Phân tích dạng asen trong nước và trầm tích ven biển bằng kỹ thuật ghép nối sắc ký lỏng hiệu năng cao và quang phổ hấp thụ nguyên tử

263 T¹p chÝ Hãa häc, T. 45 (6A), Tr. 263 - 268, 2007 PH¢N TÝCH D¹NG ASEN TRONG N¦íC Vµ TRÇM TÝCH VEN BIÓN B»NG Kü THUËT GHÐP NèI S¾C Ký LáNG HIÖU N¡NG CAO Vµ QUANG PHæ HÊP THô NGUY£N Tö §Õn tßa so¹n 15-11-2007 Lª Lan Anh1, NguyÔn §×nh ThuÊt2, Bïi Minh Lý2, Ph¹m §øc ThÞnh2 1ViÖn Hãa häc, ViÖn Khoa häc v( C«ng nghÖ ViÖt Nam 2ViÖn Nghiªn cøu v( øng dông C«ng nghÖ Nha Trang - ViÖn KH v( CN ViÖt Nam Summary A method for determination of arsenic species in environmental samples have been studied (water and sediment of Nhatrang onshore). The analytical method used was ion-exchange liquid chromatography coupled on-line to atomic absorption spectrometry through hydride generation. It was applied to determination of As species in H3PO4+NH2OH.HCl extracts of sediments. The efficiency of this extraction procedure was studied in details. The sensibility of this investigated method allows both the analysis of As-poor samples and the dilution extracts, of As-rich ones. The efficiency of orthophosphoric acid and hydroxylamine hydrochloride extraction mixture is 89% with extraction time 60 min. On the whole, the method proposed has a good potential as a routine speciation analysis procedure for As speciation studies in environmental solids. Keywords: As speciation, HPLC-HG-AAS, Sediments. I - §ÆT VÊN §Ò HiÖn nay cã nhiÒu ®Þa ®iÓm ë ViÖt Nam còng nh trªn thÕ giíi bÞ nhiÔm mét h"m lîng asen kh¸ lín. Trong mét sè b¸o c¸o vÒ ®¸nh gi¸ t¸c ®éng m«i trêng cña c¸c nh" khoa häc ViÖt Nam ®2 nªu kh¸ nhiÒu vÒ vÊn ®Ò asen trong níc ngÇm ë mét sè vïng nh H" Néi, H" Nam, H" T©y, mét sè tØnh ë miÒn Trung, miÒn Nam [1, 2]. Tuy nhiªn c¸c b"i viÕt vÒ As trong níc ven biÓn v" trÇm tÝch th× cha cã nhiÒu. V× asen l" nguyªn tè cã nhiÖt ®é bay h¬i thÊp, do vËy trong qu¸ tr×nh xö lý mÉu ®Ó chuyÓn c¸c d¹ng cña chóng v"o dung dÞch tríc khi ®Þnh lîng dÔ dÉn ®Õn bÞ mÊt chÊt cÇn ph©n tÝch. §2 cã kh¸ nhiÒu c«ng bè trªn thÕ giíi vÒ ®¸nh gi¸ møc ®é « nhiÔm asen trong ®Êt v" trÇm tÝch, nªu ®îc nguyªn nh©n cña sù « nhiÔm v" tõ ®ã hä dÔ d"ng ®a ra ®îc ph¬ng ¸n xö lý. H"m lîng asen trong ®Êt trång trät kh«ng bÞ « nhiÔm n»m trong kho¶ng 1 - 40 mg/kg; nÕu bÞ nhiÔm do asen tõ thuèc b¶o vÖ thùc vËt th× cã thÓ lªn ®Õn 2.550 mg/kg [3]. Mèi nguy hiÓm cña asen trong ®Êt v" trÇm tÝch ®èi víi m«i trêng phô thuéc v"o d¹ng tån t¹i hãa häc cña chóng. Chóng ta biÕt râ: d¹ng ®éc nhÊt cña asen ®ã l" asen v« c¬ As (III) v" As(V), c¸c d¹ng metyl asen cã ®éc tÝnh trung b×nh v" mét sè lín c¸c ph©n tö asen sinh häc (biomolecule) th× kh«ng ®éc [4]. §é linh ®éng kh¸c nhau gi÷a c¸c d¹ng tån t¹i cña asen gi÷ mét vai trß quan träng trong qu¸ tr×nh chuyÓn hãa sinh häc, nhng sù hiÓu biÕt vÒ vÊn ®Ò n"y vÉn cßn h¹n chÕ, ngêi ta biÕt râ l" As(III) linh ®éng h¬n As(V) trong m«i trêng, nhng vÒ c¸c d¹ng kh¸c th× vÉn cha cã nhiÒu. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, ®2 cã nhiÒu c«ng bè vÒ ®Þnh tªn c¸c d¹ng kh¸c nhau cña Asen. Còng may m¾n, phÇn lín trong sè n"y l" 264 Asenobetain hoÆc Asen ®êng (asenosugars) v" chØ t×m thÊy trong ®èi tîng sinh häc cßn trong m«i trêng v« c¬ th× nh÷ng d¹ng n"y hÇu nh rÊt nhá. Nghiªn cøu ®Þnh d¹ng trong nh÷ng lo¹i mÉu n"y thêng tËp trung v"o nh÷ng d¹ng cã kh¶ n¨ng hßa tan ®îc trong níc díi ®iÒu kiÖn m«i trêng b×nh thêng nh c¸c d¹ng v« c¬: asenit-As(III), asenat-As(V), axit monometyl asenic (MMA), axit dimetyl asenic (DMA) v× chÝnh ®©y l" nh÷ng d¹ng ¶nh hëng ®Õn m«i trêng trùc tiÕp nhÊt. NhiÒu quÆng cã chøa asen (vÝ dô