Xác định Fe bằng phương pháp UV vis

1.5.1.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS

Nguyên tắc của phương pháp là dựa trên sự tạo phức mầu của các ion với thuốc thử. Nồng độ của các ion trong phức thay đổi sẽ tạo ra màu khác nhau, dẫn đến độ hấp thụ quang khác nhau. Độ hấp thụ quang được xác định theo định luật Lamber-Beer theo phương trình:

A = .l.C

Trong đó:

: Hệ số hấp thụ phụ thuộc vào bản chất màu và bước sóng của ánh sáng tới.

l: Chiều dày cu vet.

C: Nồng độ chất phân tích.

Khi l và  không đổi, độ hấp thụ quang phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ. Vì vậy, khi xây dựng được đường chuẩn biểu thị mối quan hệ giữa độ hấp thụ và nồng độ C trong từng trường hợp cụ thể sẽ dễ dàng xác định được nồng độ chưa biết của một chất thông qua độ hấp thụ quang. Giới han phát hiện của phương pháp cỡ 10-5M – 10-6M.

Các tác giả Trần Thúc Bình, Trần Tứ Hiếu, Phạm Luận [3] đã xác định Cu, Ni, Mn, Zn bằng phương pháp UV-VIS với thuốc thử PAN trong cùng một hỗn hợp cho sai số nhỏ hơn 4% ở các bước sóng khác nhau.

Angeline M.Stoyanova [26] đã xác định Cr(VI) bằng phương pháp trắc quang xúc tác, phương pháp này chủ yếu dựa trên hiệu ứng xúc tác của Cr(VI) đến phản ứng oxi hoá axit sunfanilic (SA) bằng H2O2 khi có mặt của p-Aminobenzoic axit (PABA). Sau khi cho thuốc thử 15 phút, đo độ hấp thụ quang tại bước sóng 360nm. Điều kiện tối ưu của phương pháp đã được thiết lập: nồng độ SA là 4,3.10-3M, nồng độ PABA là 1,0.10-3M, nhiệt độ phản ứng 500C, hệ đệm axit axetic- axit boric-axit orthophotphoric có pH=6,6. Giới hạn phát hiện của phương pháp là 10ng/ml. Độ lệch chuẩn tương đối từ 2,9 đến 5,8%. Phương pháp này áp dụng thành công để xác định Cr trong nước thải.

1.5.1.3. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử AES

*Nguyên tắc của phương pháp: Mẫu phân tích được chuyển thành hơi của nguyên tử hay ion tự do trong môi trường kích thích bằng cách dùng nguồn năng lượng phù hợp. Thu, phân li và ghi toàn bộ phổ phát xạ của nguyên tố cần phân tích nhờ máy quang phổ. Đánh giá phổ đã ghi về mặt định tính và định lượng theo những yêu cầu đã đặt ra.

*Đối tượng của phương pháp: Xác định hàm lượng các kim loại trong các các đối tương mẫu khác nhau như địa chất, hóa học, nông nghiệp, thực phẩm, y dược,…thuộc các loại mẫu rắn, mẫu dung dịch, mẫu bột, mẫu quặng, mẫu khí.

*Ưu điểm của phương pháp: Có độ nhạy rất cao (10-5-10-8 M) và độ chính xác cao (sai số dưới 10%). Phân tích đồng thời nhiều nguyên tố trong một mẫu mà không cần tách riêng, tiêu tốn ít mẫu, có thể kiểm tra được độ đồng nhất về thành phần của vật mẫu ở những vị trí khác nhau. Kết quả phổ thu được ghi trên phim ảnh có thể lưu trữ, khi cần thiết có thể đánh giá hay xem xét lại mà không cần phải có mẫu phân tích.

Tác giả Phạm Luận và cộng sự [10] đã ứng dụng phương pháp AES phân tích một số kim loại trong nước, đối với Na cho giới hạn phát hiện 0,05ppm, K và Li là 0,5ppm và với Pb là 0,1ppm.

Sergio Luis Costa Ferreira, Hilda Costa dos Santos….[49] đã sử dụng phương pháp ICP-AES xác định Cu, Zn trong nước sau khi cho tạo phức và hấp thu trên nhựa Amberlite XAD-2 và đã đưa ra giới hạn phát hiện của Cu (ở 324.8nm) là 2g/l; của Zn (213.8 nm) là 5g/l.

Cũng với phương pháp ICP-AES các tác giả: S.García Salgado, M.A.Quijano Nieto va M.M. Bonilla Simón [51] đã phân tích hàm lượng As trong mẫu tảo và dịch chiết của nó, nhằm mục đích tìm điều kiện tối ưu để bảo quản mẫu. Kết quả chỉ ra rằng với mẫu tảo bảo quản bằng chai nhựa polystiren ở nhiệt độ +20°C thì As và các hợp chất của nó có thể bảo quản ít nhất 12 tháng. Mặt khác với dịch chiết từ loài tảo Sargasso, As tổng và As(V) có thể bảo quản ít nhất 15 ngày nếu đựng trong chai polystiren và nhiệt độ -18°C, còn dịch chiết của loài tảo Hijiki thì có thể bảo quản trong vòng 10 ngày ở nhiệt độ +4°C trong chai polystiren.

1.5.1.4. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS

*Nguyên tắc của phương phá: Mẫu phân tích được chuyển thành hơi của nguyên tử hay ion tự do trong môi trường kích thích bằng cách dùng nguồn năng lượng phù hợp. Thu, phân li và ghi toàn bộ phổ hấp thụ của nguyên tố cần nghiên cứu nhờ máy quang phổ. Đánh giá phổ đã ghi về mặt định tính và định lượng theo những yêu cầu đặt ra.

Gần 60 nguyên tố hóa học có thể được xác định bằng phương pháp với giới hạn phát hiện thấp 10-4 đến 10-5 ppm . Đặc biệt nếu sử dụng kĩ thuật không ngọn lửa thì có thể hạ giới hạn phát hiện xuống 10-7 ppm.

*Ưu điểm của phương phá: Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có độ nhạy và độ chọn lọc cao, nên trong nhiều trường hợp không phải làm giàu nguyên tố cần xác định trước khi phân tích. Do đó tốn ít nguyên liệu mẫu, tốn ít thời gian, không cần phải dùng nhiều hóa chất tinh khiết cao khi làm giàu, nên cũng tránh được sự nhiễm bẩn khi xử lí mẫu qua các giai đoạn phức tạp. Kết quả phân tích ổn định, sai số nhỏ, có thể lưu lại đường chuẩn cho các lần sau.

*Đối tượng của phương phá: Phương pháp này thích hợp để xác định lượng vết của kim loại, đặc biệt là xác định các nguyên tố vi lượng trong các mẫu y học, sinh học, nông nghiệp, kiểm tra các hóa chất có độ tinh khiết cao.

Ykbal Kojuncu và cộng sự [53] đã sử dụng phép đo F-AAS và ET-AAS để phân tích lượng vết các kim loại Cd, Cu, Fe, Ni, Pb, Zn và Tl trong nước biển, giới hạn phát hiện của ET-AAS với Cd là 0.010g/L, Cu là 0.034g/L, Ni là 0.305g/L, Pb là 0.290g/L, và Tl là 0.032g/L. Của F-AAS với Fe là 0.890g/L và Zn là 0.994g/L .

N.Pourreza và K.Ghanemi [46] đã phân tích Hg trong nước và cá bằng phương pháp hấp thụ nguyên tử hoá hơi lạnh (CV-AAS). Đường chuẩn được xây dựng trong khoảng nồng độ từ 0,040 đến 2,40 ng.mL−1 với hệ số tương quan 0,9994. Giới hạn phát hiện dựa trên tính toán là 0,02 ng.mL−1. Hệ số biến thiên khi xác định Hg(II) ở nồng độ 0,4 và 2,0 ng.mL−1 lần lượt là 2,6 và 1,9%. Các tác giả cũng đã kết luận phương pháp này có thể ứng dụng để phân tích hàm lượng Hg(II) trong các mẫu nước, nước thải và cá.

Abdulkhaliq. A và cộng sự [24] đã sủ dụng phép đo G-AAS xác định hàm lượng kim loại Cd, Pb, Cu và Fe trong trong sữa bò, sản phẩm từ sữa và trứng gà từ Bờ Tây, Palestine kết quả chỉ ra rằng: Nồng độ trung bình của các kim loại (g/g) trong sữa và các mẫu đã phân tích dao động giữa 0,022-0,057 với Cd, ND-0.93 với Pb, 0,62-0,85 với Cu và 3,2-12,91 với Fe. Kết quả cho thấy nồng độ cao của Pb và Cd đặc biệt là trong các mẫu sữa bột. Nồng độ thấp nhất của kim loại đã được tìm thấy trong pho mát trắng theo sau là sữa nước. Hàm lượng kim loại (mg/g) trong trứng gà là 0,021-0,049 với Cd, 0,06-0,48 với Pb, 2,29-3,26 với Cu và 15,25-33,52 với Fe. Trứng gà đã được phát hiện có chứa đáng kể Fe và Cu hơn sữa hoặc các sản phẩm sữa nhưng thường ít Pb và Cd.

1.5.2. Các phương pháp phân tích điện hoá

1.5.2.1. Phương pháp cực phổ

*Nguyên tắc của phương pháp: Phương pháp cực phổ dựa trên việc nghiên cứu và sử dụng các đường dòng thế được ghi trong các điều kiện đặc biệt. Trong đó các chất điện phân có nồng độ khá nhỏ từ 10-3 đến n.10-6 M còn chất điện ly trơ có nồng độ lớn, gấp hơn 100 lần. Do đó, chất điện phân chỉ vận chuyển đến điện cực bằng con đường khuếch tán.

Điện cực làm việc (còn gọi là điện cực chỉ thị) là điện cực phân cực có bề mặt rất nhỏ, khoảng một vài mm2. Trong cực phổ cổ điển người ta dùng điện cực chỉ thị là điện cực giọt thủy ngân. Điện cực so sánh là điện cực không phân cực. Đầu tiên người ta dùng điện cực đáy thủy ngân có diện tích bề mặt tương đối lớn, sau đó thay bằng điện cực Calomen hay điện cực Ag/AgCl. Đặt vào điện cực làm việc điện thế một chiều biến thiên liên tục nhưng tương đối chậm để có thể coi là không đổi trong quá trình đo dòng I. Cực phổ hiện đại bao gồm cực phổ sóng vuông, cực phổ xung và cực phổ xung vi phân đã đạt tới độ nhạy 10-5-5.10-7 M.

*Ưu điểm của phương pháp: Trang thiết bị tương đối đơn giản, tốn ít hóa chất mà có thể phân tích nhanh với độ nhạy và độ chính xác khá cao. Trong nhiều trường hợp có thể xác định hỗn hợp các chất vô cơ và hữu cơ mà không cần tách riêng chúng ra. Do đó phương pháp này phù hợp để phân tích hàm lượng các chất trong mẫu sinh học.

Các tác giả Từ Văn Mạc, Trần Thị Sáu đã sử dụng phương pháp cực phổ ngược xung vi phân xoay chiều xác định vết Cu, Pb, Cd trong bia ở khu vực Hà Nội cho độ nhạy rất cao tới 1 ppb [13].

1.5.2.2. Phương pháp Von-Ampe hòa tan

Phương pháp này có thể xác định được gần 30 kim loại trong khoảng nồng độ 10-6 -10-9M với độ chính xác khá cao có thể định lượng đồng thời 3-4 ion kim loại cùng có trong cùng dung dịch.

Phương pháp này được thực hiện qua hai giai đoạn:

- Điện phân làm giàu chất cần phân tích lên bề mặt điện cực tại thế không đổi, đo dưới dạng một kết tủa (kim loại, hợp chất khó tan).

- Hòa tan kết tủa đã được làm giàu và ghi đo đường hòa tan. Nồng độ của chất tương ứng với chiều cao pic hòa tan.

*Ưu điểm của phương pháp: Phương pháp có độ nhạy và độ chính xác cao, kỹ thuật phân tích và trang thiết bị không quá phức tạp, kết quả ổn định. Chính vì vậy, phạm vi ứng dụng của phương pháp này rất rộng như phân tích môi trường, xác định lượng vết kim loại trong nước biển và các loại nước thiên nhiên. Ngoài ra phương pháp này còn sử dụng để phân tích kim loại trong các mẫu lâm sàng (máu, tóc, nước tiểu,…) và trong mẫu thực phẩm (sữa, rau quả, gạo, thịt…).

Các tác giả Lê Lan Anh, Vũ Đức Lợi, Đặng Minh Ngọc, Ngô Thị Bích Hà… [1] dùng phương pháp von-ampe hoà tan trên điện cực màng Hg, giọt Hg treo đã xác định hàm lượng Pb trong tóc, trong nước tiểu của người để phục vụ cho chẩn đoán lâm sàng. Khi nồng độ Pb trong tóc  30 g/g thì được coi là có dấu hiệu tiếp xúc quá mức Pb. Kết quả phân tích như sau:

+ Với mẫu tóc của 61 người bình thường thì hàm lượng Pb trung bình là 15.15  2g/g

+ Với người tiếp xúc thường xuyên với xăng dầu (90 người) thì hàm lượng trung bình: 49.8  71.9 g/g.

+ Mẫu của những bệnh nhân nhiễm Pb thì hàm lượng trung bình của 32 mẫu là: 86.0412.7 g/g.

Mónica Cecilia Vargas Mamani và cộng sự [45] sử dụng phương pháp này để phân tích hàm lượng Pb và Cd trong mẫu dược liệu. Giới hạn phát hiện của phương pháp là 0,12 và 0,010 mg/kg với Pb và Cd. Kết quả được áp dụng để phân tích chì và cadmi trong 4 loài: Hypericum perforatum, Mikania guaco, Mikania glomerata và Peamus boldus.

Gil Ho Hwang, Won Kyu Han, Joon Shik Park và Sung Goon Kang [33] sử dụng phương pháp Von-Ampe hoà tan anốt với điện cực màng Bi để xác định lượng vết các kim loại Pb, Cd và Zn. Khoảng tuyến tính của phương pháp từ 2 đến 100μg/L. Giới hạn phát hiện của phương pháp là 1,3 μg/L với Pb; 0,7 μg/L với Cd và 12μg/L với Zn.

1.5.3. Phương pháp phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS) [11]

Thuật ngữ ICP (Inductively Coupled Plasma) dùng để chỉ ngọn lửa plasma tạo thành bằng dòng điện có tần số cao (cỡ MHz) được cung cấp bằng một máy phát Radio Frequency Power (RFP). Ngọn lửa plasma có nhiệt độ rất cao có tác dụng chuyển các nguyên tố trong mẫu cần phân tích thành dạng ion.

MS (Mass Spectrometry) là phép ghi phổ theo số khối hay chính xác hơn là theo tỷ số giữa số khối và điện tích (m/Z).

Từ khi xuất hiện plasma cảm ứng với các tính năng và ưu điểm về vận hành hơn hẳn các nguồn hồ quang và tia điện thì một công cụ mới đã dần dần được phát triển thành một tổ hợp ICP ghép với một khối phổ kế. Hai ưu điểm nổi bật của ICP-MS là có độ phân giải cao và dễ tách các nhiễu ảnh hưởng lẫn nhau do đó có thể phát hiện được hầu hết các nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Phương pháp phân tích này dựa trên các nguyên tắc của sự bay hơi, phân tách, ion hóa của các nguyên tố hóa học khi chúng được đưa vào môi trường plasma có nhiệt độ cao. Sau đó các ion này được phân tách ra khỏi nhau theo tỷ số khối lượng / điện tích (m/z) của chúng, bằng thiết bị phân tích khối lượng có từ tính và độ phân giải cao phát hiện, khuyếch đại tín hiệu và đếm bằng thiết bị điện tử kĩ thuật số.

Phương pháp ICP – MS ra đời vào đầu những năm 80 của thế kỉ trước và ngày càng chứng tỏ là kĩ thuật phân tích có ưu điểm vượt trội so với các kĩ thuật phân tích khác như quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-AES hay ICP-OES)…Phương pháp ICP-MS hơn hẳn các kĩ thuật phân tích kim loại nặng khác ở các điểm sau: có độ nhạy cao, độ lặp lại cao, xác định đồng thời được hàng loạt các kim loại trong thời gian phân tích ngắn.

Sự xuất hiện và bản chất của phổ ICP-MS

Dưới tác dụng của nguồn ICP, các phân tử trong mẫu phân tích được phân li thành các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi. Các phần tử này khi tồn tại trong môi trường kích thích phổ ICP năng lượng cao sẽ bị ion hóa, tạo ra đám hơi ion của chất mẫu (thường có điện tích +1). Nếu dẫn dòng ion đó vào buồng phân cực để phân giải chúng theo số khối (m/Z) sẽ tạo ra phổ khối của nguyên tử chất cần phân tích và được phát hiện nhờ các detector thích hợp.

ICP-MS sư dụng nguồn năng lượng cao tần, nhiệt địên lên đến 6.000-100000C cho phép hóa hơi, nguyên tử hóa và ion hóa tất cả các chất với hiệu suất cao và ổn định. Tách loại các ion nhờ hệ từ trường tứ cực.

Các quá trình xảy ra trong nguồn ICP:

- Hóa hơi chất mẫu, nguyên tử hóa các phân tử, ion hóa các nguyên tử, sự phân giải của các ion theo số khối sẽ sinh ra phổ ICP-MS:

Hóa hơi: MnXm(r)  Mnxm(k)

Phân li: MnXm(k)  nM(k) + mX(k)

Ion hóa: M(k)0 + Enhiệt  M(k)+

- Thu toàn bộ đám hơi ion của mẫu, lọc và phân ly chúng thành phổ nhờ hệ thống phân giải khối theo số khối của ion, phát hiện chúng bằng detector, ghi lại phổ.

- Đánh giá định tính, định lượng phổ thu được.

Như vậy thực chất phổ ICP - MS là phổ của các nguyên tử ở trạng thái khí tự do đã bị ion hóa trong nguồn năng lượng cao tần ICP theo số khối các chất.

Ưu điểm của phương pháp phân tích bằng ICP-MS

Phép đo phổ ICP - MS là một kỹ thuật mới, ra đời cách đây không lâu nhưng được phát triển rất nhanh và sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như :quá trình sản xuất nhiên liệu hạt nhân, xác định đồng vị phóng xạ, nước làm lạnh sơ cấp trong ngành hạt nhân (chiếm tỷ trọng 5%); phân tích nước uống, nước biển, nước bề mặt, đất, bùn, đất hoang, phân tích định dạng Hg, As, Pb và Sn trong nghiên cứu và bảo vệ môi trường (48%); quá trình hoá học, chất nhiễm bẩn trong Si Wafers trong công nghiệp sản xuất chất bán dẫn (33%); máu, tóc, huyết thanh, nước tiểu, mô trong y tế (6%); đất, đá, trầm tích, nghiên cứu đồng vị phóng xạ độc trong khoa học hình sự (1%) và phân tích thực phẩm (1%)...trong địa chất (2%); hoá chất (4%); dấu vết đạn, đặc trưng vật liệu, nguồn gốc, chất.

Hình 1.1: Ứng dụng phương pháp phân tích ICP-MS trong các lĩnh vực

- Nguồn ICP là nguồn năng lượng kích thích phổ có năng lượng cao, nó cho phép phân tích hơn 70 nguyên tố từ Li – U và có thể xác định đồng thời chúng với độ nhạy và độ chọn lọc rất cao (giới hạn phát hiện từ ppb-ppt đối với tất cả các nguyên tố).

- Khả năng phân tích bán định lượng rất tốt do không cần phải dùng mẫu chuẩn mà vẫn đạt độ chính xác cao; có thể phân tích các đồng vị và tỷ lệ của chúng.

- Tuy có độ nhạy cao nhưng nguồn ICP lại là nguồn kích thích phổ rất ổn định, nên phép đo ICP - MS có độ lặp lại cao và sai số rất nhỏ.

- Phổ ICP - MS ít vạch hơn phổ ICP - AES nên có độ chọn lọc cao, ảnh hưởng thành phần nền hầu như ít xuất hiện, nếu có thì cũng rất nhỏ, dễ loại trừ.

- Vùng tuyến tính trong phép đo ICP - MS rộng hơn hẳn các kỹ thuật phân tích khác, có thể gấp hàng trăm lần và khả năng phân tích bán định lượng rất tốt do không cần dùng mẫu chuẩn mà vẫn cho kết quả tương đối chính xác.

- Ngoài ra ICP-MS còn được sử dụng như là một detector cho LC, CE, GC...

