B GIO DC V O TO

VIN KHOA HC V CễNG NGH VIT NAM

VIN HểA HC

Lấ TH DUYấN

NGHIÊN CứU XáC ĐịNH MộT Số DạNG SELEN
TRONG HảI SảN
BằNG PHƯƠNG PHáP VON-AMPE HòA TAN

LUN N TIN S HểA HC

H NI - 2012


B GIO DC V O TO

VIN KHOA HC V CễNG NGH VIT NAM

VIN HểA HC

Lấ TH DUYấN

NGHIÊN CứU XáC ĐịNH MộT Số DạNG SELEN
TRONG HảI SảN
BằNG PHƯƠNG PHáP VON-AMPE HòA TAN

LUN N TIN S HểA HC
Chuyờn ngnh : Húa Phõn tớch

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.

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 selencystin, selencystein, selenmethionin, selenglutathion, ... và các selenprotein [2,4,5].
Trong thủy-hải sản có chứa hàm lượng lớn selen [2,106], các dạng selen
được tìm thấy dưới dạng selen vô cơ như selenit, selenat và selen hữu cơ như
selenmethionin, selencystein, selencystin, selenprotein ...[1,2,63,88,106].
Một số hoạt động của con người làm thay đổi sự phân bố của selen trong môi
trường. Trong công nghiệp bán dẫn và điện tử, trong công nghiệp hoá chất, công


4

nghiệp thủy tinh và trong nông nghiệp người ta đều sử dụng selen. Chính các quá
trình sản xuất này và bản thân các sản phẩm của chúng cũng đưa selen vào môi
trường làm thay đổi lại sự phân bố của selen.
Bảng 1.1: Các dạng selen trong môi trường và hệ sinh học [2,5,7]
Tên

Viết tắt

Selenit
Selenat
Selencystin


H3N+CH(COO–)CH2CH2SeCH2CH(COO–)NH3+
DMDSe (CH3)2Se2
(CH3)2SeO2
H2N-CH2-CH2-Se-Se-CH2-CH2-NH2
H3N+-CH(COO–)-CH2-CH2-SeH
H3N+CH(COO–)CH2CH2CONHCH(COO–)CH2SeCH3

1.1.2. Tác động của selen đối với sức khỏe con người
Ở người, selen là chất dinh dưỡng vi lượng. Selen với chức năng tham gia
tạo các enzym chống ôxy hoá như các glutathion peroxyđaza (GSHPx) và một vài
dạng nhất định của thioredoxyn reductaza. Selen tham gia xúc tác trong phản ứng
chuyển hóa thứ cấp, ức chế các gốc tự do sinh ra từ quá trình perôxyt hóa lipit và
cũng ức chế khả năng gây độc của các kim loại nặng: Hg, Pb, As, Cd và Sn [2,6,8].
Những nghiên cứu gần đây cho thấy nhiều tác dụng của selen đối với con người:
Những người tiêu thụ 54-90µg selen hàng ngày sẽ giảm nguy cơ mắc hen
(suyễn) xuống một nửa so với những người tiêu thụ 23-30µg.
Selen có tác dụng làm ức chế các khối u gây ung thư tiền liệt tuyến, tăng
cường khả năng chống phóng xạ và tia tử ngoại. Ngưỡng có lợi của selen trong


5

khoảng 50-200µg/ngày cho mỗi người [9,10]. Theo khuyến cáo, lượng selen nam
giới nên dùng hằng ngày là 80µg và nữ giới là 55µg [10].
Nguồn dinh dưỡng selen đến từ các loại quả hạch, củ họ hành, tỏi, ngũ cốc,
thịt, cá và trứng. Ngoài ra còn nhiều dạng thực phẩm khác cung cấp nhiều selen như
các loại hải sản [3,6] .
Tổ chức Y tế thế giới (WHO) tính toán, hàm lượng selen trong máu người
trung bình phải đạt trên 0,15 µg/ml thì mới đủ lượng cần thiết cho cơ thể. Những


