu2+ 50ppm 0,1565 -2 0,1583 -1 0,1584 -1 0,1585 -1 0,1585 -1 0,1585 -1 Pb2+ 50ppm 0,1553 -3 0,1562 -2 0,1564 -2 0,1575 -1 0,1581 -1 0,1583 -1 Cr2+ 100ppm 0,1569 -2 0,1602 0 0,1601 0 0,1601 0 0,1582 -1 0,1573 -2 Ni2+ 100ppm 0,1567 -2 0,1568 -2 0,1569 -2 0,1569 -2 0,1582 -1 0,1582 -1 Fe2+ 100ppm 0,1570 -2 0,1571 -2 0,1569 -2 0,1569 -2 0,1553 -3 0,1569 -2 Fe3+ 100ppm 0,1551 -3 0,1564 -2 0,1569 -2 0,1569 -2 0,1569 -2 0,1553 -3 Hg2+ 200ppb 0,1537 -4 0,1553 -3 0,1569 -2 0,1569 -3 0,1537 -4 0,1537 -4 Tất cả các ion trên 0,1535 -4 0,1548 -3 0,1558 -2 0,1561 -2 0,1545 -3 0,1549 -3
Kết quả thực nghiệm ở bảng 3.11 cho thấy, khi L-Cystein có trong dung dịch khoảng 0,1-0,5% đã làm cho sai số tƣơng đối giữa kết quả đo có và khơng có các ion của dung dịch As(III) ở mức <5%. Một thí nghiệm khác đƣợc thực hiện bằng cách cho thêm L – Cystein vào dung dịch As(III), nhƣng khơng có mặt các ion kim loại cũng cho thấy tín hiệu đo của dung dịch này sai lệch không đáng kể so với tín hiệu đo của dung dịch As(III) khi khơng có mặt của L – Cystein. Điều đó chứng tỏ L – Cystein không làm thay đổi hiệu suất khử As(III) mà chỉ làm giảm ảnh hƣởng của các ion kim loại. Hơn nữa, khi tăng hàm lƣợng L-Cystein kết quả ở bảng 3.11 còn cho thấy sai số thay đổi khơng đáng kể, vì vậy có thể thêm L – Cystein vào các dung dịch mẫu với mức hàm lƣợng 0,1% là đã loại trừ rất tốt ảnh hƣởng của các ion kim loại. Do As, Se đều dùng phƣơng pháp HG – AAS để định lƣợng và có phản ứng tạo hợp chất hiđrua giống nhau nên có thể dùng L – Cystein để loại trừ đƣợc ảnh hƣởng của các ion kim loại đến tín hiệu đo của Se tƣơng tự nhƣ As.
3.1.4.3. Nghiên cứu loại trừ ảnh hưởng của các nguyên tố có phản ứng hiđrua hóa
có thể tạo hợp chất hirua, việc loại trừ ảnh hƣởng lẫn nhau là rất khó khi tỉ lệ hàm lƣợng giữa các nguyên tố này lớn. Tuy nhiên, trong thực tế rất ít mẫu mơi trƣờng có tỉ lệ giữa chúng cao nhƣ vậy, ảnh hƣởng đáng quan tâm vẫn là của Sb. Hiện nay chƣa có một phƣơng pháp nào có thể loại trừ hồn tồn ảnh hƣởng giữa chúng, tuy nhiên có thể loại trừ ảnh hƣởng của Sb(III) vơ cơ đến tín hiệu đo của As(III) vơ cơ bằng tactrat [8, 82]. Tiến hành thí nghiệm với thuốc thử này, kết quả tính sai số giữa tín hiệu đo có và khơng có Sb ở bảng 3.12 cho thấy, tuy khơng thể loại trừ hồn tồn ảnh hƣởng của Sb(III) nhƣng dùng tatrat 0,01 – 0,5M có thể hạn chế đƣợc ảnh hƣởng của Sb xuống mức sai số chấp nhận đƣợc (≈10%). Kết quả thí nghiệm cũng cho thấy khi tỉ lệ hàm lƣợng Sb:As tăng hoặc hàm lƣợng tactrat tăng sai số hầu nhƣ không thay đổi. Nhƣ vậy tactrat đã có phản ứng với Sb mà khơng có phản ứng với As. Tuy nhiên, để đánh giá việc cho tactrat có làm ảnh hƣởng đến tín hiệu đo của As hay khơng, một thí nghiệm chỉ cho tactrat mà khơng cho Sb(III) vào dung dịch chứa As(III), các điều kiện khác vẫn giữ nguyên. Kết quả cho thấy khơng có khác biệt giữa tín hiệu đo có và khơng có tactrat. Căn cứ vào nhận định trên, để loại trừ ảnh hƣởng của Sb thì cần nên cho tactrat vào dung dịch mẫu với nồng độ 0,5M.
Bảng 3. 12. Khả năng loại trừ ảnh hưởng của Sb(III) đến tín hiệu đo As(III) bằng tactrat (AbsAs(III) 5ppb = 0,1601)
CSb(III):CAs(III)
Ctactrat (M)
0,01 0,05 0,1 0,5
Abs Sai số Abs Sai số Abs Sai số Abs Sai số
100 0,1406 -12% 0,1409 -12% 0,1419 -11% 0,1421 -11%
500 0,1391 -13% 0,1427 -11% 0,1425 -11% 0,1426 -11%
1000 0,1422 -11% 0,1430 -12% 0,1433 -12% 0,1447 -10%
3.2. Nghiên cứu xây dựng các mơ hình hồi quy đa biến xác định đồng thời các dạng của từng nguyên tố As, Se
Nhƣ đã phân tích ở mục 1.3, để xác định đồng thời các dạng nguyên tố As, Se có thể vận dụng các mơ hình hồi quy đa biến tuyến tính hoặc mơ hình hồi quy đa biến phi tuyến. Nhƣng do các dạng của cùng một ngun tố nên tín hiệu đo có tính chất cộng tính với nhau, vì vậy trong mục này chúng tôi tiến hành khảo sát sự cộng tính của các dạng để lựa chọn khoảng tuyến tính từ đó xây dựng mơ hình hồi quy
3.2.1. Khảo sát khoảng tuyến tính của từng dạng As, Se
Thí nghiệm đƣợc tiến hành với dung dịch chuẩn chứa riêng rẽ các dạng As, Se với nồng độ biến đổi, mơi trƣờng cho phản ứng tạo khí hiđrua là HCl 6M, các điều kiện đo khác của máy AAS và bộ hiđrua hóa giữ nguyên nhƣ bảng 2.1. Căn cứ vào kết quả tính các giá trị LOD và LOQ cho các q trình phân tích riêng các dạng As, Se ở môi trƣờng phản ứng HCl 6M theo quy tắc 3σ và 10σ [11] từ tín hiệu đo các mẫu trắng, chúng tôi chọn đƣợc các khoảng tuyến tính và lập các phƣơng trình đƣờng chuẩn cho quá trình xác định riêng từng dạng. Các kết quả đƣợc tóm tắt ở bảng 3.13.
Bảng 3. 13. Khoảng tuyến tính và đường chuẩn xác định riêng các dạng As, Se
Hợp chất Khoảng tuyến tính Phƣơng trình đƣờng chuẩn (Abs - Cppb)
Giá trị hệ số tƣơng quan R
As(III) 0,2 – 10ppb Abs= 0,0015 + 0,0319*CAs(III) R = 0,9994
As(V) 1 – 40ppb Abs = 0,0005 + 0,0083*CAs(V) R = 0,9995
DMA 0,5 – 30ppb Abs = 0,0027 + 0,0108*CDMA R = 0,9997
MMA 0,5 – 15ppb Abs = 0,0005 + 0,0240*CMMA R = 0,9999
Se(IV) 0,5 – 25ppb Abs = 0,0195*CSe(IV) + 0,0007 R = 0,9998
Se(VI) 0,5 – 15ppb Abs = 0,0173*CSe(VI) + 0,0012 R = 0,9998
DMDSe 0,5 – 10ppb Abs = 0,0115*CDMDSe + 0,0018 R = 0,9999
SeMet 0,5 – 20ppb Abs = 0,0124*CSeMet + 0,0020 R = 0,9998
Qua các phép tính xử lý số liệu thực nghiệm [11], chúng tơi thấy các hệ số của các phƣơng trình hồi qui ở bảng 3.13 có giá trị Ptính đều lớn hơn 0,05, có nghĩa là ở độ tin cậy 95% thì các phƣơng trình hồi quy khơng mắc sai số hệ thống. Các giá trị R 1 cho thấy các phƣơng trình thu đƣợc biểu diễn chính xác tƣơng quan giữa độ hấp thụ quang (A) và nồng độ các dạng (Ci) từ thực nghiệm. Nhƣ vậy, có thể sử dụng các phƣơng trình trên để xác định riêng từng dạng As, Se trong dung dịch khi khơng có mặt các dạng khác.
