Luận án Nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích metyl thủy ngân trong các mẫu sinh học và môi trường tại khu vực khai thác vàng thần sa, Thái Nguyên

huyện Võ Nhai tỉnh Thái Nguyên Võ Nhai là huyện vùng cao của tỉnh Thái Nguyên, có giới hạn địa lí 105017 - 106 017 đông, 21036 - 212056 vĩ bắc; phía đông giáp huyện Bắc Sơn (tỉnh Lạng Sơn); phía tây giáp huyện Đồng Hỉ và huyện Phú Lƣơng (tỉnh Thái Nguyên); phía nam giáp huyện Đồng Hỉ ( tỉnh Thái Nguyên) và huyện Yên Thế (tỉnh Bắc Giang); phía bắc giáp huyện Na Rì (tỉnh Bắc Cạn). Diện tích tự nhiên của Võ Nhai là 845,1 km 2 , gồm 14 xã và 1 thị trấn, trong đó có 11 xã thuộc khu vực III còn lại 4 đơn vị thuộc khu vực II, dân số hiện có khoảng 66.340 ngƣời. Huyện Võ Nhai đang trong quá trình xây dựng nông thôn mới. Tuy nhiên, Võ Nhai, Thái Nguyên là huyện miền núi còn gặp rất nhiều khó khăn, cơ sở hạ tầng 46 yếu kém, thu nhập chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu đời sống vật chất của ngƣời dân. Võ Nhai là huyện miền núi do đó tốc độ tăng trƣởng kinh tế vẫn ở mức thấp. Giá trị sản xuất thu đƣợc chủ yếu là của ngành nông nghiệp, ngành công nghiệp và dịch vụ còn thấp. Mật độ dân cƣ thƣa thớt, có 8 dân tộc anh em chủ yếu là dân tộc thiểu số có trình độ dân trí thấp nên tình hình phát triển kinh tế xã hội giữa các khu vực trong huyện không đồng đều. Hình 1.9. Sơ đồ huyện Võ Nhai Thần Sa là một xã nằm ở phía bắc của huyện và đƣợc biết đến với và có nhiều khoáng sản quý nhƣ chì, kẽm, vàng. Xã có tổng diện tích tự nhiên là 10.263.38 ha, trong đó: đất nông nghiệp: 9.928,78 ha chiếm 96,73%; đất phi nông nghiệp: 308,52 ha chiếm 3,00%; đất chƣa sử dụng: 26,08 ha chiếm 0,25%; đất ở nông thôn 21.05 ha chiếm 0,20%. Với dân số 2.802 ngƣời, 615 hộ, có 255 hộ nghèo chiếm 42%, 97 hộ cận nghèo (16%), gồm 3 dân tộc chính Tày, Dao và H Mông. Theo hành chính quản lý trên địa bàn xã có 9 xóm: 1. Thƣợng Kim, 2. Tân Kim, 3. Xuyên Sơn, 4. Ngọc Sơn 1, 5. Ngọc Sơn 2, 6. Hạ Sơn Tày, 7. Hạ Sơn Dao, 8. Kim Sơn, 9. Trung Sơn, và có 03 doanh nghiệp khai thác khoáng sản đóng trên địa bàn với hơn 200 nhân khẩu đang tạm trú tại các doanh nghiệp. 47 Hình 1.10. Sơ đồ xã Thần Sa 1.7.2. Tình hình khai thác vàng trên địa bàn xã Thần Sa huyện Võ Nhai tỉnh Thái Nguyên Thái Nguyên phong phú và đa dạng về chủng loại khoáng sản. Các mỏ, điểm mỏ ngoài các nguyên tố có giá trị kinh tế cao (Au, Ag, Bi, W, Zn) còn có chứa các nguyên tố độc hại (Hg, As, Cd). Theo thời gian do tác động của các yếu tố tự nhiên và con ngƣời sẽ làm phát tán chúng ra môi trƣờng xung quanh và có khả năng gây ô nhiễm cho môi trƣờng đất, nƣớc, không khí nếu hàm lƣợng các nguyên tố độc hại vƣợt quá giới hạn cho phép. 48 Các mỏ, điểm khoáng sản độc hại trong tỉnh Thái Nguyên thƣờng phân bố ở những nơi có các dòng sông, suối chảy qua. Khi các con sông, con suối chảy qua các khu vực có các mỏ chứa khoáng sản độc hại thì dƣới tác dụng của dòng chảy sẽ xói mòn, rửa trôi, hòa tan, vận chuyển và phát tán chúng ra môi trƣờng xung quang gây ô nhiễm cho môi trƣờng sống. Các khu mỏ, điểm mỏ chứa khoáng sản có kèm theo các nguyên tố độc hại có hệ thống rừng nguyên sinh ít, đa số là rừng tái sinh và mới trồng nên độ che phủ từ trung bình đến kém. Khi mƣa xuống so mức độ che phủ kém gây ra hiện tƣợng phá hủy bào mòn thân quặng làm cho quá trình phong hóa cơ học và hóa học diễn ra nhanh hơn. Dƣới tác dụng của dòng chảy mang theo các nguyên tố độc hại từ các mỏ khoáng phát tán ra môi trƣờng xung quanh gây ô nhiễm môi trƣờng. Khi khai thác khoáng sản phục vụ cho việc phát triển kinh tế - xã hội, luôn đi kèm với sự phát thải các chất thải ra môi trƣờng. Bụi, chất thải các loại khoáng sản độc hại sẽ không ngừng phát thải vào môi trƣờng xung quanh. Hoạt động của các khu công nghiệp cũng phát thải các chất độc hại ra môi trƣờng. Ngoài ra, còn có các hoạt động khai thác vàng trái phép có sử dụng thủy ngân để tách vàng sẽ phát thải thủy ngân vào môi trƣờng. Mỏ vàng Thần Sa huyện Võ Nhai tỉnh Thái Nguyên từng là mỏ vàng hoạt động trái phép lớn nhất miền Bắc bởi trong khu vực này chứa một lƣợng lớn vàng sa khoáng. Trong thời gian gần đây, nạn khai thác vàng trái phép ở mỏ vàng Thần Sa vẫn xảy ra trên địa bàn huyện Võ Nhai. Các bãi khai thác vàng ở Thần Sa diễn ra từ khu vực suối Pó thuộc xóm Kim Sơn lên đến tận Thƣợng Kim là vùng giáp với huyện Chợ Mới của tỉnh Bắc Kạn, nhƣng tập chung chủ yếu ở khu vực lũng Tâu Lƣờn [119]. Các bãi vàng hoạt động trái phép chủ yếu sử dụng thủy ngân để tạo hỗn hống vàng - thủy ngân để tách vàng, đây là nguyên nhân chính gây ra phát tán thủy ngân vào môi trƣờng tại huyện Võ Nhai. Ngoài sự thủy ngân phát ra trong quá trình khai thác quặng vàng do thủy ngân là nguyên tố đi kèm chiếm khoảng 0,16 đến 0,34 % trong quặng vàng ở Thần Sa. 49 CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Dụng cụ hóa chất 2.1.1. Dụng cụ, thiết bị  Thiết bị - Hệ thiết bị phân tích vết thủy ngân tự động Model VAST-HG 01(Do phòng phân tích, viện hóa cải tiến và chế tạo). - Hệ thiết bị sắc ký khí kết hợp với detector bắt điện tử (GC-ECD, Shimadzu- GC 2010). - Hệ thiết bị sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép nối khối phổ sử dụng nguồn cao tần cảm ứng plasma (HPLC-ICP-MS) của hãng Perkin-Elmer Model Nexion 2000. - Cân phân tích chính xác đến 10-5g của hãng Satorious. - Bếp gia nhiệt: Stuart SB300 - Máy lắc Vortex: Fisher brand Whirli Mixer - Thiết bị hút mẫu tự động: Socorex Calibrex 520/530 - Máy ly tâm Heraeus Multifuge 3SR, Thermo Fisher Scientific. - Tủ sấy Memmert UN55 (Đức).  Dụng cụ - Ống ly tâm 50 mL, 15 mL - Bình định mức 50mL, 100mL, 500mL, 1000mL. - Bình vô có hóa mẫu bằng thạch anh 50 mL - Pipette các loại, cốc thủy tinh. Do Hg trong mẫu phân tích có hàm lƣợng vết nên để tránh tối đa sự nhiễm bẩn, các dụng cụ đều đƣợc xử lí cẩn thận, bằng cách: ngâm trong dung dịch KMnO4 0,5% + H2SO4 1N, sau đó rửa sạch và tráng bằng nƣớc cất. 2.1.2. Hóa chất Do yêu cầu nghiêm ngặt của phép đo nên nƣớc cất, hóa chất phải có độ tinh khiết cao, trong quá trình nghiên cứu chúng tôi sử dụng các hóa chất: 1. Axit HNO3 65% Merck, PA 2. Axit H2SO4 98% Merck, PA 3. Axit HClO4 72% Merck, PA 4. Axit HCl 36% Merck, PA 5. Axit HBr 48% Sigma-Aldrich, PA 6. SnCl2.2H2O Merck, PA 50 7. KMnO4 Merck, PA 8. Hydroxylamin (NH2OH.HCl) Merck 9. Na4EDTA (C10H12N2O8Na4.4H2O) Merck 10. Dithizon (C6H5N:NCSNHNHC6H5) Merck 11. Dung dịch chuẩn Hg2+ 1000 mg/L Merck 12. Muối metyl thủy ngân (CH3HgCl) Merck 13. Toluen Merck 14. Hexan Merck 15. Axit axetic (CH3COOH) Merck 16. NaOH Merck 17. CuCl2.2H2O Merck 18. L-cystein hydrochloride Merck Các mẫu chuẩn đƣợc chứng nhận (CRM): STT Mẫu chuẩn Giá trị chứng chỉ (X ± SD) Hàm lƣợng tổng Hg Hàm lƣợng Me-Hg 1 TORT 2 (Lobster Hepatopancreas Certified Reference Material for Trace Metals) 0,270 ± 0,060 (mg/kg) 0,152 ± 0,013(mg/kg) 2 DORM-2 (Dogfish Muscle Certified Reference Material for Trace Metals) 4,64 ± 0,26(mg/kg) 4,47 ± 0,32(mg/kg) 3 NIES No.13 (Human Hair Certified Reference Material for Trace Metals) 4,42 ± 0,20(mg/kg) 3,8 ± 0,4(mg/kg) 4 CMR-580 (Estuarine Sediment Certified Reference Material) 132 ± 3,0(mg/kg) 0,075 ± 0,004 (mg/kg) 5 IAEA-356 (Marine Sediment Certified Reference Material) 5,46 ± 0,89 (μg/kg) 6 IAEA-405 (Trace Elements and Methylmercury in Estuarine Sediment) 5,49 ± 0,53(ng/g) 7 MESS-3 (Marine Sediment Reference Materials for Trace Metals and other Constituents) 0,091 ± 0,009 (mg/kg) 8 Blood L-3 (Seronom Trace Elements Whole Blood L-3) 31,4 ± 1,7 (μg/kg) 9 DOLT-3 (Dogfish liver Certified Reference Material for Trace Metals) 3,37 ± 0,14 (μg/kg) 1,59 ± 0.12(μg/kg) 51 2.1.3. Chuẩn bị hóa chất và các dung dịch chuẩn 1. Dung dịch NaOH 10M: Hòa tan 400g NaOH trong 1 lít nƣớc cất. 2. Dung dịch NaOH 0,1M: Hút 1 mL dung dịch NaOH 10M chuyển vào bình định mức 100 mL và thêm nƣớc cất đến vạch. 3. Dung dịch HCl 1M: Hút 82 mL HCl 36 % chuyển vào bình định mức 1000 mL có chứa khoảng 500 mL nƣớc cất, thêm nƣớc cất định mức đến vạch 1000 mL. 4. Dung dịch H2SO4 20N: Thêm từ từ 600 mL axit H2SO4 98% vào bình định mức 1000 mL có chứa 350 mL nƣớc cất. Làm nguội đến nhiệt độ phòng sau đó thêm nƣớc cất đến vạch mức. 5. Dung dịch HBr 5M: Chuyển 271,5mL dung dịch HBr đậm đặc 48% vào bình định mức 1000mL và thêm nƣớc cất đến thể tích 1000mL 6. Dung dịch CuCl2 2M: Hòa tan 342g muối CuCl2.2H2O trong 1 lít nƣớc cất. 7. Dung dịch NH2OH.HCl 10%: Hòa tan 10g NH2OH.HCl trong 100 mL nƣớc cất. 8. Dung dịch EDTA 10%: Hòa tan 10g Na4EDTA (C10H12N2O8Na4.4H2O) trong 100 mL nƣớc cất. 9. Dung dịch đithizon 0,01% trong toluen: Hòa tan 0,01g điphenylthhiocarbazone (C6H5N:NCSNHNHC6H5) trong 100 mL toluen. 10. Làm sạch dung dịch đithizon: Chuyển 100 mL dung dịch đithhizon 0,01% vào phễu chiết 200 mL, thêm 50 mL dung dịch NaOH 0,1N và lắc trong vòng 5 phút, loại bỏ pha hữu cơ toluen. Sau đó pha nƣớc đƣợc axit hóa với axit HCl 1N để dung dịch chuyển về màu xanh và chiết lại với 100mL toluen, loại bỏ pha nƣớc và bảo quản dung dịch đithizon-toluen trong chai thủy tinh màu nâu. Dung dịch trên đƣợc chuẩn bị hàng ngày trƣớc khi phân tích. 11. Dung dịch L-cystein 0,1%: Hòa tan 10mg L-cystein hydrochloride C3H7O2S.HCl.H2O trong 10mL dung dịch NaOH 0,1N. Dung dịch này đƣợc chuẩn bị hàng ngày. 12. Dung dịch chuẩn gốc metyl thủy ngân: Hòa tan 12,5mg CH3HgCl trong 100mL toluen, 1mL dung dịch này có chứa 100µg Hg. 13. Dung dịch chuẩn làm việc metyl thủy ngân: Pha loãng dung dịch chuẩn gốc 100 lần bằng toluen, 1mL dung dịch này có chứa 1,0 µg Hg 14. Dung dịch metyl thủy ngân-cystein: Chuyển 0,5mL dung dịch chuẩn làm việc metyl thủy ngân và 5mL dung dịch L-cystein 0,1% vào ống ly tâm 10mL, lắc 52 trong 3 phút để chiết metyl thủy ngân sang pha nƣớc. Sau đó ly tâm 3 phút ở tốc độ 1200 vòng/phút và loại bỏ pha hữu cơ. Dung dịch thu đƣợc chứa 0,1 µg Hg/mL, bảo quản lạnh và trong tối. Dung dịch này đƣợc chuẩn bị hàng tháng. 15. Dung dịch SnCl2 10%: Hòa tan 10g SnCl2.2H2O trong 9mL HCl và pha loãng đến 100mL bằng nƣớc cất. 16. Dung dịch KMnO4 0,5%: Hòa tan 0,5 g KMnO4 trong 100 mL nƣớc cất. 2.2. Xác nhận giá trị sử dụng của quy trình phân tích hàm lƣợng tổng Hg bằng phƣơng pháp CV-AAS 2.2.1. Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng tổng Hg a. Xây dựng đường chuẩn Đƣờng chuẩn đƣợc xây dựng bằng cách pha một dãy gồm 06 dung dịch có nồng độ Hg2+ tƣơng ứng là: 0,1; 0,2; 0,4; 0,8; 1,0 µg/L từ dung dịch chuẩn Hg2+ 1000 ppm. Dung dịch trắng đƣợc chuẩn bị tƣơng tự nhƣng không chứa Hg2+. - Pha dung dịch trung gian (CddA = 50 ppb) từ dung dịch chuẩn Hg 2+ 1000 ppm theo sơ đồ sau: Hút lần lƣợt V (mL) dung dịch A cho vào bình phản ứng 50 mL, tiến hành quá trình vô cơ hóa mẫu nhƣ mẫu thật: cho vào mỗi bình 2 mL HNO3 - HClO4 (1:1) và 5 mL H2SO4 đặc, rồi đun trên bếp điện có điều khiển nhiệt độ ở 250 °C trong 30 phút, sau đó để nguội và định mức bằng nƣớc cất đến mức 50 mL. Các dung dịch tƣơng ứng có nồng độ Hg2+ lần lƣợt là 0,0 µg/L; 0,1 µg/L; 0,2 µg/L; 0,4 µg/L; 0,8 µg/L; 1,0 µg/L trong bảng STT 1 2 3 4 5 6 Vdd A (mL) 0,0 0,1 0,2 0,4 0,8 1,0 CHg 2+ (ppb) 0,0 0,1 0,2 0,4 0,8 1,0 Lấy 5mL dung dịch các nồng độ trên cho vào bình phản ứng với SnCl2 10% và tiến hành ghi đo phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân. b. Đánh giá giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) Để đánh giá giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lƣợng (LOQ) cần tiến hành phân 01 mẫu chuẩn trầm tích (có hàm lƣợng Hg là: 8,15ng/g), 01 mẫu máu (có hàm lƣợng thủy ngân là: 1,70 ng/g) đƣợc tiến hành nhƣ quy trình ở hình 2.1, và đo lặp 10 lần. Sau đó tính các giá trị: , SD, LOD và LOQ. 53 c. Đánh giá độ chính xác của phương pháp  Đánh giá độ chính xác dựa vào mẫu chuẩn quốc tế (CRM) Phân tích xác định hàm lƣợng tổng thủy ngân trong các mẫu chuẩn MESS-3 (Marine Sediment Reference Materials for Trace Metals and other Constituents); Blood L-3 (Seronom Trace Elements Whole Blood L-3) và DORM-2 (Dogfish muscle certificate reference material for trace metals) theo quy trình đƣa ra ở mục trên. Phép phân tích đƣợc lặp lại 6 lần và tính toán giá trị độ chệch (bias), SD và RSD.  