aseno pyrit) cã thÓ n»m trong ®Êt cha g©y nªn mèi hiÓm häa tøc th× v× ®é hßa tan rÊt thÊp, víi ®iÒu kiÖn ®Æc biÖt hoÆc thêi gian l©u [5], mÆc dï vËy vÉn ph¶i cã nh÷ng hiÓu biÕt ®Ó tiªn lîng ®îc nh÷ng rñi ro sÏ xÈy ra v" t×m biÖn ph¸p phßng ngõa. §Ó cã thÓ ®¸nh gi¸ ®îc h"m lîng c¸c d¹ng tån t¹i trong trÇm tÝch, ®Êt chóng t«i ®2 nghiªn cøu quy tr×nh ph©n tÝch d¹ng asen b»ng ph¬ng ph¸p ghÐp nèi s¾c ký láng hiÖu n¨ng cao víi quang phæ hÊp thô nguyªn tö, kü thuËt hydrua hãa (HPLC-HG-AAS) [6, 7]. Nh÷ng kÕt qu¶ thu ®îc khi ¸p dông quy tr×nh nghiªn cøu v"o c¸c mÉu níc v" trÇm tÝch ven bê biÓn Nha trang ®îc t×nh b"y trong b"i b¸o n"y. II - THùC NGHIÖM 1. ThiÕt bÞ v dông cô - M¸y quang phæ hÊp thô nguyªn tö cña h2ng Thermo Elemental, Model Solaar M6 Dual Zeeman, USA. - HÖ HPLC - Lab Alliance. USA. - §Ìn UV Lamp Model UV.03.DS.USA, 15W, 60 x L350 (mm). 2. Hãa chÊt TÊt c¶ c¸c hãa chÊt sö dông trong nghiªn cøu ®Òu cã ®é tinh khiÕt siªu s¹ch cña Merck v" Prolabor. a) C¸c dung dÞch chuÈn: As(III) 1 mg/ml, AsB 1 mg/ml, DMA 1 mg/ml, MSMA 1 mg/ml, As(V) 1 mg/ml l" dung dÞch hãa chÊt chuÈn cña h2ng h2ng Fluka. b) Dung dÞch ®Öm pH - §Öm K2HPO4 - KH2PO4, ®iÒu chÕ h"ng ng"y v" läc qua siªu läc 0,45 µm. c) Dung dÞch hydrua ho¸ - NaBH4 1% m/v + NaOH 0,17% m/v + chÊt chèng t¹o bät 0,08% v/v. d) MÉu chuÈn - MESS-2 (Marine Sediment Reference Material) - NRC-Canada, h"m lîng asen tæng: 20.7 ± 0.8 mg/kg. - CASS-3 (Nearshore Seawater Reference Material for Trace Metals) - NRC-Canada; h"m lîng As tæng: 1.09±0.07 µg/L III - KÕT QU¶ V1 TH¶O LUËN 1. ChuÈn bÞ mÉu a. MÉu níc biÓn: §îc lÊy ngay t¹i vïng lÊy mÉu trÇm tÝch biÓn, ®ùng trong c¸c b×nh PE v" ®îc läc qua m"ng siªu läc 0,45 µm v" cÊt gi÷ ë nhiÖt ®é 4oC trong tñ l¹nh cho ®Õn khi ph©n tÝch. b. MÉu cÆn l¬ l÷ng trong níc biÓn: CÆn l¬ löng ®îc gi÷ trªn m"ng siªu läc 0,45 µm. M"ng siªu läc cïng cÆn l¬ löng ®îc ng©m trong hçn hîp 10 ml cña 0,5 M H3PO4 v" 0,1 M NH2OH. HCl. Dung dÞch ®îc ®a lªn m¸y l¾c kho¶ng 1h, sau ®ã ng©m qua ®ªm. Läc líp dung dÞch thu ®îc qua m"ng siªu läc 0,45 µm v" cÊt gi÷ ë 40C cho ®Õn khi ph©n tÝch. LÆp l¹i qu¸ tr×nh tõ ng©m chiÕt m"ng läc 3 lÇn (n) ®Ó thu håi triÖt ®Ó c¸c d¹ng asen trong trÇm tÝch. c. MÉu trÇm tÝch: MÉu trÇm tÝch lÊy vÒ ®îc läc qua läc hót ch©n kh«ng v" ®Ó kh« tù nhiªn trong kh«ng khÝ. C©n kho¶ng 0,1 g mÉu trÇm tÝch ®2 kh« cho v"o mçi èng thªm 10 ml cña 0,5 M H3PO4 v" 0,1 M NH2OH. HCl. MÉu ®îc trén v" khuÊy ®Òu kho¶ng 1h, sau ®ã ®a v"o ly t©m. Ph©n líp næi trªn ®îc thu håi, läc qua m"ng siªu läc 0,45 µm v" cÊt gi÷ ë 4oC cho ®Õn khi ph©n tÝch. Qu¸ tr×nh chiÕt ®îc thùc hiÖn 3 lÇn ®Ó thu håi triÖt ®Ó c¸c d¹ng asen trong trÇm tÝch. d. Níc m¹ch trÇm tÝch: Níc m¹ch tõ qu¸ tr×nh hót ch©n kh«ng mÉu trÇm tÝch ®îc läc qua m"ng siªu läc 0,45 µm v" cÊt gi÷ ë 4oC cho ®Õn khi ph©n tÝch. 265 0 20 40 60 80 100 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 N�ng �� (M) H i�u su �t ch i�t (% ) Quan träng nhÊt trong viÖc ph©n tÝch mÉu r¾n nãi chung v" mÉu trÇm tÝch nãi riªng l" ph¶i t×m ®îc dung m«i chiÕt thÝch hîp ®Ó cã thÓ lÊy ra ®îc ho"n to"n chÊt cÇn ph©n tÝch, do vËy chóng t«i ®2 tiÕn h"nh mét sè nghiªn cøu sau: 2. ¶nh h$ëng cña c¸c dung m«i chiÕt kh¸c nhau TrÇm tÝch cÇu B×nh T©n; TrÇm tÝch cÇu TrÇn Phó; TrÇm tÝch Hßn §á H×nh 1: PhÇn tr¨m asen chiÕt ®îc khi sö dông c¸c dung chiÕt kh¸c nhau (Nång ®é chiÕt sö dông 0,5M; H3PO4-CH3OH = 1:1; n=3) C¸c chÊt chiÕt ®îc lùa chän dùa trªn kh¶ n¨ng chiÕt tèi ®a asen tõ c¸c mÉu trÇm tÝch. Hydroxit Na hoÆc hydroxylamine HCl ®2 ®îc sö dông ®Ó chiÕt rót asen trong c¸c mÉu díi d¹ng oxit Fe-Mn tinh thÓ v" v« ®Þnh h×nh, H3PO4 hoÆc H3PO4/MeOH (1:1) ®Ó chiÕt asen liªn quan ®Õn d¹ng v« c¬ hoÆc h÷u c¬, axit clohydric sö dông ®Ó chiÕt asen trong c¸c d¹ng cacbonat v" axit ascorbic ®îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh nh÷ng kim lo¹i kÕt nèi víi «xÝt Fe-Mn. Chóng t«i sö dông nång ®é 0,5M cho tÊt c¶ c¸c dung m«i chiÕt ®Ó cã thÓ so s¸nh c¸c kÕt qu¶ víi nhau. KÕt qu¶ tõ viÖc kh¶o s¸t cho thÊy H3PO4- NH2OH.HCl l" dung m«i lý tëng ®Ó chiÕt c¸c mÉu trÇm tÝch ®2 thu. C¸c mÉu n"y cã hiÖu suÊt chiÕt gÇn 89% khi sö dông hçn hîp chiÕt H3PO4-NH2OH.HCl. 3. ¶nh h$ëng cña nång ®é H3PO4- NH2OH.HCl ®Õn hiÖu suÊt chiÕt Khi nång ®é hçn hîp chiÕt H3PO4- NH2OH.HCl lín h¬n 0,5M th× hiÖu suÊt chiÕt mÉu trÇm tÝch kh«ng t¨ng lªn n÷a, chØ dao ®éng ë kho¶ng 89%, trong khi ®ã ë c¸c nång ®é cña hçn hîp chiÕt H3PO4-NH2OH.HCl thÊp h¬n th× hiÖu suÊt chiÕt chØ ®¹t tõ 40% ®Õn h¬n 70%. Nång ®é hçn hîp chiÕt H3PO4-NH2OH.HCl ë trong kho¶ng 0,5 M l" thÝch hîp nhÊt cho viÖc chiÕt c¸c d¹ng asen trong mÉu trÇm tÝch. H×nh 2: ¶nh hëng cña nång ®é hçn hîp H3PO4-NH2OH.HCl ®Õn hiÖu suÊt chiÕt 4. ¶nh h$ëng thêi gian chiÕt ¶nh hëng cña thêi gian chiÕt c¸c d¹ng asen ®îc ¸p dông trªn ba mÉu trÇm tÝch cÇu B×nh T©n, trÇm tÝch cÇu TrÇn Phó v" trÇm tÝch Hßn §á trong kho¶ng thêi gian 30 ®Õn 120 phót. Qua nghiªn cøu cho thÊy thêi gian tèi u ®Ó chiÕt c¸c d¹ng asen l" kho¶ng 60 phót ®èi víi HCl H3PO4-NH2OH H3PO4 Axit NaOH .HCl -CH3OH ascorbic 0 20 40 60 80 100 % A rs en ch i� t� �� c 266 c¸c mÉu trÇm tÝch thu ®îc víi hiÖu suÊt chiÕt ®¹t ®îc gÇn 89%. T¬ng øng víi thêi gian chiÕt lín h¬n th× hiÖu suÊt còng chØ ®¹t nh vËy. Cßn víi thêi gian nhá h¬n th× hiÖu suÊt chiÕt chi n»m trong kho¶ng 60%. Nh÷ng kÕt qu¶ n"y chØ ra r»ng hÇu hÕt asen, n»m ë tr¹ng th¸i oxi hãa As(III) hoÆc khö As(V), ®îc chiÕt khái trÇm tÝch v"o dung dÞch chiÕt trong vßng 60 phót. TrÇm tÝch cÇu B×nh T©n; TrÇm tÝch cÇu TrÇn Phó; TrÇm tÝch Hßn §á H×nh 3: PhÇn tr¨m asen chiÕt ®îc theo thêi gian (Nång ®é chiÕt H3PO4-NH2OH.HCl 0,5 M; sè lÇn chiÕt cho mçi mÉu n = 3) 5. Quy tr×nh ph©n tÝch asen tõ mÉu trÇm tÝch Quy tr×nh n"y chóng t«i ®2 ¸p dông [8] ®Ó ph©n tÝch c¸c mÉu thu t¹i 3 ®iÓm: CÇu B×nh T©n, CÇu TrÇn Phó, Hßn §á. T¹i mçi vÞ trÝ chóng t«i thu mÉu trÇm tÝch, níc biÓn. Nh÷ng phæ ®å ®o ®îc tr×nh b"y trªn h×nh 4. C¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n cô thÓ chóng t«i ®a trong b¶ng 2. D¹ng Tæng Tæng As(III) As(V) Tªn mÉu µg/L µg/g HiÖu suÊt chiÕt % µg/L µg/g µg/L µg/g µg/L µg/g CÆn l¬ löng níc cöa biÓn cÇu B×nh T©n 6,42 85 5,48 4,61 0,87 CÆn l¬ löng níc cöa biÓn cÇu TrÇn Phó 5,38 81 4,37 3,88 0,49 CÆn l¬ löng níc biÓn Hßn §á 1,87 78 1,45 1,33 0,12 Níc cöa biÓn cÇu B×nh T©n 9,81 86 8,41 6,24 2,17 Níc cöa biÓn cÇu TrÇn Phó 8,10 81 6,59 4,99 1,60 Níc biÓn Hßn §á 4,12 85 3,50 2,65 0,85 Níc m¹ch trÇm tÝch cÇu B×nh T©n 24,32 90 21,94 17,83 4,11 Níc m¹ch trÇm tÝch cÇu TrÇn Phó 21,20 81 17,21 13,69 3,52 Níc m¹ch trÇm tÝch Hßn §á 13,10 83 10,93 8,41 2,52 TrÇm tÝch cÇu B×nh T©n 9,06 89 8,08 5,23 2,85 TrÇm tÝch cÇu TrÇn Phó 7,45 89 6,67 4,16 2,51 TrÇm tÝch Hßn §á 3,37 87 2.94 2,10 0,84 30 60 90 120 Thêi gian, phót 0 20 40 60 80 100 % A rs en ch i� t� �� c 267 0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 0 200 400 600 800 1000 Th�i gian (s) � � h� p th � (A bs ) Phæ chuÈn As(III): 2.5 µg/L; DMA: 5 µg/L; MMA: 5 µg/L; As(V): 2.5 µg/L sö dông cét Hamilton PRP-X100 As(III) DMA MMA As(V) 0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0 200 400 600 800 1000 Th�i gian (s) � � h� p th � (A bs ) CÆn l¬ löng níc cöa biÓn cÇu B×nh T©n As(III) As(V) 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0 200 400 600 800 1000 Th�i gian (s) � � h� p th � (A bs ) Níc cöa biÓn cÇu TrÇn Phó As(III) As(V) 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0 200 400 600 800 1000 Th�i gian (s) � � h� p th � (A bs ) Níc m¹ch trÇm tÝch cÇu B×nh T©n As(III) As(V) 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0 200 400 600 800 1000 Th�i gian (s) � � h� p th � (A bs ) Níc m¹ch trÇm tÝch cÇu TrÇn Phó As(III) As(V) TrÇm tÝch cÇu B×nh T©n As(III) As(V) 0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0 200 400 600 800 1000 Th�i gian (s) � � h� p th � (A bs ) TrÇm tÝch cÇu TrÇn Phó As(III) As(V) 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0 200 400 600 800 1000 Th�i gian (s) � � h� p th � (A bs ) 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0 200 400 600 800 1000 Th�i gian (s) � � h� p th � (A bs ) TrÇm tÝch Hßn §á As(III) As(V) 268 KÕt qu¶ trªn cho thÊy níc v" trÇm tÝch vÞ trÝ cÇu B×nh T©n cã h"m lîng As lín h¬n m" chñ yÕu l" As(III) v" As(V), l" hai d¹ng ®éc h¹i nhÊt. Nguyªn nh©n dÉn ®Õn h"m lîng As cao cã thÓ do viÖc thu lîm, nu«i trång v" chÕ biÕn h¶i s¶n. Trong mÉu h¶i s¶n l" ®èi tîng cã h"m lîng Asen nhiÒu, th× rong biÓn cã nhiÒu nhÊt [8,9]. Trong qu¸ tr×nh ph©n hñy tù nhiªn, c¸c d¹ng Asen h÷u c¬ trong h¶i s¶n, phÕ th¶i h¶i s¶n ®îc chuyÓn sang d¹ng tan trong níc biÓn v" tÝch luü v"o trÇm tÝch ven bê nªn h"m lîng trong c¸c ®èi tîng mÉu n"y t¨ng lªn. MÆt kh¸c, ®Þa ®iÓm cÇu B×nh T©n cßn cã nh÷ng ®Æc ®iÓm: ®©y l" n¬i níc th¶i cña tÊt c¶ khu nu«i t«m cña khu vùc Phíc §ång th¶i ra biÓn qua cöa biÓn n"y, do vËy, c¸c chÊt th¶i r¾n còng nh láng sÏ ®i qua lu vùc cÇu B×nh T©n. Bªn c¹nh ®ã, n¬i ®©y còng cã c¶ng c¸ ®Ó cho c¸c t"u ®¸nh c¸ vÒ cËp bÕn mua b¸n c¸, c¸c chÊt th¶i còng v× thÕ tr«i xuèng s«ng v" g©y nªn sù tÝch tô rÊt lín h"m lîng Asen. IV - KÕT LUËN Ph¬ng ph¸p ph©n tÝch ghÐp nèi s¾c ký láng ph©n gi¶i cao víi quang phæ hÊp thô nguyªn tö kü thuËt hydrua, hiÖn nay l" mét ph¬ng ph¸p h÷u hiÖu, cã kh¶ n¨ng ¸p dông ph©n tÝch d¹ng vÕt asen tèt nhÊt, nhê tÝnh dÔ thùc hiÖn, gi¸ th"nh ®Çu t thÊp v" ®é nhËy cao (chØ thÊp h¬n ICP-MS). Tuy nhiªn, ®èi víi c¸c mÉu r¾n v« c¬ còng nh h÷u c¬, quan träng nhÊt trong viÖc ph©n tÝch chÝnh x¸c v" cã ®é lËp l¹i cao phô thuéc v"o hiÖu suÊt chiÕt c¸c d¹ng asen ra khái mÉu. KÕt qu¶ nghiªn cøu ®2 t×m ®îc hçn hîp dung m«i chiÕt tèi u l" H3PO4 0,5 M v" NH2OH.HCl 0,1 M víi thêi gian chiÕt 60 phót, ®¹t hiÖu suÊt chiÕt 89%. Ph¬ng ph¸p ®2 ®îc ®¸nh gi¸ ®é ®óng, ®é lËp l¹i th«ng qua c¸c nghiªn cøu so s¸nh trªn mÉu chuÈn quèc tÕ, nh÷ng kÕt qu¶ cô thÓ sÏ ®îc tr×nh b"y trong nh÷ng c«ng bè tiÕp theo. Lêi c¶m ¬n: TËp thÓ c¸c t¸c gi¶ xin ch©n th(nh c¶m ¬n Héi ®ång Khoa häc Tù nhiªn ®O hç trî kinh phÝ cho viÖc thùc hiÖn c«ng tr×nh n(y. Chóng t«i còng xin b(y tá lßng biÕt ¬n ®èi víi PGS.TS Lª Hång Khiªm v( CN Vâ Träng Th¹ch trong viÖc viÕt phÇn mÒm xö lý sè liÖu. T1I LIÖU THAM KH¶O 1. Tong Ngoc Thanh. Asenic Pollution in Groundwater in the Red River Delta, Geological Survey of Vietnam, Annual Report (2003). 2. Ph¹m Xu©n Sö v" cs. B¸o c¸o tæng hîp ®Ò t"i, Côc Thñy lîi, Bé NN v" PTNT (2004). 3. J. W. Moore, S. Ramamoorthy. Springer, New York, 1984, P. 4; T. Guerin, Thesis Univ. de Pau-1999. 4. J. O. Nriagu. Asenic in Environmental. Part 1. New York (1994). 5. E. A. Rochette et al. Soil Sci. soc. Am. Proc., 62, 1530 (1998). 6. Michael J. Ellwood, William A. Maher. Analytica Chimica Acta, 477, 279 - 291 (2003). 7. M. Vergara GallardoY. Bohari, M. Astruc. Analytica Acta, 441, 257 - 268 (2001). 8. NguyÔn §×nh ThuÊt, Lª Lan Anh, T¹p chÝ Hãa häc sè §B, 2007 (chê ®¨ng). 9. Marjin Van Hulle, Chao Zhang and Ritacornelis, Analyst, 127, 634 - 640 (2002). 