3.2.2. Khảo sát tính cộng tính của các dạng
Trong các thí nghiệm này, tính cộng tính của các dạng của từng nguyên tố As, Se đƣợc khảo sát riêng rẽ. Chúng tơi tiến hành thí nghiệm xây dựng lại các đƣờng chuẩn với từng dạng khi cho thêm các dạng khác ở nồng độ cố định, các điều kiện đo của máy AAS và bộ hiđrua hóa vẫn giữ cố định nhƣ bảng 2.1. Do ở các môi
khảo sát tính cộng tính của các dạng ở mơi trƣờng HCl 6M bằng NaBH4 0,5% trong dung dịch NaOH 0,1M.
Bảng 3. 14. Kết quả kiểm tra tính cộng tính của các dạng As, Se
Hợp chất
chính Thành phần thêm
Mối quan hệ độ hấp thụ quang (A) với nồng độ từng dạng (Ci)
Hệ số tƣơng quan (R2)
As(III) vô cơ
Không thêm A = 0,0015 + 0,0319*CAs(III) 0,9994
4ppb As(V) A = 0,0344 + 0,0319*CAs(III) 0,9992
2ppb As(V), 1ppb DMA và MMA A = 0,0544 + 0,0318*CAs(III) 0,9996
As(V) vô cơ
Không thêm A = -0,0005 + 0,0083*CAs(V) 0,9995
1ppb As(III) A = 0,0315 + 0,0084*CAs(V) 0,9992
1ppb As(III), DMA và MMA A = 0,0665 + 0,0083*CAs(V) 0,9991
DMA
Không thêm A = -0,0027 + 0,0108*CDMA 0,9997
1ppb As(V) A = 0,0306 + 0,0107*CDMA 0,9996
2ppb As(V), 1ppb As(III) và
MMA A = 0,0716 + 0,0107*CDMA 0,9996
MMA
Không thêm A = -0,0004 + 0,0240*CMMA 0,9999
1ppb As(III) A = 0,0306 + 0,0243*CMMA 0,9993
5ppb As(V), 1ppb DMA và As(III) A = 0,0851 + 0,0237*CMMA 0,9995
Se(IV) vô cơ
1ppb SeMet A = 0,0101 + 0,0193*CSe(IV) 0,9998
3ppb Se(VI) vô cơ A = 0,0503 + 0,0189*CSe(IV) 0,9989
1ppb DMDSe A = 0,0113 + 0,0195*CSe(IV) 0,9997
1ppb SeMet, 3ppb Se(VI) vô cơ,
1ppb DMDSe A = 0,0735 + 0,0188*CSe(IV) 0,9989
Se(VI) vô cơ
1ppb DMDSe A = 0,0073 + 0,0173*C
Se(VI) 0,9996
2ppb Se(IV) vô cơ A = 0,0401 + 0,0169*CSe(VI) 0,9989
1ppb SeMet A = 0,0125 + 0,0172*C
Se(VI) 0,9997 1ppb SeMet, 2ppb Se(VI) vô cơ,
1ppb DMDSe A = 0,0571 + 0,0170*CSe(VI) 0,9998
DMDSe
1ppb Se(IV) vô cơ A = 0,0201+ 0,0088*CDMDSe 0,9995
2ppb Se(VI) vô cơ A = 0,0340 + 0,0087*CDMDSe 0,9989
0,5ppb SeMet A = 0,0062+ 0,0089*CDMDSe 0,9989
0,5ppb SeMet, 2ppb Se(VI) vô cơ,
1ppb Se(IV) vô cơ A = 0,0592+0,0085*CDMDSe 0,9999
SeMet
1ppb Se(IV) vô cơ A = 0,0191 + 0,0123*CSeMet 0,9997
2ppb Se(VI) vô cơ A = 0,0334 + 0,0124*CSeMet 0,9997
0,5ppb DMDSe A = 0,0032 + 0,0121*CSeMet 0,9995