Với nhiều ưu điểm vượt trội, kỹ thuật phân tích ICP - MS được ứng dụng rộng rãi để phân tích nhiều đối tượng khác nhau đặc biệt là trong các lĩnh vực phân tích vết và siêu vết phục vụ nghiên cứu sản xuất vật liệu bán dẫn, vật liệu hạt nhân, nghiên cứu địa chất và môi trường ... Ở Việt Nam, thiết bị ICP-MS đã được lắp đặt và sử dụng trong một số viện nghiên cứu như Viện xạ hiếm, Viện nghiên cứu địa chất-khoáng sản, Viện công nghệ môi trường, Khoa Hóa học-Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, …

Các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo ICP-MS

- Nồng độ muối ảnh hưởng từ 0,1 – 0,4%.

- Đồng vị của các nguyên tố khác nhau có số khối trùng nhau. Sự kết hợp giữa các nguyên tử tạo ra một phân tử mới có số khối trùng với số khối của nguyên tố cần phân tích.

- Các nguyên tử khi ion hóa bậc 1 hoặc bậc 2 sẽ cho các số khối khác nhau trùng với số khối của nguyên tố cần phân tích.

- Ảnh hưởng của mẫu phân tích trước.

Một số công trình nghiên cứu xác định kim loại nặng bằng phương pháp

ICP-MS.

Các tác giả Trần Tứ Hiếu, Lê Hồng Minh, Nguyễn Viết Thức đã xác định được lượng vết của 6 kim loại nặng: Cu, Zn, As, Ag, Cd, Pb bằng phương pháp ICP-MS trong các loài trai, ốc ở Hồ Tây-Hà Nội với mẫu đông khô và mẫu tươi. Căn cứ theo cách phân loại chất lượng môi trường nước dựa trên hàm lượng các kim loại vết trong trai, ốc các tác giả kết luận nước Hồ Tây bị ô nhiễm nhẹ bởi đồng, bạc, asen, cacdimi, bị ô nhiễm ở mức bình thường bởi các nguyên tố như kẽm, chì [5].

Tác giả Nguyễn Thị Nga đã xác định 11 kim loại nặng: Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Hg, Pb trong các mẫu rau, củ, quả và mẫu thịt bằng phương pháp ICP-MS. Kết quả phân tích cho thấy Pb và Hg là 2 kim loại nhiễm ở nhiều mẫu nhất so với các kim loại khác. Cu và Zn không bị quá ở bất cứ mẫu nào. Các kim loại khác bị nhiễm ở một số mẫu [15].

Peter Heiland và Helmut D. Koster [48] ứng dụng phương pháp ICP-MS để xác định lượng vết 30 nguyên tố Cu, Pb, Zn, Cd, As, Cr, … trong mẫu nước tiểu của trẻ em và người trưởng thành.

Marcos Pérez-López và cộng sự [42] phân tích Pb, Cd, Zn và As có trong thịt một số loài chim hoang dã ở vùng Galicia (Tây Bắc Tây Ban Nha) bằng phương pháp ICP-MS. Kết quả cho thấy hàm lượng Zn trong khoảng 1,47 -2,98ppm, hàm lượng As trong khoảng 1,21 đến 6,88ppm. Hàm lượng Pb và Cd trong đó tương đối cao, có mẫu lên tới trên 18ppm Pb, và hàm lượng Cd cao nhất thu được lên tới 39ppm.

Mohamed Maanan [44], trường đại học Nates, Pháp đã sử dụng phương pháp ICP-MS để phân tích Hg và Pd trong các động vật thân mềm ở vùng biển. Kết quả cho thấy hàm lượng Pb là 9,6 mg.kg−1 và hàm lượng Hg là 0,6 mg.kg−1.

Simone Griesel và cộng sự [50] đã sử dụng phương pháp ICP-MS để xác định hàm lượng của 23 kim loại (Be, Al, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Rb, Sr, Mo, Pd, Cd, Sn, Pt, Pb) trong máu của hải cẩu ở vùng biển Wadden, Đức và đảo Danish. Kết quả chỉ ra rằng hàm lượng một số nguyên tố như As, Cr, Mn, Mo, Se, V trong máu hải cẩu cao hơn so với trong máu người. Một số nguyên tố như Al, Mn, Cu, và Pt khác nhau đáng kể trong máu hải cẩu ở hai vùng địa lí khác nhau. Sự khác biệt này có thể do ảnh hưởng của nguồn thức ăn.

A.T.Townsend và I.Snape [27] đã tiến hành xác định hàm lượng Pb trong các mẫu trầm tích ở cửa sông thuộc nam Australia bằng phương pháp ICP-MS. Các mẫu trầm tích ở Brown Bay hàm lượng Pb trong khoảng 18–215 mg.kg− 1, còn ở vùng Broken Hill và Mt Isa Australian hàm lượng Pb lần lượt từ 35,5 đến 36 và từ 16,0 đến 16,1 mg.kg-1. Còn ở khu vực Wilkes Station hàm lượng Pb được xác định trong khoảng 13–40 mg.kg− 1.

Wenling Hu, Fei Zheng và Bin Hu [52] tách và xác định hàm lượng của As(III), As(V), Cr(III), Cr(VI) trong nước tự nhiên sử dụng kỹ thuật sol-gel và ICP-MS. Giới hạn phát hiện của phương pháp là 0,7 và 18 ng/L với As(V) và Cr(VI); 3,4 và 74 ng/L với As(III) và Cr(III). Độ lệch chuẩn là 3,1; 4,0; 2,8 và 3,9% (C= 1 ng.mL-1) tương ứng với As(V), As(III), Cr(VI) và Cr(III). Với nước máy và nước hồ hiệu suất thu hồi đạt được từ 94 đến 105%.

Bảng dưới đây cho thấy khả năng phát hiện của ICP-MS hơn so với các kỹ thuật khác:

Bảng 1.5. So sánh khả năng phát hiện của các kỹ thuật phân tích

STT	Nguyên tố	ICP-MS (ppb)	ICP-AES (ppb)	F-AAS (ppb)	GFA-AAS (ppb)
1	As	< 0,050	< 20	< 500	< 1
2	Al	< 0,010	< 3,0	< 50	< 0,5
3	Ba	< 0,005	< 0,2	< 50	< 1,5
4	Be	< 0,050	< 0,5	< 5	< 0,05
5	Bi	< 0,005	< 20	< 100	< 1
6	Cd	< 0.010	< 3,0	< 5	< 0,03
7	Ce	< 0.005	< 15	< 200000	KPH
8	Co	< 0,005	< 10	< 10	< 0,5
9	Cr	< 0,005	< 10	< 10	< 0,15
10	Cu	< 0,010	< 5,0	< 5	< 0,5
11	Gd	< 0,005	< 5,0	< 4000	KPH
12	Ho	< 0,005	< 1,0	< 80	KPH
13	In	< 0,010	< 30	< 80	< 0,5
14	La	< 0,005	< 0,05	< 4000	KPH
15	Li	< 0,020	< 1	< 5	< 0,5
16	Mn	< 0,005	< 0,5	< 5	< 0,06
17	Ni	< 0,005	< 10	< 20	< 0,5
18	Pb	< 0,005	< 20	< 20	< 0,5
19	Se	< 0,10	< 50	< 1000	< 1
20	Tl	< 0,010	< 30	< 40	< 1,5
21	U	< 0,010	< 30	< 100000	KPH
22	Y	< 0,005	< 0,5	< 500	KPH
23	Zn	< 0,02	< 1,0	< 2	< 0,01

Chia sẻ với bạn bè của bạn:

Page 2

1.2. Tình hình ô nhiễm kim loại Pb, Cd và Zn trong các sản phẩm tiêu dùng (thực phẩm) ở Việt Nam.

Các nhà chuyên môn về vệ sinh an toàn thực phẩm cảnh báo rằng nhiều loại rau sinh trưởng trong vùng đất thấp, ao hồ, kênh rạch như rau muống, rau rút, rau cần, ngó sen dễ tích tụ những kim loại nặng như đồng, chì, kẽm, thủy ngân... Các chất này có trong nước thải chưa được xử lý triệt để từ các nhà máy, xí nghiệp, cơ sở sản xuất.

Đề tài nghiên cứu hàm lượng kim loại nặng trong bùn đáy, trong nước và trong một số loại rau thủy sinh, của TS Bùi Cách Tuyến, Hiệu trưởng ĐH Nông Lâm TP HCM, thực hiện trong 2 năm (1999-2000) tại TP HCM cho thấy, nhiều mẫu rau được lấy phân tích không an toàn, rất nhiều loại bị ô nhiễm nặng. Hàm lượng kẽm trong mẫu rau muống ở Bình Chánh cao gấp 30 lần mức cho phép, tại các ao rau muống ở Thạnh Xuân cao gấp 2-4 đến 12 lần. Hai mẫu rau rút ở Thạnh Xuân có hàm lượng chì gấp 8,4-15,3 lần mức cho phép, mẫu rau muống ở Thạnh Xuân có hàm lượng chì cao gấp 2,24 lần, mẫu rau muống ở Bình Chánh có hàm lượng chì cao gấp 3,9 lần, mẫu ngó sen ở Tân Bình có hàm lượng chì cao gấp 13,65 lần. Hàm lượng kim loại đồng tại một ruộng rau muống ở Thạnh Xuân cao gấp 2 lần mức cho phép [15].

Viện Dinh dưỡng Quốc gia vừa công bố số liệu điều tra khẩu phần ăn của trẻ từ 24-36 tháng tuổi ở các phường thuộc 4 quận nội thành Hà Nội, gồm: Ba Đình, Hoàn Kiếm, Đống Đa và Hai Bà Trưng. Kết quả cho thấy, 12 loại thực phẩm như: gạo, thịt lợn, rau muống… có tỷ lệ nhiễm chì và asen rất cao. Theo kết quả xét nghiệm 12 mẫu thực phẩm cho thấy, nhóm thực phẩm ăn hàng ngày bị nhiễm chì cao nhất là ở gạo, thịt lợn, rau muống, tôm dảo, cam, quýt… [6]. Thực phẩm vượt quy định của Bộ Y tế về cadimin nhiều nhất cũng có ở gạo, thịt lợn, thịt bò. Cadimin cũng xuất hiện tại các thực phẩm khác như trứng gà.

Nhóm nghiên cứu cũng cho rằng, lượng cadimin trong gạo chiếm tới 358%, trong sữa bột là 31% và trong cam là 15,6% lượng tối đa cho phép ăn vào hàng ngày của trẻ dưới hai tuổi (cân nặng trung bình 13kg). Còn trong thịt lợn đã lên tới 177,5%, thịt bò là 60,58%, tôm rảo là 35,73% và thịt gà là 6,84% so với lượng tối đa cho phép ăn hàng tuần của trẻ. Theo quy định của bộ Y tế, giới hạn chì tối đa trong các loại quả là < 0,1 mg/kg, ngũ cốc, đậu < 0,2 mg/kg, trong sữa thậm chí còn rất thấp 0,02 mg/kg …[2]

Theo báo cáo tại hội nghị thường niên Hội y tế Công cộng Việt Nam lần thứ 10 diễn ra vào 11/2014 tại Hà Nội. Nhóm các tác giả đến từ Trường Đại học Y tế công cộng, Cục An toàn thực phẩm và Viện Chăn nuôi quốc tế về đề tài Đánh giá về sự ô nhiễm chì và Cadimi trong cá và rau muống ở sông Nhuệ tại hội nghị cho thấy 100% mẫu rau muống khai thác từ sông Nhuệ bị ô nhiễm chì (Pb). Tỷ lệ nhiễm chì và Cadimi (Cd) của cá rô phi khai thác tại đây lần lượt là 100% và 96,3%. Tuy nhiên, hàm lượng Pb và Cd trong mẫu rau muống và cá rô phi đều nằm trong mức cho phép của Bộ Y tế.

Nhóm tác giả đã nghiên cứu áp dụng khung đánh giá nguy cơ sức khỏe đối với môi trường của hội đồng sức khỏe môi trường Australia năm 2004, với 27 mẫu nước, 27 mẫu rau và 27 mẫu cá được lấy từ sông Nhuệ từ tháng 11/2013 - 6/2014, tại Kim Bảng, Hà Nam. Các tác giả cho biết, qua nghiên cứu, đánh giá mức tiêu thụ rau muống và cá rô phi của người dân sống tại lưu vực sông Nhuệ thì thấy, 98,6% người dân có ăn rau muống với khối lượng ăn trung bình là 108,9 g/người/bữa, với tần suất ăn trung bình là 75 lần/năm. 90,9% người dân được hỏi có ăn cá rô phi, khối lượng ăn trung bình là 132 g/người/ngày, tần suất ăn trung bình 65 lần/năm.

Với mức ô nhiễm Pb và Cd (mặc dù vẫn ở trong giới hạn cho phép), thực trạng tiêu thụ rau muống và cá rô phi khai thác tại sông Nhuệ của người dân, các tác giả nhóm nghiên cứu khẳng định, người dân có thể có nguy cơ nhiễm Pb, Cd qua đường ăn uống từ những thực phẩm này [7].

1.3. Trạng thái tự nhiên và một số tính chất lý, hóa của Pb, Cd và Zn [16, 21, 22, 29]

1.3.1. Trạng thái tự nhiên của các kim loại Pb, Cd và Zn

Chì đã được con người biết đến từ thời thượng cổ. Chì là nguyên tố phân bố khá rộng trong tự nhiên ở dạng kết hợp với các kim loại khác đặc biệt là với Ag và Zn. Chì trong vỏ trái đất ứng với thành phần thạch quyển chiếm 1,6×10-3 % về khối lượng. Galen (PbS) là quặng chì quan trọng nhất trong công nghiệp, ngoài ra còn gặp chì trong quặng xeruzit (PbCO3), anglebit (PbSO4).

Cadimi được tìm thấy trong tạp chất của cacbonat kẽm (calamin). Trong thạch quyển của vỏ trái đất cadimi chiếm khoảng 5.10-5 % về khối lượng. Khoáng vật chủ yếu của cadimi là quặng grinokit (CdS). Trong quặng blen kẽm (ZnS) và calamine (ZnCO3) có chứa khoảng 3% cadimi.

Kẽm trong thạch quyển của vỏ quả đất chiếm khoảng 5.10-3% về khối lượng, tồn tại ở dạng các khoáng vật chủ yếu là quặng blen kẽm (ZnS), calamin (ZnCO3), phranclinit hay ferit kẽm (Zn(FeO2)2), ngoài ra còn có zincit ZnO. Trong tự nhiên các khoáng vật của Zn đều có lẫn khoáng vật của Pb, Ag và Cd.

1.3.2. Một số tính chất lý, hóa của Pb, Cd và Zn

1.3.2.1. Tính chất vật lý của Pb, Cd và Zn

Chì là kim loại có mầu xám thẫm và mềm, có khối lượng riêng lớn nhất. Chì có 18 đồng vị, trong đó có 4 đồng vị thiên nhiên là 204Pb (1,48%), 206Pb (23,6%), 207Pb (22,6%) và 208Pb (52,3%). Đồng vị phóng xạ bền nhất của chì là 202Pb có chu kỳ bán hủy là 3.105 năm.

Cadimi là kim loại mầu trắng bạc, mềm, có thể cắt bằng dao, dễ dát mỏng và dễ mất ánh kim trong môi trường không khí ẩm do tạo màng oxit. Cadimi có 19 đồng vị, trong đó có 8 đồng vị gặp trong thiên nhiên 106Cd (1,215%), 108Cd (0,875%), 110Cd (12,39%), 111Cd (12,7%), 112Cd (24,07%), 113Cd (12,26%), 114Cd (28,86%), và 116Cd (7,58%). Trong các đồng vị phóng xạ thì đồng vị 100Cd có chu kỳ bán hủy 470 ngày đêm là bền nhất.

Kẽm là kim loại mầu trắng bạc, mềm. Ở trong không khí bị phủ lớp màng hidroxit – cacbonat bền. Kẽm có 15 đồng vị, trong đó có 5 đồng vị thiên nhiên là 64Zn (48,89%), 66Zn (27,81%), 67Zn (4,11%), 68Zn (18,56%) và 70Zn (0,62%). Trong các đồng vị phóng xạ thì động vị 65Zn bền nhất có chu kỳ bán hủy 245 ngày đêm.

Một số tính chất vật lý của chì, cadimi và kẽm được tổng kết trong bảng 1.1

Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý của các nguyên tố chì, cadimi và kẽm

STT	Tính chất vật lý	Chì	Cadimi	Kẽm
1	STT trong bảng hệ thống tuần hoàn	82	48	30
2	Nguyên tử khối (u)	207,21	112,41	65,37
3	Cấu hình electron	[Kr]6s26p2	[Kr]4d105s2	[Ar]3d104s2
4	Năng lượng ion hóa (eV)	I1= 7,42	I1= 8,99	I1= 9,39
I2= 15,03	I2= 16,90	I2= 17,96
5	Bán kính nguyên tử ( )	1,75	1,56	1,39
6	Nhiệt độ nóng chảy (0C)	327,4	321	419,5
7	Nhiệt độ sôi (0C)	1740	767	906
8	Khối lượng riêng (g/cm3)	11,34	8,63	7,13

1.3.2.2. Một số tính chất hóa học của Pb, Cd và Zn

* Tác dụng với oxi

Chì bị oxi hóa ở điều kiện thường tạo thành màng oxit bảo vệ cho kim loại. Khi đun nóng trong không khí, chì bị oxi hóa dần đến hết tạo ra PbO

2Pb + O2

2PbO

Cadimi bền trong điều kiện không khí ẩm và ở nhiệt độ thường nhờ có màng oxit bảo vệ. Nhưng ở nhiệt độ cao cadimi cháy mãnh liệt tạo thành oxit, cho ngọn lửa màu sẫm.

Ở nhiệt độ thường và trong không khí ẩm, kẽm bị bao phủ bởi lớp màng hdiddroxxit – cacbonat bền.

2Zn + 2H2O + O2

2Zn(OH)2

2Zn + H2O + O2 + CO2

Zn2CO3(OH)2

Khi đốt nóng kẽm cháy trong oxi tạo ra oxit: ZnO

* Tác dụng với các phi kim khác

Chì tác dụng được với các halogen, lưu huỳnh tạo thành muối.

Pb + S → PbS

Pb + Cl2 → PbCl2

Cadimi, kẽm tác dụng với halogen, lưu huỳnh, photpho, selen ... tạo muối tương ứng.

* Tác dụng với nước

Chì, cadimi và kẽm không tác dụng được với nước ở nhiệt độ thường. Nhưng ở nhiệt độ cao cadimi và kẽm khử hơi nước tạo thành oxit. Còn chì phản ứng chậm với nước khi có mặt của oxi tạo ra hidroxit:

2Pb + O2 + 2H2O → 2Pb(OH)2

*Tác dụng với axit

Với axit không có tính oxi hóa (như HCl, H2SO4 loãng,…) chì, cadimi và kẽm đều tác dụng, giải phóng khí hiđro.

Cd + 2HCl → CdCl2 + H2↑

Tuy nhiên, khi chì tan trong HCl lại tạo ra lớp PbCl2 khó tan làm cho chì không tan thêm được nữa; nhưng với HCl đặc chì lại dễ tan hơn do tạo thành hợp chất dễ tan dạng H2[PbCl4]

PbCl2 + 2HCl → H2[PbCl4]

Với các axit có tính oxi hóa (như HNO3, H2SO4 đặc) thì chì, cadimi và kẽm đều phản ứng, sẩn phẩm không có hiđro:

Cd + 2H2SO4 đ → CdSO4 + SO2 ↑ + 2H2O

Chì chỉ tác dụng trên bề mặt với dung dịch H2SO4 có nồng độ thấp hơn 80% tạo ra lớp muối khó tan, người ta đã lợi dụng tính chất này để chế tạo ắc quy chì. Còn với H2SO4 đặc chì rất dễ tan do tạo hợp chất dễ tan Pb(HSO4)2 không bảo vệ được chì khỏi bị axit tiếp tục tác dụng:

Pb + H2SO4 → PbSO4 + SO2↑+ 2H2O

PbSO4 + H2SO4 → Pb(HSO4)2

Nhưng với axit HNO3, chì tác dụng ở bất kỳ nồng độ nào đều tạo ra Pb(NO3)2. Tuy nhiên do Pb(NO3)2 khó tan trong HNO3 đặc, dễ tan trong nước nên chì dễ tan trong HNO3 loãng, khó tan trong HNO3 đặc

3Pb + 8HNO3 → 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Chì cũng tan được trong axit axetic và một số axit hữu cơ khác khi có mặt oxi

2Pb + 4CH3COOH + O2 → 2Pb(CH3COO)2 + 2H2O

Đặc biệt, chì và kẽm còn có thể tan được trong dung dịch kiềm giải phóng hiđro:

Pb + 2KOH + 2H2O → K2[Pb(OH)4] + H2 ↑

Riêng kẽm còn có thể tan được trong dung dịch NH3:

Zn + 4NH3 + 2H2O → [Zn(NH3)4](OH)2 + H2 ↑

Trong môi trường kiềm cao, Zn khử được ion NO3- thành khí NH3:

4Zn + NO3- + 7OH- + 6H2O → 4[Zn(OH)4]2- + NH3↑

1.4. Vai trò của các nguyên tố Pb, Cd và Zn đối với con người

1.4.1. Độc tính của Pb [4, 8, 9, 17, 19]

Chì và các hợp chất của chì đều được xếp vào nhóm độc tố đối với cơ thể người. Trong môi trường nó bị thải ra từ hoạt động của các ngành công nghiệp, nông nghiệp … gây ô nhiễm. Nó có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua chu trình chuyển hóa thức ăn hay quá trình trao đổi chất như: nước uống, không khí, thức ăn (động vật, thực vật) nhiễm chì. Khi hàm lượng chì tích lũy lại vượt quá ngưỡng cho phép thì chì sẽ ức chế một số enzym quan trọng trong quá trình tổng hợp máu dẫn đến không tạo được hồng cầu. Bởi vì chì đã ức chế một số sản phẩm trung gian trong quá trình tổng hợp máu dẫn đến không tạo được hồng cầu như delta-aminolevulinic axit hay còn gọi là ALA-dehidraza enzym I (HOOC-(CH)-CO-CH(NH2)-COOH), là một chất trung gian quan trọng để tổng hợp porphobilinogen:

HOOC - CH2 - CH2 -C - C - CH2 - CH2 – COOH

H2N - CH2 - C C – H

Chì gây ức chế ALA-dehidraza enzym, do đó giai đoạn tiếp theo hình thành porphobilinogen không xảy ra được. Tác dụng chung là chì phá hủy quá trình tổng hợp hemoglobin và các sắc tố cần thiết cho máu như cytochoromes. Hàm lượng chì trong máu khoảng 0,3 ppm thì nó ngăn cản quá trình sử dụng oxy để oxy hóa glucoza tạo ra năng lượng cho quá trình sống, do đó làm cơ thể mệt mỏi. Ở nồng độ cao hơn (>0,8 ppm) có thể gây nên thiếu máu do thiếu hemoglobin. Hàm lượng chì trong máu khoảng 0,5 đến 0,8 ppm gây ra rối loạn chức năng của thận và phá hủy não.

Đối với sức khỏe con người, nhiễm độc chì gây ra bệnh về tai, mũi, họng, phế quản, máu, gan, xương và các bệnh ngoài ra. Khi ngộ độc chì, người lớn hay than phiền, đau tê ở đầu ngón chân, tay, bắp thịt mỏi yếu, nhức đầu, đau bụng, tăng huyết áp, thiếu máu, giảm trí nhớ, thay đổi tâm trạng, sảy thai, kém sản xuất tinh trùng... Lâu ngày, bệnh trở thành mạn tính, đưa tới suy thận, tổn thương thần kinh ngoại vi, giảm chức năng não bộ (do chì có khả năng tạo thành các hợp chất alkyl ái lipit)

Trẻ em thường bị tác hại của chì trầm trọng hơn người trưởng thành, đặc biệt là trẻ dưới 6 tuổi vì hệ thần kinh còn non yếu và khả năng thải độc chất của cơ thể chưa hoàn chỉnh. Trong khi trẻ em có mức hấp thụ chì gấp 4-5 lần người lớn và thời gian bán phân hủy chì ở trẻ em cũng lâu hơn nhiều so với người lớn. Một số trẻ em có thể bị nhiễm ngay từ khi còn ở trong bụng mẹ, do người mẹ bị nhiễm chì, qua nhau thai từ tuần thứ 20 của thai kỳ và tiếp diễn suốt thời kỳ mang thai, hoặc bú sữa mẹ có hàm lượng chì cao. Tới khi lớn, các em có thể ăn thực phẩm có chứa chì, nuốt chì lẫn trong đất, bụi khi bò chơi trên mặt đất hoặc ăn các mảnh vụn sơn tường nhà cũ. Do đó trẻ từ 6 tuổi trở xuống và phụ nữ có thai là những đối tượng mẫn cảm với những ảnh hưởng nguy hại đến sức khỏe do chì gây ra. Gần đây, các phương tiện thông tin đại chúng trong nước và quốc tế đều đưa tin hai vụ nhiễm độc chì ở trẻ em Trung Quốc trong vòng một tháng qua, với số nạn nhân lên đến 1.300 bé tại tỉnh Hồ Nam và trên 600 bé ở tỉnh Thiểm Tây. Theo trung tâm kiểm soát bệnh tật Hoa Kỳ (CDC), hơn 250.000 trẻ em 1-5 tuổi ở quốc gia này có lượng chì trong máu lớn hơn 100g/lít, mức được cho là nhiễm độc chì.

Ở trẻ em, nhiễm độc chì cấp tính khiến các em trở nên cáu kỉnh, kém tập trung, ói mửa, dáng đi không vững, lên cơn kinh phong. Trường hợp mãn tính, các em có dấu hiệu chậm trí, hay gây gổ, lên kinh thường xuyên, đau bụng, thiếu máu, suy nhược cơ bắp, suy thận, đôi khi có thể đưa tới tử vong.

Ngoài ra, chì có thể thay thế một phần canxi trong Ca3(PO4)2 của xương, tác dụng gây ra vành xám ở lợi răng và hệ thần kinh, các bệnh về đường ruột và bệnh thiếu máu. Chì và các hợp chất của chì có thể vào cơ thể người thông qua việc ăn uống, hô hấp và tích lũy lại, gây ra các bệnh nguy hiểm đặc biệt là ung thư và biến đổi gen rất nguy hiểm.

WHO đã thiết lập giá trị tạm thời cho hàm lượng chì đưa vào cơ thể hàng tuần có thể chịu đựng được đối với trẻ sơ sinh và thiếu nhi là 25mg/kg thể trọng.

1.4.2. Độc tính của Cd [17, 19, 29]

Kim loại nặng cadimi, cũng như các kim loại khác, xâm nhập vào các hệ sinh thái đất, nước, không khí từ nhiều nguồn khác nhau: khói bụi, nước thải của các xí nghiệp sản xuất chì, thiếc, sắt, thép…nước thải trong ngành đúc điện, trong phân lân bón cho cây trồng, trong bùn thải các trạm làm sạch nước, trong sự bào mòn lốp xe ô tô, trong các nhiên liệu diezel làm ô nhiễm lương thực, trong phân lân bón cho cây trồng, trong bùn thải các trạm làm sạch nước, trong sự bào mòn lốp xe ô tô, trong các nhiên liệu diesel làm ô nhiêm lương thực, thực phẩm và nước uống.

Cadimi có thể xâm nhập vào cơ thể con người bằng nhiều con đường khác nhau như tiếp xúc với bụi cadimi, ăn uống các nguồn có sự ô nhiễm cadimi. Sự kiện bị ngộ độc cadimi trên thế giới là sự kiện xảy ra ở Nhật Bản với bệnh itai-itai là một bệnh có liên quan đến ô nhiễm nguồn nước bởi cadimi. Người khi hít phải bụi chứa cadimi có thể bị các bệnh về hô hấp và thận. Nếu ăn phải một lượng đáng kể cadimi sẽ bị ngộ độc, có thể dẫn đến tử vong. Đã có bằng chứng chứng minh rằng cadimi tích tụ trong cơ thể gây nên chứng bệnh giòn xương. Ở nồng độ cao, cadimi gây đau thận, thiếu máu và phá hủy tủy xương. Người bị nhiễm độc cadimi, tùy theo mức độ sẽ bị ung thư phổi, thủng vách ngăn mũi, đặc biệt là bị tổn thương thận, ảnh hưởng đến nội tiết, máu và tim mạch. Mặt khác, cadimi còn là chất gây ung thư qua đường hô hấp. Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy mối quan hệ giữa cadimi với chứng bệnh loãng xương, nứt xương. Sự hiện diện của cadimi trong cơ thể khiến cho việc cố định canxi trở nên khó khăn dẫn đến những tổn thương về xương gây đau đớn ở vùng xương chậu và hai chân. Ngoài ra, tỷ lệ ung thư tiền liệt tuyến vú và ung thư phổi cũng khá lớn ở nhóm người thường xuyên tiếp xúc với chất độc này.

Phần lớn Cadimi thâm nhập vào cơ thể được đào thải ra ngoài, còn giữ lại ở thận khoảng 1% do Cadimi liên kết với protein tạo thành metallotion có ở thận. Phần còn lại được giữ trong cơ thể và dần dần được tích tụ theo thời gian. Khi lượng Cd2+ được tích tụ đủ lớn, nó có thể thế chỗ Zn2+ trong các enzyme quan trọng và gây rối loạn tiêu hóa và các chứng bệnh rối loạn chức năng của thận, gây thiếu máu, tăng huyết áp, phá hủy tủy xương gây ung thư … Cadimi cũng có thể can thiệp vào quá trình sinh học có chứa magie và canxi theo cách thức tương tự như đối với kẽm.

Cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế (IARC) đã xếp cadimi và hợp chất của nó vào nhóm 2A theo thứ tự sắp xếp về mức độ độc hại của các nguyên tố trong ngành y tế. Lượng cadimi đưa vào cơ thể hàng tuần cơ thể có thể chịu đựng được là 7g/kg thể trọng.

1.4.3. Chức năng sinh học của Zn [38, 39, 40, 42]

Kẽm đóng vai trò sinh học không thể thiếu đối với sức khỏe con người cho dù kẽm chỉ chiếm khoảng vài phần triệu trọng lượng khô của cơ thể. Người ta cũng đã phát hiện được nhiều căn bệnh liên quan tới sự thiếu thừa nguyên tố này. Theo các nhà khoa học, lượng kẽm cần thiết cho người trưởng thành hàng ngày là 10-15mg. Nhưng nhu cầu về kẽm còn tùy thuộc vào tuổi và trạng thái sinh lý của cơ thể. Ví dụ trẻ em dưới 1 tuổi cần 8mg, trẻ từ 1-10 tuổi ần 20-25mg kẽm 1 ngày.

Kẽm được đưa vào cơ thể chủ yếu qua đường tiêu hóa, được hấp thụ phầnlớn ở ruột non. Vì vậy, những người có bệnh ở đường tiêu hóa thường bị thiếu kẽm. Nó được thải ra ngoài với lượng lớn qua dịch ruột, dịch tụy (2-5mg), còn lại qua nước tiểu (0,5-0,8 mg) và mồ hôi (0,5 mg). Khi vào cơ thể, phần lớn kẽm tập trung trong tế bào, chỉ một lượng nhỏ trong huyết tương, dạng gắn kết với albumin và 2- macropolysaccarite. Kẽm tham gia vào thành phần cấu trúc tế bào và đặc biệt là tác động đến hầu hết các quá trình sinh học trong cơ thể. Kẽm có trong thành phần của hơn 80 loại enzyme khác nhau, đặc biệt có trong hệ thống enzym vận chuyển, thủy phân, đồng hành xúc tác phản ứng gắn kết với các chuỗi trong phân tử AND, xúc tác phản ứng oxy hóa cung cấp năng lượng, ngoài ra kẽm còn hoạt hóa nhiều enzym khác nhau như amylase, pencreatinase… Đặc biệt, kẽm có vai trò sinh học rất quan trọng là tác động chọn lọc lên quá trình tổng hợp, phân giải axit nucleic và protein- những thành phần quan trọng nhất của sự sống. Vì vậy các cơ quan như hệ thần kinh trung ương, da và niêm mạc, hệ tiêu hóa, hệ tuần hoàn rất nhạy cảm với sự thiếu hụt kẽm.

Sự thiếu hụt kẽm để lại những hiệu ứng rõ nét trong việc tăng trọng của động vật. Kẽm tìm thấy trong insualin, các protein chứa kẽm và các enzyme như superoxit dismutase. Thị giác¸vị giác, khứu giác và trí nhớ có liên quan đến kẽm và sự thiếu hụt kẽm có thể gây ra hoạt động của các cơ quan này. Lượng kẽm trong cơ thể có liên quan chặt chẽ với môi trường sống và chế độ dinh dưỡng. Thiếu kẽm sẽ ảnh hưởng tới sự phát triển bình thường của cơ thể và hơn nữa có thể là nguyên nhân gây nên nhiều bệnh nguy hiểm, ảnh hưởng lâu dài tới cuộc sống va sinh mạng của con người. Trẻ em nếu cơ thể thiếu kẽm sẽ biếng ăn, suy dinh dưỡng và kém phát triển về chiều cao, phát dục trễ, dễ nhiễm trùng và tiêu chảy. Ngược lại việc tiêu thụ quá mức kẽm có thể gây ra một số chứng như hôn mê, bất động cơ và thiếu đồng.

Chia sẻ với bạn bè của bạn:

Page 3

1.4.4. Giới hạn tối đa cho phép các kim loại trong thực phẩm

Được sự quan tâm của các cấp có thẩm quyền, một loạt các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật về môi trường và an toàn thực phẩm đã được ban hành. Trong Quy chuẩn kỹ thuật Quốc Gia đối với giới hạn ô nhiễm kim loại nặng (QCVN 8-2:2011 BYT), hàm lượng cho phép đối với các nguyên tố trong thực phẩm là rất thấp như trong bảng 1.2 [2].

Bảng 1.2. Mức giới hạn tối đa cho phép các kim loại trong thực phẩm

TT	Tên sản phẩm	Mức giới hạn tối đa cho phép (mg/kg hoặc mg/L)
Arsen (As)	Cadimi (Cd)	Chì (Pb)	Thủy ngân (Hg)	Methyl thủy ngân (MeHg)	Thiếc (Sn)
1	Sữa và các sản phẩm sữa	0,5	1,0	0,02	0,05	-	-
2	Thịt và các sản phẩm thịt	1,0	-	-	0,05	-	-
3	Thịt trâu, bò, lợn, cừu, gia cầm	-	0,05	0,1	-	-	-
4	Thịt ngựa	-	0,2	-	-	-	-
5	Gan trâu, bò, lợn, cừu, gia cầm, ngựa	-	0,5	-	-	-	-
6	Thận trâu, bò, lợn, cừu, gia cầm, ngựa	-	1,0	-	-	-	-
7	Phụ phẩm của trâu, bò, lợn, gia cầm	-	-	0,5	-	-	-
8	Các loại thịt nấu chin đóng hộp (Thịt băm, thịt đùi lợn thịt vai lợn), Thịt bò muối, Thịt chế biến đóng hộp
Đối với sản phẩm trong hộp tráng thiếc	-	-	-	-	-	200
Đối với sản phẩm trog các loại hộp không tráng thiếc	-	-	-	-	-	50
9	Rau họ thập tự (cải)	-	0,05	0,3	-	-	-
10	Rau ăn quả	-	0,05	0,1	-	-	-
11	Rau ăn lá	-	0,2	0,3	-	-	-
12	Rau họ đậu	-	0,1	0,2	-	-	-
13	Rau ăn củ và ăn rễ		0,1	0,1	-	-	-
14	Rau ăn thân	-	0,1	-	-	-	-
15	Nấm	-	0,2	0,3	-	-	-
16	Ngũ cốc	1,0	0,1	0,2	-	-	-
17	Gạo trắng	-	0,4	-	-	-	-
18	Lúa mì	-	0,2	-	-	-	-
19	Các loại trái cây nhiệt đới, ăn được vỏ	-	-	0,1	-	-	-
20	Các loại trái cây nhiệt đới, không ăn được vỏ	-	-	0,1	-	-	-
21	Qủa mọng và quả nhỏ khác	-	-	0,2	-	-	-
22	Qủa có múi	-	-	0,1	-	-	-
23	Nhóm quả táo	-	-	0,1	-	-	-
24	Nhóm quả có hạt	-	-	0,1	-	-	-
25	Mứt (mứt quả) và thạch	-	-	1,0	-	-	-
26	Các loại rau, quả khô	1,0	-	2,0	-	-	-
27	Các loại rau, quả đóng hộp	-	-	1,0	-	-	250
28	Cá cơm, cá ngừ, cá vền hai sọc, cá chình, cá đối mục, cá sòng Nhật Bản, cá Luvar, cá mòi, cá trích	-	0,1	-	-	-	-
29	Cá vây chân¸cá da trơn, cá ngừ, cá chình, cá sơn, cá tuyết, cá bơn lưỡi ngựa, cá cờ, cá bơn buồm, cá phèn, cá nhông lớn, cá tuyết nhỏ, cá nhám góc, cá đuối, cá vây đỏ, cá cờ lá, cá hố, cá bao kiếm, cá vền biển, cá mập, cá thu rắn, cá tầm, cá kiếm	-	-	-	1,0	-	-
30	Cơ thịt cá kiếm	-	0,3	-	-	-	-
31	Cơ thịt cá	-	-	0,3	-	-	-
32	Các loại cá (không bao gồm các loại cá ăn thịt)	-	-	-	-	0,5	-
33	Các loại cá ăn thịt (như cá mập, cá kiếm, cá ngừ, cá măng và các loại khác)	-	-	-	-	1,0	-
34	Giáp xác (trừ phần thịt nâu của ghẹ, đầu và ngực của tôm hùm và các loại giáp xác lớn)	-	0,5	0,5	0,5	-	-
35	Nhuyễn thể hai mảnh vỏ	-	2,0	1,5	-	-	-
36	Nhuyễn thể chân đầu (không nội tạng)	-	2,0	1,0	-	-	-
37	Thủy sản và sản phẩm thủy sản khác	-	0,05	-	0,5	-	-
38	Thức ăn công thức cho trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ (ăn liền)	-	-	0,02		-	-

Bảng 1.3. Giới hạn cho phép của một số kim loại nặng trong sữa

Kim loại	Giới hạn cho phép mg/kg
Pb (ppm)	0.3*
Cd (ppm)	0.05*
Hg (ppm)	0.02*
Sc (ppm)	50.0*

Ghi chú: *Tiêu chuẩn Ai Cập 1993 và 2001.

Theo quy định của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) và Tổ chức Nông lương Thế giới (FAO) từ năm 1999 đã đưa ra giới hạn tối đa ăn vào hàng ngày và hàng tuần tính theo trọng lượng cơ thể, nhằm đảm bảo an toàn sức khỏe của con người như trong bảng 1.4.

Bảng 1.4. Giới hạn rủi ro đối với một số kim loại nặng (WHO và FAO 1999)

Kim loại	Giới hạn rủi ro (µg/Kg trọng lượng cơ thể/ngày)
Cd	0,5
Pb	3,6
Cu	140
Zn	500

1.5. Các phương pháp phân tích lượng vết kim loại nặng

Có rất nhiều phương pháp khác để phân tích, xác định lượng vết kim loại nặng như các phương pháp điện hóa, trắc quang, quang phổ hấp thụ nguyên tử (F-AAS, GF-AAS, CV-AAS), huỳnh quang tia X (XRF), kích hoạt nơtron (NAA), quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-AES), quang phổ plasma ghép nối khối phổ (ICP – MS)…Các phương pháp được sử dụng tùy thuộc theo từng đối tượng mẫu phân tích, mức hàm lượng kim loại nặng trong mẫu, điều kiện cụ thể của phòng thí nghiệm và yêu cầu mức độ tin cậy của kết quả phân tích.

1.5.1. Các phương pháp phân tích quang học

1.5.1.1. Phương pháp huỳnh quang

Một chất khi hấp thụ một năng lượng ở giới hạn nào đó sẽ làm kích thích hệ electron của phân tử. Khi ở trạng thái kích thích, phân tử chỉ tồn tại ≤ 10-8s, nó lập tức trở về trạng thái cơ bản ban đầu và giải phóng năng lượng đã hấp thụ. Khi năng lượng giải toả được phát ra dưới dạng ánh sáng thì gọi là hiện tượng phát quang. Hoá học phân tích sử dụng hiện tượng này để định tính và định lượng các chất và gọi là phương pháp phân tích huỳnh quang.

Dong Yan-Jie và Ke Gai [31] sử dụng phương pháp huỳnh quang để xác định lượng vết Pb trên cơ sở cho Pb2+ tạo phức với axit gibberellic theo tỉ lệ Pb2+: axit là 1: 2 với pH =7-8. Bước sóng kích thích và phát xạ lớn nhất là 205,0nm và 308,8 nm. Phương pháp cho giới hạn phát hiện là 0,52 ng Pb/ml.

Chongqiu Jiang, Hongjian Wang, Jingzheng Wang [30] đã xác định lượng vết Cr với thuốc thử 2-hydroxy-1-naphtaldehyene-8-aminoquinoline (HNAAQ) bằng phương pháp huỳnh quang. Độ nhạy của phép xác định tăng lên trong môi trường nước-ancol với tỉ lệ 4/1 theo thể tích, pH =9,4. Trong điều kiện đó phức Cr-HNAAQ bị kích thích và phát xạ ở bước sóng từ 397-450nm. Giới hạn phát hiện của phương pháp là 77ng/ml. Khoảng tuyến tính của phương pháp lên đến 25µg/ml. Phương pháp này được áp dụng để xác định lượng vết Cr trong thịt và gan lợn.

B.W.Bailey, R.M.Donagall and T.S. West [28] sử dụng phương pháp huỳnh quang để xác định siêu vi lượng Cu(II). Các tác giả đã sử dụng thuốc thử [Cu(phen)2Rose Bengal], phức này được chiết vào cloroform và pha loãng bằng axeton. Bước sóng kích thích là 560µm và bước sóng phát xạ là 570µm. Giới hạn định lượng của phương pháp là 10-3-6.10-3ppm

Chia sẻ với bạn bè của bạn:

Page 4

1.5.1.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS

A = .l.C

Trong đó:

: Hệ số hấp thụ phụ thuộc vào bản chất màu và bước sóng của ánh sáng tới.

l: Chiều dày cu vet.

C: Nồng độ chất phân tích.

1.5.1.3. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử AES

1.5.1.4. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS

1.5.2. Các phương pháp phân tích điện hoá

1.5.2.1. Phương pháp cực phổ

1.5.2.2. Phương pháp Von-Ampe hòa tan

Phương pháp này được thực hiện qua hai giai đoạn:

- Điện phân làm giàu chất cần phân tích lên bề mặt điện cực tại thế không đổi, đo dưới dạng một kết tủa (kim loại, hợp chất khó tan).

- Hòa tan kết tủa đã được làm giàu và ghi đo đường hòa tan. Nồng độ của chất tương ứng với chiều cao pic hòa tan.

+ Với mẫu tóc của 61 người bình thường thì hàm lượng Pb trung bình là 15.15  2g/g

+ Với người tiếp xúc thường xuyên với xăng dầu (90 người) thì hàm lượng trung bình: 49.8  71.9 g/g.

+ Mẫu của những bệnh nhân nhiễm Pb thì hàm lượng trung bình của 32 mẫu là: 86.0412.7 g/g.

1.5.3. Phương pháp phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS) [11]

MS (Mass Spectrometry) là phép ghi phổ theo số khối hay chính xác hơn là theo tỷ số giữa số khối và điện tích (m/Z).

Sự xuất hiện và bản chất của phổ ICP-MS

Các quá trình xảy ra trong nguồn ICP:

- Hóa hơi chất mẫu, nguyên tử hóa các phân tử, ion hóa các nguyên tử, sự phân giải của các ion theo số khối sẽ sinh ra phổ ICP-MS:

Hóa hơi: MnXm(r)  Mnxm(k)

Phân li: MnXm(k)  nM(k) + mX(k)

Ion hóa: M(k)0 + Enhiệt  M(k)+

- Đánh giá định tính, định lượng phổ thu được.

Như vậy thực chất phổ ICP - MS là phổ của các nguyên tử ở trạng thái khí tự do đã bị ion hóa trong nguồn năng lượng cao tần ICP theo số khối các chất.

Ưu điểm của phương pháp phân tích bằng ICP-MS

Hình 1.1: Ứng dụng phương pháp phân tích ICP-MS trong các lĩnh vực

- Tuy có độ nhạy cao nhưng nguồn ICP lại là nguồn kích thích phổ rất ổn định, nên phép đo ICP - MS có độ lặp lại cao và sai số rất nhỏ.

- Phổ ICP - MS ít vạch hơn phổ ICP - AES nên có độ chọn lọc cao, ảnh hưởng thành phần nền hầu như ít xuất hiện, nếu có thì cũng rất nhỏ, dễ loại trừ.

- Ngoài ra ICP-MS còn được sử dụng như là một detector cho LC, CE, GC...

Các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo ICP-MS

- Nồng độ muối ảnh hưởng từ 0,1 – 0,4%.

- Các nguyên tử khi ion hóa bậc 1 hoặc bậc 2 sẽ cho các số khối khác nhau trùng với số khối của nguyên tố cần phân tích.

- Ảnh hưởng của mẫu phân tích trước.

Một số công trình nghiên cứu xác định kim loại nặng bằng phương pháp

ICP-MS.

Bảng dưới đây cho thấy khả năng phát hiện của ICP-MS hơn so với các kỹ thuật khác:

Bảng 1.5. So sánh khả năng phát hiện của các kỹ thuật phân tích

STT	Nguyên tố	ICP-MS (ppb)	ICP-AES (ppb)	F-AAS (ppb)	GFA-AAS (ppb)
1	As	< 0,050	< 20	< 500	< 1
2	Al	< 0,010	< 3,0	< 50	< 0,5
3	Ba	< 0,005	< 0,2	< 50	< 1,5
4	Be	< 0,050	< 0,5	< 5	< 0,05
5	Bi	< 0,005	< 20	< 100	< 1
6	Cd	< 0.010	< 3,0	< 5	< 0,03
7	Ce	< 0.005	< 15	< 200000	KPH
8	Co	< 0,005	< 10	< 10	< 0,5
9	Cr	< 0,005	< 10	< 10	< 0,15
10	Cu	< 0,010	< 5,0	< 5	< 0,5
11	Gd	< 0,005	< 5,0	< 4000	KPH
12	Ho	< 0,005	< 1,0	< 80	KPH
13	In	< 0,010	< 30	< 80	< 0,5
14	La	< 0,005	< 0,05	< 4000	KPH
15	Li	< 0,020	< 1	< 5	< 0,5
16	Mn	< 0,005	< 0,5	< 5	< 0,06
17	Ni	< 0,005	< 10	< 20	< 0,5
18	Pb	< 0,005	< 20	< 20	< 0,5
19	Se	< 0,10	< 50	< 1000	< 1
20	Tl	< 0,010	< 30	< 40	< 1,5
21	U	< 0,010	< 30	< 100000	KPH
22	Y	< 0,005	< 0,5	< 500	KPH
23	Zn	< 0,02	< 1,0	< 2	< 0,01

Chia sẻ với bạn bè của bạn:

Page 5

trang	5/11
Chuyển đổi dữ liệu	23.07.2016
Kích	1.13 Mb.
	#3035

(KPH : không phát hiện được)

So sánh giới hạn phát hiện của các phương pháp thì người ta có thấy rõ ưu điểm của ICP-MS với khả năng phân tích được hầu hết các nguyên tố với giới hạn phát hiện tốt nhất. Tuy nhiên, do ICP-MS cũng có một ố ảnh hưởng nhất định như ảnh hưởng của tốc đọ bơm mẫu không đồng đều dẫn tới kết quả phân tích cũng có lệch tương đối CV khoảng 5% đối với mẫu có hàm lượng thấp thì CV có thể lên tới 10-20%, một ảnh hưởng nữa của ICP-MS là sự trùng số khối của một số đồng vị (bảng 5), với mẫu nền phức tạp thì sự trùng số khối có thể xỷ ra. Để khắc phục điều này, một kỹ thuật pha loãng đồng vị được phát triển.

1.5.4. Kỹ thuật pha loãng đồng vị

Kỹ thuật pha loãng đồng vị là một kỹ thuật mới dựa vào các tỉ số của các đồng vị để xác định một nguyên tố trong mẫu bằng cách thêm một hàm lượng đồng vị đã biết trước nồng độ vào mẫu cần phân tích. Sau khi thêm, tỉ lệ giữa các đồng vị sẽ không còn là hằng số. Giả sử trong tự nhiên nguyên tố X có hai đồng vị: A1X là x1% và A2X là x2%. Trong một mẫu bất kỳ, tỷ lệ đồng vị A2X/A1X được xác định trên ICP-MS là a, khi ta thêm một lượng đồng vị A2X là b vào mẫu này thì tỷ lệ A2X/A1X được xác định trên ICP-MS là c. Từ đó ta có thể xác định được hàm lượng nguên tố X theo công thức sau:

A2X/A1X = a (1)

(A2X + b)/A1X = c (2)

Từ (1) và (2) ta có: A2X/A1X + b/A1X = c (3)

Từ (1) và (3) ta có: a + b/A1X = c (4)

Trong phương trình (4) thì: a, b, c là các giá trị đã biết từ đó xác định được hàm lượng đồng vị A1X và tính được hàm lượng X trong mẫu là:

Phương pháp ID-ICP-MS được chứng minh là có độ chính xác cao trong việc xác định nồng độ tổng số một số kim loại trong các nền mẫu khác nhau. Phương pháp này có ưu điểm hơn một số phương pháp đường chuẩn truyền thống khác. Việc mất nguyên tố sau khi thêm đồng vị là không ảnh hưởng tới độ chính xác. Một số cản trở vật lý và các cản trở hóa học là giống nhau đối với các đồng vị của cùng một nguyên tố. Tỷ lệ của đồng vị có thể đo được bằng thiết bị ICP-MS với độ chính xác cao, RSD <0,25%.>

Tuy nhiên, phương pháp ID-ICP-MS yêu cầu sự đồng nhất giữa đồng vị thêm vào và đồng vị tự nhiên. Đồng vị thêm vào và mẫu có thể ở dạng khác nhau và chỉ có dạng tổng số được xác định. Vì vậy, ID-ICP-MS yêu cầu mẫu phải được phân hủy về dạng đồng nhất, tất cả các đồng vị đều ở cùng trạng thái oxi hóa. Các mẫu lỏng như nước sạch có thể thêm đồng vị trực tiếp vào và phân tích. Các mẫu nước thải, mẫu rắn, mẫu thức ăn cần phân hủy về trạng thái đồng nhất trước khi phân tích. Trong số các nguyên tố Pb, Cd và Zn thì Pb có 4 đồng vị, trong đó 3 đồng vị là 206Pb, 207Pb và 208Pb không bị ảnh hưởng và chiếm tỷ lệ lớn nên đều có thể sử dụng cho nghiên cứu. Trong đề tài này tỷ lệ 207Pb/208Pb được nghiên cứu, trong đó 207Pb là đồng vị thêm vào mẫu; đối với Zn thì 64Zn tuy chiếm tỷ lệ lớn (48,63%) nhưng lại bị ảnh hưởng của CaO, ArMg (Ca, Mg thường có mặt trong sữa) nên không được lựa chọn. Hai đồng vị 67Zn và 69Zn có tỷ lệ thấp (4,1% và 0,62%) và bị ảnh hưởng của ClO2 nên không được chọn. Hai đồng vị 66Zn và 68Zn có tỷ lệ tương đối trong tự nhiên (27,9% và 18,75%) và ít bị ảnh hưởng của nền mẫu được lựa chọn trong đó đồng vị 68Zn (chiếm 18,75%) làm đồng vị thêm vào mẫu; Đối với Cd, có 6 đồng vị 110Cd, 111Cd, 112Cd, 113Cd, 114Cd và 116Cd đều có thể khảo sát. Tuy nhiên, tỷ lệ 110Cd/114Cd hoặc 111Cd/114Cd hay được lựa chọn. Trong đề tài này, tỷ lệ 110Cd/114Cd được sử dụng.

Như vậy, phương pháp pha loãng đồng vị có ưu điểm là không phải xây dựng đường chuẩn (khoảng 5 đến 7 điểm chuẩn) mà thêm vào mẫu cần phân tích một hàm lượng chất đồng vị của nguyên tố đó đã được biết trước, sau đó xác định hai mẫu không cho thêm và cho thêm chất đồng vị. Kết quả sẽ được tính toán theo công thức toán học. Ưu điểm của phương pháp là không cần phải xây dựng đường chuẩn, mẫu phân tích trên cùng một nền mẫu nên kết quả đo có độ lặp lại và chính xác rất cao. Nhược điểm của phương pháp này là chỉ những nguyên tố nào có từ 2 đồng vị trở lên mới có thể áp dụng được [32].

Bảng 1.4 dưới đây cho biết nguyên tố, số khối, tỷ lệ đồng vị và các yếu tố ảnh hưởng do trùng số khối :

Bảng 1.6. Nguyên tố, số khối, tỷ lệ đồng vị và các yếu tố ảnh hưởng do trùng số khối

Nguyên tố	Đồng vị	Tỷ lệ đồng vị	Yếu tố ảnh hưởng do trúng số khối
Zn	63.9291

65.926

66.9271

67.9249

69.9253

48.63

27.9

4.1

18.75

0.62

Ni,SO2, TiO, PO2,CaO, ArMg, ArCO

TiO, VO, SO2, Ba++, ArMg,

ArP, ClO2,VO, TiO, Ba++

ArS, TiO, SO2, VO, ClO2, Ba++ Ce++,Ge, ArS, ClO2, Pr++, Ce++

105.907

107.904

109.903

110.904

111.903

112.905

113.904

115.905

1.25

0.89

12.49

12.8

24.13

12.22

28.73

7.49

Pd, SrO, ZrO, YO

Pd, SrO, MoO

Pd, MoO, ZrO

MoO

Sn, ZrO, MoO

In, MoO

Sn, MoO

Sn, MoO, Th++

203.937

205.975

206.976 2077.98

1.4

24.1

22.1

52.4

Hg, WO

Một số công trình nghiên cứu xác định hàm lượng kim loại nặng ở trong nước

và Quốc tế bằng phương pháp pha loãng đồng vị trong phép đo ICP-MS.

Trên thế giới, George de Hevesy là chuyên gia hàng đầu về phóng xạ. Năm 1918 tại WIEN (Áo), ông đề xuất phương pháp dùng nguyên tử đánh dấu trong nghiên cứu y học, sinh học, là người phát minh ra nguyên tố photpho 32. Năm 1932, ông tìm ra phương pháp pha loãng đồng vị và dùng để xác định hàm lượng chì trong quặng. Với sự phát hiện ra photpho 32, ông dùng nó để xác định sự trao đổi chất trong xương, máu, khối u ác tính. Nhờ những phát minh của ông mà kỹ thuật pha loãng đồng vị ngày càng được ứng dụng rộng rãi cho phân tích lượng vết với độ chính xác cao.

Năm 1991, Kristine Y và các công sự [41] đã xác định hàm lượng kẽm trong các mẫu sinh học bằng phương pháp pha loãng đồng vị với giới hạn phát hiện 0,06 µg Zn/ mẫu với độ lệch chuẩn tương đối RSD đạt 0,3-0,8 %.

Năm 1996, Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) đã xuất bản phương pháp EPA 6800:1996 hướng dẫn qui trình phân tích một số nguyên tố và đồng vị bằng phương pháp pha loãng đồng vị cho mẫu nước và nước thải [32].

Năm 1997, Jingfeng Wu và Edward A. Boyle [37] đã sử dụng kĩ thuật pha loãng đồng vị xác định hàm lượng Pb, Cu và Cd trong mẫu nước biển với giới hạn phát hiện của Pb là 1.3 pM, Cu là 39 pM, và Cd là 5.0pM và blanks của Pb là 0.62pM, Cu là 27pM, và Cd là 6.0pM.

Năm 1999, Hsien-Chung Liao, Shiuh-Jen Jiang [35] sử dụng kỹ thuật bay hơi bằng nhiệt và pha loãng đồng vị xác định Cd, Hg, và Pb trong tro than bùn và xác định được giới hạn phát hiện nằm trong khoảng 24-58; 6-28 và 108-110 ng/g cho Cd, Hg và Pb, tương ứng.

Năm 1999, Hung- Wei Liu và các cộng sự [34] sử dụng kỹ thuật bay hơi bằng nhiệt và pha loãng đồng vị xác định Cd, Hg, và Pb trong nước biển và xác định được giới hạn phát hiện nằm trong khoảng 0.002, 0.005 và 0.001 ng/ml đối với Cd, Hg và Pb trong nước biển.

Năm 2002, Paulo C. F. C. Gardolinski và cộng sự [47] sử dụng kĩ thuật ID-ICP-MS xác định hàm lượng các kim loại Cd, Pb, Zn và Cu trong mẫu trầm tích cho hiệu suất thu hồi đối với Cd là 96,3%, Pb là 94%, Zn là 102.1% và Cu là 99%.

Năm 2003, Ana Paula Packer và cộng sự [25] sử dụng kỹ thuật điện giải và pha loãng đồng vị để xác định Pb trong đồng có độ tinh khiết cao. Độ chính xác của phép đo cho một mẫu có chứa 7-70g Pb/g với độ lệch chuẩn tương đối RSD đạt 0,5-4%.

Năm 2009, Jens Heilmann và cộng sự [36] sử dụng kỹ thật tách Laser kết hợp với phương pháp ID-ICP-MS xác định các kim loại vi lượng trong mẫu dầu. Giới hạn phát hiện của phương pháp trong khoảng 0.02 g/g (V) đến 0,2 g/g (Fe).

Năm 2012, các tác giả Phạm Hải Long, Vũ Văn tú, Nguyễn Thị Huệ [9] ở Viện Công nghệ môi trường cũng đã tiến hành nghiên cứu cấp cơ sở đề tài “Xây dựng quy trình phân tích Chì trong nước tinh khiết bằng phương pháp pha loãng đồng vị trên thiết bị ICP-MS ”. Kết quả nghiên cứu đã xây dựng được quy trình phân tích Pb bằng kỹ thuật pha loãng đồng vị ICP-MS cho mẫu nước tinh khiết với giới hạn định lượng 0,08 µg/L, độ thu hồi đạt 89 đến 103% độ lệch chuẩn tương đối nhỏ hơn 2%. Đây là những kiến thức rát bổ ích và sẽ được đề tài tiếp tục sử dụng cho nghiên cứu đối với mẫu sữa.

1.6. Các phương pháp sử lý mẫu thực phẩm để xác định kim loại

1.6.1. Nguyên tắc sử lý mẫu [12]

Xử lý mẫu là quá trình hoà tan (dissolution) và phân huỷ (digestion), phá huỷ cấu trúc mẫu ban đầu lấy từ đối tượng cần phân tích, để giải phóng và chuyển các chất cần xác định về một dạng đồng thể phù hợp (ví dụ dạng dung dịch) cho một phép đo đã chọn để xác định hàm lượng của chất mà chúng ta mong muốn.

Để xác định kim loại trong mẫu thực phẩm phải vô cơ hóa mẫu, chuyển chất phân tích về dạng phù hợp, có ba phương pháp phổ biến hiện nay là sử lý ướt, sử lý khô và sử lý khô-ướt kết hợp.

* Kỹ thuật sử lý ướt: Dùng axit mạnh đặc và nóng (ví dụ HCl, H2SO4), hay axit mạnh, đặc và nóng có tính ôxy hoá mạnh (HNO3, HClO4), hoặc hỗn hợp 2 axit (HNO3 + H2SO4), hay 3 axit (HNO3 + H2SO4 + HClO4), hoặc là 1 axit đặc và một chất ôxy hoá mạnh (H2SO4 + KMnO4), v.v. hoặc dùng các dung dịch kiềm mạnh, đặc nóng (NaOH, KOH 15-20%), hay hỗn hợp của kiềm mạnh và muối kim loại kiềm (NaOH +NaHCO3), hay một kiềm mạnh và peroxit (KOH + Na2O2), nồng độ (10 -20%) để phân huỷ mẫu trong điều kiện đun nóng trong bình Kendan, trong ống nghiệm, trong cốc hay trong lò vi sóng.

*Kỹ thuật sử lý khô: Nung mẫu trong lò nung ở một nhiệt độ thích hợp (450-750oC), mẫu bã còn lại được hoà tan bằng dung dịch muối hay dung dịch axit phù hợp. Khi nung các chất hữu cơ của mẫu sẽ bị đốt cháy thành CO2 và nước.

*Kỹ thuật sử lý khô-ướt kết hợp: Bằng cách kết hợp hai phương pháp trên chúng ta có phương pháp khô- ướt kết hợp.

Phương pháp này đơn giản, không cần dụng cụ phức tạp và cho kết quả khá chính xác.

Các axit được sử dụng trong phá mẫu hệ hở như: HF, HCl, H2SO4, HClO4…, tùy theo loại mẫu và nguyên tố cần phân tích mà ta có quy trình phân tích phù hợp. Ví dụ như để xác định các nguyên tố dễ bay hơi như Hg thì cần khống chế nhiệt độ < 1200C, để phá các mẫu chứa nhiều SiO2 cần cho thêm HF….

Hiện nay phổ biến nhất là kỹ thuật xử lý mẫu ướt với axit đặc trong lò vi sóng hệ kín do có nhiều ưu điểm như: thời gian xử lý mẫu ngắn, phá huỷ mẫu triệt để và không mất chất phân tích, hiệu suất xử lý mẫu cao.

Dưới tác dụng phá hủy và hoà tan các hạt (phần tử) mẫu của axit, năng lượng nhiệt cùng axit làm tan rã các hạt mẫu đồng thời do khuếch tán, đối lưu, chuyển động nhiệt và va chạm của các hạt mẫu với nhau làm chúng bị bào mòn dần, các tác nhân này tấn công và bào mòn dần các hạt mẫu từ bên ngoài vào, làm cho các hạt mẫu bị mòn dần và tan hết.

Ngoài ra, trong lò vi sóng còn có sự phá vỡ từ trong lòng hạt mẫu do các phân tử nước hấp thụ (> 90%) năng lượng vi sóng và do có động năng lớn nên chúng chuyển động nhiệt rất mạnh, làm căng và xé các hạt mẫu từ trong ra. Hơn nữa, do xử lý mẫu trong hệ kín nên áp suất cao sẽ làm nhiệt độ sôi cao hơn, đây là tác nhân phân huỷ mạnh nhất do vậy thúc đẩy quá trình phân huỷ mẫu từ bên trong ra và từ ngoài vào. Do đó, xử lý mẫu trong lò vi sóng chỉ cần thời gian rất ngắn 50 đến 90 phút và rất triệt để.

