Luận văn
Nghiên cứu các điều kiện xác
định các dạng As bằng phương
pháp phổ hấp thụ nguyên tử sử
dụng phương pháp hồi qui đa
biến tuyến tính

Nguyễn Thị Thu Hằng CáC Kí HIệU VIếT TắT

Khoa Hóa học Trờng ĐHKHTN
Luận văn thạc sĩ
B
B


N
N
G
GK
K



L
L


C
CM U 1 -
CHNG 1. TNG QUAN 3 -
1.1. TRNG THI T NHIấN, NGUN GC ễ NHIM V CC DNG
TN TI TRONG DUNG DCH CA ASEN 3 -
1.1.1. Trng thỏi t nhiờn v ngun gc ụ nhim As 3 -
1.1.2. Cỏc dng tn ti trong dung dch ca As 4 -
1.2. C TNH CA CC DNG ASEN 5 -
1.3. S PHN TN, DI CHUYN V CHUYN HểA LN NHAU TRONG
MễI TRNG CA CC DNG ASEN 7 -
1.4. HIN TRNG ễ NHIM ASEN VIT NAM 8 -
1.5. PHNG PHP XC NH NG THI CC DNG ASEN 10 -
1.5.1. Cỏc phng phỏp xỏc nh cú s dng k thut hidrua húa (HVG) 10 -
1.5.2. Phng phỏp s dng h tỏch HPLC kt hp vi mt detector 11 -
1.6.1. Gii thiu phn mm Matlab 12 -
1.6.2. C s phng phỏp toỏn 13 -
1.6.3. Xỏc nh ng thi cỏc dng As bng phng phỏp HVG AAS s dng
Chemometrics 21 -
CHNG 2. THC NGHIM 23 -
2.1. NI DUNG V PHNG PHP NGHIấN CU 23 -
2.1.1. Phng phỏp nghiờn cu 23 -
2.1.2. Ni dung nghiờn cu 23 -

4
56 -
3.4. XC NH NG THI CC DNG As THEO PHNG PHP PH
HP TH NGUYấN T KT HP VI CHEMOMETRICS 61 -
3.4.1. ng chun xỏc nh cỏc dng As riờng r 61 -
3.4.2. Gii hn phỏt hin v gii hn nh lng 62 -
3.4.3. lp li v ỳng ca cỏc phộp xỏc nh riờng tng dng As 64 -
3.4.4. Kim tra tớnh cng tớnh ca cỏc dng As 65 -
3.5. NH GI PHNG PHP PHN TCH V NG DNG PHN TCH
MU THC T 70 -
NguyÔn ThÞ Thu H»ng Môc lôc

Khoa Hãa häc – Trêng §HKHTN
LuËn v¨n th¹c sÜ
3.5.1. Đánh giá tính phù hợp của phương trình hồi qui thông qua mẫu kiểm
chứng 70 -
3.5.2. Ứng dụng phân tích mẫu thực tế và tính hiệu suất thu hồi của phương
pháp 76 -
KẾT LUẬN 83 -
TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 -
PHỤ LỤC i
Nguyễn Thị Thu Hằng Mở ĐầU

Khoa Hóa học Trờng ĐHKHTN - 1 -
Luận văn thạc sĩ
M U
Cựng vi s phỏt trin nhanh chúng ca xó hi hin i, vn ụ nhim
mụi trng ngy nay ang tr thnh mi quan tõm chung ca nhõn loi. S
lng cỏc c cht phõn tỏn trong mụi trng ngy mt nhiu hn do cỏc hot
ng sn xut v tiờu th a dng ca con ngi ngy mt tng. Mt trong s


Luận văn
Nghiên cứu các điều kiện xác
định các dạng As bằng phương
pháp phổ hấp thụ nguyên tử sử
dụng phương pháp hồi qui đa
biến tuyến tính

Nguyễn Thị Thu Hằng Mở ĐầU

Khoa Hóa học Trờng ĐHKHTN - 2 -
Luận văn thạc sĩ
Trong nhng nm gn õy, cựng vi s phỏt trin mnh m ca ngnh
toỏn hc thng kờ v tin hc ng dng, Chemometrics - mt nhỏnh ca húa hc
phõn tớch hin i - ó phỏt trin nhanh chúng v c ng dng ngy mt rng
hn. Mt mng quan trng trong Chemometrics ang c nghiờn cu v s
dng hiu qu l k thut hi qui a bin thut toỏn xỏc nh ng thi nhiu
cu t trong hn hp m khụng cn tỏch loi. Thut toỏn ny ó c ng dng
rng rói gii quyt nhiu bi toỏn nh dng phc tp. i vi vn xỏc nh
cỏc dng As trong hn hp, hin nay cha cú nhiu cụng trỡnh nghiờn cu theo
hng ny tuy u im ca nú l rt ln so vi cỏc hng nghiờn cu khỏc. Vỡ
vy, chỳng tụi ó la chn nghiờn cu gúp phn phỏt trin cỏc phng phỏp xỏc
nh ng thi cỏc dng As theo hng ng dng Chemometrics trong phm vi
lun vn l nghiờn cu cỏc iu kin xỏc nh cỏc dng As bng phng
phỏp ph hp th nguyờn t s dng phng phỏp hi qui a bin tuyn
tớnh.
Nguyễn Thị Thu Hằng CHƯƠNG 1. TổNG QUAN

Khoa Hóa học Trờng ĐHKHTN - 3 -
Luận văn thạc sĩ

Asenopyrit sau khi tỏch khi qung s thnh cht thi v c cht ng ngoi
tri v trụi vo sụng sui, gõy ụ nhim trn lan. Bờn cnh ú, cỏc quỏ trỡnh t
nhiờn nh a cht, a húa, sinh a húa, ó lm cho As nguyờn sinh cú mt
trong mt s thnh to a cht (cỏc phõn v a tng, cỏc bin i nhit dch v
qung húa sunphua cha As) tip tc phõn tỏn hay tp trung gõy ụ nhim mụi
trng sng [1, 27, 33, 35].
Nguyễn Thị Thu Hằng CHƯƠNG 1. TổNG QUAN

Khoa Hóa học Trờng ĐHKHTN - 4 -
Luận văn thạc sĩ
1.1.2. Cỏc dng tn ti trong dung dch ca As
Sau khi phỏt tỏn vo mụi trng, As tn ti nhiu dng khỏc nhau tựy
theo bn cht ca ngun phỏt tỏn, iu kin phỏt tỏn v iu kin ca mụi trng
tn ti.
Bng 1. Mt s dng As trong cỏc i tng sinh hc v mụi trng
STT Tờn gi Cụng thc
1. Asin AsH
3

2. Asenit AsO
3
3-

3. Asenat AsO
4
3-

4. Axit dimetylasenic, DMAA Me
2
AsO

10. Asenocholin (2-
trimetylasonietanol)
Me
3
As
+
CH
2
CH
2
OH
11. Dimetylasinoyletanol Me
3
As
+
(O
-
)CH
2
CH
2
OH
Cỏc dng ch yu ca As trong mụi trng nc i tng c quan
tõm nht trong phõn tớch mụi trng l bn dng As(III), As(V), DMA v
MMA, trong ú hai dng vụ c cú c tớnh cao hn. Hm lng As trong nc
ngm ph thuc vo tớnh cht v trng thỏi mụi trng a húa. As tn ti trong
nc ngm dng H
2
AsO
4

As l chng sm da (melanosis), dy biu bỡ (kerarosis), tn thng mch mỏu,
ri lon cm giỏc v s di ng, Ngi b nhim c As lõu ngy s xut hin
Nguyễn Thị Thu Hằng CHƯƠNG 1. TổNG QUAN

Khoa Hóa học Trờng ĐHKHTN - 6 -
Luận văn thạc sĩ
hin tng sng húa da, gõy sm v mt sc t da hay bnh Bowen, t ú dn
n hoi th hay ung th da, viờm rng, khp, tim mch, [12, 17, 28, 40]. c
tớnh cao ca As v cỏc hp cht ca nú cũn do kh nng nhim c qua nhiu
con ng: hụ hp, tiờu hoỏ, tip xỳc qua da, c bit As l tỏc nhõn gõy ung th
trờn mi b phn ca c th [11, 12]. Hin ti trờn th gii cha cú phng phỏp
hu hiu cha bnh nhim c As, cỏc nghiờn cu vn ch tp trung vo iu tr
triu chng v s dng b sung thờm cỏc thuc tng thi v vitamin c th t
o thi As [1, 14]. Hỡnh 2. Mt s hỡnh nh v nn nhõn nhim c As [45]
Trong s cỏc hp cht ca As thỡ As(III) vụ c c hn c. As(III) cú c
tớnh cao hn As(V) khong 50 ln do As(V) v cỏc hp cht As hu c c o
thi qua thn rt nhanh v hu nh ton b. As(III) th hin tớnh c vỡ nú tn
cụng vo cỏc nhúm hot ng -SH ca enzim lm vụ hiu hoỏ enzim:

As(III) nng cao cũn lm ụng t protein, cú l do As(III) tn cụng
vo cỏc liờn kt cú nhúm sunfua. Tuy nhiờn, phn ln As(III) hp th vo c th
u nhanh chúng b trit tiờu qua ng tit niu o thi As cha metyl húa v
thụng qua hot ng kh c ca gan bng cỏch metyl húa thnh MMAA hoc
DMAA [27, 40].

khoỏng sunfua hoc kh cỏc khoỏng oxi hidroxit giu As hay quỏ trỡnh ra trụi
v khuch tỏn t nhiờn. V c ch xõm nhim cỏc kim loi nng - trong ú cú As
- vo nc ngm cho n nay ó cú nhiu gi thit khỏc nhau nhng vn cha
thng nht. Thụng qua cỏc quỏ trỡnh thy a húa v sinh a húa, cỏc iu kin
a cht thy vn m As cú th xõm nhp vo mụi trng nc. Hm lng As
trong nc ngm ph thuc vo tớnh cht v trng thỏi mụi trng a húa. Nc
ngm trong nhng vựng trm tớch nỳi la, khu vc qung húa ngun gc nhit
dch, m du khớ, m than, thng giu As [17, 35, 41].
Ngoi quỏ trỡnh di chuyn t t vo nc, ụ nhim As trong nc cũn do
quỏ trỡnh o thi cụng nghip. Lng ln As trong cụng nghip v khai thỏc m
c a nhanh vo ngun nc do thi trc tip hoc quỏ trỡnh ra trụi gõy ụ
nhim nghiờm trng mụi trng nc trờn din rng do kh nng hũa tan cao
ca cỏc hp cht As [1, 12, 14].
Trong khớ quyn: Lng As i vo khụng khớ ch yu do hai ngun l khớ
thi cụng nghip hay khớ nỳi la v do vi sinh vt chuyn vo [11].
Nguyễn Thị Thu Hằng CHƯƠNG 1. TổNG QUAN

Khoa Hóa học Trờng ĐHKHTN - 8 -
Luận văn thạc sĩ
Trong sinh vt quyn: As i vo c th thc vt qua nc hoc t l ch
yu, sau ú chuyn vo c th ng vt v b hp th, chuyn húa v tớch ly
mt phn. As xõm nhp vo c th sinh vt, c bit l c th ngi theo nhiu
con ng, trong ú ph bin l qua ng tip xỳc v qua tiờu húa. Phn ln
lng As i vo c th ng vt b chuyn húa nhanh chúng v o thi ra mụi
trng, tip tc chu trỡnh vn chuyn ca nú trong t nhiờn [6, 19, 32, 33].
Hỡnh 3 l s cỏc quỏ trỡnh chuyn húa n gin ca As trong t nhiờn. Hỡnh 3. Quỏ trỡnh chuyn húa ca cỏc dng As trong mụi trng [30]
1.4. HIN TRNG ễ NHIM ASEN VIT NAM

Khoa Hóa học Trờng ĐHKHTN - 10 -
Luận văn thạc sĩ
cho thy nhiu vựng cú hm lng As trong nc ngm cao hn mc cho phộp
nhiu ln [1].
1.5. PHNG PHP XC NH NG THI CC DNG ASEN
1.5.1. Cỏc phng phỏp xỏc nh cú s dng k thut hidrua húa (HVG)
Phng phỏp ny da trờn nguyờn tc kh cỏc hp cht As v dng asin
v metylasin sau ú nh lng sn phm sinh ra tớnh ngc li hm lng
cỏc hp cht ban u nu mi dn xut ca asin c sinh ra t mt hp cht
ban u.
Phng phỏp c in nht xỏc nh As theo hng ny l phng phỏp
Guizeit - s dng Zn v axit HCl kh As v o asin bng phộp o quang vi
bc dietyldithiocacbamat [34]. Nhiu cụng trỡnh sau ú s dng NaBH
4
lm cht
kh thay cho h Zn/HCl kt hp vi mt b phn phỏt hin khỏc nh lng
asin nh AAS, GC AAS, GC MS, [36, 37, 39].
Cỏc nh khoa hc nghiờn cu nh lng cỏc dng As theo hng ny ó
a ra mt s vn cn lu ý cho quỏ trỡnh xỏc nh [32]. Th nht, hiu sut
kh cỏc dng As thnh asin v dn xut asin ph thuc nhiu vo mụi trng
phn ng v nng NaBH
4
. Mi dng As cú mt mụi trng kh ti u riờng,
õy cng l c s chớnh ca phng phỏp xỏc nh ng thi cỏc dng As trong
mu. Th hai, trong quỏ trỡnh kh s xut hin s sp xp li phõn t cỏc dng
asin, c bit l khi cú mt oxi trong dung dch. Th ba, cú rt nhiu ion l nh
hng ti phộp o nh cỏc ion kim loi nng, nitrat, ch yu theo hng lm
gim tớn hiu tc l gim nhy ca phng phỏp v cỏch thc cỏc ion ny nh
hng lờn phộp o khụng nh nhau.
Cỏc nghiờn cu gn õy phỏt trin theo hng ny ó cú nhng thnh tu

HPLC ICP MS tỏch v nh lng. Cng s dng h ny, tỏc gi [21] ó
th nghim kh nng tỏch trờn ct tỏch ODS ph photphatidylcholin, pha ng l
h m citrat pH = 4 v hp cht to cp ion tỏch cỏc dng hu c v vụ c l
tetrametylamoni hidroxit xỏc nh cỏc dng As. Nghiờn cu ny ó cho thy cú
th xỏc nh c 5 dng As trong huyt thanh bnh nhõn sau iu tr nhim c
As l As(III), As(V), DMA, MMA v AB vi nhy di 5ppb cho cỏc dng
v lng mu tiờu tn thp (20L). Cỏc nghiờn cu khỏc [20, 46] cng cho
nhng thnh tu ỏng lu ý trong vic m rng i tng xỏc nh cng nh
nõng cao nhy ca phng phỏp.
Vi cỏc detector quang hc, s lng cụng trỡnh phong phỳ hn nhiu.
Cỏc tỏc gi [36] ó xỏc nh thnh cụng 12 dng As trong mu thy sn Hi Lp
vi h HPLC (UV) HG - AFS s dng ct trao i ion v hai pha ng l
piridin HCl cú pH = 2,65 v m photphat pH = 5,6. Tỏc gi [22] ó ti u húa
Nguyễn Thị Thu Hằng CHƯƠNG 1. TổNG QUAN

Khoa Hóa học Trờng ĐHKHTN - 12 -
Luận văn thạc sĩ
quỏ trỡnh tỏch v xỏc nh cỏc dng As trong mt s loi thc vt trờn h HPLC
HVG AFS vi pha ng l dung dch NaH
2
PO
4
v dung mụi chit l h nc
metanol (1:2) v thu c kt qu l trờn 73% lng As c chit sau 3 phõn
on. Kt qu phõn tớch cỏc mu lỏ o theo phng phỏp ny cho thy As(V)
chim lng ln v khụng phỏt hin c As(III) trong cỏc mu ny. S dng h
HPLC HVG AFS, tỏc gi [26] cũn xỏc nh kt hp c cỏc dng As v
selen trong i tng nc t nhiờn vi nhy cao.
Ngoi cỏc cụng trỡnh trờn, s lng cỏc nghiờn cu ỏp dng cỏc h kt
hp khỏc nhau ó cụng b rt a dng. Nhiu nhúm tỏc gi ó nghiờn cu so

DSP (digital signal processing) hay tớch hp vi cỏc ngụn ng quen thuc nh C,
C
++
, Fortran,, Matlab ó thc s tr thnh cụng c ph bin c lc trong cỏc
mụi trng khỏc nhau [2, 5].
Vi u th l b chng trỡnh phn mm ln trong lnh vc toỏn s v mụ
phng, chỳng tụi ó la chn phn mm Matlab nghiờn cu trin khai nhng
lp trỡnh hi qui a bin nhm gii quyt bi toỏn xỏc nh ng thi cỏc dng
asen.
1.6.2. C s phng phỏp toỏn
Chemometrics c nh ngha l vic ng dng cỏc phng phỏp toỏn
hc, thng kờ, ho, qui hoch thc nghim, ti u hoỏ cỏc thụng tin hoỏ
hc trớch ra t tp s liu phõn tớch v a ra ti a nhng thụng tin hu ớch t
tp s liu ban u [7, 23].
Ra i t nhng nm u ca thp k 70, cho ti nay Chemometrics ó
xỏc lp c mt v trớ quan trng cho mỡnh trong ngnh hoỏ hc, c bit l
trong hoỏ hc phõn tớch hin i. Mt mng ln trong Chemometrics phỏt trin
nhanh gn lin vi toỏn hc v tin hc l hi qui a bin k thut a bin c
dựng rng rói trong phũng thớ nghim hoỏ hc giỳp gii quyt cỏc bi toỏn xỏc
nh ng thi nhiu cu t cựng cú mt trong hn hp m khụng cn tỏch loi
trc. V nguyờn tc, ch cn xõy dng dóy dung dch chun cú mt tt c cỏc
cu t cn xỏc nh vi nng bit trc trong hn hp (cỏc bin c lp x), o
tớn hiu phõn tớch ca cỏc dung dch ny di dng mt hay nhiu bin ph
thuc y v thit lp mụ hỡnh toỏn hc mụ t quan h gia hm y (tớn hiu o) v
cỏc bin c lp x (nng cỏc cht trong hn hp). Da trờn mụ hỡnh ny cú
th tỡm c nng ca cỏc cu t trong cựng dung dch nh phõn khi cú tớn
hiu phõn tớch ca dung dch ú [7].
Nu cỏc cu t cú mt trong hn hp cho tớn hiu o cú tớnh cht cng
tớnh thỡ cú th s dng phng phỏp hi qui a bin tuyn tớnh thụng thng
(multiple linear regression- MLR) nh phng phỏp bỡnh phng ti thiu thụng

1
+ P
12
A
2
+ + P
1m
A
m

C
2
= P
21
A
1
+ P
22
A
2
+ + P
2m
A
m

C
x
= P
x1
A

Do trong tp s liu C v A u cú cha sai s ngu nhiờn nờn P mụ t
chớnh xỏc quan h gia C v A ta cn xỏc nh P bng phng phỏp bỡnh phng
ti thiu (tng bỡnh phng ca sai s gia giỏ tr tớnh theo mụ hỡnh v giỏ tr
thc nghim l nh nht).
2. Xỏc nh cụng thc tớnh P:
C = A . P
A
T
. C= A
T
. A . P
[A
T
. A]
-1
. A
T
. C = [A
T
. A]
-1
. [A
T
. A] . P
[A
T
. A]
-1
. A
T

unk
. P
u im ca phng phỏp ILS:
- Thớch hp vi tp s liu nh, ớt thụng tin.
- Loi tr c sai s nhiu ph v gim thiu c nh hng ca cỏc
cu t l do ó la chn cỏc thi im o c trng.
- Khi tớn hiu o l cỏc giỏ tr nh hn giỏ tr qui c ca nng thỡ giỏ
tr cỏc h s trong ma trn P s ln hn h s hi qui ca phng phỏp CLS, iu
ny s lm gim sai s trong quỏ trỡnh tớnh toỏn.
Nhc im ca phng phỏp ILS:
- Cn la chn ti thiu cỏc thi im o c trng cho cỏc cu t. La
chn sai lch s dn n sai s ln trong quỏ trỡnh tớnh toỏn.
- Phi m bo cú tớnh cng tớnh cao ca cỏc cu t cỏc thi im o
c la chn.
1.6.2.2. Phng phỏp hi qui cu t chớnh (Principal component
regression - PCR)
Hi qui a bin, trong trng hp cỏc bin cú tng quan, l vn gõy
nhiu khú khn khi gii cỏc bi toỏn phc tp trong mt s ngnh nh: vt lý,
húa hc, cỏc ngnh khoa hc t ng v thit k cụng trỡnh,
gii quyt by toỏn ny, cỏc nh khoa hc thng s dng phng
phỏp hi qui cu t chớnh (PCR). PCR l phng phỏp bỡnh phng ti thiu
nghch o trờn tp d liu mi thu c trong phộp chiu tp d liu lờn cỏc
vect n v ca khụng gian mi (PC principal components) [7, 29, 31, 38]
PCR bao gm cỏc bc tin hnh nh sau:
Nguyễn Thị Thu Hằng CHƯƠNG 1. TổNG QUAN

Khoa Hóa học Trờng ĐHKHTN - 17 -
Luận văn thạc sĩ
Cỏc x
lý ban u khụng bt buc

Cỏc x
lý cn thit

Tớnh toỏn cỏc vect riờng

L
a chn cỏc vect
cú
ý ngh
a

Ph
c hi tp s liu c
ú ngh
a

Xõy d
ng

ng chun

Nguyễn Thị Thu Hằng CHƯƠNG 1. TổNG QUAN

Khoa Hóa học Trờng ĐHKHTN - 18 -
Luận văn thạc sĩ
2. Cỏc x lý cn thit:
Vi mt tp s liu ó chun húa hoc cha chun húa, trc khi s dng

v trớ cỏc PC s chờnh lch khụng quỏ ln, do ú sai s trong quỏ trỡnh lm trũn
s v chuyn húa tp s liu s nh hn.
Nguyễn Thị Thu Hằng CHƯƠNG 1. TổNG QUAN

Khoa Hóa học Trờng ĐHKHTN - 19 -
Luận văn thạc sĩ
Cỏc hm toỏn hc trờn u a ra mt ma trn ct cha cỏc vect riờng -
V
c
- l ma trn trong ú mi ct l mt vect hay nhõn t mi - PC - ca ma trn
d liu v s hng ma trn l s thi im o. Mi nhõn t hay vect ny li l t
hp bc nht ca cỏc im ph ban u, phn úng gúp ca cỏc im ny vo
mi vect l khỏc nhau tựy thuc vo giỏ tr hm ph thuc ti im ú. Nhng
im cú giỏ tr úng gúp ln vo cỏc PC cha phng sai ln s l nhng im
o cú nh hng quyt nh ti kt qu tớnh ma trn h s hi qui v kt qu hi
qui sau ú. Ma trn kt qu th hai cng rt quan trng l ma trn phng sai
ca cỏc PC: ú l dng ma trn chộo i vi hm SVD, l mt vect ct i vi
hm NIPALS v hm Princomp.
4. La chn cỏc vect cú ngha
õy l bc cú nh hng c bit quan trng n bc x lý tip theo.
Nu gi li nhiu vect hn s cn dựng thỡ nhng vect ú s cha c tớn hiu
nhiu v nh vy, kt qu hi qui s mc phi sai s. Nu gi li khụng s
vecto cn thit s lm mt i thụng tin cú ớch t tp d liu, iu ny cng s gõy
nờn sai lch gia mụ hỡnh hi qui thu c v mụ hỡnh thc. Vỡ vy, vic ỏnh
giỏ v la chn cỏc vect cú ngha l rt quan trng. Di õy l mt s phng
phỏp ph bin xỏc nh s PC cú ngha [25, 29, 44]:
Dựng cỏc hm ch th: Cú rt nhiu hm ch th khỏc nhau nh CPV
(tớnh phn trm phng sai tớch ly), hm IEF,
Tớnh toỏn PRESS (tng bỡnh phng sai s d oỏn) ỏnh giỏ
thụng tin t d liu.