Tài liệu Nghiên cứu xác định tổng Arsen vô cơ và tổng Arsen hữu cơ trong thủy hải sản bằng phương pháp ICP kết hợp với kỹ thuật tạo Hydride

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------------- F G -------------------- NGUYỄN THỊ HỒNG THẢO NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TỔNG ARSEN VÔ CƠ VÀ TỔNG ARSEN HỮU CƠ TRONG THỦY HẢI SẢN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ICP KẾT HỢP VỚI KỸ THUẬT TẠO HYDRIDE   LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC   TP. HỒ CHÍ MINH – NĂM 2010        LỜI CẢM ƠN  Là một sinh viên Trường Đại học Khoa học Tự nhiên niên khóa 19982002 và tiếp theo là học viên cao học khóa 15 chuyên ngành Hóa Phân tích, em rất biết ơn các Thầy Cô trong Bộ môn đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quí báu. Để hoàn thành được luận văn này, em xin chân thành cảm ơn Cô Nguyễn Thị Xuân Mai và Thầy Nguyễn Văn Đông đã hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn Giám đốc Công ty TNHH Bureau Veritas và các anh chị trong phòng thí nghiệm đã hỗ trợ thiết bị và sắp xếp thời gian để tôi thực hiện đề tài này. Cảm ơn các anh chị đồng nghiệp đã hỗ trợ công việc và tạo điều kiện thuận lợi để tôi yên tâm nghiên cứu đề tài. Sau cùng, tôi muốn nói lời cảm ơn sâu sắc đến những người thân yêu trong gia đình đã luôn ở bên tôi trong những lúc khó khăn giúp tôi có thêm nghị lực phấn đấu trong công việc và học tập.         MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang Mục lục Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị Lời mở đầu Chương 1 - TỔNG QUAN 1.1 Tóm tắt lịch sử của nguyên tố Arsen ................................................................. 02 1.2 Tính chất của Arsen ........................................................................................... 02 1.3 Các nguồn gốc gây ô nhiễm môi trường ............................................................ 06 1.4 Sự phân bố của arsen trong môi trường ............................................................. 07 1.5 Nguồn gốc của arsen trong hải sản .................................................................... 09 1.6 Độc tính .............................................................................................................. 09 1.7 Tổng quát về phương pháp phân tích các dạng arsen ........................................ 13 1.7.1 Phương pháp xác định tổng hàm lượng arsen ........................................ 13 1.7.2 Phương pháp xác định các dạng arsen.................................................... 14 1.8 Kỹ thuật phổ phát xạ plasma ghép cặp cảm ứng................................................ 16 1.8.1 Giới thiệu ................................................................................................ 16 1.8.2 Thiết bị.................................................................................................... 18 Chương 2 - THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất ............................................................................................................ 30 2.2 Thiết bị và dụng cụ............................................................................................. 31 2.3 Nội dung khảo sát............................................................................................... 32 2.3.1 Khảo sát các thông số trên hệ ICP-OES ................................................. 32 2.3.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo hydride...................... 32 2.3.3 Khảo sát qui trình phân tích arsen tổng .................................................. 34 2.3.4 Khảo sát qui trình phân tích arsen vô cơ ................................................ 37 2.4 Phân tích hàm lượng arsen trên một số mẫu thủy hải sản.................................. 42 Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát các thông số trên hệ ICP-OES và hệ hydride...................................... 43 3.1.1 Khảo sát tốc độ dòng bổ trợ.................................................................... 43 3.1.2 Khảo sát tốc độ dòng plasma .................................................................. 43 3.1.3 Áp suất dòng tạo sương .......................................................................... 44 3.1.4 Nguồn cấp tần số vô tuyến (RF) ............................................................. 45 3.1.5 Khảo sát nồng độ HCl ............................................................................ 46 3.1.6 Khảo sát nồng độ NaBH4 ........................................................................ 46 3.1.7 Khảo sát quá trình khử As(V) về As(III)................................................ 47 3.2 Khảo sát qui trình phân tích arsen tổng.............................................................. 49 3.2.1 Khảo sát điều kiện khử As (V) về As(III) bằng KI/Acid ascorbic ......... 49 3.2.2 Thể tích H2SO4 phá mẫu ........................................................................ 50 3.2.3 Thể tích dung dịch đem khử ................................................................... 52 3.2.4 Hiệu suất thu hồi arsen tổng ................................................................... 52 3.2.5 Định trị phương pháp xác định arsen tổng ............................................. 56 3.3 Khảo sát qui trình phân tích arsen vô cơ............................................................ 59 3.3.1 Khảo sát thể tích acid dùng thủy phân mẫu............................................ 59 3.3.2 Khảo sát giai đoạn khử trước................................................................. 61 3.3.3 Khảo sát khả năng chiết cùng của DMA và AB khi dùng HBr-Hydrazine sulfate ..................................................................................................... 62 3.3.4 Giai đoạn chiết bằng chloroform ............................................................ 63 3.3.5 Hiệu suất thu hồi arsen vô cơ trên mẫu ................................................. 64 3.3.6 Giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng................................................. 65 3.4 Kết quả phân tích arsen tổng và arsen vô cơ trên một số mẫu hải sản .............. 66 3.4.1 Kết quả phân tích arsen tổng .................................................................. 66 3.4.2 Kết quả phân tích arsen vô cơ................................................................. 68 3.4.3 Nhận xét.................................................................................................. 70 Chương 4 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận .............................................................................................................. 73 4.2 Kiến nghị ............................................................................................................ 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 75 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT - ICP-OES: Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry - ICP-MS: Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry - AAS: Atomic Absorption Spectrometry - AFS: Atomic Fluorescence Spectrometry - ICP-SF-MS: Inductively Coupled Plasma-Sector Field-Mass Spectrometry - INAA: Instrumental Neutron Activation Analysis - GC: Gas Chromatography - LC: Liquid Chromatography - CE: Capillary Electrophoresis - HG: Hydride Gerneration - PMT: Photomultiplier tube - CTD: Charge Transfer Device - CCD: Charge Coupled Device - RF: Radio Frequency - LOD: Limit of Detection - LOQ: Limit of Quantitation - MMA: Monomethylarsonic acid - DMA: Dimethylarsinic acid - AB: Arsenobetaine - AC: Arsenocholine - TMAO: Trimethylarsine oxide DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 - Một số hợp chất arsen vô cơ và hữu cơ thông dụng Bảng 1.2 – Giá trị LD50 của 8 dạng arsen phổ biến Bảng 1.3 – Phương pháp xác định tổng arsen Bảng 3.1 - Khảo sát hiệu suất khử As(V) về As(III) bằng KI/Acid ascorbic 5% Bảng 3.2 - Tóm tắt các điều kiện thí nghiệm trên hệ ICP-OES kết hợp hydride Bảng 3.3 - Khảo sát nhiệt độ khử As (V) về As(III) bằng KI/Acid ascorbic Bảng 3.4 - Khảo sát thể tích H2SO4 phá mẫu cá thu Bảng 3.5 - Khảo sát thể tích H2SO4 phá mẫu mực tươi Bảng 3.6 - Kết quả phân tích hàm lượng arsen tổng Bảng 3.7 - Hiệu suất phân hủy DMA trên mẫu Bảng 3.8 -Hiệu suất phân hủy AB trên mẫu Bảng 3.9 - % As được tìm thấy khi vô cơ hóa mẫu bằng HNO3 Bảng 3.10 - Hiệu suất phân hủy DMA trên chuẩn Bảng 3.11 - Hiệu suất phân hủy AB trên chuẩn Bảng 3.12 - Bảng so sánh hiệu suất phân hủy (%) của DMA và AB trên chuẩn và mẫu Bảng 3.13 - Số liệu xây dựng đường chuẩn As (III) Bảng 3.14 - Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng phương pháp xác định arsen tổng Bảng 3.15 - Khảo sát nồng độ HCl thủy phân mẫu Bảng 3.16 - Kết quả khảo sát hiệu suất chiết khi dùng chất khử KI/Acid ascorbic Bảng 3.17 - Kết quả khảo sát hiệu suất khử khi dùng các chất khử khác Bảng 3.18 - Kết quả khảo sát khả năng chiết cùng của DMA và AB khi dùng HBrHydrazine sulfate Bảng 3.19 - Kết quả khảo sát số lần chiết bằng chloroform Bảng 3.20 - Kết quả phân tích hàm lượng arsen vô cơ trên mẫu cá thu Bảng 3.21 - Kết quả khảo sát hiệu suất thu hồi arsen vô cơ Bảng 3.22 - Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng phương pháp xác định arsen vô cơ Bảng 3.23 - Kết quả phân tích arsen tổng trên một số mẫu hải sản Bảng 3.24 - Kết quả phân tích arsen vô cơ trên một số mẫu hải sản Bảng 3.25 - Bảng tổng hợp kết quả phân tích arsen vô cơ và arsen hữu cơ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 - Một số hợp chất arsen hữu cơ được phát hiện trong môi trường biển. Hình 1.2 - Chu trình của Arsen trong môi trường Hình 1.3 - Quá trình khử và methyl hóa sinh học arsen vô cơ Hình 1.4 - Phương pháp định danh và định lượng các dạng arsen Hình 1.5 - Sơ đồ các quá trình diễn ra trong plasma Hình 1.6 - Sơ đồ hệ thống ICP-OES Hình 1.7 - Bộ tạo sương dạng đồng tâm dùng trong ICP-OES Hình 1.8 - Buồng phun mẫu vào hệ ICP-OES Hình 1.9 - Sơ đồ ngọn đuốc dùng trong hệ ICP-OES Hình 1.10 - Bước tiếp cận vùng phổ ICP theo hướng cạnh Hình 1.11 - Bước tiếp cận vùng phổ ICP theo hướng trục Hình 1.12 - Bộ đơn sắc Hình 1.13 - Sơ đồ quang học cách tử echellette Hình 1.14 – Sơ đồ cách tử echelle Hình 1.15 – Sơ đồ quang học cách tử echelle Hình 1.16 - Mặt phẳng tiêu điểm của máy đơn sắc cách tử Hình 1.17 – Sơ đồ mô tả quang cathode, dynode và anode trong đèn nhân quang Hình 1.18 - Tụ điện kim loại oxide-Silic Hình 1.19 - Sự hấp thu photon tạo thành electron và lỗ trống Hình 3.1 - Đồ thị khảo sát dòng bổ trợ Hình 3.2 - Đồ thị khảo sát dòng plasma Hình 3.3 - Đồ thị khảo sát áp suất dòng tạo sương Hình 3.4 - Đồ thị khảo sát nguồn cấp RF Hình 3.5 - Đồ thị khảo sát nồng độ HCl Hình 3.6 - Đồ thị khảo sát nồng độ NaBH4 Hình 3.7 - Đồ thị đường chuẩn As(V) đến 30 μg/L Hình 3.8 - Đồ thị đường chuẩn As(V) đến 50 μg/L Hình 3.9 - Đồ thị đường chuẩn As(III) Hình 3.10 - Đồ thị khảo sát nồng độ HCl thủy phân mẫu CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.1 Tóm tắt lịch sử của nguyên tố Arsen [20] Nguyên tố Arsen được học giả kiêm nhà giả kim người Đức Albertus Magnus (1193-1280) phát hiện đầu tiên. Một số dạng hóa học khác của Arsen cũng bắt đầu được phát hiện khi nền hóa học tách khỏi thuật giả kim vào giữa thế kỷ 18. Arsen có lẽ là nguyên tố lập kỷ lục có mối liên hệ tệ nhất với con người do nó được dùng như một chất độc khi con người bắt đầu quan tâm đến hóa học. Lý do arsen được dùng phổ biến do tính sẵn có, rẻ tiền, không màu, không mùi. Đến cuối thế kỷ 19, arsen không còn được dùng làm độc dược nhiều nữa do sự phát triển của phương pháp xác định Arsen có độ nhạy và độ tin cậy cao do Marsh thực hiện năm 1836. 1.2 Tính chất của Arsen [20] Arsen tồn tại ở nhiều dạng vô cơ và hữu cơ khác nhau. Những dạng quan trọng nhất để đánh giá sức khỏe của con người được trình bày ở bảng 1.1. Arsen là nguyên tố có mặt khắp nơi, có tính chất á kim. Hóa học của arsen phức tạp và có nhiều hợp chất khác nhau của arsen hữu cơ và arsen vô cơ. Trong tự nhiên, nó tồn tại ở một số dạng khoáng, chủ yếu là dạng arsenide của đồng, kẽm, nickel, sắt, hay ở dạng arsenic sulfide hay oxide. Trong nước, arsen thường tồn tại ở dạng arsenite hay arsenate. Các hợp chất arsen bị methyl hóa xuất hiện tự nhiên trong môi trường là kết quả của các hoạt động sinh học. Hợp chất phổ biến nhất, arsenic (III) oxide, là sản phẩm phụ trong quá trình nóng chảy quặng đồng hay quặng chì. 1.2.1 Hợp chất arsen vô cơ Hợp chất phổ biến nhất là arsenic (III) oxide, công thức phân tử chung là As4O6, chịu được nhiệt độ đến 1073 0C, là sản phẩm phụ trong quá trình sản xuất đồng. Arsen trong arsenide kim loại hay arsenic sulfide bị bay hơi và oxy hóa trong quá trình đốt nóng quặng và ngưng tụ ở dạng trioxide. Than chứa arsen khi đốt nóng cũng sinh ra oxide arsen (III). Oxide arsen có điểm sôi thấp (465 0C) và thăng hoa ở nhiệt độ thấp hơn. Áp suất hơi khí quyển ở nhiệt độ thường khá lớn là một đặc điểm quan trọng ảnh hưởng đến sự phân bố và di chuyển của arsen trong môi trường. Khả năng hòa tan của As2O3 khá chậm, khoảng 2 % ở 25 0C và 8.2 % ở 98 0C, dung dịch có tính acid nhẹ và chứa acid arsenous (H3AsO3). As2O3 dễ hòa tan trong acid HCl hay dung dịch kiềm. Ở dạng dung dịch, arsen thường ở dạng arsenate hay arsenite. Arsen vô cơ hóa trị 5 bao gồm As2O5, acid arsenic và hợp chất arsenate như chì arsenate, calcium arsenate. Sodium arsenite và sodium arsenate rất dễ tan trong nước. Trạng thái chuyển đổi hóa trị có thể xảy ra trong dung dịch nước, tùy thuộc vào độ pH và sự có mặt của các chất khác mà arsen có thể bị oxy hóa hay khử. Kim loại kiềm thổ kết hợp với anion arsenate tạo thành dạng muối ít tan, do đó arsen có khuynh hướng tạo thành kết tủa khi kết hợp với phosphate. 1.2.2 Hợp chất arsen hữu cơ Hóa học về arsen hữu cơ rất phong phú và đa dạng. Liên kết C-As khá ổn định ở điều kiện pH và trạng thái oxy hóa của môi trường. Một số hợp chất methylarsenic như dimethylarsine, trimethylarsine là kết quả của những hoạt động sinh học. Trong nước, các chất này bị oxy hóa thành các acid methylarsenic tương ứng. Những hợp chất arsen hữu cơ khác như arsenobetaine, arsenocholine, thường tìm thấy trong hải sản có khả năng chịu được suy biến hóa học. Acid methylarsonic là acid hai chức, tạo thành muối dễ tan với kim loại kiềm. Các acid alkylarsenic tham gia phản ứng khử tạo thành arsine tương ứng, một phản ứng quan trọng trong phân tích. Bảng 1.1 – Một số hợp chất arsen vô cơ và hữu cơ thông dụng Tên Viết tắt Công thức hóa học Arsenite (arsenous acid) AsIII As(OH)3 Arsenate (arsenic acid) AsV AsO(OH)3 Monomethylarsonic acid MMAV CH3AsO(OH)2 Monomethylarsonous acid MMAIII CH3As(OH)2 Dimethylarsinic acid DMAV (CH3)2AsO(OH) Dimethylarsinous acid DMAIII (CH3)2AsOH Dimethylarsinoyl ethanol DMAE (CH3)2AsOCH2CH2OH Trimethylarsine oxide TMAO (CH3)3AsO Tetramethylarsonium ion Me4As+ (CH3)4As+ Arsenobetaine AB (CH3)3As+CH2COO- Arsenobetaine 2 AB-2 (CH3)3As+CH2CH2COO- Arsenocholine AC (CH3)3As+CH2CH2OH Trimethylarsine TMAIII (CH3)3As Arsine AsH3, MeAsH2, Me2AsH Ethylmethylarsine EtxAsMe3-x (CH3)xAsH3-x (x=0-3) (CH3CH2)xAs(CH3)3-x (x=0-3) Phenylarsonic acid PAA C6H5AsO(OH)2 Hình 1.1 – Một số hợp chất arsen hữu cơ được phát hiện trong môi trường biển. Dạng in mờ có thể được phát hiện ở môi trường trên cạn 1.3 Các nguồn gốc gây ô nhiễm môi trường [20] 1.3.1 Công nghiệp Hai nền công nghiệp chủ yếu làm arsen bị nhiễm vào không khí, nước và đất là quá trình làm nóng chảy kim loại màu và sản xuất năng lượng từ nhiên liệu hình thành từ xác động vật bị phân hủy. Các nguồn gây nhiễm khác là sản xuất và tiêu thụ thuốc trừ sâu chứa arsen và chất bảo quản gỗ. Một nguyên nhân gây nhiễm arsen vào đất, tiếp theo là vào hệ thống nước ngầm, đó chính là phế phẩm từ công nghiệp khai thác mỏ kim loại. 1.3.2 Nông nghiệp Trước năm 1960, các arsen vô cơ như chì arsenate, canxi arsenate, đồng acetoarsenite được dùng rộng rãi trong nông nghiệp. Ngày nay, một số arsen hữu cơ (MMA, DMA) vẫn còn được sử dụng. 1.3.3 Quân sự Khí Lewisite (C2H2AsCl3) được dùng trong Chiến tranh thế giới thứ I, có tính sát thương cao do gây bỏng da rất khó chữa. Một số hợp chất arsen dùng để trấn áp đám đông do đặc tính gây kích ứng da và mắt. Acid dimethylarsinic, chất gây rụng lá được dùng trong chiến tranh Việt Nam. 1.3.4 Sản xuất và ứng dụng Arsen được sản xuất chủ yếu dựa vào quá trình thu hồi sản phẩm phụ khi làm nóng chảy quặng đồng, chì, coban và vàng. Arsen chủ yếu được dùng trong công nghiệp điện tử, luyện kim, trong nông nghiệp được dùng làm thuốc trừ sâu, thuốc gây rụng lá, chất bảo quản gỗ... Ngoài ra, arsen còn được ứng dụng trong công nghiệp sản xuất thủy tinh, làm pháo hoa, ceramic, chất dệt nhuộm, sơn chống sét, dược phẩm. Trong lĩnh vực điện tử, gallium arsenide và indium arsenide được dùng làm tế bào năng lượng mặt trời, tế bào quang điện, chất bán dẫn, diode phát sáng. 1.4 Sự phân bố của arsen trong môi trường [25] Có 3 dạng biến đổi sinh học chủ yếu của arsen trong môi trường: - Quá trình oxy hóa giữa arsenite và arsenate - Quá trình khử và methyl hóa arsen - Quá trình tổng hợp sinh học của các dạng arsen hữu cơ. Arsen phân bố chủ yếu trong môi trường nước. Đối với nước bị oxy hóa, arsen tồn tại chủ yếu ở dạng arsenate, nhưng ở môi trường khử, ví dụ như trong nước giếng sâu, dạng arsenite chiếm ưu thế. Sự methyl hóa arsen vô cơ thành acid methylarsenic và acid dimethylarsenic liên quan đến các hoạt động sinh học trong môi trường nước. Một số loài sinh vật biển tham gia vào quá trình chuyển đổi arsen vô cơ thành hợp chất hữu cơ phức tạp như arsenobetaine, arsenocholine, arsoniumphospholipid. Trong môi trường đất bị oxy hóa, arsen vô cơ tồn tại ở dạng arsen (V), trong môi trường khử tồn tại dạng arsen (III). Có nhiều bằng chứng về sự methyl hóa sinh học trong đất và quá trình giải phóng methylarsine vào không khí. Hợp chất arsen methyl hóa cũng được phát hiện trong khí nhà kính. Tuy nhiên arsen dạng khí tồn tại chủ yếu ở dạng vô cơ. Hóa học của arsen vô cơ trong môi trường nước, đặc biệt là pH và oxygen rất phức tạp. Một đặc điểm quan trọng, ở điều kiện lượng khí CO2 cao, muối arsenate phân ly thành 4 acid arsenic [As(V)]: H3AsO4, H2AsO4-, HAsO42-, AsO43-. Tuy nhiên, trong môi trường khử nhẹ sẽ hình thành dạng acid arsenous [As (III)]: H3AsO3, H2AsO3-, HAsO32-. Acid arsenic ít độc nhất trong các dạng arsen vô cơ, acid arsenous độc hơn và không được phép tồn tại trong cơ thể sống. Một số lớn các phản ứng sinh học và hóa học, như oxy hóa khử, hấp phụ, kết tủa, methyl hóa và hóa hơi tham gia tích cực vào chu kỳ hoạt động của nguyên tố này (Hình 1.2). Các phản ứng này kiểm soát sự có mặt của arsen trong môi trường. Do đó, arsen gây hại cho con người chỉ từ một số dạng arsen chứ không phải do tổng dạng arsen. Hình 1.2 – Chu trình của Arsen trong môi trường Các phản ứng hóa học và các quá trình vật lý trong đất – nước và cặn bùn – đá ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển, phân bố của arsen trong môi trường. Lượng oxy kiểm soát các phản ứng oxy hóa khử arsenate – arsenite. Sự hấp thu và kết tủa arsenate và arsenite ngăn chặn hoạt động của các arsen hòa tan. Sự giải phóng arsenic dần dần từ đá và bùn lắng hay sự hòa tan do quá trình oxy hóa của arsenopyrite (FeAsS) chuyển hóa arsen vào trong môi trường. Sự methyl hóa arsenite thành monomethylarsonic acid (MMA) hay dimethylarsinic acid (DMA) hình thành hợp chất arsen hữu cơ đóng góp vào những phản ứng sinh học chủ yếu trong chu trình arsen. 1.5 Nguồn gốc của arsen trong hải sản [13] Trong nước biển thường chứa arsen với hàm lượng khoảng 1 – 2 μg/L (WHO, 2001). Hàm lượng này gần như không đổi ở mực nước biển sâu, trong khi ở nước bề mặt hàm lượng này thay đổi theo mùa. Quá trình khử và methyl hóa bởi các vi sinh vật xảy ra ở vùng có nhiều ánh sáng, ở những tầng đại dương mà ánh sáng mặt trời có thể xuyên qua để thực hiện quá trình quang hợp. Hầu hết arsen vô cơ có trong cơ thể sinh vật biển không phải từ nước biển. Ngược lại, nguồn arsen này chủ yếu từ thức ăn, một quá trình tích lũy tương ứng với một chuỗi trao đổi chất xảy ra khi arsen tham gia vào trong chuỗi thức ăn. Chuỗi trao đổi chất bắt đầu từ những sinh vật phù du (rong rêu, tảo) hấp thu arsenate từ nước biển qua hệ thống màng trao đổi chất. Sau khi hấp thu, tảo nhanh chóng khử độc arsenate thông qua phản ứng khử và methyl hóa tạo thành dạng đường chứa arsen và một lượng nhỏ DMA cùng các hợp chất arsen khác. Lượng arsen trong tảo lớn hơn gấp 1000 đến 10 000 lần so với trong nước biển. Trong sinh vật biển, dạng arsen chủ yếu là arsenobetaine, hợp chất As(V) chứa 3 nhóm methyl. AB có khắp nơi trong môi trường biển, đặc biệt ở các loài hải sản mà con người dùng làm thực phẩm. Các nghiên cứu cho thấy sinh vật biển cấp cao hơn không tổng hợp arsenobetaine từ arsenate. Đó là do các loài tảo khi chết và bị phân hủy sẽ giải phóng arsenosugar vào môi trường nước và trầm tích, nhờ loài vi khuẩn sẽ chuyển hóa thành arsenobetaine, từ đó đi vào cơ thể sinh vật biển. Các thí nghiệm cũng cho thấy vi khuẩn trong nước biển có thể chuyển hóa MMA và DMA (trừ arsenate) thành AB. 1.6 Độc tính Độc tính của arsen thay đổi tùy thành phần và cấu trúc hóa học. Hầu hết các hợp chất arsen đều độc, nhưng độc tính thì khác nhau rất nhiều. Các dạng arsen chủ yếu được tìm thấy trong hải sản là: As(V), As(III), MMA, DMA, TMAO, TMA, AC, AB. Ngoài ra còn có arsenosugar và arsenolipid. Dạng arsenosugar chiếm số lượng lớn bao gồm glycerosulfonate, glycerosulfate, glycerol và glycerophosphate của dimethylarsinylriboside. Dạng arsen độc hại nhất trong thực phẩm là arsen vô cơ. Các dạng arsen hữu cơ khác có độ độc thấp hơn nhiều, một số trong đó gần như là không độc hại. As(III) tồn tại trong cơ thể sống ở dạng liên kết với nhóm –SH của các protein và các đại phân tử, làm ức chế các enzyme trao đổi chất gây ra ngộ độc cấp tính. Triệu chứng ngộ độ arsen không phụ thuộc vào dạng arsen vô cơ nào tồn tại, có lẽ là do kết quả của quá trình chuyển đổi qua lại giữa As(III) và As(V) bởi các phản ứng oxy hóa khử trong cơ thể sống. Do đó, việc phân biệt hai dạng arsen vô cơ là không cần thiết. Kết quả là, việc dự đoán mối nguy sức khỏe của con người từ việc dùng hải sản phụ thuộc vào lượng arsen vô cơ đã tiêu thụ qua thức ăn [24]. Arsen có thể gây ra các bệnh về tim mạch, da liễu, huyết học, gan, thận. Arsen cũng có thể gây ra ung thư bộ phận sinh dục, bộ phận tiết niệu, cơ quan hô hấp và da.[22] Liều độc gây chết LD50 (g/kg thể trọng) của một số dạng arsen trong môi trường được thể hiện ở bảng 1.2. Dạng trimethyl hầu như không độc. Arsenocholine và trimethylarsine oxide ít độc hơn As(III) 200 đến 300 lần. Arsenobetaine thường được tìm thấy trong hải sản và là dạng ít độc nhất, không thể xác định chính xác LD50 vì độc tính quá thấp (> 10 g kg-1). Độc tính của As(III) được chứng minh là do liên kết với nhóm thiol của các protein hoạt động sinh học làm ức chế enzyme trao đổi chất. Bảng 1.2 – Giá trị LD50 của 8 dạng arsen phổ biến [20] Sự có mặt của các dạng arsen trên là do quá trình methyl hóa sinh học arsen vô cơ. Sự methyl hóa có thể xảy ra trong đất, trầm tích, động vật và thực vật dưới nước hoặc trên cạn, gồm cả con người thông qua gián tiếp là những vi sinh vật. Sự methyl hóa sinh học arsen gồm các bước lặp lại của quá trình khử, methyl hóa và oxy hóa (Hình 1.3). Hình 1.3 – Quá trình khử và methyl hóa sinh học arsen vô cơ