7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử http://slidepdf.com/reader/full/luan-van-nghien-cuu-cac-dieu-kien-xac-dinh-cac-dang-asen 1/102 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TR ƯỜ NG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN----- ----- Nghiªn cøu c¸c ®iÒu kiÖn x¸c ®Þnh c¸c d¹ng asen b»ng ph− ¬ng ph¸p phæ hÊp thô nguyªn tö LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc CHUY£N NGμNH: HO¸ PH¢N TÝCH M∙ Sè:1.04.03C¸N Bé H¦íNG DÉN KHOA HäC: TS. T¹ THÞ TH¶OHµ Néi, 2008
102
Embed
LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... - 1 -
CHƯƠ NG 1. TỔ NG QUAN ............................................................................. - 3 -1.1. TR Ạ NG THÁI TỰ NHIÊN, NGUỒ N GỐC Ô NHIỄM VÀ CÁC DẠ NG
TỒ N TẠI TRONG DUNG DỊCH CỦA ASEN ................................................ - 3 -
1.1.1. Tr ạng thái tự nhiên và nguồn gốc ô nhiễm As ............................................. - 3 -
1.1.2. Các dạng tồn tại trong dung dịch của As....................................................... - 4 -
1.2. ĐỘC TÍNH CỦA CÁC DẠ NG ASEN ...................................................... - 5 -
1.3. SỰ PHÂN TÁN, DI CHUYỂ N VÀ CHUYỂ N HÓA LẪ N NHAU TRONGMÔI TR ƯỜ NG CỦA CÁC DẠ NG ASEN ...................................................... - 7 -
1.4. HIỆ N TR Ạ NG Ô NHIỄM ASEN Ở VIỆT NAM...................................... - 8 -
1.5. PHƯƠ NG PHÁP XÁC ĐỊ NH ĐỒ NG THỜI CÁC DẠ NG ASEN ......... - 10 -
1.5.1. Các phươ ng pháp xác định có sử dụng k ĩ thuật hidrua hóa (HVG) ....... - 10 -
1.5.2. Phươ ng pháp sử dụng hệ tách HPLC k ết hợ p vớ i một detector .............. - 11 -
1.6.1. Giớ i thiệu phần mềm Matlab ......................................................................... - 12 -1.6.2. Cơ sở phươ ng pháp toán................................................................................. - 13 -
1.6.3. Xác định đồng thờ i các dạng As bằng phươ ng pháp HVG – AAS sử dụng
2.3.1. Qui trình phân tích ........................................................................................... - 25 -
2.3.2. Các thuật toán hồi qui đa biến ....................................................................... - 26 -
CHƯƠ NG 3. K ẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬ N .................................................. - 28 -3.1. NGHIÊN CỨ U CÁC ĐIỀU KIỆ N TỐI Ư U XÁC ĐỊ NH HÀM LƯỢ NG
As(III) BẰ NG PHƯƠ NG PHÁP HVG – AAS .............................................. - 28 -
3.1.1. Khảo sát các thông số của máy đo AAS...................................................... - 28 -
3.1.2. Khảo sát điều kiện khử As(III) thành asin vớ i hệ HVG ........................... - 29 -
3.1.3. Khảo sát khoảng tuyến tính và lậ p đườ ng chuẩn xác định As(III) ......... - 43 -
3.1.4. Khảo sát ảnh hưở ng của các ion lạ tớ i phép xác định As(III) bằng phươ ng
pháp HVG – AAS ....................................................................................................... - 45 -
3.2. NGHIÊN CỨ U Ả NH HƯỞ NG CỦA CÁC CHẤT KHỬ ĐỐI VỚI QUÁ
TRÌNH KHỬ CÁC DẠ NG As THÀNH ASIN .............................................. - 51 -
3.2.1. Khả năng khử các dạng As(V) thành As(III) của KI ............................... - 51 -
3.2.2. Khả năng khử các dạng As(V) thành As(III) của hệ khử KI/Ascobic ... - 52 -
3.2.3. Khả năng khử các dạng As(V) thành As(III) của NaHSO3 ..................... - 54 -
3.2.4. Khả năng khử các dạng As(V) thành As(III) của L-cystein .................... - 55 -
3.3. NGHIÊN CỨ U Ả NH HƯỞ NG CỦA MÔI TR ƯỜ NG PHẢ N Ứ NG ĐỐI
VỚI QUÁ TRÌNH KHỬ CÁC DẠ NG As THÀNH ASIN BẰ NG CHẤT KHỬ
Cùng vớ i sự phát triển nhanh chóng của xã hội hiện đại, vấn đề ô nhiễm
môi tr ườ ng ngày nay đang tr ở thành mối quan tâm chung của nhân loại. Số lượ ng các độc chất phân tán trong môi tr ườ ng ngày một nhiều hơ n do các hoạt
động sản xuất và tiêu thụ đa dạng của con ngườ i ngày một tăng. Một trong số
những nguyên tố gây ô nhiễm mang độc tính cao nhất là Asen (As) đã và đang
đượ c phân tán nhanh trong môi tr ườ ng theo nhiều con đườ ng [1, 9, 45]. As đượ c
xem là độc chất bảng A không chỉ do tính độc hại lớ n mà còn do nó có khả năng
tích lũy cao trong cơ thể sinh vật và xâm nhậ p vào cơ thể qua nhiều đườ ng, mặt
khác, y học hiện nay vẫn chưa có phác đồ điều tr ị hiệu quả cho bệnh nhân nhiễm
độc As. Mặc dù As và một số hợ p chất của nó là tác nhân gây nhiều bệnh ung
thư, đột biến và tổn thươ ng nội tạng nhưng đối vớ i quá trình sinh tr ưở ng thì As
là nguyên tố vi lượ ng cần thiết [1, 27, 40]. Do đó, hàm lượ ng As trong môi
tr ườ ng đượ c qui định r ất nghiêm ngặt. Trong những thậ p k ỉ gần đây, vấn đề ô
nhiễm As đang ngày càng tr ở nên nóng bỏng hơ n do mức độ ô nhiễm trên diện
r ộng ngày một gia tăng nhanh chóng theo tốc độ phát triển của đờ i sống con
ngườ i. Tùy theo nguồn ô nhiễm và điều kiện phát tán, As đi vào môi tr ườ ng theo
nhiều con đườ ng và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, khả năng phân tán và dichuyển trong môi tr ườ ng, hấ p phụ và tươ ng tác lên cơ thể con ngườ i của các
dạng cũng khác nhau [9, 11]. Vì vậy, việc định lượ ng các dạng As để đánh giá
mức độ nhiễm độc và làm tiền đề cho việc khảo sát nguồn ô nhiễm, từ đó lậ p
biện pháp thích hợ p để loại tr ừ và hạn chế ô nhiễm lan r ộng là vấn đề cấ p bách.
Trong nghiên cứu xác định lượ ng vết các dạng As, số lượ ng các công
trình nghiên cứu còn hạn chế và chủ yếu tậ p trung ở các nghiên cứu trên hệ k ết
hợ p sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC) k ết nối vớ i bộ phận phát hiện như AAS,AES, AFS, MS, ...[8, 10, 19, 24, 32]. Các hệ đo này cho phép tách và định lượ ng
đồng thờ i các dạng As một cách hiệu quả trên nhiều đối tượ ng, đặc biệt là đối
tượ ng sinh học. Nhưng, chi phí cho quá trình phân tích khá lớ n do đòi hỏi trang
thiết bị đắt tiền nên không phải phòng thí nghiệm nào cũng có thể trang bị đượ c.
Vấn đề đặt ra trong thực tế thí nghiệm Việt Nam hiện nay là cần nghiên cứu một
phươ ng pháp có thể sử dụng các thiết bị phổ biến hơ n để định dạng As mà không
cần công đoạn tách.
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Trong những năm gần đây, cùng vớ i sự phát triển mạnh mẽ của ngành
toán học thống kê và tin học ứng dụng, Chemometrics - một nhánh của hóa học
phân tích hiện đại - đã phát triển nhanh chóng và đượ c ứng dụng ngày một r ộng
hơ n. Một mảng quan tr ọng trong Chemometrics đang đượ c nghiên cứu và sử dụng hiệu quả là k ĩ thuật hồi qui đa biến – thuật toán xác định đồng thờ i nhiều
cấu tử trong hỗn hợ p mà không cần tách loại. Thuật toán này đã đượ c ứng dụng
r ộng rãi để giải quyết nhiều bài toán định dạng phức tạ p. Đối vớ i vấn đề xác định
các dạng As trong hỗn hợ p, hiện nay chưa có nhiều công trình nghiên cứu theo
hướ ng này tuy ưu điểm của nó là r ất lớ n so vớ i các hướ ng nghiên cứu khác. Vì
vậy, chúng tôi đã lựa chọn nghiên cứu góp phần phát triển các phươ ng pháp xác
định đồng thờ i các dạng As theo hướ ng ứng dụng Chemometrics trong phạm viluận văn là nghiên cứ u các điều kiện xác định các dạng As bằng phươ ng
pháp phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng phươ ng pháp hồi qui đa biến tuyến
tính.
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Việc sử dụng r ộng rãi As trong nhiều ngành công nghiệ p như dượ c, sản
xuất kính, chất nhuộm, chất độc ăn mòn, thuốc tr ừ sâu, thuốc diệt nấm, thuộc da,
hoặc ngành công nghiệ p sử dụng nhiên liệu hóa thạch như công nghiệ p xi măng,
nhiệt điện, công nghệ đốt chất thải r ắn cũng là nguồn gây ô nhiễm không khí,
nướ c bở i As [12, 14, 45]. Các ngành công nghiệ p khai thác và chế biến các loại
quặng, nhất là quặng sunfua, luyện kim tạo ra nguồn ô nhiễm As do việc khai
đào ở các mỏ nguyên sinh đã phơ i lộ các quặng sunfua, làm gia tăng quá trình phong hóa, bào mòn và tạo ra khối lượ ng lớ n đất đá thải có lẫn asenopyrit ở lân
cận khu mỏ. Tại các nhà máy tuyển quặng, asenopyrit đượ c tách ra khỏi các
khoáng vật có ích và phơ i ra không khí. Asenopyrit bị r ửa trôi, dẫn đến hậu quả
là một lượ ng lớ n As đượ c đưa vào môi tr ườ ng xung quanh. Những ngườ i khai
thác tự do khi đãi quặng đã thêm vào axit sunphuric, xăng dầu, chất tẩy.
