3.6. Xây dựng và đánh giá quy trình phân tích riêng rẽ As(III) bênh cạnh As(V) trong cùng một dung dịch As(V) trong cùng một dung dịch
3.6.1. Xây dựng quy trình phân tích
3.6.1.1. Quy trình lấy mẫu và bảo quản mẫu
Tham khảo các tài liệu nước ngồi và các TCVN hiện hành, kết hợp với các kết quả nghiên cứu của chúng tơi, quy trình lấy mẫu và bảo quản mẫu được đề xuất như sau:
- Mẫu nước ngầm: Mẫu nước được lấy theo hướng dẫn chung của TCVN 6663:2011 và chi tiết theo TCVN 6663-11:2011. Để bảo đảm hồn tồn khơng cĩ oxy xâm nhập vào trong mẫu, bình chứa mẫu được đặt ống thổi nitơ vào trong và thổi với áp suất 2 bar trong vịng 5 phút; sau đĩ nước ngầm từ ống dẫn được đưa vào bình chứa và luơn để cách mặt nước 1cm và nạp đến đầy tràn rồi đạy nắp kín khí. Mẫu được bảo quản ở nhiệt độ 40
C và vận chuyển về phịng thí nghiệm phân tích trong ngày. Nếu cần phải bảo quản nhiều ngày, mẫu được thêm 2 ml HCl 6M cho một lít nước.
- Mẫu nước mặt: Mẫu được lấy theo hướng dẫn chung của TCVN 66673:2011 và hướng dẫn chi tiết cua TCVN 6663-4:2011 và TCVN 6663- 6:2011 bằng dụng cụ lấy mẫu nước nằm ngang, sau đĩ được lọc qua giấy lọc băng xanh (đường kính lỗ xốp 0,45 µm) và chuyển vào bình chứa đã được đuổi hết khơng khí bằng cách thổi nitơ như đối với mẫu nước ngầm. Để bảo quản mẫu hơn một ngày, mẫu cần được xử lý tiếp tương tự như mẫu nước ngầm ở trên.
3.6.1.2. Quy trình tách As(III) và As(V) trong phịng thí nghiệm
Cột SPE C18 được làm sạch bằng 15ml etanol rồi làm khơ. Cột trao đổi anion làm bằng nhựa PE đường kính 1,2 cm được nhồi lớp vật liệu Lewatit M500 cĩ chiều cao 10cm, cột trao đổi anion được làm sạch bằng 25ml nước đề oxy và rửa lại bằng một thể tích lưu (5,5 ml) dung mơi 30% etanol và 70% nước đề oxy và đạy nút kín hai đầu.
Trước khi đi qua cột trao đổi anion, mẫu nước được cho qua cột chiết pha rắn C18 để loại các hợp chất asen hữu cơ với tốc độ 2ml/phút trong khí quyển nitơ, dung dịch qua cột C18 lấy chính xác 35,0 ml được thu vào bình đã cĩ chứa sẵn 15,0 ml etanol. Hỗn hợp được trộn đều, điều chỉnh pH của dung dịch về giá trị 6 - 7 bằng dung dịch NaOH 1M hay HCl 1M (nếu cần); sau đĩ cho đi qua cột trao đổi anion với tốc độ 3ml/phút. Bỏ 5,5 ml đầu và thu tồn
bộ dung dịch qua cột. Tráng cột bằng 5,5 ml dung mơi 30% etanol 70% nước (theo thể tích). Tất cả q trình trên được thực hiện trong khí quyển nitơ trong hộp cách ly (như trình bày trên hình 2.2 trong mục 2.3.4.3). Dung dịch nạp cột và tráng cột được gộp lại đem xác định hàm lượng As(III) bằng phương pháp HG - AAS.
As(V) giữ lại trên cột được rửa giải bằng 35,0 ml dung dịch HCl 3M với tốc độ 3ml/phút, dung dịch rửa giải đem xác định As(V) bằng phương pháp HG - AAS. Sơ đồ thực nghiệm được chúng tơi mơ tả qua hình 3.19.