Na2SeO3

2,3 (LD50, thỏ, ở miệng)
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)

dung dịch axit có pH < 2,9. Ở các giá trị pH lớn hơn thì dòng khuếch tán giảm
tuyến tính với sự tăng của pH, tuy nhiên khi nồng độ Se(IV) lớn thì dòng khuếch
tán bắt đầu giảm ở giá trị pH thấp hơn [13].
Tóm lại:
Se(IV) cho ba sóng cực phổ tùy thuộc vào pH của dung dịch. Dòng giới hạn của
tất cả các sóng đều là dòng khuếch tán nhưng chỉ có sóng thứ hai là thuận nghịch.
Sóng thứ nhất tương ứng với bước khử trao đổi 4e của Se(IV) để tạo thành
Selenua thủy ngân HgSe:
SeO3

(Hg)
2-

+

+ 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


8

Bảng 1.3: Thế bán sóng (E1/2) của Se(IV) trong một số nền
Nền điện li
HNO3 0,1M

Thế bán sóng thứ nhất

SCE

HCl 0,1M

-0,011

-0,541

SCE

HCl 1M

-0,101

-0,511

SCE

HClO4 0,1M

-0,098

-0,541

SCE

Bên cạnh dạng Se(IV) vô cơ hoạt động điện hóa tốt thì dạng Se(VI) vô cơ
không có hoạt tính điện hóa vì tốc độ khử điện cực rất nhỏ.
Hoạt tính điện hóa của một số dạng selen hữu cơ đã được nghiên cứu như
DMDSe, Se-Cyst, trong đó Se-Cyst đã có một vài công bố đề cập tới từ những năm

Araz Bidari và CCS đã sử dụng phương pháp GFAAS để xác định hàm
lượng selen trong mẫu nước đạt được giới hạn phát hiện là 2 µg/l [18].
Bằng phương pháp ET-AAS, Hortensia Méndez và CCS định lượng Se trong
hải sản thu được giới hạn phát hiện là 0,16 µg/g [19]. Isela Lavilla và CCS đã sử
dụng phương pháp ET-AAS để xác định hàm lượng Se trong cá và loài giáp xác với
giới hạn phát hiện là 0,3 µg/g mẫu khô [20]. Suvarna Sounderajan và CCS xác định
hàm lượng tổng Se trong máu động vật và trong mô cá bằng phương pháp ET-AAS
với giới hạn phát hiện Se(IV) là 0,025µg/g [21]. Cũng bằng phương pháp ET-AAS,
các tác giả H. Benemariya và CCS [22] đã xác định hàm lượng Se trong cá, P.
Viñas và CCS [23] đã xác định hàm lượng Se trong thức ăn trẻ em.
Phương pháp AAS sử dụng kĩ thuật hidrua hóa cũng được nhiều tác giả áp
dụng để xác định hàm lượng selen tổng đạt được giới hạn phát hiện thấp. Denise
Bohrer và CCS [24] xác định hàm lượng Se trong thịt gà bằng hai phương pháp
GFAAS và HG-AAS với giới hạn phát hiện lần lượt là 1 µg/l và 0,6 µg/l. William R.
Mindak và CCS sử dụng phương pháp HG-AAS xác định Se trong thức ăn với giới
hạn định lượng 0,02 mg/kg [25]. Norooz Maleki và CCS định lượng Se trong nước và
trong đất dùng phương pháp HG-AAS với giới hạn phát hiện là 10,6 ng/ml [26].


10

1.3.1.3. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES)
Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES) dựa vào việc ghi đo bước
sóng, cường độ và các đặc trưng khác của bức xạ điện từ do các nguyên tử hay ion
ở trạng thái hơi phát ra.
Khi sử dụng nguồn năng lượng là ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện hoặc tia
lửa điện, độ nhạy của phép xác định chỉ đạt cỡ 10-6-10-7M. Bằng kĩ thuật tạo hợp
chất hiđrua thì độ nhạy của phương pháp đã tăng lên đáng kể. Khi sử dụng nguồn
cảm ứng cao tần plasma (ICP) thì độ nhạy của phương pháp có thể đạt cỡ µg/l [27].
1.3.1.4. Phương pháp huỳnh quang nguyên tử (AFS)

xác định Se trong mô cá bằng phương pháp CSV [34]. A.M. Higham và cộng sự
xác định tổng Se, As trong cá ngừ đóng hộp bằng các kỹ thuật điện hóa [35]. Recai
İnam và CCS [36] xác định Se trong sữa bò bằng phương pháp DPCSV trong nền
HCl 0,1M và tìm được khoảng nồng độ tuyến tính là 1,2-75 µg/l. Britta Lange và
CCS xác định Se bằng CSV xúc tác với sự có mặt của Rh(III), sử dụng nền là: HCl
0.3M + 75 ppb Rh(III) và điện phân ở thế −0.2V, cho giới hạn phát hiện 2,4 pM với
thời gian điện phân 50s [37]. Gunnar Mattsson và CCS [38] bằng phương pháp
CSV xác định Se trong nước ngọt với sự có mặt của Cu(II) cho giới hạn phát hiện là
2ng/l. Theo Claudete Fernandes Pereira và CCS có thể xác định Se bằng phương
pháp DPASV khi sử dụng điện cực vàng, thu được khoảng nồng độ tuyến tính rộng
0.5- 291 ng/m [39].
1.3.1.6. Phương pháp kích hoạt nơtron (NAA)
Đã có rất nhiều tác giả sử dụng phương pháp NAA để xác định Se trong các
mẫu sinh học, giới hạn phát hiện cỡ µg/l.
Nguyễn Ngọc Tuấn và CCS nghiên cứu xác định selen bằng phương pháp
NAA [40] thu được giới hạn phát hiện thấp, cỡ 0,1 µg. Nguyễn Giằng và CCS bằng
phương pháp NAA đã xác định hàm lượng Hg và Se đi vào cơ thể người qua đường
ăn uống [41].
1.3.1.7. Phương pháp phổ khối (MS)
Sử dụng phương pháp phổ khối kết hợp plasma cao tần cảm ứng (ICP-MS),
các tác giả đã xác định được Se với giới hạn phát hiện cỡ ng/g [42].
Theo Takafumi Kawano và CCS [43] đã xác định Se trong mẫu sinh học
bằng phương pháp MS đạt được giới hạn phát hiện 90 ng/g. C. B’Hymer và CCS đã
xác định vết Se bằng phương pháp HG-ICP-MS và so sánh kết quả thu được với


12

phương pháp PN-ICP-MS. Kết quả cho thấy có sự phù hợp tốt giữa hai phương
pháp [44]. Thierry Guérin và CCS cũng sử dụng phương pháp ICP-MS để xác định

13

Các phi kim tuy chưa được nghiên cứu nhiều như kim loại song số tài liệu đã
công bố về phân tích dạng các phi kim cũng khá nhiều. Trong số các phi kim thì As là
nguyên tố đã được nghiên cứu nhiều nhất. Sau As phải kể đến Se....Nhiều tác giả cũng
đã quan tâm đến việc nghiên cứu dạng của C, O, Si trong các đối tượng khác nhau.
- Theo đối tượng phân tích:
Trong các đối tượng phân tích nghiên cứu dạng thì các loại đất [16,26], tiếp
đến là các loại nước đã được nghiên cứu nhiều [21,38]. Có thể do ít hoặc không
phải xử lý mẫu nên nước biển là đối tượng được nghiên cứu nhiều nhất [46,51,52].
Sau nước biển phải kể đến nước sông, nước hồ là đối tượng chính của phép phân
tích dạng [7,47,53]. Ngoài các đối tượng là nước sạch thì nước thải, bùn, trầm tích
cũng đã được xét đến trong phép phân tích dạng [9,54]. Có thể do cá là một trong
những nguồn tích lũy sinh học quan trọng nên trong thực tế, các nhà nghiên cứu
thường chọn cá (nhất là cá biển) làm đối tượng để nghiên cứu phân tích dạng kim
loại trong thực phẩm [1].
Chúng ta cũng cần phân biệt sự khác biệt giữa phân tích dạng và phân tích
phân đoạn. Trong phân tích khi mà việc phân lập, tách chiết...các chất có kèm theo
sự biến đổi dạng tồn tại của chất trong mẫu nghiên cứu thì đấy là phép phân tích phân
đoạn. Yêu cầu quan trọng và nghiêm ngặt nhất của phép phân tích dạng hóa học là
phải giữ sao cho không hoặc làm biến đổi ít nhất dạng tồn tại của nguyên tố trong
mẫu, tức là giữ các cân bằng hóa lí trong mẫu vẫn ở trạng thái tự nhiên.
1.3.2.2. Ý nghĩa của phân tích dạng
Phân tích dạng liên kết vết nguyên tố là để đánh giá đặc trưng liên kết và
dung lượng liên kết của vết nguyên tố hóa học trong mẫu, những thông số rất cần
trong nghiên cứu sinh học, độc học, địa hóa, môi trường [49,51,52].
Trong sinh học, để hiểu được cơ chế của các quá trình tích lũy sinh học, vận
chuyển và trao đổi, chuyển hóa sinh học của các nguyên tố dạng vết, thì việc nghiên
cứu về phân tích dạng là hết sức cần thiết. Trên cơ sở nghiên cứu dạng của các
nguyên tố vết cho phép nghiên cứu sự tích lũy sinh học của các độc chất. Ví dụ

(Se-Cyst) trong nước tự nhiên ở hàm lượng cỡ 10ng Se/l [53]. Gottfried Kölbl [61]
so sánh các phương pháp HPLC-FAAS, HPLC-GFAAS với HPLC-ICP-MS khi xác
định các hợp chất Se trong môi trường nước và kết quả cho thấy phương pháp
HPLC-ICP-MS cho giới hạn phát hiện thấp nhất (0,1 ng/l) so với HPLC-FAAS và
HPLC-GFAAS lần lượt là 10 ng/l và 1 ng/l, đồng thời phương pháp HPLC-ICP-MS
còn cho khoảng nồng độ tuyến tính rộng nhất (10 µg đến 10 mg Se/l). L. Orero


15

Iserte và CCS [62] đã xác định đồng thời các dạng As (As(III), As(V), DMA,
MMA) và Se (Se(IV), Se(VI)) trong trầm tích bằng phương pháp HPLC-ICP-MS
với giới hạn phát hiện nằm trong khoảng 2 ÷ 40 ng/g. X.C Le và CCS đã xác định
được 13 dạng As và Se bằng phương pháp này và đã áp dụng thành công vào việc
xác định dạng AsB và Se-Cyst trong cá ngừ đóng hộp cũng như xác định được 6
dạng asen đường trong trầm tích [63]. Cũng bằng phương pháp HPLC-ICP-MS, các
tác giả đã phân lập các dạng Se trong nước tiểu (TMSe, Se(IV), Se(VI), SeMet,
SeEt) [64], trong tỏi [65] và hành xanh [66].
Có thể nói, phương pháp HPLC-ICP-MS hiện nay là một phương pháp hiệu
quả nhất trong nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới để nghiên cứu xác định các
dạng vết selen và nhiều nguyên tố khác.
b. Sắc ký lỏng hiệu năng cao-plasma cao tần cảm ứng-phổ phát xạ nguyên tử
(HPLC-ICP-AES)
Phổ phát xạ nguyên tử plasma cao tần cảm ứng (ICP-AES) ghép với HPLC
cũng được ứng dụng rộng rãi trong phân tích dạng selen [2].
Bằng phương pháp này, F. Laborda và CCS đã xác định các dạng selen:
Se(IV), Se(VI) và TMSe trong nước tinh khiết cho giới hạn phát hiện lần lượt là
54ng/l (đối với Se(IV), Se(VI)) và 14ng/l (đối với TMSe) [42].
c. Sắc ký lỏng hiệu năng cao kết hợp kỹ thuật hiđrua hóa ghép nối với quang phổ
HG là một quá trình hóa học sản sinh ra chất hyđrua do phản ứng hóa học

trầm tích với giới hạn phát hiện lần lượt cho Se(IV), Se-Cyst, DMDSe là 0,12; 3 và
0,23 ng/ml [9].
Có thể nói, phương pháp Von-Ampe hòa tan là phương pháp có độ nhạy và
độ chính xác rất cao, cho phép xác định hàm lượng vết nhiều nguyên tố đặc biệt là
xác định dạng các nguyên tố [9,35,46,47,51,52,54,74]. Do đó, chúng tôi quyết định
chọn phương pháp Von-Ampe hòa tan để nghiên cứu, xác định hàm lượng tổng và
dạng selen trong hải sản.
Bên cạnh các phương pháp thường dùng nêu trên để phân tích dạng selen, người
ta còn sử dụng một số phương pháp khác như GC-MS [4,75], CE [76,77], v.v..


17

1.4. PHƯƠNG PHÁP VON-AMPE HÒA TAN TRONG PHÂN TÍCH DẠNG SELEN
1.4.1. Giới thiệu chung về phương pháp Von-Ampe hòa tan
1.4.1.1. Nguyên tắc
Bằng cách điện phân làm giàu trước chất cần phân tích lên điện cực làm việc,
người ta đã làm tăng độ nhạy của các phương pháp phân tích điện hóa lên hàng
nghìn lần mà các yêu cầu phân tích (thiết bị, hóa chất) vẫn rất đơn giản.
Theo phương pháp Von -Ampe hòa tan (SV), quá trình phân tích gồm hai
giai đoạn: giai đoạn làm giàu và giai đoạn hòa tan [78-83].
- Giai đoạn làm giàu: chất phân tích trong dung dịch được làm giàu bằng cách
điện phân tích lũy hay hấp phụ lên bề mặt điện cực làm việc ở một thế và thời gian
xác định. Trong quá trình làm giàu, dung dịch được khuấy trộn đều bằng khuấy từ
hoặc điện cực quay. Cuối giai đoạn này, thế trên điện cực làm việc vẫn giữ nguyên
nhưng ngừng khuấy hoặc ngừng quay điện cực trong khoảng thời gian 2 ÷ 30 s để
chất phân tích phân bố đều trên bề mặt điện cực làm việc.
- Giai đoạn hòa tan: hòa tan chất phân tích khỏi bề mặt điện cực làm việc
bằng cách quét thế theo một chiều xác định (anot hoặc catot), đồng thời ghi tín hiệu
Von-Ampe hòa tan bằng một kỹ thuật Von-Ampe nào đó. Trong giai đoạn này,

Giai đoạn hòa tan: quét thế catot:
MeRn + m + me → Men+ + (n + m) R
(R có thể là chất hữu cơ, OH-,...)
Phương pháp CSV còn cho phép xác định các chất hữu cơ hoặc các anion tạo
được kết tủa với Hg(I) hoặc Hg(II) khi dùng điện cực làm việc là HMDE. Các phản
ứng xảy ra như sau:
Giai đoạn làm giàu: giữ Edep không đổi
pHg (HMDE) + qX − ne → HgpXq (HMDE)
Giai đoạn hòa tan: quét thế catot:
HgpXq (HMDE) + ne → pHg (HMDE) + qX
(X có thể là chất hữu cơ hoặc anion vô cơ như halogenua, S2-, MoO42-,
VO3-, PO43-,...)