Asenopyrit sau khi tách khỏi quặng sẽ thành chất thải và đượ c chất đống ngoài
tr ờ i và trôi vào sông suối, gây ô nhiễm tràn lan. Bên cạnh đó, các quá trình tự
nhiên như địa chất, địa hóa, sinh địa hóa, ... đã làm cho As nguyên sinh có mặt
trong một số thành tạo địa chất (các phân vị địa tầng, các biến đổi nhiệt dịch và
quặng hóa sunphua chứa As) tiế p tục phân tán hay tậ p trung gây ô nhiễm môi
tr ườ ng sống [1, 27, 33, 35].
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
trong môi tr ườ ng oxi hóa-khử yếu [11, 35]. Hình 1 minh họa cho sự tồn tại của
các dạng As vô cơ và hàm lượ ng As trong dung dịch dướ i ảnh hưở ng tươ ng hỗ
của pH và thế oxi hoá khử của dung dịch (Eh) ở một số vùng.
Hình 1. Ả nh hưở ng của Eh và pH đế n sự t ồn t ại của các d ạng As vô cơ (S ố liệu tham khảo ở bố n vùng: a, Arizona; b, Korea; c, Bangladesh; d, India)
[35]
1.2. ĐỘC TÍNH CỦA CÁC DẠNG ASEN
Như chúng ta đã biết, As là nguyên tố vi lượ ng, r ất cần thiết cho sự sinh
tr ưở ng và phát triển của con ngườ i và sinh vật. Ở hàm lượ ng nhất định, As có vai
trò quan tr ọng trong trao đổi chất nuclein, tổng hợ p protit và hemoglobin. Tuynhiên, khi xuất hiện ở hàm lượ ng cao hơ n, As và các hợ p chất của nó là tác nhân
gây 19 bệnh ung thu, đột biến và dị thai trong tự nhiên. Đối vớ i thực vật, As cản
tr ở quá trình trao đổi chất, làm giảm mạnh năng suất, đặc biệt trong môi tr ườ ng
thiếu photpho. Sự nhiễm độc As đượ c gọi là arsenicosis. Đó là một tai họa môi
tr ườ ng đối vớ i sức khỏe con ngườ i. Những biểu hiện của bệnh nhân nhiễm độc
As là chứng sạm da (melanosis), dày biểu bì (kerarosis), tổn thươ ng mạch máu,
r ối loạn cảm giác về sự di động, ... Ngườ i bị nhiễm độc As lâu ngày sẽ xuất hiện
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
hiện tượ ng sừng hóa da, gây sạm và mất sắc tố da hay bệnh Bowen, ... từ đó dẫn
đến hoại thư hay ung thư da, viêm r ăng, khớ p, tim mạch, ... [12, 17, 28, 40]. Độc
tính cao của As và các hợ p chất của nó còn do khả năng nhiễm độc qua nhiều
con đườ ng: hô hấ p, tiêu hoá, tiế p xúc qua da, đặc biệt As là tác nhân gây ung thư trên mọi bộ phận của cơ thể [11, 12]. Hiện tại trên thế giớ i chưa có phươ ng pháp
hữu hiệu chữa bệnh nhiễm độc As, các nghiên cứu vẫn chỉ tậ p trung vào điều tr ị
triệu chứng và sử dụng bổ sung thêm các thuốc tăng thải và vitamin để cơ thể tự
đào thải As [1, 14].
Hình 2. M ột số hình ảnh về nạn nhân nhiễ m độc As [45]
Trong số các hợ p chất của As thì As(III) vô cơ độc hơ n cả. As(III) có độc
tính cao hơ n As(V) khoảng 50 lần do As(V) và các hợ p chất As hữu cơ đượ c đào
thải qua thận r ất nhanh và hầu như toàn bộ. As(III) thể hiện tính độc vì nó tấn
công vào các nhóm hoạt động -SH của enzim làm vô hiệu hoá enzim:
As(III) ở nồng độ cao còn làm đông tụ protein, có lẽ do As(III) tấn công
vào các liên k ết có nhóm sunfua. Tuy nhiên, phần lớ n As(III) hấ p thụ vào cơ thể
đều nhanh chóng bị triệt tiêu qua đườ ng tiết niệu đào thải As chưa metyl hóa và
thông qua hoạt động khử độc của gan bằng cách metyl hóa thành MMAA hoặc
DMAA [27, 40].
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
chế enzim, ngăn cản quá trình tạo ATP là chất sản sinh ra năng lượ ng sinh học.
Các dạng As hữu cơ có tính độc thấ p hơ n r ất nhiều, một số hợ p chất
As(V) vô cơ thậm chí không độc [13, 33].
1.3. SỰ PHÂN TÁN, DI CHUYỂN VÀ CHUYỂN HÓA LẪN NHAU
TRONG MÔI TR ƯỜ NG CỦA CÁC DẠNG ASEN
As phân bố r ộng rãi trong môi tr ườ ng dướ i nhiều tr ạng thái khác nhau và
đi vào các môi tr ườ ng sống theo nhiều cách thức và tốc độ khác nhau.
Trong địa quyể n: As tích lũy trong một số thành tạo địa chất như khoáng
vật và quặng phong hóa ở lượ ng lớ n nhưng khá phân tán. As đượ c bổ sung vàođất qua tích lũy từ nướ c, xâm nhậ p từ không khí và rác thải công nghiệ p. Lượ ng
As trong đất di chuyển do các quá trình địa chất, địa hóa và sinh địa hóa khác
nhau. Trong đất, các dạng As vô cơ tham gia quá trình oxi hóa và metyl hóa nhờ
các vi sinh vật [1, 9, 28, 37].
Trong thủ y quyể n: Sự phân tán và di chuyển của As trong môi tr ườ ng
nướ c đặc biệt quan tr ọng vì phần lớ n các quá trình ô nhiễm đều do ô nhiễm
nướ c. As từ đất đượ c giải phóng vào môi tr ườ ng nướ c do quá trình oxi hóa cáckhoáng sunfua hoặc khử các khoáng oxi hidroxit giàu As hay quá trình r ửa trôi
và khuếch tán tự nhiên. Về cơ chế xâm nhiễm các kim loại nặng - trong đó có As
- vào nướ c ngầm cho đến nay đã có nhiều giả thiết khác nhau nhưng vẫn chưa
thống nhất. Thông qua các quá trình thủy địa hóa và sinh địa hóa, các điều kiện
địa chất thủy văn mà As có thể xâm nhậ p vào môi tr ườ ng nướ c. Hàm lượ ng As
trong nướ c ngầm phụ thuộc vào tính chất và tr ạng thái môi tr ườ ng địa hóa. Nướ c
ngầm trong những vùng tr ầm tích núi lửa, khu vực quặng hóa nguồn gốc nhiệtdịch, mỏ dầu khí, mỏ than, ... thườ ng giàu As [17, 35, 41].
Ngoài quá trình di chuyển từ đất vào nướ c, ô nhiễm As trong nướ c còn do
quá trình đào thải công nghiệ p. Lượ ng lớ n As trong công nghiệ p và khai thác mỏ
đượ c đưa nhanh vào nguồn nướ c do thải tr ực tiế p hoặc quá trình r ửa trôi gây ô
nhiễm nghiêm tr ọng môi tr ườ ng nướ c trên diện r ộng do khả năng hòa tan cao
của các hợ p chất As [1, 12, 14].
Trong khí quyể n: Lượ ng As đi vào không khí chủ yếu do hai nguồn là khí
thải công nghiệ p hay khí núi lửa và do vi sinh vật chuyển vào [11].
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Trong sinh vật quyể n: As đi vào cơ thể thực vật qua nướ c hoặc đất là chủ
yếu, sau đó chuyển vào cơ thể động vật và bị hấ p thụ, chuyển hóa và tích lũy
một phần. As xâm nhậ p vào cơ thể sinh vật, đặc biệt là cơ thể ngườ i theo nhiều
con đườ ng, trong đó phổ biến là qua đườ ng tiế p xúc và qua tiêu hóa. Phần lớ nlượ ng As đi vào cơ thể động vật bị chuyển hóa nhanh chóng và đào thải ra môi
tr ườ ng, tiế p tục chu trình vận chuyển của nó trong tự nhiên [6, 19, 32, 33].
Hình 3 là sơ đồ các quá trình chuyển hóa đơ n giản của As trong tự nhiên.