Hình 3.19. Sơ đồ khối q trình tách và phân tích As(III) vơ cơ bên cạnh As(V) vơ cơ 3.6.1.3. Tách As(III) vơ cơ tại hiện trường
Cột tách as(III) vơ cơ được chuẩn bị sẵn như trình bày trong mục 3.6.1.2. Trước khi đi lấy mẫu, cột tách được rửa lại bằng hỗn hợp 30% etanol và 70% nước đề oxy trong mơi trường nitơ và được bịt kín hai đầu. Nước ngầm sau khi bơm cho chảy tự do 20 phút hay nước sơng, qua giấy lọc băng xanh (kích thước lỗ xốp 0,45 µm) được hút vừa đủ 35,0 ml vào xi lanh dung tích 100 ml đã cĩ sẵn 15,0 ml etanol. Lắc đảo cho mẫu trộn đều; sau đĩ bơm qua cột tách đã chuẩn bị trước, bỏ 5,5 ml đầu và thu tồn bộ nước mẫu qua cột. Rửa cột bằng một thể tích lưu (5,5 ml) dung mơi 30% etanol 70% nước đề oxy. Tồn bộ nước qua cột và nước rửa cột được hứng vào bình PE, axit hĩa bằng HCl 6 M (2 ml cho 1000 ml mẫu). Mẫu này được đem phân
Mẫu nước Cột SPEC18
Cột Anionit HCl 3,0M Cột Anionit Etanol (30%) Phân tích As(III) Phân tích As(V) H2O (70%)
tích để xác định tổng hàm lượng As(III) vơ cơ và asen hữu cơ bằng phương pháp HG - AAS.
Hàm lượng As(V) vơ cơ được xác định từ dung dịch rửa cột hấp phụ (như trình bày trong mục 3.6.1.2, hoặc sau này được tính bằng hàm lượng asen tổng phân tích trong mẫu nước lấy đồng thời theo phương pháp lấy mẫu thơng thường (theo TCVN 6663:2011), trừ đi tổng hàm lượng As(III) vơ cơ và asen hữu cơ trong mẫu nước được tách tại hiện trường.
Trong trường hợp cần loại bỏ asen hữu cơ, nước mẫu sau khi lọc qua giấy lọc băng xanh, mẫu được hút qua cột SPE C18 vừa đủ 35 ml bằng xi lanh đã chứa sắn 15 ml etanol rồi được bơm qua cột trao đổi ion với các bước tiến hành như trình bày ở trên.
3.6.2. Đánh giá độ đúng, độ chụm và giới hạn định lƣợng của phƣơng pháp
3.6.2.1. Đánh giá qua phân tích mẫu tự tạo
Mẫu tự tạo được pha từ các dung dịch chuẩn As(III) và As(V), cĩ cho thêm các muối chứa các cation và anion với nồng độ cố định là 100ppm. Nồng độ As(III) vơ cơ là từ 1 đến 20 ppb và As(V) vơ cơ là từ 5 đến 100 ppb. Các điều kiện thực nghiệm và các bước tiến hành tách và phân tích tn theo quy trình phân tích đã được xây dựng như ở mục 3.6.1. Kết quả phân tích hàm lượng As(III) vơ cơ trong dung dịch sau nạp cột và As(V) vơ cơ trong dung dịch rửa giải được trình bày trên bảng 3.20. Kết quả tính độ lệch chuẩn và độ đúng được trình bày trên bảng 3.21.
Bảng 3. 20. Kết quả tách As trong các mẫu tự tạo STT Lần đo STT Lần đo Hàm lƣợng As cho vào (ppb) Hàm lƣợng As thu đƣợc (ppb)
Hiệu suất thu hồi As (%)
As(III) As(V) As(III) As(V) As(III) As(V)
1 1 10 20 9,6 19,7 96,0 98,5 2 10 20 9,4 19,7 94,0 98,5 3 10 20 9,7 19,8 97,0 99,0 2 1 20 10 19,3 9,8 96,5 98,0 2 20 10 19,4 9,6 97,0 96,0 3 20 10 19,6 9,8 98,0 98,0 3 1 50 5 49,1 4,6 98,2 92,0 2 50 5 49,3 4,7 98,6 94,0 3 50 5 49,1 4,5 98,2 90,0 4 1 5 50 4,7 49,6 94,0 99,2 2 5 50 4,5 49,5 90,0 99,0 3 5 50 4,3 49,7 86,0 99,4 5 1 1 100 0,8 98,4 80,0 98,4 2 1 100 0,9 98,6 90,0 98,6 3 1 100 0,8 98,3 80,0 98,3
Căn cứ vào kết quả ở bảng 3.20 và 3.21, chúng tơi đưa ra kết luận khi phân tích mẫu tự tạo cho sai lệch khơng đáng kể, hầu hết các mẫu cho hiệu suất thu hồi As(III) và As(V) trên 90%. Một số mẫu cĩ hiệu suất thu hồi As(III) vơ cơ thấp (trên 80%) là do nồng độ As(III) vơ cơ ban đầu quá nhỏ (1 ppb). Kết quả tính độ lệch chuẩn qua ba lần thí nghiệm lặp đều thấp (dưới 10%), kết quả tính hệ số student nhỏ hơn nhiều so với giá trị tra trong bảng cho thấy kết quả thực nghiệm cĩ độ lặp lại tốt, độ chụm cao và độ đúng cao. Nĩi cách khác quy trình phân tích As(III) bên cạnh As(V) trong các mẫu dung dịch nước tự tạo hồn tồn cĩ thể áp dụng tốt vào phân tích mẫu thực tế.
Bảng 3. 21. Kết quả tính độ lệch chuẩn và độ chụm khi phân tích mẫu tự tạo
STT Lần đo Hàm lƣợng As thu đƣợc (ppb) RSD (%) ttính (tbảng = 4,3) As(III) As(V) As(III) As(V) As(III) As(V)
1 1 9,6 19,7 1,6 0,3 0,7 0,2 2 9,4 19,7 3 9,7 19,8 2 1 19,3 9,8 0,8 1,2 0,7 0,5 2 19,4 9,6 3 19,6 9,8 3 1 49,1 4,6 0,2 2,2 0,5 0,4 2 49,3 4,7 3 49,1 4,5 4 1 4,7 49,6 4,4 0,2 0,9 0,4 2 4,5 49,5 3 4,3 49,7 5 1 0,8 98,4 6,9 0,2 0,2 0,7 2 0,9 98,6 3 0,8 98,3
3.6.2.2. Độ thu hồi khi phân tích mẫu thêm chuẩn
Chúng tơi sử dụng mẫu nước sơng bất kỳ lấy ở hiện trường, sau đĩ đều thêm 10ppb As(III) và As(V) từ các dung dịch chuẩn vào mẫu. Mẫu được tiến hành phân tích theo quy trình đã đưa ra ở mục 3.6.1. Kết quả xác định hàm lượng As(III) và As(V) sau 3 lần thực nghiệm được thể hiện trên bảng 3.22.
Bảng 3. 22. Độ thu hồi khi phân tích mẫu thực thêm chuẩn
Lần đo
Hàm lƣợng As khơng thêm
(ppb)
Hàm lƣợng As sau
thêm (ppb) Độ thu hồi (%) As(III) As(V) As(III) As(V) As(III) As(V)
1 2,3 8,9 12,6 18,7 103,0 98,0
2 2,1 8,8 12,5 18,4 104,0 96,0
3 2,7 8,7 12,8 18,5 101,0 98,0
Trung
Từ kết quả trên bảng 3.22 cho thấy, q trình phân tích mẫu thực thêm chuẩn cho kết quả khá tốt, độ thu hồi của cả hai dạng asen đều nằm trong khoảng xung quanh giá trị 100%. Kết quả ở bảng 3.22 cũng cho thấy độ thu hồi As(III) lớn hơn 100% là do cĩ các dạng asen hữu cơ chưa được loại trừ hết cĩ mặt trong mẫu thực tế, độ thu hồi As(V) nhỏ hơn 100% là phù hợp với các kết quả nghiên cứu và khảo sát ở các phần trên.
3.6.2.3. Đánh giá qua phân tích mẫu chuẩn CRM
Để đánh giá phương pháp phân tích, chúng tơi tiến hành phân tích mẫu chuẩn là mẫu nước biển ven bờ (CASS 5) do hội đồng nghiên cứu khoa học Canada cấp chứng chỉ (phụ lục số 5). Do As trong mẫu chuẩn được thơng báo là tổng hàm lượng, nên chúng tơi tiến hành thí nghiệm chuyển tồn bộ lượng As trong mẫu thành As(V) như sau: trước hết chúng tơi lấy 25ml mẫu nước chuẩn, thêm 5ml hỗn hợp axit đặc HNO3:H2SO4 (tỉ lệ 2:3), đun nĩng trên bếp cách cát đến cịn 5ml, để nguội, thêm 7,5 ml etanol và thêm nước đề oxy đến khoảng 20ml, điều chỉnh pH dung dịch về giá trị 6,5 rồi cuối cùng định mức thành 25 ml. Mẫu sau đĩ được tiến hành tách và phân tích như quy trình đề xuất. Kết quả phân tích ba lần song song được trình bày trên bảng 3.23.
Bảng 3. 23. Kết quả phân tích mẫu nước chuẩn CASS-5
CAs(V) tìm thấy (µg/l)
Lần thực nghiệm 1 2 3 1,18 1,22 1,20
RSD(%, n=3) 4,7
CAs ± ɛ (µg/l) Giá trị xác định được 1,19 ± 0,8 Giá trị được chứng nhận 1,24 ± 0,9
Căn cứ vào kết quả ở bảng 3.23 cĩ thể thấy, hàm lượng As thu được sai khác khơng nhiều so với giá trị được chứng nhận. Dùng phương pháp đánh giá chuẩn student thì cho thấy hai số liệu sai khác khơng cĩ tính hệ thống, sự sai khác là ngẫu nhiên do các quá trình thực nghiệm, chứng tỏ phương pháp cĩ độ đúng cao, hồn tồn thích hợp phân tích mẫu thực tế.
3.6.2.4. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng
Để xác định giới hạn định lượng và giới hạn phát hiện của phương pháp, chúng tơi dùng các mẫu trắng là dung mơi etanol - nước (tỉ lệ 3:7 theo thể tích), sau đĩ thực hiện quy trình xác định As(III) và As(V) theo các bước như trong quy trình đề xuất.
LOD, LOQ được tính theo cơng thức 2.11 và 2.12 đã mơ tả ở mục. Kết quả xác định các giá trị LOD, LOQ được chúng tơi tĩm tắt ở bảng 3.24.
Bảng 3. 24. Kết quả xác định LOD, LOQ của phương pháp
LOD (ppb) LOQ (ppb)
As(III) As(V) As(III) As(V)
0,05 0,03 0,15 0,09
Như vậy, các giá trị LOD, LOQ đều rất nhỏ, chứng tỏ quy trình phân tích cĩ thể tiến hành xác định As(III) và As(V) riêng rẽ với các mẫu cĩ hàm lượng asen ở dạng vết, siêu vết, nĩi cách khác phương pháp thích hợp đánh giá mức độ ơ nhiễm asen trong các mẫu nước mặt và nước ngầm.
3.6.2.5. So sánh với phương pháp khác
Phương pháp HPLC - HG - AAS được sử dụng để so sánh với phương pháp phân tích của luận án. Phương pháp HPLC - HG - AAS là một phương pháp cĩ độ nhạy, độ đúng cao và được áp dụng phổ biến ở các phịng thí nghiệm tiên tiến dùng để phân tích dạng nguyên tố. Phương pháp này dựa trên cơ sở tách các dạng As(III) và As(V) nhờ cột sắc ký lỏng cao áp, các dạng As(III), As(V) cĩ những tính chất khác biệt nhau nên sẽ đi ra khỏi cột sắc ký với thời điểm khác nhau (thời gian lưu trên cột sắc ký khác nhau). Cột sắc ký được dùng để phân tách hai dạng này là cột sắc ký trao đổi ion (loại Shim - pack IC - A3 của hãng Shimazu), cột cĩ đường kính trong 4,6mm, dài 1500 mm, được nhồi đầy nhựa polyacrylat cỡ hạt 5 µm đã được gắn nhĩm amin bậc 4 lên bề mặt. Cột Shim - pack IC - A3 cĩ đặc tính trao đổi và hấp thu các
anion. Để rửa giải các anion, dung dịch đệm photphat cĩ pH = 5,75 (NaH2PO4 0,02M và H3PO4) được dùng làm pha động với tốc độ bơm 0,5 ml/phút, vịng bơm mẫu cỡ 100 µl, detector UV cĩ λ = 192nM [42, 45, 51].
Chúng tơi gửi các mẫu tự tạo đi phân tích theo phương pháp HPLC - HG - AAS, kết quả phân tích sau 3 lần đo lặp được đem so sánh với kết quả của quy trình phân tích mà luận án đưa ra, kết quả được biểu diễn ở bảng 3.25.
Từ kết quả của bảng 3.25 cho thấy các giá trị ttính đều nhỏ hơn tbảng nên cĩ thể kết luận sự sai khác kết quả phân tích của hai phương pháp là ngẫu nhiên và khơng cĩ ý nghĩa thống kê. Nĩi cách khác kết quả của hai phương pháp là giống nhau. Một lần nữa cĩ thể khẳng định quy trình phân tích riêng rẽ As(III) và As(V) của luận án đưa ra cĩ độ tin cậy cao, phương pháp cĩ ưu điểm hơn phương pháp HPLC - HG - AAS vì thực hiện đơn giản, mặc dù độ lệch chuẩn tương đối cao hơn, nhưng vẫn chấp nhận được khi nồng độ As ở dạng vết, siêu vết.
Bảng 3. 25. So sánh kết quả phân tích của hai phương pháp
CAs trong mẫu tự tạo (ppb)
Kết quả xác định theo quy trình của luận án (n=3)
Kết quả xác định theo phƣơng pháp HPLC - HG - AAS (n = 3) Hàm lƣợng (ppb) RSD% ttính (tbảng = 2,45) Hàm lƣợng (ppb) RSD% ttính (tbảng = 2,45) As(III) 10,0 9,6 11 1,38 9,8 8 1,22 As(V) 10,0 9,7 13 1,96 9,9 7 0,76 3.7. Ứng dụng phân tích mẫu thực tế
Mẫu nước ngầm được lấy ở các hộ dân gần nhà máy nước Nam Dư, Hồng Mai, Hà Nội, sơ đồ lấy mẫu được trình bày ở phụ lục số 4. Mẫu nước sơng Hồng, sơng Đà, sơng Kinh Thầy được lấy tại các địa điểm theo sơ đồ ở phụ lục. Các mẫu nước được vận chuyển về phịng thí nghiệm và thực hiện
quy trình phân tích xác định các dạng asen ngay trong ngày theo quy trình phân tích đề xuất.
Ngồi thí nghiệm xác định hàm lượng As(III), As(V) như trên, chúng tơi cịn tiến hành tách As(III) vơ cơ, As(V) vơ cơ và asen hữu cơ ngay tại hiện trường theo quy trình trình bày ở mục 3.6.1. Các dung dịch As(III) vơ cơ sau tách, As(V) vơ cơ sau rửa giải được bảo quản và đưa về phịng thí nghiệm để phân tích. Kết quả phân tích asen trong các mẫu thực sau khi nhân với hệ số pha lỗng được chúng tơi trình bày trên các bảng 3.26 - 29.
Bảng 3. 26. Mẫu nước sơng Hồng lẫy mẫu và phân tích tại phịng thí nghiệm
(thời gian lấy mẫu: tháng 7 năm 2014)
Vị trí mẫu Hàm lƣợng As(III) (ppb) Hàm lƣợng As(V) (ppb) Hàm lƣợng As tổng (ppb) Hàm lƣợng As hữu cơ (ppb) 1 2,3 ± 0,4 9,9 ± 0,5 15,6 ± 0,5 3,4 ± 0,3 2 2,9 ± 0,3 10,3 ± 0,4 15,9 ± 0,6 2,7 ± 0,1 3 1,8 ± 0,4 9,7 ± 0,5 15,1 ± 0,4 3,5 ± 0,5 4 1,9 ± 0,4 11,0 ± 0,4 15,4 ± 0,5 2,6 ± 0,7 5 2,2 ± 0,6 9,8 ± 0,5 15,7 ± 0,4 3,7 ± 0,6 6 2,8 ± 0,3 9,7 ± 0,3 15,3 ± 0,3 3,1 ± 0,4
Bảng 3. 27. Mẫu nước nước sơng Hồng tách As(III) tại hiện trường
(thời gian thực hiện: tháng 6 năm 2015)
Vị trí mẫu Hàm lƣợng As(III) (ppb) Hàm lƣợng As(V) (ppb) Hàm lƣợng As tổng (ppb) Hàm lƣợng As hữu cơ (ppb) 1 2,7 ± 0,5 9,7 ± 0,6 15,8 ± 0,6 3,2 ± 0,2 2 3,2 ± 0,4 10,2 ± 0,4 16,1 ± 0,7 2,8 ± 0,2 3 2,1 ± 0,3 9,6 ± 0,5 15,3 ± 0,4 3,1 ± 0,3 4 2,1 ± 0,4 10,9 ± 0,5 15,7 ± 0,7 2,7 ± 0,5 5 2,4 ± 0,6 10,2 ± 0,4 15,9 ± 0,5 3.2 ± 0,4 6 3,1 ± 0,5 9,6 ± 0,6 15,8 ± 0,4 2,8 ± 0,2
Bảng 3. 28. Mẫu nước ngầm khu vực Nam Dư phân tích trong phịng thí nghiệm
(thời gian lấy mẫu: tháng 10 năm 2014)
Vị trí mẫu Hàm lƣợng As(III) (ppb) Hàm lƣợng As(V) (ppb) Hàm lƣợng As tổng (ppb) Hàm lƣợng As hữu cơ (ppb) 1 9,3 ± 0,5 7,4 ± 0,3 17,2 ± 0,4 0,5 ± 0,4 2 13,8 ± 0,4 7,5 ± 0,4 21,5 ± 0,4 0,2 ± 0,1 3 15,7 ± 0,6 9,1 ± 0,4 25,3 ± 0,6 0,5 ± 0,4 4 8,4 ± 0,4 8,3 ± 0,5 17,4 ± 0,5 0,7 ± 0,4 5 10,4 ± 0,5 8,2 ± 0,4 19,3 ± 0,3 0,7 ± 0,3