Luận án Nghiên cứu xác định một số dạng selen trong hải sản bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan

156 trang yendo 4830

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận án Nghiên cứu xác định một số dạng selen trong hải sản bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

luan_an_nghien_cuu_xac_dinh_mot_so_dang_selen_trong_hai_san.pdf

Nội dung text: Luận án 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 tắtCông thức hóa học 2– Selenit Se(IV) SeO3 2– Selenat Se(VI) SeO4 + – – + 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- HN+-CH(COO–)-CH -CH -Se+(CH ) selenmethionin 3 2 2 3 2 + – – + 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- H N+CH(COO–)CH CH CONHCH(COO–)CH SeCH 3 2 2 2 3 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. 2- Lingane và Niedrach [11] nhận thấy SeO3 cho một sóng khuếch tán trên 2- 2- điện cực thủy ngân giống như của SO3 . Theo các tác giả này sóng khử của SeO3 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: 2- + 2- SeO3 + 6H + 6e → Se + 3H2O
8 Bảng 1.3: Thế bán sóng (E1/2) của Se(IV) trong một số nền Nền điện li Thế bán sóng thứ nhấtThế 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: n+ Me + (n + m) R − me → MeRn + m ↓ Giai đoạn hòa tan: quét thế catot: n+ MeRn + m + me → Me + (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 2- 2- (X có thể là chất hữu cơ hoặc anion vô cơ như halogenua, S , MoO4 , - 3- VO3 , PO4 , )
19 Trong phương pháp AdSV, giai đoạn làm giàu xảy ra hai quá trình: quá trình tạo phức và quá trình hấp phụ. Phức của ion kim loại và phối tử hữu cơ (được thêm vào dung dịch phân tích) hình thành và hấp phụ điện hóa lên bề mặt điện cực làm việc, do vậy chất phân tích được làm giàu. Hai quá trình đó có thể xảy ra gần như đồng thời hoặc một trong hai quá trình sẽ xảy ra trước. Trong giai đoạn này, thế trên điện cực làm việc được giữ không đổi và dung dịch phân tích được khuấy trộn đều. Trong giai đoạn hòa tan, tiến hành quét thế catot để khử các tiểu phân điện hoạt trên bề mặt điện cực làm việc (có thể là phức của ion kim loại với phối tử hoặc kim loại cần phân tích hoặc phối tử), 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 [78,79,81-83]. Đường Von-Ampe hòa tan thu được có dạng đỉnh (peak). Thế đỉnh (Ep) và độ lớn của dòng đỉnh hòa tan (Ip) phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thành phần nền (chất điện ly nền, pH, chất tạo phức, ), bản chất của điện cực làm việc, thế và thời gian điện phân làm giàu, điều kiện thủy động học (sự khuấy trộn hoặc quay điện cực, ) trong giai đoạn làm giàu, tốc độ quét thế trong giai đoạn hòa tan, kỹ thuật ghi đường Von-Ampe hòa tan, [78-83]. Để tiến hành phân tích bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan người ta dùng bộ thiết bị gồm một máy cực phổ tự ghi và một bình điện phân gồm hệ 3 điện cực: điện cực làm việc là điện cực giọt thủy ngân tĩnh hoặc điện cực rắn đĩa, điện cực so sánh có thế không đổi thường là điện cực calomen hoặc điện cực bạc clorua có bề mặt lớn và điện cực phù trợ Pt. Nắp bình điện phân còn có lỗ để dẫn luồng khí trơ (N2, Ar ) vào dung dịch phân tích để đuổi loại ôxy hòa tan trong dung dịch [78,81,82]. 1.4.1.2. Điện cực sử dụng trong phân tích Von-Ampe hoà tan Trong phương pháp Von-Ampe hoà tan người ta dùng hệ gồm 3 điện cực nhúng vào dung dịch chất phân tích: - Điện cực làm việc, trên đó xảy ra sự kết tủa và hoà tan chất cần phân tích
20 - Điện cực so sánh, thường là điện cực calomen hoặc bạc clorua. Thế điện cực không đổi và phải duy trì trong suốt quá trình làm việc - Điện cực phù trợ, thường dùng là một điện cực platin * Điện cực làm việc trong phân tích Von-Ampe hòa tan [78-85] Điện cực làm việc phải đáp ứng được tỉ lệ tín hiệu ghi đo trên tín hiệu nhiễu cao, cũng như có tín hiệu cảm ứng cao. Do đó điện cực làm việc được lựa chọn dựa trên hai yếu tố chủ yếu là: - Khả năng ôxy hoá khử của mục tiêu phân tích. - Dòng nền trên vùng thế quan tâm của phép ghi đo. Ngoài ra, khi lựa chọn điện cực làm việc cũng cần cân nhắc tới các yếu tố như: khoảng thế làm việc, khả năng dẫn điện, khả năng điều chế, tính chất vật lý, giá trị kinh tế và độc tính. Nhiều vật liệu đã được ứng dụng để chế tạo điện cực trong phân tích điện hoá, phổ biến đó là: thuỷ ngân, cacbon và kim loại quý (vàng, platin). Dưới đây là khoảng thế làm việc một số vật liệu dùng làm điện cực. Bảng 1.4: Khoảng thế làm việc của một số loại vật liệu (so với SCE)[78] Vật liệu Môi trường Khoảng thế (V) H2SO4 1M -1,2 ÷ 0,3 KCl 1M -1,8 ÷ 0,1 Hg NaOH 1M -2,0 ÷ 0,1 Et4NOH 0,1M -2,5 ÷ 0,1 HClO4 1M -0,3 ÷ 1,5 C KCl 1M -1,5 ÷ 1,0 H2SO4 1M -0,5 ÷ 1,2 Pt NaOH 1M -1,0 ÷ 0,6 Điện cực thủy ngân: Là một điện cực được sử dụng phổ biến nhất trong phương pháp Von-Ampe hoà tan vì quá thế hiđro trên thủy ngân cao, khoảng thế làm việc catot rộng, khả năng dẫn điện tốt, bề mặt trơn và luôn mới, có khả năng tạo
21 hỗn hống với nhiều kim loại. Các loại điện cực thủy ngân phổ biến trong phân tích điện hóa hòa tan là: + Điện cực giọt treo thủy ngân (HMDE) + Điện cực giọt ngồi thủy ngân (SMDE) + Điện cực màng thủy ngân (MFE) Trong đó, điện cực giọt treo thủy ngân (HMDE) được sử dụng phổ biến nhất trong phân tích, có thể sử dụng để xác định nhiều kim loại, á kim cũng như các hợp chất hữu cơ khác nhau. Đó là một giọt thủy ngân hình cầu có kích thước được treo trên đầu cuối của một mao quản thủy tinh có đường kính trong khoảng 0,15 ÷ 1 mm. Sau mỗi phép ghi đo, giọt thủy ngân bị cưỡng bức rơi ra khỏi mao quản để được thay thế bằng giọt mới tương tự (giọt mới tạo ra phải có kích thước như giọt đã dùng ghi đo lần trước). Mặt khác, điện cực HMDE cho các kết quả phân tích có độ lặp lại cao. Điểm hạn chế của điện cực HMDE là khó chế tạo vì rất khó tạo ra các giọt thuỷ ngân có kích thước lặp lại, không cho phép xác định các kim loại có thế hòa tan dương hơn thuỷ ngân như Ag, Au - Điện cực màng thủy ngân: Là một màng thủy ngân bám trên bề mặt điện cực rắn (thường là điện cực cacbon). Thông thường, người ta chế tạo điện cực bằng cách mạ một lớp thủy ngân lên vật liệu đặc biệt hoặc dùng HgO [84,85] và chất dẫn (thường dùng than mềm làm chất dẫn và được gọi là điện cực than mềm biến tính bằng thủy ngân ôxyt) được nhồi vào ống teflon có đường kính 3,2 mm, ép ở áp suất 1 atm. Khi điện cực làm việc, HgO bị khử bằng dòng điện thành màng thủy ngân bám trên bề mặt điện cực theo cách điều chế bên ngoài (exsitu) hoặc điều chế tại chỗ (insitu). - HgO + 2e + H2O → Hg + 2OH + HgO + 2e + 2H → Hg + H2O Sau đó, thủy ngân sinh ra tạo hỗn hống với nguyên tố cần xác định. - Điện cực rắn đĩa: Là mặt phẳng hình tròn, có đường kính nằm trong khoảng từ 3 - 5 mm làm bằng các vật liệu trơ như Au, Pt và đặc biệt là các loại cacbon có độ tinh khiết cao, trơ và có bề mặt dễ đánh bóng. Yêu cầu chủ yếu của vật liệu
22 làm điện cực đĩa là phải trơ về mặt hóa học và có bề mặt bóng nhẵn để cho diện tích bề mặt không đổi giúp cho kết quả phân tích được lặp lại và chính xác. Vật liệu tốt nhất dùng làm điện cực rắn đĩa là cacbon thủy tinh do nó có độ bền hóa học tương đối cao và bề mặt dễ đánh bóng. Ngoài ra có thể dùng cacbon ngâm tẩm hoặc cacbon nhão để chế tạo điện cực đĩa. Khoảng thế các điện cực loại này khá lớn, từ +1,0V đến -1,0V trong môi trường axit và từ +1,0V đến -1,8V trong môi trường trung tính hoặc kiềm. - Điện cực màng bismut: Xuất hiện vào năm 2000, điện cực màng bismut cho kết quả phân tích tương đương với điện cực màng thủy ngân. Điện cực màng bismut được chế tạo bằng cách mạ một lớp màng mỏng, mỏng hơn thủy ngân trên một loại vật liệu đặc biệt, hoặc có thể dùng Bi2O3 với chất dẫn (nếu chất dẫn là than mềm thì gọi là điện cực than mềm biến tính Bi2O3) để làm điện cực. Khi làm việc Bi2O3 bị khử bằng dòng điện tạo thành màng bismut bám trên bề mặt điện cực: + 2Bi2O3 + 6e + 6H → 4Bi + 3H2O bitmus sinh ra tạo kết tủa gian kim loại với nguyên tố cần phân tích. Điện cực màng bismut được sử dụng bao gồm cả điện cực màng điều chế bên ngoài (exsitu) và điện cực màng được điều chế tại chỗ (insitu). Ngoài ra, điện cực màng vàng cũng được ứng dụng rộng rãi trong phân tích lượng vết các kim loại khác. 1.4.2. Ứng dụng phương pháp Von-Ampe hòa tan trong phân tích dạng selen Phương pháp Von-Ampe hòa tan được sử dụng để xác định hàm lượng tổng và dạng của nhiều nguyên tố và trong nhiều trường hợp có thể xác định được đồng thời nhiều nguyên tố có trong dung dịch. Vì vậy, phạm vi ứng dụng của phương pháp Von-Ampe hòa tan là rất rộng. Trên thế giới đã có nhiều công bố về phân tích dạng selen trong các đối tượng khác nhau sử dụng phương pháp Von-Ampe hòa tan: Rugayah Mohamed và CCS [15] đã phân tích đồng thời hai dạng selen vô cơ (Se(IV)) và selen hữu cơ (DMDSe) bằng phương pháp DPCSV, đạt được giới hạn phát hiện lần lượt là 8,175.10-9 M và 9,487.10-8 M ở thế điện phân 100mV và thời gian điện phân 90s .