Hình 3. Quá trình chuyể n hóa của các d ạng As trong môi tr ườ ng [30]
1.4. HIỆN TR ẠNG Ô NHIỄM ASEN Ở VIỆT NAM
Những năm gần đây, khi trên thế giớ i đã phát hiện nhiều vùng nhiễm As
có ảnh hưở ng nghiêm tr ọng tớ i đờ i sống và sức khoẻ ngườ i dân thì vấn đề ô
nhiễm As ở Việt Nam cũng tr ở thành vấn đề thờ i sự. Viêc liên tiế p phát hiện
nhiều vùng ô nhiễm As ở mức độ nặng đã khiến Việt Nam có tên trong bản đồ ô
nhiễm As của thế giớ i [39, 41]
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Hình 4. Bản đồ phân bố As trong nướ c ng ầm ở các t ỉ nh Thái Bình, Nam Định, Ninh Bình năm 2001 [41]
Vấn đề As bắt nguồn chủ yếu do địa chất. Nướ c ngầm tại các tr ầm tích
cách đây 25000 đến 80000 năm đang ảnh hưở ng mạnh tớ i 50% lãnh thổ
Bangladesh [28]. Nướ c ta cũng có cấu tạo địa tầng như Bangladesh, đặc biệt là ở
lưu vực đồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long, do đó nguy cơ nướ c ngầm bị ô
nhiễm As tươ ng đối cao [41]. Những nghiên cứu sơ bộ của UNICEF phối hợ p
vớ i Tr ườ ng Đại học Khoa học Tự nhiên, Cục Địa chất Khoáng sản và Viện Hoá
học trong thờ i gian gần đây cho thấy nhiều mẫu nướ c ngầm tại một số tỉnh đồng
bằng sông Hồng và sông Cửu Long có hàm lượ ng As vượ t quá nhiều lần chỉ tiêu
cho phép của WHO. Theo ướ c tính của UNICEF, tại nướ c ta hiện nay, số ngườ icó nguy cơ mắc bệnh do tiế p xúc vớ i As đã lên đến 10 triệu. Tại điểm nóng Hà
Nam, k ết quả xét nghiệm As trong tóc và nướ c tiểu của 100 ngườ i dân cho thấy
hàm lượ ng As đã cao hơ n cả chục lần so vớ i ngườ i bình thườ ng. Cũng tại đây,
94,4% giếng khoan đượ c nghiên cứu có hàm lượ ng As cao hơ n tiêu chuẩn vệ
sinh nướ c ăn uống. Ngay tại Hà Nội, nướ c ngầm bị nhiễm As đã đượ c phát hiện
từ năm 1996, đặc biệt tại một số khu vực như Quỳnh Lôi - quận Hai Bà Tr ưng.
Bản đồ phân bố hàm lượ ng As (hình 4) tại một số tỉnh phía bắc trên đây cũng
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
cho thấy nhiều vùng có hàm lượ ng As trong nướ c ngầm cao hơ n mức cho phép
nhiều lần [1].
1.5. PHƯƠ NG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜ I CÁC DẠNG ASEN
1.5.1. Các phươ ng pháp xác định có sử dụng k ĩ thuật hidrua hóa (HVG)
Phươ ng pháp này dựa trên nguyên tắc khử các hợ p chất As về dạng asin
và metylasin sau đó định lượ ng sản phẩm sinh ra để tính ngượ c lại hàm lượ ng
các hợ p chất ban đầu nếu mỗi dẫn xuất của asin đượ c sinh ra từ một hợ p chất
ban đầu.
Phươ ng pháp cổ điển nhất xác định As theo hướ ng này là phươ ng pháp
Guizeit - sử dụng Zn và axit HCl để khử As và đo asin bằng phép đo quang vớ i bạc dietyldithiocacbamat [34]. Nhiều công trình sau đó sử dụng NaBH4 làm chất
khử thay cho hệ Zn/HCl k ết hợ p vớ i một bộ phận phát hiện khác để định lượ ng
Các nhà khoa học nghiên cứu định lượ ng các dạng As theo hướ ng này đã
đưa ra một số vấn đề cần lưu ý cho quá trình xác định [32]. Thứ nhất, hiệu suất
khử các dạng As thành asin và dẫn xuất asin phụ thuộc nhiều vào môi tr ườ ng
phản ứng và nồng độ NaBH4. Mỗi dạng As có một môi tr ườ ng khử tối ưu riêng,đây cũng là cơ sở chính của phươ ng pháp xác định đồng thờ i các dạng As trong
mẫu. Thứ hai, trong quá trình khử sẽ xuất hiện sự sắ p xế p lại phân tử các dạng
asin, đặc biệt là khi có mặt oxi trong dung dịch. Thứ ba, có r ất nhiều ion lạ ảnh
hưở ng tớ i phép đo như các ion kim loại nặng, nitrat, ... chủ yếu theo hướ ng làm
giảm tín hiệu tức là giảm độ nhạy của phươ ng pháp và cách thức các ion này ảnh
hưở ng lên phép đo không như nhau.
Các nghiên cứu gần đây phát triển theo hướ ng này đã có những thành tựuđáng k ể trong việc góp phần định lượ ng các dạng As vô cơ . Emil A.Cordosa và
các cộng sự đã xác định hàm lượ ng As(III) và As(V) trong mẫu trên hệ HVG –
AAS bằng cách điều chỉnh pH của môi tr ườ ng phản ứng [15]. Nghiên cứu này
chỉ ra r ằng, vớ i các điều kiện khử nhất định (về tốc độ dòng, nồng độ chất khử,
...) thì As(V) sẽ hoàn toàn không bị khử tại pH = 2, do đó có thể xác định riêng
hàm lượ ng As(III), sau đó sử dụng L – cystein khử hoàn toàn As(V) về As(III)
để xác định tổng hàm lượ ng và suy ra lượ ng As(V). Trong một công trình khác,
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
quá trình tách và xác định các dạng As trong một số loài thực vật trên hệ HPLC
– HVG – AFS vớ i pha động là dung dịch NaH2PO4 và dung môi chiết là hệ nướ c
– metanol (1:2) và thu đượ c k ết quả là trên 73% lượ ng As đượ c chiết sau 3 phân
đoạn. K ết quả phân tích các mẫu lá đào theo phươ ng pháp này cho thấy As(V)chiếm lượ ng lớ n và không phát hiện đượ c As(III) trong các mẫu này. Sử dụng hệ
HPLC – HVG – AFS, tác giả [26] còn xác định k ết hợ p đượ c các dạng As và
selen trong đối tượ ng nướ c tự nhiên vớ i độ nhạy cao.
Ngoài các công trình trên, số lượ ng các nghiên cứu áp dụng các hệ k ết
hợ p khác nhau đã công bố r ất đa dạng. Nhiều nhóm tác giả đã nghiên cứu so
sánh khả năng phát hiện và định lượ ng của các detector khi k ết hợ p vớ i hệ tách
HPLC [8, 19, 20, 43] và nhận thấy mỗi loại có ưu thế xác định các nhóm hợ pchất As khác nhau, tuỳ theo đối tượ ng cụ thể để lựa chọn detecter phù hợ p.
1.6. XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜ I CÁC DẠNG ASEN SỬ DỤNG
CHEMOMETRICS
1.6.1. Giớ i thiệu phần mềm Matlab
Matlab (Matrix laboratory), theo tên gọi của nó, là một công cụ phần
mềm của Math Work, ban đầu đượ c phát triển nhằm phục vụ chủ yếu cho việcmô tả các nghiên cứu k ĩ thuật bằng toán học vớ i phần tử cơ bản là ma tr ận. Trên
cơ sở ban đầu đó, các nhà lậ p trình đã phát triển phần mềm này để sử dụng cho
nhiều ngành khoa học như cơ học, vật lí, sinh học, hoá học, mô phỏng, … đối
vớ i cả dữ liệu r ờ i r ạc hay liên tục [2, 4, 5, 16].
Mức phát triển của Matlab chứng tỏ nó là phần mềm có giao diện cực
mạnh và nhiều lợ i thế trong k ĩ thuật lậ p trình để giải quyết những vấn đề đa dạng
trong nghiên cứu khoa học k ĩ thuật. Trong Matlab, các câu lệnh viết sát vớ i cácmô tả k ĩ thuật nên lậ p trình trên ngôn ngữ này thực hiện nhanh, đơ n giản hơ n so
vớ i nhiều ngôn ngữ thông dụng khác như Pascal, Fortran,… Những hàm có sẵn
trong Matlab có cấu trúc thiết lậ p gần giống ngôn ngữ C, do đó ngườ i dùng
không mất nhiều thờ i gian học hỏi khi đã nắm đượ c nhũng vấn đề cơ bản của
một số ngôn ngữ lậ p trình thông dụng. Bên cạnh đó, Matlab không chỉ cho phép
đặt vấn đề tính toán mà còn có thể xử lí dữ liệu, biểu diễn đồ hoạ một cách mềm
dẻo, đơ n giản, chính xác trong không gian 2D và 3D bằng cả những hàm sẵn có
và các hàm ứng dụng do ngườ i sử dụng tạo lậ p. Đặc biệt hơ n nữa, giao diện của
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Matlab cho phép đọc, xử lý và đưa tín hiệu đầu ra ngay trên các file Excel - r ất
tiện lợ i cho quá trình xử lý tậ p số liệu phức tạ p. Cuối cùng, vớ i ưu điểm cài đặt
đơ n giản, có thể liên k ết vớ i các thư viện hỗ tr ợ như Simulink, Fuzzy, Toolbox,
DSP (digital signal processing) hay tích hợ p vớ i các ngôn ngữ quen thuộc như C,C++, Fortran,…, Matlab đã thực sự tr ở thành công cụ phổ biến đắc lực trong các
môi tr ườ ng khác nhau [2, 5].
Vớ i ưu thế là bộ chươ ng trình phần mềm lớ n trong l ĩ nh vực toán số và mô
phỏng, chúng tôi đã lựa chọn phần mềm Matlab để nghiên cứu triển khai những
lậ p trình hồi qui đa biến nhằm giải quyết bài toán xác định đồng thờ i các dạng
asen.
1.6.2. Cơ sở phươ ng pháp toán
Chemometrics đượ c định ngh ĩ a là việc ứng dụng các phươ ng pháp toán
học, thống kê, đồ hoạ,… để qui hoạch thực nghiệm, tối ưu hoá các thông tin hoá
học trích ra từ tậ p số liệu phân tích và đưa ra tối đa những thông tin hữu ích từ
tậ p số liệu ban đầu [7, 23].