Đánh giá độ chính xác dựa vào mẫu thêm chuẩn Đối với mẫu nƣớc, do không có mẫu chuẩn phù hợp, chúng tôi tiến hành đánh giá độ chính xác thông qua xác định hiệu suất thu hồi của mẫu nƣớc BM-III 01 có thêm chuẩn thủy ngân ở 3 nồng độ 5 ng/L, 10 ng/L và 20 ng/L. Phân tích lặp lại 6 lần theo quy trình phân tích hàm lƣợng thủy ngân tổng số và tính toán SD, RSD, độ thu hồi. 2.2.2. Quy trình phân tích tổng Hg trong mẫu đất, trầm tích Hình 2.1. Quy trình phân tích hàm lƣợng tổng Hg trong mẫu đất/ trầm tích 1. Cân chính xác khoảng 0,2 g mẫu đất/ trầm tích cho vào bình phản ứng 50mL. 2. Lần lƣợt thêm vào 1mL nƣớc cất, 2mL hỗn hợp axit HNO3-HClO4 đậm đặc tỷ lệ 1:1,5mL axit H2SO4 đậm đặc và đun trên bếp gia nhiệt ở 200 - 230C, 54 trong 30 phút. Sau khi mẫu phân hủy hoàn toàn đƣợc để nguội đến nhiệt độ phòng và định mức đến 50mL bằng nƣớc cất. 3. Hàm lƣợng thủy ngân tổng số đƣợc xác định bằng phƣơng pháp CV-AAS. 2.2.3. Quy trình phân tích hàm lượng tổng Hg trong mẫu nước Hình 2.2. Quy trình phân tích hàm lƣợng tổng Hg trong mẫu nƣớc 1. Lấy 1 lít nƣớc vào phễu chiết, thêm 10 mL H2SO4 20N và 5 mL KMnO4 0,5% để vô cơ hóa mẫu, lắc đều và để yên trong 5 phút. Trung hòa axit còn dƣ bằng 20 mL NaOH 10N. 5 mL NH2OH.HCl 10% đƣợc thêm vào, lắc đều và để yên trong 20 phút để khử toàn bộ lƣợng KMnO4 còn dƣ. Tiếp tục thêm 5 mL EDTA 10% và lắc đều. 10 mL đithizon nồng độ 0,01% trong toluene đƣợc thêm vào và lắc đều trong vòng 1 phút để chiết thủy ngân trong mẫu sang pha hữu cơ. Sau khi để yên trong ít nhất 1 giờ và tránh ánh sáng, pha nƣớc (pha dƣới) đƣợc loại bỏ. 55 2. Pha hữu cơ (pha toluen) đƣợc chuyển sang ống ly tâm 10mL có nắp bằng thủy tinh, ly tâm ở tốc độ 1200 vòng/phút, trong 3 phút. 3. Chuyển một thể tích chính xác (thƣờng là 7 mL) pha toluene vào bình phản ứng. Làm bay hơi mẫu đến khô ở nhiệt độ 60C sử dụng hệ cất chân không. 4. Thêm 2mL hỗn hợp axit HNO3-HClO4 đậm đặc tỷ lệ 1:1,5mL axit H2SO4 đậm đặc vào bình phản ứng và đun trên bếp gia nhiệt ở 200 - 230C, trong 30 phút. Sau khi mẫu phân hủy hoàn toàn, để nguội đến nhiệt độ phòng và định mức đến 50mL bằng nƣớc cất. 5. Hàm lƣợng thủy ngân tổng số đƣợc xác định bằng phƣơng pháp CV-AAS. 2.2.4. Quy trình phân tích hàm lượng tổng Hg trong mẫu thủy sản, tóc và máu Hình 2.3. Quy trình phân tích hàm lƣợng thủy ngân tổng số trong mẫu sinh học (thủy sản, tóc, máu) 1. Cân chính xác 1g đối với mẫu thủy sản và 10mg đối với mẫu tóc cho vào bình phản ứng 50mL. Với mẫu máu lấy khoảng 1mL mẫu cho vào bình phản ứng 50mL. 2. Lần lƣợt thêm vào 1mL nƣớc cất, 2mL hỗn hợp axit HNO3-HClO4 đậm đặc tỷ lệ 1:1,5mL axit H2SO4 đậm đặc và đun trên bếp gia nhiệt ở 200 - 230C, 56 trong 30 phút. Sau khi mẫu phân hủy hoàn toàn đƣợc để nguội đến nhiệt độ phòng và định mức đến 50mL bằng nƣớc cất. Hàm lƣợng thủy ngân tổng số đƣợc xác định bằng phƣơng pháp CV-AAS. 2.3. Xác nhận giá trị sử dụng của quy trình phân tích hàm lƣợng Me-Hg trong mẫu trầm tích bằng phƣơng pháp GC-ECD 2.3.1. Xây dựng đường chuẩn xác định Me-Hg bằng phương pháp GC-ECD Đƣờng chuẩn đƣợc xây dựng bằng cách chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn meyl thủy ngân clorua trong dung môi toluen có nồng độ tính theo đơn vị µg Hg/L (ppb) lần lƣợt là: 0,0 µg/L, 1,0 µg/L; 2,0 µg/L; 4,0 µg/L; 6,0 µg/L; 8,0 µg/L; 10,0 µg/L. Dung dịch trắng đƣợc chuẩn bị tƣơng tự nhƣng không chứa Hg2+. Pha dung dịch trung gian (CddA = 500ppb) bằng cách hòa tan CH3HgCl trong toluen theo sơ đồ sau: (ddA) Hút lần lƣợt V (mL) dung dịch A cho vào bình phản ứng 50 mL, tiến hành quá trình vô cơ hóa mẫu nhƣ mẫu thật: cho vào mỗi bình 2 mL HNO3 - HClO4 (1:1) và 5 mL H2SO4 đặc, rồi đun trên bếp điện có điều khiển nhiệt độ ở 250°C trong 30 phút, sau đó để nguội và định mức bằng nƣớc cất đến mức 50 mL. Các dung dịch tƣơng ứng có nồng độ Hg2+ lần lƣợt là: 0,0 µg/L, 1,0 µg/L; 2,0 µg/L; 4,0 µg/L; 6,0 µg/L; 8,0 µg/L; 10,0 µg/L trong bảng STT 1 2 3 4 5 6 7 VddA (mL) 0,0 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 CHg 2+ (ppb) 0,0 1,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 Bơm chính xác 5 µL dung dịch chuẩn vào cổng bơm mẫu của sắc ký khí và tiến hành ghi đo phổ của metyl thủy ngân theo các điều kiện đã lựa chọn ở trên, thời gian lƣu của metyl thủy ngân là 4,5 phút. Hàm lƣợng metyl thủy ngân trong dung dịch phân tích dựa vào sự phụ thuộc giữa chiều cao pic và nồng độ metyl thủy ngân. 57 2.3.2. Quy trình phân tích hàm lượng Me-Hg trong mẫu trầm tích bằng phương pháp GC-ECD a. Quy trình phân tích metyl thủy ngân trong mẫu trầm tích Hình 2.4. Quy trình phân tích Me-Hg trong mẫu trầm tích bằng phƣơng pháp GC-ECD Cân chính xác 1 g mẫu đất hoặc trầm tích vào ống ly tâm 50 mL, thêm 10 mL KOH 1N-EtOH, đun trong bình điều nhiệt ở 100C trong 1 giờ, lắc đều trong 20 phút bằng máy lắc ngang, sau đó thêm 10 mL HCl 1N để đƣa pH về trung tính, sau đó thêm 5 giọt HCl 1N để chuyển về môi trƣờng axit rồi sục khí N2 với tốc độ 50 mL/phút trong 5 phút. Thêm 2 mL dung dịch NH2OH.HCl 20% và 2 mL dung dịch EDTA 20% rồi lắc bằng máy lắc ngang trong 20 phút. Thêm vào 5 mL dung dịch dithizon 0,01% pha trong toluen và lắc trong 5 phút rồi ly tâm với tốc độ 2500 vòng/phút trong 3 58 phút để tách lấy pha hữu cơ. Dịch chiết trong toluen đƣợc rửa với 3 mL NaOH 1N để loại bỏ đithizon còn dƣ, rồi lắc trong 5 phút, và ly tâm 2500 vòng/phút để tách và loại bỏ pha nƣớc. Phức metyl thủy ngân với đithizon trong pha toluen đƣợc giải chiết với 5 mL Na2S 0,02% trong NaOH 0,2N-EtOH. Hỗn hợp đƣợc lắc trong 5 phút sau đó ly tâm 1200 vòng/phút trong 3 phút, rồi loại bỏ pha hữu cơ. Dịch chiết đƣợc rửa hai lần với 2 mL toluen để loại bỏ triệt để các chất không phân cực còn lại trong pha nƣớc, rồi lắc trong 5 phút và ly tâm 1200 vòng/phút để loại bỏ pha hữu cơ. Sau khi loại bỏ toluen, dịch chiết đƣợc axit hóa với 2 mL HCl 1N và 2 mL dung dịch đệm pH = 3, lắc nhẹ bằng máy lắc rung, sục khí N2 với tốc độ 50 mL/phút trong 5 phút để loại bỏ Na2S. Sau đó toàn bộ pha nƣớc đƣợc chiết lại với 2 mL dung dịch đithizon 0,01% pha trong toluen rồi lắc và ly tâm để thu lại pha hữu cơ. Để tránh ảnh hƣởng của đithizon dƣ trong khi ghi đo bằng sắc ký khí, pha hữu cơ đƣợc rửa với 3 mL NaOH 1N. Cuối cùng axit hóa dịch chiết bằng 3 giọt HCl 1N và xác định bằng sắc ký khí với detector ECD. b. Xác nhận lại giá trị sử dụng của quy trình phân tích metyl thủy ngân bằng phương pháp GC-ECD Độ tin cậy của quy trình phân tích đƣợc đánh giá thông qua các đại lƣợng: - Phƣơng trình đƣờng chuẩn - Giới hạn phát hiện và giới hạn định lƣợng - Độ lặp và độ thu hồi của phƣơng pháp Các thí nghiệm đánh giá độ tin cậy của quy trình phân tích đƣợc thực hiện tƣơng tự nhƣ đánh giá quy trình phân tích hàm lƣợng tổng thủy ngân đƣợc mô tả ở mục 2.2. 2.4. Nghiên cứu, xây dựng quy trình phân tích hàm lƣợng Me-Hg trong mẫu sinh học bằng phƣơng pháp CV-AAS 2.4.1. Xây dựng đường chuẩn xác định Me-Hg bằng phương pháp CV-AAS a. Xây dựng đường chuẩn Đƣờng chuẩn đƣợc xây dựng bằng cách chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn meyl thủy ngân clorua trong dung môi toluen có nồng độ tính theo đơn vị µg Hg/L (ppb) lần lƣợt là: 0,05 µg/L; 0,1 µg/L; 0,2 µg/L; 0,4 µg/L; 0,8 µg/L ;1,0 µg/L. Dung dịch trắng đƣợc chuẩn bị tƣơng tự nhƣng không chứa Hg2+. 59 Pha dung dịch trung gian (CddA = 50ppb) bằng cách hòa tan CH3HgCl trong toluen theo sơ đồ sau: Hút lần lƣợt V (mL) dung dịch A cho vào bình phản ứng 50 mL, tiến hành quá trình vô cơ hóa mẫu nhƣ mẫu thật: cho vào mỗi bình 2 mL HNO3 - HClO4 (1:1) và 5 mL H2SO4 đặc, rồi đun trên bếp điện có điều khiển nhiệt độ ở 250°C trong 30 phút, sau đó để nguội và định mức bằng nƣớc cất đến mức 50 mL. Các dung dịch tƣơng ứng có nồng độ Hg2+ lần lƣợt là 0,0 µg/L; 0,05 µg/L; 0,1 µg/L; 0,2 µg/L; 0,4 µg/L; 0,8 µg/L; 1,0 µg/L trong bảng STT 1 2 3 4 5 6 7 VddA (mL) 0,0 0,05 0,1 0,2 0,4 0,8 1,0 CHg 2+ (ppb) 0,0 0,05 0,1 0,2 0,4 0,8 1,0 Lấy 5mL dung dịch các nồng độ trên cho vào bình phản ứng với SnCl2 10% và tiến hành ghi đo phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân. b. Đánh giá giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lƣợng (LOQ) của quy trình phân tích hàm lƣợng metyl thủy ngân với từng đối tƣợng mẫu khác nhau đƣợc xác định dựa trên việc phân tích lặp 10 lần các mẫu sinh học tƣơng ứng. Sau đó tính toán các giá trị , SD, LOD và LOQ. c. Đánh giá độ chính xác của phương pháp dựa vào mẫu chuẩn CRM Phân tích xác định hàm lƣợng metyl thủy ngân trong các mẫu chuẩn DOLT-3 theo quy trình đã xây dựng đƣợc. Phép phân tích đƣợc lặp lại 6 lần và tính toán giá trị độ chệch (bias) và RSD. 2.4.2. Quy trình phân tích hàm lượng Me-Hg trong mẫu sinh học bằng phương pháp CV-AAS Quy trình phân tích metyl thủy ngân bằng phƣơng pháp quang quang phổ với kỹ thuật hóa hơi lạnh gồm 3 bƣớc chính: Tiền xử lý mẫu, tách chiết dạng metyl thủy ngân ra khỏi nền mẫu và xác định bằng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử. Để lựa chọn các điều kiện chiết chọn lọc tối ƣu, chúng tôi tiến hành khảo sát theo các các bƣớc mô tả ở sơ đồ hình 2.8 sử dụng mẫu cá chuẩn DOLT-3 có hàm 60 lƣợng metyl thủy ngân là 1,590 ppm, lƣợng mẫu sử dụng là 1g. Mỗi thí nghiệm khảo sát tiến hành phân tích lặp lại 3 lần và tính toán hiệu suất thu hồi. Hình 2.5. Quy trình khảo sát lựa chọn điều kiện chiết chọn lọc Me-Hg 2.5. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu 2.5.1. Đối tượng nghiên cứu - Các mẫu nghiên cứu:  Mẫu môi trƣờng (trầm tích, nƣớc) và mẫu thủy sản thuộc hệ thống sông, suối trong khu vực khai thác vàng tại xã Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên.  Mẫu sinh học ở ngƣời bao gồm mẫu tóc, máu của những ngƣời trực tiếp khai thác và chế biến vàng tại xã Thần sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên. - Quy trình phân tích các dạng thủy ngân trong các mẫu sinh học và môi trƣờng:  Xác nhận giá trị sử dụng của quy trình phân tích thủy ngân tổng số bằng phƣơng pháp CV-AAS. 61  Xác nhận giá trị sử dụng của quy trình phân tích metyl thủy ngân bằng phƣơng pháp GC-ECD.  Nghiên cứu, xây dựng quy trình phân tích metyl thủy ngân trong các mẫu sinh học bằng phƣơng pháp CV-AAS. 2.5.2. Phương pháp nghiên cứu 2.5.2.1. Phương pháp tổng quan tài liệu Tổng quancác tài liệu, bài báo, báo cáo khoa học trong và ngoài nƣớc liên quan đến nội dung luận án. 2.5.2.2. Các phương pháp đo, định lượng a. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật hóa hơi lạnh CV-AAS Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử hóa hơi lạnh CV-AAS đƣợc sử dụng để đo và định lƣợng các dạng của thủy ngân sau quá trình xử lý mẫu chuyển về Hg2+. Các phép đo CV-AAS đƣợc thực hiện tại phòng Hóa phân tích, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam trên hệ thiết bị phân tích vết thuỷ ngân tự động Model: VAST-HG 01. Quy trình hoạt động của thiết bị đƣợc thực hiện nhƣ sau: Thuỷ ngân dƣới dạng hợp chất trong dung dịch phân tích đƣợc đƣa tới hệ tạo hơi thủy ngân bằng bơm không khí (1) vào bình phản ứng (2). Sau đó bơm định lƣợng dung dịch thiếc II clorua (SnCl2 10%) từ bình chứa dung dịch SnCl2 10% (3) vào bình phản ứng (2) để khử thuỷ ngân về dạng nguyên tố ở dạng hơi. SnCl2 + Hg 2+ → Sn4+ + Hgo + 2Cl- Hơi thuỷ ngân đƣợc tạo ra từ bình phản ứng (2) đƣợc làm giàu bằng cách bơm tuần hoàn trong hệ, trong khoảng thời gian xác định. Hơi axit đƣợc trung hoà và giữ lại bởi dung dịch NaOH 5M khi đi qua bình bẫy axit (4). Sau đó van bốn chiều (5) xoay một góc 90 độ để hơi thuỷ ngân sau khi đƣợc loại hơi axit đƣợc bơm qua bình làm lạnh bẫy hơi nƣớc (6) đặt trong bình đá (7) ngƣng tụ, loại hơi nƣớc trƣớc khi đi vào cuvet hình chữ U (8) để ghi đo phổ hấp thụ của thuỷ ngân. Bơm không khí (1), bình phản ứng (2), bình chứa dung dịch SnCl2 10% (3), bình bẫy axit (4), van bốn chiều (5), bình làm lạnh bẫy hơi nƣớc (6) đƣợc nối với nhau bằng ống mềm. Sơ đồ khối thiết bị đo đƣợc mô tả trên hình 2.6. 62 Hình 2.6. Sơ đồ khối của hệ thiết bị phân tích thủy ngân Các điều kiện đo của máy đƣợc tổng hợp trong bảng 2.1: Bảng 2.1. Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân Nguồn sáng Đèn thủy ngân MU25L - VQ Bƣớc sóng 253,7 nm Thời gian đo 60 giây Thể tích mẫu đo (mL) 5 mL b. Phương pháp sắc ký khí kết hợp với detector bắt điện tử (GC-ECD) Từ các kết quả nghiên cứu khảo sát và thu thập từ tài liệu tham khảo, các điều kiện đo metyl thủy ngân bằng phƣơng pháp sắc ký khí GC-ECD đƣợc đƣa ra trong bảng sau: 63 Bảng 2.2. Các điều kiện đo metyl thủy ngân bằng phƣơng pháp sắc ký khí GC-ECD Cột tách Cột nhồi với pha tĩnh là 10% KOCL - Hg trên Chromosorb W (AW-DMCS, 60-80 mesh, J-Science Co., Ltd., Kyoto, Japan) Đƣờng kính cột: 3,0 mm, Chiều dài cột: 1 m Detector ECD Khí mang N2 Tốc độ khí mang 30 mL/phút Nhiệt độ cổng bơm mẫu 180°C Nh