Trong trầm tích, hàm lượng As tổng dao động trong khoảng là 1-20mg/kg, ví dụ: Anh (5-8mg/kg); Argentina (5,4-8mg/kg); Trung Quốc (Nội Mông) (trung bình 18,9mg/kg) [28, 73]. Các nghiên cứu ở đồng bằng châu thổ ở Băng la đét, nơi nước ngầm bị ô nhiễm As trầm trọng thì hàm lượng As trong trầm tích cũng chỉ nằm trong khoảng trung bình của trầm tích thế giới, cụ thể: trong cát trung bình 2,9 mg/kg (1,0-6,2), sét bùn trung bình 6,5 mg/kg (2,7-14,6 mg/kg) [73]. Hàm lượng As trong trầm tích đồng bằng sông Hồng có giá trị 1-22mg/kg [9, 61, 66].
Các nghiên cứu sâu hơn đã chỉ ra rằng: As trong trầm tích được phân bố trên các pha khoáng khác nhau với mức độ liên kết từ yếu đến mạnh. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng As phân bố chủ yếu trên các pha khoáng sắt bao gồm các khoáng Fe(II), các oxit Fe(III) và các khoáng sắt bền vững như pyrit, sunfua… Bên cạnh đó, As cũng được tìm thấy với hàm lượng nhỏ trong các pha khoáng khác như khoáng silicate, khoáng oxit Al, Mn.
Trong khi có rất nhiều quy trình chiết để đánh giá dạng liên kết của kim loại nói chung thì chỉ có một số nghiên cứu hạn chế để chiết anion chứa oxi như As. Dựa vào quy trình chiết chọn lọc của Tessier cho kim loại, các quy trình chiết As được điều chỉnh sao cho quá trình chiết phân đoạn As gắn với hidroxit Fe vô định hình, gắn với Fe tinh thể và khoáng sunfua. Bên cạnh đó, do As có tính chất hóa học tương tự như P (cùng nằm ở nhóm V, có hóa trị V, cùng là anion chứa oxi), quy trình chiết P của tác giả Chang và Jackson đã được phát triển và ứng dụng cho As [13]. Các tác giả Welzen, Keon đã phát triển quy trình chiết cho As. Hai quy trình được sử dụng rộng rãi vào nghiên cứu sự phân bố As trên trầm tích (bảng 1.2)[43, 91].
Trong hầu hết các quy trình chiết, dạng As phân bố trong trầm tích được chia như sau:
- Dạng As hấp phụ hoặc có thể trao đổi ion
- Dạng As liên kết trên các khoáng dễ hòa tan như FeCO3, CaCO3, FeS… - Dạng As liên kết với khoáng sắt oxi hidroxit vô định hình như ferihydrit… - Dạng As liên kết với các khoáng sắt, nhôm tinh thể
- Dạng còn lại: Dạng As liên kết trong các khoáng bền vững: pyrit, sunfua.
STT Dạng As trong pha liên kết Keon, 2001 [43] Wenzel, 2001 [91]
1 As hấp phụ không đặc trưng MgCl2, pH=8 (NH4)2SO4
2 As hấp phụ đặc trưng NaH2PO4, pH=5 NH4H2PO4
3
As liên kết với oxit dễ hòa tan, muối cacbonat, hidroxit sắt vô
định hình
HCl 1N
4 As liên kết với hidroxit sắt vô định hình
(NH4)2C2O4, pH=3
(NH4)2C2O4, pH=3,25 5 As liên kết với sắt hidroxit tinh
thể
Ticitrat – EDTA, pH=7
(NH4)2C2O4 + C6H8O4
6 As liên kết với silicat HF10N
7 As liên kết trong khoáng pyrit HNO316N HNO3/ H2O2
8 As trong các khoáng còn lại HNO3/ H2O2
Phương pháp chiết ứng dụng để nghiên cứu sự phân bố của As trong trầm tích có những ưu điểm và nhược điểm sau:
Ưu điểm:
- Làm việc với nồng độ As cao tới mg/kg và nghiên cứu được sự tồn tại của As trên trầm tích dựa trên các tính chất hóa học của pha liên kết. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu sự di động của As từ trầm tích vào nước ngầm.
- Không đòi hỏi thiết bị đắt tiền.
Nhược điểm:
- Có độ chính xác, độ chọn lọc kém, phụ thuộc thao tác thí nghiệm, xảy ra tái hấp phụ. Chỉ cần một điều chỉnh nhỏ trong quy trình cũng gây ra thay đổi lớn trong kết quả chiết do sự phân bố As trong trầm tích.
- Không cho biết về các dạng As ở dạng tương đối khó hòa tan cũng như không cho biết về thành phần và tính chất của phức sau khi bị hấp phụ. Chỉ cho biết chủ yếu dạng As liên kết bề mặt.
Sau đây là những kết quả thu trước đây khi ứng dụng các phương pháp chiết nghiên cứu sự phân bố của As trên trầm tích. Nhóm nghiên cứu của Keon 2001 đã đánh giá tính linh động của As trong trầm tích thông qua việc xác định As qua chiết chuỗi. Tác giả đã chiết 5 mẫu trầm tích sông cho kết quả như sau: dạng As liên kết yếu trên bề mặt chiếm 12%, dạng As hấp phụ mạnh chiếm 50%, dạng As dễ hòa tan bằng axit chiếm 2%, dạng As liên kết với oxit sắt vô định hình chiếm 2%, dạng As liên kết với oxit sắt tinh thể chiếm 20%, dạng As liên kết với khoáng Si chiếm 10% và dạng As liên kết trong khoáng sunfua chiếm 5% [43]. Như vậy, As trong trầm tích ở đây chủ yếu là dạng As hấp phụ mạnh và As liên kết với oxit sắt tinh thể và liên kết bền vững trong các khoáng silicat/sunfua.
Juan Carlos 2007 tìm thấy rằng As chiếm tỷ lệ cao trong dạng oxyhidroxit vô định hình Al và Fe, trong các dạng tinh thể và phần còn lại. Tác giả đã chỉ ra rằng, As liên kết với khoáng sắt, nhôm vô định hình và tinh thể là chủ yếu. Khoảng 0 - 2% As được chiết ra ở dạng hấp phụ không đặc trưng, từ 5 – 30% As ở dạng hấp phụ đặc trưng, 20 – 50% là dạng As liên kết với khoáng oxit vô định hình, 20 – 60% As liên kết với khoáng tinh thể [42].
Nghiên cứu của Wenzel với 20 mẫu đất ô nhiễm As ở Úc cho kết quả là As liên kết chủ yếu với oxit Fe, Al vô định hình và tinh thể. Trong đó dạng As liên kết ở dạng hấp phụ không đặc trưng chiếm 0,24% (0,02 – 3,8%) tổng As chiết được, dạng As liên kết ở dạng hấp phụ đặc trưng chiếm 9,5% ( 2,6-25%), dạng As liên kết với oxit Fe, Al vô định hình chiếm 42,3% (12-73%), dạng As liên kết với oxit Fe, Al tinh thể chiếm 29,2% (13 – 39%), dạng As còn lại, liên kết trong khoáng sunfua, silicat chiếm 17,5% (1,1–38%) [91].
Cynthia cũng đánh giá tính chọn lọc của dịch chiết đối với sự phân bố của As lên oxit sắt nghèo tinh thể và khoáng sunphit trong các hạt trầm tích, tác giả sử dụng bốn loại dịch chiết: MgCl2, NaH2PO4, C6H7NaO6, HCl. Kết quả có 0,6% As được chiết ra bằng dịch MgCl2, 5% As được chiết bằng NaH2PO4, 58% As được chiết ra
Một nghiên cứu khác ở trầm tích Băng la đét cho kết quả hàm lượng As tổng là 3 mg/kg trong đó chỉ có 5 – 10% là dạng As liên kết với sắt oxit [78].
Một nghiên cứu tại Đan Phượng, Hà Nội của tác giả Dieke Postma tìm thấy hàm lượng As là 12 mg/kg trong đó 50% là dạng As liên kết với pha sắt oxit [67]. Eiche và cộng sự cho biết hàm lượng As trung bình trong trầm tích thu được tại Vạn Phúc, Hà Nội là 5µg/g và dạng As liên kết với sắt oxit chiếm từ 8 – 37%, hàm lượng As cao hơn trong trầm tích bùn là 7µg/g, As phân bố khác nhau trong mỗi pha đất khác nhau (bùn, cát, và trầm tích) [21].
Các kết quả nghiên cứu thu được ở trên cho thấy sự phân bố As trong trầm tích dường như theo quy luật chung là chủ yếu nằm trong pha hấp phụ mạnh, liên kết với các oxit sắt dạng vô định hình và tinh thể, hoặc liên kết trong khoáng sunfua/silicat.
Như vậy, phương pháp chiết đã và đang sử dụng rộng rãi để nghiên cứu sự phân bố của As trên các pha khoáng trong trầm tích trên thế giới tại các khu vực nước ngầm bị ô nhiễm As. Tại Việt Nam, có một số nghiên cứu đã sử dụng phương pháp chiết phân đoạn As trên trầm tích ở đồng bằng Sông Hồng, tuy nhiên các nghiên cứu này đều được tiến hành ở nước ngoài với các trang thiết bị hiện đại. Các nghiên cứu ở trong nước mới chỉ dừng lại ở mức chiết As tổng.
Thêm vào đó, do đối tượng trầm tích cũng như các liên kết của As trên các pha khoáng trong trầm tích rất đa dạng, điều kiện phòng thí nghiệm của các nhóm nghiên cứu là khác nhau nên phương pháp chiết thường được thay đổi các yếu tố như tác nhân chiết, điều kiện chiết để phù hợp với mục đích nghiên cứu cụ thể. Để có được phương pháp chiết phù hợp cho việc nghiên cứu sự phân bố As trên trầm tích, cần phải tiến hành tối ưu các thông số thí nghiệm như: khả năng chiết của các tác nhân chiết; các điều kiện để thực hiện thí nghiệm trong điều kiện yếm khí; độ lặp lại của phép chiết.