1.6.2. Phương pháp tách chiết, làm giàu bằng dung môi

*) Phương pháp chiết lỏng - lỏng

Nguyên tắc: Dựa vào sự phân bố của chất phân tích vào hai pha lỏng (dung môi) không trộn lẫn vào nhau, trong hai dung môi này có dung môi chứa chất phân tích. Do vậy, hệ số phân bố nhiệt động Kb của cân bằng chiết là yếu tố quyết định hiệu suất của sự chiết. Có hai kiểu chiết: chiết tĩnh và chiết theo dòng chảy.

- Phương pháp chiết tĩnh: Đơn giản, không cần máy móc phức tạp, chỉ cần một số phễu chiết. Việc lắc chiết thao tác bằng tay hay bằng máy. Chiết các ion kim loại nặng (Cd, Cu, Pb, Zn, Fe, Cr, Ni, Co, Mn) người ta phải dùng dung môi MIBK và tạo phức với thuốc thử APDC trong môI trường pH=3-4. sau đó xác định các nguyên tố này bằng phương pháp AAS. Cách này thường dùng để tách chiết làm giàu lượng vết các kim loại trong mẫu nước thải, nước biển.

- Phương pháp chiết dòng chảy liên tục: Khi hai pha lỏng không trộn lẫn vào nhau được bơm liên tục với tốc độ nhất định qua hệ chiết. Một pha chuyển động. Chất phân tích sẽ được phân bố vào hai dung môi theo tính chất của chúng để đạt trạng thái cân bằng. Phương pháp này cho hiệu quả cao, được ứng dụng trong chiết sản xuất công nghệ.

*) Phương pháp chiết pha rắn

Chất mẫu ở dạng lỏng, chất chiết ở dạng rắn, hạt nhỏ và xốp ( đường kính cỡ 5-10um). Chất chiết là các hạt silicagel gọi là pha tĩnh được nhồi vào cột sắc ký nhỏ. Dung dịch mẫu được dội qua cột. Dựa vào tương tác giữa pha tĩnh và pha động, thu được nhóm chất phân tích. Sau đó dùng dung môi thích hợp để rửa giải chúng ra khỏi pha tĩnh. Chất chiết pha rắn thường là các chất hấp phụ pha thường (silicagel trung tính), hấp phụ pha ngược (silica được alkyl hoá), trao đổi ion (cation, anion), hấp phụ pha khí-rắn,.v.v.

1.6.3. Một số phương pháp sử lý mẫu sữa xác định hàm lượng kim loại nặng

Tro hoá mẫu sữa để xác định các kim loại (Na, K, Ca, Mg, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn). Lấy 5,0 gam mẫu vào chén thạch anh, thêm chất phụ gia (8 mL H2SO4 45% và 2 gam. KNO3 (hay 2 gam. LiBO3), trộn đều, sấy khô cẩn thận cho mẫu khô (mẫu dễ sùi bọt và bắn, cẩn thận và đun nhẹ) và thành than đen, sau đó đem nung 3 giờ đầu ở nhiệt độ 400-450oC, rồi sau đó ở 550oC, đến khi hết than đen, được tro mẫu trắng. Sau đó hoà tan tro thu được trong 15 mL dung dịch HCl 18% và 1 mL HNO3 65%, đun nhẹ cho mẫu tan hết, đun nhẹ làm bay hơi axit đến còn muối ẩm, định mức thành 25 mL bằng dung dịch axit HCl 2%. Đó là dung dịch để xác định các nguyên tố kim loại nói trên [15].

Michalis Leotsinidisa, Athanasios Alexopoulos, Evangelia Kostopoulou-Farri [43] đã xác định hàm lượng các nguyên tố vi lương độc hại và cần thiết (Zn, Fe, Cu, Mn, Cd và Pb) trong sữa mẹ từ phụ nữ cho con bú bằng phương pháp AAS. Mẫu được phân hủy bằng axit HNO3 đặc, trong nồi hấp, ở 1500C, trong 3 giờ.

A.Ataro, R.I. McCrindle, B.M.Botha, C.M.E.McCrindle, P.P.Ndibewu [23]

đã phá mẫu sữa bò nguyên liệu bằng axit HNO3 đặc (65%) trong lo vi sóng để xác định các nguyên tố vi lượng (V, Cr, Mn, Sr, Cd và Pb) bằng phương pháp ICP-MS.

Chương 2: THỰC NGHIỆM

2.1. Mục tiêu nghiên cứu

Ứng dụng phương pháp pha loãng đồng vị nhằm nâng cao độ chính xác, ổn định trong đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại độc hại trong sữa.

Thu thập các thông tin về hiện trạng tình trạng an toàn thực phẩm cũng như các phương pháp phân tích, đánh giá hàm lượng kim loại độc hại trong các mẫu thực phẩm.

Xây dựng và hoàn thiện phương pháp pha loãng đồng vị trong phân tích các kim loại độc hại trong đối tượng mẫu thực phẩm.

Áp dụng phương pháp đã hoàn thiện vào phân tích các mẫu sữa, để khảo sát hiện trạng ô nhiễm kim loại Pb, Cd, Zn trong sữa trên địa bàn TP. Hà Nội.

2.2. Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các mẫu sữa bột và sữa nước có trên địa bàn của Thành phố Hà Nội. Trong khuôn khổ đề tài, đề tài tập trung nghiên cứu xác định hàm lượng của kim loại Chì, Cadimi và Kẽm trong sữa.

2.2.2. Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu các điều kiện tối ưu trong quá trình phân tích mẫu trên thiết bị ICP-

MS (điều kiện chuẩn hóa máy, tốc độ khí mang cho bộ tạo sol khí, nguồn năng lượng, thế điều khiển thấu kính điện tử, thời gian phân tích mẫu, thời gian rửa sạch mẫu).

- Chuẩn hóa số khối được tiến hành bằng cách sử dụng dung dịch chứa các nguyên tố với số khối bao toàn bộ khoảng số khối của các nguyên tố phân tích. Tiến hành chuẩn hóa số khối với dung dịch có nồng độ 10 ppb của Mg, Rh, Ce, Pb và U. Số khối được chuẩn hóa sao cho tất cả các nguyên tố trong dải đều thu được với độ chính xác 0,05 đơn vị.

- Tối ưu tốc độ khí mang tạo sol khí, sử dụng dung dịch Ce có nồng độ 10 ppb cho việc khống chế tốc độ khí mang dựa vào tỉ số CeO/Ce, tốc độ khí mang hợp lí nhất sẽ cho tín hiệu Ce cao nhất nhưng tỉ số CeO/Ce nhỏ hơn 0,03 để đảm bảo lượng oxit trong quá trình phân tích không quá lớn.

- Tối ưu nguồn năng lượng ICP, để khảo sát nguồn năng lượng của ICP-MS, ta phân tích dung dịch Rh có nồng độ 10 ppb và thay đổi công suất của máy phát cao tần RF từ 700 đến 1200 W với thay biên độ thay đổi 25W một lần. Công suất của máy phát cao tần RF tối ưu đạt được khi tín hiệu của Rh cao nhất.

- Tối ưu thế điều khiển thấu kính điện tử - ion. Bằng cách phân tích dung dịch Rh 10 ppb và thay đổi thế điều khiển đặt vào hệ thấu kính với các bước 0,2 vôn/lần ta thu được tín hiệu của Rh. Thế điều khiển thấu kính là tối ưu khi cường độ tín hiệu của Rh là cao nhất.

- Thời gian phân tích mẫu được khảo sát với dung dịch mẫu của U với nồng độ 10 ppb, khi tín hiệu thu được lớn nhất và ổn định thì kết quả mới có giá trị và thời gian từ khi bắt đầu phân tích cho tới khi thu được tín hiệu lớn nhất và ổn định gọi là thời gian phân tích.

- Thời gian rửa sạch mẫu được khảo sát với dung dịch mẫu của U với nồng độ cao 100ppm. Thời gian mẫu được rửa bằng nước cất để tín hiệu của chất phân tích trở về trạng thái trước khi phân tích mẫu là thời gian rửa mẫu.

Nghiên cứu các điều kiện tối ưu trong quá trình xử lý mẫu.
Khảo sát lượng đồng vị thêm vào phù hợp
Nghiên cứu các ảnh hưởng do trùng số khối của các thành phần chính trong mẫu sữa.
Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện và định lượng của các nguyên tố trên thiết bị ICP-MS dựa trên các điều kiện tối ưu đã khảo sát.
Đánh giá độ lập lại, độ lệch chuẩn và độ thu hồi của phương pháp.
Nghiên cứu, đánh giá phương pháp. So sánh kết quả với các phương pháp khác.
Xây dựng quy trình phân tích xác định Pb, Cd và Zn trong mẫu sữa.
Áp dụng các điều kiện tối ưu trong phân tích mẫu thực tế trên địa phận Thành phố Hà Nội..

2.2.3. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu tài liệu

Thu thập, nghiên cứu và phân tích, kế thừa các tài liệu đã có trên thế giới và Việt Nam về phương pháp phân hủy xác định chì, cadimi và kẽm trong mẫu sữa.

Phương pháp nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích chì, cadimi và kẽm

trong sữa trên thiết bị ICP-MS

Phương pháp nghiên cứu xây dựng quy trình xác định đồng thời chì, cadimi và kẽm trong sữa bằng phương pháp ICP-MS bao gồm 2 phần chính sau: quy trình phân hủy mẫu sữa và quy trình phân tích mẫu trên thiết bị ICP-MS.

Phương pháp xử lý số liệu

Sử dụng các thuật toán để tính toán kết quả phân tích.

2.3. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị

* Dung dịch chuẩn gốc Pb 1000 ppm Perkin Elmer, Mỹ.

* Dung dịch chuẩn gốc Zn 1000 ppm Perkin Elmer, Mỹ.

* Dung dịch chuẩn gốc Cd 1000 ppm Perkin Elmer, Mỹ.

* Đồng vị 68Zn 99,4 %. Trace Sciences International Corp.; Canada.

* Đồng vị 110Cd 94,39 %. Trace Sciences International Corp.; Canada.

* Dung dịch chuẩn 207Pb10 ppm, SPEX CertiPrep, Mỹ.

* Dung dịch chuẩn máy: Mg, Rh, Ce, Pb, U, In, Be, Co 10ppb Perkin Elmer-Mỹ.

* Axit HNO3 đặc, H2SO4 đặc, H3PO4 đặc, HCl đặc, HF đặc, NH3 đặc, H2O2 30%: siêu sạch (ultra – high – purity grade) Merck, Đức hay Aldrich-Sigma, Mỹ.

* Axit HNO3 đặc: siêu sạch (ultra – high – purity grade ) Cica, Nhật Bản.

* Nước cất siêu sạch có điện trở 18,2 M, Millipore.

* Khí Ar >99.9995% (>5.5) Messer, Singapo.

* ERM-BD 151, Châu Âu.

Dung dịch chuẩn hỗn hợp Pb 2 ppm, Cd 1 ppm, Zn 100 ppm được pha từ dung dịch gốc. Lấy 100L dung dịch chuẩn gốc của Pb, 50L dung dịch chuản gốc của Cd, 5000L dung dịch chẩn gốc của Zn cho vào bình định mức 50mL và định mức đến vạch định mức bằng dung dịch axit HNO3 1%. Dung dịch này được bảo quản lạnh và sử dụng trong tuần.

Dung dịch chuẩn hỗn hợp của các đồng vị 207Pb 2 ppm, 110Cd 1ppm, 68Zn 100ppm được pha từ dung dịch gốc: dung dịch chuẩn 207Pb 10 ppm, đồng vị 110Cd 94,39 %, đồng vị 68Zn 99,4 % bằng dung dịch HNO3 1%. Dung dịch này được bảo quản lạnh và sử dụng trong tuần.

Dung dịch ảnh hưởng chứa: Na 10000ppm, Ca 3000ppm, Mg 200ppm, Sr 2ppm, Ba và Zr 1ppm; Sn 0,5ppm, Mo 0,3ppm, Ni và Ti 0,2ppm; Ce 0,1ppm; Pd, Th và W 0,05ppm được pha từ dung dich Na 50000ppm, Ca 15000ppm và dung dịch gốc của các kim loại Mg, Ni, Sn, Sr, Pd, Ti, Ba, Mo, Zr, W, Th và Ce đều có nồng độ 1000ppm. Lấy 20mL dung dich Na, Ca và Mg, 200µL dung dich gốc của Sr, 100µL dung dịch gốc của Ba và Zr, 50µL dung dịch gốc của Sn, 30µL dung dịch gốc của Mo, 20µL dung dịch gốc của Ni và Ti, 10µL dung dịch gốc của Ce, 5µL dung dịch gốc của Pd, W và Th vào bình định mức 100mL và định mức đến vạch định mức bằng dung dịch axit HNO31%.

Dung dịch Na 50000 ppm và Ca 15000 ppm được pha từ muối NaNO3 và Ca(NO3)2 khan của Merck.

Axit HNO3 1% được pha từ HNO3 đặc. Cho vào bình định mức 1000 ml khoảng 500 ml nước siêu sạch, thêm 15 ml axit HNO3 đặc (ultra – high – purity grade) vào và lắc đều. Dùng nước cất siêu sạch điền đến vạch định mức.

Dụng cụ dùng trong nghiên cứu bao gồm:

* Micropipet 2-20l, 20 -200l, 100 – 1000l, 1000 – 5000l, Epensdorf, Đức.

* Chén teflon 50 ml, 100 ml.

* Bình định mức 10, 20, 50, 100 ml. Duran, Đức.

* Ống nghiệm 30mL. Duran, Đức.

* Bếp điện

* Lò vi sóng Microwave Speed Wave 4 (SW4), Berhof, Đức.

* Cân phân tích của hãng Adam (Anh), có độ chính xác 0,0001mg dùng để cân mẫu.

Vì hàm lượng các nguyên tố trong sữa là dạng vết và siêu vết nên dụng cụ dùng trong thí nghiệm phải được tráng rửa sạch bằng cách ngâm trong axit HNO3 (10%) từ 1-2 ngày. Sau đó siêu âm it nhất 30 phút trong axit HNO3(10%), tráng rửa lại bằng nước cất 3 lần, rồi sấy ở nhiệt độ 800C.

Thiết bị ICP-MS (Perkin Elmer, ELAN 9000) (hình 2.1) với hệ từ trường bát cực, sử dụng nguồn năng lượng cao tần cho quá trình hóa hơi và ion hóa tất cả các nguyên tử với hiệu suất cao và ổn định. ICP-MS ghép nối hệ sol hóa mẫu giúp quá trình làm giàu mẫu và tăng khả năng phát hiện rất phù hợp với phân tích vết các kim loại.

Hệ máy đo ICP-MS bao gồm các bộ phận chính sau, và được chỉ ra trên hình 2.1

Hình 2.1: Hệ trang bị ICP-MS

1. Bộ tạo sol khí

2. Plasma

3. Hệ lăng kính

4. Van ngăn cách giữa vùng chân không cao của phổ kế và vùng ion

5. Lăng kính ion

6. Bộ phân giải khối

7. Detector

Trong đó:

1) Bộ dẫn dung dịch mẫu và tạo sol khí (Sample Introduction and Nebulizer System)

Sau khi dẫn mẫu phân tích vào buồng tạo sol khí bằng bơm nhu động (Peristalic Pump), người ta có thểthực hiện tạo sol khí mẫu theo hai nguyên tắc:

- Kiểu siêu âm

- Kiểu mao dẫn áp suất thấp (hình 2.2)

Hình 2.2. Bộ tạo sol khí

2) Bộ tạo plasma (Inductively Coupled Plasma- ICP)

Một số nguồn plasma đã được nghiên cứu phát triển như plasma dòng một chiều (DCP) và plasma cảm ứng vi sóng (microwave-induced plasma-MIP). DCP được hình thành khi dẫn khí (thường là Ar) qua giữa hai hoặc ba điện cực có cường độ dòng điện cao. Sự ion hoá khí sinh ra plasma có hình chữ Y ngược. DCP có nhược điểm là có hiệu ứng nhiễu, không ổn định, có vấn đề về độ tin cậy. Do đó kỹ thuật này không được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên lợi ích chính của nó là nó có thể hút ở mức độ cao chất rắn hoà tan và huyền phù bởi không có sự hạn chế bơm mẫu cho chất rắn. Nhưng hiện nay, ưu việt và kinh tế nhất là nguồn ICP.

Hình 2.3. Bộ tạo plasma và nhiệt độ các vùng của plasma

Phần cơ bản của bộ tạo plasma bao gồm: Máy phát RF, hệ ICP-Torch, vòng cảm

ứng và hệ cấp khí.

3) Hệ phân giải phổ khối

Bộ phân giải khối được đặt giữa các thấu kính ion và detector và luôn luôn được duy trì chân không xấp xỉ 10-6 Torr bằng bơm turbo phân tử thứ cấp. Có 4 nguyên lý khác nhau để chế tạo hệ thống phân giải phổ theo số khối đó là:

- Kiểu cung nam châm từ (Magnetic and Electric Sector).

- Kiểu hệ lọc khối trường tứ cực ( Quadrupole).

- Kiểu đo thời gian bay (Time of Flight Measurement).

- Kiểu hệ cộng hưởng Cyclotron (On Cyclotron Resonance System).

Hình 2.4. Kiểu hệ lọc khối trường tứ cực

4) Detector ion

Detector là bộ phận biến dòng ion thành tín hiệu điện. Cũng như bộ phân giải

khối, detector được nghiên cứu phát triển không ngừng nhằm nâng cao độ nhạy và tốc độ v.v... Cho đến nay có một số loại detector được sử dụng để phát hiện ion như sau:

- Detector cốc Faraday (Faraday Cup).

- Detector nhân electron EMD hoặc DEMD (Electron Multiplier and Channel Electron Multiplier detector).

- Detector bản mỏng vi kênh (Microchannel Plate).

- Daly Detector (Scintillation Counter or Photomultiplier).

Hình ảnh thiết bị phân tích ICP-MS được sử dụng để phân tích mẫu tại phòng

PTCLMT – Viện Công Nghệ Môi Trường.

Hình 2.5. Hình ảnh máy ICP – MS (ELAN 9000)

Chia sẻ với bạn bè của bạn:

Page 6

2.4. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu

+ Mẫu sữa bột được lấy tại một số nhà trẻ và nhà dân trên địa bàn Thành phố Hà Nội, mẫu được lấy khoảng 250 – 300g cho vào túi nilon có mép gấp để tránh không khí lọt vào trong.

+ Mẫu sữa nước được mua tại các cửa hàng trên địa bàn Thành phố Hà Nội.

Các mẫu được bảo quản ở nơi khô thoáng, tại phòng phân tích chất lượng môi trường của Viện Công Nghệ Môi Trường.

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Khảo xát và lựa chọn các điều kiện tối ưu trên thiết bị ICP-MS

3.1.1. Chuẩn hóa số khối - Tunning

Bước đầu tiên khi phân tích trên ICP-MS đó là chuẩn hoá số khối (Tunning). Mỗi đồng vị có một số khối nhất định tuy nhiên không thể chuẩn hoá toàn bộ các nguyên tố mà việc chuẩn hoá phải thực hiện theo từng khoảng từ số khối nhỏ tới số khối lớn. Các nguyên tố dùng cho chuẩn hoá số khối gồm có: He(3,016), Mg(23,985), Rh(102,905), Ce(139,905), Pb(207,977), U(238,05) có nồng độ 10 ppb hay (10 ng/mL). Các nguyên tố này có số khối từ nhỏ tới lớn bao phủ được toàn bộ các nguyên tố khác. Sau khi chuẩn hóa số khối ta tiến hành tối ưu các điều kiện phân tích. Hình ảnh chuẩn hoá số khối như trong hình 3.1 sau:

Hình 3.1. Phổ chuẩn hóa số khối của các nguyên tố Ce, Pb, Rh, Mg và U

3.1.2. Tối ưu tốc độ khí mang tạo sol khí

Tốc độ khí mang có ảnh hưởng rất lớn tới hiệu suất tạo sol khí, nếu tốc độ khí nhỏ hiệu quả tạo sol sẽ kém, tuy nhiên nếu tốc độ khí quá lớn sẽ kéo theo một lượng đáng kể oxy, điều này là không mong muốn trong Plasma, việc có mặt oxy sẽ tạo ra một lượng oxit cản trở tới phổ, oxit của nguyên tố này có số khối trùng với số khối của nguyên tố khác. Việc khống chế tốc độ khí mang dựa vào tỉ số CeO/Ce, tốc độ khí mang hợp lí nhất sẽ cho tín hiệu cao nhất nhưng tỉ số CeO/Ce nhỏ hơn 0,03. Sử dụng dung dịch chuẩn Ce 10 ng/mL làm dung dịch để khảo sát. Kết quả khảo sát ở bảng 3.1 và thể hiện trên hình 3.2 cho thấy khi tốc độ khí mang tăng từ 0,3 tới 1,2 lít/phút với khoảng thay đổi 0.025 lít/phút thì tín hiệu của Ce (hạt/giây-cps) tăng dần nhưng tín hiệu của CeO cũng tăng dần. Khi tốc độ khí đạt giá trị 0,50 lít/phút thì tín hiệu Ce không tăng nữa mà giảm khi tốc độ khí tăng. Tuy nhiên, tín hiệu CeO vẫn tăng và tăng nhanh và điều này làm cho tỉ số CeO/Ce tăng nhanh vượt quá tỉ lệ cho phép. Như vậy, tốc độ khí mang phù hợp để có được độ nhạy lớn nhất mà không ảnh hưởng tới việc tạo oxit là: 0.50 lít/phút.

