Phân tích nước tại hiện trường: Xác định asen, thủy ngân và đồng [8]

Kim loại nặng trong nước uống - một vấn đề toàn cầu

Việc nước uống bị nhiễm kim loại nặng là một vấn đề toàn cầu. Một trường hợp đặc biệt nổi bật là nước giếng bị nhiễm asen cao ở Bangladesh, mặc dù đây không phải là trường hợp duy nhất. Theo ước tính của WHO, hơn 200 triệu người trên thế giới tiếp xúc với nước uống có chứa trên 10 μg/L asen và vượt quá giá trị cho phép của WHO [1]. Ví dụ, các khu vực rộng lớn ở Mỹ bị ảnh hưởng bởi hàm lượng asen tăng cao do điều kiện địa chất, bao gồm các bang ở Tây Nam như Nevada, cũng như vùng đất New England và Thượng Trung Tây [2]. Ở Thụy Sĩ cũng vậy, nguồn nước uống được sử dụng tại một số nơi có hàm lượng asen vượt quá giá trị cho phép của WHO [3].

Hậu quả của việc ngộ độc asen mãn tính rất nghiêm trọng vì chúng rất đa dạng. Tổn thương da và ung thư da cũng như các loại ung thư khác, rối loạn hệ thần kinh, đau tim và lao phổi chỉ là một vài ví dụ điển hình.

Asen xâm nhập vào nước uống như thế nào

Sự ô nhiễm asen của nước ngầm ở mức độ lớn là do các quá trình tự nhiên gây ra. Ví dụ như nước sông tiếp nhận asen được giải phóng từ đá phong hóa. Asen lắng đọng trên lớp trầm tích, đặc biệt là ở các đồng bằng sông. Nếu các lớp trầm tích tiếp xúc với các tầng chứa nước ngầm, nước ngầm sẽ bị ô nhiễm [4]. Trường hợp cụ thể tại đồng bằng sông lớn nhất thế giới, đồng bằng sông Hằng ở Bangladesh.

Nhưng đây không phải là tất cả: Những hoạt động của con người cũng có thể làm gia tăng nồng độ asen trong môi trường. Đặc biệt thông qua nước thải bị ô nhiễm, sự thấm ra từ các nơi khai thác mỏ và bãi chôn lấp chất thải, asen có thể xâm nhập vào nước ngầm. Có những ví dụ mới được phát hiện cho đến ngày nay, ngay cả ở các nước phát triển như Đức và Mỹ [5, 6]. Đây là lý do tại sao việc giám sát chất thải, bao gồm cả nước thải, là cần thiết ở đây. Tương tự, các cơ quan chính phủ phải kiểm tra nồng độ asen trong các vùng nước tự nhiên, đặc biệt là ở vùng lân cận của các nhà máy theo định kỳ.

Chất bảo quản gỗ có chứa asen

Một vấn đề cũng ở một số quốc gia là việc sử dụng chromated copper arsenate (CCA) trong các chất bảo quản gỗ: asen thấm ra từ các cột điện gỗ, hàng rào ở đồng cỏ và cọc vườn nho được xử lý bằng CCA đi vào đất. Điều đặc biệt là sự xâm nhập asen có thể gây ra sự ô nhiễm đáng kể cho đất và nước ngầm do mật độ cực cao trên một mẫu Anh [7]. Việc sử dụng CCA và gỗ được xử lý bằng CCA đã bị cấm ở EU kể từ năm 2004 ngoại trừ một số ít trường hợp; Tuy nhiên nó vẫn phổ biến và được chấp nhận rộng rãi ở Hoa Kỳ, Úc và New Zealand [8, 9].

Không phải tất cả asen đều giống nhau

Asen tồn tại trong nước ở hai trạng thái oxy hóa: dạng asen độc tính cao (III) và dạng asen ít độc hơn (V). Do đó, điều quan trọng không chỉ là lưu ý đến nồng độ khi xác định asen; thông số của asen cũng liên quan đến xếp hạng chất lượng nước. Do asen (III) không ổn định và bị oxy hóa tự phát và hình thành asen (V), nên việc xác định As (III) nên được thực hiện ngay lập tức tại chỗ nếu có thể, ngay sau khi lấy mẫu.

Thủy ngân: Khởi nguồn từ tự nhiên và nhân tạo

Ngoài asen, các kim loại nặng khác, bao gồm cả thủy ngân, có thể xâm nhập vào nước uống và nước bề mặt và gây hại cho con người cũng như môi trường. Hành tinh của chúng ta liên tục thải ra một lượng lớn thủy ngân vào khí quyển thông qua thảm thực vật và vỏ Trái đất. Không chỉ vậy, các hoạt động của con người đang đóng một vai trò quan trọng trong việc tích tụ thủy ngân trong khí quyển: Vào thế kỷ 20, tỷ lệ thủy ngân trong khí quyển do con người gây ra là khoảng 70% - và ngày càng tăng [10, 11]. Sử dụng nhiên liệu hóa thạch và khai thác vàng quy mô nhỏ đều là những con đường đưa thủy ngân vào môi trường. Một số quá trình công nghiệp cũng có những vấn đề, đặc biệt là sản xuất xi măng, luyện kim loại và điện phân clo-kiềm theo quy trình hỗn hống để chiết xuất clo và xút. Bên cạnh đó, tương tự trường hợp của asen, nước thấm từ các bãi chôn lấp chất thải cũng có thể giải phóng thủy ngân trong gây ô nhiễm nước ngầm [12]. Trước đây, việc sử dụng thủy ngân như một loại thuốc diệt nấm rẻ tiền trong nông nghiệp cũng đã dẫn đến các trường hợp ngộ độc ở người [13].

Một phần thủy ngân được giải phóng vào nước thông qua quá trình kết tủa. Nó tích tụ trong mô của cá và động vật giáp xác và do đó trở thành mối nguy hiểm cho con người: việc tiêu thụ cá bị ô nhiễm sẽ đưa thủy ngân vào cơ thể con người. Do tính độc hại của nó đối với cả con người và môi trường, việc xác định thủy ngân là bắt buộc ở mức độ như nhau ở cả vùng nước được phép đánh bắt và vùng nước không được phép đánh bắt.

Xác định asen, thủy ngân và đồng tại hiện trường

Có thể xác định thủy ngân, đồng, asen tổng và nồng độ asen (III) và As(V) tại hiện trường bằng thiết bị cầm tay 946VA. Thiết bị cầm tay 946 VA được thiết kế đặc biệt để xác định hàm lượng vết asen, thủy ngân, đồng trong nước và thích hợp để kiểm tra sự tuân thủ các hướng dẫn tương ứng của WHO, như được trình bày trong Bảng 1.

Dụng cụ hỗ trợ cùng với các phụ kiện cần thiết và các lọ thuốc thử, nằm gọn trong một hộp đựng tiện dụng. Ngoài ra, thiết bị có thể được điều khiển bởi một máy tính xách tay. Các phép đo có thể được thực hiện rất đơn giản ngay tại vị trí lấy mẫu, chẳng hạn như trong thùng xe ô tô. Ưu điểm của việc này là thu được kết quả nhanh chóng mà không cần phải vận chuyển mẫu đến phòng thí nghiệm. Đối với asen, phép đo tại hiện trường cũng giúp xác định được trạng thái oxy hóa một cách chính xác với độ tin cậy cao. Nguyên nhân là từ trạng thái oxy hóa của As(III) rất không ổn định nếu phải mang mẫu đến phòng thí nghiệm.

Phép thử nghiệm

Xác định kim loại nặng với thiết bị phân tích cầm tay 946 VA rất nhanh chóng và tiện lợi. Sau khi lấy mẫu, mẫu và dung dịch điện li được chuyển vào buồng đo. Sau đó, lựa chọn phương pháp phù hợp và phép thử được bắt đầu trên máy tính xách tay, điều này làm cho hoạt động của thiết bị phân tích cầm tay 946 VA trở nên đặc biệt đơn giản. Nếu cần, một số thông số đo như thể tích mẫu hoặc thể tích và số lượng điểm thêm chuẩn có thể được người dùng điều chỉnh. Trong quá trình đo, phần mềm sẽ xuất hiện những bảng ghi chú cho người dùng tại thời điểm cần thiết để thực hiện việc thêm chất chuẩn. Pipet được sử dụng để chuyển chất chuẩn vào cốc đo. Cuối cùng, phần mềm tự tính toán kết quả. Báo cáo ở định dạng .pdf có thể được biên tập một cách thủ công hoặc tự động.

Thiết bị phân tích cầm tay 946 VA sử dụng điện cực scTRACE Gold duy nhất để đo. Điện cực này kết hợp điện cực làm việc dạng vi sợi vàng với điện cực bổ trợ và tham chiếu được in tấm que mỏng. Điều này mang lại lợi thế so với các điện cực khác: ScTRACE Gold hầu như không cần bảo dưỡng, không cần hoạt hóa phức tạp và nếu cần có thể dễ dàng thay thế bất cứ lúc nào.

Quá trình từ lấy mẫu đến kết quả chỉ trong vài phút

Việc xác định kim loại nặng trong nước là một chủ đề quan trọng trong phân tích môi trường trên thế giới. Với thiết bị cầm tay VA 946, không chỉ có thể xác định asen tổng và các trạng thái khác nhau của asen mà còn cả thủy ngân và đồng bằng phép đo điện hóa Voltammetry mà không cần rời khỏi vị trí lấy mẫu. Phép thử được thực hiện tại hiện trường cho phép thu thập dữ liệu nhanh hơn và mặt khác hạn chế sự ảnh hưởng kết quả bởi những thay đổi hóa học xảy ra sau khi lấy mẫu chẳng hạn như quá trình oxy hóa As(III) thành As(V). Trọn bộ phần mềm, phụ kiện, đặc biệt là điện cực scTRACE Gold đã được thiết kế chuyên biệt để thao tác dễ dàng. Do đó, tron bộ hệ thống nhỏ gọn này đáp ứng mọi yêu cầu đo đạc tại hiện trường.