Luận án tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu xác định một số dạng selen trong hải sản bằng phương pháp von-ampe hòa tan

Chia sẻ: Hoàng Thiện | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:156

Thêm vào BST

Báo xấu

151
lượt xem 37
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án: nghiên cứu một số cách hệ thống, xác lập các điều kiện từ lấy, bảo quản, xử lý, chiết tách, làm giàu đến khi đo xác định chinh xác và tin cậy một số dạng selen trong mẫu hải sản.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu xác định một số dạng selen trong hải sản bằng phương pháp von-ampe hòa tan

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HÓA HỌC LÊ THỊ DUYÊN NGHI£N CøU X¸C §ÞNH MéT Sè D¹NG SELEN TRONG H¶I S¶N B»NG PH¦¥NG PH¸P VON-AMPE HßA TAN LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC HÀ NỘI - 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HÓA HỌC LÊ THỊ DUYÊN NGHI£N CøU X¸C §ÞNH MéT Sè D¹NG SELEN TRONG H¶I S¶N B»NG PH¦¥NG PH¸P VON-AMPE HßA TAN LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Chuyên ngành : Hóa Phân tích Mã số : 62.44.29.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. Lê Lan Anh 2. TS. Lê Đức Liêm HÀ NỘI - 2012
1 MỞ ĐẦU Vai trò quan trọng của vết các nguyên tố trong khoa học, công nghệ và đời sống đã được biết đến từ lâu. Chính vì vậy, nhiều phương pháp phân tích hàm lượng vết các nguyên tố trong các đối tượng khác nhau đã được nghiên cứu, trong đó nhiều phương pháp tiêu chuẩn hóa đã được xây dựng. Nhưng để nghiên cứu giải thích một cách khoa học và chính xác tính và độ độc; quá trình sinh hóa, sinh địa hóa; quá trình chuyển hóa và tích lũy sinh học … vết các nguyên tố, việc xác định hàm lượng tổng vết các nguyên tố là chưa đủ, mà còn phải dạng tồn tại của chúng trong các đối tượng nghiên cứu. Với độ nhạy, độ chính xác và tính chọn lọc cao và nhất là có thể phân tích trực tiếp được dạng tồn tại vết các nguyên tố, phương pháp Von-Ampe hòa tan đã trở thành phương pháp phân tích hiện đại được lựa chọn để nghiên cứu phân tích trực tiếp dạng các nguyên tố trong các mẫu sinh-y-dược học, lương thực thực phẩm, môi trường. Mặt khác, selen (Se) là nguyên tố hai mặt trong đời sống, vừa có thể đóng vai trò là nguyên tố vi lượng vừa có thể là độc tố môi trường có độ độc cao. Khoảng nồng độ Se được phép có mặt trong cơ thể người mà không gây độc hại là rất hẹp và tùy thuộc vào dạng tồn tại của Se. Lượng Se nên đưa vào cơ thể người hàng ngày khoảng 50-200µg/ngày [1]. Trong cơ thể người, Se có thể tham gia vào các quá trình sinh hóa, cần thiết cho chức năng tế bào, tạo thành trung tâm hoạt hóa một số Enzym [2]. Nếu sử dụng quá liều lượng giới hạn, Se có thể gây độc cho người. Các triệu chứng ngộ độc Se là hơi thở có mùi hôi của tỏi, rối loạn tiêu hóa, rụng tóc, bong tróc móng tay-móng chân, mệt mỏi, kích thích và tổn thương thần kinh và nếu nặng có thể gây xơ gan, phù phổi dẫn đến tử vong. Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi đã chọn đề tài luận án “Nghiên cứu xác định một số dạng selen trong hải sản bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan”.
2 * Mục tiêu của luận án: Nghiên cứu một cách hệ thống, xác lập các điều kiện từ lấy, bảo quản, xử lý, chiết tách, làm giàu đến ghi đo xác định chính xác và tin cậy một số dạng selen trong mẫu hải sản. *Nhiệm vụ của luận án: 1. Nghiên cứu tính chất điện hóa, xác lập các điều kiện và thông số máy tối ưu xác định các dạng selenit (Se(IV)), selencystin (Se-Cyst), dimetyl diselenua (DMDSe) bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan trên điện cực giọt treo thủy ngân (HMDE). 2. Nghiên cứu điều kiện và quy trình lấy, bảo quản và xử lý mẫu đảm bảo nguyên trạng và toàn vẹn dạng selen trong mẫu hải sản. 3. Nghiên cứu các điều kiện tối ưu, chiết tách làm giàu, ghi đo xây dựng quy trình xác định chính xác và tin cậy Se tổng, dạng Se vô cơ và Se hữu cơ trong mẫu hải sản bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan sử dụng điện cực HMDE làm điện cực làm việc. 4. Đánh giá phương pháp, quy trình và áp dụng phân tích selen tổng và dạng selen trong mẫu thật. * Đóng góp mới của Luận án 1. Đã nghiên cứu thiết lập các điều kiện tối ưu, lần đầu tiên ở Việt Nam, xây dựng thành công phương pháp xác định riêng rẽ các dạng Se(IV), Se-Cyst, DMDSe cũng như đồng thời chính xác và tin cậy hai dạng Se(IV) và Se-Cyst bằng cùng một phép ghi đo DPCSV. 2. Đã nghiên cứu thành công kỹ thuật chiết tách tối ưu, toàn vẹn và định lượng các dạng selen từ mẫu hải sản. 3. Đã nghiên cứu thiết lập được quy trình hoàn chỉnh từ lấy, bảo quản, xử lý mẫu, chiết tách và xác định ba dạng selen (Se(IV), Se-Cyst, DMDSe) trong mẫu cá Khoai, tôm Sú và Mực bằng phương pháp DPCSV. * Phương pháp nghiên cứu Luận án được thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm. Từ những nghiên cứu tài liệu tham khảo trong và ngoài nước, chúng tôi chọn phương pháp Von- Ampe hòa tan catot xung vi phân để nghiên cứu, xác định hàm lượng tổng, dạng tồn tại vô cơ, dạng tồn tại hữu cơ của selen trong các mẫu hải sản.