Bảng 3.1. Kết quả khảo sát tốc độ khí sol hóa mẫu

Tốc độ khí (L/phút)	Ce (cps)	CeO (cps)	CeO/Ce
0,3	12532	56	0,004
0,325	15345	90	0,006
0,35	60540	546	0,009
0,375	100264	1203	0,012
0,4	161897	2240	0,014
0,425	243593	3854	0,016
0,45	300240	6005	0,02
0,475	340589	8174	0,024
0,5	364268	10564	0,029
0,525	378920	13262	0,035
0,55	392678	16492	0,042
0,575	364250	19305	0,053
0,6	302481	90744	0,3
0,625	260240	117108	0,45
0,65	202800	141960	0,7

L/phút

cps

Hình 3.2. Tỉ lệ cường độ tín hiệu theo tốc độ khí mang

3.1.3. Khảo sát nguồn năng lượng (ICP)

Năng lượng là yếu tố quyết định trong quá trình nguyên tử hoá hay ion hoá mẫu. Nguồn năng lượng ICP có ưu việt hơn hẳn so với các thiết bị khác. Nhiệt độ trong tâm Plasma có thể đạt từ 6000oC đến 10000oC cao hơn hẳn AAS (3000oC). Trong máy ICP-MS, nguồn năng lượng phụ thuộc vào công suất của máy phát cao tần. Khảo sát công suất của máy phát cao tần RF từ 700 đến 1200 W với thay đổi 25 W một lần cho thấy công suất của máy phát cao tần RF tối ưu là 1000W (Cường độ tín hiệu của Rh cao nhất). Sử dụng dung dịch chuẩn Rh 10 ng/mL làm dung dịch để khảo sát. Kết quả bảng 3.2 cho thấy khi công suất máy phát cao tần tăng thì tín hiệu Rh tăng nhưng đến một ngưỡng mà công suất tiếp tục tăng thì quá trình ion hóa sẽ tạo ra ion 2+ và tín hiệu của ion 1+ sẽ giảm. Vì vậy, mức công suất 1000W là tối ưu nhất.

Bảng 3.2. Kết quả khảo sát công suất máy phát cao tần

Công suất máy phát cao tần (W)	Rh (cps)
725	205628
750	215699
775	222548
800	236589
825	245970
850	253694
875	265400
900	289777
925	320568
950	355698
975	372478
1000	380804
1025	375475
1050	352190
1075	335481
1100	302569
1125	286947
1150	253311
1175	230098

cps

Hình 3.3. Tín hiệu của Rh theo công suất của máy phát cao tần

3.1.4. Khảo sát thế điều khiển thấu kính điện tử - ion

Hệ thấu kính điện tử - ion có tác dụng chọn và hội tụ chùm ion. Ngoài ra, nó còn có tác dụng hạn chế không cho các photon, các điện tử và phần tử trung hoà đi vào buồng phân giải phổ và tác động vào detector. Hoạt động của hệ thấu kính được điều khiển bởi thế đặt vào. Qua khảo sát thế điều khiển tối ưu là 7,2 volt – Cường độ tín hiệu của Rh cao nhất.

Hình 3.4: Tín hiệu Rh phụ thuộc thế thấu kính điện tử -ion

3.1.5. Khảo sát thời gian phân tích mẫu

Trong phân tích ICP-MS sử dụng khí Ar tinh khiết có giá thành cao, công suất của máy phát cao tần lớn vì vậy chi phí vận hành cũng được đặt ra. Trong đó thời gian phân mẫu càng giảm thì sẽ càng giảm được chi phí phân tích.

Mẫu trước hết được bơm bằng bơm nhu động vào hệ sol hóa mẫu rồi vào tâm ngọn lửa plasma sau đó qua hệ thấu kính ion và bộ tách khối rồi được ghi nhận trên nhân quang điện. Thời gian mẫu đi từ ngoài vào đến khi thu nhận được tín hiệu là thời gian phân tích. Mỗi máy thì thời gian phân tích là khác nhau do chiều dài đường đi của mẫu. Kết quả khảo sát trên thiết bị ICP-MS ELAN 9000 của Perkin Elmer thu được như trong bảng 3.3 và được biễu diễn trên hình 3.5, 3.6. Mẫu khảo sát được thay đổi 5 giây/lần với nồng độ Uran 100 ppm và 1 giây/lần với nồng độ Uran 10 ppb, để đảm bảo kết quả có giá trị với mọi mẫu khác nhau.

Bảng 3.3: Kết quả khảo sát thời gian phân tích mẫu

Thời gian (giây)	Tín hiệu U 238 (cps)	Thời gian (giây)	Tín hiệu U 238 (cps)
100 ppm	10 ppb
5	206	1	214
10	215	2	208
15	208	3	212
20	36405	4	37450
25	356895	5	354580
30	3456895597	6	353954
35	3505606592	7	354216
40	3504658501	8	354057
45	3505089494	9	353988
50	3504897622	10	354100

Hình 3.5. Kết quả khảo sát thời gian phân tích với nồng độ nhỏ 10ppb

Hình 3.6. Kết quả khảo sát thời gian phân tích với nồng độ cao 100ppm

Như vậy, ta thấy thời gian phân tích rất quan trọng, nếu ta thu nhận tín hiệu khi mà đồng vị chưa tới bộ nhân quang điện thì tín hiệu sẽ rất nhỏ. Nhưng nếu ta kéo dài quá thì gây lãng phí chi phí phân tích. Thời gian phân tích tối ưu cho tất cả các mẫu với nồng độ cao là 35- 40 giây và với nồng độ thấp là 5 – 7 giây.

3.1.6. Khảo sát thời gian rửa sạch mẫu

Khi phân tích xong một mẫu thì để phân tích mẫu tiếp máy phải được đặt thời gian rửa sạch mẫu. Thời gian này cũng ảnh hưởng tới giá thành giống thời gian phân tích mẫu nên cũng cần tối ưu để giảm thiểu chi phí phân tích và đảm bảo mẫu phân tích trước không gây bẩn cho mẫu phân tích tiếp theo. Thời gian rửa sạch mẫu được khảo sát đối với mẫu hàm lượng cao để áp dụng cho tất cả các mẫu. Hàm lượng mẫu khảo sát rửa sạch với U là 100ppm. Kết quả khảo sát thay đổi 5 giây/lần thu được như trong bảng 3.4 và hình 3.7.

Bảng 3.4. Kết quả khảo sát thời gian rửa sạch mẫu

Thời gian (giây)	Tín hiệu U 238 100ppm (cps)
5	3504262554
10	3503984002
15	3504215947
20	26854620
25	85260
30	12540
35	1054
40	208
45	210
50	215

Hình 3.7. Kết quả khảo sát thời gian rửa sạch mẫu với nồng độ cao 100 ppm

Như vậy, thời gian rửa sạch mẫu cho mẫu có hàm lượng cao như 238U có nồng độ 100ppm là 40- 45 giây. Để đảm bảo kết quả phân tích thì thời gian rửa sạch mẫu được lựa chọn là 45 giây. Trường hợp mẫu phân tích trước có hàm lượng cao hơn 100ppm thì cần xem xét kết quả của mẫu tiếp theo.

Kết luận: Kết quả khảo sát các điều kiện phân tích tối ưu trên thiết

bị ICP-MS được trình bày trong bảng 3.5.

Bảng 3.5. Các điều kiện phân tích tối ưu trên thiết bị ICP-MS

Yếu tố	Giá trị lựa chọn	Yếu tố	Giá trị lựa chọn
Tốc độ khí cho bộ sol hoá mẫu	0,5 L/phút	Tốc độ khí mang Ar	15-20 L/phút
Công suất máy phát cao tần	1000 W	Tốc độ bơm mẫu	2- 3 mL/phút
Thời gian phân tích mẫu	5-7 giây (nồng độ thấp)

40 giây (nồng độ cao)

Thế điều khiển thấu kính điện tử - ion 7,2 V

Page 7

Bảng 3.7. Kết quả khảo sát các loại axit cho quá trình xử lí mẫu hệ kín

Loại sữa	Nguyên tố	Hiệu suất thu hồi (%)
Axit	HNO3	HCl	H3PO4	H2SO4	HNO3&HCl	HNO3&H2O2	HNO3, H2SO4& HF
Sữa bột	Pb	97	83	83	80	93	98	97
Cd	95	85	87	85	94	97	96
Zn	98	88	88	84	96	96	96
Sữa nước	Pb	-	-	-	-	99	98	97
Cd	-	-	-	-	97	98	95
Zn	-	-	-	-	98	99	94

Ghi chú: - Mẫu không tan, không xác định được hiệu suất thu hồi.

Bảng 3.7 chỉ ra phân hủy mẫu sử dụng axit HNO3 hay hỗn hợp HNO3 và HCl hoặc hỗn hợp HNO3 và H2O2 hoặc hỗn hợp HNO3, H2SO4 và HF đều cho hiệu suất thu hồi đối với các đồng vị tốt (từ 93 đến 99 %), trong đó hỗn hợp HNO3 và H2O2 cho hiệu suất thu hồi cao nhất (từ 96% đến 99%). Thực nghiệm quan sát nhận thấy hỗn hợp HNO3 và H2O2 là cho mẫu đồng nhất và ít nguy hiểm hơn.

 Kết luận: Qua kết quả trên cho thấy khi phá mẫu bằng hỗn hợp HNO3 và H2O2 trong lò vi sóng (hệ kín) hay đun trên bếp cách cát (hệ hở) đều cho hiệu suất thu hồi tốt nhất, thực nghiệm cũng cho thấy đây là hỗn hợp phân hủy mẫu nhanh và đồng nhất. Tuy nhiên việc phân hủy mẫu hệ hở đòi hỏi phải mất nhiều thời gian hơn, với những phòng thí nghiệm không có lò vi sóng thì việc phân hủy mẫu hệ hở bằng hỗn hợp HNO3 và H2O2 cũng là phương pháp tốt.

Trong đề tài này chúng tôi đã lựa chọn lò vi sóng và hỗn hợp HNO3 và H2O2 cho việc phân hủy mẫu trong các nghiên cứu tiếp theo.

3.2.2. Nghiên cứu lượng hỗn hợp chất phân hủy mẫu sữa

Sau khi đã chọn được hỗn hợp chất phân hủy mẫu. Đề tài tiến hành khảo sát thể tích hỗn hợp chất phân hủy nhằm tìm ra lượng phù hợp. Các thí nghiệm được tiến hành như sau: Cho 0,2 gam sữa bột hay 10 mL sữa tươi vào các bình phân hủy mẫu của lò vi sóng SW-4 khác nhau, một nửa số mẫu thêm 25 L dung dịch chuẩn (Pb 2 ppm, Cd 1 ppm, Zn 100 ppm), một nửa số mẫu còn lại không thêm chuẩn. Từng cặp mẫu thêm chuẩn và không thêm chuẩn được thêm dần lượng chất phân hủy từ 0,5 mL tới 6 mL và phân hủy trong lò vi sóng. Sau khi phân hủy mẫu được hòa tan và định mức tới 25 ml bằng nước cất và đem phân tích trên thiết bị ICP-MS. Tính toán hiệu suất thu hồi theo công thức.

H = [(Cthêm chuẩng/L– C không thêm chuẩn g/L)x Vmẫu định mức L]/mchuẩn thêm vào (g) x 100 (%)

Bảng 3.8. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng hỗn hợp phân hủy

Loại sữa	Nguyên tố	Hiệu suất thu hồi (%)
Thể tích hỗn hợp phân hủy (mL)	0,5	1	2	3	4	5	6
Nước cất (mL)	5,5	5	4	3	2	1	0
Sữa bột	Pb	-	93	98	97	98	96	96
Cd	-	94	97	95	96	95	97
Zn	-	90	96	95	97	95	97
Sữa tươi	Pb	-	-	-	93	96	98	96
Cd	-	-	-	94	97	96	98
Zn	-	-	-	95	99	97	95

Ghi chú: - Mẫu không tan, không xác định được hiệu suất thu hồi.

Bảng 3.8 chỉ ra 0,5 mL và 2 mL hỗn hợp phân hủy chưa đủ khả năng phân hủy đồng nhất mẫu sữa bột và sữa tươi tương ứng. Từ 1 và 3 mL hỗn hợp phân hủy mẫu sữa bột và sữa tươi đã cho hiệu suất thu hồi đối với các đồng vị tốt (từ 90 đến 99 %). Vì vậy, các nghiên cứu tiếp theo đều sử dụng 2 mL hỗn hợp HNO3 và H2O2 cho việc phân hủy 0,2 gam mẫu sữa bột và 4 mL hỗn hợp HNO3 và H2O2 cho việc phân hủy 10 mL mẫu sữa tươi.

3.2.3. Nghiên cứu nhiệt độ phân hủy mẫu sữa

Sau khi đã chọn được loại và lượng hỗn hợp chất phân hủy mẫu. Đề tài tiến hành khảo sát nhiệt độ phân hủy trong lò vi sóng cho phù hợp. Các thí nghiệm được tiến hành như sau: Lấy 0,2 gam sữa bột hoặc 10 mL sữa tươi vào các bình phân hủy mẫu của lò vi sóng SW-4 khác nhau, một nửa số mẫu thêm 25 L dung dịch chuẩn (Pb 2 ppm, Cd 1 ppm và Zn 100 ppm), một nửa số mẫu còn lại không thêm chuẩn. Từng cặp mẫu thêm chuẩn và không thêm chuẩn được phân hủy trong lò vi sóng với các nhiệt độ khác nhau. Sau khi phân hủy mẫu được hòa tan và định mức tới 25 ml bằng nước cất và đem phân tích trên thiết bị ICP-MS. Tính toán hiệu suất thu hồi theo công thức.

H = [(Cthêm chuẩng/L– C không thêm chuẩn g/L)x Vmẫu định mức L]/mchuẩn thêm vào (g) x 100 (%)
Bảng 3.9. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phân hủy

Loại sữa	Nguyên tố	Hiệu suất thu hồi (%)
Nhiệt độ phân hủy trong lò vi sóng (oC)	60	80	100	120	140	160	180

Sữa bột

Pb Mẫu còn đục 95 96 95

Page 8

Ghi chú: - Mẫu sữa bột phân hủy 0,2 g và định mức 25 mL

- Mẫu sữa tươi phân hủy 10 mL và định mức 25 mL

Bảng 3.10 chỉ ra:

Hàm lượng Pb trong mẫu sữa bột đã phân hủy từ 0,63 đến 2,37 µg/L, trung bình 1,53 µg/L.

Hàm lượng Cd trong mẫu sữa bột đã phân hủy biến động khá lớn từ 0,04 đến 0,50 µg/L, trung bình 0,12 µg/L.

Hàm lượng Zn trong mẫu sữa bột đã phân hủy từ 118 đến 666 µg/L, trung bình 404 µg/L.

Hàm lượng Pb trong mẫu sữa tươi đã phân hủy từ 0,83 đến 1,13 µg/L, trung bình 1,00 µg/L.

Hàm lượng Cd trong mẫu sữa tươi đã phân hủy từ 0,08 đến 0,17 µg/L, trung bình 0,13 µg/L.

Hàm lượng Zn trong mẫu sữa tươi đã phân hủy từ 1100 đến 2240 µg/L, trung bình 1362 µg/L.

Sau khi có số liệu về khoảng nồng độ, đề tài đã thực nghiệm khảo sát lượng thêm đồng vị:

Pha mẫu nước có nồng độ các nguyên tố tương ứng với nồng độ trong mẫu sữa bột và sữa nước sau phân hủy:

Mẫu 1: Nồng độ các nguyên tố như sau: Pb: 1,5 µg/L; Cd: 0,1 µg/L và Zn: 400 µg/L

Mẫu 2: Nồng độ các nguyên tố như sau: Pb: 1,0 µg/L; Cd: 0,1 µg/L và Zn: 1400 µg/L

Thêm lượng đồng vị của các nguyên tố vào mẫu tương ứng với giá trị R (R= lượng đồng vị thêm vào/nồng độ nguyên tố) từ 0,05 đến 20 lần. Với Pb có 4 đồng vị, trong đó 3 đồng vị 206Pb, 207Pb và 208Pb không bị ảnh hưởng và chiếm tỷ lệ lớn nên đều có thể sử dụng cho nghiên cứu. Trong đề tài này tỷ lệ 207Pb/208Pb được nghiên cứu, trong đó 207Pb là đồng vị thêm vào mẫu; đối với Zn thì 64Zn tuy chiếm tỷ lệ lớn (48,63%) nhưng lại bị ảnh hưởng của CaO (Ca thường có mặt trong sữa) nên không được lựa chọn. Hai đồng vị 67Zn và 69Zn có tỷ lệ thấp (4,1% và 0,62%) và bị ảnh hưởng của ClO2 nên không được chọn. Hai đồng vị 66Zn và 68Zn có tỷ lệ tương đối trong tự nhiên (27,9% và 18,75%) và ít bị ảnh hưởng của nền mẫu được lựa chọn trong đó đồng vị 68Zn (chiếm 18,75%) làm đồng vị thêm vào mẫu; Đối với Cd, có 6 đồng vị 110Cd, 111Cd, 112Cd, 113Cd, 114Cd và 116Cd đều có thể khảo sát. Tuy nhiên, tỷ lệ 110Cd/114Cd hoặc 111Cd/114Cd hay được lựa chọn. Trong đề tài này, tỷ lệ 110Cd/114Cd được sử dụng. Kết quả nghiên cứu được thể hiện trong bảng 3.11 như sau:

Bảng 3.11. Kết quả khảo sát lượng đồng vị

Mẫu sữa bột

	R	-	0,05	0,1	0,25	0,5	1	2	4	5	10	20
Pb	Đồng vị giàu 207Pb (µg/L)	0.000	0.075	0.15	0.375	0.75	1.50	3.00	6.00	7.50	15.00	30.00
tỷ lệ 207Pb/208Pb	0.422	0.492	0.595	0.876	1.348	2.330	4.316	8.373	10.466	21.626	59.142
Pb (µg/L)		2.050	1.650	1.575	1.547	1.502	1.470	1.442	1.425	1.350	0.975
Độ chính xác (%)		137	110	105	103	100	98	96	95	90	65
Cd	Đồng vị giàu 110Cd (µg/L)	0.000	0.005	0.01	0.025	0.05	0.1	0.2	0.4	0.5	1	2
tỷ lệ 110Cd/114Cd	0.429	0.569	0.763	1.288	2.158	3.915	7.466	14.642	18.376	37.463	99.883
Cd (µg/L)		0.124	0.104	0.101	0.100	0.099	0.098	0.097	0.096	0.094	0.070
Độ chính xác (%)		124	104	101	100	99	98	97	96	94	70
Zn	Đồng vị giàu 68Zn (µg/L)	0.000	20	40	100	200	400	800	1600	2000	4000	8000
tỷ lệ 68Zn/66Zn	0.667	0.803	0.990	1.524	2.410	4.255	8.060	15.762	19.535	41.400	110.954
Zn (µg/L)		528.8	445.3	419.5	412.6	400.8	389.1	381.1	381.1	353.1	260.8
Độ chính xác (%)		132	111	105	103	100	97	95	95	88	65

Mẫu sữa nước

	R	-	0,05	0,1	0,25	0,5	1	2	4	5	10	20
Pb	Đồng vị giàu 207Pb (µg/L)	0.000	0.075	0.15	0.375	0.75	1.50	3.00	6.00	7.50	15.00	30.00
tỷ lệ 207Pb/208Pb	0.422	0.528	0.682	1.103	1.811	3.284	6.324	12.349	15.488	32.228	88.502
Pb (µg/L)		1.35	1.10	1.05	1.03	1.00	0.97	0.96	0.95	0.90	0.65
Độ chính xác (%)		135	110	105	103	100	97	96	95	90	65
Cd	Đồng vị giàu 110Cd (µg/L)	0.000	0.005	0.01	0.025	0.05	0.1	0.2	0.4	0.5	1	2
tỷ lệ 110Cd/114Cd	0.429	0.569	0.763	1.288	2.158	3.915	7.466	14.642	18.376	37.463	99.883
Cd (µg/L)		0.124	0.104	0.101	0.100	0.099	0.098	0.097	0.096	0.094	0.070
Độ chính xác (%)		124	104	101	100	99	98	97	96	94	70
Zn	Đồng vị giàu 68Zn (µg/L)	0.000	20	40	100	200	400	800	1600	2000	4000	8000
tỷ lệ 68Zn/66Zn	0.667	0.708	0.761	0.912	1.163	1.694	2.782	4.982	6.117	12.441	32.180
Zn (µg/L)		1890	1582	1484	1456	1400	1358	1330	1316	1218	910
Độ chính xác (%)		135	113	106	104	100	97	95	94	87	65

Nhận xét: Kết quả bảng 3.11 chỉ ra rằng, hàm lượng đồng vị thêm vào khoảng từ 0,25 đến 4 lần mẫu thực thì kết quả đo được đạt 95 đến 106 phần trăm so với kết quả trong mẫu thực. Nếu việc thêm chuẩn lớn quá hoặc nhỏ quá thì kết quả tìm được không còn chính xác.

