Luận án tiến sĩ hóa học nghiên cứu xác định một số dạng selen trong hải sản bằng phương pháp von ampe hòa tan
- 179 trang
- file .pdf
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN HÓA H ỌC
LÊ THỊ DUYÊN
Luận án tiến sĩ Hóa học Nghiên
cứu xác định một số dạng selen
trong hải sản bằng phương
TRONG H¶I S¶N
pháp von-ampe hòa tan
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
Chuyên n gành : Hóa Phân tích
Mã s ố : 62.44.29.01
NG ƯỜI HƯỚNG D ẪN KHOA H ỌC
1. PGS.TS. Lê Lan Anh
2. TS. Lê Đứ c 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
3
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 VonAmpe 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.
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].
4
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 nghiệp
thủy tinh và trong nông nghiệp người ta đều sử dụng selen. Chính các quá trình sản xuất
này và bản thân các sản phẩm của chúng cũng đưa selen vào môi trường làm thay đổi lại
sự phân bố của selen.
Bảng 1.1: Các dạng selen trong môi trường và hệ sinh học [2,5,7]
Tên Viết tắt Công thức hóa học
Selenit Se(IV) SeO32–
Selenat Se(VI) SeO42–
Selencystin Se-Cyst H3N+CH(COO–)CH2SeSeCH2CH(COO–)NH3+
Selenmethionin SeMet H3N+-CH(COO–)-CH2-CH2-Se-Me
Selencystein H3N+-CH(COO–)-CH2-SeH
Dimetyl selenua DMSe (CH3)2Se
Ion trimetyl selen TMSe (CH3)3Se+
Se-metyl-selencystein H3N+-CH(COO–)-CH2- Se-Me
Se-
H 3N+-CH(COO–)-CH2-CH2-Se+ (CH3)2
metylselenmethionin
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- H3N+CH(COO–)CH2CH2CONHCH(COO–)CH2SeCH3
Semetylselencystein
1.1.2. Tác động của selen đối với sức khỏe con người
5
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 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.
6
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.
Bảng 1.2: Giá trị liều gây chết trên chuột (thỏ) của các dạng selen [2]
Liều lượng gây chết (mg
Dạng selen 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)
7
+ M: liều gây chết nhỏ nhất
+ LD50: liều gây chết trung bình
1.2. TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA CỦA SELEN
Hoạt tính điện hóa của Se(IV) đã được nghiên cứu từ rất lâu và trong nhiều nền khác
nhau. Các tác giả đã xác định được 3 sóng khử ứng với các quá trình khử Se(IV) đến
các mức ôxy hóa +2, 0, và -2 tùy thuộc vào pH, tuy nhiên trong dung dịch loãng hai
sóng đầu hòa làm một.
Lingane và Niedrach [11] nhận thấy SeO32- cho một sóng khuếch tán trên điện cực thủy
ngân giống như của SO32-. Theo các tác giả này sóng khử của SeO32- trong môi trường
đệm amoni ứng với bước khử Se+4 về Se-2.
Speranskaya [12] cũng ghi nhận hai sóng khử của Se(IV) trong môi trường axit: sóng
thứ nhất ứng với sự khử về selen nguyên tố, sóng thứ hai ứng với sóng khử từ selen
nguyên tố đến Se-2. Sóng thứ hai đi kèm với sóng khử của H+.
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
8
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)
SeO32- + 6H+ + 4e → HgSe + 3H2O
Sóng thứ hai là sóng khử 2e của HgSe để tạo H2Se:
HgSe + 2e + 2H+ → Hg + H2Se
Sóng thứ ba tương ứng với bước khử 6e từ Se+4 về Se-2:
SeO32- + 6H+ + 6e → Se2- + 3H2O
Bảng 1.3: Thế bán sóng (E1/2) của Se(IV) trong một số nền
Nền điện li Thế bán sóng thứ nhất Thế bán sóng thứ hai Điện cực so sánh
HNO3 0,1M -0,083 -0,561 SCE
HNO3 1M -0,021 -0,411 SCE
HNO3 2M -0,34 -0,850 Đáy anot Hg
KNO3 2M -0,185 -0,861 SCE
HCl 0,1M -0,011 -0,541 SCE
HCl 1M -0,101 -0,511 SCE
HClO4 0,1M -0,098 -0,541 SCE
Bên cạnh dạng Se(IV) vô cơ hoạt động điện hóa tốt thì dạng Se(VI) vô cơ không có hoạt
tính điện hóa vì tốc độ khử điện cực rất nhỏ.
9
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.
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].
10
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].
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
11
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.
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
12
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 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):
13
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].
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
14
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 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 .
15
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 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.
16
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, HPLCHG-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 HPLCHG-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 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), SeCyst, 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.
17
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 OchsenkühnPetropoulou 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..
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
18
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) [7883].
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
VonAmpe vào trước tên gọi của phương pháp, chẳng hạn, phương pháp DPASV,
DPCSV, SQWASV,…[78,79,81].
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:
VIỆN HÓA H ỌC
LÊ THỊ DUYÊN
Luận án tiến sĩ Hóa học Nghiên
cứu xác định một số dạng selen
trong hải sản bằng phương
TRONG H¶I S¶N
pháp von-ampe hòa tan
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
Chuyên n gành : Hóa Phân tích
Mã s ố : 62.44.29.01
NG ƯỜI HƯỚNG D ẪN KHOA H ỌC
1. PGS.TS. Lê Lan Anh
2. TS. Lê Đứ c 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
3
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 VonAmpe 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.
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].
4
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 nghiệp
thủy tinh và trong nông nghiệp người ta đều sử dụng selen. Chính các quá trình sản xuất
này và bản thân các sản phẩm của chúng cũng đưa selen vào môi trường làm thay đổi lại
sự phân bố của selen.
Bảng 1.1: Các dạng selen trong môi trường và hệ sinh học [2,5,7]
Tên Viết tắt Công thức hóa học
Selenit Se(IV) SeO32–
Selenat Se(VI) SeO42–
Selencystin Se-Cyst H3N+CH(COO–)CH2SeSeCH2CH(COO–)NH3+
Selenmethionin SeMet H3N+-CH(COO–)-CH2-CH2-Se-Me
Selencystein H3N+-CH(COO–)-CH2-SeH
Dimetyl selenua DMSe (CH3)2Se
Ion trimetyl selen TMSe (CH3)3Se+
Se-metyl-selencystein H3N+-CH(COO–)-CH2- Se-Me
Se-
H 3N+-CH(COO–)-CH2-CH2-Se+ (CH3)2
metylselenmethionin
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- H3N+CH(COO–)CH2CH2CONHCH(COO–)CH2SeCH3
Semetylselencystein
1.1.2. Tác động của selen đối với sức khỏe con người
5
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 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.
6
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.
Bảng 1.2: Giá trị liều gây chết trên chuột (thỏ) của các dạng selen [2]
Liều lượng gây chết (mg
Dạng selen 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)
7
+ M: liều gây chết nhỏ nhất
+ LD50: liều gây chết trung bình
1.2. TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA CỦA SELEN
Hoạt tính điện hóa của Se(IV) đã được nghiên cứu từ rất lâu và trong nhiều nền khác
nhau. Các tác giả đã xác định được 3 sóng khử ứng với các quá trình khử Se(IV) đến
các mức ôxy hóa +2, 0, và -2 tùy thuộc vào pH, tuy nhiên trong dung dịch loãng hai
sóng đầu hòa làm một.
Lingane và Niedrach [11] nhận thấy SeO32- cho một sóng khuếch tán trên điện cực thủy
ngân giống như của SO32-. Theo các tác giả này sóng khử của SeO32- trong môi trường
đệm amoni ứng với bước khử Se+4 về Se-2.
Speranskaya [12] cũng ghi nhận hai sóng khử của Se(IV) trong môi trường axit: sóng
thứ nhất ứng với sự khử về selen nguyên tố, sóng thứ hai ứng với sóng khử từ selen
nguyên tố đến Se-2. Sóng thứ hai đi kèm với sóng khử của H+.
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
8
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)
SeO32- + 6H+ + 4e → HgSe + 3H2O
Sóng thứ hai là sóng khử 2e của HgSe để tạo H2Se:
HgSe + 2e + 2H+ → Hg + H2Se
Sóng thứ ba tương ứng với bước khử 6e từ Se+4 về Se-2:
SeO32- + 6H+ + 6e → Se2- + 3H2O
Bảng 1.3: Thế bán sóng (E1/2) của Se(IV) trong một số nền
Nền điện li Thế bán sóng thứ nhất Thế bán sóng thứ hai Điện cực so sánh
HNO3 0,1M -0,083 -0,561 SCE
HNO3 1M -0,021 -0,411 SCE
HNO3 2M -0,34 -0,850 Đáy anot Hg
KNO3 2M -0,185 -0,861 SCE
HCl 0,1M -0,011 -0,541 SCE
HCl 1M -0,101 -0,511 SCE
HClO4 0,1M -0,098 -0,541 SCE
Bên cạnh dạng Se(IV) vô cơ hoạt động điện hóa tốt thì dạng Se(VI) vô cơ không có hoạt
tính điện hóa vì tốc độ khử điện cực rất nhỏ.
9
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.
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].
10
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].
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
11
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.
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
12
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 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):
13
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].
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
14
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 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 .
15
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 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.
16
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, HPLCHG-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 HPLCHG-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 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), SeCyst, 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.
17
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 OchsenkühnPetropoulou 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..
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
18
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) [7883].
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
VonAmpe vào trước tên gọi của phương pháp, chẳng hạn, phương pháp DPASV,
DPCSV, SQWASV,…[78,79,81].
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: