Đề tài Khảo sát các phương pháp xử lý mẫu phân tích thủy ngân trong thủy sản bằng kỹ thuật HG – AAS (Hydride Generation – Atomic Absorption Spectrometry)

kể trên trước khi tự tiêu hủy. Tùy vào nồng độ thủy ngân trong cơ thể, mà có thể bị các triệu chứng sau đây: Trong giai đọan đầu sẽ bị mất ngủ, dễ bị xúc động, nhức đầu, mắt không nhìn thấy rõ và bị nhiễu loạn, phản ứng con người chậm lại so với lúc chưa bị nhiễm. Khi bị nhiễm nặng và thủy ngân tích tụ lâu ngày trong cơ thể, thận bị hư, cột sống cũng bị ảnh hưởng, bị bệnh Alzheimer, tuyến giáp trạng (thyroid) bị liệt, hệ thống miễn nhiễm bị nhiễu loạn. Riêng đối với phụ nữ, có thể bị triệt sản và có bướu ở buồng trứng. Trong thời gian có mang, hệ thần kinh của thai nhi có thể bị rối loạn. Một trong những hợp chất độc nhất của nó là đimêtyl thủy ngân, độc đến mức chỉ vài µL rơi vào da có thể gây tử vong. Chứng bệnh Minamata là một dạng ngộ độc thủy ngân. Thủy ngân tấn công hệ thần kinh trung ương, hệ nội tiết và ảnh hưởng tới miệng, các cơ quai hàm và răng. Sự phơi nhiễm kéo dài gây ra các tổn thương não và gây tử vong. Nó có thể gây ra các rủi ro hay khuyết tật đối với các thai nhi. 2.1.6. Những sự kiện nhiễm độc thủy ngân nổi tiếng trong lịch sử Việc sử dụng thủy ngân bừa bãi trong quá khứ đã dẫn đến những hậu quả khôn lường. Những nạn nhân đầu tiên là các nhà giả kim thuật. Từ thời cổ đại, các nhà giả kim thuật Ai Cập, Trung Quốc… đã biết sử dụng thủy ngân để phân tách một số kim loại, nhất là vàng. Và hơi thủy ngân đã xâm nhập qua đường hô hấp, ngấm qua da đi vào cơ thể họ. Hậu quả là những người tiếp xúc với thuỷ ngân lâu dài đều mắc những chứng bệnh kỳ lạ như bị ảo giác, ám ảnh, cơ thể suy nhược và chết một cách bí hiểm. Năm 1926, nhà hóa học người đức Alfred Stock và người cộng sự, cũng chết vì nhiễm độc thủy ngân trong suốt quá trình làm việc tại phòng thí nghiệm. Vụ ngộ độc thủy ngân tại Iraq (1971-1972), công nhân tiếp xúc với hóa chất diệt nấm có chứa Methyl thủy ngân, khiến 6530 người ngộ độc và 459 người chết. Một trong những thảm họa công nghiệp tồi tệ nhất trong lịch sử là thải các hợp chất thủy ngân vào vịnh Minamata, Nhật Bản. Tập đoàn Chisso, một nhà sản xuất phân hóa học và sau này là công ty hóa dầu, đã bị phát hiện và phải chịu trách nhiệm cho việc gây ô nhiễm vịnh này từ năm 1932 đến 1968. Người ta ước tính rằng trên 3.000 người đã có những khuyết tật nào đó hay có triệu chứng ngộ độc thủy ngân nặng nề hoặc đã chết vì ngộ độc nó, từ đó nó trở thành nổi tiếng với tên gọi thảm họa Minamata... 2.1.7. Tình hình ô nhiễm thủy ngân 2.1.7.1: Trên thế giới Từ cuối những năm 1970 các hoạt động khai thác mỏ bùng nổ tại một số nước quanh khu vực sông Amazon, gây ra tình trạng ô nhiễm thủy ngân trên lưu vực con sông này và các thủy vực xung quanh. đến nay, ô nhiễm thủy ngân đã trở thành một vấn nạn mang tính toàn cầu, xuất hiện tại nhiều nước như Tanzania, Philippin, Indonexia, Trung Quốc, Brazin, Mỹ, Canada…Báo cáo gần đây của Chương trình Môi trường Liên Hiệp Quốc cho thấy các hoạt động của con người đã làm tăng hàm lượng thủy ngân trong khí quyển lên 3 lần so với thời kỳ tiền công nghiệp. Trong hai thập kỷ qua, tổng lượng thủy ngân được tiêu thụ ở Trung Quốc trong năm 2000 là khoảng 900 tấn, chiếm xấp xỉ 50% tổng sản lượng thủy ngân trên toàn thế giới. Nguồn cung cấp thủy ngân ở Trung Quốc chủ yếu là từ các tỉnh như Quế Châu, Sơn Tây, Hà Nam, và Tứ Xuyên. Trong đó Wanshan – một địa danh thuộc tỉnh Quế Châu được biết đến như là một “trung tâm thủy ngân”. đây cũng là vùng có nồng độ thủy ngân tích lũy trong nước sông hồ và động thực vật rất cao: dao động trong khoảng 3,2 – 680 mg/L và 0,47 – 331 mg/kg, cao hơn nồng độ tối đa cho phép của Trung Quốc từ 16 – 232 lần. Ngoài ra, thủy ngân còn tích luỹ trong gạo với hàm lượng cao. Ở khu vực Nam Mỹ, ô nhiễm thủy ngân chủ yếu là từ hoạt động khai thác vàng. Thủy ngân được sử dụng để tách vàng từ quặng sa khoáng. Theo các báo cáo nghiên cứu của Elmer Diaz, đại học Idaho, Mỹ về mức độ nhiễm thủy ngân ở các nước trên lưu vực sông Amazon cho thấy hàm lượng thủy ngân có trong các loài cá sống ở đây rất cao, từ 10,2 – 35,9 ppm. Hàm lượng thủy ngân có trong mẫu tóc và máu xét nghiệm của người dân sống xung quanh lưu vực các con sông như Tapajos, Madeira và Negro những nơi mà hoạt động khai thác vàng diễn ra mạnh mẽ - được xác định lần lượt là được là 0,74 – 71,3 µg/g tóc và từ 90 – 149 µg/l. Trong không khí, thuỷ ngân có thể gây độc trực tiếp cho người bị phơi nhiễm, hoặc theo mưa xâm nhập vào môi trường đất, nước và gây hại cho con người và sinh vật nhờ quá trình khuyếch đại sinh học thông qua chuỗi thức ăn 2.1.7.2. Việt Nam – Nguy cơ đang hiện hữu Ở Việt Nam cho đến nay, vấn đề nghiên cứu nguy cơ ô nhiễm thuỷ ngân từ các ngành sản xuất còn ít được quan tâm. Song, với tình trạng khai thác quặng, đặc biệt là khai thác vàng diễn ra một cách tràn lan, thiếu quy hoạch đồng bộ như hiện nay thì nguy cơ thuỷ ngân xâm nhập vào môi trường sống, đặc biệt nguồn nước sinh hoạt và nước tưới là rất cao. Bên cạnh đó, các nhà máy xi măng liên tiếp mọc lên để đáp ứng nhu cầu xây dựng cơ bản của đất nước trong thời kỳ đô thị hoá. Các lò nung trong các nhà máy sản xuất xi măng ở Việt Nam hiện nay vẫn chủ yếu là sử dụng than đá làm nhiên liệu. Do đó, có thể thấy rằng nguy cơ phát thải thuỷ ngân từ hoạt động sản xuất xi măng cũng sẽ không nhỏ. 2.1.8. Nguyên nhân ô nhiễm 2.1.8.1. Nguồn gốc tự nhiên Các nguồn nước tích lũy thủy ngân thông qua quá trình xói mòn của các khoáng chất hay trầm tích từ khí quyển. Thực vật hấp thụ thủy ngân khi ẩm ướt nhưng có thể thải ra trong không khí khô. Thực vật và các trầm tích trong than có các nồng độ thủy ngân dao động mạnh. Sự phun trào núi lửa có thể tăng nồng độ thủy ngân trong khí quyển từ 4–6 lần. 2.1.8.2. Tác động của con người Thủy ngân đi vào môi trường như một chất gây ô nhiễm từ các ngành công nghiệp khác nhau: • Các xí nghiệp sử dụng than làm nhiên liệu là nguồn lớn nhất (40% trong khí thải của Mỹ năm 1999, tuy nhiên đã giảm khoảng 85%). • Các công nghệ trong công nghiệp: Sản xuất clo, thép, phốtphat & vàng Luyện kim Sản xuất & sửa chữa các thiết bị điện tử Việc đốt hay vùi lấp các chất thải đô thị • Các ứng dụng y học, kể cả trong quá trình sản xuất và bảo quản vacxin. Nha khoa Công nghiệp mỹ phẩm • Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm liên quan đến các hợp chất của thủy ngân và lưu huỳnh. Thủy ngân cũng đi vào môi trường theo đường xử lý một số sản phẩm nào đó. Các sản phẩm có chứa thủy ngân bao gồm: các bộ phận của ô tô, pin, đèn huỳnh quang, các sản phẩm y tế, nhiệt kế và máy điều nhiệt. 2.1.8.3 Hành động của con người trước vấn đề này Vì các ảnh hưởng tới sức khỏe trong phơi nhiễm thủy ngân, các ứng dụng thương mại và công nghiệp nói chung được điều tiết ở các nước công nghiệp. Tổ chức Y tế thế giới (WHO), OSHA và NIOSH đều thống nhất rằng thủy ngân là nguy hiểm nghề nghiệp và đã thiết lập các giới hạn cụ thể cho các phơi nhiễm nghề nghiệp. Ở Mỹ, giới hạn thải ra môi trường được EPA quy định. Trong khí thải hồi từ công nghệ than, ngoài khí carbonic, cần phải kể đến khí sulfur dioxide (SO2), nitrogen oxides, và nhất là thủy ngân dưới dạng khí. Theo ước tính, hàng năm, công nghệ than nhiệt điện của Mỹ thải hồi vào không khí 48 tấn thủy ngân. Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ đã bắt đầu đưa ra định mức để hạn chế lướng thủy ngân phóng thích do công nghệ này là 38 tấn cho năm 2010, và giảm xuống còn 15 tấn vào năm 2018. để khuyến khích việc thi hành định mức này, chính phủ Mỹ, tùy theo mức giảm thiểu của từng cơ sở sản xuất, sẽ ấn định mức khen thưởng và giảm thuế. 2.1.9. Tại sao cá bị nhiễm thủy ngân Cá bị nhiễm thủy ngân là do sống trong môi trường ô nhiễm thủy ngân. Các vi sinh vật có thể chuyển thuỷ ngân (Hg) thành hợp chất metyl thủy ngân CH3Hg+ Thông qua quá trình tích lũy sinh học metyl thủy ngân nằm trong chuỗi thức ăn và tích lũy dần trong cơ thể cá. Các loài cá lớn như cá ngừ hay cá kiếm thông thường chứa nhiều thủy ngân hơn các loài cá nhỏ, do các loài cá này ăn các loài cá nhỏ hơn đã bị nhiễm thủy ngân. Khi ta sử dụng các loài cá này thì thủy ngân sẽ vào cơ thể và được tích lũy ở mô. 2.1.10. Khuyến cáo về việc ăn cá biển Theo công trình nghiên cứu của Viện bảo tồn tài nguyên biển từ năm 2002; tháng giêng, năm 2008 và qua khuyến cáo của Cơ quan quản lý thuốc và thực phẩm Hoa Kỳ (FDA). Theo đó: Các nhóm cá có nồng độ thủy ngân cao nhất (từ 0,70 – 1,45 ppm) là cá nhám, cá lưỡi kiếm, cá heo, cá mú vàng, cá thu chúa. Các loại cá này thường sống ở tầng sâu của biển, trọng lượng rất lớn, chuyên ăn các loại cá nhỏ, vì vậy theo thời gian lượng thủy ngân tích lũy càng nhiều. Các bà mẹ đang mang thai được khuyến cáo không nên ăn các loại cá này. đối với loại cá có nồng độ thủy ngân thấp (từ 0,09- 0,25 ppm ), bà mẹ có thai được khuyến cáo chỉ nên ăn không quá 2 lần mỗi tuần, (tính theo trọng lượng không quá 340g), gồm cá bơn, cá chép, cá mú, cá thu nhỏ, cá than, cá đuối, cá chỉ vàng, cá ngừ, cá hồi đại dương, cá marlin, tôm hùm Bắc Mỹ. Các loại cá có nồng độ thủy ngân rất thấp, không đáng kể (mức thủy ngân dưới 0,08 ppm) như cá hồi nước cạn, cá mòi, cá mực, cá da trơn, cá đối, cá trồng, cá tầm, trứng cá muối, cá pollock, cá trích, cá mối, cá bạc má, cá ngừ đóng hộp, cá tuyết morue, cá hồi nước ngọt, tôm hùm, tôm càng, sò, trai, hến… thì không được xếp vào loại giới hạn sử dụng. Theo đó Uỷ ban Châu Âu quyết định đưa ra các tư vấn về khẩu phần như sau: Phụ nữ có khả năng mang thai hoặc đang mang thai hay cho con bú không nên ăn quá 100g/tuần đối với các loại cá lớn ăn thịt, như cá kiếm, cá nhám, cá cờ và cá măng lớn. Nếu đã ăn theo khẩu phần này, thì cũng không nên ăn thêm bất cứ loài cá nào khác trong thời gian trên. đồng thời cũng không nên ăn cá ngừ 2 lần trong một tuần. Lời khuyên này cũng nên áp dụng với trẻ em và người tiêu dùng cũng nên lưu ý đến các tư vấn cụ thể của cơ quan chức năng sở tại về các món ăn đặc sản địa phương. Ngoài ra ngành y tế các nước còn khuyến cáo mọi người không nên ăn các loại cá được câu từ ao, hồ xung quanh khu công nghiệp có thải ra chất thải độc hại. 2.1.11. Tiêu chuẩn về hàm lượng thủy ngân Tiêu chuẩn về hàm lượng thủy ngân trong cá đảm bảo an toàn sức khỏe cho con người được quy định trong bảng 2.1 Bảng 2.1 Tiêu chuẩn về hàm lượng thủy ngân trong thủy sản Các tiêu chuẩn Quyết định số 867/1998/Qđ-BYT của Bộ Trưởng Bộ Y tế ngày 4/4/1998 Santé Canada Hoa kỳ cơ quan FDA Nồng độ Hg 0,5 mg/kg 0,5 mg/kg 1 mg/kg 2.2. Các phương pháp xác định thủy ngân 2.2.1. định tính: 2.2.1.1. Tạo hỗn hống với đồng kim loại ( nghiệm Reinsch) Phản ứng này được thực hiện trực tiếp trên mẫu thử chưa vô cơ hóa. Lấy một ít mẫu thử cho vào bình nón, acid hóa bằng acid clohydric tới phản ứng acid, cho vào bình một mảnh đồng kim loại đã cạo sạch và rửa bằng acid nitric loãng và nước cất. đun nóng khoảng 1 giờ. Nếu có Hg2+ thì trên bề mặt mảnh đồng sẽ có lớp kim loại sáng bóng (thủy ngân kim loại). Sau đó rửa mảnh đồng bằng nước cất và ete, để khô ngoài không khí và cho vào 1 ống nghiệm khô cùng với vài tinh thể iod. Cuốn 1 dải giấy lọc tẩm ướt vào vị trí 1/3 ống kể từ đáy rồi đốt nóng nhẹ. Nếu có Hg2+ thì sẽ có những tinh thể thủy ngân iodua bám ở phần ống làm lạnh. đặt lên kính hiển vi sẽ thấy tinh thể hình thoi màu tím hồng. 2.2.1.2. Phản ứng với Cu2I2 Cho một ít tủa lên một mảnh giấy lọc rồi đặt vào đó mảnh Cu đã tạo hỗn hống sáng bóng, đậy chúng bằng mặt kính đồng hồ. Vài phút sau thấy màu hồng trên nền trắng. 2.2.1.3. Phản ứng với Dithizon Các muối thủy ngân (II) tạo với dithizon một hợp chất phức màu vàng cam bền vững ở pH 0,5-1. 2.2.1.4. Phản ứng với dung dịch kaliiodua Các muối thủy ngân (II) cho kết tủa màu đỏ HgI2 với dung dịch KI ở môi trường trung tính hay acid và tan trong thuốc thử thừa. 2.2.1.5. Phản ứng với thiếc (II) clorua Cho kết tủa trắng (ở pH 2,5) rồi chuyển sang xám. 2.2.2. định lượng: 2.2.2.1. Phương pháp so màu với đồng (I) iodua Phương pháp dựa trên cơ sở phản ứng của Hg2+ với kaliiodua tạo thủy ngân iodua tạo phức màu hồng Cu2[HgI4], so màu với thang chuẩn. Hg2+ + 2KI = HgI2 + 2K+ HgI2 + 2KI = K2HgI4 2CuSO4 + 4KI = 2CuI2 + 2K2SO4 2CuI2 = 2CuI + I2 K2HgI4 + 2CuI = Cu2[HgI4] + 2KI I2 + Na2SO3 + H2O = 2HI + Na2SO4 2.2.2.2. Phương pháp chiết đo quang với thuốc thử Dithizon Tạo Dithizon với thủy ngân rồi so màu với dãy chuẩn. 2.2.2.3. Sử dụng huỳnh quang phát hiện thuỷ ngân trong cá Các nhà nghiên cứu tại trường đại học Pittsburgh đã phát triển một phương pháp nhanh chóng và đơn giản để phát hiện thuỷ ngân trong cá và các mẫu răng. Kỹ thuật này sử dụng chất huỳnh quang phát ánh sáng xanh khi xúc tác với thuỷ ngân bị ôxy hoá. Cường độ của ánh sáng cho thấy khối lượng thuỷ ngân có chứa trong mẫu nghiên cứu. 2.2.2.4. Phương pháp mới kiểm tra hàm lượng thủy ngân trong cá Các chuyên gia ở Viện nghiên cứu hải dương học Mỹ vừa cho ra đời một phương pháp mới kiểm tra hàm lượng thủy ngân trong cá. Nguyên lý làm việc giống như thiết bị thử mang thai ở phụ nữ. đây là kỹ thuật mang tính kinh tế và chỉ sau 1 tuần là biết kết quả, kể cả loại cá có chứa hàm lượng thuỷ ngân dưới ngưỡng quy định. Người ta cho một lượng nhỏ thịt cá vào trong ống kèm theo vài giọt dung dịch acid và enzyme, nó có nhiệm vụ tiêu hoá các mô này trong vài giờ, giống như cơ chế tiêu hoá thức ăn trong cơ thể con người. Sau đó người ta dùng chiếc đũa có tẩm nhựa đặc biệt để kiểm chứng, loại nhựa này có nhiệm vụ hút thuỷ ngân và đưa nhúng tiếp vào ống dịch thứ hai, ống này được bổ sung thêm vài giọt acid loãng để tách thuỷ ngân ra khỏi dịch và cuối cùng bổ sung thêm dịch có chứa chất hiện màu. Dịch hiện màu này có chứa một phân tử và kết tủa khi kết hợp với thuỷ ngân. Nếu cá có chứa thuỷ ngân thì dịch thử sẽ biến màu và trở nên trong hơn và người ta có thể đo được chính xác hàm lượng thuỷ ngân mà cá nhiễm độc. 2.2.2.5. Phương pháp phổ hấp thu nguyên tử với bộ hydrua hóa (HG – AAS)  đây là phương pháp xác định thủy ngân được sử dụng phổ biến hiện nay, vì giới hạn phát hiện nhỏ ( µg /l ). Nguyên tắc: giải phóng thủy ngân tự do từ nước hoặc các loại mẫu bằng sự khử, tiếp theo làm bay hơi và đưa hơi thủy ngân vào máy nhờ một dòng khí. Dung dịch NaBH4 được dùng làm tác nhân khử. đo cường độ hấp thu của thủy ngân ở bước sóng 253.7 nm. 2.3. Giới thiệu chung về phương pháp phổ hấp thu nguyên tử (AAS) 2.3.1. Phương pháp phổ hấp thu nguyên tử AAS 2.3.1.1. Nguyên tắc của phép đo AAS Chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do. Và chiếu chùm tia sáng bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử. Các nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong đám hơi đó sẽ hấp thu những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thu. Nhờ một hệ thống máy quang phổ mà ta thu toàn bộ chùm sáng phân ly và chọn một vạch phổ hấp thu của nguyên tố cần nghiên cứu để đo cường độ. - Việc đo cường độ hấp thu tuân theo định luật Lambert - Beer : I I log 0  = A = ε × L × C     t   Trong đó  I0: cường độ bức xạ tới. It: cường độ bức xạ ra. A: độ hấp thu. ε: Hệ số hấp thu. L: độ dài của dãy hấp thu. C: nồng độ nguyên tử hấp thu. 2.3.1.2. đối tượng và phạm vi ứng dụng đối tượng chính của phương pháp phân tích bằng phổ hấp thu nguyên tử là phân tích lượng vết các kim loại trong mẫu vô cơ và hữu cơ. Với các trang bị và kỹ thuật hiện nay, bằng phương pháp phân tích này người ta có thể định lượng được hầu hết các kim loại (khoảng 70 nguyên tố) và một số á kim đến giới hạn nồng độ cỡ ppm bằng kỹ thuật F – AAS, và đến nồng độ ppb bằng kỹ thuật ETA – AAS với sai số không lớn hơn 15%. Bên cạnh các kim loại, một vài á kim như Si, P, Se, Te cũng được xác định bằng phương pháp này. Các á kim khác như C, Cl, N không xác định trực tiếp được bằng phương pháp AAS, vì các vạch phân tích của á kim này thường nằm ngoài vùng phổ của các máy hấp thu nguyên tử thông dụng (190 – 900 nm). Ví dụ: C – 165,70; N – 134,70; O – 130,20; Cl – 134,78; S – 180,70 nm. Do đó muốn phân tích các á kim này cần phải có các bộ đơn sắc đặc biệt. 2.3.1.3. Giới thiệu máy quang phổ hấp thu nguyên tử Ta có thể mô tả minh hoạ một hệ thống máy đo phổ hấp thu nguyên tử theo sơ đồ sau: Bộ đơn sắc Bộ cảm ứng Nguồn phát xạ Hệ thống nguyên tử hóa Mẫu  microcomputer Hình 1: Sơ đồ hệ thống máy quang phổ hấp thu nguyên tử Muốn thực hiện phép đo phổ hấp thu nguyên tử hệ thống máy đo phổ hấp thu nguyên tử cần có các bộ phận cơ bản sau: Phần 1: Nguồn phát tia phát xạ cộng hưởng (vạch phổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích), để chiếu vào môi trường hấp thu chứa các nguyên tử tự do của nguyên tố. đó là các đèn catốt rỗng (HCL), các đèn phóng điện không điện cực (EDL), hay nguồn phát xạ liên tục đã được biến điệu (D2-Lamp, W-Lamp). Phần 2: Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích. Hệ thống này được chế tạo theo hai loại kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu: Kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa đèn khí (F-AAS) - Bộ phận dẫn mẫu vào buồng aerosol hóa và thực hiện quá trình aerôsol hóa mẫu (tạo thể sol khí). - đèn để nguyên tử hóa mẫu (burner head) để đốt cháy hỗn hợp khí có chứa mẫu ở thể sol khí. Ngược lại trong kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa (ETA-AAS), người ta thường dùng một lò nung nhỏ bằng graphit (cuvet graphit) hay thuyền Tangtan (Ta) để nguyên tử hóa mẫu nhờ nguồn năng lượng điện có hiệu điện thế thấp (nhỏ hơn 12V) nhưng nó có cường độ dòng rất cao (50 – 800 A). Phần 3: Là máy quang phổ, đó là bộ đơn sắc, có nhiệm vụ thu, phân ly và chọn tia sáng (vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện để phát tín hiệu hấp thu AAS của vạch phổ. Phần 4: Là hệ thống chỉ thị tín hiệu hấp thu của vạch phổ (tức là cường độ của vạch phổ hấp thu hay nồng độ nguyên tố phân tích). Hệ thống này thường là một microcomputer hay microprocessor, và hệ thống phần mềm. 2.3.2. Xác định Thủy ngân bằng phổ hấp thu nguyên tử với bộ hydrua hóa (HG – AAS) 2.3.2.1. Nguyên tắc Mẫu được vô cơ hoá. Thuỷ ngân (Hg) trong dung dịch mẫu bị hyđrit hoá bằng dòng khí hyđro. Hyđrit thuỷ ngân dễ bay hơi bị cuốn theo dòng khí hyđro và được bơm vào hệ thống quang phổ hấp thụ nguyên tử. Tại đây, hyđrit thuỷ ngân bị phân huỷ thành hơi thuỷ ngân và được xác định theo phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không dùng ngọn lửa. Các phản ứng xảy ra trong hệ thống bay hơi nguyên tử Hyđrit: - NaBH4 + HCl = NaCl + BH2 + 2H - 4 H + HgCl2 = HgH2 + 2 HCl - HgH2 = Hg + H2 2.3.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng Các ion đồng, niken, bismuth, sắt, selen, vàng, bạc, các kim loại nhóm platin và các hợp chất hữu cơ dễ bay có phổ phân tử ở vùng bước sóng 250 nm gây nhiễu. Các phương pháp loại trừ sự nhiễu là quan trọng trong sự xác định thủy ngân trong nền hữu cơ. Hai phương pháp cải tiến được sử dụng để loại bỏ sự nhiễu bởi hơi hữu cơ: một là phương pháp hỗn hống vàng để tinh chế hơi thủy ngân và hai là phương pháp hiệu chỉnh quang học cho phép đo phổ. Phương pháp hỗn hống vàng dựa trên sự hấp thụ chọn lọc của thủy ngân trên bề mặt vàng ở nhiệt độ phòng. Sau đó hơi hữu cơ được làm sạch bên ngoài, thủy ngân được phóng thích từ sợi vàng bằng cách gia nhiệt và sau đó đưa vào trong máy đo phổ. Phương pháp này có thể dùng không chỉ cho việc tinh chế thủy ngân mà còn thu gom và tích lũy thủy ngân thành một thể tích nhỏ làm cho nó đạt được độ nhạy phù hợp. Phương pháp hiệu chỉnh quang học được tận dụng để loại trừ sự hấp thu phân tử bởi các hơi hữu cơ. điều này sớm được loại bỏ bằng cách sử dụng một nguồn chiếu sáng liên tục và sau đó sử dụng hiệu ứng Zeeman. đặc biệt trong các trường hợp mẫu bị nhiệt phân trước khi đưa vào Zeeman AAS là phù hợp cho sự phân tích các mẫu rắn hoặc là các mẫu không có acid trước khi phân hủy, khi sự nhiễu nền phổ là thấp nhất sự hiệu chỉnh hiệu ứng Zeeman. Sai số có thể xảy ra từ sự hóa hơi và qui trình nguyên tử hóa nó thường chính xác hơn bằng cách sử dụng nền như Pd. Phương pháp này được ứng dụng để phân tích các mẫu bùn không cần phải phân hủy hóa học trước. Sử dụng đèn thạch anh ở bước sóng 184.9 nm ranh giới cộng hưởng với vùng UV trong chân không làm độ nhạy tăng thêm vượt qua bước sóng 253.7 nm. Giới hạn thủy ngân được phát hiện khi sử dụng giới hạn cộng hưởng ở bước sóng 184.9 nm thấp hơn 30 lần so với khi sử dụng ở bước sóng 253.7 nm. 2.3.3. Giới thiệu sơ lược về hệ thống tạo hơi Hg dòng liên tục: (VGA 77-Varian, HVG 1 Shimadzu, HG 3000-GBC) Hình 2.2. Hệ thống tạo hơi Hg dòng liên tục (HG 3000 – GBC) Mẫu, acid tạo môi trường và chất khử (NaBH4 hoặc SnCl2) đuợc bơm liên tục vào hệ thống nhờ 1 bơm nhu động 3 kênh. Mẫu và acid đuợc trộn đều trước bằng cuộn trộn (mixing coil). Hỗn hợp đồng nhất mẫu và acid sẽ được trộn tiếp với dòng chất khử và một dòng khí mang trong "cuộn dây phản ứng" (reaction coil), phản ứng tạo hydride diễn ra. Dòng khí mang này làm cho sự trộn lẫn giữa các dòng dung dịch diễn ra tốt hơn và cũng có tác dụng chuyển hơi Hg sang pha khí. Hơi Hg sẽ được tách khỏi dung dịch phản ứng tại bộ tách lỏng khí, và đuợc dẫn đến cell đo nhờ 1 dòng khí mang khác. Tín hiệu phân tích theo kiểu trạng thái ổn định "steady state", đo theo chiều cao peak. Hiệu suất phản ứng tạo hydride và tách chúng ra khỏi dung dịch thấp hơn 100%. 3.1. HOẠCH đỊNH THÍ NGHIỆM 3.1.1. Xây dựng đường chuẩn và xác định giới hạn phát hiện. 3.1.2. Thí nghiệm khảo sát hiệu suất khi phá mẫu với các hệ dung môi khác nhau: Thí nghiệm 1: khảo sát hiệu suất khi phá mẫu với hệ dung môi HNO3 + H2SO4 + H2O2. Thí nghiệm 2: khảo sát hiệu suất khi phá mẫu với hệ dung môi HNO3 + H2SO4 + V2O5. 3.1.3. Thí nghiệm khảo sát hàm lượng thủy ngân trong các mẫu thật: Mẫu cá tra được bán ở chợ. Mẫu cá tra filet của một số công ty. Mẫu ốc được bán ở chợ. So sánh hàm lượng Hg giữa các mẫu cá, ốc và với tiêu chuẩn. So sánh hàm lượng Hg giữa cá tra ở chợ và cá tra filet của các công ty. So sánh hàm lượng Hg giữa cá tra và ốc bán ở chợ. 3.2. TÓM TẮT CÁC QUY TRÌNH 3.2.1. Tóm tắt quy trình khảo sát: Sử dụng mẫu cá tra filet có hàm lượng thủy ngân thấp hơn giới hạn phát hiện để khảo sát. Kỹ thuật phân tích Hg trong cá bằng HG –AAS có thể chia làm 2 giai đoạn: Giai đoạn xử lý mẫu Mẫu thịt cá tra filet phải được cắt nhỏ ra, cân lượng mẫu thích hợp (khoảng 2g), thêm 10 mL chuẩn Hg có nồng độ 100 µg/L sau đó đem xử lý mẫu. Giai đoạn phân tích Hg trên máy HG - AAS Kết nối bộ hydrua hóa với máy quang phổ hấp thu nguyên tử AAS. Bật máy, tối ưu hóa các điều kiện phân tích trên máy HG – AAS. Tiến hành phân tích dung dịch chuẩn, mẫu trắng và mẫu xác định hàm lượng thủy ngân thu hồi được. 3.2.2. Tóm tắt quy trình phân tích mẫu thật Giai đoạn xử lý mẫu Mẫu thủy sản phải được cắt nhỏ ra, cân lượng mẫu thích hợp sau đó đem xử lý mẫu theo phương pháp tối ưu tìm được trong phần thí nghiệm khảo sát. Giai đoạn phân tích thủy ngân trên máy HG - AAS Kết nối bộ hydrua hóa với máy quang phổ hấp thu nguyên tử AAS. Bật máy, tối ưu hóa các điều kiện phân tích trên máy HG – AAS. Tiến hành phân tích mẫu trắng và mẫu xác định hàm lượng thủy ngân. 3.3. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU Số liệu được xử lý trên phần mềm Excel và theo mô hình tuyến tính tổng quát được thực hiện trên MiniTab. độ khác biệt ý nghĩa của các giá trị trung bình trong các thí nghiệm được xác định theo Turkey, với alpha <0,05. 3.4. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN Dựa theo phương pháp chuẩn số 974.15 của Hiệp hội các nhà hoá học phân tích (AOAC) công bố năm 2002. Và đã được chỉnh sửa để phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm. 3.5. HÓA CHẤT, DỤNG CỤ 3.5.1. Hóa chất Tên và nguồn gốc của các hóa chất sử dụng: Trung Quốc: Acid nitric HNO3, Acid sulfuric H2SO4, Hydro peroxit H2O2, Vanadi pentaoxit V2O5. Merck: Acid chloric HCl, Natrihydroxit NaOH, Natriborohydrua NaBH4, Chuẩn thủy ngân 1000mg/L. Dung dịch HCl 2%: Lấy 5,5 mL HCl 37% định mức thành 100 mL bằng nước cất hai lần. Dung dịch HCl 3%: Lấy 40,5 mL HCl 37% định mức thành 500 mL bằng nước cất hai lần. Dung dịch NaBH4/NaOH: Hòa tan 3 g NaBH4 và 3 g NaOH trong 500 mL nước cất hai lần. Dung dịch HNO3 0,05N: Lấy 3,5 mL HNO3 65% định mức thành 1 L bằng nước cất hai lần. Dung dịch chuẩn Hg: Từ dung dịch chuẩn Hg ban đầu có nồng độ 1000 mg/L pha loãng 10000 lần được 100 mL dung dịch Hg nồng độ 100 µ g/L (định mức bằng HNO3 0,05 N) Dung dịch KI 10%: Hòa tan 10 g KI trong 100 mL nước cất hai lần. Nước cất hai lần. 3.5.2. Dụng cụ và trang thiết bị Máy quang phổ hấp thu nguyên tử GBC Avantar. Hệ thống hydrua hóa kim loại HG 3000. Cân phân tích chính xác đến 0,1mg Bếp điện. Hệ thống Kjeldahl xử lý mẫu. Và các dụng cụ khác như: bình Kjeldahl, bình định mức, cốc sứ, becher, erlen, pipet… 3.6. KỸ THUẬT PHÂN TÍCH THỦY NGÂN BẰNG HG – AAS 3.6.1. Nguyên tắc Mẫu được vô cơ hoá. Thuỷ ngân (Hg) trong dung dịch mẫu bị hyđrit hoá bằng dòng khí hyđro. Hyđrit thuỷ ngân dễ bay hơi bị cuốn theo dòng khí hyđro và được bơm vào hệ thống quang phổ hấp thụ nguyên tử. Tại đây, hyđrit thuỷ ngân bị phân huỷ thành hơi thuỷ ngân và được xác định theo phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không dùng ngọn lửa. Các phản ứng xảy ra trong hệ thống bay hơi nguyên tử Hyđrit: - NaBH4 + HCl = NaCl + BH2 + 2H - 4 H + HgCl2 = HgH2 + 2 HCl - HgH2 = Hg + H2 Hình 3.1 Máy HG – AAS 3.6.2. điều kiện tối ưu của thiết bị: qua quá trình khảo sát đã chọn được một số thông số tối ưu của t