Ra đờ i từ những năm đầu của thậ p k ỉ 70, cho tớ i nay Chemometrics đã
xác lậ p đượ c một vị trí quan tr ọng cho mình trong ngành hoá học, đặc biệt làtrong hoá học phân tích hiện đại. Một mảng lớ n trong Chemometrics phát triển
nhanh gắn liền vớ i toán học và tin học là hồi qui đa biến – k ỹ thuật đa biến đượ c
dùng r ộng rãi trong phòng thí nghiệm hoá học giúp giải quyết các bài toán xác
định đồng thờ i nhiều cấu tử cùng có mặt trong hỗn hợ p mà không cần tách loại
tr ướ c. Về nguyên tắc, chỉ cần xây dựng dãy dung dịch chuẩn có mặt tất cả các
cấu tử cần xác định vớ i nồng độ biết tr ướ c trong hỗn hợ p (các biến độc lậ p x), đo
tín hiệu phân tích của các dung dịch này dướ i dạng một hay nhiều biến phụ
thuộc y và thiết lậ p mô hình toán học mô tả quan hệ giữa hàm y (tín hiệu đo) và
các biến độc lậ p x (nồng độ các chất trong hỗn hợ p). Dựa trên mô hình này có
thể tìm đượ c nồng độ của các cấu tử trong cùng dung dịch định phân khi có tín
hiệu phân tích của dung dịch đó [7].
Nếu các cấu tử có mặt trong hỗn hợ p cho tín hiệu đo có tính chất cộng
tính thì có thể sử dụng phươ ng pháp hồi qui đa biến tuyến tính thông thườ ng
(multiple linear regression- MLR) như phươ ng pháp bình phươ ng tối thiểu thông
thườ ng hoặc hiệu quả hơ n như bình phươ ng tối thiểu từng phần, phươ ng pháp
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Để xây dựng đườ ng chuẩn sử dụng k ĩ thuật ILS ta cần xác định ma tr ận hệ
số hồi qui P từ mẫu chuẩn có ma tr ận nồng độ C và ma tr ận tín hiệu đo A. P là
ma tr ận chứa hệ số hồi qui của phươ ng trình, trong đó mỗi hàng chứa hệ số hồi
qui của một cấu tử, vì vậy số hàng của P là số cấu tử, số cột là số thờ i điểm đo.
Do trong tậ p số liệu C và A đều có chứa sai số ngẫu nhiên nên để P mô tả
chính xác quan hệ giữa C và A ta cần xác định P bằng phươ ng pháp bình phươ ng
tối thiểu (tổng bình phươ ng của sai số giữa giá tr ị tính theo mô hình và giá tr ị
thực nghiệm là nhỏ nhất).
2. Xác định công thức tính P:C = A . P
AT . C= AT . A . P
[AT . A]-1 . AT . C = [AT . A]-1 . [AT . A] . P
[AT . A]-1 . AT . C = P
Để ma tr ận nghịch đảo của [AT . A] - nghịch đảo giả của A - tồn tại, A cần
có số hàng tối thiểu bằng số cột. Mỗi hàng trong A là tín hiệu của một mẫu, mỗicột là tín hiệu của các mẫu ở một thờ i điểm nhất định. Vì vậy, trong phươ ng
pháp ILS số mẫu không đượ c ít hơ n số thờ i điểm đo. Do yêu cầu về số mẫu tối
thiểu như trên nên để tiến hành sử dụng phươ ng pháp này, ta cần lựa chọn số
thờ i điểm đo tối thiểu đặc tr ưng nhất trên toàn dải phổ, vì vậy, phươ ng pháp ILS
còn đượ c gọi là phươ ng pháp phổ riêng phần. Các điểm đo đặc tr ưng này thườ ng
là những điểm thỏa mãn các yêu cầu sau:
∗ Giá tr ị tín hiệu đo tại các thờ i điểm này lớ n so vớ i các điểmđo khác để tăng độ nhạy.
∗ Tín hiệu của các cấu tử khác nhau tại mỗi điểm đo đượ c lựa
chọn phải biến đổi khác nhau tức là có sự khác biệt lớ n về tín hiệu đo
tại mỗi điểm của các cấu tử.
∗ Tại các điểm này, tín hiệu của các ion cản tr ở phép đo là nhỏ
nhất.
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Vớ i mẫu chưa biết nồng độ, từ ma tr ận tín hiệu đo Aunk của mẫu sẽ xác
định đượ c nồng độ các chất dựa vào ma tr ận P đã tính:
Cunk = Aunk . P
Ư u đ iể m của phươ ng pháp ILS:
- Thích hợ p vớ i tậ p số liệu nhỏ, ít thông tin.
- Loại tr ừ đượ c sai số nhiễu phổ và giảm thiểu đượ c ảnh hưở ng của các
cấu tử lạ do đã lựa chọn các thờ i điểm đo đặc tr ưng.
- Khi tín hiệu đo là các giá tr ị nhỏ hơ n giá tr ị qui ướ c của nồng độ thì giátr ị các hệ số trong ma tr ận P sẽ lớ n hơ n hệ số hồi qui của phươ ng pháp CLS, điều
này sẽ làm giảm sai số trong quá trình tính toán.
Nhượ c đ iể m của phươ ng pháp ILS:
- Cần lựa chọn tối thiểu các thờ i điểm đo đặc tr ưng cho các cấu tử. Lựa
chọn sai lệch sẽ dẫn đến sai số lớ n trong quá trình tính toán.
- Phải đảm bảo có tính cộng tính cao của các cấu tử ở các thờ i điểm đo
đượ c lựa chọn.
1.6.2.2. Phươ ng pháp hồi qui cấ u t ử chính (Principal component
regression - PCR)
Hồi qui đa biến, trong tr ườ ng hợ p các biến có tươ ng quan, là vấn đề gây
nhiều khó khăn khi giải các bài toán phức tạ p trong một số ngành như: vật lý,
hóa học, các ngành khoa học tự động và thiết k ế công trình,...
Để giải quyết bày toán này, các nhà khoa học thườ ng sử dụng phươ ng pháp hồi qui cấu tử chính (PCR). PCR là phươ ng pháp bình phươ ng tối thiểu
nghịch đảo trên tậ p dữ liệu mớ i thu đượ c trong phép chiếu tậ p dữ liệu lên các
vectơ đơ n vị của không gian mớ i (PC – principal components) [7, 29, 31, 38]
PCR bao gồm các bướ c tiến hành như sau:
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Cũng cần lưu ý r ằng, do phươ ng pháp này phát triển trên cơ sở của
phươ ng pháp ILS nên để sử dụng đượ c các phươ ng pháp này trong phân tích tr ắc
quang chúng ta cần số mẫu chuẩn tối thiểu phải bằng số thờ i điểm sử dụng trong
đườ ng chuẩn mã hóa, tức là số mẫu chuẩn không nhỏ hơ n số PC lựa chọn. Lấymột ví dụ cụ thể, khi đo phổ của 15 dung dịch chuẩn tại 100 bướ c sóng, để sử
dụng phươ ng pháp ILS, chúng ta cần phải giảm kích thướ c phổ xuống số bướ c
sóng không quá 15. Cách đơ n giản nhất là chọn ít hơ n 15 bướ c sóng để đo độ
hấ p thụ nhưng sai số sẽ lớ n nếu không chọn đượ c các bướ c sóng đặc tr ưng cho
phổ các chất. Vớ i mô hình PCR ta có thể sử dụng toàn phổ để tính các PC, sau
đó chọn số PC nhỏ hơ n 15 để tính toán tiế p. Thông thườ ng, vớ i một tậ p số liệu
có mức độ tậ p trung tốt thì chỉ có một số ít các PC đầu tiên là có ngh ĩ a (có tổng
phươ ng sai tích lũy đủ lớ n để coi r ằng chúng đã chứa toàn bộ thông tin hữu ích
đặc tr ưng của tậ p số liệu). Như vậy, sử dụng mô hình PCR có thể giảm đượ c
kích thướ c tậ p số liệu mà không làm mất thông tin đồng thờ i có thể loại đượ c tín
hiệu nhiễu của dữ liệu gốc.
Các bướ c chính của PCR bao gồm:
1. Xử lý ban đầu (không bắt buộc)
Nội dung chính của bướ c này là chuẩn hóa tậ p số liệu.
Dữ li u
Các xử l ban đầu khôn bắt bu c
Các xử l cần thiết
Tính toán các vectơ riên
L a ch n các vectơ có n h ĩ a
Ph c hồi t số li u có n h ĩ a
Xâ d n đườ n chuẩn
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Các hàm toán học trên đều đưa ra một ma tr ận cột chứa các vectơ riêng -
Vc - là ma tr ận trong đó mỗi cột là một vectơ hay nhân tố mớ i - PC - của ma tr ận
dữ liệu và số hàng ma tr ận là số thờ i điểm đo. Mỗi nhân tố hay vectơ này lại là tổ
hợ p bậc nhất của các điểm phổ ban đầu, phần đóng góp của các điểm này vàomỗi vectơ là khác nhau tùy thuộc vào giá tr ị hàm phụ thuộc tại điểm đó. Những
điểm có giá tr ị đóng góp lớ n vào các PC chứa phươ ng sai lớ n sẽ là những điểm
đo có ảnh hưở ng quyết định tớ i k ết quả tính ma tr ận hệ số hồi qui và k ết quả hồi
qui sau đó. Ma tr ận k ết quả thứ hai cũng r ất quan tr ọng là ma tr ận phươ ng sai
của các PC: đó là dạng ma tr ận chéo đối vớ i hàm SVD, là một vectơ cột đối vớ i
hàm NIPALS và hàm Princomp.
4. Lựa chọn các vectơ có ngh ĩ a
Đây là bướ c có ảnh hưở ng đặc biệt quan tr ọng đến bướ c xử lý tiế p theo.
Nếu giữ lại nhiều vectơ hơ n số cần dùng thì những vectơ đó sẽ chứa cả tín hiệu
nhiễu và như vậy, k ết quả hồi qui sẽ mắc phải sai số. Nếu giữ lại không đủ số
vecto cần thiết sẽ làm mất đi thông tin có ích từ tậ p dữ liệu, điều này cũng sẽ gây
nên sai lệch giữa mô hình hồi qui thu đượ c và mô hình thực. Vì vậy, việc đánh
giá và lựa chọn các vectơ có ngh ĩ a là r ất quan tr ọng. Dướ i đây là một số phươ ng
pháp phổ biến để xác định số PC có ngh ĩ a [25, 29, 44]:
∗ Dùng các hàm chỉ thị: Có r ất nhiều hàm chỉ thị khác nhau như CPV
(tính phần tr ăm phươ ng sai tích lũy), hàm IEF, ...
