Nghiên cứu phương pháp trắc quang xác định
asen bằng thuốc thử Safranine

Nguyễn Lê Thanh Vân

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Luận văn Thạc sĩ ngành: Hóa Phân tích; Mã số: 60 44 29
Người hướng dẫn: GS. TS Trần Tứ Hiếu
Năm bảo vệ: 2012

Abstract: Tối ưu hóa các điều kiện của phép xác định gồm nghiên cứu ảnh hưởng của
các yếu tố sau đến phản ứng chỉ thị: Phổ hấp thụ của dung dịch chất màu và chọn cực
đại hấp thụ để đo độ hấp thụ quang; Ảnh hưởng của thời gian phản ứng. Theo dõi biến
thiên tốc độ phản ứng để chọn phương pháp tga hay phương pháp thời gian ấn định;
Ảnh hưởng của nồng độ đầu các tác nhân phản ứng như KIO3, Safranine đến tốc độ
phản ứng; Ảnh hưởng của môi trường phản ứng. Nghiên cứu ảnh hưởng của các ion lạ
đến phép xác định. Đánh giá phương pháp phân tích : gồm khảo sát giới hạn phát hiện,
giới hạn định lượng, khoảng tuyến tính; đánh giá độ chụm và độ chính xác của
phương pháp phân tích, tính hiệu suất thu hồi của phương pháp phân tích. Xây dựng
qui trình phân tích và ứng dụng phân tích mẫu thực tế.

Keywords: Asen; Thuốc thử safranine; Phương pháp trắc quang; Hóa phân tích

Content
MỞ ĐẦU

Asen là một nguyên tố vi lượng rất cần thiết đối với quá trình sinh trưởng và phát triển
của động thực vật. Asen cũng được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật và đời sống như trong
công nghiệp nhuộm, thuốc trừ sâu, dược liệu, …Tuy nhiên ở hàm lượng cao, asen gây tác hại
to lớn đối với hệ sinh thái. Asen cản trở quá trình quang hợp của cây, gây ra hiện tượng rụng
lá ở thực vật. Asen cũng rất độc hại đối với con người và động vật. Khi xâm nhập vào cơ thể

1.1. Giới thiệu chung về asen
1.1.1. Các dạng tồn tại và tính chất lý hóa học của asen (As)
1.1.1.1. Các dạng tồn tại của asen
Tùy theo từng điều kiện môi trường mà asen có thể tồn tại ở nhiều trạng thái oxi hóa khác
nhau: -3, 0, +3,+5. Trong nước tự nhiên, asen tồn tại chủ yếu ở 2 dạng hợp chất vô cơ là
asenat [As(V)], asenit [As(III)]. As(V) là dạng tồn tại chủ yếu của asen trong nước bề mặt và
As(III) là dạng chủ yếu của asen trong nước ngầm. Dạng As(V) hay các arsenate gồm AsO
4
3-
,
HAsO
4
2-
, H
2
AsO
4
-
, H
3
AsO
4
;

còn dạng As(III) hay các arsenit gồm H
3
AsO
3
, H
2

nhiệt độ thường dưới tác dụng của ánh sáng nó chuyển sang dạng kim loại. Về tính chất vật lý
Asen mang tính chất của kim loại.
1.1.1.3. Tính chất hóa học
Về mặt tính chất hóa học các hợp chất của Asen giống như tính chất của một số phi kim.
 Tính chất hóa học của Asen hóa trị (III) [4,7,23]
Chủ yếu As(III) tồn tại ở dạng các hợp chất như: As
2
O
3
, As
2
S
3
, AsCl
3
, AsO
3
3-
,
H
2
AsO
3
…
* As
2
O
3
: Là oxit màu trắng hay còn gọi là asen trắng, ít tan trong nước (1,7g trong 100g
H

3
+ H
2
O
Khi đun nóng, As
2
O
3
bị C,H
2
khử dễ dàng sinh ra kim loại
As
2
O
3
+ 6H
2
→ 2As + 3H
2
O
As
2
O
3
(As
4
O
6
) thể hiện tính khử khi tác dụng với O
3

3
tác dụng với kim loại trong môi trường axit
As
2
O
3
+ 6Zn + 12HCl → 6ZnCl
2
+2AsH
3
+ H
2
O
Phản ứng này ứng dụng trong phân tích định lượng.
* Phản ứng hóa học của AsO
3
3-
H
3
AsO
3
không điều chế được ở dạng tự do mà chỉ tồn tại trong dung dịch nước.
Khi đó có cân bằng: H
3
AsO
3
↔ H
2
O + HAsO
2

3
+ 3N aOH
H
3
AsO
3
+ 3(NH
4
)
2
S → (NH
4
)
3
AsS
3
+ 3NH
4
OH
Nhưng tác dụng giữa AsO
3
3-
và Na
2
S trong môi trường axit HCl 6N tạo kết tủa vàng
2AsO
3
3-
+ 12H
+

2
S → As
2
S
3
↓ + 6HCl
* Tác dụng với AgNO
3

AsO
3
3-
+ 3Ag
+
→ Ag
3
AsO
3
↓ vàng
Ag
3
AsO
3
↓ + 6NH
4
OH → 3[Ag(NH
3
)
2
]


NaOH hòa tan được kết tủa này và dung dịch có màu xanh tím
NaOH + CuHAsO
3
→ CuNaAsO
3
+ H
2
O
Phản ứng này được dùng trong phân tích định tính
* Tác dụng với Cr
2
O
7
2-
trong môi trường axit
3AsO
3
3-
+ Cr
2
O
7
2-
+ 8H
+
→ 3AsO
4
3-
+ 2Cr

cơ độc hơn so với asen hữu cơ [1]. Tính độc của asen theo thứ tự: AsH
3
>asenit> asenat >
monomethyl arsenoic axit (MMAA) > dimethyl arsenic axit (DMAA). Có khoảng 60 – 70%
asen vô cơ đi vào cơ thể và được giải phóng ra ngoài bằng đường nước tiểu ở dạng DMAA và
MMAA [26,28].
Sự phơi nhiễm asen vô cơ xảy ra trong cơ thể thông qua đường hít khí bụi công nghiệp
và quá trình chuyển hóa qua đường thức ăn và nước uống. Sự phơi nhiễm asen hữu cơ xảy ra
chủ yếu thông qua chuỗi thức ăn. Nếu một ngày hít lượng bụi asen từ 0,1  4 g/ngày và cơ
thể hấp thụ một lượng thức ăn có hàm lượng asen ở khoảng từ 7  330 g/ngày thì sau khi đi

5
vào cơ thể có khoảng 80  100% lượng asen được hấp thụ qua dạ dày và lá phổi; 50  70%
asen được bài tiết qua đường nước tiểu và một lượng nhỏ được hấp phụ qua đường tóc, móng
tay, móng chân [28].
Ung thư da là độc tính phổ biến nhất của asen. Với những vùng có hàm lượng asen trong
nước sinh hoạt < 300 g/l, trung bình (300 – 600 g/l), cao (>600 g/l) thì tỷ lệ ung thư da
tương ứng sẽ là 2,6/1000; 10,1/1000 và 24,1/1000 [29].
1.1.3.Ô nhiễm asen trong nước ngầm trên thế giới và Việt Nam
1.1.3.1. Ô nhiễm Asen trên thế giới
Hiện nay trên thế giới có hàng chục triệu người đã bị bệnh đen và rụng móng chân,
sừng hoá da, ung thư da… do sử dụng nguồn nước sinh hoạt có nồng độ asen cao. Nhiều nước
đã phát hiện hàm lượng asen rất cao trong nguồn nước sinh hoạt như Canada, Alaska, Chile,
Arhentina, Trung Quốc, India, Thái Lan, Bangladesh

Bảng 1.1: Hàm lượng asen ở các vùng khác nhau trên thế giới


phân tích mẫu mà chỉ bằng cảm quan thì không thể phát hiện được sự tồn tại của asen. Bởi
vậy các nhà khoa học còn gọi asen là “sát thủ vô hình’’. Hiện nay có khoảng 13,5% dân số
Việt Nam (10-15 triệu người đang sử dụng nước ăn từ giếng khoan nên rất dễ bị nhiễm asen).
1.2. Một số phương pháp xác định Asen
1.2.1. Phương pháp phân tích đo quang phân tử
1.2.1.1. Phương pháp đo quang với bạc dietyl đithiocacbamat
1.2.1.2. Phương pháp xanh molipden
1.2.1.3. Đo quang xác định asen sau khi hấp thụ asin bằng hỗn hợp
AgNO
3
-PVA-C
2
H
5
OH
1.2.1.4. Phương pháp xác định asen bằng thuốc thử Leuco crystal violet (LCV)
1.2.1.5. Phương pháp động học xúc tác
1.2.1.6. Xác định lượng vết As(III) bằng phương pháp động học- trắc quang dựa trên
ảnh hưởng ức chế phản ứng giữa kalibromua và kalibromat trong môi trường axit
1.2.1.7. Xác định As(III) dựa trên hệ Ce(IV)/Ce(III).
1.2.1.8. Phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử (AAS)
1.2.2. Phương pháp huỳnh quang
1.2.2.1. Xác định As(III) bằng thuốc thử fluorescein
1.2.2.2. Phương pháp dòng chảy - huỳnh quang xác định axit dimethyl arsinic(DMAA)
trong thuốc diệt cỏ sử dụng phản ứng quang hóa trực tiếp
1.2.2.3. Xác định Asen bằng phương pháp huỳnh quang phân tử với hệ thuốc thử
murexit – Cr(VI)
1.2.2.4. Phương pháp biosensor sử dụng vi khuẩn chỉ thị

CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM

7

Màu đỏ không màu
Vì vậy, bằng cách theo dõi sự giảm độ hấp thụ quang của Safranin theo nồng độ
As(III) thì có thể định lượng được As(III) trong mẫu theo phương pháp thời gian ấn
định hoặc phương pháp tg.
2.1.2. Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của luận văn gồm:
- Tối ưu hóa các điều kiện của phép xác định gồm nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố
sau đến phản ứng chỉ thị:
+ Phổ hấp thụ của dung dịch chất màu và chọn cực đại hấp thụ để đo độ hấp thụ quang.
+ Ảnh hưởng của thời gian phản ứng. Theo dõi biến thiên tốc độ phản ứng để chọn
phương pháp tg hay phương pháp thời gian ấn định.
+ Ảnh hưởng của nồng độ đầu các tác nhân phản ứng như KIO
3
, Safranine đến tốc độ
phản ứng.
+ Ảnh hưởng của môi trường phản ứng .
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các ion lạ đến phép xác định.
- Đánh giá phương pháp phân tích : gồm khảo sát giới hạn phát hiện, giới hạn định
lượng, khoảng tuyến tính; đánh giá độ chụm và độ chính xác của phương pháp phân tích, tính
hiệu suất thu hồi của phương pháp phân tích.
- Xây dựng qui trình phân tích và ứng dụng phân tích mẫu thực tế.
2.2. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị

3
tan hết, chuyển vào bình
định mức 100,00 ml, tráng rửa cốc cân vài lần bằng nước cất hai lần rồi chuyển vào bình định
mức trên, thêm nước cất tới vạch mức, sóc trộn đều dung dịch ta được 100,00 ml dung dịch
As(III) 1000ppm.
+ Pha 100,0 ml dung dịch Safranine 0,02 %
Cân 0,02 gam Safranine, hòa tan bằng nước cất tới thể tích 100 ml, khuấy đều ta được
100,0 ml dung dịch Safranine 0,02 %.
+ Pha 500,0 ml dung dịch HCl 1M
Đong khoảng 42,0 ml dung dịch HCl đặc 37% chuyển vào bình chứa có dung tích 500
ml đã có chứa sẵn 1/3 nước cất, thêm nước cất tới thể tích 500,0 ml, khuấy đều ta được 500,0
ml dung dịch HCl 1M.
+ Pha 250,0 ml dung dịch KIO
3
2%
Cân 5 gam tinh thể KIO
3
, hòa tan bằng nước cất tới thể tích 250,0 ml, khuấy đều ta được
250,0 ml dung dịch KIO
3
2%.

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Nghiên cứu phƣơng pháp xác định As (III) dựa trên hệ phản ứng oxi hóa khử
As(III), KIO
3
và Safranin.
3.1.1. Nghiên cứu chọn điều kiện tối ưu của phản ứng chỉ thị
3.1.1.1. Phổ hấp thụ của sản phẩm phản ứng chỉ thị

(III) với nồng độ khác nhau 5,0 ppm (đường 2), As (III) 10,0 ppm (đường 3) thì thực nghiệm

9
cho thấy, càng tăng nồng độ của As (III) thì độ hấp thụ quang A của dung dịch phản ứng càng
giảm mà không làm chuyển dịch cực đại. Điều đó chứng tỏ khi có As(III) và khi nồng độ
As(III) càng lớn thì phản ứng giữa As(III) và KIO
3
trong môi trường axit xảy ra càng triệt để,
giải phóng ra càng nhiều I
2
và I
2
oxi hóa safranin tạo ra sản phẩm không màu. Do đó trong các
thí nghiệm tiếp theo chúng tôi chọn bước sóng λ = 519 nm để khảo sát.
3.1.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng
Hình 3.2: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang theo thời gian
(Nồng độ cuối của các tác nhân trong dung dịch lần lượt là: Safranine 0,0012%, KIO
3
0,2%,
HCl 0,1M)
Đường 1: Dung dịch phân tích khi có KIO

3
đến độ hấp thụ quang của dung dịch
A
nền
là độ hấp thụ quang của dung dịch phân tích khi có KIO
3
, HCl, Safranine.
A
mẫu
là độ hấp thụ quang của dung dịch phân tích khi có As(III), KIO
3
, HCl,
Safranine.

10
Chọn nồng độ KIO
3
là 0,16 % để khảo sát các thí nghiệm tiếp theo.
3.1.1.4. Ảnh hưởng của nồng độ thuốc thử Safranine:
Hình 3.4: Ảnh hưởng của nồng
độ Safranine đến độ hấp thụ
quang của dung dịch
Nồng độ cuối của
Safranine được chọn cho các
thí nghiệm tiếp theo là 1,2
x10
-3
%.
3.1.1.5. Ảnh hưởng
của nồng độ HCl:

3
-
; 5 lần với ion SO
4
2-
và 150 lần với ion Ca
2+
. Tuy nhiên, trong mẫu nước ngầm thì hàm lượng những ion trên hầu
như không bị ảnh hưởng
3.1.2.2. Khảo sát khoảng tuyến tính

11
Hình 3.7: Đường chuẩn xác định As (III)
Tính giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng
+ Giới hạn phát hiện (LOD):
LOD = 0.01 (ppm)
+ Giới hạn định lượng (LOQ):
LOQ = 0,05(ppm)
Như vậy, khoảng tuyến tính khi xác định Se(IV) là 0,05 ÷ 8,00 ppm.
3.1.2.3. Đánh giá độ chính xác (độ đúng, độ chụm ) của phương pháp
Mẫu thật (mẫu nước ngầm số 8)

A nền
0,946
0,946
0,946
0,946
0,946
A mẫu
0,709
0,714
0,712
0,701
0,721
ΔA
0,237
0,232
0,234
0,245
0,225
Hàm lượng As(III) phát hiện (X
2
)
4,04
3,96
3,99
4,18
3,85
X
2
– X
1

0,946
0,946
0,946
A mẫu
0,601
0,594
0,582
0,594
0,580
ΔA
0,345
0,352
0,364
0,352
0,366
Hàm lượng As(III) phát hiện (X
3
)
5,83
5,95
6,14
5,95
6,18
X
3
– X
1

5,72
5,84

. Điều đó có nghĩa là sự khác nhau giữa giá trị trung bình
và giá trị thực là không đáng tin cậy, nói cách khác phương pháp có độ đúng chấp nhận được.
Hệ số biến thiên (CV%) khi xác định mẫu giả trên nền mẫu thật ở hai mức nồng độ này đều
dưới 5% chứng tỏ phương pháp có độ chụm tốt.
3.2. Phân tích mẫu thực tế
3.2.1. Xác định hàm lượng As(III) trong mẫu nước ngầm
Bảng3.14 : Thông tin về các mẫu nước ngầm
Stt
Tên
mẫu
Địa điểm lấy mẫu
Ngày lấy
mẫu
Độ sâu
giếng (m)
1
N1
Phạm Thị Duyên - Khu 2 -
Đoan Hạ - Thanh Thủy
9/7/2011
30
2
N2
Phan Đình Tuấn – Khu 10 –
Thạch Sơn – LâmThao
11/7/2011
10
3
N3
UBND – Khu 10 - Hiền Quan

Đoan Hạ - Thanh Thủy
9/7/2011
10
 Mẫu nƣớc ngầm số 1 (N1):
13 Hình3.9 : Đường thêm chuẩn xác định As(III) trong mẫu nước ngầm số 1
Hàm lượng A(III) trong mẫu nước ngầm số 1 là: 0,11 μg/ml
Mẫu nƣớc ngầm số 2 (N2):
Tương tự mẫu nước ngầm N1 có kết quả như sau:
Hàm lượng A(III) trong mẫu nước ngầm số 2 là: 0,018 μg/ml
Mẫu nƣớc ngầm số 3 (N3):
Hàm lượng A(III) trong mẫu nước ngầm số 3 là: 0,03 μg/ml
Mẫu nƣớc ngầm số 4 (N4):
Hàm lượng A(III) trong mẫu nước ngầm số 4 là: 0,02 μg/ml
Mẫu nƣớc ngầm số 5 (N5):
Hàm lượng As(III) trong mẫu nước ngầm số 5 là: 0,01 μg/ml
Mẫu nƣớc ngầm số 6 (N6):
Hàm lượng As(III) trong mẫu nước ngầm số 6 là: 0,05 μg/ml
Mẫu nƣớc ngầm số 7 (N7):

2+
không bị ảnh
hưởng ở khoảng nồng độ khảo sát; 10 lần với ion Zn
2+
; 7 lần với ion NO
3
-
; 5 lần với ion SO
4
2-
và 150 lần với ion Ca
2+
. Tuy nhiên, trong mẫu nước ngầm thì hàm lượng những ion trên hầu
như không bị ảnh hưởng. Phương pháp có độ chính xác cao, độ lặp lại của phương pháp CV =

14
3,11% và 2,47% ứng với nồng độ As(III) thêm vào mẫu nước ngầm số 8 là 4,0ppm và
6,0ppm.
3. Phương pháp nghiên cứu đã được ứng dụng để phân tích mẫu thực tế xác định được
hàm lượng As(III) trong một số mẫu nước ngầm và thu được hàm lượng As(III) trong mẫu
phân tích cụ thể là 0,11

g/ml (với mẫu nước ngầm số 1); 0,018

g/ml (với mẫu nước ngầm
số 2); 0,03

g/ml (với mẫu nước ngầm số 3); 0,02

g/ml (với mẫu nước ngầm số 4);

tốt nghiệp.
12. Phạm Luận (1998), Cơ sở lý thuyết phương pháp phân tích phổ phát xạ và hấp thụ
nguyên tử (tập I, II), Đại học Khoa học Tự nhiên.
13. Phạm Luận (1999), Cơ sở lý thuyết của phương pháp phân tích phổ khối lượng nguyên
tử - phép đo phổ ICP – MS, Đại học tổng hợp Hà Nội.
14. Phạm Luận (2006), Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, Nhà xuất bản Đại học Quốc
Gia Hà Nội, Hà Nội.

15
15. Nguyễn Văn Ly, Phạm Tuấn Nhật, Ngô Huy Du, Trần Tứ Hiếu (2006), “Xác định lượng
vết As(III) bằng phương pháp động học – trắc quang dựa trên ảnh hưởng ức chế phản ứng
giữa kalibromat – kalibromua trong môi trường axit sunfuric”, Tạp chí phân tích hóa, lý
và sinh học, 11(4), tr. 73- 77.
16. Tạ Thị Thảo, Chu Xuân Anh, Đỗ Quang Trung, Trần Văn Cường (2005), “Đo quang xác
định As sau khi hấp thụ Asin bằng hỗn hợp AgNO
3
-PVA-C
2
H
5
OH”, Tạp chí phân tích
hóa, lí và sinh học Tập10(4), tr. 46-53.
17. Tạ Thị Thảo (2005), Bài giảng chuyên đề thống kê trong hóa phân tích, ĐHQG Hà Nội.
18. Phạm Hùng Việt (2008), Phát triển và tối ưu hóa các giải pháp loại bỏ ô nhiễm Asen
trong thực phẩm và nước ăn cho các hộ nông dân vùng châu thổ sông Hồng, Việt Nam,
Bộ Khoa Học và Công Nghệ.
TIẾNG ANH
19. Alloway, (1995) B.J. Alloway, "Heavy Metals in Soils", Blackie Academic &
Professional, London.
20. Badal Kumar Mandal, Yasumitsu Ogra, Kazunori Anzai, and Kazuo T.Suzuki. (2004),

28. L.Rahman, W.T. Corns, D.W.Bryce, P.B. Stockwell. (2000), “Determination of mercury,
selennium, bismuth, arsenic and antimony in human hair by microwave digestion
atomic fluorescence spectrometry”, Talanta, 52, pp. 833 - 843.
29. Margaret R. Karagas, Therese A. Stukel, Tor d. Tosteson. (2004), “Assessment of cancer
risk and enviromental levels of arsenic in New Hampshire”, Int. J. Hyg. Environ.
Health, 205, pp. 85 - 94.
30. Netherlands National Committee of the International Association of Hydrogeologists
(2006), Arsenic in groundwater – a world problem, Seminar Utrecht 29 November
2006, The Netherlans.31. L.Rahman, W.T. Corns, D.W.Bryce, P.B. Stockwell.
(2000), “Determination of mercury, selennium, bismuth, arsenic and antimony in
human hair by microwave digestion atomic fluorescence spectrometry”, Talanta, 52,
pp. 833 - 843.
31. Omi Agrawal, G.Sunita and V.K.Gupta (1999), Asensitive colorimetric method for the
determination of Arsenic in environmental and biological samples, J.Chin Chem.Soc,
Vol.46, No.4.
32. Strosnider H (2003), Whole-cell bacterial biosensor and the detection of bioavailable
arsen, U.S.Environmental protection agency office of solid waste and emergency
response technology innovati on office .
33. Sachandra Biswas, Bhaskar Chowdhury and Bidhar Chandra Ray( 2004), Analyticalstudy
environmentally hazardous element arsenic by indeirect spectrofluorimetric method in
diverse fields, Analytical letters – Vol 37, no 9.
34. Thusitha Rupasinghe, Terence J.Cardwell, Robert W.Cattrall, Maria D.Lugue de Castro, Spas
D.Kolev(2001), Pervaporation – flow injection determination of arsenic based on hydride
generation and the molybdenum blue reaction, Analytica Chemica Acta 445, page229 –
238.

17
35. Tetsuro Agusa, Takashi Kunito, Junco Fujihara, Reiji Kubota, Tu Binh Minh, Phan Thi
Kim Trang, Hisato Iwata, Annamalai Subramanian, Pham Hung Viet, Shinsuke Tanabe.
(2006), “Contamination by arsenic and other trace elements in tube - well water and its