23 Tommaso Ferri và CCS sử dụng phương pháp DPCSV để định lượng các dạng selen trong khoai tây [86]. 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; 0,23 ng/ml [9]. P. Papoff và CCS đã xác định các dạng selen (Se(IV), Se(VI) và Se(-II)) trong nước tự nhiên và trong tuyết bằng phương pháp DPCSV [7], C. Elleouet và CCS sử dụng phương pháp DPCSV xác định các dạng selen vô cơ và hữu cơ trong nước tự nhiên [87] v.v 1.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ DẠNG SELEN TRONG THỦY, HẢI SẢN TRÊN THẾ GIỚI Trên thế giới, các nghiên cứu phân tích dạng selen trong thủy, hải sản còn chưa nhiều và chủ yếu là nghiên cứu trong cá (thường là cá biển). Phương pháp thường được sử dụng để nghiên cứu phân tích là LC-ICP-MS. Hầu hết các công bố về dạng selen được nghiên cứu đồng thời với dạng asen: Ruoh-Yun Wang và CCS [88] đã nghiên cứu xác định các dạng As (As(III), As(V), MMA, DMA, AsB, As-đường) và dạng Se (Se(IV), Se(VI)) trong các mẫu sinh học và môi trường bằng phương pháp IC-ICP-MS cho giới hạn phát hiện nằm trong khoảng 0,002-0,01 ng/ml (đối với các dạng As) và 0,01-0,02 ng/ml (đối với các dạng Se). Các tác giả đã áp dụng thành công vào phân tích hai mẫu cá (swordfish, DORM-2) và chỉ ra rằng khi dùng dung dịch metanol 80% (v/v) chiết mẫu ở 800C thì chiết được 99% các dạng As nhưng với dạng Se chỉ đạt được 35%. Chính vì lý do này mà kết quả tìm được chủ yếu là các dạng asen, cụ thể: đã tìm thấy các dạng As(III), As(V), MMA, DMA, AsB trong cả hai mẫu, đồng thời tìm thấy hai dạng Se(IV), Se(VI) trong mẫu cá kiếm (swordfish). X.C Le và CCS [63] đã xác định dạng AsB (đại diện cho các dạng As) và Se-Cyst (đại diện cho các dạng Se) trong cá ngừ bằng phương pháp HPLC-ICP-MS. Laura Hinojosa Reyes và CCS đã sử dụng phương pháp IC-ICP-MS để xác định đồng thời 5 dạng As (As(III), As(V), MMA, DMA, AsB) và ba dạng Se (SeMet, Se(IV), Se(VI)) trong mô cá, đạt được giới hạn phát hiện khoảng 0,1µg/l (đối với các dạng asen) và 0,7µg/l (đối với các dạng selen) [1]. G. Önning [89] đã phân lập các hợp chất Se hòa tan và xác định
24 hàm lượng của chúng trong các loại cá khác nhau bằng phương pháp sắc ký gel- GFAAS. B. Åkesson và CCS [90] cũng sử dụng phương pháp sắc ký gel kết hợp với GFAAS và HG-AAS để phân lập và xác định các hợp chất Se có trọng lượng phân tử thấp và cao trong cá. 1.6. NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ DẠNG VẾT CÁC NGUYÊN TỐ Ở VIỆT NAM Cùng với nghiên cứu hoàn thiện, nâng cao và mở rộng phạm vi ứng dụng của các phương pháp phân tích hiện đại xác định nhạy, chính xác và chọn lọc cao vết các nguyên tố trong các mẫu phức tạp, từ vài chục năm lại đây, ở Việt Nam đã hình thành và phát triển hướng nghiên cứu xác định dạng vết nguyên tố trong nghiên cứu khoa học, công nghệ và môi trường. Đã có những công bố về nghiên cứu xác định dạng vết thủy ngân (Hg) và asen (As) trong các mẫu sinh học và môi trường [91,92]; nghiên cứu dạng vết asen trong một số loại mẫu môi trường biển [93-95]; nghiên cứu xác định hàm lượng và dạng tồn tại vết chì (Pb), cadimi (Cd), crom (Cr) và đồng (Cu) [74,96-98] trong mẫu đất trồng trọt, trong nước và trầm tích tự nhiên bằng các phương pháp Von-Ampe hòa tan và hấp thụ nguyên tử trong sự liên hợp với các phương pháp sắc ký, vừa có ý nghĩa khoa học, vừa có ý nghĩa thực tiễn phù hợp với phương hướng phát triển của phân tích học hiện đại, đáp ứng những yêu cầu ngày càng cao của khoa học, công nghệ và môi trường, nhưng chưa thấy có công trình nghiên cứu về phân tích dạng selen (Se) trong hải sản.
25 CHƯƠNG 2 - THỰC NGHIỆM 2.1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HOÁ CHẤT 2.1.1. Thiết bị và dụng cụ * Máy phân tích: Việc ghi đo đường Von-Ampe hoà tan được thực hiện trên máy phân tích cực phổ đa chức năng 797 VA computrace do hãng Metrohm (Thụy Sĩ) sản xuất. - Hệ điện cực: gồm 3 điện cực: • Điện cực làm việc (WE): Điện cực giọt treo thuỷ ngân (HMDE), là giọt thuỷ ngân có kích thước nhỏ, đường kính 0,05 ÷ 0,07 mm, treo trên một mao quản thuỷ tinh, điện cực này có ưu điểm: quá thế của hiđro lớn (môi trường axit -1,2V còn môi trường trung tính hay kiềm 1,5V). Trên bề mặt điện cực xảy ra quá trình làm giàu và hoà tan chất cần phân tích. • Điện cực so sánh (RE): Ag⏐AgCl⏐Cl-, điện cực luôn được bảo quản trong dung dịch KCl 3M. • Điện cực phù trợ (AE): Điện cực Pt. - Bình điện phân: Dung tích 50ml, được chế tạo từ thủy tinh thạch anh. Nắp bình có gắn các điện cực, ống dẫn khí trơ (N2) nhằm đuổi ôxy hoà tan trong dung dịch ghi đo và có que khuấy từ để khuấy trộn dung dịch ghi đo. Máy phân tích cực phổ đa năng 797 VA Computrace (Metrohm)-Thụy Sĩ * Máy vi tính HP dùng để điều khiển thiết bị ghi đo, ghi và xử lý kết quả. Mọi thông số ghi đo đều được nhập từ bàn phím. * Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Perkin-Elmer AA 3300, Mỹ
26 * Máy đo pH (pH Meter HM 16S của Nhật Bản) * Máy cất nước 2 lần (UHQ-ELGA của Anh) * Máy ly tâm (MISTRAL 1000, Galekamp của Đức) * Cân phân tích chính xác đến 0,01mg * Bếp điện điều nhiệt có khuấy từ * Bình Kendan * Các loại pipet (1 ml, 2 ml, 5 ml, 10 ml), micropipet (5 ÷ 50 µl, 50 ÷ 250 µl, 100 ÷ 500 µl). Bình định mức (5ml, 10 ml, 20 ml, 25 ml, 50 ml, 100 ml). Bình eclen, cốc đong, ống đong, phễu lọc, giấy lọc, (các dụng cụ được rửa sạch bằng hỗn hợp rửa sunfocromic sau đó tráng lại nhiều lần bằng nước cất siêu sạch). * Màng lọc 0,45 µm, Whatman, Nhật Bản. 2.1.2. Hoá chất - Khí Nitơ 99,99%, Công ty Air Liquit - Axít clohydric HCl nồng độ 37%, PA, Merck - Axít nitric HNO3 nồng độ 65%, PA, Merck - Axít sunfuric H2SO4 nồng độ 98%, PA, Merck - Axít pecloric HClO4 98%, PA, Merck - Axit stearic ≥ 99%, PA, Merck - Natri hydrôxyt NaOH, PA, Merck - Etanol C2H5OH, PA, Merck - Diclometan CH2Cl2, PA, Merck - Litipeclorat ngậm 5H2O: LiClO4.5H2O, Sigma-Aldrich - Các loại hóa chất chuẩn dạng selen đều thuộc loại tinh khiết phân tích: + Se(IV) - Na2SeO3 - Natri selenit 99%, Sigma-Aldrich. + Se(VI) - Na2SeO4 - Natri selenat 99%, Sigma-Aldrich. + Se-Cyst - C6H12N2O4Se2 - Selencystin 99%, Sigma. + DMDSe - (CH3)2Se2 - Dimetyl diselenua 98% (d = 1,987), Sigma. - Các dung dịch chuẩn: Zn(II), Pb(II), Cu(II), Mn(II), Cd(II), Fe(III) dưới dạng muối nitrat, As(V) dưới dạng H3AsO4, đều thuộc loại PA của Merck. - Mẫu cá chuẩn DORM-2, hàm lượng selen tổng 1,40 ± 0.09 mg/kg
27 2.2. NỘI DUNG THỰC NGHIỆM 2.2.1. Pha các dung dịch chuẩn - Se(IV) (nồng độ 1000mg/l): cân 1,376g Na2SeO3 cho vào bình định mức 1000 ml, thêm nước cất siêu sạch, lắc cho tan hết và định mức bằng nước cất siêu sạch đến vạch. - Se(VI) (nồng độ 1000mg/l): cân 1,32g Na2SeO4 cho vào bình định mức 1000 ml đã có sẵn 0,35ml HNO3 đặc (d = 1,4) trong nước cất siêu sạch, lắc cho tan hết và định mức bằng nước cất siêu sạch đến vạch. - Se-Cyst (nồng độ 1000mg/l): cân 0,101g Se-Cyst cho vào bình định mức 100ml, thêm vào dung dịch HCl 0,1M, lắc cho tan hết và định mức đến vạch bằng dung dịch HCl 0,1M, dung dịch được bảo quản trong ngăn mát của tủ lạnh. - DMDSe (nồng độ 1000mg/l): hút 51,3µl (tức 0,102g) DMDSe cho vào bình định mức 100ml và định mức đến vạch bằng dung môi etanol. Dung dịch được bảo quản trong ngăn mát của tủ lạnh. - LiClO4 2M/etanol : cân 3,2g LiClO4.5H2O cho vào bình định mức 10ml và định mức đến vạch bằng dung môi etanol. Dung dịch được sử dụng trong ngày. - Axít stearic 1000mg/l: cân 0,1g axít stearic cho vào bình định mức 100ml, thêm etanol vào và lắc cho tan hết, tiếp tục định mức bằng etanol cho đến vạch. - Các dung dịch chuẩn: Cu(II), Pb(II), Zn(II), Cd(II), Fe(III), As(V), (nồng độ 1000mg/l) được pha từ dung dịch chuẩn của Merck bằng nước cất siêu sạch. - Các dung dịch làm việc được pha loãng hàng ngày từ dung dịch đặc 1000mg/l bằng nước cất siêu sạch, riêng DMDSe và axít stearic được pha loãng bằng dung môi etanol. 2.2.2. Chuẩn bị mẫu phân tích Lấy mẫu: Với mục đích nghiên cứu xác định hàm lượng tổng và dạng selen trong mẫu hải sản, chúng tôi đặt mua mẫu hải sản còn tươi (các mẫu cá, tôm sú, ngao) với lượng vừa đủ cho việc phân tích định lượng. Gia công mẫu [99,100]: Để giữ nguyên các dạng ban đầu của selen, hải sản phải còn tươi, sau đó rửa sạch và chuẩn bị mẫu theo cấu tạo của từng loại, sao cho chỉ cần thu phần ăn được.
28 Cụ thể: - Tôm: bóc vỏ, chỉ lấy phần thịt, cắt nhỏ - Cá: cắt đầu, làm vẩy, bỏ ruột, cắt nhỏ - Ngao: bỏ vỏ, lấy phần thân ra và bỏ phân đi chỉ lấy phần ăn được Bảo quản mẫu [99,100]: Tất cả những phần mẫu thu được đem khô đông (lyophilisation) ở -24oC trong thời gian 72h. Mẫu tiếp tục được nghiền nhỏ, trộn đều, đóng gói và bảo quản trong ngăn mát của tủ lạnh. 2.2.3. Các bước nghiên cứu để xây dựng quy trình phân tích bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan 2.2.3.1. Nghiên cứu các điều kiện phân tích tối ưu a. Nghiên cứu chọn dung dịch nền điện li Dung dịch nền điện li là một yếu tố quan trọng trong phương pháp phân tích Von-Ampe hòa tan, quyết định đến độ dẫn điện của dung dịch phân tích, ảnh hưởng đến sự tồn tại của các ion, các chất cần phân tích và do đó ảnh hưởng đến cường độ dòng pic hòa tan và thế đỉnh pic. Để lựa chọn dung dịch nền điện li, chúng tôi tiến hành theo các bước sau: - Nghiên cứu chọn dung dịch điện li: dung dịch điện li phải là dung dịch mà ở đó chất cần phân tích cho tín hiệu Ip cao, chân pic thấp và pic cân đối. - Nghiên cứu nồng độ dung dịch điện li: thay đổi nồng độ dung dịch điện li trong một khoảng rộng và lựa chọn vùng nồng độ mà tại đó chất cần phân tích cho Ip ổn định, cao và cân đối. b. Nghiên cứu chọn các thông số kỹ thuật ghi đo tối ưu Các thông số kỹ thuật ghi đo ảnh hưởng đến độ lớn của cường độ dòng pic cũng như thế đỉnh pic và độ phân giải của đỉnh pic. Để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số này, chúng tôi thay đổi các giá trị thông số ghi đo trong một khoảng thích hợp và ghi đo pic tương ứng. Tổng hợp các giá trị Ip ghi đo được và lựa chọn thông số ghi đo tối ưu là thông số mà tại đó Ip đạt giá trị cao và pic cân đối.
29 Các thông số kỹ thuật ghi đo được nghiên cứu lần lượt như sau: - Nghiên cứu thế điện phân làm giàu - Nghiên cứu thời gian điện phân làm giàu - Nghiên cứu tốc độ quét thế - Nghiên cứu biên độ xung - Nghiên cứu thời gian đặt xung - Nghiên cứu tốc độ khuấy dung dịch - Nghiên cứu kích thước giọt Hg - Nghiên cứu thời gian cân bằng - Nghiên cứu thời gian sục khí N2 (đuổi ôxy hòa tan trong dung dịch) 2.2.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các ion, các chất đến phép ghi đo chất cần phân tích Chúng tôi nghiên cứu ảnh hưởng của các ion kim loại có thể tồn tại trong mẫu nghiên cứu mà có thế đỉnh pic gần với thế đỉnh pic của chất cần phân tích hoặc thường có mặt nhiều trong các mẫu môi trường. Bằng cách ghi đo Ip của chất cần phân tích khi không thêm và khi thêm các ion nghiên cứu sự ảnh hưởng, chúng tôi tính toán được tỉ lệ giữa chúng và tìm ra giá trị mà ở đó Ip của chất cần phân tích bắt đầu có sự thay đổi (tăng hoặc giảm) khoảng 10%. 2.2.3.3. Xây dựng đường chuẩn. - Để xác định hàm lượng chất phân tích trong mẫu, người ta thường xây dựng phương trình đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc tuyến tính của I và C có dạng: I = k.C - Chúng tôi tiến hành xây dựng đường chuẩn của các chất cần phân tích ở hai vùng nồng độ (0,08 ÷ 1) ppb và (0,8 ÷ 10) ppb đối với Se(IV); (0,5 ÷ 8) ppb và (5 ÷ 45) ppb đối với Se-Cyst và vùng nồng độ (2 ÷ 22) ppb đối với DMDSe. 2.2.3.4. Đánh giá độ tin cậy, độ chính xác của phương pháp Tiến hành đánh giá phương pháp dựa trên nghiên cứu độ lặp lại, tính toán giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp. Độ tin cậy, độ chính xác của phương pháp còn được đánh giá thông qua sự so
30 sánh kết quả phân tích mẫu với phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng lò graphit (GFAAS) và phân tích mẫu chuẩn Quốc tế. 2.2.3.5. Xây dựng quy trình phân tích và áp dụng để định lượng hàm lượng tổng và một số dạng selen trong mẫu hải sản - Trên cơ sở tham khảo các tài liệu, chúng tôi tiến hành nghiên cứu các điều kiện phân tích tối ưu, từ đó đưa ra quy trình phân tích tổng và dạng selen trong hải sản. - Áp dụng quy trình phân tích đã nghiên cứu, thiết lập để xác định hàm lượng tổng và dạng của selen - Đánh giá quy trình phân tích thông qua nghiên cứu độ thu hồi, hiệu suất chiết 2.2.4. Xử lí số liệu thực nghiệm Các số liệu thực nghiệm được xử lí theo phương pháp thống kê toán học. - Độ lặp lại của phương pháp được đánh giá thông qua các đại lượng thống kê như độ lệch chuẩn S, độ lệch chuẩn trung bình S x , hệ số biến động V khi tiến hành 10 phép ghi đo liên tục đối với cùng một dung dịch ghi đo [101,102]. + Độ lệch chuẩn S: (2.1) + Độ lệch chuẩn trung bình: (2.2) + Hệ số biến động: S .100 v = % X (2.3) Trong đó: Xi: giá trị ghi đo được thứ i X: giá trị trung bình N: số lần thực nghiệm
31 - Kiểm tra thống kê các dữ kiện thực nghiệm [101,102,103]: + Khi số thí nghiệm nhỏ hơn 10 (n<10), để kiểm tra các dữ kiện nghi ngờ, loại bỏ các giá trị mắc sai số thô, chúng tôi dùng chuẩn Đisơn (Q). + Để đánh giá mức độ sai khác giữa kết quả phân tích mẫu chuẩn với giá trị chứng chỉ xem có chấp nhận được không, chúng tôi dùng chuẩn student (t). + Khi so sánh kết quả phân tích theo phương pháp đã xây dựng được với kết quả phân tích theo phương pháp khác, chúng tôi dùng chuẩn Fisơ (F). - Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp được tính theo quy tắc phổ biến 3σ [85,103,104]. Giới hạn phát hiện (LOD) là nồng độ nhỏ nhất của chất phân tích có thể tạo ra được tín hiệu có khả năng phân biệt một cách tin cậy với tín hiệu mẫu trắng (hay tín hiệu nền). Có nhiều quan điểm khác nhau về cách xác định giới hạn phát hiện, phổ biến nhất là cách xác định giới hạn phát hiện theo quy tắc 3σ. Theo quy tắc này, LOD được quy ước là nồng độ của chất nghiên cứu cho tín hiệu cao gấp 3 lần độ lệch chuẩn của đường nền. Cách xác định LOD: ghi đo lặp lại 10 lần đối với mỗi dung dịch Se(IV), Se- Cyst, DMDSe có nồng độ xác định trong điều kiện tối ưu đã đưa ra, chấp nhận sự sai khác giữa độ lệch chuẩn của phép ghi đo và độ lệch chuẩn của đường nền là không đáng kể. Nếu nồng độ chất trong mẫu là C thì giới hạn phát hiện tính theo quy tắc 3σ là: (2.4) Giới hạn định lượng (LOQ) là nồng độ nhỏ nhất của chất phân tích mà hệ thống phân tích định lượng được và có ý nghĩa định lượng so với tín hiệu của mẫu trắng (hay tín hiệu nền). Thông thường, giới hạn định lượng được tính theo công thức sau: (2.5)
32 CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA CỦA SELEN TRÊN HMDE Trong 1.2, chúng tôi đã trình bày vắn tắt về tính chất điện hóa của selen và rút ra kết luận: một số dạng vô cơ, hữu cơ của selen như Se(IV), Se-Cyst và DMDSe có hoạt tính điện hóa. Trong phần này, chúng tôi tiến hành ghi đo các đường Von-Ampe vòng nghiên cứu tính chất điện hóa của các dạng selen kể trên trên HMDE. 3.1.1. Nghiên cứu đặc tính Von-Ampe vòng của Se(IV) Đã tiến hành ghi đo đường CV của Se(IV) trong nền HCl 0,1M, kết quả thu được ở hình 3.1. Hình 3.1: Đường CV của 200ppb Se(IV) trên nền HCl 0,1M Khoảng thế quét (+0,1 ÷ -1,0)V, tốc độ quét 50mV/s. 3.1.2. Nghiên cứu đặc tính Von-Ampe vòng của Se-Cyst Đã tiến hành ghi đo đường CV của Se-Cyst trong nền HCl 0,1M, kết quả thu được ở hình 3.2.
33 Hình 3.2: Đường CV của 700ppb Se-Cyst trên nền HCl 0,1M Khoảng thế quét (+0,1 ÷ -0,8)V, tốc độ quét 50mV/s 3.1.3. Nghiên cứu đặc tính Von-Ampe vòng của DMDSe Đã tiến hành ghi đo đường CV của DMDSe trong pha hữu cơ (CH2Cl2+C2H5OH) với sự có mặt của HCl 0,06M và LiClO4 0,2M/C2H5OH, kết quả thu được ở hình 3.3. Hình 3.3: Đường CV của 50ppb DMDSe trên nền HCl 0,06M + LiClO4 0,2M + CH2Cl2/C2H5OH (1/1) Khoảng thế quét (+0,1 ÷ –1,0)V, tốc độ quét 50mV/s
34 Từ những kết quả nghiên cứu thu được cho thấy, các dạng Se(IV), Se-Cyst, DMDSe đều có hoạt tính điện hóa. Trong chiều quét thứ nhất, trên đường CV của Se(IV) xuất hiện một pic khử ở thế -0,481V, của Se-Cyst xuất hiện ở -0,374V và của DMDSe ở -0,288V. Nhưng trong chiều ngược lại đều không xuất hiện một pic ôxy hóa nào, chứng tỏ tất cả các quá trình đều là quá trình ôxy hóa khử bất thuận nghịch. 3.2. NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC ĐIỀU KIỆN GHI ĐO TỐI ƯU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ DẠNG SELEN 3.2.1. Se(IV) và Se-Cyst trong pha nước 3.2.1.1. Nghiên cứu chọn dung dịch nền tối ưu a. Nghiên cứu chọn nền điện li Khi cố định các điều kiện máy ghi đo, nồng độ nền, nồng độ dung dịch chuẩn, pH của dung dịch, thì chiều cao pic hòa tan (Ip) sẽ phụ thuộc vào bản chất của nền điện li. Tiến hành nghiên cứu trên một số loại nền axit thông dụng là: HCl 0,1M; HNO3 0,1M; H2SO4 0,05M với các điều kiện ghi đo ở bảng 3.1. Bảng 3.1: Các thông số ghi đo chọn nền điện li Các thông số ghi đo Se(IV) 2ppb Se-Cyst 25ppb Điện cực làm việc HMDE HMDE Chế độ ghi đo DP DP Kích thước giọt thủy ngân 4 4 Tốc độ khuấy (vòng/phút) 2000 2000 Thời gian sục khí N2 150s 150s Thế điện phân làm giàu -0,2V -0,2V Thời gian điện phân làm giàu 90s 60s Thời gian cân bằng 15s 15s Biên độ xung 0,1V 0,1V Thời gian đặt xung 0,04s 0,04s Tốc độ quét thế 0,02 V/s 0,02 V/s Khoảng thế quét (-0,2÷ -0,7) V (-0,2 ÷ -0,7) V
35 Các kết quả thu được chỉ ra ở bảng 3.2. Bảng 3.2: Kết quả ghi đo nghiên cứu chọn nền điện li tối ưu Dung dịch HNO3 0,1M HCl 0,1M H2SO4 0,05M Ip(nA) 10,4 11,2 14,1 Se(IV) Ep (V) 0,467 0,467 0,470 Ip(nA) 21,9 26,4 23,1 Se-Cyst Ep (V) -0,335 -0,335 -0,335 Nhận xét: - Đối với Se(IV): Trong cả 3 nền axit, Se(IV) đều cho Ip rất tốt. Trong đó, nền H2SO4 cho sóng khử là cao nhất, nền HNO3 cho sóng thấp nhất. Tuy nhiên, để xác định hàm lượng Se tổng trong mẫu, phải khử dạng không hoạt động điện hoá Se(VI) về dạng hoạt động điện hoá Se(IV) bằng cách đun nóng ở 90-1000C trong nền HCl đặc. Do vậy để thuận tiện, chúng tôi chọn HCl làm nền điện li để nghiên cứu. - Đối với Se-Cyst: Kết quả nghiên cứu thu được cho thấy, trong các nền axit, pic của Se-Cyst đều lớn và cân đối. Tuy nhiên, trong nền axit HCl, cường độ dòng pic lớn nhất. Do đó, chúng tôi dùng HCl làm nền điện li để nghiên cứu. b. Nghiên cứu chọn nồng độ HCl tối ưu Chúng tôi tiến hành nghiên cứu dung dịch ở điều kiện đưa ra trong bảng 3.1 với các giá trị nồng độ HCl thay đổi từ 0,01 ÷ 1,3M và thu được kết quả ở bảng 3.3 và hình 3.4. Hình 3.4: Sự phụ thuộc của Ip vào nồng độ HCl
36 Bảng 3.3: Kết quả ghi đo nghiên cứu chọn nồng độ HCl tối ưu Se(IV) Se-Cyst Nồng độ HCl STT 2ppb 25ppb (M) Ip (nA) Ep (V) Ip (nA) Ep (V) 1 0,01 9,2 -0,463 19,5 -0,422 2 0,05 14,0 -0,458 22,2 -0,374 3 0,10 14,1 -0,452 25,7 -0,351 4 0,30 13,7 -0,414 25,3 -0,327 5 0,50 15,0 -0,406 25,7 -0,287 6 1,00 14,7 -0,398 26,7 -0,279 7 1,30 8,4 -0,406 25,0 -0,271 Kết quả nghiên cứu thu được cho thấy: khi tăng dần nồng độ nền HCl thì thế đỉnh của pic Se(IV) cũng như Se-Cyst dịch chuyển về phía dương hơn đồng thời chân pic cũng nâng dần lên. Qua kết quả nghiên cứu chúng tôi tìm được khoảng nồng độ HCl tối ưu cho phép ghi đo Se(IV) là (0,05M ÷ 1M) và Se-Cyst là (0,1M ÷ 1M). Tuy nhiên, để thu được Ip cao, chân pic thấp, pic cân đối, chúng tôi chọn nồng độ HCl tối ưu cho phép ghi đo Se(IV) và Se-Cyst là 0,1M trong những phép ghi đo tiếp theo. 3.2.1.2. Nghiên cứu chọn các thông số kĩ thuật ghi đo tối ưu a. Nghiên cứu thế điện phân làm giàu Khi điện phân làm giàu, cần chọn thế điện phân thích hợp sao cho chỉ tích lũy làm giàu những nguyên tố và dạng nguyên tố cần xác định lên bề mặt điện cực, hạn chế tối đa những ảnh hưởng đến độ nhạy, độ chính xác và tính chọn lọc của phép phân tích. Trên cơ sở thế đỉnh pic (Ep) của Se(IV) và Se-Cyst tương ứng là - 0,481V và -0,374V, chúng tôi nghiên cứu ảnh hưởng của thế điện phân làm giàu trong khoảng (0 ÷ -0,4)V đối với Se(IV) và (0 ÷ -0,3)V đối với Se-Cyst. Kết quả chỉ ra trong bảng 3.4 và hình 3.5.
37 Bảng 3.4: Kết quả ghi đo nghiên cứu chọn thế điện phân làm giàu tối ưu Stt 1 2 3 4 5 6 7 Edep(V) 0 -0,05 -0,1 -0,2 -0,3 -0,35 -0,4 Ip Se(IV) 7,05 9,28 10,5 12 12,2 11,7 10,6 (nA) Se-Cyst 26,7 27,8 28,2 28,4 8,47 Se(IV) Se-Cyst -0,3V -0,2V Hình 3.5: Đường DPCSV của Se (IV) và Se-Cyst nghiên cứu chọn thế điện phân làm giàu tối ưu [Se(IV)] = 2ppb, nền HCl 0,1M, tdep = 90s, tốc độ quét 0,02V/s [Se-Cyst] = 25ppb, nền HCl 0,1M, tdep = 60s, tốc độ quét 0,02V/s Từ kết quả nghiên cứu thu được có thể thấy, khi thế điện phân tăng, Ip cũng tăng. Đối với Se(IV) ổn định từ -0,2 ÷ -0,3V, còn Se-Cyst ổn định từ -0,1 ÷ -0,2V. Sau đó, Ip lại giảm dần và giảm nhanh khi thế điện phân càng gần với Ep. Điều này được giải thích là do thế điện phân luôn phải đặt dương hơn so với thế đỉnh pic (Ep) và phải thỏa mãn ∆E ≥ 0,2V. Tuy nhiên, thực tế để thu được Ip cao nhất và pic cân đối, chúng tôi chọn giá trị thế điện phân làm giàu trong các phép ghi đo sau là: - 0,3V đối với Se(IV) và -0,2V đối với Se-Cyst.
38 b. Nghiên cứu thời gian điện phân làm giàu Để nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian điện phân làm giàu đến pic hòa tan, chúng tôi thay đổi thời gian điện phân từ 30 ÷ 200s. Kết quả ghi đo được trình bày trong bảng 3.5 và hình 3.6. Bảng 3.5: Kết quả ghi đo nghiên cứu chọn thời gian điện phân làm giàu tối ưu STT 1 2 3 4 5 6 7 Thời gian (s) 30 60 90 120 150 180 200 Se(IV) 4,2 7,8 11,4 14,6 19,3 16,7 Biến dạng Ip (nA) Se-Cyst 11,3 27,8 41,9 51,5 63,6 70.8 Biến dạng Se(IV) Se-Cyst 90s 90s Hình 3.6: Đường DPCSV của Se(IV) và Se-Cyst nghiên cứu chọn thời gian điện phân làm giàu tối ưu [Se(IV)] = 2ppb, nền HCl 0,1M, Edep = -0,3V, tốc độ quét 0,02V/s [Se-Cyst] = 25ppb, nền HCl 0,1M, Edep = -0,2V, tốc độ quét 0,02V/s Từ kết quả nghiên cứu cho thấy, chiều cao pic tăng dần theo thời gian điện phân do thời gian điện phân càng lâu thì lượng chất được tích lũy trên bề mặt điện cực càng lớn. Tuy nhiên, khi phân tích không thể thực hiện trong thời gian quá dài, vì vậy cần chọn thời gian điện phân phù hợp với từng dung dịch phân tích. Với những dung dịch quá loãng thì thời gian điện phân có thể kéo dài hơn nữa. Nhưng
39 nếu thời gian quá dài thì các ion kim loại bị khuếch tán vào bên trong giọt thủy ngân làm ảnh hưởng đến chiều cao pic (Ip). Vì vậy, có thể chọn thời gian điện phân đối với cả hai chất trong khoảng 90s ÷ 150s với nồng độ Se(IV) là 2ppb còn Se-Cyst là 25ppb. Thực tế, chúng tôi sử dụng thời gian điện phân cho các phép ghi đo sau này đối với cả hai chất là 90s. c. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ quét thế Trong phân tích cực phổ, đặc biệt là phương pháp Von - Ampe hòa tan, tốc độ quét thế có ảnh hưởng rất lớn đến cường độ dòng hòa tan. Nếu tốc độ quét thế nhanh thì rút ngắn thời gian phân tích, đường cong cực phổ trơn, nhưng khả năng hòa tan của kim loại trong hỗn hống với thủy ngân không tốt nên độ lặp lại của phép ghi đo sẽ giảm, tức là độ lệch chuẩn của phép ghi đo tăng lên, đồng thời độ cân đối của pic cũng giảm đi. Ngược lại, khi tốc độ quét thế chậm, độ lặp lại của phép ghi đo cao, pic thu được có hình dạng cân đối, đặc biệt là có thể tách được các pic riêng biệt đối với các nguyên tố có pic gần nhau trên đường cực phổ, song đường cực phổ thu được lại không trơn. Do đó ta phải chọn tốc độ quét thế hợp lý để giảm thời gian ghi đo đồng thời đảm bảo độ chính xác của phép ghi đo và độ trơn của đường cong cực phổ. Chúng tôi tiến hành nghiên cứu tốc độ quét thế trong khoảng (0,01÷0,06)V/s. Kết quả nghiên cứu được trình bày trong bảng 3.6 và hình 3.7. 60 50 40 Se(IV) 30 I (nA) Se-cyst 20 10 0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 Tốc độ quét thế (V/s) Hình 3.7: Sự phụ thuộc của Ip vào tốc độ quét thế [Se(IV)] = 2ppb, nền HCl 0,1M, Edep = -0,3V, tdep = 90s [Se-Cyst] = 25ppb, nền HCl 0,1M, Edep = -0,2V, tdep = 90s
40 Bảng 3.6: Kết quả ghi đo nghiên cứu tốc độ quét thế Stt 1 2 3 4 5 6 Tốc độ quét thế (V/s) 0,01 0,015 0,02 0,03 0,04 0,06 Se(IV) 10,9 12,4 13,1 13,5 13,5 13,8 Ip (nA) Se-Cyst 30,6 37,6 38,8 43,2 43,3 48,8 Những kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, khi tốc độ quét thế tăng, cường độ dòng pic cũng tăng theo. Tuy nhiên, ở tốc độ quét thế nhanh đường nền bị nâng lên, pic bị biến dạng và không cân đối. Từ kết quả đã nghiên cứu, chúng tôi quyết định chọn tốc độ quét thế cho các phép ghi đo sau này đối với cả hai chất là 0,02 V/s. d. Nghiên cứu biên độ xung Tiến hành ghi các đường DPCSV của Se(IV) và Se-Cyst khi thay đổi biên độ xung từ 0,02V ÷ 0,15V đối với Se(IV) và 0,02V ÷ 0,18V đối với Se-Cyst. Kết quả ghi đo được trình bày trong bảng 3.7 và hình 3.8. Se(IV) Se-Cyst 0,05 V 0,05V Hình 3.8: Đường DPCSV của Se(IV) và Se-Cyst nghiên cứu biên độ xung [Se(IV)] = 2ppb, nền HCl 0,1M, Edep = -0,3V, tdep = 90s, tốc độ quét 0,02V/s [Se-Cyst] = 25ppb, nền HCl 0,1M, Edep = -0,2V, tdep = 90s, tốc độ quét 0,02V/s
41 Bảng 3.7: Kết quả ghi đo nghiên cứu biên độ xung Stt 1 2 3 4 5 6 Biên độ xung (V) 0,03 0,05 0,08 0,12 0,15 0,18 Biến Se(IV) 9,3 13,9 17,9 16,9 dạng Ip (nA) Không Se-Cyst 18,9 31,1 33,8 39,3 47,3 cân đối Kết quả nghiên cứu cho thấy, Ip tăng khi biên độ xung tăng, tuy nhiên khi biên độ xung tăng cao (từ 0,15 đối với Se(IV) và 0,18 đối với Se-Cyst trở lên) pic có hiện tượng biến dạng, không cân đối. Từ kết quả đó, chúng tôi chọn biên độ xung tối ưu cho phép phân tích Se(IV) và Se-Cyst là 0,05V. e. Nghiên cứu thời gian đặt xung Chúng tôi tiến hành nghiên cứu thời gian đặt xung trong khoảng 0,005s÷0,06s và thu được kết quả ở bảng 3.8 và hình 3.9. Se(IV) Se-Cyst 1 1 2 2 3 (0,02s) 3 (0,02s) Hình 3.9: Đường DPCSV của Se(IV) và Se-Cyst nghiên cứu thời gian đặt xung [Se(IV)] = 2ppb, nền HCl 0,1M, Edep = -0,3V, tdep = 90s, tốc độ quét 0,02V/s, biên độ xung 0,05V [Se-Cyst] = 25ppb, nền HCl 0,1M, Edep = -0,2V, tdep = 90s, tốc độ quét 0,02V/s, biên độ xung 0,05V
42 Bảng 3.8: Kết quả ghi đo nghiên cứu chọn thời gian đặt xung tối ưu Stt 1 2 3 4 5 t(s) 0,005 0,010 0,020 0,040 0,060 Se(IV) 47,9 25,0 16,6 10,2 7,2 Ip (nA) Se-Cyst 160,0 102,0 74,5 37,0 25,0 Nhận xét: Khi thời gian đặt xung nhỏ thì Ip cao, tuy vậy chân pic lại cao (pic 1, pic 2). Nếu thời gian đặt xung tăng lên thì Ip giảm nhưng pic thu được cân đối, chân pic thấp (pic 3). Nếu tiếp tục tăng thời gian đặt xung thì Ip lại thấp. Từ kết quả đó, chúng tôi chọn thời gian đặt xung là 0,02s (pic 3). f. Nghiên cứu tốc độ khuấy dung dịch Trong quá trình điện phân làm giàu, để giúp các chất điện hoạt khuếch tán đều đến bề mặt điện cực, đảm bảo cho nồng độ chất điện hoạt ở lớp dung dịch sát bề mặt điện cực không đổi, người ta phải tiến hành khuấy dung dịch trong suốt thời gian làm giàu. Quá trình khuấy dung dịch là hoàn toàn tự động bằng que khuấy ở tốc độ khác nhau cho mỗi dung dịch phân tích khác nhau. Chúng tôi tiến hành nghiên cứu tốc độ khuấy dung dịch trong khoảng 400÷2800 vòng/phút, thu được kết quả ở bảng 3.9 và hình 3.10. Bảng 3.9: Kết quả ghi đo nghiên cứu chọn tốc độ khuấy dung dịch tối ưu Stt 1 2 3 4 5 6 V (vòng/phút) 400 800 1200 2000 2400 2800 Se(IV) 8,3 11,7 14,5 16,6 17,5 17,7 Ip (nA) Se-Cyst 29,5 47,3 49,4 56,5 62,1 65,9
43 Se(IV) Se-Cyst 2000v/ph 2000v/ph Hình 3.10: Đường DPCSV của Se(IV) và Se-Cyst nghiên cứu tốc độ khuấy dung dịch [Se(IV)] = 2ppb, nền HCl 0,1M, Edep = -0.3V, tdep = 90s, tốc độ quét 0,02V/s, biên độ xung 0,05V, thời gian đặt xung 0,02s [Se-Cyst] = 25ppb, nền HCl 0,1M, Edep = -0,2V, tdep = 90s, tốc độ quét 0,02V/s, biên độ xung 0,05V, thời gian đặt xung 0,02s Kết quả nghiên cứu thu được cho thấy: khi càng tăng tốc độ khuấy trộn dung dịch thì Ip càng cao nhưng chân pic cũng nâng lên. Chúng tôi cũng nghiên cứu độ lặp lại của phép ghi đo ở từng tốc độ khuấy khác nhau, kết quả cho thấy ở tốc độ 2000 vòng/phút cho độ lặp lại là tốt nhất. Mặt khác, ở tốc độ khuấy quá lớn sẽ tạo ra dòng xoáy trong dung dịch gây ảnh hưởng đến kết quả ghi đo và có thể làm rơi mất giọt thủy ngân. Vì vậy, để đảm bảo tính ổn định và chính xác của phép ghi đo, pic thu được cân đối, chúng tôi chọn tốc độ khuấy là 2000 vòng/phút. g. Nghiên cứu kích thước giọt thủy ngân Trong phương pháp Von-Ampe hòa tan sử dụng điện cực HMDE, độ lặp lại của kích thước giọt thủy ngân ảnh hưởng trực tiếp đến độ lặp lại của phép ghi đo. Việc thay đổi kích thước giọt thủy ngân làm thay đổi diện tích bề mặt của giọt, kéo theo lượng chất kết tủa lên bề mặt giọt cũng thay đổi theo. Chính vì vậy, chúng tôi tiến hành nghiên cứu sự phụ thuộc của chiều cao pic (Ip) vào kích thước giọt thủy ngân, kết quả chỉ ra ở bảng 3.10 và hình 3.11.
44 Bảng 3.10: Kết quả ghi đo nghiên cứu chọn kích thước giọt thủy ngân tối ưu Stt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Kích thước giọt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Se(IV) 7,2 10,8 12,8 14,9 15,7 16,8 17,9 18,5 18,9 Ip (nA) Se-Cyst 30,8 41,8 50,9 61,3 73,2 79,3 88,9 95,2 102,0 Hình 3.11: Sự phụ thuộc của Ip vào kích thước giọt thủy ngân [Se(IV)] = 2ppb, nền HCl 0,1M, Edep = -0.3V, tdep = 90s, tốc độ quét 0,02V/s, biên độ xung 0,05V, thời gian đặt xung 0,02s, tốc độ khuấy 2000v/ph [Se-Cyst] = 25ppb, nền HCl 0,1M, Edep = -0,2V, tdep = 90s, biên độ xung 0,05V, thời gian đặt xung 0,02s, tốc độ quét 0,02V/s, tốc độ khuấy 2000v/ph Nhận xét: Khi tăng kích thước giọt thủy ngân thì Ip tăng theo. Tuy nhiên, khi kích thước giọt lớn, chân pic bị nâng lên. Mặt khác, cỡ giọt lớn cũng dễ làm giọt bị rơi trong quá trình ghi đo. Vì vậy, chúng tôi chọn cỡ giọt là 6 trong các phép ghi đo sau này. h. Nghiên cứu thời gian cân bằng (thời gian nghỉ) Thời gian cân bằng là thời gian chuyển tiếp từ giai ghi đoạn điện phân và giai ghi đoạn hòa tan (quét thế ngược). Trong giai ghi đoạn này, dung dịch được ngừng khuấy và để tĩnh một thời gian để cho kim loại kết tủa được phân bố đều trên bề mặt giọt thủy ngân, như vậy đường cong cực phổ sẽ trơn, độ nhạy, độ chính xác của phép ghi đo sẽ tăng lên. Do đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu sự phụ thuộc của chiều cao pic (Ip) vào thời gian cân bằng. Kết quả nghiên cứu được trình bày trong bảng 3.11 và hình 3.12.
45 Bảng 3.11: Kết quả ghi đo nghiên cứu chọn thời gian cân bằng tối ưu Stt 1 2 3 4 5 6 tnghỉ (s) 5 10 15 20 30 40 Se(IV) 15,8 16,0 16,2 16,4 17,2 16,9 Ip (nA) Se-Cyst 72,6 72,3 74,6 74,8 77,2 79,3 Hình 3.12: Sự phụ thuộc của Ip vào thời gian cân bằng [Se(IV)] = 2ppb, nền HCl 0,1M, Edep = -0,3V, tdep = 90s, tốc độ quét 0,02V/s biên độ xung 0,05V, thời gian đặt xung 0,02s, tốc độ khuấy 2000v/ph [Se-Cyst] = 25ppb, nền HCl 0,1M, Edep = -0,2V, tdep = 90s, tốc độ quét 0,02V/s, biên độ xung 0,05V, thời gian đặt xung 0,02s, tốc độ khuấy 2000v/ph Nhận xét: Ta có thể thấy, khi thời gian cân bằng đạt đến 10 giây (đối với Se(IV)) và 15 giây (đối với Se-Cyst) thì Ip đạt đến giá trị ổn định. Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi tiến hành nhiều lần để đánh giá độ lặp lại của kết quả ghi đo; kết quả cho thấy ở thời gian cân bằng là 15s cho độ lặp lại tốt nhất. Khi thời gian cân bằng lớn hơn, sự lặp lại của kết quả ghi đo giảm đi, điều này được giải thích là do khi thời gian cân bằng quá dài thì lượng kết tủa bị hấp thụ vào bên trong giọt thủy ngân nên ảnh hưởng đến độ lặp lại của phép ghi đo. Chính vì vậy, chúng tôi chọn thời gian cân bằng là 15s cho các thí nghiệm tiếp theo. i. Nghiên cứu thời gian đuổi khí ôxy (thời gian sục khí N2) Ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển, nồng độ O2 hòa tan trong dung dịch phân tích thường khoảng 2.10-3M. Trên điện cực thuỷ ngân, ôxy hoà tan cho 2 sóng:
46 - Sóng ứng với quá trình khử O2 về H2O2, chiếm khoảng thế 0 ÷ 0,9 V khi điện cực so sánh là điện cực calomel. - Sóng ứng với quá trình khử H2O2 về H2O (trong môi trường axit) hoặc khử về OH- (trong môi trường kiềm hoặc trung tính), chiếm khoảng thế -0,9 ÷ 1,2 V. Như vậy, khi nghiên cứu vùng thế catot (0 ÷ -1,5)V, các sóng O2 đó làm ảnh hưởng đến tín hiệu đường Von-Ampe hoà tan của các chất phân tích, gây cản trở phép ghi đo. Vì thế cần phải có biện pháp loại trừ ôxy ra khỏi dung dịch phân tích bằng cách sục khí trơ (N2 hoặc Ar) hoặc dùng các tác nhân hoá học (Na2SO3 trong môi trường kiềm hoặc axit ascorbic trong môi trường axit ). Chúng tôi sử dụng khí nitơ để đuổi ôxy ra khỏi dung dịch phân tích. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian sục khí đến cường độ dòng Ip thu được ở bảng 3.12 và hình 3.13. Se(IV) Se-Cyst 300s 300s 0s Hình 3.13: Đường DPCSV của Se(IV) và Se-Cyst nghiên cứu thời gian đuổi ôxy [Se(IV)] = 2ppb, nền HCl 0,1M, Edep = -0,3V, tdep = 90s, tốc độ quét 0,02V/s biên độ xung 0,05V, thời gian đặt xung 0,02s, , tốc độ khuấy 2000v/ph, tnghỉ =15s [Se-Cyst] = 25ppb, nền HCl 0,1M, Edep = -0,2V, tdep = 90s, tốc độ quét 0,02V/s biên độ xung 0,05V, thời gian đặt xung 0,02s, tốc độ khuấy 2000v/ph, tnghỉ =15s
47 Bảng 3.12: Kết quả ghi đo nghiên cứu chọn thời gian đuổi ôxy tối ưu Stt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 t(s) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Se(IV) 19,2 21,4 22,1 22,8 23,4 23,1 23,7 22,9 21,2 Ip Không (nA) Se-Cyst 70,0 75,8 76,0 76,4 76,2 76,8 76,5 76,4 có pic Nhận xét: Khi không đuổi ôxy thì Ip thấp, pic bị nhiễu và chân pic nâng cao hơn (trường hợp Se(IV)) và không thu được pic (trường hợp Se-Cyst). Khi thời gian đuổi ôxy ít thì Ip thấp. Nếu tăng thời gian đuổi ôxy thì Ip tăng và ổn định từ 150s trở đi (đối với Se(IV)), từ 100s trở đi (đối với Se-Cyst). Ip đạt giá trị cao nhất tại 300s. Do đó, chúng tôi chọn thời gian đuổi ôxy là 300s cho các thí nghiệm tiếp theo. Tóm lại: Từ những kết quả nghiên cứu, chúng tôi xác lập được các điều kiện tối ưu cho phép phân tích Se(IV) và Se-Cyst như trình bày trong bảng 3.13. Bảng 3.13: Điều kiện tối ưu phân tích Se(IV) và Se-Cyst Se(IV) Se-cyst Các thông số ghi đo 2ppb 25ppb Điện cực làm việc HMDE HMDE Chế độ ghi đo DP DP Kích thước giọt thủy ngân 6 6 Tốc độ khuấy (vòng/phút) 2000 2000 Thời gian sục khí N2 300s 300s 0,05M÷1M 0,1M÷1M Nền HCl Sử dụng: 0,1M Sử dụng: 0,1M -0,2÷-0,3V -0,1÷-0,2V Thế điện phân làm giàu Sử dụng: -0,3V Sử dụng: -0,2V 90s÷150s 90s÷150s Thời gian điện phân làm giàu Sử dụng: 90s Sử dụng: 90s Thời gian cân bằng 15s 15s Biên độ xung 0,05V 0,05V Thời gian đặt xung 0,02s 0,02s Tốc độ quét thế 0,02V/s 0,02V/s Khoảng thế quét (-0,2 ÷ -0,7)V (-0,2 ÷ -0,7)V
48 3.2.1.3. Nghiên cứu khả năng xác định đồng thời Se(IV) và Se-Cyst trong mẫu a. Điều kiện tối ưu để xác định đồng thời hai dạng Se(IV) và Se-Cyst Trên cơ sở điều kiện tối ưu xác định riêng Se(IV) và Se-Cyst (bảng 3.13) cho thấy: có thể xác định đồng thời cả hai dạng Se(IV) và Se-Cyst trong cùng một phép ghi đo ở các điều kiện ghi trong bảng 3.14. Bảng 3.14: Các điều kiện tối ưu xác định đồng thời hai dạng Se(IV) và Se-Cyst Thời gian điện phân Điện cực làm việc HMDE 90s÷150s làm giàu Chế độ ghi đo DP Thời gian cân bằng 15s Kích thước giọt thủy ngân 6 Biên độ xung 0,05V Tốc độ khuấy (vòng/phút) 2000 Thời gian đặt xung 0,02s Thời gian sục khí N2 300s Tốc độ quét thế 0,02V/s Nền HCl 0,1M÷1M Khoảng thế quét (-0,2 ÷ -0,7)V Thế điện phân làm giàu -0,2V b. Ghi đo đồng thời hai dạng Se(IV) và Se-Cyst * Chuẩn bị 10ml mẫu tự tạo gồm: Se(IV) 2ppb, Se-Cyst 10ppb, HCl 0,1M * Ghi đo mẫu : Tiến hành ghi đo mẫu với các điều kiện đưa ra trong bảng 3.14, sử dụng phương pháp thêm chuẩn để xác định hàm lượng các dạng (thêm 2 lần, mỗi lần thêm 2ppb Se(IV) và 10ppb Se-Cyst). Kết quả được thể hiện trên hình 3.14 và bảng 3.15.
49 Hình 3.14: Đường DPCSV và đồ thị thêm chuẩn của mẫu tự tạo Bảng 3.15: Kết quả xác định hàm lượng hai dạng Se(IV) và Se-Cyst trong mẫu tự tạo Các dạng Se(IV) Se-Cyst Hàm lượng đưa vào (ppb) 2 10 Hàm lượng trung bình xác định được (ppb) 2,067 10,700 (n=3) Độ lệch tương đối 3,35% 7,00% Từ kết quả nghiên cứu cho thấy: các đường thêm chuẩn của Se(IV) và Se- Cyst đều có pic đẹp, cân đối, Ip thể hiện được mối quan hệ tuyến tính với nồng độ,
50 hai pic tách xa nhau. Do đó, có thể xác định đồng thời hai dạng Se(IV) và Se-Cyst trong cùng một phép ghi đo. 3.2.2. DMDSe trong pha hữu cơ DMDSe là chất dễ bay hơi, nên trước khi ghi đo, các dung dịch nghiên cứu được làm lạnh về nhiệt độ 60C. 3.2.2.1. Nghiên cứu chọn dung dịch nền tối ưu a. Nghiên cứu chọn nền điện li Để tránh sự ảnh hưởng qua lại giữa các dạng selen cũng như của các ion kim loại có trong mẫu đến phép ghi đo DMDSe, chúng tôi tiến hành chiết dạng DMDSe vào pha hữu cơ bằng dung môi CH2Cl2, và vì Se(IV), Se-Cyst chúng tôi đều ghi đo trong nền điện li là axit HCl, do đó để thuận tiện chúng tôi cũng sử dụng axit HCl làm nền điện li để ghi đo DMDSe. Mặt khác, để có được khoảng thế hoạt động rộng và nền điện li dẫn điện tốt, chúng tôi sử dụng thêm LiClO4 cùng với axít HCl làm nền điện li cho phép ghi đo DMDSe, đồng thời hòa tan các chất bằng dung môi C2H5OH. b. Nghiên cứu chọn nồng độ nền điện li tối ưu - Nghiên cứu chọn nồng độ HCl tối ưu Tiến hành nghiên cứu dung dịch ở các giá trị nồng độ HCl thay đổi từ 0,01M÷0,15M với các điều kiện ghi đo (qua tham khảo tài liệu và đo sơ bộ) đưa ra ở bảng 3.16. Bảng 3.16: Các thông số ghi đo nghiên cứu chọn nồng độ HCl tối ưu Điện cực làm việc HMDE Thế điện phân làm giàu -0,05V Chế độ ghi đo DP Thời gian điện phân làm giàu 90s Kích thước giọt thủy ngân 4 Thời gian cân bằng 15s Tốc độ khuấy (vòng/phút) 2000 Biên độ xung 0,05V Thời gian sục khí N2 100s Thời gian đặt xung 0,02s DMDSe 5ppb Tốc độ quét thế 0,015 V/s LiClO4 0,2M Nền Khoảng thế quét (-0,17÷-0,40)V CH2Cl2+C2 H5OH 1/1 (v/v) HCl
51 Sau quá trình nghiên cứu thu được kết quả ở bảng 3.17 và hình 3.15. Bảng 3.17: Kết quả nghiên cứu chọn nồng độ HCl tối ưu Nồng độ HCl 0,01 0,03 0,06 0,08 0,1 0,12 0,15 (M) Ip (nA) 155 135 139 134 123 125 117 Ep(V) -0,295 -0,277 -0,263 -0,259 -0,247 -0,247 -0,245 0,03M ÷ 0,08M Hình 3.15: Sự phụ thuộc của Ip vào nồng độ HCl Kết quả nghiên cứu thu được cho thấy: khi tăng dần nồng độ nền HCl thì thế đỉnh pic của DMDSe dịch chuyển về phía dương hơn. Ở nồng độ HCl nhỏ (dưới 0,03M) thì cường độ pic lớn nhưng pic bị biến dạng còn ở nồng độ cao (từ 0,1M trở đi) thì cường độ pic thấp. Từ kết quả nghiên cứu cho thấy, khoảng nồng độ HCl tối ưu là: 0,03M÷0,08M. Thực tế, chúng tôi sử dụng nồng độ HCl 0,06M cho các thí nghiệm tiếp theo. - Nghiên cứu chọn nồng độ LiClO4 tối ưu Tiến hành nghiên cứu dung dịch với các điều kiện ghi đo như trong bảng 3.16 nhưng thay đổi nồng độ LiClO4 từ 0M ÷ 0,3M và cố định nồng độ HCl 0,06M. Kết quả thu được ở bảng 3.18 và hình 3.16.
52 Hình 3.16: Đường DPCSV của DMDSe nghiên cứu chọn nồng độ LiClO4 tối ưu Bảng 3.18: Kết quả ghi đo nghiên cứu chọn nồng độ LiClO4 tối ưu Nồng độ 0 0,03 0,05 0,1 0,15 0,18 0,2 0,25 0,3 LiClO4 (M) Ip (nA) 7,6 12,1 37,8 96,3 91,9 122,0 155,0 156,0 128,0 Ep(V) -0,269 -0,216 -0,233 -0,233 -0,233 -0,239 -0,257 -0,263 -0,272 Từ kết quả nghiên cứu thu được cho thấy, khi tăng dần nồng độ LiClO4 thì chiều cao pic tăng dần, thế đỉnh pic cũng dịch chuyển về phía âm hơn. Đến nồng độ 0,3M thì chiều cao pic giảm mạnh. Khoảng nồng độ LiClO4 tối ưu là 0,2M ÷ 0,25M. Tuy nhiên, để thu được Ip cao, pic cân đối, chúng tôi chọn nồng độ LiClO4 tối ưu là 0,2M trong những phép ghi đo tiếp theo. 3.2.2.2. Nghiên cứu các thông số kĩ thuật ghi đo tối ưu a. Nghiên cứu thế điện phân làm giàu Tiến hành nghiên cứu thế điện phân làm giàu trong khoảng 0V ÷ -0,18V thu được kết quả ở bảng 3.19 và hình 3.17. Bảng 3.19: Kết quả ghi đo nghiên cứu chọn thế điện phân làm giàu tối ưu Stt 1 2 3 4 5 6 7 8 Edep (V) 0,00 -0,03 -0,05 -0,08 -0,10 -0,12 -0,15 -0,18 Ip (nA) 100,0 123,0 130,0 136,0 129,0 115,0 76,0 16,1
53 -0,05V ÷ -0,1V Hình 3.17: Sự phụ thuộc của Ip vào thế điện phân làm giàu [DMDSe] = 5ppb, nền HCl 0,06M+LiClO4 0,2M+CH2Cl2/C2H5OH (1/1), tdep = 90s, tốc độ quét 0,015V/s Từ kết quả nghiên cứu thu được cho thấy, khi thế điện phân tăng, Ip cũng tăng sau đó giảm dần. Khoảng thế điện phân tối ưu tìm được là -0,05V ÷ -0,1V. Tuy nhiên, để thu được Ip cao nhất và pic cân đối chúng tôi chọn giá trị thế điện phân làm giàu trong các phép ghi đo sau là -0,08V. b. Nghiên cứu thời gian điện phân làm giàu Thời gian điện phân làm giàu được nghiên cứu từ 20s đến 150s. Kết quả ghi đo được trình bày trong bảng 3.20 và hình 3.18. Bảng 3.20: Kết quả ghi đo nghiên cứu chọn thời gian điện phân làm giàu tối ưu Stt 1 2 3 4 5 6 Thời gian (s) 20 40 60 90 120 150 Ip (nA) 51,7 86,1 109,0 150,0 191,0 226,0 60s Hình 3.18: Đường DPCSV của DMDSe nghiên cứu thời gian điện phân làm giàu [DMDSe] = 5ppb, nền HCl 0,06M+LiClO4 0,2M+CH2Cl2/C2H5OH (1/1), Edep = -0,08V, tốc độ quét 0,015V/s
54 Từ kết quả nghiên cứu thu được cho thấy, có thể chọn thời gian điện phân làm giàu là: 60s ÷ 120s cho 5ppb DMDSe. Thực tế, chúng tôi sử dụng thời gian điện phân cho các phép ghi đo sau này là 60s. c. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ quét thế Tiến hành nghiên cứu tốc độ quét thế trong khoảng 0,005 V/s ÷ 0,03 V/s. Kết quả được trình bày trong bảng 3.21 và hình 3.19. Bảng 3.21: Kết quả ghi đo nghiên cứu chọn tốc độ quét thế tối ưu Stt 1 2 3 4 5 Tốc độ quét thế (V/s) 0,005 0,010 0,015 0,020 0,030 Ip (nA) 62,0 88,3 109,0 121,0 136,0 0,01V/s Hình 3.19: Đường DPCSV của DMDSe nghiên cứu chọn tốc độ quét thế tối ưu [DMDSe] = 5ppb, nền HCl 0,06M+LiClO4 0,2M+CH2Cl2/C2H5OH (1/1), Edep = -0,08V, tdep = 60s Nhận xét: Khi tốc độ quét thế tăng, cường độ pic cũng tăng theo. Tuy nhiên, ở tốc độ quét thế nhanh (0,02V/s trở lên), pic bị biến dạng và không cân đối. Do đó, chúng tôi chọn tốc độ quét thế cho các phép ghi đo sau này là 0,01 V/s.
55 d. Nghiên cứu ảnh hưởng của biên độ xung Biên độ xung được nghiên cứu trong khoảng 0,01V ÷ 0,1V. Kết quả ghi đo được trình bày trong bảng 3.22 và hình 3.20. Bảng 3.22: Kết quả ghi đo nghiên cứu chọn biên độ xung tối ưu. Stt 1 2 3 4 5 Biên độ xung (V) 0,01 0,03 0,05 0,08 0,10 Ip (nA) 7,3 44,0 93,1 200,0 248,0 0,05V Hình 3.20: Đường DPCSV của DMDSe nghiên cứu biên độ xung [DMDSe] = 5ppb, nền HCl 0,06M+LiClO4 0,2M+CH2Cl2/C2H5OH (1/1), Edep = -0,08V, tdep = 60s, tốc độ quét 0,01V/s Nhận xét: Ip tăng khi biên độ xung tăng, tuy nhiên khi biên độ xung cao (từ 0,08 trở lên) pic có hiện tượng biến dạng, không cân đối. Từ kết quả đó, chúng tôi chọn biên độ xung tối ưu cho phép phân tích DMDSe là 0,05V. e. Nghiên cứu thời gian đặt xung Chúng tôi tiến hành nghiên cứu thời gian đặt xung trong khoảng 0,01s ÷ 0,06s và thu được kết quả ở bảng 3.23 và hình 3.21.
56 Bảng 3.23: Kết quả ghi đo nghiên cứu thời gian đặt xung Stt 1 2 3 4 5 t(s) 0,01 0,02 0,03 0,04 0,06 Ip (nA) 153,0 94,9 66,7 52,4 34,7 1 2 (0,02s) Hình 3.21: Đường DPCSVcủa DMDSe nghiên cứu thời gian đặt xung [DMDSe] = 5ppb, nền HCl 0,06M+LiClO4 0,2M+CH2Cl2/C2H5OH (1/1), Edep = -0,08V, tdep = 60s, tốc độ quét 0,01V/s, biên độ xung 0,05V Nhận xét: Khi thời gian đặt xung nhỏ thì Ip cao, tuy vậy chân pic lại cao (pic 1). Nếu thời gian đặt xung tăng lên thì Ip giảm nhưng pic thu được cân đối, chân pic thấp (pic 2). Nếu tiếp tục tăng thời gian đặt xung thì Ip lại giảm. Từ kết quả đó, chúng tôi chọn thời gian đặt xung là 0,02s (pic 2). f. Nghiên cứu tốc độ khuấy dung dịch Để nghiên cứu tốc độ khuấy dung dịch, chúng tôi tiến hành thí nghiệm ở các tốc độ khuấy khác nhau từ 400 ÷ 2800 vòng/phút. Kết quả chỉ ra ở bảng 3.24 và hình 3.22.
57 Bảng 3.24: Kết quả ghi đo nghiên cứu tốc độ khuấy dung dịch Stt 1 2 3 4 5 6 V (vòng/phút) 400 800 1200 2000 2400 2800 Ip (nA) 55,8 79,4 94,9 116,0 117,0 125,0 2000v/ph Hình 3.22: Đường DPCSV của DMDSe nghiên cứu tốc độ khuấy dung dịch [DMDSe] = 5ppb, nền HCl 0,06M+LiClO4 0,2M+CH2Cl2/C2H5OH (1/1), Edep = -0,08V, tdep = 60s, tốc độ quét 0,01V/s, biên độ xung 0,05V, thời gian đặt xung 0,02s Nhận xét: Khi tăng tốc độ khuấy trộn dung dịch thì Ip càng cao nhưng chân pic cũng nâng lên. Để đảm bảo tính ổn định và chính xác của phép ghi đo, pic thu được cân đối, chúng tôi chọn tốc độ khuấy là 2000 vòng/phút. g. Nghiên cứu kích thước giọt thủy ngân Chúng tôi thay đổi cỡ giọt thủy ngân từ 1 ÷ 7 để nghiên cứu ảnh hưởng của cỡ giọt thủy ngân đến cường độ pic Ip. Kết quả nghiên cứu thể hiện ở bảng 3.25 và hình 3.23.
58 Bảng 3.25: Kết quả ghi đo nghiên cứu chọn kích thước giọt thủy ngân tối ưu Stt 1 2 3 4 5 6 7 Cỡ giọt 1 2 3 4 5 6 7 Ip (nA) 49,7 80,1 103,0 125,0 146,0 162,0 185,0 4 Hình 3.23: Đường DPCSV của DMDSe nghiên cứu kích thước giọt thủy ngân [DMDSe] = 5ppb, nền HCl 0,06M+LiClO4 0,2M+CH2Cl2/C2H5OH (1/1), Edep = -0,08V, tdep = 60s, tốc độ quét 0,01V/s, biên độ xung 0,05V, thời gian đặt xung 0,02s, tốc độ khuấy 2000v/ph Kết quả nghiên cứu cho thấy: khi tăng kích thước giọt thủy ngân thì Ip tăng. Tuy nhiên, khi kích thước giọt lớn, chân pic bị nâng lên và cỡ giọt lớn cũng làm giọt dễ bị rơi trong quá trình ghi đo. Vì vậy, để phù hợp, chúng tôi lựa chọn kích thước giọt là 4 trong các phép ghi đo sau này. h. Nghiên cứu thời gian cân bằng (thời gian nghỉ) Thời gian cân bằng được nghiên cứu từ 2 ÷ 25s. Kết quả được trình bày trong bảng 3.26 và hình 3.24.
59 Bảng 3.26: Kết quả ghi đo nghiên cứu chọn thời gian cân bằng tối ưu Stt 1 2 3 4 5 6 t (s) 2 5 10 15 20 25 Ip (nA) 108 120 125 128 118 113 15s Hình 3.24: Đường DPCSV của DMDSe nghiên cứu thời gian cân bằng [DMDSe] = 5ppb, nền HCl 0,06M+LiClO4 0,2M+CH2Cl2/C2H5OH (1/1), Edep = -0,08V, tdep = 60s, tốc độ quét 0,01V/s, biên độ xung 0,05V, thời gian đặt xung 0,02s, tốc độ khuấy 2000v/ph, cỡ giọt 4 Từ kết quả nghiên cứu cho thấy, khi thời gian cân bằng tăng thì Ip tăng dần và ổn định từ 5s trở đi, đến 15s thì đạt cực đại, sau đó lại giảm dần. Chính vì vậy, chúng tôi chọn thời gian cân bằng là 15s cho các thí nghiệm tiếp theo. i. Nghiên cứu thời gian đuổi khí ôxy (thời gian sục khí N2) Để nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian sục khí tới phép ghi đo DMDSe, chúng tôi thay đổi thời gian sục khí từ 0 ÷ 300s. Kết quả thu được ở bảng 3.27 và hình 3.25.
60 Bảng 3.27: Kết quả ghi đo nghiên cứu thời gian đuổi khí ôxy Stt 1 2 3 4 5 6 7 t (s) 0 50 100 150 200 250 300 Ip (nA) Nhiễu 116 118 125 128 125 125 200s Hình 3.25: Đường DPCSV của DMDSe nghiên cứu thời gian đuổi ôxy [DMDSe] = 5ppb, nền HCl 0,06M+LiClO4 0,2M+CH2Cl2/C2H5OH (1/1), Edep = -0,08V, tdep = 60s, tốc độ quét 0,01V/s, biên độ xung 0,05V, thời gian đặt xung 0,02s, tốc độ khuấy 2000v/ph, cỡ giọt 4, tnghỉ =15s Kết quả nghiên cứu thu được cho thấy, khi không đuổi ôxy thì pic bị nhiễu, khi thời gian đuổi ôxy ít, Ip thấp. Nếu tăng thời gian đuổi ôxy thì Ip tăng và ổn định từ 100s trở đi. Ip đạt giá trị cao nhất tại 200s và pic cân đối. Do đó, chúng tôi chọn thời gian đuổi ôxy là 200s cho các thí nghiệm tiếp theo. Tóm lại: Sau quá trình nghiên cứu, chúng tôi rút ra điều kiện tối ưu cho phép phân tích DMDSe được trình bày trong bảng 3.28.
61 Bảng 3.28: Điều kiện tối ưu phân tích DMDSe Điện cực làm việc HMDE Thế điện phân làm giàu -0,08V Chế độ ghi đo DP Thời gian điện phân làm giàu 60s÷120s Kích thước giọt thủy ngân 4 Thời gian cân bằng 15s Tốc độ khuấy (vòng/phút) 2000 Biên độ xung 0,05V Thời gian sục khí N2 200s Thời gian đặt xung 0,02s HCl 0,06M Tốc độ quét thế 0,01V/s Nền LiClO4 0,2M Khoảng thế quét (-0,17÷-0,40)V CH2Cl2+C2H5OH 1/1 (v/v) 3.3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC CHẤT CẢN TRỞ ĐẾN PHÉP GHI ĐO CÁC DẠNG SELEN Trong mẫu thực tế luôn tồn tại một số ion, đặc biệt là cation kim loại, các cation này ở một nồng độ nào đó có thể ảnh hưởng tới phép ghi đo. Chúng có thể làm tăng hoặc giảm chiều cao của pic. Mặt khác, chúng có thể thể hiện tính chất điện hóa trong điều kiện ta tiến hành phép phân tích. Cụ thể là: tham gia vào quá trình điện phân làm giàu tạo hỗn hống với thủy ngân hay kết tủa đồng thời với các kim loại khác tạo dung dịch rắn hoặc hợp chất gian kim loại. Điều này ảnh hưởng đến khả năng phát hiện các chất cần phân tích. Đồng thời, trong đối tượng mẫu mà chúng tôi nghiên cứu là hải sản, ngoài sự tồn tại của các ion cần phải kể đến chất béo và protein là những chất có hàm lượng lớn trong các mẫu động vật. Khi ngâm chiết mẫu, những chất này cũng bị chiết ra một phần và có thể ảnh hưởng đến nền ghi đo mẫu, làm giảm độ dẫn điện của nền điện li, dẫn đến pic của chất cần xác định bị nhiễu hoặc bị giảm chiều cao. Vì vậy, cần nghiên cứu sự ảnh hưởng của các ion và các chất này để có biện pháp loại trừ thích hợp, đảm bảo độ đúng, độ chính xác của phép ghi đo. Chúng tôi tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của một số ion có thế đỉnh Ep gần với Ep của các dạng selen hoặc có khả năng tạo hợp chất gian kim với selen hoặc có mặt nhiều trong các mẫu môi trường và sinh học, đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng của chất béo (đại diện cho loại hợp chất ít và không tan cũng như kém điện li trong pha nước nhưng đễ tan trong dung môi hữu cơ) đến phép ghi đo các dạng selen.
62 3.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất cản trở đến phép ghi đo Se(IV) 3.3.1.1. Ảnh hưởng của một số ion đến phép ghi đo Se(IV) Hút 20µl dung dịch Se(IV) 1000ppb cho vào bình định mức 10ml, thêm 1ml HCl 1M, thêm các ion Cu(II), Pb(II), Zn(II), Cd(II), As(V) và Fe(III) vào với các nồng độ khác nhau và định mức bằng nước cất siêu sạch tới vạch. Tiến hành ghi đo các đường DPCSV theo các điều kiện tối ưu đưa ra trong bảng 3.14 với thời gian điện phân 90s. Kết quả nghiên cứu được trình bày trong bảng 3.29 và các hình 3.26, 3.27. Bảng 3.29: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của Cu(II), Pb(II) Cd(II), Fe(III), Zn(II), As(V) đến Ip của Se(IV) Stt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Nồng độ ion 0 2 5 7,5 10 15 30 50 75 100 thêm (ppb) Cu(II) 25,4 25,4 26,3 30,0 32,2 33,3 33,4 37,9 39,5 39,7 Ip Pb(II) 25,9 25,7 24,5 23,6 22,8 20,9 21,0 20,0 15,8 13,2 (nA) Cd(II) 25,0 24,9 25,9 22,9 20,1 18,4 15,4 10,4 8,1 6,4 Fe(III) 25,4 23,5 22,0 20,9 20,7 20,6 19,9 19,7 19,8 18,8 Nồng độ ion 0 5 10 15 30 50 100 150 200 thêm (ppb) Ip Zn(II) 25,3 26,6 25,7 25,9 25,9 25,8 25,2 24,7 24,5 (nA) As(V) 25,7 26,5 24,6 23,2 22,0 21,3 20,1 20,3 20,2 45 40 35 30 Ah c ủa Cu(II) 25 Ah c ủa Pb(II) 20 I (nA) Ah c ủa Cd(II) 15 Ah c ủa Fe(III) 10 5 0 0 20 40 60 80 100 120 ppb Hình 3.26: Sự phụ thuộc của Ip vào nồng độ các ion Cu(II), Pb(II), Cd(II) và Fe(III)
63 30 25 20 Ah của Zn(II) 15 I (nA) Ah của As(V) 10 5 0 0 100 200 300 ppb Hình 3.27: Sự phụ thuộc của Ip vào nồng độ các ion Zn(II), As(V) Từ kết quả nghiên cứu thu được cho thấy: các ion Cu(II), Fe(III), Zn(II), As(V) không làm biến dạng pic của Se(IV) cũng như không cho pic mới bên cạnh pic của Se(IV). Tuy nhiên, ở nồng độ nhất định thì các ion Fe(III), As(V) làm giảm đáng kể Ip của Se(IV), ngược lại ion Cu(II) lại làm tăng Ip còn Zn(II) gần như không ảnh hưởng tới Ip của Se(IV). Trong khi đó các ion Pb(II) và Cd(II) cho pic mới bên cạnh pic của Se(IV) (tại -0,48V) ở nồng độ đủ lớn. Khi nồng độ Pb(II) gấp 25 lần nồng độ Se(IV) thì xuất hiện một pic khá rõ cỡ 2nA ở vị trí -0,36V và cường độ pic này tăng dần khi tiếp tục tăng nồng độ Pb(II) còn pic của Se(IV) lại giảm dần. Đối với Cd(II), tuy không cho pic rõ ràng như Pb(II) nhưng cũng làm nhiễu pic của Se(IV). Khi tăng nồng độ Cd(II) đến 30ppb (gấp 15 lần nồng độ Se(IV)) thì xuất hiện một vai nhỏ và đến 50ppb (gấp 25 lần nồng độ Se(IV)) thì xuất hiện pic cỡ 1,2nA ở vị trí -0,56V và pic lớn dần khi tăng dần nồng độ Cd(II), dẫn đến làm giảm cường độ pic của Se(IV). Cụ thể: Khi tỉ lệ nồng độ Cu(II)/Se(IV) tăng dần thì Ip tăng dần, tới 3,75 lần thì Ip tăng 18,1%; khi tỉ lệ nồng độ Pb(II)/Se(IV) tăng dần thì Ip giảm dần, tới 5 lần thì Ip giảm xuống 11,97%; khi tỉ lệ nồng độ Cd(II)/Se(IV) tăng dần thì Ip giảm dần, tới 5 lần thì Ip giảm 19,6%; khi tỉ lệ nồng độ Fe(III)/Se(IV) tăng dần thì Ip giảm dần, tới 2,5 lần thì Ip giảm 13,38% và tới 50 lần thì Ip giảm 25,98%; khi tỉ lệ nồng độ As(V)/Se(IV) tăng dần thì Ip giảm dần, tới 15 lần thì Ip giảm xuống 14,4%; khi tỉ lệ nồng độ Zn(II)/Se(IV) tăng dần thì Ip giảm dần nhưng không đáng kể.
64 Tóm lại: Các ion ảnh hưởng nhiều đến cường độ dòng pic hòa tan của Se(IV) như: Pb(II), Cd(II) và Fe(III), những ion này có thể loại bỏ bằng cách dùng nhựa chelex 100 dạng amoni [30]. 3.3.1.2. Ảnh hưởng của chất béo tới phép ghi đo Se(IV) Chất béo là một họ chất gồm rất nhiều chất, ở đây chúng tôi chỉ sử dụng một axít béo (axít stearic C17H35COOH) đại diện cho loại chất này để nghiên cứu. Hút 20µl dung dịch Se(IV) 1000ppb cho vào bình định mức 10ml, thêm 1ml HCl 1M, thêm dung dịch axít stearic/etanol vào với các nồng độ khác nhau và định mức bằng nước cất siêu sạch tới vạch. Tiến hành ghi đo các đường DPCSV theo các điều kiện tối ưu đưa ra trong bảng 3.14, thời gian điện phân 90s. Kết quả nghiên cứu được trình bày trong bảng 3.30 và hình 3.28. Bảng 3.30: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của axít béo đến Ip của Se(IV) Stt 1 2 3 4 5 6 CAxít stearic (ppb) 0 10 20 40 60 100 Ip (nA) 25,6 24,9 24,1 22,9 22,8 21,9 Stt 7 8 9 10 11 12 CAxít stearic (ppb) 140 200 300 500 700 1000 Ip (nA) 21,5 21,6 21,3 20,9 19,1 17,3 Ah của axít stearic đến Ip của Se(IV) 0ppb 30 40ppb 25 ax béo 20 15 I (n A ) 10 5 0 0 200 400 600 800 1000 1200 ppb Hình 3.28: Đường DPCSV và đồ thị nghiên cứu ảnh hưởng của axít stearic đến Ip của Se(IV)
65 Từ kết quả nghiên cứu thu được cho thấy, sự có mặt của axít stearic đã làm biến dạng pic hòa tan của Se(IV) (pic không nhẵn, không cân đối) ngay ở nồng độ thấp 40ppb (gấp 20 lần nồng độ Se(IV)), đồng thời làm giảm cường độ dòng pic xuống 10,55%. Khi nồng độ axít stearic gấp 250 lần thì cường độ dòng pic giảm 18,36% và khi gấp 500 lần thì giảm đi 32,42%. Như vậy, sự có mặt của chất béo trong hải sản sẽ ảnh hưởng đến phép ghi đo xác định dạng Se(IV), cần phải loại bỏ. Để loại chất béo ra khỏi dịch chiết trước khi ghi đo DPCSV, có thể dùng dung môi n-hexan [92]. 3.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất cản trở đến phép ghi đo Se-Cyst 3.3.2.1. Ảnh hưởng của một số ion tới phép ghi đo Se-Cyst Hút 250µl dung dịch Se-Cyst 1000ppb vào bình định mức 10ml, thêm 1ml HCl 1M, thêm các ion Cu(II), Pb(II), Zn(II), Cd(II), As(V) và Fe(III) vào với các nồng độ khác nhau và định mức bằng nước cất siêu sạch tới vạch. Tiến hành ghi đo các đường DPCSV theo các điều kiện tối ưu đưa ra trong bảng 3.14, thời gian điện phân 90s. Kết quả nghiên cứu được trình bày trong bảng 3.31 và các hình 3.29, 3.30. Bảng 3.31: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của Cd(II), Fe(III), Zn(II), As(V), Cu(II), Pb(II) đến Ip của Se-Cyst Stt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Nồng độ ion 0 25 50 100 150 200 300 400 500 thêm (ppb) Cd(II) 75,4 72,4 74,0 71,4 71,2 69,1 67,7 66,7 66,1 Ip Fe(III) 76,6 77,1 74,3 72,4 70,2 64,1 59,5 54,9 50,2 (nA) Zn(II) 76,0 76,8 78,1 77,6 77,9 77,7 78,4 78,5 78,6 As(V) 76 75,2 74,8 73,4 73,5 71,7 70,6 68,0 65,8 Nồng độ ion thêm (ppb) 0 50 100 200 300 500 700 900 84,5 80,9 Ip Cu(II) 75,8 79,8 78,1 81,2 87,3 86,3 Biến Biến (nA) dạng dạng Pb(II) 76,7 76,6 77,7 77,9 78,6 81,8 85,1 89,7
66 90 80 70 60 Ah của Cd(II) 50 Ah của Fe(III) 40 I (nA) Ah của Zn(II) 30 Ah của As(V) 20 10 0 0 200 400 600 ppb Hình 3.29: Sự phụ thuộc của Ip vào nồng độ các ion Cd(II), Fe(III), Zn(II), As(V) 100 90 80 70 60 Ah của Cu(II) 50 I (nA) 40 Ah của Pb(II) 30 20 10 0 0 200 400 600 800 1000 ppb Hình 3.30: Sự phụ thuộc của Ip vào nồng độ các ion Cu(II), Pb(II) Từ kết quả nghiên cứu thu được cho thấy, các ion Fe(III), Zn(II), As(V) không làm biến dạng pic cũng như không có pic chen lấn đối với Se-Cyst. Tuy nhiên ở nồng độ đủ lớn thì Fe(III), As(V) làm giảm đáng kể cường độ dòng pic của Se-Cyst còn Zn(II) gần như không ảnh hưởng đến Ip của Se-Cyst. Ngược lại, ion Cu(II) làm tăng Ip của Se-Cyst nhưng đến nồng độ lớn 700ppb (gấp 28 lần nồng độ Se-Cyst) thì làm biến dạng pic của Se-Cyst. Trong khi đó, Cd(II) có tạo ra pic mới ở vị trí -0,557V (pic của Se-Cyst ở khoảng -0,35V), khi nồng độ Cd(II) tăng tới 100ppb (gấp 4 lần nồng độ Se-Cyst) thì xuất hiện pic của Cd(II) cỡ 4,5nA và cường độ pic tăng dần khi tăng nồng độ Cd(II). Sự xuất hiện của pic Cd(II) đã làm giảm nhẹ Ip của Se-Cyst. Với ion Pb(II), có xuất hiện pic ở vị trí -0,36V (trùng với vị trí pic của Se-Cyst). Do đó, khi tăng nồng độ của Pb(II) thì Ip của Se-Cyst tăng dần, nhưng chúng tôi đã nghiên cứu ở nồng độ Pb(II) 100ppb (gấp 4 lần nồng độ Se- Cyst) thì chiều cao pic Se-Cyst tăng thêm 1,3% và ở nồng độ 500ppb (gấp 20 lần
67 nồng độ Se-Cyst) thì chiều cao pic Se-Cyst cũng chỉ tăng thêm 6,6%. Vì vậy, sự ảnh hưởng của Pb(II) là không đáng kể. Cụ thể: Khi tỉ lệ nồng độ Cd(II)/Se-Cyst tăng tới 12 lần thì Ip giảm 10,2%, tới 20 lần thì Ip cũng chỉ giảm 12,3%; khi tỉ lệ nồng độ Fe(III)/Se-Cyst tăng tới 8 lần thì Ip giảm 16,3%, đến 16 lần thì Ip giảm 28,3%; khi tỉ lệ nồng độ Zn(II)/Se-Cyst tăng dần thì Ip thay đổi không đáng kể; khi tỉ lệ nồng độ As(V)/Se-Cyst tăng tới 16 lần thì Ip giảm 10,53%; khi tỉ lệ nồng độ Cu(II)/Se-Cyst tăng tới 12 lần thì Ip tăng 15,1%, tới 16 lần thì Ip tăng 19,65%; khi tỉ lệ nồng độ Pb(II)/Se-Cyst tăng tới 28 lần thì Ip tăng lên 10,95%, nhưng tới 36 lần thì Ip cũng chỉ tăng lên 16,95%. Tóm lại: Từ những kết quả nghiên cứu cho thấy, nhìn chung các ion không ảnh hưởng hoặc ảnh hưởng ít đến phép ghi đo Se-Cyst. 3.3.2.2. Ảnh hưởng của chất béo tới phép ghi đo Se-Cyst Hút 250µl dung dịch Se-Cyst 1000ppb cho vào bình định mức 10ml, thêm 1ml HCl 1M, thêm dung dịch axít stearic/etanol với các nồng độ khác nhau và định mức bằng nước cất siêu sạch tới vạch. Tiến hành ghi đo các đường DPCSV theo các điều kiện tối ưu đưa ra trong bảng 3.14 với thời gian điện phân 90s. Kết quả nghiên cứu được trình bày trong bảng 3.32 và hình 3.31. Bảng 3.32: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của axít béo đến Ip của Se-Cyst Stt 1 2 3 4 5 6 CAxít stearic (ppb) 0 125 250 500 1000 1500 Ip (nA) 77,5 76,4 76,3 76,4 75,7 75,5 Stt 7 8 9 10 11 12 CAxít stearic (ppb) 2000 3000 5000 7000 10000 Ip (nA) 75,8 75,1 72,3 71,4 70,9
68 Ah của axít stearic đến Ip của Se-Cyst 90 80 70 60 50 40 I (nA) 30 20 10 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 ppb Hình 3.31: Sự phụ thuộc của Ip vào nồng độ axít stearic Từ kết quả nghiên cứu cho thấy, khi tăng nồng độ axít stearic thì Ip của Se- Cyst giảm dần nhưng không đáng kể. Khi nồng độ axít stearic gấp 400 lần nồng độ Se-Cyst thì chiều cao pic cũng chỉ giảm đi 8,52%. Tuy nhiên, axít stearic làm biến dạng pic hòa tan của Se-Cyst (pic không cân đối) khi ở nồng độ cao 2000ppb (gấp 80 lần nồng độ Se-Cyst) và làm giảm độ lặp lại giữa các phép ghi đo. Như vậy, sự có mặt của chất béo trong hải sản ảnh hưởng đến phép ghi đo xác định dạng Se- Cyst, cần phải loại bỏ. 3.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất cản trở đến phép ghi đo DMDSe Khi xác định dạng DMDSe, chúng tôi dùng dung môi CH2Cl2 để chiết DMDSe vào pha hữu cơ. Do đó, tránh được sự ảnh hưởng của các ion vô cơ có trong mẫu. Tuy nhiên, cùng với DMDSe thì chất béo và protein sẽ bị chiết một phần vào pha hữu cơ. Vì vậy, cần tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các chất này tới phép ghi đo DMDSe. Chúng tôi chọn chất béo để nghiên cứu. Hút 50µl DMDSe 1000ppb cho vào bình định mức 10ml đã có sẵn 5ml CH2Cl2, thêm 0,3ml HCl 2M, thêm tiếp 1ml LiClO4 2M/EtOH và thêm những lượng axít stearic/EtOH khác nhau, định mức bằng etanol đến vạch. Làm lạnh dung dịch về 60C, tiến hành ghi đo DPCSV theo những điều kiện tối ưu đưa ra trong bảng 3.28 với thời gian điện phân 60s. Kết quả được thể hiện trong bảng 3.33 và hình 3.32.