269 PHÂN TÍCH D�NG ASEN TRONG N��C VÀ TR�M TÍCH VEN BI�N B�NG K� THU�T GHÉP N�I S�C KÝ L�NG HI�U N�NG CAO VÀ QUANG PH� H�P TH� NGUYÊN T� ARSENIC SPECIATION IN WATER AND SEDIMENT OF NHA TRANG ONSHORE BY HPLC-AAS Lê Lan Anh(1) và Nguy�n �ình Thu�t(2), Bùi Minh Lý(2), Ph�m ��c Th�nh(2) (1) Vi�n Hóa h�c - Vi�n KH và CN Vi�t Nam (2) Vi�n Nghiên c�u và �ng d�ng Công ngh� Nha Trang - Vi�n KH và CN Vi�t Nam Abstract: A method for determination of arsenic species in environmental samples have been studied (water and sediment of Nhatrang onshore). The analytical method used was ion-exchange liquid chromatography coupled on-line to atomic absorption spectrometry through hydride generation. It was applied to determination of As species in H3PO4+NH2OH.HCl extracts of sediments. The efficiency of this extraction procedure was studied in details. The sensibility of this investigated method allows both the analysis of As-poor samples and the dilution extracts, of As-rich ones. The efficiency of orthophosphoric acid and hydroxylamine hydrochloride extraction mixture is 89% with extraction time 60 min. On the whole, the method proposed has a good potential as a routine speciation analysis procedure for As speciation studies in environmental solids. Keywords: As speciation, HPLC-HG-AAS, Sediments. I. ��T V�N ��: Hi�n nay có nhi�u ��a �i�m � Vi�t nam c�ng như trên th� gi�i b� nhi�m m�t hàm lư�ng asen khá l�n. Trong m�t s� báo cáo v� �ánh giá tác ��ng môi trư�ng c�a các nhà khoa h�c Vi�t nam �ã nêu khá nhi�u v� v�n �� asen trong nư�c ng�m � m�t s� vùng như Hà n�i, Hà nam, Hà tây, m�t s� t�nh � mi�n Trung, mi�n Nam [1,2]. Tuy nhiên các bài vi�t v� As trong nư�c ven bi�n và tr�m tích thì chưa có nhi�u. Vì asen là nguyên t� có nhi�t �� bay hơi th�p, do v�y trong quá trình x� lý m�u �� chuy�n các d�ng c�a chúng vào dung d�ch trư�c khi ��nh lư�ng d� d�n ��n b� m�t ch�t c�n phân tích. �ã có khá nhi�u công b� trên th� gi�i v� �ánh giá m�c �� ô nhi�m asen trong ��t và tr�m tích, nêu �ư�c nguyên nhân c�a s� ô nhi�m và t� �ó h� d� dàng �ưa ra �ư�c phương án x� lý. Hàm lư�ng asen trong ��t tr�ng tr�t không b� ô nhi�m n�m trong kho�ng 1 - 40 mg/kg; n�u b� nhi�m do asen t� thu�c b�o v� th�c v�t thì có th� lên ��n 2.550 mg/kg [3]. M�i nguy hi�m c�a asen trong ��t và tr�m tích ��i v�i môi trư�ng ph� thu�c vào d�ng t�n t�i hóa h�c c�a chúng. Chúng ta bi�t rõ: d�ng ��c nh�t c�a asen �ó là asen vô cơ As (III) và As(V), các d�ng metyl asen có ��c tính trung bình và m�t s� l�n các phân t� asen sinh h�c (biomolecule) thì không ��c [4]. �� linh ��ng khác nhau gi�a các d�ng t�n t�i c�a asen gi� m�t vai trò quan tr�ng trong quá trình chuy�n hóa sinh h�c, nhưng s� hi�u bi�t v� v�n �� này v�n còn h�n ch�, ngư�i ta bi�t rõ là As(III) linh ��ng hơn As(V) trong môi trư�ng, nhưng v� các d�ng khác thì v�n chưa có nhi�u. Trong nh�ng n�m g�n �ây, �ã có nhi�u công b� v� ��nh tên các d�ng khác nhau c�a Asen. C�ng may m�n, ph�n l�n trong s� này là Asenobetain ho�c Asen �ư�ng (asenosugars) và ch� tìm th�y trong ��i tư�ng sinh h�c còn trong môi trư�ng vô cơ thì nh�ng d�ng này h�u như r�t nh�. Nghiên c�u ��nh d�ng trong nh�ng lo�i m�u này thư�ng t�p trung vào nh�ng d�ng có kh� n�ng hòa tan �ư�c trong nư�c dư�i �i�u ki�n môi trư�ng bình thư�ng như các d�ng vô cơ: asenit-As(III), asenat-As(V), axit monometyl asenic (MMA), axit dimetyl asenic (DMA) vì chính �ây là nh�ng d�ng �nh hư�ng ��n môi trư�ng tr�c ti�p nh�t. Nhi�u qu�ng có ch�a asen (ví d� aseno pyrit) có th� n�m trong ��t chưa gây nên m�i hi�m h�a t�c thì vì �� hòa tan r�t th�p, v�i �i�u ki�n ��c bi�t ho�c 270 th�i gian lâu [5], m�c dù v�y v�n ph�i có nh�ng hi�u bi�t �� tiên lư�ng �ư�c nh�ng r�i ro s� x�y ra và tìm bi�n pháp phòng ng�a. �� có th� �ánh giá �ư�c hàm lư�ng các d�ng t�n t�i trong tr�m tích, ��t chúng tôi �ã nghiên c�u quy trình phân tích d�ng Asen b�ng phương pháp ghép n�i s�c ký l�ng hi�u n�ng cao v�i quang ph� h�p th� nguyên t�, k� thu�t hydrua hóa (HPLC-HG-AAS) [6,7]. Nh�ng k�t qu� thu �ư�c khi áp d�ng quy trình nghiên c�u vào các m�u nư�c và tr�m tích ven b� bi�n Nha trang �ư�c tình bày trong bài báo này. II. TH�C NGHI�M: [8] II.1. Thi�t b� và d�ng c�: - Máy quang ph� h�p th� nguyên t� c�a hãng Thermo Elemental, Model Solaar M6 Dual Zeeman, USA. - H� HPLC - Lab Alliance. USA. - �èn UV Lamp Model UV.03.DS.USA, 15W, 60 x L350 (mm). II.2. Hoá ch�t: T�t c� các hóa ch�t s� d�ng trong nghiên c�u ��u có �� tinh khi�t siêu s�ch c�a Merck và Prolabor II.2.1. Các dung d�ch chu�n: As(III) 1mg/ml, AsB 1mg/ml, DMA 1mg/ml, MSMA 1mg/ml, As(V) 1mg/ml là dung d�ch hóa ch�t chu�n c�a hãng Fluka. II.2.1. Dung d�ch ��m pH : - ��m K2HPO4 - KH2PO4, �i�u ch� hàng ngày và l�c qua siêu l�c 0,45µm. II.2.3. Dung d�ch hydrua hoá: - NaBH4 1% m/v + NaOH 0,17% m/v + ch�t ch�ng t�o b�t 0,08% v/v. II.2.4. M�u chu�n: - MESS-2 (Marine Sediment Reference Material) - NRC-Canada, hàm lư�ng Asen t�ng: 20.7 ± 0.8 mg/kg. - CASS-3 (Nearshore Seawater Reference Material for Trace Metals) - NRC-Canada; hàm lư�ng As t�ng: 1.09 ± 0.07 �g/L III. K�T QU� VÀ TH�O LU�N 1. Chu�n b� m�u: a. M�u nư�c bi�n: �ư�c l�y ngay t�i vùng l�y m�u tr�m tích bi�n, ��ng trong các bình PE và �ư�c l�c qua màng siêu l�c 0,45µm và c�t gi� � nhi�t �� 40C trong t� l�nh cho ��n khi phân tích. b. M�u c�n lơ l�ng trong nư�c bi�n: C�n lơ l�ng �ư�c gi� trên màng siêu l�c 0,45µm. Màng siêu l�c cùng c�n lơ l�ng �ư�c ngâm trong h�n h�p 10ml c�a 0.5M H3PO4 và 0.1M NH2OH. HCl. Dung d�ch �ư�c �ưa lên máy l�c kho�ng 1h, sau �ó ngâm qua �êm. L�c l�p dung d�ch thu �ư�c qua màng siêu l�c 0,45µm và c�t gi� � 40C cho ��n khi phân tích. L�p l�i quá trình t� ngâm chi�t màng l�c 3 l�n (n) �� thu h�i tri�t �� các d�ng asen trong tr�m tích. c. M�u tr�m tích: M�u tr�m tích l�y v� �ư�c l�c qua l�c hút chân không và �� khô t� nhiên trong không khí. Cân kho�ng 0,1g m�u tr�m tích �ã khô cho vào m�i �ng thêm 10ml c�a 0.5M H3PO4 và 0.1M NH2OH. HCl. M�u �ư�c tr�n và khu�y ��u kho�ng 1h, sau �ó �ưa vào ly tâm. Phân l�p n�i trên �ư�c thu h�i, l�c qua màng siêu l�c 0,45µm và c�t gi� � 40C cho ��n khi phân tích. Quá trình chi�t �ư�c th�c hi�n 3 l�n �� thu h�i tri�t �� các d�ng asen trong tr�m tích. d. Nư�c m�ch tr�m tích: Nư�c m�ch t� quá trình hút chân không m�u tr�m tích �ư�c l�c qua màng siêu l�c 0,45µm và c�t gi� � 40C cho ��n khi phân tích. 271 Quan tr�ng nh�t trong vi�c phân tích m�u r�n nói chung và m�u tr�m tích nói riêng là ph�i tìm �ư�c dung môi chi�t thích h�p �� có th� l�y ra �ư�c hoàn toàn ch�t c�n phân tích, do v�y chúng tôi �ã ti�n hành m�t s� nghiên c�u sau: 2. �nh h��ng c�a các dung môi chi�t khác nhau: Tr�m tích c�u Bình Tân; Tr�m tích c�u Tr�n Phú; Tr�m tích Hòn �� Hình 1. Ph�n tr�m asen chi�t ���c khi s� d�ng các dung chi�t khác nhau (N�ng �� chi�t s� d�ng 0,5M; H3PO4-CH3OH = 1:1; n=3) Các ch�t chi�t �ư�c l�a ch�n d�a trên kh� n�ng chi�t t�i �a asen t� các m�u tr�m tích. Hydroxit Na ho�c hydroxylamine HCl �ã �ư�c s� d�ng �� chi�t rút asen trong các m�u dư�i d�ng ôxit Fe-Mn tinh th� và vô ��nh hình, H3PO4 ho�c H3PO4/MeOH (1:1) �� chi�t asen liên quan ��n d�ng vô cơ ho�c h�u cơ, axit clohydric s� d�ng �� chi�t asen trong các d�ng cacbonat và axit ascorbic �ư�c s� d�ng �� xác ��nh nh�ng kim lo�i k�t n�i v�i ôxít Fe-Mn. Chúng tôi s� d�ng n�ng �� 0,5M cho t�t c� các dung môi chi�t �� có th� so sánh các k�t qu� v�i nhau. K�t qu� t� vi�c kh�o sát cho th�y H3PO4-NH2OH.HCl là dung môi lý tư�ng �� chi�t các m�u tr�m tích �ã thu. Các m�u này có hi�u su�t chi�t g�n 89% khi s� d�ng h�n h�p chi�t H3PO4-NH2OH.HCl. 3. �nh h��ng c�a n�ng �� H3PO4-NH2OH.HCl ��n hi�u su�t chi�t: Hình 2. �nh h��ng c�a n�ng �� h�n h�p H3PO4-NH2OH.HCl ��n hi�u su�t chi�t Khi n�ng �� h�n h�p chi�t H3PO4- NH2OH.HCl l�n hơn 0,5M thì hi�u su�t chi�t m�u tr�m tích không t�ng lên n�a, ch� dao ��ng � kho�ng 89%, trong khi �ó � các n�ng �� c�a h�n h�p chi�t H3PO4-NH2OH.HCl th�p hơn thì hi�u su�t chi�t ch� ��t t� 40% ��n hơn 70%. N�ng �� h�n h�p chi�t H3PO4-NH2OH.HCl � trong kho�ng 0,5M là thích h�p nh�t cho vi�c chi�t các d�ng asen trong m�u tr�m tích. 4. �nh h��ng th�i gian chi�t: HCl H3PO4-NH2OH H3PO4 Axít NaOH .HCl -CH3OH ascorbic 0 20 40 60 80 100 % A rs en ch i� t� �� c 0 20 40 60 80 100 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 N�ng �� (M) H i�u su �t ch i�t (% ) 272 �nh hư�ng c�a th�i gian chi�t các d�ng asen �ư�c áp d�ng trên ba m�u tr�m tích c�u Bình Tân, tr�m tích c�u Tr�n Phú và tr�m tích Hòn �� trong kho�ng th�i gian 30 ��n 120 phút. Qua nghiên c�u cho th�y th�i gian t�i ưu �� chi�t các d�ng asen là kho�ng 60 phút ��i v�i các m�u tr�m tích thu �ư�c v�i hi�u su�t chi�t ��t �ư�c g�n 89%. Tương �ng v�i th�i gian chi�t l�n hơn thì hi�u su�t c�ng ch� ��t như v�y. Còn v�i th�i gian nh� hơn thì hi�u su�t chi�t chi n�m trong kho�ng 60%. Nh�ng k�t qu� này ch� ra r�ng h�u h�t asen, n�m � tr�ng thái oxy hóa As(III) ho�c kh� As(V), �ư�c chi�t kh�i tr�m tích vào dung d�ch chi�t trong vòng 60 phút. Tr�m tích c�u Bình Tân; Tr�m tích c�u Tr�n Phú; Tr�m tích Hòn �� Hình 3. Ph�n tr�m asen chi�t ���c theo th�i gian (N�ng �� chi�t H3PO4-NH2OH.HCl 0,5M; s� l�n chi�t cho m�i m�u n=3) 5. Quy trình phân tích Asen t� m�u tr�m tích: Quy trình này chúng tôi �ã áp d�ng [8] �� phân tích các m�u thu t�i 3 �i�m: C�u Bình Tân, C�u Tr�n Phú, Hòn ��. T�i m�i v� trí chúng tôi thu m�u tr�m tích, nư�c bi�n. Nh�ng ph� �� �o �ư�c trình bày trong các hình 4.dư�i �ây. 30 60 90 120 Th�i gian (phút) 0 20 40 60 80 100 % A rs en ch i� t� �� c 0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 0 200 400 600 800 1000 Th�i gian (s) � � h� p th � (A bs ) Ph� chu�n As(III): 2.5 µg/L; DMA: 5 µg/L; MMA: 5 µg/L; As(V): 2.5 µg/L s� d�ng c�t Hamilton PRP-X100 As(III) DMA MMA As(V) 0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0 200 400 600 800 1000 Th�i gian (s) � � h� p th � (A bs ) C�n lơ l�ng n��c c�a bi�n c�u Bình Tân As(III) As(V) 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0 200 400 600 800 1000 Th�i gian (s) � � h� p th � (A bs ) N��c c�a bi�n c�u Tr�n Phú As(III) As(V) 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0 200 400 600 800 1000 Th�i gian (s) � � h� p th � (A bs ) N��c m�ch tr�m tích c�u Tr�n Phú As(III) As(V) 273 Các k�t qu� tính toán c� th� chúng tôi �ưa trong b�ng 2. D�ng T�ng T�ng As(III) As(V) Tên m�u µg/L µg/g Hi�u su�t chi�t (%) (µg/L) (µg/g) (µg/L) µg/g (µg/L) µg/g C�n lơ l�ng nư�c c�a bi�n c�u Bình Tân 6.42 85 5.48 4.61 0.87 C�n lơ l�ng nư�c c�a bi�n c�u Tr�n Phú 5.38 81 4.37 3.88 0.49 C�n lơ l�ng nư�c bi�n Hòn �� 1.87 78 1.45 1.33 0.12 Nư�c c�a bi�n c�u Bình Tân 9.81 86 8.41 6.24 2.17 Nư�c c�a bi�n c�u Tr�n Phú 8.10 81 6.59 4.99 1.60 Nư�c bi�n Hòn �� 4.12 85 3.50 2.65 0.85 Nư�c m�ch tr�m tích c�u Bình Tân 24.32 90 21.94 17.83 4.11 Nư�c m�ch tr�m tích c�u Tr�n Phú 21.20 81 17.21 13.69 3.52 Nư�c m�ch tr�m tích Hòn �� 13.10 83 10.93 8.41 2.52 Tr�m tích c�u Bình Tân 9.06 89 8.08 5.23 2.85 Tr�m tích c�u Tr�n Phú 7.45 89 6.67 4.16 2.51 Tr�m tích Hòn �� 3.37 87 2.94 2.10 0.84 K�t qu� trên cho th�y nư�c và tr�m tích v� trí c�u Bình Tân có hàm lư�ng As l�n hơn mà ch� y�u là As(III) và As(V), là hai d�ng ��c h�i nh�t. Nguyên nhân d�n ��n hàm lư�ng As cao có 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0 200 400 600 800 1000 Th�i gian (s) � � h� p th � (A bs ) N��c m�ch tr�m tích c�u Bình Tân As(III) As(V) Tr�m tích c�u Bình Tân As(III) As(V) 0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0 200 400 600 800 1000 Th�i gian (s) � � h� p th � (A bs ) Tr�m tích c�u Tr�n Phú As(III) As(V) 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0 200 400 600 800 1000 Th�i gian (s) � � h� p th � (A bs ) 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0 200 400 600 800 1000 Th�i gian (s) � � h� p th � (A bs ) Tr�m tích Hòn �� As(III) As(V) 274 th� do vi�c thu lư�m, nuôi tr�ng và ch� bi�n h�i s�n. Trong m�u h�i s�n là ��i tư�ng có hàm lư�ng Asen nhi�u, thì rong bi�n có nhi�u nh�t [8,9]. Trong quá trình phân h�y t� nhiên, các d�ng Asen h�u cơ trong h�i s�n, ph� th�i h�i s�n �ư�c chuy�n sang d�ng tan trong nư�c bi�n và tích lu� vào tr�m tích ven b� nên hàm lư�ng trong các ��i tư�ng m�u này t�ng lên. M�t khác, ��a �i�m c�u Bình Tân còn có nh�ng ��c �i�m: �ây là nơi nư�c th�i c�a t�t c� khu nuôi tôm c�a khu v�c Phư�c ��ng th�i ra bi�n qua c�a bi�n này, do v�y, các ch�t th�i r�n c�ng như l�ng s� �i qua lưu v�c c�u Bình Tân. Bên c�nh �ó, nơi �ây c�ng có c�ng cá �� cho các tàu �ánh cá v� c�p b�n mua bán cá, các ch�t th�i c�ng vì th� trôi xu�ng sông và gây nên s� tích t� r�t l�n hàm lư�ng Asen. IV. K�T LU�N Phương pháp phân tích ghép n�i s�c ký l�ng phân gi�i cao v�i quang ph� h�p th� nguyên t� k� thu�t hydrua, hi�n nay là m�t phương pháp h�u hi�u, có kh� n�ng áp d�ng phân tích d�ng v�t asen t�t nh�t, nh� tính d� th�c hi�n, giá thành ��u tư th�p và �� nh�y cao (ch� th�p hơn ICP-MS). Tuy nhiên, ��i v�i các m�u r�n vô cơ c�ng như h�u cơ, quan tr�ng nh�t trong vi�c phân tích chính xác và có �� l�p l�i cao ph� thu�c vào hi�u su�t chi�t các d�ng asen ra kh�i m�u. K�t qu� nghiên c�u �ã tìm �ư�c h�n h�p dung môi chi�t t�i ưu là H3PO4 0,5 M và NH2OH.HCl 0,1 M v�i th�i gian chi�t 60 phút, ��t hi�u su�t chi�t 89%. Phương pháp �ã �ư�c �ánh giá �� �úng, �� l�p l�i thông qua các nghiên c�u so sánh trên m�u chu�n qu�c t�, nh�ng k�t qu� c� th� s� �ư�c trình bày trong nh�ng công b� ti�p theo. L�i c�m ơn: T�p th� các tác gi� xin chân thành c�m ơn H�i ��ng Khoa h�c T� nhiên �ã h� tr� kinh phí cho vi�c th�c hi�n công trình này. Chúng tôi c�ng xin bày t� lòng bi�t ơn ��i v�i PGS.TS Lê H�ng Khiêm và CN Võ Tr�ng Th�ch trong vi�c vi�t ph�n m�m s� lý s� li�u. TÀI LI�U THAM KH�O 10. Tong Ngoc Thanh, “Asenic Pollution in Groundwater in the Red River Delta, Geological Survey of Vietnam, Annual Report, 2003. 11. Ph�m Xuân S� và ccs, Báo cáo t�ng h�p �� tài, C�c Th�y l�i, B� NN và PTNT, 2004. 12. J. W. Moore, S. Ramamoorthy, Springer, New York, 1984, p. 4; T. Guerin, Thesis Univ. de Pau-1999. 13. J. O. Nriagu, Asenic in Environmental. Part 1. New York, 1994. 14. E. A. Rochette et al, Soil Sci. soc. Am. Proc. 62 (1998) 1530 15. Michael J. Ellwood, William A. Maher, 2003, Analytica Chimica Acta, 477, 279-291. 16. M. Vergara GallardoY. Bohari, M. Astruc, Analytica Acta 441 (2001) 257-268. 17. Nguy�n �ình Thu�t, Lê Lan Anh, T�p chí Hóa h�c s� �B, 2007 (ch� ��ng). 18. Marjin Van Hulle, Chao Zhang and Ritacornelis, Analyst, 2002, 127, 634-640.