3 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.1. DẠNG SELEN TRONG TỰ NHIÊN VÀ TÁC ĐỘNG CỦA CHÚNG ĐỐI VỚI SỨC KHỎE CON NGƯỜI 1.1.1. Dạng selen trong tự nhiên Selen ít phổ biến trong tự nhiên, có nguồn gốc từ việc phun núi lửa, có trong sunphua kim loại như đồng, niken, sắt, chì và trong các khoáng vật hiếm như Cu2Se, PbSe và As2Se. Selen là nguyên tố chiếm thứ 17 trên vỏ trái đất về khối lượng. Hàm lượng của selen trên bề mặt trái đất là không đồng đều [3]. Sự có mặt của selen trong sinh học và môi trường rất đa dạng. Ví dụ, selen trong đất đá khoảng từ 0,1 ppm (các khu vực thiếu Se của New Zealand) đến 1200 ppm (một vùng ở Ireland). Khoảng nồng độ rộng cũng được tìm thấy trong trong các loại nước không chứa muối, chiếm từ khoảng 0,1 µg/lit đến 9 mg/lit [3]. Selen trong nước biển khoảng 0,05-0,5 µg/lit. Selen trong thực vật chiếm khoảng 0,1 mg/kg khô và trong động vật khoảng 0,1-vài mg/kg ướt [2]. Selen trong tự nhiên tồn tại chủ yếu ở ba trạng thái ôxy hóa: Se+6, Se+4 và Se-2. Selen vô cơ tồn tại chủ yếu trong đất và nước [3-6], tuy nhiên chúng cũng được tìm thấy trong các cơ thể sống (động, thực vật và vi sinh vật) [2,6]. Các selen hữu cơ như dimetyl selenua (CH3)2Se, dimetyl diselenua (CH3)2Se2 và dimetylselenon (CH3)2SeO2 được tạo ra từ nước thải, bùn, đất đá và cũng được tìm thấy trong một số nước tự nhiên [3] và trong các cơ thể sống [2,4]. Trong các cơ thể sống, selen chủ yếu tồn tại ở dạng aminoaxit, như selencys- tin, selencystein, selenmethionin, selenglutathion, ... và các selenprotein [2,4,5]. Trong thủy-hải sản có chứa hàm lượng lớn selen [2,106], các dạng selen được tìm thấy dưới dạng selen vô cơ như selenit, selenat và selen hữu cơ như selenmethionin, selencystein, selencystin, selenprotein ...[1,2,63,88,106]. Một số hoạt động của con người làm thay đổi sự phân bố của selen trong môi trường. Trong công nghiệp bán dẫn và điện tử, trong công nghiệp hoá chất, công
4 nghiệp thủy tinh và trong nông nghiệp người ta đều sử dụng selen. Chính các quá trình sản xuất này và bản thân các sản phẩm của chúng cũng đưa selen vào môi trường làm thay đổi lại sự phân bố của selen. Bảng 1.1: Các dạng selen trong môi trường và hệ sinh học [2,5,7] Tên Viết tắt Công thức hóa học Selenit Se(IV) SeO32– Selenat Se(VI) SeO42– Selencystin Se-Cyst H3N+CH(COO–)CH2SeSeCH2CH(COO–)NH3+ Selenmethionin SeMet H3N+-CH(COO–)-CH2-CH2-Se-Me Selencystein H3N+-CH(COO–)-CH2-SeH Dimetyl selenua DMSe (CH3)2Se Ion trimetyl selen TMSe (CH3)3Se+ Se-metyl-selencystein H3N+-CH(COO–)-CH2-Se-Me Se-metyl- H3N+-CH(COO–)-CH2-CH2-Se+(CH3)2 selenmethionin Selencystathionin H3N+CH(COO–)CH2CH2SeCH2CH(COO–)NH3+ Dimetyl diselenua DMDSe (CH3)2Se2 Dimetyl selenon (CH3)2SeO2 Selencystamin H2N-CH2-CH2-Se-Se-CH2-CH2-NH2 Selenhomocystein H3N+-CH(COO–)-CH2-CH2-SeH γ-Glutamyl-Se- H3N+CH(COO–)CH2CH2CONHCH(COO–)CH2SeCH3 metylselencystein 1.1.2. Tác động của selen đối với sức khỏe con người Ở người, selen là chất dinh dưỡng vi lượng. Selen với chức năng tham gia tạo các enzym chống ôxy hoá như các glutathion peroxyđaza (GSHPx) và một vài dạng nhất định của thioredoxyn reductaza. Selen tham gia xúc tác trong phản ứng chuyển hóa thứ cấp, ức chế các gốc tự do sinh ra từ quá trình perôxyt hóa lipit và cũng ức chế khả năng gây độc của các kim loại nặng: Hg, Pb, As, Cd và Sn [2,6,8]. Những nghiên cứu gần đây cho thấy nhiều tác dụng của selen đối với con người: Những người tiêu thụ 54-90µg selen hàng ngày sẽ giảm nguy cơ mắc hen (suyễn) xuống một nửa so với những người tiêu thụ 23-30µg. Selen có tác dụng làm ức chế các khối u gây ung thư tiền liệt tuyến, tăng cường khả năng chống phóng xạ và tia tử ngoại. Ngưỡng có lợi của selen trong
5 khoảng 50-200µg/ngày cho mỗi người [9,10]. Theo khuyến cáo, lượng selen nam giới nên dùng hằng ngày là 80µg và nữ giới là 55µg [10]. Nguồn dinh dưỡng selen đến từ các loại quả hạch, củ họ hành, tỏi, ngũ cốc, thịt, cá và trứng. Ngoài ra còn nhiều dạng thực phẩm khác cung cấp nhiều selen như các loại hải sản [3,6] . Tổ chức Y tế thế giới (WHO) tính toán, hàm lượng selen trong máu người trung bình phải đạt trên 0,15 µg/ml thì mới đủ lượng cần thiết cho cơ thể. Những kết quả nghiên cứu của WHO khẳng định nguyên tố selen có vai trò sinh học rất lớn đối với sức khoẻ con người. Điều tra dịch tễ học tại Mỹ và Bắc Âu cho thấy sự liên hệ giữa thiếu hụt selen và sự gia tăng mắc bệnh tim mạch, huyết áp cao, não dẫn đến tử vong đối với con người. Thiếu hụt selen có thể dẫn tới các bệnh có liên quan tới chức năng tim mạch được gọi là bệnh Keshan. Sự thiếu hụt selen cũng đóng góp (cùng với thiếu hụt iot) vào bệnh Kashin-Beck, là loại bệnh tạo ra sự teo dần, thoái hoá và chết hoại của các mô chất sụn. Nếu thiếu hụt selen có thể sinh ra các triệu chứng của giảm hoạt động tuyến giáp, bao gồm sự mệt mỏi, bướu cổ, chứng ngu độn và sảy thai [3]. Bên cạnh những tác dụng có lợi thì selen cũng là một độc độc tố khi ở nồng độ cao. Selen nguyên tố và phần lớn các selenua kim loại có độc tính tương đối thấp do chúng có hiệu lực sinh học thấp. Ngược lại, các selenat và selenit lại cực độc hại. Các hợp chất hữu cơ chứa selen như dimetyl selenua, dimetyl diselenua, selenmethionin, selencystein, selencystin và metylselencystein,... tất cả các chất này đều có hiệu lực sinh học cao và độc hại khi ở liều lượng lớn [3]. Chính vì những ưu điểm của selen và ranh giới giữa tác dụng tích cực và tiêu cực của selen có liên quan chặt chẽ tới sức khoẻ con người, cho nên việc nghiên cứu phương pháp xác định chính xác, nhạy và độ chọn lọc cao Se là rất cần thiết.
6 Bảng 1.2: Giá trị liều gây chết trên chuột (thỏ) của các dạng selen [2] Liều lượng gây chết Dạng selen (mg Se/kg trọng lượng) 7 (LD50, chuột, ở miệng) 2,3 (LD50, thỏ, ở miệng) Na2SeO3 3,25-3,5 (M, chuột, ở bụng) 3 (M, chuột, trong tĩnh mạch) Na2SeO4 5,25-5,75 (M, chuột, ở bụng) Se-Cyst 4 (M, chuột, ở bụng) SeMet 4,25 (M, chuột, ở bụng) DMSe 1.600 (LD50, chuột, ở bụng) TMSe 49,4 (LD50, chuột, ở bụng) Se nguyên tố 6.700 (LD50, chuột, ở miệng) + M: liều gây chết nhỏ nhất + LD50: liều gây chết trung bình 1.2. TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA CỦA SELEN Hoạt tính điện hóa của Se(IV) đã được nghiên cứu từ rất lâu và trong nhiều nền khác nhau. Các tác giả đã xác định được 3 sóng khử ứng với các quá trình khử Se(IV) đến các mức ôxy hóa +2, 0, và -2 tùy thuộc vào pH, tuy nhiên trong dung dịch loãng hai sóng đầu hòa làm một. Lingane và Niedrach [11] nhận thấy SeO32- cho một sóng khuếch tán trên điện cực thủy ngân giống như của SO32-. Theo các tác giả này sóng khử của SeO32- trong môi trường đệm amoni ứng với bước khử Se+4 về Se-2. Speranskaya [12] cũng ghi nhận hai sóng khử của Se(IV) trong môi trường axit: sóng thứ nhất ứng với sự khử về selen nguyên tố, sóng thứ hai ứng với sóng khử từ selen nguyên tố đến Se-2. Sóng thứ hai đi kèm với sóng khử của H+.
7 G.D. Christian và các cộng sự (CCS) [13] cũng đã có nhiều nghiên cứu cực phổ của Se(IV) trong các môi trường khác nhau. Trong môi trường H2SO4 quan sát được 2 sóng khử: sóng thứ nhất kéo dài là sóng khuếch tán không thuận nghịch, sóng thứ hai rõ nét, là sóng khử thuận nghịch. Khi tăng nồng độ H2SO4, thế bán sóng thứ nhất dịch chuyển về phía âm hơn (-0,268 V ÷ -0,318 V); còn sóng thứ hai dịch chuyển về phía dương hơn (-0,92 V ÷ -0,79 V). Trong môi trường axit HCl, HNO3, HClO4, kết quả hoàn toàn tương tự như trong nền H2SO4. Tuy nhiên, trong nền HCl sóng thứ nhất trộn lẫn với sóng hòa tan Hg do đó gây khó khăn khi ghi đo. Khi nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến sóng cực phổ Se(IV) sử dụng đệm ortho-photphat 0,2M thì trong môi trường axit, hai sóng đầu quan sát được là tương tự như các trường hợp trên. Tuy nhiên ở khoảng pH = 3 xuất hiện sóng thứ 3 không thuận nghịch với E1/2 = -1,2 V (so với SCE). Trong khoảng pH = 4,3÷6,5 sóng này thu được là rõ ràng. Dòng khuếch tán của sóng thứ nhất đạt giá trị cực đại trong dung dịch axit có pH < 2,9. Ở các giá trị pH lớn hơn thì dòng khuếch tán giảm tuyến tính với sự tăng của pH, tuy nhiên khi nồng độ Se(IV) lớn thì dòng khuếch tán bắt đầu giảm ở giá trị pH thấp hơn [13]. Tóm lại: Se(IV) cho ba sóng cực phổ tùy thuộc vào pH của dung dịch. Dòng giới hạn của tất cả các sóng đều là dòng khuếch tán nhưng chỉ có sóng thứ hai là thuận nghịch. Sóng thứ nhất tương ứng với bước khử trao đổi 4e của Se(IV) để tạo thành Selenua thủy ngân HgSe: (Hg) 2- + SeO3 + 6H + 4e → HgSe + 3H2O Sóng thứ hai là sóng khử 2e của HgSe để tạo H2Se: HgSe + 2e + 2H+ → Hg + H2Se Sóng thứ ba tương ứng với bước khử 6e từ Se+4 về Se-2: SeO32- + 6H+ + 6e → Se2- + 3H2O
8 Bảng 1.3: Thế bán sóng (E1/2) của Se(IV) trong một số nền Nền điện li Thế bán sóng thứ nhất Thế bán sóng thứ hai Điện cực so sánh HNO3 0,1M -0,083 -0,561 SCE HNO3 1M -0,021 -0,411 SCE HNO3 2M -0,34 -0,850 Đáy anot Hg KNO3 2M -0,185 -0,861 SCE HCl 0,1M -0,011 -0,541 SCE HCl 1M -0,101 -0,511 SCE HClO4 0,1M -0,098 -0,541 SCE Bên cạnh dạng Se(IV) vô cơ hoạt động điện hóa tốt thì dạng Se(VI) vô cơ không có hoạt tính điện hóa vì tốc độ khử điện cực rất nhỏ. Hoạt tính điện hóa của một số dạng selen hữu cơ đã được nghiên cứu như DMDSe, Se-Cyst, trong đó Se-Cyst đã có một vài công bố đề cập tới từ những năm 80 [14]. Theo R. A. Grier và CCS [14] quan sát thấy pic của Se-Cyst ở thế đỉnh pic -0,45V trong nền HClO4 0,1M hoặc H2SO4 0,1M khi quét CSV. Maria Ochsenkühn-Petropoulou và CCS [9] đã quan sát thấy pic của Se-Cyst ở thế đỉnh pic -0,33 ± 0,05 (V) trong nền HCl 0,1M và của DMDSe ở -0,22 ± 0,03 (V) trong nền (CH2Cl2 + LiClO4 0,2M/EtOH + HCl 0,06M) khi ghi DPCSV. Rugayah Mohamed và CCS đã thu được một pic khử rõ nét của DMDSe ở -300 mV trong nền HCl 0,05M khi quét CV [15]. 1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SELEN 1.3.1. Các phương pháp phân tích hàm lượng tổng selen 1.3.1.1. Phương pháp quang phổ phân tử Nguyên tắc của phương pháp là dựa trên khả năng tạo phức màu của chất phân tích với một thuốc thử nào đó. Ghi đo độ hấp thụ quang của phức màu ta sẽ biết được nồng độ chất phân tích. Phương pháp thông dụng để xác định Se dựa trên phản ứng tạo mầu của Se(IV) với các o-diamin thơm hoặc với 2,3-diaminonaphtalen ở pH=1.
9 S. Forbes và CCS đã sử dụng phương pháp ghi đo quang phân tử hợp chất phức màu của selen với 2,3-diaminonaphtalen để xác định hàm lượng Se trong đất và cây trồng. Kết quả thu được để so sánh với phương pháp DPCSV [16]. Tác giả Lâm Ngọc Thụ và CCS [17] đã xác định selen trong cây trinh nữ bằng cách chuyển các dạng selen về Se(VI) sau đó sử dụng thuốc thử triôxyazobenzen để tạo phức với Se(VI) và tiến hành ghi đo mật độ quang của phức tại bước sóng λ = 610nm. 1.3.1.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) Phương pháp AAS là phương pháp phổ biến nhất để xác định lượng vết Se trong các mẫu sinh học và môi trường. Kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu đầu tiên trong phương pháp AAS là dùng ngọn lửa (FAAS), sau đó là kỹ thuật dùng lò graphit (GFAAS) và các kỹ thuật khác như nhiệt điện (ET-AAS), hidrua hóa (HG-AAS). Araz Bidari và CCS đã sử dụng phương pháp GFAAS để xác định hàm lượng selen trong mẫu nước đạt được giới hạn phát hiện là 2 µg/l [18]. Bằng phương pháp ET-AAS, Hortensia Méndez và CCS định lượng Se trong hải sản thu được giới hạn phát hiện là 0,16 µg/g [19]. Isela Lavilla và CCS đã sử dụng phương pháp ET-AAS để xác định hàm lượng Se trong cá và loài giáp xác với giới hạn phát hiện là 0,3 µg/g mẫu khô [20]. Suvarna Sounderajan và CCS xác định hàm lượng tổng Se trong máu động vật và trong mô cá bằng phương pháp ET-AAS với giới hạn phát hiện Se(IV) là 0,025µg/g [21]. Cũng bằng phương pháp ET-AAS, các tác giả H. Benemariya và CCS [22] đã xác định hàm lượng Se trong cá, P. Viñas và CCS [23] đã xác định hàm lượng Se trong thức ăn trẻ em. Phương pháp AAS sử dụng kĩ thuật hidrua hóa cũng được nhiều tác giả áp dụng để xác định hàm lượng selen tổng đạt được giới hạn phát hiện thấp. Denise Bohrer và CCS [24] xác định hàm lượng Se trong thịt gà bằng hai phương pháp GFAAS và HG-AAS với giới hạn phát hiện lần lượt là 1 µg/l và 0,6 µg/l. William R. Mindak và CCS sử dụng phương pháp HG-AAS xác định Se trong thức ăn với giới hạn định lượng 0,02 mg/kg [25]. Norooz Maleki và CCS định lượng Se trong nước và trong đất dùng phương pháp HG-AAS với giới hạn phát hiện là 10,6 ng/ml [26].
10 1.3.1.3. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES) Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES) dựa vào việc ghi đo bước sóng, cường độ và các đặc trưng khác của bức xạ điện từ do các nguyên tử hay ion ở trạng thái hơi phát ra. Khi sử dụng nguồn năng lượng là ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện hoặc tia lửa điện, độ nhạy của phép xác định chỉ đạt cỡ 10-6-10-7M. Bằng kĩ thuật tạo hợp chất hiđrua thì độ nhạy của phương pháp đã tăng lên đáng kể. Khi sử dụng nguồn cảm ứng cao tần plasma (ICP) thì độ nhạy của phương pháp có thể đạt cỡ µg/l [27]. 1.3.1.4. Phương pháp huỳnh quang nguyên tử (AFS) Phương pháp AFS là một phương pháp rất nhạy để xác định Se. Rosa Sabé và CCS đã xác định Se trong nước tiểu với giới hạn phát hiện đạt được là 57pg/l và giới hạn định lượng là 190pg/l [28]. Ana I. Cabañero và CCS cũng sử dụng phương pháp này để xác định Se và Hg trong các mẫu cá [29]. 1.3.1.5. Các phương pháp điện hoá a. Phương pháp cực phổ Phương pháp cực phổ là nhóm các phương pháp phân tích dựa vào việc nghiên cứu đường cong phân cực, là đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào điện thế khi tiến hành điện phân dung dịch phân tích. Phương pháp cực phổ cổ điển sử dụng dòng một chiều (DC) có độ nhạy không cao, thường chỉ xác định được khoảng nồng độ 10-6M. Khi sử dụng kĩ thuật xung vi phân hoặc sóng vuông, độ nhạy của phương pháp cực phổ được cải thiện đáng kể do loại được dòng tụ điện. Tác giả Trần Chương Huyến và CCS đã áp dụng phương pháp cực phổ xung vi phân để xác định selen trong khoảng nồng độ 2.10-7 - 1.10-5 M và đã áp dụng thành công vào phân tích một số mẫu thuốc [30]. Recai İnam và CCS [31] xác định Se trong máu bằng phương pháp cực phổ xung vi phân sử dụng sóng xúc tác hiđro và tìm thấy hàm lượng Se tổng trong máu là 620±44 µg/l. Lê Thành Phước và CCS [32] cũng sử dụng phương pháp cực phổ xung vi phân để định lượng selen trong nấm men. Recai İnam và CCS [33] đã sử dụng phương pháp cực phổ xung vi phân để định lượng đồng thời Se và Pb trong máu.
11 b. Phương pháp Von - Ampe hoà tan Trong số các phương pháp điện hóa hiện đại thì phương pháp Von-Ampe hòa tan là phương pháp có độ nhạy và độ chính xác rất cao, cho phép xác định hàm lượng vết nhiều nguyên tố ở những nồng độ cỡ 10-9M đến 10-10M, trong đó có Se. David F. Lambert và cộng sự so sánh các phương pháp phá mẫu khác nhau xác định Se trong mô cá bằng phương pháp CSV [34]. A.M. Higham và cộng sự xác định tổng Se, As trong cá ngừ đóng hộp bằng các kỹ thuật điện hóa [35]. Recai İnam và CCS [36] xác định Se trong sữa bò bằng phương pháp DPCSV trong nền HCl 0,1M và tìm được khoảng nồng độ tuyến tính là 1,2-75 µg/l. Britta Lange và CCS xác định Se bằng CSV xúc tác với sự có mặt của Rh(III), sử dụng nền là: HCl 0.3M + 75 ppb Rh(III) và điện phân ở thế −0.2V, cho giới hạn phát hiện 2,4 pM với thời gian điện phân 50s [37]. Gunnar Mattsson và CCS [38] bằng phương pháp CSV xác định Se trong nước ngọt với sự có mặt của Cu(II) cho giới hạn phát hiện là 2ng/l. Theo Claudete Fernandes Pereira và CCS có thể xác định Se bằng phương pháp DPASV khi sử dụng điện cực vàng, thu được khoảng nồng độ tuyến tính rộng 0.5- 291 ng/m [39]. 1.3.1.6. Phương pháp kích hoạt nơtron (NAA) Đã có rất nhiều tác giả sử dụng phương pháp NAA để xác định Se trong các mẫu sinh học, giới hạn phát hiện cỡ µg/l. Nguyễn Ngọc Tuấn và CCS nghiên cứu xác định selen bằng phương pháp NAA [40] thu được giới hạn phát hiện thấp, cỡ 0,1 µg. Nguyễn Giằng và CCS bằng phương pháp NAA đã xác định hàm lượng Hg và Se đi vào cơ thể người qua đường ăn uống [41]. 1.3.1.7. Phương pháp phổ khối (MS) Sử dụng phương pháp phổ khối kết hợp plasma cao tần cảm ứng (ICP-MS), các tác giả đã xác định được Se với giới hạn phát hiện cỡ ng/g [42]. Theo Takafumi Kawano và CCS [43] đã xác định Se trong mẫu sinh học bằng phương pháp MS đạt được giới hạn phát hiện 90 ng/g. C. B’Hymer và CCS đã xác định vết Se bằng phương pháp HG-ICP-MS và so sánh kết quả thu được với
12 phương pháp PN-ICP-MS. Kết quả cho thấy có sự phù hợp tốt giữa hai phương pháp [44]. Thierry Guérin và CCS cũng sử dụng phương pháp ICP-MS để xác định Se và nhiều kim loại khác trong cá và các hải sản khác [45]. Ngoài các phương pháp nêu trên, trong thực tế còn các phương pháp khác như phương pháp huỳnh quang phân tử, phương pháp huỳnh quang Rơnghen, phương pháp động học xúc tác v.v.. đã được sử dụng để xác định hàm lượng Se trong các đối tượng khác nhau. 1.3.2. Các phương pháp phân tích dạng selen 1.3.2.1. Khái niệm phân tích dạng * Thuật ngữ phân tích dạng thường được hiểu theo các ý nghĩa sau: - Theo ý nghĩa thống kê (Species): Mô tả việc xác định nguyên tố ở lượng vết có mặt trong mẫu mà không tính đến dạng hóa học của chúng. Theo hướng này, người ta có thể xác định hàm lượng nguyên tố theo chiều rộng, ví dụ như phân tích nồng độ nguyên tố theo các vùng khác nhau trên đại dương [46], hoặc dọc theo chiều dọc cột nước sông hồ ở các độ sâu khác nhau, hoặc theo mùa trong năm [47]. - Theo ý nghĩa động học (Kinetic): Nghiên cứu về hoạt tính và những biến đổi của các nguyên tố ở dạng vết, đặc biệt là sự chuyển hóa từ dạng không hoặc có độc tính thấp của nguyên tố đến dạng có hoặc không có độc tính cao. Khái niệm này thường được sử dụng trong nghiên cứu các quá trình sinh hóa [48]. - Theo ý nghĩa hóa học (Chemical Form): Nghiên cứu đặc tính hóa học tổng thể cũng như sự khác biệt của các dạng hóa học của nguyên tố hàm lượng vết trong mẫu [49,50]. * Phép phân tích dạng có thể được xét theo các cách khác nhau: - Theo nguyên tố: Hầu hết các nguyên tố hóa học từ kim loại đến phi kim đã được nghiên cứu, trong đó dạng tồn tại của các kim loại từ các kim loại phổ biến (Ca, Mg, Fe, Cu, Pb, Al...) đến các kim loại ít phổ biến như (V, Cr, Mo...) đã được nghiên cứu nhiều nhất [46-48].
13 Các phi kim tuy chưa được nghiên cứu nhiều như kim loại song số tài liệu đã công bố về phân tích dạng các phi kim cũng khá nhiều. Trong số các phi kim thì As là nguyên tố đã được nghiên cứu nhiều nhất. Sau As phải kể đến Se....Nhiều tác giả cũng đã quan tâm đến việc nghiên cứu dạng của C, O, Si trong các đối tượng khác nhau. - Theo đối tượng phân tích: Trong các đối tượng phân tích nghiên cứu dạng thì các loại đất [16,26], tiếp đến là các loại nước đã được nghiên cứu nhiều [21,38]. Có thể do ít hoặc không phải xử lý mẫu nên nước biển là đối tượng được nghiên cứu nhiều nhất [46,51,52]. Sau nước biển phải kể đến nước sông, nước hồ là đối tượng chính của phép phân tích dạng [7,47,53]. Ngoài các đối tượng là nước sạch thì nước thải, bùn, trầm tích cũng đã được xét đến trong phép phân tích dạng [9,54]. Có thể do cá là một trong những nguồn tích lũy sinh học quan trọng nên trong thực tế, các nhà nghiên cứu thường chọn cá (nhất là cá biển) làm đối tượng để nghiên cứu phân tích dạng kim loại trong thực phẩm [1]. Chúng ta cũng cần phân biệt sự khác biệt giữa phân tích dạng và phân tích phân đoạn. Trong phân tích khi mà việc phân lập, tách chiết...các chất có kèm theo sự biến đổi dạng tồn tại của chất trong mẫu nghiên cứu thì đấy là phép phân tích phân đoạn. Yêu cầu quan trọng và nghiêm ngặt nhất của phép phân tích dạng hóa học là phải giữ sao cho không hoặc làm biến đổi ít nhất dạng tồn tại của nguyên tố trong mẫu, tức là giữ các cân bằng hóa lí trong mẫu vẫn ở trạng thái tự nhiên. 1.3.2.2. Ý nghĩa của phân tích dạng Phân tích dạng liên kết vết nguyên tố là để đánh giá đặc trưng liên kết và dung lượng liên kết của vết nguyên tố hóa học trong mẫu, những thông số rất cần trong nghiên cứu sinh học, độc học, địa hóa, môi trường [49,51,52]. Trong sinh học, để hiểu được cơ chế của các quá trình tích lũy sinh học, vận chuyển và trao đổi, chuyển hóa sinh học của các nguyên tố dạng vết, thì việc nghiên cứu về phân tích dạng là hết sức cần thiết. Trên cơ sở nghiên cứu dạng của các nguyên tố vết cho phép nghiên cứu sự tích lũy sinh học của các độc chất. Ví dụ trong nước biển nồng độ As chỉ khoảng 2 ng/kg nhưng trong cá lượng As đã lên tới 100 mg/kg [55]. Điều này có nghĩa là từ những nồng độ rất nhỏ của một nguyên tố
14 dạng vết trong môi trường nào đó có thể dẫn đến những vấn đề độc hại nghiêm trọng nếu sự tích lũy sinh học được kết hợp với sự chuyển hóa sinh học thành các chất độc hại. Nghiên cứu về dạng tồn tại của các nguyên tố còn cho phép nghiên cứu sự chuyển hóa sinh học, sự tiến triển độc tính cũng như về bản chất sinh học của các chất độc. Trong nghiên cứu địa chất, phân tích dạng giúp giải thích sự vận chuyển và trao đổi chất, quá trình hình thành và phân bố các nguyên tố, đặc biệt các nguyên tố hàm lượng nhỏ, tồn tại đa dạng trong mẫu. Trên cở sở phân tích dạng của nguyên tố, nhà địa chất dễ dàng đánh giá trữ lượng cũng như sự phân chia, phân bố của các nguyên tố. Nghiên cứu phân tích dạng là những nghiên cứu lý thuyết cũng như thực nghiệm . Nhờ những ưu điểm vượt trội nói trên mà trong vài thập niên gần đây, cùng với sự phát triển ngày càng cao của khoa học và kỹ thuật phân tích, phép phân tích dạng đã được nghiên cứu và phát triển mạnh và đã trở thành một lĩnh vực khoa học quan trọng của phân tích học hiện đại. 1.3.2.3. Các phương pháp phân tích dạng vết selen a. Sắc ký lỏng hiệu năng cao-plasma cao tần cảm ứng- phổ khối (HPLC-ICP-MS) Phương pháp HPLC-ICP-MS được ứng dụng rộng rãi trong phân tích dạng selen [56-59] và nhiều nguyên tố khác, cho độ nhạy rất cao. Fangshi Li và CCS [60] xác định các dạng Se: TMSe, SeMet, H2SeO3, H2SeO4 bằng HPLC-FAAS cho giới hạn phát hiện khoảng 1mg Se/l đối với tất cả các hợp chất, trong khi đó dùng HPLC-ICP-MS cho giới hạn phát hiện thấp hơn nhiều, lần lượt là 0,08; 0,34; 0,18 và 0,07 µg Se/l. Cũng bằng phương pháp này, Maїté Bueno và CCS đã xác định các dạng selen vô cơ (Se(IV), Se(VI)) và hữu cơ (Se-Cyst) trong nước tự nhiên ở hàm lượng cỡ 10ng Se/l [53]. Gottfried Kölbl [61] so sánh các phương pháp HPLC-FAAS, HPLC-GFAAS với HPLC-ICP-MS khi xác định các hợp chất Se trong môi trường nước và kết quả cho thấy phương pháp HPLC-ICP-MS cho giới hạn phát hiện thấp nhất (0,1 ng/l) so với HPLC-FAAS và HPLC-GFAAS lần lượt là 10 ng/l và 1 ng/l, đồng thời phương pháp HPLC-ICP-MS còn cho khoảng nồng độ tuyến tính rộng nhất (10 µg đến 10 mg Se/l). L. Orero
15 Iserte và CCS [62] đã xác định đồng thời các dạng As (As(III), As(V), DMA, MMA) và Se (Se(IV), Se(VI)) trong trầm tích bằng phương pháp HPLC-ICP-MS với giới hạn phát hiện nằm trong khoảng 2 ÷ 40 ng/g. X.C Le và CCS đã xác định được 13 dạng As và Se bằng phương pháp này và đã áp dụng thành công vào việc xác định dạng AsB và Se-Cyst trong cá ngừ đóng hộp cũng như xác định được 6 dạng asen đường trong trầm tích [63]. Cũng bằng phương pháp HPLC-ICP-MS, các tác giả đã phân lập các dạng Se trong nước tiểu (TMSe, Se(IV), Se(VI), SeMet, SeEt) [64], trong tỏi [65] và hành xanh [66]. Có thể nói, phương pháp HPLC-ICP-MS hiện nay là một phương pháp hiệu quả nhất trong nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới để nghiên cứu xác định các dạng vết selen và nhiều nguyên tố khác. b. Sắc ký lỏng hiệu năng cao-plasma cao tần cảm ứng-phổ phát xạ nguyên tử (HPLC-ICP-AES) Phổ phát xạ nguyên tử plasma cao tần cảm ứng (ICP-AES) ghép với HPLC cũng được ứng dụng rộng rãi trong phân tích dạng selen [2]. Bằng phương pháp này, F. Laborda và CCS đã xác định các dạng selen: Se(IV), Se(VI) và TMSe trong nước tinh khiết cho giới hạn phát hiện lần lượt là 54ng/l (đối với Se(IV), Se(VI)) và 14ng/l (đối với TMSe) [42]. c. Sắc ký lỏng hiệu năng cao kết hợp kỹ thuật hiđrua hóa ghép nối với quang phổ HG là một quá trình hóa học sản sinh ra chất hyđrua do phản ứng hóa học của mẫu với một tác nhân khử, tiêu biểu là natri bohydrua. Kỹ thuật hyđrua hóa ghép với tách HPLC với các phương pháp quang phổ như: HPLC-HG-AAS, HPLC- HG-AES, HPLC-HG-AFS được sử dụng để phân tích dạng vết selen. Amit Chatterjee và CCS đã xác định dạng SeMet bằng HPLC-HG-AAS cho giới hạn phát hiện 1,08ng/ml và đã ứng dụng tốt vào phân tích SeMet trong nước tiểu của người [67]. Carmen Cámara và CCS [68] đã sử dụng phương pháp HPLC- HG-AAS để xác định các dạng crom và selen (Se(IV), Se(VI)) trong dung dịch. Ildikó Ipolyi và CCS [69] đã xác định các dạng asen và selen (Se(IV)+Se(VI)) bằng phương pháp HPLC-HG-AFS đạt được giới hạn phát hiện lần lượt là 1,0; 0,5; 1,0; 0,3 và 0,7 pg đối với Se(IV), As(III), DMA, MMA và As(V). Trong một công trình
16 khác, nhóm các tác giả này công bố, bằng phương pháp HPLC-HG-AFS đã xác định Se(IV) và các axit selenamino thu được giới hạn phát hiện Se-Cyst, SeMet, SeEt và Se(IV) lần lượt là 18, 70, 96, và 16 ng/l [70]. Pilar Viñas và CCS [71] cũng sử dụng phương pháp LC-HG-AFS xác định các dạng selen (Se(IV), Se(VI), Se- Cyst, SeMet). d. Kỹ thuật điện hoá hiện đại Những phương pháp điện hóa hiện đại như điện cực chọn lọc, điện lượng, thế - thời gian, độ dẫn, cực phổ xung vi phân, cực phổ sóng vuông, Von-Ampe hòa tan v. v. có thể xác định được gần 30 kim loại cũng như những hợp chất hữu cơ có các nhóm chức hoạt động điện hóa (trực tiếp) và không hoạt động điện hóa (gián tiếp) ở nồng độ trong khoảng n.10- 8 ÷ 10- 10 M. Trong số các phương pháp phân tích điện hóa, hai phương pháp cực phổ xung vi phân và Von-Ampe hòa tan catot xung vi phân được ứng dụng nhiều nhất để xác định dạng vết selen [4,42]. G.E. Batley [72] xác định các dạng selen (Se(IV), Se(VI)) trong nước bị ô nhiễm bằng phương pháp cực phổ xung vi phân cho giới hạn phát hiện 2 µg/l. Paulo C. do Nascimento và CCS đã xác định Se(IV) và Se(VI) trong nước biển bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan với sự có mặt của Cu(II), đạt được giới hạn phát hiện 0.030 µg/l ở thời gian điện phân 240 s [73]. Maria Ochsenkühn- Petropoulou và CCS bằng phương pháp DPCSV xác định một số dạng selen trong trầm tích với giới hạn phát hiện lần lượt cho Se(IV), Se-Cyst, DMDSe là 0,12; 3 và 0,23 ng/ml [9]. Có thể nói, phương pháp Von-Ampe hòa tan là phương pháp có độ nhạy và độ chính xác rất cao, cho phép xác định hàm lượng vết nhiều nguyên tố đặc biệt là xác định dạng các nguyên tố [9,35,46,47,51,52,54,74]. Do đó, chúng tôi quyết định chọn phương pháp Von-Ampe hòa tan để nghiên cứu, xác định hàm lượng tổng và dạng selen trong hải sản. Bên cạnh các phương pháp thường dùng nêu trên để phân tích dạng selen, người ta còn sử dụng một số phương pháp khác như GC-MS [4,75], CE [76,77], v.v..
17 1.4. PHƯƠNG PHÁP VON-AMPE HÒA TAN TRONG PHÂN TÍCH DẠNG SELEN 1.4.1. Giới thiệu chung về phương pháp Von-Ampe hòa tan 1.4.1.1. Nguyên tắc Bằng cách điện phân làm giàu trước chất cần phân tích lên điện cực làm việc, người ta đã làm tăng độ nhạy của các phương pháp phân tích điện hóa lên hàng nghìn lần mà các yêu cầu phân tích (thiết bị, hóa chất) vẫn rất đơn giản. Theo phương pháp Von -Ampe hòa tan (SV), quá trình phân tích gồm hai giai đoạn: giai đoạn làm giàu và giai đoạn hòa tan [78-83]. - Giai đoạn làm giàu: chất phân tích trong dung dịch được làm giàu bằng cách điện phân tích lũy hay hấp phụ lên bề mặt điện cực làm việc ở một thế và thời gian xác định. Trong quá trình làm giàu, dung dịch được khuấy trộn đều bằng khuấy từ hoặc điện cực quay. Cuối giai đoạn này, thế trên điện cực làm việc vẫn giữ nguyên nhưng ngừng khuấy hoặc ngừng quay điện cực trong khoảng thời gian 2 ÷ 30 s để chất phân tích phân bố đều trên bề mặt điện cực làm việc. - Giai đoạn hòa tan: hòa tan chất phân tích khỏi bề mặt điện cực làm việc bằng cách quét thế theo một chiều xác định (anot hoặc catot), đồng thời ghi tín hiệu Von-Ampe hòa tan bằng một kỹ thuật Von-Ampe nào đó. Trong giai đoạn này, thường không khuấy dung dịch phân tích. Nếu quá trình hòa tan là quá trình phân cực anot thì lúc này phương pháp được gọi là Von-Ampe hòa tan anot (ASV) và ngược lại, nếu quá trình hòa tan là quá trình phân cực catot thì phương pháp được gọi là Von-Ampe hòa tan catot (CSV). Khi quá trình làm giàu là quá trình hấp phụ, người ta gọi tên phương pháp là Von-Ampe hòa tan hấp phụ catot (hoặc Von-Ampe hòa tan hấp phụ - AdSV) [78- 83]. Các kỹ thuật Von-Ampe thường dùng để ghi tín hiệu Von-Ampe hòa tan là: Von-Ampe dòng một chiều, dòng xoay chiều, xung vi phân (DP), sóng vuông (SQW),… Khi sử dụng kỹ thuật Von-Ampe, người ta đưa tên gọi của kỹ thuật Von- Ampe vào trước tên gọi của phương pháp, chẳng hạn, phương pháp DPASV, DPCSV, SQWASV,…[78,79,81].
18 Trong phương pháp ASV và CSV, để chọn thế điện phân làm giàu (Edep), người ta dựa vào phương trình Nernst hoặc một cách gần đúng có thể dựa vào giá trị thế bán sóng (E1/2) trên sóng cực phổ của chất phân tích. Cụ thể: Trong phương pháp ASV, Edep được chọn âm hơn so với E1/2 và nếu kim loại cần phân tích (Me) tan được trong thủy ngân tạo thành hỗn hống (khi dùng điện cực làm việc là điện cực thủy ngân). Các phản ứng xảy ra như sau [78,81-83]: Giai đoạn làm giàu: giữ Edep không đổi: (Hg) Men+ + ne → Me (Hg) Giai đoạn hòa tan: quét thế anot: Me (Hg) − ne → Men+ + Hg Trong phương pháp CSV, Edep được chọn dương hơn so với E1/2 và nếu phân tích kim loại mà hợp chất của nó với một thuốc thử nào đó có thể kết tủa trên bề mặt điện cực làm việc. Các phản ứng xảy ra như sau [78,81-83]: Giai đoạn làm giàu: giữ Edep không đổi: Men+ + (n + m) R − me → MeRn + m ↓ Giai đoạn hòa tan: quét thế catot: MeRn + m + me → Men+ + (n + m) R (R có thể là chất hữu cơ, OH-,...) Phương pháp CSV còn cho phép xác định các chất hữu cơ hoặc các anion tạo được kết tủa với Hg(I) hoặc Hg(II) khi dùng điện cực làm việc là HMDE. Các phản ứng xảy ra như sau: Giai đoạn làm giàu: giữ Edep không đổi pHg (HMDE) + qX − ne → HgpXq (HMDE) Giai đoạn hòa tan: quét thế catot: HgpXq (HMDE) + ne → pHg (HMDE) + qX (X có thể là chất hữu cơ hoặc anion vô cơ như halogenua, S2-, MoO42-, VO3-, PO43-,...)