3.4. Đánh giá sự ảnh hưởng của các ion kim loại khác trong nền mẫu đến quá trình xác định Pb, Cd và Zn

Để đánh giá ảnh hưởng của các thành phần trong nền mẫu thì cần biết các thành phần chính trong mẫu cần phân tích. Trước tiên các mẫu sữa bột và sữa nước được phân tích trên ICP-MS thông thường. Kết quả phân tích các thành phần ảnh hưởng chính đến các nguyên tố khảo sát trong 8 mẫu sữa bột và 6 mẫu sữa tươi tiệt trùng và bổ sung vi lượng như bảng 3.12.

Bảng 3.12. Kết quả phân tích các thành phần ảnh hưởng của nền mẫu

Loại sữa	Nguyên tố	Nồng độ (mg/L)
Mẫu sữa	1	2	3	4	5	6	7	8
Sữa bột	Ce	0,0001	0,0003	0,0002	0,0017	0,0005	0,0006	0,0005	0,0010
Pd	0,0009	0,0004	0,0005	0,0005	0,0004	0,0002	0,0001	0,0002
Sr	0,0240	0,0044	0,0251	0,0202	0,0144	0,0170	0,0184	0,0255
Ba	0,0058	0,0969	0,0074	0,0249	0,0219	0,0073	0,0085	0,0169
Mo	0,0026	0,0014	0,0014	0,0012	0,0028	0,0013	0,0014	0,0054
Sn	0,0036	0,0017	0,0144	0,0584	0,0254	0,0186	0,0096	0,0233
Mg	3,79	0,74	3,11	2,55	7,42	5,15	3,49	7,19
Na	17,20	22,30	14,90	9,87	16,00	14,70	12,10	16,10
Ca	47,20	1,36	39,30	29,80	33,60	47,60	41,20	36,00
Ti	0,0059	0,0103	0,0098	0,0269	0,0158	0,0113	0,0128	0,0226
Ni	0,0026	0,0034	0,0026	0,0050	0,0030	0,0098	0,0025	0,0063
W	0,0004	0,0003	0,0003	0,0007	0,0004	0,0004	0,0003	0,0005
Sữa nước	Ce	0,0012	0,0001	0,0001	0,0010	0,0002	0,0002
Pd	0,0007	0,0006	0,0007	0,0005	0,0005	0,0005
Sr	0,1110	0,1130	0,1210	0,2300	0,1440	0,1100
Ba	0,0227	0,0684	0,0469	0,0521	0,0348	0,1220
Mo	0,0133	0,0122	0,0265	0,0147	0,0132	0,0137
Sn	0,0028	0,0029	0,0033	0,0040	0,0097	0,0052
Mg	22,40	20,40	17,20	24,50	15,20	27,20
Na	1200	1150	1100	1260	1140	1100
Ca	325	318	280	333	310	302
Ti	0,0159	0,0117	0,0120	0,0299	0,0156	0,0181
Ni	0,0158	0,0166	0,0167	0,0182	0,0165	0,0165
W	0,0003	0,0002	0,0003	0,0002	0,0003	0,0004

Chia sẻ với bạn bè của bạn:

Page 9

Ghi chú: - Mẫu sữa bột phân hủy 0,2 g và định mức 25 mL

- Mẫu sữa tươi phân hủy 10 mL và định mức 25 mL

Bảng 3.12 chỉ ra: Thành phần chính của sữa bột có các nguyên tố với hàm lượng đáng kể là Ca, Mg, Na, Sr. Thành phần chính của sữa nước có các nguyên tố với hàm lượng đáng kể là Ca, Mg, Na, Ba, Sr

Sau khi có số liệu về các thành phần chính có khả năng ảnh hưởng đến phép xác định Pb, Cd và Zn chúng tôi tiến hành thí nghiệm sau: Không thêm và thêm lần lượt các mức 0,5mL, 2mL, 3mL và 4mL dung dịch ảnh hưởng chứa Na 10000ppm, Ca 3000ppm, Mg 200ppm, Sr 2ppm, Ba và Zr 1ppm; Sn 0,5ppm, Mo 0,3ppm, Ni và Ti 0,2ppm; Ce 0,1ppm; Pd, Th và W 0,05ppm vào 5mL dung dịch chuẩn hỗn hợp Pb 0,012ppm; Cd 0,002ppm và Zn 0,4ppm. Thể tích định mức cuối cùng là 10mL và thêm vào đó 10µL dung dịch chẩn hỗn hợp đồng vị 207Pb 2ppm, 110Cd 1ppm và 68Zn 100ppm sau đó đem đo trên thiết bị ICP-MS, kết quả được trình bày trong bảng 3.13, bảng 3.14 và ở hình 3.8 sau đây:

Bảng 3.13. Nồng độ các ion ảnh hưởng

Nồng độ các ion kim loại ảnh hưởng	Nộng các ion anh hưởng tăng (lần)
0	0.5	2	3	4
Na+ (ppm)	0	500	2000	3000	4000
Ca2+ (ppm)	0	150	600	900	1200
Mg2+ (ppm)	0	10	40	60	80
Sr2+ (ppm)	0	0,1	0,4	0,6	0,8
Ba2+ (ppm)	0	0,05	0,2	0,3	0,4
Zr2+ (ppm)	0	0,05	0,2	0,3	0,4
Sn2+ (ppm)	0	0,025	0,1	1,5	2,0
Mo2+ (ppm)	0	0,015	0,06	0,09	1,2
Ti2+ (ppm)	0	0,01	0,04	0,06	0,08
Ni2+ (ppm)	0	0,01	0,04	0,06	0,08
Ce2+ (ppm)	0	0,005	0,02	0,03	0,04
Pd2+ (ppm)	0	0,0025	0,01	0,015	0,02
Th2+ (ppm)	0	0,0025	0,01	0,015	0,02
W2+ (ppm)	0	0,0025	0,01	0,015	0,02

Bảng 3.14. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của các ion kim loại trong nền mẫu

Nồng độ các ion ảnh hưởng tăng (Lần)	Nồng độ (ppb)
Pb	Cd	Zn
0	5,68	1,17	210,66
0,5	5,71	1,21	208,72
2	6,08	1,01	196,83
3	6,09	1,03	211,75
4	7,18	0,998	211,25

a) Ảnh hưởng của các ion kim loại đến b) Ảnh hưởng của các ion kim loại đến

nồng độ của Pb nồng độ của Cd

c) Ảnh hưởng của các ion kim loại đến nồng độ của Zn

Hình 3.8. Ảnh hưởng của các ion kim loại đến nồng độ của Pb (a), Cd (b) và Zn (c)

Từ bảng 3.14 và hình 3.8 cho thấy, khi nồng độ các ion kim loại tăng thì hàm lượng của Pb, Cd và Zn cũng có sự thay đổi. Trong đó sự thay đổi hàm lượng của Zn là lớn hơn cả, nhưng với hàm lượng Zn cỡ 200 ppb thì sự thay đổi này là không đáng kể. Hơn nữa, trong mẫu thực thì hàm lượng của các ion kim loại trong mẫu nhỏ hơn hàm lượng mà chúng tôi đã khảo sát rất nhiều nên có thể khẳng định rằng các ion kim loại trong nền mẫu không gây ảnh hưởng đáng kể đến việc xác định hàm lượng của Pb, Cd và Zn.

3.5. Đánh giá phương pháp phân tích

3.5.1. Khoảng tuyến tính và đường chuẩn

Phương pháp pha loãng đồng vị có ưu điểm là không phải xây dựng đường chuẩn (khoảng 5 đến 7 điểm chuẩn) mà thêm vào mẫu cần phân tích một hàm lượng chất đồng vị của nguyên tố đó đã được biết trước, sau đó xác định mẫu cho thêm chất đồng vị. Kết quả sẽ được tính toán theo công thức toán học:

* Với nguyên tố Pb: Trong tự nhiên Pb có 4 đồng vị là 204Pb (1,42%); 206Pb (24,14%); 207Pb (22,08%) và 208Pb (52,34%). Trong một mẫu bất kỳ, tỷ lệ đồng vị 207Pb/208Pb được xác định trên ICP-MS là 0,422, khi ta thêm một lượng đồng vị 207Pb là b vào mẫu này thì tỷ lệ 207Pb/208Pb được xác định trên ICP-MS là c. Từ đó ta có thể xác định được hàm lượng Pb theo công thức sau:

207Pb/208Pb = 0,422 (1)

(207Pb + b)/208Pb = c (2)

Từ (1) và (2) ta có: 207Pb/208Pb + b/208Pb = c (3)

Từ (1) và (3) ta có: 0,422 + b/208Pb = c (4)

Trong phương trình (4) thì: b, c là các giá trị đã biết từ đó xác định được hàm lượng đồng vị 208Pb và tính được hàm lượng Pb trong mẫu là:

* Với nguyên tố Cd:

- Tỉ lệ đồng vị trong tự nhiên của 110Cd là 12,39%

- Tỉ lệ đồng vị trong tự nhiên của 114Cd là 28,86%

Ta có: 110Cd/114Cd = 0,429 (5).

Khi thêm một lượng đồng vị 110Cd là x vào mẫu thì tỉ lệ (110Cd +x)/114Cd = y (6).

Từ (5) và (6) có: 0,429 + x/114Cd = y (7).

Từ (7) xác định được hàm lượng đồng vị 114Cd và tính được hàm lượng của Cd trong mẫu là:

* Vơi nguyên tố Zn:

- Tỉ lệ đồng vị trong tự nhiên của 66Zn là 27,81%

- Tỉ lệ đồng vị trong tự nhiên của 68Zn là 18,56%

Ta có: 68Zn/66Zn = 0,667 (8).

Khi thêm một lượng đồng vị 68Zn là u vào mẫu thì tỉ lệ (68Zn+u)/66Zn = v (9).

Từ (8) và (9) có: 0,6674 + u/66Zn = v (10).

Từ (10) xác định được hàm lượng đồng vị 66Zn và tính được hàm lượng của Zn trong mẫu là:

3.5.2. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng

Giới hạn phát hiện (LOD) hay giới hạn định tính được định nghĩa là nồng độ nhỏ nhất của chất phân tích mà thiết bị phân tích còn cho tín hiệu phân tích khác với tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu nền.

Giới hạn định lượng (LOQ) là nồng độ nhỏ nhất mà thiết bị đo cho phép định lượng được với độ chính xác trên 95%.

Đối với hệ thống ICP-MS, LOD và LOQ có thể được tính theo các công thức:

LOD =

(1) LOQ =

(2)

Trong đó:

S: độ lệch chuẩn mẫu trắng

CSTD: Nồng độ mẫu chuẩn

Istd: Tín hiệu trung bình của mẫu chuẩn (số đếm/giây, cps)

Iblack: Tín hiệu trung bình của mẫu trắng (số đếm/giây, cps)

Như vậy để xác định LOD và LOQ của phép đo, ta tiến hành đo lặp lại mẫu trắng 10 lần rồi tính độ lệch chuẩn theo công thức:

S2 =

(3)

Trong đó:

Ii: Tín hiệu mẫu trắng đo được ở lần thứ i

Iblank: Giá trị trung bình tín hiệu mẫu trắng của n lần đo lặp

n: Số lần đo lặp

Để xác định giới hạn phát hiện của phương pháp đối với kim loại chì, cadimi và kẽm chúng tôi pha các dung dịch chuẩn có nồng độ Pb 0,2 ppb, Cd 0,1 ppb và Zn 5,0 ppb từ dung dịch chuẩn gốc Pb 1000 ppm, Cd 1000 ppm và Zn 1000 ppm. Tiến hành đo lặp 07 lần trên thiết bị ICP-MS cùng với 07 mẫu trắng thu được các tín hiệu cường độ (cps). Tính số đếm trung bình rồi thay số liệu vào các công thức (1), (2), (3) ta tính được các giá trị LOD và LOQ. Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.9:

Bảng 3.9. Kết quả xác định LOD và LOQ của Pb, Cd và Zn

Nguyên tố	Nồng độ chuẩn (ppb)	Tín hiệu mẫu trắng Iblank (cps)	Tín hiệu mẫu chuẩn Istand (cps)	Độ lệch chuẩn (S) STDEV	LOD (ppt)	LOQ (ppt)
Pb	0,2	64,43	2011,71	2,44	0,75	2,5
Cd	0,1	11,71	285,71	1,80	1,97	6,6
Zn	5,0	97,71	11418,28	14,50	19,0	64,0

Kết quả tính toán cho thấy giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) của phép đo ICP-MS đối các nguyên tố rất nhỏ (cỡ 10-12g/ml). Như vậy phương pháp này hoàn toàn phù hợp cho việc phân tích lượng vết và siêu vết.

3.5.3. Đánh giá hiệu suất thu hồi và độ lập lại của phương pháp

Nhằm đánh giá độ đúng và độ chính xác của quy trình phân tích, chúng tôi tiến hành khảo sát hiệu suất thu hồi và độ lặp lại của phương pháp.

Hiệu suất thu hồi và độ lập lại của phương pháp được thực hiện bằng cách thêm 25L dung dịch chuẩn hỗn hợp Pb 5,0 ppm, Cd 0,5 ppm và Zn 100 ppm vào nền mẫu sữa Physiolac (Sd16) rồi tiến hành sử lý mẫu bằng hỗn hợp axit HNO3 đặc và H2O2 trong lò vi sóng, thể tích định mức cuối cùng là 25 mL, sau đó đo lập 07 lần bằng phương pháp pha loãng đồng vị trên ICP-MS.

- Hiệu suất thu hồi được tính theo công thức sau:

H(%)= 100%(Ccó thêm chuẩn - Cnền)/Cchuẩn được thêm vào [20]

- Độ lập lại được đánh giá thông qua độ lệch chuẩn tương đối theo công thức sau:

[20]

Với: S: độ lệch chuẩn

Ci: hàm lượng chất phân tích quan sát được của lần phân tích thứ i

: hàm lượng trung bình chất phân tích quan sát sau n lần lặp lại

Nếu RSD càng nhỏ thì phương pháp có độ lặp lại càng tốt.

Kết quả khảo sát được tóm tắt trong bảng 3.16 và bảng 3.17 như sau:

Bảng 3.16. Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi của phương pháp

Mẫu thử	Số lần lập lại	Nguyên tố	Nồng độ thêm vào (ppb)	Nồng độ trong mẫu thực (ppb)	Nồng độ xác định được (ppb)	Hiệu suất thu hồi H (%)
Sd16	07	Pb	5,0	4,90	9,21	86,2
Cd	0,5	0,4	0,92	104
Zn	100	901,43	996,14	94,7

Bảng 3.17. Kết quả đánh giá độ lập lại của phương pháp

Nguyên tố	Nồng độ (ppb)	Độ lệch chuẩn (S)	Độ lệch chuẩn tương đối RSD (%)
C1	C2	C3	C4	C5	C6	C7
Pb	4,9	4.8	4,9	5,0	5,0	4,8	4,9	4,9	0,082	1,67
Cd	0,41	0,41	0,40	0,39	0,40	0,41	0,40	0,40	0,0075	1,87
Zn	881,00	923,58	915,8	887,31	886,21	908,71	907,77	901,43	6,852	0,76

Như vậy, bảng 3.16 và 3.17 cho thấy hiệu suất thu hồi của phương pháp là cao (86-104%) ứng với mức nồng độ từ 0,5 đến 100μg/L, độ lặp lại tốt (RSD < 5%). Phương pháp có độ đúng và độ chính xác cao.

Kết luận: Các kết quả khảo sát đã chỉ ra rằng, phương pháp pha loãng đồng vị trên thiết bị đo ICP-MS có giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng rất nhỏ, khoảng tuyến tính rộng và độ ổn định cao. Vì thế phương pháp pha loãng đồng vị trên thiết bị ICP-MS (ID – ICP - MS) là một phương pháp rất tốt để phân tích, xác định hàm lượng vết và siêu vết các kim loại nặng trong mẫu sữa.

3.6. So sánh các kết quả phân tích mẫu chuẩn và mẫu thực giữa ba kỹ thuật

Chuẩn bị 07 mẫu chuẩn có nồng độ như nhau: Mẫu chuẩn có nồng độ các nguyên tố như sau: 0,002 mg/L Pb; 0,001 mg/L Cd và 0,005 mg/L Zn.

Bảng 3.18. Kết quả phân tích mẫu chuẩn so sánh giữa 3 kỹ thuật

Phương pháp phân tích	Nguyên tố	Nồng độ chuẩn (ppb)	Nồng độ xác định được (ppb)	Sai số tương đối (%)	Độ lệch chuẩn tương đối RSD (%)
ID -ICP-MS	Pb	2,0	1,94	- 3,0	0,19
Cd	1,0	0,98	- 2,0	0,21
Zn	5,0	5,2	+ 4,0	0,24
ICP-MS	Pb	2,0	2,12	+ 6,0	3,3
Cd	1,0	0,95	- 5,0	3,6
Zn	5,0	5,6	+12,0	5,8
GF-AAS	Pb	2,0	2,5	+ 25,0	6,3
Cd	1,0	0,92	- 8,0	5,8
Zn	5,0	6,7	+ 34,0	7,3

Chia sẻ với bạn bè của bạn:

Page 10

 Nhận xét:

Bảng kết quả cho thấy; kỹ thuật pha loãng đồng vị ID-ICP-MS có độ chính xác và độ lặp lại tốt hơn khi phân tích mẫu chuẩn.

Chuẩn bị 01 mẫu thực phân hủy và phân tích lặp lại 07 lần trên 3 kỹ thuật phân tích trên: Kết quả phân tích lặp lại như sau:

Bảng 3.19. Kết quả phân tích mẫu thực giữa 3 kỹ thuật

Kim loại	Kỹ thuật ID-ICP-MS	Kỹ thuật ICP-MS	Kỹ thuật GF-AAS
RSD (%)	RSD (%)	RSD (%)
Pb	0,75	4,2	16,9
Cd	0,63	5,3	9,5
Zn	1,83	7,9	17,9

 Nhận xét:

Bảng kết quả cho thấy, kỹ thuật pha loãng đồng vị ID-ICP-MS có độ lặp lại tốt hơn khi phân tích mẫu thực.

3.7. Phân tích mẫu chuẩn được công nhận

Để đánh giá phương pháp, mẫu chuẩn được công nhận ERM-BD151 đã được phân tích và thu được kết quả như sau:

Bảng 3.20. Kết quả phân tích mẫu chuẩn được công nhận

Kim loại	Kết quả phân tích (ID-ICP-MS)	Giá trị được công nhận(ERM-BD151)
mg/Kg	mg/Kg
Pb	0,210	0,207±0,014
Cd	0,109	0,106±0,013
Zn	45,63	44,9±2,3

Bảng 3.20 cho thấy, kết quả phân tích được nằm trong giới hạn cho phép. Như vậy, kỹ thuật đo pha loãng đồng vị ICP-MS đảm bảo cho kết quả tốt với mẫu chuẩn được công nhận.

3.8. Quy trình phân tích mẫu thực tế.

Quy trình sử lý và phân tích mẫu sữa bột, sữa nước được thực hiện theo sở đồ dưới đây:

Chuẩn bị thiết bị

Chuẩn bị mẫu

Chuẩn bị thiết bị

Hình 3.9. Sơ đồ quy trình sử lý, phân tích mẫu sữa bột và sữa nước

3.9. Kết quả phân tích mẫu thực tế

Chúng tôi sử dụng quy trình phá mẫu đã chọn ở trên để phân tích đồng thời các kim loại nặng Pb, Cd và Zn trong các mẫu sữa. Kết quả được quy về mg kim loại/kg mẫu đối với mẫu sữa bột và mg kim loại/L dung dịch mẫu đối với mẫu sữa nước. Sau đây là kết quả phân tích 20 mẫu sữa bột và 09 mẫu sữa nước:

Bảng 3.21. Kết quả phân tích hàm lượng các kim loại nặng trong mẫu sữa bột

Mẫu	STT	KHM	Nồng độ các kim loại (mg/Kg)
Pb	Cd	Zn
Sữa bột	1	Sd1	0,16	0,105	32,36
2	Sd2	0,15	0,012	30,91
3	Sd3	0,20	0,010	28,16
4	Sd4a	0,12	0,0064	32,16
5	Sd4b	0,074	0,0033	28,63
6	Sd5a	0,23	0,0094	37,92
7	Sd5b	0,11	0,0071	36,65
8	Sd6	0,17	0,0062	31,99
9	Sd7	0,20	0,0093	24,88
10	Sd8	0,21	0,0035	30,61
11	Sd9	0,33	0,015	68,69
12	Sd10	0,15	0,0071	32,74
13	Sd11	0,15	0,011	39,87
14	Sd12	0,17	0,014	41,41
15	Sd13	0,23	0,014	40,54
16	Sd14	0,12	0,057	14,55
17	Sd15	0,13	0,051	28,78
18	Sd16	0,15	0,052	25,94
19	Sd17	0,13	0,055	57,29
20	Sd18	0,12	0,056	37,48
Trung bình	0,165	0,025	35,08

(Trong đó các mẫu Sd4a, Sd4b, Sd5a và Sd5b là cùng một loại sữa nhưng lấy ở các địa điểm khác nhau trên địa bàn TP Hà Nội)

Bảng 3.22. Kết quả phân tích hàm lượng các kim loại nặng trong mẫu sữa nước

Mẫu	STT	KHM	Nồng độ các kim loại (mg/L)
Pb	Cd	Zn
Sữa nước	1	Sf1	0,020	0,002	5,79
2	Sf2	0,012	0,002	7,60
3	Sf3	0,033	0,014	4,51
4	Sf4	0,014	0,0017	7,69
5	Sf5	0,016	0,0018	2,98
6	Sf6	0,016	0,0013	2,57
7	Sf7	0,018	0,0014	6,87
8	Sf8	0,018	0,0047	5,18
9	Sf9	0,0092	0,0026	2,30
Trung bình	0,017	0,0035	5,05

Theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc Gia đối với giới hạn ô nhiễm kim loại nặng trong

sữa và các sản phẩm từ sữa như sau: Với Pb là 0.02 mg/kg (mg/L), Cd là 1,0 mg/kg (mg/L) (QCVN 8-2:2011 BYT). So sánh giữa kết quả phân tích mẫu thu được ở bảng 3.21, bảng 3.22 và quy định của Bộ Y Tế ta thấy, trong các mẫu sữa bột và một mẫu sữa nước có hàm lượng Pb vượt quá giới hạn cho phép, còn lại hàm lượng Cd trong các mẫu sữa đều nhỏ hơn giới hạn cho phép và hàm lượng Zn trong các mẫu sữa hầu hết đều phù hợp với hàm lượng được nghi trên bao bì của nhà sản xuất. Hàm lượng kim loại Pb vượt mức cho phép được chỉ ra trong bảng dưới đây.

Bảng 3.23. Danh sách các mẫu có hàm lượng Pb vượt quy định

STT	Mẫu	Kim loại	Nồng độ trong mẫu (mg/kg hoặc mg/L)	Số lần vượt quá giới hạn cho phép
1	Sd1	Pb	0,16	8
2	Sd2	Pb	0,15	7,5
3	Sd3	Pb	0,20	10
4	Sd4a	Pb	0,12	6
5	Sd4b	Pb	0,074	3,7
6	Sd5a	Pb	0,23	11,5
7	Sd5b	Pb	0,11	5,5
8	Sd6	Pb	0,17	8,5
9	Sd7	Pb	0,20	10
10	Sd8	Pb	0,21	10,5
11	Sd9	Pb	0,33	16,5
12	Sd10	Pb	0,15	7,5
13	Sd11	Pb	0,15	7,5
14	Sd12	Pb	0,17	8,5
15	Sd13	Pb	0,23	11,5
16	Sd14	Pb	0,12	6
17	Sd15	Pb	0,13	6,5
18	Sd16	Pb	0,15	7,5
19	Sd17	Pb	0,13	6,5
20	Sd18	Pb	0,12	6
21	Sf3	Pb	0,03	1,5
Trung bình	Pb	0,158	7,9

Kết luận: Qua khảo sát một số mẫu sữa bột và sữa nước được lấy trên địa bàn

TP Hà Nội ta thấy có một số mẫu có hàm lượng Pb vượt quá quy định cho phép của Bộ Y tế, theo bảng 3.23 thì mẫu cao nhất vượt quá quy định 16,5 lần và mẫu thấp nhất cũng vượt quá quy định 1,5 lần và trung bình vướt quá quy định 7,9 lần. Tuy nhiên cũng không thể kết luận là tất cả những mẫu sữa loại đó đều có hàm lượng kim loại Pb vượt quy định. Nhưng qua đây cũng thấy trên thị trường đã có một số loại sữa bị nhiễm kim loại nặng ở những mức độ khác nhau. Muốn có kết quả chính xác về mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong thực phẩm sữa cần phải tiến hành điều tra, nghiên cứu trên diện rộng với nhiều loại sữa, nhiều nguồn xuất sứ, ở các vùng miền khác nhau. Đồng thời nghiên cứu quá trình nhiễm kim loại nặng vào thực phẩm (sữa) để có biện pháp phòng ngừa và kiểm soát.

Chương 4: KẾT LUẬN

Quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài, chúng tôi đã thu được những kết quả chính như sau:

1. Đã khảo sát các điều kiện tối ưu cho quá trình phân tích các nguyên tố chì, cadimi, kẽm theo phương pháp pha loãng đồng vị trên thiết bị ICP-MS như tìm được tốc độ khí cho bộ sol hoá mẫu 0,5 l/phút, công suất máy phát cao tần 1000 W, thời gian lấy tín hiệu là 40 giây, thời gian rửa sạch mẫu là 45 giây, tốc độ khí mang Ar 15-20 l/phút, tốc độ bơm mẫu 2- 3 ml/phút, thế điều khiển thấu kính điện tử - ion 7,2V tương ứng với cường độ tín hiệu của Rh cao nhất.

2. Đã nghiên cứu khảo sát các phương pháp xử lý mẫu sữa hệ hở và hệ kín với các loại axit HNO3, HCl, H3PO4, H2SO4, hỗn hợp HNO3 và HCl (tỷ lệ 1:3), hỗn hợp HNO3 và H2O2 (tỷ lệ 4:1), hỗn hợp HNO3, H2SO4 và HF (tỷ lệ 4:1:1). Trong đó phương pháp xử lý mẫu bằng hỗn hợp HNO3 đặc và H2O2 30% trong lò vi sóng được lựa chọn, phù hợp với trang thiết bị hiện có và cho hiệu suất thu hồi cao (mẫu sữa bôt: 96%-99%, mẫu sữa nước: 98%-99%), độ lặp lại tốt.

3. Trên cơ sở lựa chọn phương pháp xử lý mẫu sữa thích hợp, đề tài đã tiến hành nghiên cứu khảo sát lượng đồng vị thêm vào và tìm ra lượng đồng vị thêm vào phù hợp trong khoảng 0,25 tới 4 lần giá trị thực. Đề tài cũng khảo sát sự ảnh hưởng của các ion kim loại đi kèm (Na, Ca, Mg, Sr, Ba, Zr, Sn, Mo, Ni, Ti, Ce, Pd, Th, W). Kết quả cho thấy ở khoảng nồng độ được lựa chọn để khảo sát không có sự ảnh hưởng đáng kể của các ion kim loại này đến việc xác định hàm lượng chì, cadimi, kẽm trong sữa.

4. Đã xây dựng được quy trình phân tích, xác định đồng thời lượng vết các kim loại nặng Pb, Cd và Zn trong mẫu sữa theo phương pháp ID-ICP-MS, phù hợp với trang thiết bị hiện có của phòng thí nghiệm và cho kết quả có độ chính xác cao.

5. Đã áp dụng các điều kiện và phương pháp nghiên cứu vào phân tích 20 mẫu sữa bột và 9 mẫu sữa nước. Kết quả phân tích cho thấy Pb là kim loại đã bị nhiễm ở nhiều mẫu sữa bột và một mẫu sữa nước, hàm lượng Cd đều nhỏ hơn giới hạn cho phép, hàm lượng Zn hầu hết phù hợp với hàm lượng được nghi trên bao bì của nhà sản xuất và không vượt tiêu chuẩn cho phép.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Lê Lan Anh, Vũ Đức Lợi, Ngô Thị Bích Hà...(2000), “Nghiên cứu xác định hàm lượng Hg, Pb trong nước tiểu và máu”, Tạp chí phân tích Hoá, Lý và Sinh học, Tập 5, số 2.

2. Bộ Y tế 2011 “Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia đối với giới hạn ô nhiễm kim loại nặng trong thực phẩm”, QCVN 8-2:2011/BYT

3. Trần Thúc Bình, Trần Tứ Hiếu, Phạm Luận(1996), "Xác định trắc quang Cu, Zn, Mn, Ni trong cùng hỗn hợp bằng Pyridin-azo-naphtol (PAN)", Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học, Tập 1, số 3+4, trang 24-25.

4. Vũ Đăng Độ (1993), Hóa sinh vô cơ, Khoa Hóa - Bộ môn Hóa vô cơ - Đại học tổng hợp Hà Nội.

5. Trần Tứ Hiếu, Lê Hồng Minh, Nguyễn Viết Thức (2008),“Xác định lượng vết kim loại nặng trong các loài trai ốc Hồ Tây – Hà Nội bằng phương pháp ICP – MS”. Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học, Tập 13, số 2, trang 111 -115.

6. Kỷ hiếu Hội nghị khoa học toàn quốc – Hội Y tế công cộng Việt Nam lần thứ 7, 2011.

7. Hội nghị toàn quốc thường niên Hội YTCC Việt Nam lần thứ 10 (11/2014)

8. Lê Đức Liêm (2001), “Chì và tác hại của Chì”, Tạp chí Công nghiệp Số 6,Trang 27-29.

9. Phạm Hải Long, Vũ Văn tú, Nguyễn Thị Huệ (2012), “Xác định chì trong nước uống bằng phương pháp pha loang đồng vị sử dụng thiết bị ICP-MS”, Tạp chí khoa hoc và công nghệ 50 (2B), trang 278-285

10. Phạm Luận và cộng sự (1995), Xác định các kim loại trong mẫu nước ngọt bằng phép đo phổ phát xạ nguyên tử, ĐHTH Hà nội.

11. Phạm Luận (1998), “Cơ sở lý thuyết của phương pháp phân tích phổ khối lượng nguyên tử - phép đo ICP-MS.”

12. Phạm Luận (2004), “Giáo trình những vấn đề cơ sở của các kỹ thuật xử lý mẫu phân tích”- Phần 1: những vấn đề cơ sở lý thuyết

13. Từ Văn Mạc, Trần Thị Sáu (1999), “Xác định lượng vết kim loại trong bia bằng phương pháp cực phổ”, Tạp chí phân tích Hoá, Lý và Sinh học, Tập 3, số 4.

14. Lê Văn Việt Mẫn (2004), Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa và thức uống, tập 1, NXB Đại học Quốc Gia TP HCM

15. Nguyễn Thị Nga (2012), “Xác định kim loại nặng trong thực phẩm bằng phương pháp phổ khối lượng cao tần cảm ứng plasma (ICP-MS)”, Luận văn thạc sỹ khoa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên –Đại học Quốc gia Hà Nội.

16. Hoàng Nhâm (2000), Hóa học vô cơ, tập 3, NXB Giáo dục

17. Lê Ngọc Tú (2006), Độc tố học và an toàn thực phẩm, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà nội.

18. TS. Lâm Xuân Thanh (2003), Giáo trình Công nghệ chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa. NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội.

19. Trịnh Thị Thanh (2001), Độc học môi trường và sức khỏe con người, Trường ĐH quốc gia Hà Nội.

20. Tạ Thị Thảo (2010), Giáo trình thống kê trong hóa phân tích, Khoa Hóa- trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên-Đại Học Quốc Gia Hà Nội.

21. Nguyễn Đức Vận (1999), Hóa học vô cơ, tập 2: Các kim loại điển hình, NXB khoa học và kĩ thuật.

22. R.A. Liđin, V.A. Molosco, L.L. Anddreeeva (2001), Tính chất lý hóa học các chất vô cơ, người dịch: Lê Kim Long và Hoàng Nhận, hiệu đính: Hoàng Nhâm, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội

Tiếng Anh

23. A.Ataro, R.I.McCrindle, B.M.Botha, C.M.E.McCrindle, P.P.Ndibewu (2008), “Quantification of trace elements in raw cow’s milk by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS)”, Food Chemistry 111: 243–248.

Chia sẻ với bạn bè của bạn:

Page 11

24. Abdulkhaliq. A, Swaileh. K. M, Hussein. R. M. and Matani. M (2012), “Levels of metals (Cd, Pb, Cu and Fe) in cow’s milk, dairy products and hen’s eggs from the West Bank, Palestine”, International Food Research Journal 19 (3). pp 1089-1094.

25. Ana Paula Packer, Ana Paula G. Gervasio, Carlos E.S. Miranda, Boaventura F. Reis, Amauri A. Menegário, Maria F. Giné (2003), “On-line electrolytic dissolution for lead determination in high-purity copper by isotope dilution inductively coupled plasma mass spectrometry”, Analytica Chimica Acta 485, pp. 145–153.

26. Angeline M.Stoyanova (2004), “Determination of Cr(VI) by a Catalytic Spectrometic Method in the presence of p-Aminobenzoic acid”, Turk.J.Biochem, Volume 29, pp. 367-375.

27. A.T.Townsend and I.Snape (2008), “Multiple Pb sources in marine sediments near the Australian Antarctic Station, Casey”, Science of The Total Environment, Volume 389, Issues 2-3, Pages 466-474.

28. B.W.Bailey , R.M.Donagall and T.S. West (2001), “A spectrofluorimetric method for the determination of submicrogam amounts of copper”, Talanta, Volume 13,Issue 12, Pages 1661 -1665.

29. Blood lead and its effect Cd, Cu, Zn, Fe and hemoglobin levels of children, Science of the total Environment, Vol 277 (13), page 161-168.

30. Chongqiu Jiang, Hongjian Wang, Jingzheng Wang. (2001). “Highly sensitive spectrofluorimetric determination of trace amount of Chromium with 2-hydroxy- 1- naphtaldehyene- 8- aminoquinoline”, Analytical letters, 34(8), p.1341- 1352.

31. Dong Yan-Jie, Ke Gai (2006), “The application of gibberellic acid to the determination of trace amounts of lead by spectrofluorimetry”, Journal of the Chinese Chemical Society, Vol 52, no 6, pp. 1131-1135.

32. Emilia Vassileva, Christophe. R. Quétel (2004), Certification measurement of the cadmium, copper and lead contents in rice using isotope dilution inductively coupled plasma mass spectrometry.

33. Gil Ho Hwang, Won Kyu Han, Joon Shik Park and Sung Goon Kang (2008), “Determination of trace metals by anodic stripping voltammetry using a bismuth-modified carbon nanotube electrode”, Talanta, 76(2), pp. 301-308.

34. Hung-Wei Liu, Shiuh-Jen Jiang, Shin-Hung Liu (1999), “Determination of cadmium, mercury and lead in seawater by electrothermal vaporization isotope dilution inductively coupled plasma mass spectrometry”, Spectrochimica Acta Part B 54: 1367-1375.

35. Hsien-Chung Liao, Shiuh-Jen Jiang (1999), “Determination of cadmium, mercury and lead in coal fly ash by slurry sampling electrothermal vaporization inductively coupled plasma mass spectrometry”, Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, Volume 54, Issue 8, Pages 1233–1242.

36. Jens Heilmann, Sergei F. Boulyga and Klaus G. Heumann (2009), “Development of an isotope dilution laser ablation ICP-MS method for multi-element determination in crude and fuel oil samples”, J. Anal. At. Spectrom. 24, pp. 385-390.

37. Jingfeng Wu and Edward A. Boyle (1997), “Low Blank Preconcentration Technique for the Determination of Lead, Copper, and Cadmium in Small-Volume Seawater Samples by Isotope Dilution ICP-MS”, Analytical Chemistry, Vol. 69, No. 13, pp.2464-2470.

38. José Brandão-Neto, VivianStefan, Berenice B.Mendonça, Walter Bloise, Ana Valéria B.Castro (1995), “The essential role of zinc in growth”, Nutition research, Volume 15, Issue 3, p. 355-358.

39. Klaus G. Heumann, Stefan M. Gallus, Gunther Rädlinger, Jochen Vogl (1998) “Accurate determination of element species by on-line coupling of chromatographic systems with ICP-MS using isotope dilution technique”, Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. Volume 53, Issue 2, 27, Pages 273-287.

40. K.M. Hambidge and N.F. Krebs (2007), “Zinc deficiency a special challenge”, J. Nutr. 137 (4), pege 5 – 10]

41. Kristine Y.Patterson, Claude Veillon, Phylis B.Moser, Gordon F.Wallace (1992), “Determination of zinc stable isotopes in biological materials using isotope dilution inductively coupled plasma mass spectrometry”, Analytica Chimica Acta, Volume 258, Issue 2, 20 March 1992, Pages 317–324.

42. Marcos Pérez-López, María Hermoso de Mendoza, Ana López Beceiro and Francisco Soler Rodríguez (2008), “Heavy metal (Cd, Pb, Zn) and metalloid (As) content in raptor species from Galicia (NW Spain)”, Ecotoxicology and Environmental Safety, Volume 70, Issue 1, Pages 154-162.

43. Michalis Leotsinidisa, Athanasios Alexopoulos, Evangelia Kostopoulou-Farri (2005), “Toxic and essential trace elements in human milk from Greek lactating women: Association with dietary habits and other factors”, Chemosphere 61: 238–247.

44. Mohamed Maanan (2008), “Heavy metal concentrations in marine molluscs from the Moroccan coastal region”, Environmental Pollution, Volume 153, Issue 1, Pages 176-183.

45. Mónica Cecilia Vargas Mamani, Luiz Manoel Aleixo, Mônica Ferreira de Abreu, Susanne Rath (2005), “Simultaneous determination of cadmium and lead in medicinalplants by anodic stripping voltammetry”, Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 37, pp. 709–713.

46. N.Pourreza and K.Ghanemi (2009), “Determination of mercury in water and fish samples by cold vapor atomic absorption spectrometry after solid phase extraction on agar modified with 2-mercaptobenzimidazole”, Journal of Hazardous Materials, Volume 161, Issues 2,9 February 2009, page 928-987.

47. Paulo C. F. C. Gardolinski, Ana P. Packer, Celso R. de Almeida and M. Fernanda Giné (2002), “Determination of Cd, Pb, Zn and Cu in Sediment Compartments by Sequential Extraction and Isotope Dilution Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ID-ICP-MS)”, J. Braz. Chem. Soc,Vol. 13, No. 3, pp. 375-381.

48. Peter Heitland and Helmut D. Koster (2006), “Biomonitoring of 30 trace elements in urine of children and adultus by ICP-MS”, Clinica Chimica Acta, 365(1-2), pp. 310-318.

49. Sergio Luis Costa Ferreira, Hilda costa dos Santos… (1998), “Preconcentration and determination of Cu, Zn in natural water”, J. Braz. Chem. Soc. Vol 9. No 6. pp 525 – 530.

50. Simone Griesel, Antje Kakuschke, Ursula Siebert and Andreas Prange (2008), “Trace element concentrations in blood of harbor seals (Phoca vitulina) from the Wadden Sea”, Science of The Total Environment, Volume 392, Issues 2-3, Pages 313-323.

51. S.García Salgado, M.A.Quijano Nieto and M.M.Bonilla Simón (2008), “Assessment of total arsenic and arsenic species stability in alga samples and their aqueous extracts”, Talanta, 75(4), pp. 897-903.

52. Wenling Hu, Fei Zheng and Bin Hu (2008), “Simultaneous separation and speciation of inorganic As(III)/As(V) and Cr(III)/Cr(VI) in natural waters utilizing capillary microextraction on ordered mesoporous Al2O3 prior to their on-line determination by ICP-MS”, Journal of Hazardous Materials, 151( 1), pp. 58-64.

53. Ykbal Kojuncu, Jozica Majda Bundalevska,Umit Ay, Katarina Cundeva, Trajce Stafilov, and Gosel Akcin (2004), “Atomic Absorption Spectrometry Determination of Cd, Cu, Fe, Ni, Pb, Zn, and Tl Traces in Seawater Following Flotation Separation” Separation science and technology, Vol. 39, No. 11, pp. 2751–2765.

Chia sẻ với bạn bè của bạn: