Tạp chí khoa học: Xác định hàm lượng As(III) trong nước ngầm tại xã Vạn phúc, Thanh Trì, Hà Nội bằng phương pháp điện di mao quản sử dụng detecto đo độ dẫn điện không tiếp xúc

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 1 (2014) 51-57<br /> <br /> Xác nh hàm lư ng As(III) trong nư c ng m t i xã V n Phúc, Thanh Trì, Hà N i b ng phương pháp i n di mao qu n s d ng etectơ o d n i n không ti p xúc<br /> Nguy n Kim Di m Mai1,2, Ph m Th Thanh Th y2, Dương H ng Anh2,*<br /> Trư ng i h c Sư Ph m Tp.H Chí Minh Trung tâm Nghiên c u Công ngh Môi trư ng và Phát tri n B n v ng, Trư ng i h c Khoa h c T nhiên, HQGHN, 334 Nguy n Trãi, Hà N i, Vi t Nam<br /> 2 1<br /> <br /> Nh n ngày 05 tháng 12 năm 2013 Ch nh s a ngày 19 tháng 12 năm 2013; ch p nh n ăng ngày 30 tháng 12 năm 2013<br /> <br /> Tóm t t. Bài báo này trình bày k t qu s d ng phương pháp i n di mao qu n phân tích riêng hàm lư ng As(III) trong nư c ng m t i xã V n Phúc, Thanh Trì, Hà N i. Các k t qu phân tích cho th y hàm lư ng As(III) dao ng trong kho ng t nh hơn 5µg/L t i g n 400 µg/L. K t qu ánh giá m c tương quan c a hai phương pháp CE - C4D và AAS cho th y phương pháp nghiên c u có tương quan r t t t v i phương pháp AAS v i h s tương quan R2 = 0,99 và kho ng giá tr % sai s gi a hai phương pháp là 0,6 – 7,0%. i u này ch ng minh r ng phân tích As(III) b ng phương pháp i n di mao qu n cho các k t qu có tin c y cao. T khóa: i n di mao qu n, As(III), nư c ng m.<br /> <br /> 1. M<br /> <br /> u∗<br /> <br /> Ngày nay, t i nhi u vùng nông thôn Vi t Nam, ngư i dân v n ang s d ng nư c ng m như ngu n nư c chính ph c v cho các m c ích sinh ho t và s n xu t. Tuy nhiên, nhi u nghiên c u cho th y có hi n tư ng ô nhi m asen t i m t s khu v c c mi n B c cũng như mi n Nam Vi t Nam. Trong khi theo quy chu n QCVN 09:2008/BTNMT, gi i h n cho phép c a asen trong nư c ng m là 50µg/L thì theo ánh giá c a UNICEF t 2001 - 2004 Hà Nam có t i 50,2% trong t ng s 7024 m u nư c<br /> <br /> gi ng khoan ư c kh o sát có n ng asen l n hơn 50 µg/L [1]. Còn t nh ng Tháp trong 260 m u nư c ng m kh o sát có 22% s m u có n ng asen vư t quá 50 µg/L [2]. Dù n ng th p nhưng vi c phơi nhi m asen trong m t th i gian dài cũng s gây ra các tác ng x u n s c kh e như: gây l loét da, tác ng n h hô h p, tim m ch, h tiêu hóa, và phát tri n thành ung thư gan, th n, ph i, bàng quang,… Trong môi trư ng t nhiên, asen thư ng t n t i b n tr ng thái oxi hóa là –III, 0, III và V, c bi t trong môi trư ng th y quy n, asen xu t hi n ch y u hai d ng là asenit (III) và asenat (V). Tr ng thái oxi hóa, d ng t n t i c a asen s 51<br /> <br /> _______<br /> ∗<br /> <br /> Tác gi liên h . T: 84-912380373. E-mail: hoanggianga0@gmail.com<br /> <br /> 52<br /> <br /> N.K.D. Mai và nnk. /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 1 (2014) 51-57<br /> <br /> quy t nh c tính, s linh ng và kh năng v n chuy n c a nó trong môi trư ng. c tính c a asen i v i sinh v t gi m d n theo th t : khí asin asenit asenat h p ch t asen h u cơ. Như v y, trong môi trư ng nư c, các h p ch t asen hóa tr 3 có c tính cao hơn các d ng asen hóa tr 5. Do v y, vi c xây d ng phương pháp xác nh riêng r hàm lư ng t ng d ng t n t i c a asen c bi t là As(III) luôn là m t bài toán i v i các nhà khoa h c ánh giá r i ro s c kh e. Hi n nay, các phương pháp thư ng dùng xác nh hàm lư ng asen là phương pháp quang ph h p th nguyên t (AAS) và plasma c m ng ghép n i kh i ph (ICP-MS), tuy nhiên các phương pháp này ch xác nh hàm lư ng asen t ng trong m u, n u mu n xác nh riêng r các h p ph n c n k t h p v i m t phương pháp tách trư c ó. S d ng phương pháp VonAmpe hòa tan v i i n c c ĩa quay vàng có th ánh giá riêng r , ng th i hàm lư ng As(III) và As(V) [3]; b ng phương pháp này có th xác nh As(III) kho ng n ng vài ch c ng/L, tuy nhiên, l i kém nh y i v i As(V) do As(V) kém ho t ng v m t i n hóa. Phương pháp i n di mao qu n vùng là v i nguyên t c phân tách các ch t d a trên s khác nhau v linh ng i n di, c bi t có l i trong vi c phân tích các ion mang i n. Theo các nghiên c u [4-6], cho th y phương pháp i n di mao qu n phù h p cho vi c phân tích các d ng asen khác nhau. Tuy nhiên, như c i m l n nh t c a phương pháp này là gi i h n phát hi n còn cao (kho ng mg/L). Nhóm nghiên c u c a chúng tôi ã phát tri n quy trình phân tích As (V) và As (III) trong m u nư c b ng phương pháp i n di mao qu n s d ng detector d n không ti p xúc ki u t i n (C4D) [7]. Tuy nhiên trong nghiên c u này As(III) ph i phân tích gián ti p qua As(V) vì khi phân tích tr c ti p As(III) gi i h n<br /> <br /> nh lư ng là 73µg/L không nh y phân tích các m u môi trư ng khi so sánh v i gi i h n cho phép c a As trong nư c ng m là 50µg/L. Vì v y, chúng tôi ã ti p t c nghiên c u và hoàn thi n quy trình phân tích tr c ti p ti u phân As(III) trên thi t b CE-C4D v i m c tiêu tăng nh y, gi m gi i h n phát hi n. Bài báo này s trình bày k t qu s d ng quy trình CE-C4D m i phát tri n phân tích hàm lư ng As (III) trong các m u nư c ng m l y t i xã V n Phúc, Thanh Trì, Hà N i v i phương pháp i ch ng là AAS.<br /> <br /> 2. Th c nghi m 2.1. Hóa ch t, thi t b Các hóa ch t s d ng trong quá trình phân tích u là lo i tinh khi t phân tích. Các hóa ch t dùng pha dung d ch chu n và m ư c mua t hãng Fluka, Th y Sĩ bao g m: natri meta, 2-(N- morpholin)etansunphonic axit (MES), L-arginine, hexadexyltrimetyl amonibromua (CTAB). Ngoài ra, trong quá trình x lí m u còn s d ng m t s hóa ch t: 1,10-Phenathrolin (Trung Qu c), axit nitric (Merck, c). T t c các dung d ch chu n và m u ư c chu n b trong nư c deion. Các thí nghi m ư c ti n hành trên h thi t b i n di mao qu n t ch t t i phòng thí nghi m v i b ngu n cao th thương ph m (CZE 2000R, Spellman, Pulborough, UK). H thi t b s d ng b detectơ C4D thương ph m c a eDAQ (EA120). Dòng i n sinh ra trong t bào o s ư c chuy n thành giá tr hi u i n th ; các giá tr này sau ó s ư c khu ch i, l c nhi u t n s th p và cu i cùng ư c chuy n t i b ghi và h th ng x lý d li u ecorder (eDAQ, Denistone East, NSW, Australia).<br /> <br /> N.K.D. Mai và nnk. /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 1 (2014) 51-57<br /> <br /> 53<br /> <br /> C t mao qu n dùng trong quá trình phân tích là c t silica v i ư ng kính trong 50µm và ư ng kính ngoài là 375µm (Polymicro Technologies, Phoenix, AZ, USA) có t ng chi u dài 60cm và chi u dài hi u d ng là 52cm. i v i mao qu n m i, u tiên ư c r a b ng dung d ch NaOH 1M trong 20 phút, sau ó r a l i b ng nư c deion trong 15 phút, và cu i cùng là bơm dung d ch m qua mao qu n trong kho ng 60 phút trư c khi s d ng mb o ch t ho t ng b m t CTAB ư c ph u trên b m t mao qu n. Sau m i l n phân tích, mao qu n ư c r a l i b ng dung d ch m trong 5 phút. 2.2. L y m u và ti n x lý m u M u nư c ng m ư c l y t i xã V n Phúc, Thanh Trì, Hà N i. Các m u nư c ng m ư c l y lên trong i u ki n không có oxi và ư c l c nhanh qua màng xenlulo acetat có kích thư c 0,45 µm. i v i các m u phân tích As (III) b ng phương pháp AAS; tách riêng As(III) và As(V), m u nư c ng m s ư c r a qua c t nhôm silicat [8]. Khi ó, As(V) s b gi l i trên c t tách và As(III) i ra kh i c t. Cu i cùng, các m u nư c ch ch a As(III) ư c axit hóa t i pH < 2, b o qu n nhi t 4oC cho n khi phân tích. V i phương pháp i n di mao qu n, m u nư c ng m sau khi l c s ư c thêm 1,10Phenanthrolin t o ph c v i s t tránh hi n tư ng As b h p ph lên b m t c a k t t a s t. Sau ó, m u nư c s ư c r a qua c t ch a nh a trao i cation lo i axit m nh-Wolfatit KPS lo i b thành ph n bicacbonat trong nư c. tránh s oxi hóa As(III) thành As(V) ph i ti n hành s c khí nitơ trong su t quá trình x lí m u. Cu i cùng, các m u này ư c cho vào l kín, ch a y m u và ư c b o qu n nhi t 4oC cho n khi phân tích.<br /> <br /> 2.3.Quy trình phân tích<br /> <br /> Hình 1. Gi n<br /> <br /> phân b các d ng t n t i c a As theo pH – Eh [9].<br /> <br /> Gi n phân b các d ng t n t i c a As theo pH cho th y tùy thu c vào pH và th oxi hóa kh mà asen t n t i các d ng khác nhau như: H3AsO3, H2AsO3-, HAsO32-, AsO33-, phân H3AsO4, H2AsO4-, HAsO42-, và AsO43-. tích As(III) b ng phương pháp i n di mao qu n ta ph i chuy n As(III) trong m u v d ng mang i n H2AsO3- . Anion H2AsO3- t n t i trong môi trư ng có pH=9-12. Như v y, trong quy trình phân tích ph i chú ý hai i m sau: - Dung d ch m ư c l a ch n làm pha ng trong quá trình tách i n di ph i có pH trong kho ng 9 -12. Tuy nhiên v i phương pháp i n di mao qu n vi c th c hi n pH cao ( > 9) s gây nhi u khó khăn do nh hư ng m nh c a dòng EOF [10] do v y qua quá trình kh o sát dung d ch m ư c l a ch n có thành ph n bao g m: 12mM MES - 21mM Arg - 30µM CTAB (pH = 8,9). i v i m u phân tích, làm tăng nh y c a phương pháp thì ph i chuy n các h p ch t As(III) trong m u v d ng mang i n H2AsO3- càng nhi u càng t t. Do ó, gi i pháp<br /> <br /> 54<br /> <br /> N.K.D. Mai và nnk. /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 1 (2014) 51-57<br /> <br /> ư c xu t là tăng giá tr pH c a m u nư c phân tích b ng cách thêm 2mM Arginin và khi ó m u s có pH = 9,6. Vi c bơm m u ư c th c hi n b ng phương pháp i n ng h c v i th bơm 6kV và th i gian bơm m u là 60s. Hi u i n th tách ư c s d ng trong quá trình phân tách là 20kV.<br /> <br /> Dư i các i u ki n t i ưu, i v i ch t chu n, phương pháp có gi i h n phát hi n As(III) là 5µg/L; gi i h n nh lư ng là 17µg/L; kho ng n ng tuy n tính t 20 n 150µg/L; h s tương quan tuy n tính R2=0,997, và l p l i RSD=1- 7% ( n≥3) [10].<br /> <br /> Hình 2. Quy trình phân tích tr c ti p As(III) b ng phương pháp CE-C4D và so sánh b ng AAS.<br /> <br /> 3. K t qu và th o lu n 3.1. nh hư ng c a các anion n n cơ b n Tín hi u c a các anion n n thư ng xu t hi n trong kho ng t 150 n 250s và là pic dương, trong khi, As(III) cho pic âm 350s; do ó, v cơ b n, các anion n n này không nh hư ng n s xu t hi n c a pic As(III) trên i n di . Tuy nhiên, do các anion này có kích thư c bé và i n tích l n nên khi áp d ng phương pháp bơm m u b ng i n ng h c, chúng s c nh tranh vào mao qu n trư c, làm h n ch lư ng anion H2AsO3- bơm vào mao qu n và do ó làm cho tín hi u pic As(III) b gi m chi u cao pic so v i khi không có anion<br /> <br /> trong m u. Như v y, i v i các m u có cùng hàm lư ng As(III) nhưng có lư ng anion khác nhau s cho tín hi u As(III) có chi u cao và di n tích khác nhau. Vì v y, ph i có bi n pháp kh c ph c nh hư ng c a các anion này tránh x y ra sai s trong quá trình o. i v i m i ion Cl-, NO3-, SO42-, PO43-, khi hàm lư ng c a chúng trong m u l n hơn 5mg/L thì di n tích và chi u cao pic As(III) b sai khác 30% so v i khi trong m u không có các anion n n. kh c ph c nh hư ng c a chúng n vi c xác nh n ng c a As(III) trong m u th t thì ph i s d ng phương pháp thêm chu n lo i nh hư ng c a n n m u. Tuy nhiên, i v i nh ng m u không phát hi n ư c As(III)<br /> <br /> N.K.D. Mai và nnk. /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 1 (2014) 51-57<br /> <br /> 55<br /> <br /> nhưng hàm lư ng anion trong m u r t cao ho c m u As(III) có n ng vư t quá kho ng tuy n tính thì ph i pha loãng m u. 3.2. K t qu phân tích các m u nư c ng m a i m l y m u ư c l a ch n là 15 gi ng khoan t i xã V n Phúc, Thanh Trì, Hà N i, ây là nơi i n hình có hi n tư ng As dao ng tương i m nh gi a các a i m trong cùng xã. Hàm lư ng As (III) trong các m u này u ư c phân tích b ng phương pháp CE-C4D theo các i u ki n t i ưu ã kh o sát và so sánh b ng phương pháp AAS v i k t qu c th ư c trình bày trong Hình 3 và B ng 1. Hình 4 là ví d v i n di khi phân tích m t m u th t.<br /> <br /> Các i lư ng th ng kê tương Sy/x=6,989; SEa=6,344; SEb=0,02108.<br /> <br /> ng là<br /> <br /> Riêng v i h s a= -8,914, so sánh a v i giá tr 0 chúng tôi ã dùng chu n th ng kê Fisher [11]. N u xem a≈0 thì phương trình y=a+bx ư c vi t thành y=b’x. Giá tr phương sai c a hai phương trình tương ng là S2y=49,91và S’2y=85,09. Khi P=0,95 và f1=8, f2=9 thì Ftính= S’2y/ S2y=1,71