∗ Tính toán PRESS (tổng bình phươ ng sai số dự đoán) để đánh giá
thông tin từ dữ liệu.
∗ Phươ ng pháp đánh giá chéo
∗ Phươ ng pháp đánh giá Xu – Kailath
∗ Đánh giá theo tiêu chuẩn Akaike
∗ Tính phươ ng sai của sai số tái lậ p VRE
Các phươ ng pháp này đều có những ưu điểm riêng khi sử dụng và k ết quả
đánh giá tươ ng đối thống nhất vớ i nhau. Phươ ng pháp đượ c sử dụng r ộng rãi để
lựa chọn các PC có ngh ĩ a khi các PC này đượ c tính bằng hàm SVD hay
Princomp là phươ ng pháp tính và đánh giá qua phần tr ăm phươ ng sai tích lũy
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
K ết quả trên cho thấy chọn cườ ng độ dòng làm việc của đèn là 7mA sẽ
cho k ết quả đo có độ nhạy và độ lặ p lại tốt. K ết quả khảo sát cũng phù hợ p vớ i
hướ ng dẫn sử dụng của đèn này. Vì vậy, chọn cườ ng độ dòng làm việc của đèn
HCL là 7mA cho các thí nghiệm sau.
* Chiề u cao đ èn nguyên t ử hóa mẫ u:
Đây là một thông số quan tr ọng trong phép đo AAS. Chiều cao đèn
nguyên tử hóa mẫu phải phù hợ p sao cho toàn bộ chùm tia sáng phát ra từ đèn
HCL đều đượ c chiếu gọn vào cửa sổ của cuvet đo. Nếu không chọn đúng chiều
cao đèn phù hợ p, giá tr ị đo sẽ có độ nhạy và độ ổn định kém.
Để khảo sát ảnh hưở ng của chiều cao đèn nguyên tử hóa đến độ hấ p thụ quang của dung dịch As(III), đặt chế độ quét tự động cho máy vớ i khoảng khảo
sát chiều cao đèn là 12 – 20mm, dung dịch đo có hàm lượ ng As(III) là 4ppb. K ết
quả khảo sát cho thấy giá tr ị tối ưu của chiều cao đèn nguyên tử hóa mẫu là
16mm và giá tr ị này đượ c sử dụng cho các thí nghiệm tiế p theo.
* Thành phần hỗ n hợ p khí cháy C 2 H 2 /không khí:
Vớ i phép đo AAS, đây là một đại lượ ng r ất quan tr ọng. Thành phần của
hỗn hợ p khí cháy sẽ quyết định nhiệt độ ngọn lửa nguyên tử hóa và do đó quyếtđịnh quá trình nguyên tử hóa mẫu. Vì vậy, để chọn đượ c thành phần hỗn hợ p khí
cháy (tỉ lệ thể tích của C2H2 và không khí trong hỗn hợ p khí cháy) phù hợ p,
chúng tôi đã khảo sát vớ i dung dịch đo chứa 4ppb As(III), tốc độ dòng không khí
cố định là 8L/phút, tốc độ dòng khí C2H2 thay đổi trong khoảng 1 – 2,4(L/phút),
đặt chế độ tự động khảo sát cho máy. K ết quả thực nghiệm cho thấy khi tốc độ
dòng khí C2H2 là 1,8L/phút sẽ thu đượ c giá tr ị độ hấ p thụ quang tốt nhất, tín hiệu
đo ổn định nhất.3.1.2. Khảo sát điều kiện khử As(III) thành asin vớ i hệ HVG
Quá trình khử As(III) thành asin bằng chất khử NaBH4 trong môi tr ườ ng
axit chịu ảnh hưở ng của r ất nhiều yếu tố, trong đó các yếu tố cơ bản là:
• Nồng độ axit, loại axit và tốc độ bơ m dòng dung dịch axit
• Nồng độ và tốc độ của dòng dung dịch chất khử NaBH4
• Tốc độ dòng mẫu
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
trong các môi tr ườ ng phản ứng có nồng độ CH3COOH từ 5M lên tớ i 10M nhưng
hiệu suất khử vẫn dướ i 60%. Như vậy chỉ có thể dùng dung dịch axit HCl 6M
hoặc H2SO4 3M làm môi tr ườ ng phản ứng cho quá trình khử As(III) thành asin
bằng chất khử NaBH4. Tuy nhiên, thực tế các mẫu nướ c phân tích thườ ng đượ caxit hóa bằng HCl thay vì dùng H2SO4 nên chúng tôi lựa chọn axit HCl 6M làm
môi tr ườ ng khử trong phép đo As.
Bảng 4. Ả nh hưở ng của bản chấ t axit đế n độ hấ p thụ quang
của dung d ịch As(III)
Dung dịch HCl 6MH2SO4 3M
([H+] = 6M)HNO3 6M
H3PO4 6M
([H+] ≅ 6M)
Abs 0,1281 0,1257 0,0713 0,1071
RSD(%) 1,14 2,37 4,05 1,22
%Abs 100 98 56 84
3.1.2.2. Ả nh hưở ng của nồng độ , t ố c độ bơ m NaBH 4 và t ố c độ bơ m mẫ u
đế n khả năng khử As(III) thành asin
3.1.2.1.1. Ả nh hưở ng của nồng độ NaBH 4 t ớ i khả năng khử As(III) thành
asin
Trong môi tr ườ ng thích hợ p, NaBH4 đóng vai trò là chất khử đưa các
dạng As từ những tr ạng thái oxi hóa cao về dạng asin hay các dẫn xuất metylasin
tươ ng ứng [32]. Vì vậy, nồng độ NaBH4 trong dòng chất khử là một yếu tố ảnh
hưở ng không nhỏ tớ i k ết quả đo độ hấ p thụ quang của dung dịch.
Để tìm nồng độ thích hợ p cho quá trình khử As(III) thành asin bằng chất
khử NaBH4, chúng tôi khảo sát ảnh hưở ng của nồng độ chất này trong khoảng
giá tr ị 0,1 – 4% lên k ết quả đo tín hiệu dung dịch As(III) 4ppb, các điều kiện đo
giữ nguyên như đã chọn ở trên, tốc độ dòng NaBH4 và dòng mẫu lần lượ t là
2ml/phút và 5ml/phút. K ết quả đo đượ c trình bày trong bảng 5 và biểu diễn trên
đồ thị hình 6.
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Các ion kim loại khảo sát ở trên đều làm giảm tín hiệu phân tích khi có mặt
trong dung dịch. Vớ i phép xác định các nguyên tố ở mức nồng độ ppb, nếu sai số
cho phép là 10-15% thì ngưỡ ng ảnh hưở ng của hầu hết các ion kim loại (tr ừ Hg)
tớ i k ết quả đo As(III) đều khá lớ n (giá tr ị in đậm trong bảng 16 ) so vớ i hàmlượ ng thườ ng gặ p trong các mẫu nướ c. Mn2+ không gây ảnh hưở ng ở hàm lượ ng
100ppm nên đượ c coi là không ảnh hưở ng tớ i k ết quả đo. Tuy nhiên đối vớ i một
số đối tượ ng thực tế vẫn có thể gặ p tr ườ ng hợ p có các ion này ở hàm lượ ng lớ n.
Vì vậy chúng tôi tiế p tục nghiên cứu khả năng loại tr ừ ảnh hưở ng của các ion
này bằng dung dịch L-cystein pha trong HCl 0,1M. K ết quả khảo sát khả năng
loại tr ừ ảnh hưở ng của các cation này bằng L-cystein ở các nồng độ khác nhau
đượ c trình bày trong bảng 17. Bảng 17. Khảo sát khả năng sử d ụng L-cystein làm chấ t loại ảnh hưở ng
Bảng 19. Khả năng loại tr ừ ảnh hưở ng của Sb(III) bằ ng tactrat
(A As(III) = 0,1277)
CSb(III), ppb Ctactrat, M0,01 0,05 0,1 0,5
10 0,1125 0,1131 0,1135 0,1134
50 0,1112 0,1138 0,1141 0,1136
100 0,1145 0,1128 0,1130 0,1149
H% trung bình 88%
Khi tiế p tục tăng nồng độ tactrat lên 2M, chúng tôi nhận thấy vẫn khôngcó sự thay đổi có ngh ĩ a trong hiệu suất thu đượ c As. Như vậy, tuy không thể loại
tr ừ hoàn toàn ảnh hưở ng của Sb(III) nhưng vớ i việc sử dụng tactrat 0,5 M tạo
phức vớ i Sb(III) ta có thể hạn chế đượ c ảnh hưở ng này xuống mức sai số cho
phép của phép đo.
Tóm t ắ t k ế t quả: Sau khi nghiên cứu ảnh hưở ng của một số ion trong dung
dịch tớ i k ết quả phép đo As(III) trên hệ HVG-AAS, ngưỡ ng ảnh hưở ng và chiều
hướ ng ảnh hưở ng của các ion lạ đượ c tóm tắt ở bảng 20. Bảng 20. Ả nh hưở ng của các ion l ạ t ớ i phép đ o As(III)
STT Ion Ngưỡ ng ảnh
hưở ng
Chiềuhướ ngảnh
hưở ng
STT Ion Ngưỡ ng ảnh
hưở ng
Chiềuhướ ng ảnh
hưở ng
1 Mn2+ Không ảnh hưở ng 12 SO42- Không ảnh hưở ng
2 Cu2+ 10ppm Âm 13 NO3- 50ppm Âm
3 Pb2+ 10ppm Âm 14 NO2- 20ppm Âm
4 Cr 3+ 50ppm Âm 15 PO43- Không ảnh hưở ng
5 Ni2+ 100ppm Âm 16 Sb(III) 5ppb Âm
6 Fe2+ 50ppm Âm 17 Se(IV) 50ppb Âm
7 Fe3+ 50ppm Âm 18 Bi(III) 50ppb Dươ ng
8 Hg2+ 100ppb Âm 19 axetat Không ảnh hưở ng
9 S2- 5ppm Dươ ng 20 Citrat Không ảnh hưở ng
10 SO32-
50ppm Dươ ng 21 tactrat Không ảnh hưở ng
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Các k ết quả khảo sát khả năng khử các dạng As(V) thành As(III) bằng
chất khử L-cystein cũng cho k ết luận tươ ng tự như đối vớ i chất khử NaHSO3 đã
khảo sát ở trên: Dung dịch L-cystein nồng độ 0,5 – 5% sẽ cho hiệu suất khử
dạng As(V) vô cơ thành As(III) đạt xấ p xỉ 100% nhưng sử dụng chất khử nàycũng không cho phép xác định đượ c tổng hàm lượ ng As trong mẫu do các quá
trình đo dạng As(V) hữu cơ chỉ cho hiệu suất thấ p.
Nhận xét chung : Sử dụng các chất khử là L-cystein 1%, NaHSO3 0,5%
hay hệ KI 1%/ascobic 5% đều cho k ết quả tốt khi khử dạng As(V) vô cơ về
As(III). Vớ i cả 3 hệ khử này, chúng tôi nhận thấy chỉ có thể xác định tổng hàm
lượ ng As vô cơ một cách chính xác khi không có mặt các dạng hữu cơ trong
mẫu, ngh ĩ a là muốn xác định chính xác tổng hàm lượ ng As phải tiến hành vô cơ hóa mẫu hoặc tách loại các dạng hữu cơ và xác định tổng hàm lượ ng As vô cơ .
K ết quả khảo sát trên cho thấy không thể tiến hành phân tích chính xác
hàm lượ ng As vô cơ khi có mặt các dạng hữu cơ nếu không qua giai đoạn tách
loại nhưng đồng thờ i cũng mở ra khả năng xác định đồng thờ i chúng theo
phươ ng pháp HVG- AAS dựa trên hiệu suất khử các dạng này nếu sử dụng các
thuật toán hồi qui đa biến tuyến tính.
3.3. NGHIÊN CỨ U ẢNH HƯỞ NG CỦA MÔI TR ƯỜ NG PHẢN Ứ NG ĐỐI
VỚ I QUÁ TRÌNH KHỬ CÁC DẠNG As THÀNH ASIN BẰNG CHẤT
KHỬ NaBH4
Như đã đề cậ p ở trên, nếu hiệu suất khử các dạng As trong các môi tr ườ ng
phản ứng khác nhau là khác nhau thì các dữ kiện này có thể sử dụng để nghiên
cứu khả năng xác định đồng thờ i các dạng As trong cùng một mẫu bằng cách sử
dụng thuật toán bình phươ ng tối thiểu nghịch đảo. Dựa trên một số yếu tố như
độ ổn định của tín hiệu đo ở các môi tr ườ ng, khả năng loại tr ừ ảnh hưở ng của
nguyên tố Sb bằng hệ đệm tactrat và đặc biệt là sự khác nhau rõ r ệt của tín hiệu
đo ở các môi tr ườ ng khác nhau của các dạng As khi khảo sát sơ bộ để lựa chọn
điểm đo thích hợ p, chúng tôi đã chọn 5 môi tr ườ ng là HCl 6M, HCl 1M, đệm
axit tactric – tactrat có pH = 2, 3, 4 làm các điểm thực nghiệm để xác định hiệụ
suất khử các dạng As này. Các k ết quả điều kiện khác về thông số máy, nồng độ
NaBH4, tốc độ dòng đượ c giữ nguyên ở điều kiện tối ưu đã khảo sát. K ết quả
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Bảng 27. Hiệu suấ t khử các d ạng asen trong các môi tr ườ ng phản ứ ng (%)
Hợ p chất HCl 6M HCl 1M Đệm pH = 2 Đệm pH = 3 Đệm pH = 4
As(III)101 2%
RSD = 2%
86 1%
RSD = 2%
73 1%
RSD = 2%
54 1%
RSD = 2%
33 1%
RSD = 1%
As(V)27 1%
RSD = 3%
17 1%
RSD = 3%
13 1%
RSD = 5%
10 1%
RSD = 5%
6 1%
RSD = 10%
DMA32 2%
RSD = 5%
75 2%
RSD = 3%
114 4%
RSD = 4%
85 2%
RSD = 2%
53 2%
RSD = 3%
MMA72 3%
RSD = 4%
93 3%
RSD = 3%
63 2%
RSD = 3%
42 2%
RSD = 5%
32 2%
RSD = 6%
Nhận thấy tín hiệu đo các dạng As có thay đổi rõ r ệt theo các môi tr ườ ng
khử và hiệu suất khử mỗi dạng ở từng môi tr ườ ng phản ứng khá ổn định (RSD
tươ ng đối nhỏ), thực tế chỉ có tín hiệu đo của dạng As(V) vô cơ ở pH = 4 là kém
ổn định hơ n cả do tín hiệu đo đượ c của dạng này trong môi tr ườ ng pH = 4 đã r ất
nhỏ. Khi tiến hành khảo sát khả năng khử của các dạng As ở các pH lớ n hơ n,
chúng tôi nhận thấy tín hiệu thu đượ c giảm r ất nhanh về giá tr ị 0 nên không sử
dụng k ết quả đo ở các điểm này làm điểm đặc tr ưng trong phươ ng trình hồi qui
sau đó. Các k ết quả trên cũng cho thấy, vớ i hai dạng As vô cơ , hiệu suất khử
thành asin của chúng giảm dần khi nồng độ H+ giảm (pH tăng) nhưng hiệu suất
khử hai dạng hữu cơ theo nồng độ H+ không biến đổi đơ n giản như thế. Vớ i dạng
DMA, khi thay đổi môi tr ườ ng khử từ HCl 6M tớ i môi tr ườ ng đêm tactrat có pH= 2 thì hiệu suất khử của DMA tăng nhanh, ở pH = 2 hiệu suất khử của DMA
ngang bằng vớ i dạng As(III) vô cơ trong môi tr ườ ng phản ứng có nồng độ H+
10M. Sau khi tiế p tục tăng pH của môi tr ườ ng phản ứng, chúng tôi nhận thấy có
hiện tượ ng giảm nhanh hiệu suất khử DMA. Tr ườ ng hợ p khử MMA cũng biến
thiên theo xu hướ ng như DMA, hiệu suất khử MMA đạt cực đại tại môi tr ườ ng
có nồng độ H+ là 1M sau đó giảm nhanh khi tăng pH của môi tr ườ ng phản ứng.
Hiện tượ ng biến thiên phức tạ p này tuy bất thườ ng nhưng hoàn toàn phù hợ p vớ i
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
k ết luận của một số tài liệu nghiên cứu chúng tôi đã tham khảo tr ướ c đây [15, 20,
32, 33].
Như vậy, 5 điểm đo đã chọn hoàn toàn thoả mãn điều kiện là các điểm đặc
tr ưng trong phươ ng pháp hồi qui đa biến sử dụng các mô hình liên quan tớ i phép
bình phươ ng tối thiểu nghịch đảo (ILS). Chúng tôi sẽ sử dụng k ết quả đo các
dung dịch As tại các môi tr ườ ng này để làm k ết quả đầu vào cho quá trình xây
dựng các phươ ng trình hồi qui đa biến thích hợ p vớ i hệ là ILS và PCR.
3.4. XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜ I CÁC DẠNG As THEO PHƯƠ NG PHÁP
PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ K ẾT HỢ P VỚ I CHEMOMETRICS
3.4.1. Đườ ng chuẩn xác định các dạng As riêng rẽ Thực nghiệm chỉ ra r ằng, vớ i mỗi dạng As, ở những nồng độ H+ nhất định
trong môi tr ườ ng phản ứng, k ết quả đo độ hấ p thụ quang ở những nồng độ khác
nhau sẽ tỉ lệ vớ i giá tr ị đo độ hấ p thụ quang của dung dich As(III) có cùng nồng
độ theo những tỉ lệ xác định. K ết quả khảo sát cũng cho thấy, trong những vùng
nồng độ nhất định, môi tr ườ ng phản ứng tốt nhất để xác định riêng r ẽ As(III) hay
As(V) là môi tr ườ ng HCl 6M, đối vớ i các dạng DMA và MMA thì môi tr ườ ng
pH=2 là tốt nhất. Trong phạm vi luận văn này, chúng tôi không nghiên cứu sâuvào vấn đề xác định riêng từng dạng As mà chỉ khảo sát xây dựng đườ ng chuẩn
xác định từng dạng As ở môi tr ườ ng HCl 6M để thuận tiện cho quá trình so sánh,
kiểm chứng tính cộng tính và lậ p đườ ng chuẩn đa biến. K ết quả xây dựng đườ ng
chuẩn cho quá trình xác định các dạng As ở các môi tr ườ ng khử khác cũng cho
tươ ng tự, chỉ có khác biệt ở hệ số góc của các đườ ng chuẩn.
Tiến hành khảo sát khoảng tuyến tính và lậ p đườ ng chuẩn các dạng As
còn lại là As(V) vô cơ , DMA, MMA tươ ng tự như quá trình khảo sát vớ i As(III).Các k ết quả khảo sát và tính toán đượ c trình bày trong bảng 28.
Nhận thấy, đối vớ i hệ số tự do a của các phươ ng trình hồi qui, giá tr ị Ptính
đều lớ n hơ n 0,05, có ngh ĩ a là ở độ tin cậy 95% thì sự khác nhau giữa giá tr ị a và
0 không có ý ngh ĩ a thống kê, nói cách khác, phươ ng pháp không mắc sai số hệ
thống. Các giá tr ị R ≅ 1 cho thấy các phươ ng trình thu đượ c biểu diễn chính xác
tươ ng quan giữa A và CAs từ thực nghiệm. Như vậy, ta có thể sử dụng các
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
K ết quả tính LOD và LOQ của từng dạng As ở 5 môi tr ườ ng phản ứng có
khác nhau, vì vậy, để đảm bảo tính chính xác ở mọi thờ i điểm đo khi xác định
đồng thờ i các dạng As, chúng tôi chọn giá tr ị LOD và LOQ của mỗi dạng As là
giá tr ị lớ n nhất tính đượ c từ 5 môi tr ườ ng khử. K ết quả đượ c chọn như trong bảng 31.
Bảng 31. Giá tr ị LOD và LOQ khi phân tích đồng thờ i các d ạng As
Dạng As As(III) As(V) DMA MMA
LOD, ppb 0,1 0,6 0,15 0,1
LOQ, ppb 0,34 2,0 0,5 0,34
3.4.3. Độ lặp lại và độ đúng của các phép xác định riêng từ ng dạng As
Tươ ng tự hai yếu tố là LOD và LOQ, độ lặ p lại và độ đúng của phép xác
định cũng là hai đại lượ ng quan tr ọng để đánh giá phươ ng pháp phân tích. Độ
lặ p lại đượ c đánh giá thông qua hệ số biến thiên (CV) và độ đúng thườ ng đượ c
đánh giá qua chuẩn Student khi so sánh giá tr ị trung bình của các phép đo lặ p lại
và giá tr ị chuẩn.
Để kiểm tra hai đại lượ ng này, chúng tôi tiến hành đo độ hấ p thụ quang
sau 8 lần lặ p lại các mẫu chứa từng dạng As ở 3 mức nồng độ cho mỗi dạng. Sau
khi tính toán các thông số thống kê cần thiết, k ết quả thu đượ c biểu diễn ở bảng
32.
Các k ết quả tính cho thấy tất cả các giá tr ị ttính đều nhỏ hơ n t bảng nên có thể
k ết luận r ằng các giá tr ị trung bình này đều không sai khác có ngh ĩ a vớ i giá tr ị
thực, nói cách khác, các phươ ng trình tính riêng r ẽ các dạng As đều cho độ đúngcao. Các giá tr ị độ biến thiên (CV%) đều nhỏ ở vùng nồng độ trung bình và nồng
độ lớ n, các giá tr ị nồng độ ở cận dướ i của phươ ng pháp có giá tr ị hệ số biến thiên
khá lớ n nhưng vẫn trong vùng sai số cho phép của phép đo (<15%) nên các giá
tr ị đo vẫn có thể tin cậy đượ c, nói cách khác, độ lặ p lại của phép đo ở các vùng
nồng độ đều tươ ng đối tốt.
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Bảng 32. K ế t quả kiể m tra độ l ặ p l ại và độ đ úng của phép đ o
ở môi tr ườ ng phản ứ ng HCl 6M
DạngAs
Nồng độ kiểm tra
Trung bình Độ lệchchuẩn
Độ saichuẩn
CV% ttính (t bảng=2,45)
As(III)
(ppb)
0,5 0,495 0,0404 0,0143 8,2 0,35
4 3,97 0,0508 0,018 1,3 1,67
9 8,98 0,0808 0,0286 0,9 0,70
As(V)
(ppb)
22,06 0,1205 0,0426 5,8 1,41
20 20 0,2124 0,0751 1,1 0,00
35 34,9 0,2748 0,0972 0,8 1,03
DMA
(ppb)
1 1,18 0,1131 0,0401 9,6 4,49
12 12,1 0,1744 0,0617 1,4 1,62
25 25 0,175 0,0619 0,7 0,00
MMA
(ppb)
0,5 0,502 0,0354 0,0125 7,1 0,16
7 7,04 0,0658 0,0233 0,9 1,72
12 11,9 0,1237 0,0438 1,0 2,28
Như vậy, hai đại lượ ng đánh giá độ ổn định và độ chính xác của phép đo
đều cho chung k ết luận: Đây là phươ ng pháp xác định riêng r ẽ từng dạng As tốtkhi trong mẫu chỉ có duy nhất một dạng hợ p chất này. Độ lặ p và độ đúng cao
của phép đo cũng cho ta thấy khả năng k ết hợ p phươ ng pháp đo As này vớ i các
phươ ng pháp tính hồi qui đa biến thích hợ p sẽ cho k ết quả đáng tin cậy.
3.4.4. Kiểm tra tính cộng tính của các dạng As
Điều kiện của các phươ ng pháp hồi qui đa biến tuyến tính là cần có sự
cộng tính cao trong tín hiệu đo của các biến độc lậ p. Vì vậy, tr ướ c khi tiến hành
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Các phươ ng trình hồi qui xây dựng đượ c cho thấy có mối quan hệ r ất
tuyến tính giữa tín hiệu đo A và nồng độ từng dạng As (có R ≅ 1), các hệ số góc
của mỗi nhóm đườ ng biểu diễn mối quan hệ của mỗi dạng có giá tr ị sai lệch
không đáng k ể, có thể coi là song song vớ i nhau. Do đó ta có thể k ết luận: Trên
các khoảng tuyến tính, mỗi dạng As đều đáp ứng tốt yêu cầu về sự cộng tính
trong tín hiệu đo vớ i các dạng còn lại. Như vậy, hệ đo này đã thỏa mãn yêu cầu
cộng tính, có thể sử dụng mô hình hồi qui đa biến tuyến tính thích hợ p k ết hợ p
vớ i phươ ng pháp đo này để xây dựng qui trình xác định đồng thờ i các dạng As
trong cùng hỗn hợ p.
3.4.5. Đườ ng chuẩn đa biến
Vớ i các k ết quả khảo sát trên, chúng tôi tiến hành thiết lậ p ma tr ận nồng
độ để xây dựng đườ ng chuẩn đa biến cho qui trình phân tích đồng thờ i các dạng
As. Thực hiện đo độ hấ p thụ quang của As trong các mẫu theo ma tr ận nồng độ
trong bảng 34 ở 5 môi tr ườ ng phản ứng bao gồm: HCl 6M, HCl 1M, dung dịch
đệm tactric-tactrat 1M có pH = 2, 3, 4, các điều kiện đo tối ưu đã xác định ở trên
vớ i dung dịch so sánh là mẫu tr ắng.
Đo độ hấ p thụ quang của các dung dịch có thành phần như trên, các k ết
quả trình bày ở dạng ma tr ận đượ c chuyển vào phần mềm tính toán theo 2
phươ ng pháp lựa chọn là ILS và PCR. Ma tr ận độ hấ p thụ quang đượ c trích dẫn
trong phần phụ lục.
∗ Mô hình ILS: Bảng tính giá tr ị ma tr ận hệ số hồi qui đượ c trích dẫn
trong phần phụ lục (bảng 4).
∗ Mô hình PCR: Trong phươ ng pháp tính này, các hàm tính PC đều
cho k ết quả tươ ng tự nhau, sự sai biệt r ất nhỏ, có thể bỏ qua để cho r ằng chúngnhư nhau, vì vậy ở đây chúng tôi chỉ đưa ra k ết quả tính các PC vớ i một hàm
đượ c coi là ưu việt hơ n cả là hàm SVD. K ết quả tính các PC và phươ ng sai của
từng PC đượ c dẫn ra ở bảng 35 và 36.
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Từ các số liệu tính toán và đồ thị biểu diễn % phươ ng sai các PC, chúng
tôi nhận thấy, vớ i hai PC đầu, ma tr ận hàm mục tiêu A trong không gian mớ i đã
chiếm 99,8% phươ ng sai tậ p số liệu gốc, tức là chiếm 99,8% thông tin từ tậ p dữ
liệu ban đầu. % đóng góp vào PC1 của tín hiệu đo tại 5 thờ i điểm xấ p xỉ nhaucho thấy vai trò của giá tr ị đo tại các thờ i điểm này như nhau trong không gian
mớ i. Ba PC sau chiếm lượ ng r ất nhỏ các thông tin của hàm mục tiêu, có thể bỏ
qua trong quá trình xây dựng không gian mớ i biểu diễn tậ p số liệu. Về mặt lí
thuyết, các PC sau chứa ít thông tin của tậ p số liệu gốc, đồng thờ i các PC này sẽ
chứa sai số ngẫu nhiên trong quá trình đo của tậ p số liệu, nếu chọn cả các PC
này để đưa vào quá trình tính toán sẽ không loại tr ừ đượ c sai số trên. Cũng vớ i
lậ p luận trên, có thể cho r ằng sai số trong quá trình đo các mẫu ở môi tr ườ ng pH= 3 là lớ n nhất (do giá tr ị hàm mục tiêu ở môi tr ườ ng này có đóng góp lớ n nhất
vào giá tr ị các PC sau). Vớ i các tậ p số liệu lớ n, chỉ cần giữ lại các PC đầu có
tổng phươ ng sai chiếm 95% phươ ng sai tậ p số liệu gốc là có thể coi như đã mang
đầy đủ thông tin của số liệu gốc. Trong tr ườ ng hợ p cụ thể vớ i tậ p số liệu đang
làm việc, do các điểm đo đặc tr ưng quá ít và có tính r ờ i r ạc cao nên một lượ ng
nhỏ thông tin về tậ p số liệu cũng r ất có giá tr ị trong quá trình chuyển hóa. Vì
vậy, chúng tôi lựa chọn 2 PC đầu (chiếm 99,8% phươ ng sai) để chuyển hóa tậ p
số liệu gốc và xây dựng mô hình hồi qui trong không gian mớ i vớ i hai PC này.
Số liệu về hàm hồi qui theo mô hình này đượ c trích dẫn trong bảng 5 phần phụ
lục.
3.5. ĐÁNH GIÁ PHƯƠ NG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ Ứ NG DỤNG PHÂN
TÍCH MẪU THỰ C TẾ
3.5.1. Đánh giá tính phù hợ p của phươ ng trình hồi qui thông qua mẫu kiểm
chứ ngVớ i các thông số về LOD và LOQ, có thể k ết luận là phươ ng pháp đáp
ứng đượ c yêu cầu về độ nhạy khi phân tích lượ ng vết các dạng As trong đối
tượ ng môi tr ườ ng và sinh học. Vì vậy, nếu mô hình hồi qui đã chọn phù hợ p vớ i
hệ phân tích này thì phươ ng pháp phân tích đồng thờ i các dạng As này hoàn toàn
có khả năng ứng dụng đượ c vào thực tế.
Để đánh giá tính phù hợ p của mô hình hồi qui đã xây dựng và chọn lựa,
bao gồm phươ ng pháp ILS và phươ ng pháp PCR vớ i các hàm tính PC khác
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
thờ i điểm đặc tr ưng đượ c chọn không nhiều nên không có nhiều thông tin về
hàm mục tiêu, do đó hàm hồi qui kém chính xác hơ n, gây sai số lớ n trong quá
trình tính toán. Như vậy, vớ i hệ này, cần nghiên cứu xây dựng mô hình hồi qui
sao cho có thể loại đượ c sai số ngẫu nhiên của các phép đo và khai thác đượ c tốiđa thông tin về hàm mục tiêu từ tậ p hợ p k ết quả đo không lớ n.
3.5.1.2. Xác định nồng độ các mẫ u giả theo mô hình PCR
Cũng vớ i 30 mẫu giả trên, sử dụng mô hình PCR vừa xây dựng ở trên để
xác định nồng độ các mẫu giả thu đượ c k ết quả trong bảng 40. Tính toán sai số
tươ ng đối giữa số liệu hồi qui từ mô hình và nồng độ ban đầu, k ết quả tóm tắt
trong bảng 41.
K ết quả tính cho thấy, mô hình PCR vớ i 2 PC lựa chọn cho sai số tươ ng
đối nhỏ ở hầu hết các mẫu pha, nằm trong phạm vi sai số cho phép của phép đo
hàm lượ ng ppb. Một số mẫu gặ p sai số lớ n trong k ết quả hồi qui là do có dạng
hợ p chất pha ở nồng độ thấ p hơ n giớ i hạn dướ i của đườ ng chuẩn (mẫu 14 –
DMA, mẫu 11 – As(V)) hoặc có sai số trong quá trình pha mẫu (mẫu 18, 19 -
As(V); mẫu 15 – As(III), mẫu 6 - DMA), tuy nhiên ta cũng nhận thấy số lượ ngmẫu gặ p sai số lớ n là khá nhỏ và sai số tính của các dạng này không ảnh hưở ng
gì tớ i k ết quả đo các dạng khác.
Như vậy, có thể k ết luận, mô hình hồi qui PCR cho độ chính xác tươ ng
đối cao, có thể sử dụng để phân tích các mẫu thực tế có nền mẫu không quá phức
tạ p mà không cần bổ sung thêm các biện pháp loại tr ừ ảnh hưở ng của các ion lạ.
Chúng tôi sử dụng mô hình này để tiến hành phân tích mẫu thực tế.
Bảng 40. K ế t quả tính nồng độ các chấ t trong mẫ u kiể m chứ ng theo phươ ng pháp PCR
STT
Nồng độ các dạng As thu đượ c,
ppb
STT
Nồng độ các dạng As thu đượ c,
ppb
As(III) As(V) DMA MMA As(III) As(V) DMA MMA
1 2,4 8,4 6,6 2,3 16 2,4 6,6 2,8 2,5
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Nhận thấy hiệu suất thu hồi ở các mẫu qua các lần thêm chuẩn phần lớ n
đều khá cao và dao động trong vùng sai số cho phép của phép đo (tr ừ mẫu 11 có
hiệu suất thu hồi của DMA ở lần thêm thứ 2 và MMA ở lần thêm thứ 3 có sai
biệt lớ n so vớ i các tr ườ ng hợ p còn lại). K ết quả tính tổng lượ ng As thêm vào và
lượ ng thu đượ c có chênh lệch nhỏ, sai số này có thể do ảnh hưở ng của sunfua
trong dung dịch mẫu chưa đượ c loại tr ừ, tuy nhiên sai số này không vượ t quá sai
số cho phép của phép đo do hàm lượ ng sunfua không lớ n. Vì vậy có thể k ết luận
r ằng, đối vớ i cả 4 dạng As này, phươ ng pháp HVG-AAS sử dụng mô hình PCR cho hiệu suất thu hồi tươ ng đối tốt, hoàn toàn có thể áp dụng vào thực tế phân
tích.
Chúng tôi cũng sử dụng k ết quả này để xác định nồng độ các dạng As
trong 11 mẫu nướ c ngầm theo phươ ng pháp đườ ng thêm chuẩn và nhận đượ c k ết
quả như trong bảng 46.
Nhận thấy hàm lượ ng As(V) dạng vô cơ có mặt trong mẫu là lớ n hơ n cả,
dạng DMA hầu như không có (tr ừ mẫu số 10, 11). Phần lớ n các mẫu đều có tổnghàm lượ ng As dướ i 15ppb và có thành phần khá giống nhau, các mẫu có hàm
lượ ng As lớ n hơ n hẳn là mẫu số 1, 2, 8 và 9 trong đó 3 mẫu ở có địa điểm gần
nhau (1, 8, 9) và chúng cũng có thành phần tươ ng tự nhau, có thể cho r ằng chúng
có cùng nguồn ô nhiễm. Hầu hết các mẫu đều có tỉ lệ các dạng As(III) : As(V) :
MMA là 1 : 2 : 1 (tr ừ mẫu 10 có tỉ lệ khác biệt); hàm lượ ng As(V) lớ n nhất,
trung bình chiếm 50% tổng hàm lượ ng As trong các mẫu. Có thể thấy độc tính
As trong phần lớ n các mẫu này không cao do hàm lượ ng As(III) vô cơ thấ p. Như
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Vớ i mục tiêu ban đầu đặt ra cho luận văn là tối ưu hóa các điều kiện xác
định đồng thờ i các dạng As bằng phươ ng pháp HVG – AAS sử dụngchemometrics, sau một thờ i gian nghiên cứu, chúng tôi thu đượ c một số k ết quả
chính sau:
1. Đã tối ưu hóa qui trình xác định riêng As(III) vô cơ trên hệ HVG –
AAS bao gồm các k ết quả chính: Khử As(III) thành asin trong điều kiện tốc độ
dòng mẫu và dòng NaBH4 1%/NaOH 0,5% lần lượ t là 6ml/phút và 2ml/phút, sử
dụng dung dich axit HCl 6M có cùng tốc độ vớ i dòng NaBH4 làm môi tr ườ ng
khử; khoảng tuyến tính của phép xác định là 0,2 – 10ppb, LOD = 0,04ppb, LOQ= 0,15ppb; các cation cản tr ở phép xác định như Cu2+, Fe2+, Fe3+, Ni2+, Pb2+, Cr 3+
đượ c loại tr ừ bằng dung dịch L-cystein, một số ion của các nguyên tố nhóm IV,
V và VI có ảnh hưở ng tớ i phép xác định như Se(IV), Bi(III), Sb(III), S2-, SO32-,
NO2-, NO3
-, trong đó đối vớ i ảnh hưở ng của các ion Se(IV), Bi(III), S2-, SO32- có
thể sử dụng Pb(CH3COO)2 để loại tr ừ và ảnh hưở ng của Sb(III) đượ c loại tr ừ
bằng dung dịch tactrat.
2. Đã nghiên cứu các hệ chất khử khác nhau để khử các dạng As(V)vô cơ và hữu cơ (gồm DMA và MMA) thành dạng As(III) tr ướ c khi hidrua hóa
và nhận thấy các hệ khử KI 1%/axit ascobic 5%, L-cystein 1%, NaHSO3 0,5%
đều cho k ết quả khử dạng As(V) vô cơ tốt nhưng hiệu suất khử các dạng As(V)
hữu cơ đều không cao nên để xác định tổng hàm lượ ng As cần vô cơ hóa mẫu
tr ướ c khi đo.
3. Đã nghiên cứu khả năng khử 4 dạng As (As(III) vô cơ , As(V) vô
cơ , DMA(V) và MMA(V)) trong 5 môi tr ườ ng phản ứng khác nhau là môi
tr ườ ng HCl 6M, HCl 1M, môi tr ườ ng đệm tactric – tactrat nồng độ 1M có pH =
2, 3, 4 và nhận thấy hiệu suất khử 4 dạng As thay đổi theo môi tr ườ ng phản ứng
một cách khác nhau nên có thể dùng k ết quả đo tín hiệu dung dịch As tại 5 điểm
này làm dữ liệu hàm mục tiêu cho phép xác định đồng thờ i theo các k ĩ thuật có
sử dụng phép bình phươ ng tối thiểu nghịch đảo.
4. Đã xác định đượ c khoảng tuyến tính, giớ i hạn phát hiện, giớ i hạn
định lượ ng cho phép xác định riêng r ẽ từng dạng As trên bằng phươ ng pháp
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Use [T L pc]=nipals2(A,nb)%% Trong đó T : Ma tr ận các tr ị riêng% L : Ma tr ận các vector riêng (PC)% pc: % của các PC% A: Dữ liệu phổ đầu vào% nb: Số PC lựa chọn%% Sử dụng hàm NIPALS tính các PCfunction [Tprinc,Lprinc,pc]=nipals2(A,nbp)nb_ligne=size(A,1);E=A;nb=1;Tprinc=ones(nb_ligne,nbp);Lprinc=ones(nbp,length(E));varo = norm( E ); varl = varowhile nb<=nbpvoir=1;
%etape 2
7/31/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử