Nghiên cứu định lượng đồng thời toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen trong bao bì thực phẩm được sản xuất từ nhựa polystyren bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ (GCMS)

Bài viết Nghiên cứu định lượng đồng thời toluen, isopropylbenzen, n propylbenzen trong bao bì thực phẩm được sản xuất từ nhựa polystyren bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ (GCMS) nghiên cứu quy trình định lượng đồng thời toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen trong bao bì thực phẩm PS bằng phương pháp GCMS.

NGHIÊN CỨU ĐỊNH LƯỢNG ĐỒNG THỜI TOLUEN, ISOPROPYLBENZEN, n-PROPYLBENZEN TRONG BAO BÌ THỰC PHẨM ĐƯỢC SẢN XUẤT TỪ NHỰA POLYSTYREN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ KHÍ KHỐI PHỔ (GCMS) VÕ THỊ YẾN MY - ĐẶNG VĂN KHÁNH Trường Đại học Sư phạm - Đại học Huế Tóm tắt: Quy trình xác định toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen bao bì thực phẩm Polystyren (PS) xây dựng phương pháp sắc ký khí khối phổ (GCMS) Mẫu hịa tan dung mơi tetrahydrofuran, lọc qua màng lọc 0,45µm Cellulose tiêm vào máy GCMS Phương pháp đạt độ lặp lại tốt (RSD 1,8%; 2,1%; 1,7% toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen, n=6), giới hạn phát thấp (toluen 3,1ppb; isopropylbenzen 2,2ppb; n-propylbenzen 2,9 ppb), độ tốt (độ thu hồi Rev khoảng 101,0% - 104,0%) khoảng tuyến tính rộng từ 0,1- 1mg/L (R2 = 0,9995) Phương pháp nghiên cứu áp dụng để định lượng toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen 15 mẫu bao bì thực phẩm sản xuất từ nhựa polystyren Từ khóa: toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen, GCMS, polystyren ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nhu cầu sống ngày nâng cao, thứ thiết kế cho tiện dụng hiệu Hầu hết loại thực phẩm chế biến sẵn đóng hộp, bảo quản bao bì chất liệu nhựa polivinylclorua (PVC), nhựa polietilen (PE), nhựa polistyren (PS)… Những loại bao bì khơng quản lý chất lượng cách nghiêm ngặt nhiễm số chất độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe người Điển hình thành phần có trọng lượng phân tử thấp như: toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen thơi nhiễm từ bao bì chứa đựng thực phẩm sản xuất từ nhựa polisytren (PS) [4] Những hợp chất có khả thơi nhiễm vào thức ăn cách dễ dàng sử dụng nhiệt độ cao hấp thụ vào thể người qua đường tiêu hóa, gây chóng mặt, đau đầu, ngộ độc, gây ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương Ngồi ra, cịn tác nhân gây ung thư da, ung thư gan… [4], [5], [6], [7] Trong viết này, tiến hành nghiên cứu quy trình định lượng đồng thời toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen bao bì thực phẩm PS phương pháp GCMS Phương pháp cho kết tin cậy, độ nhạy cao độ thu hồi tốt, áp dụng để xác định hàm lượng toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen bao bì thực phẩm sản xuất từ nhựa PS ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Thiết bị, hóa chất 2.1.1 Thiết bị - Thiết bị sắc ký khí GCM - QP 2010 Plus hãng Shimadzu, Nhật Bản - Cân phân tích Mettler AUX 220- Shimadzu, Nhật Bản có độ xác 10-4g - Cột tách sắc kí: cột mao quản DB-5MS: chiều dài 30m; đường kính 0,25mm; thành phần pha tĩnh: (5%-phenyl)-metyl polysiloxan với bề dày 0,25µm 266 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TRẺ 2016 11/2016 2.1.2 Hóa chất - Chất chuẩn gồm: toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen hãng Merck - Các dung môi tinh khiết hãng Merck dùng cho phân tích như: tetrahydrofuran, n-hexan - Chất nội chuẩn: 1,4-dietylbenzen 2.2 Đối tượng nghiên cứu: Thực nghiên cứu mẫu hộp xốp, dĩa nhựa mua địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Lấy mẫu bảo quản mẫu Mẫu lấy gồm dĩa nhựa hộp xốp Mỗi mẫu lấy sở khác địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế bảo quản theo quy định Các mẫu ký hiệu Mi, đó: i = 1÷5 dĩa nhựa mua chợ, I = 6÷10 dĩa nhựa mua siêu thị, I = 11÷15 hộp xốp mua chợ Đông Ba 2.3.2 Chuẩn bị mẫu chuẩn thử [1] - Mẫu chuẩn: Cân xác 0,10g chất chuẩn tinh khiết (99,9%) toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen, định mức thành 100ml tetra hydrofuranđược nồng độ chuẩn 1.000mg/l - Hút 0,01; 0,02; 0,04; 0,08; 0,10mL dung dịch chuẩn 1.000mg/l cho vào bình định mức 100ml, thêm 1ml dung dịch nội chuẩn 1,4-dietylbenzen 1.000mg/l, định mức dung môi tetra hydrofuran nồng độ chuẩn tương ứng 0,1; 0,2; 0,4; 0,8; 1,0mg/l - Mẫu thử: Cân xác 0,05g mẫu vào bình định mức 10ml Hòa tan mẫu tetrahydrofuran, thêm 0,1ml nội chuẩn 1,4-dietylbenzen nồng độ 10mg/l, định mức tetrahydrofuranđến 10ml Lọc dung dịch qua màng lọc 0,45µm Cho vào lọ nhỏ tiêm vào máy GCMS 2.3.3 Điều kiện phân tích [2] - Cột tách: DB-5MS:(5%-phenyl)-metyl polysiloxan với bề dày 0,25µm - Khí mang Heli tinh khiết 99,99999% - Tốc độ dòng 1,4ml/phút - Kỹ thuật bơm: Splitless, mẫu bơm tự động với thể tích 1µl - Nhiệt độ MS interface: 250oC - Nhiệt độ injector: 160oC - Chương trình nhiệt độ: Nhiệt độ đầu 37oC (giữ đẳng nhiệt phút), tăng 5oC phút đến 50oC, tăng 15oC phút đến 250oC (giữ đẳng nhiệt phút) 2.3.4 Phương pháp nghiên cứu Sau phân tích chất chuẩn chất nội chuẩn chế độ Scan (Full scan- quét toàn dải) chọn số mảnh phổ có tính chất đặc trưng, mảnh phổ có cường độ tín hiệu mạnh, mảnh dùng để phân tích chế độ SIM (Selected Ion Monitoring) nhằm tăng độ nhạy phép phân tích 267 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM – ĐẠI HỌC HUẾ CYS 2016 Từ kết phân tích Scan, xác định thời gian lưu mảnh phổ cần phân tích, mảnh phổ bảng (tR thời gian lưu chất phân tích) Bảng Mảnh phổ m/z toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen nội chuẩn 1,4-dietylbenzen dùng để định tính định lượng Mảnh phổ (m/z) Thời gian lưu (tR) 91; 92; 65 5,5  5,6 isopropylbenzen 105; 120; 79 8,7  8,8 n-propylbenzen 91; 92; 120 9,2  9,3 119; 105; 134 10,6  10,7 Tên chất Toluen 1,4-diethylbenzen ĐKTN: mục 2.3.3 (a) (b) Hình Phổ Scan (a) phổ SIM (b) toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen, 1,4-đietylbenzen KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kiểm tra độ ổn định hệ thống Tiến hành định lượng lặp lại lần dung dịch phân tích, xác định độ lặp lại thời gian lưu tỷ lệ diện tích peak chất nghiên cứu với nội chuẩn so sánh với ½ RSDH tính từ hàm Horwitz (ở nồng độ khoảng 1ppm ½ RSDH = 8%) [3] Kết trình bày bảng Bảng Kết khảo sát độ ổn định GCMS thông qua thời gian lưu (tR) Mẫu tR (phút) Số liệu thống kê ( n = 6) Toluen Iso-propylbenzen n-propylbenzen Nội chuẩn (NC) Trung bình 5,5098 8,7357 9,2052 10,6293 SD 0,0064 0,0029 0,0018 0,0014 0,12 0,02 0,02 0,01 1ppm RSD (%) ĐKTN: Như mục 2.3.3 268 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TRẺ 2016 11/2016 Bảng Kết khảo sát độ ổn định GCMS thông qua diện tích peak Số liệu thống kê Tỉ lệ diện tích peak trung bình SD Toluen/NC isopropylbenzen/NC n-propylbenzen/NC 18,9463 15,8962 18,6283 0,3337 0,3345 0,3101 1,8 2,1 1,7 RSD(%) ĐKTN: Như mục 2.3.3 Kết cho thấy tất giá trị RSD thu nhỏ ½ RSDH nên phương pháp nghiên cứu đạt độ ổn định tốt thời gian lưu diện tích peak Trong phân tích kiểm nghiệm, phương pháp có RSD < 2% chấp nhận 3.2 Kết khảo sát khoảng tuyến tính Pha dãy hỗn hợp dung dịch chuẩn có nồng độ 0,1; 0,2; 0,4; 0,8; 1,0mg/l với chất nội chuẩn 0,1mg/l Tiến hành chạy sắc kí, kết ghi bảng hình 2; 3; Bảng Khảo sát khoảng tuyến tính toluen, isopropylbenzen n-propylbenzen C Toluen Tỉ lệ 0,1 1,64 0,2 3,58 phương trình hồi quy isopropylbenzen Tỉ lệ phương trình hồi quy 1,41 y=18,828x-0,295 R2 = 0,9994 Tỉ lệ phương trình hồi quy 1,65 3,01 5,98 n-propylbenzen 3,52 y=15,737x- 0,2073 R2 = 0,9996 0,4 7,09 6,99 0,8 14,54 12,23 14,36 1,0 18,74 15,68 18,44 y=18,527x-0,2718 R2 = 0,9995 ĐKTN: Như bảng 3, tỉ lệ diện tích peak chất phân tích so với chất nội chuẩn Hình Quan hệ tỷ lệ diện tích peak nồng độ toluen 269 Hình Quan hệ tỷ lệ diện tích peak nồng độ isopropylbenzen TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM – ĐẠI HỌC HUẾ CYS 2016 Hình Quan hệ tỷ lệ diện tích peak nồng độ n-propylbenzen Qua kết phân tích thống kê ta thấy, tỷ lệ diện tích peak sắc ký nồng độ chất phân tích phụ thuộc tuyến tính với cách chặt chẽ với hệ số tương quan cao Khoảng tuyến tính 0,1 - 1,0µg/ml Do để định lượng toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen mẫu thực tế khoảng tuyến tính khảo sát 3.3 Kết xác định giới hạn phát (LOD) giới hạn định lượng (LOQ) Để xác định LOD LOQ phương pháp, áp dụng quy tắc 3 [3] Tiến hành pha dãy dung dịch chuẩn hỗn hợp làm việc toluen, isopropylbenzen n-propylbenzen nồng độ: 5; 10; 20; 30 50ppb, thêm 0,1mL dung dịch nội chuẩn 1,4-diethylbenzen 10µg/ml định mức tetrahydrofuran đến vạch mức 10mL Tiến hành chạy sắc ký Biểu diễn mối tương quan tỉ lệ diện tích peak nồng độ chất LOD, LOQ thể bảng sau: Bảng Giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng chất toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen Chất LOD (ppb) LOQ (ppb) Toluen 3,1 10,1 isopropylbenzen 2,2 7,3 n-propylbenzen 2,9 9,6 Từ bảng ta thấy phương pháp có giới hạn pháp hiện, giới hạn định lượng thấp, cỡ nồng độ ppb Giới hạn phát khoảng 2,2  3,1ppb; giới hạn định lượng khoảng 7,3  10,1ppb 3.4 Xây dựng quy trình phân tích Từ kết khảo sát nghiên cứu, tiến hành xây dựng quy trình phân tích để định lượng đồng thời toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen bao bì thực phẩm Polystyren phương pháp GC/MS sau: Cân xác 0,05g mẫu vào bình định mức 10ml Hịa tan mẫu tetrahydrofuran Thêm 0,1ml nội chuẩn 1,4-dietylbenzen nồng độ 10mg/l Định mức tetrahydrofuran đến 10ml Lọc dung dịch qua màng lọc 0,45µm Cho dung dịch vào lọ vial 1,5ml Chạy GC MS 270 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TRẺ 2016 11/2016 3.5 Kiểm sốt chất lượng quy trình phân tích 3.5.1 Độ lặp lại Kiểm sốt chất lượng quy trình thơng qua đánh giá độ lặp lại phân tích mẫu hộp xốp với dung dịch nội chuẩn 1,4-dietylbenzen Tiến hành định lượng mẫu theo điều kiện chọn chạy lặp lại lần Kết đánh giá thông qua độ lệch chuẩn tương đối (RSD) nồng độ so sánh với ½ RSDH tính từ hàm Horwitz thể bảng [3] Bảng Kết khảo sát độ lặp lại qui trình phân tích Số liệu thống kê (n=6) Toluen Isopropylbenzen n-Propylbenzen Ctb (ppm) 0,074 0,122 0,132 RSD (%) 2,2 1,6 1,1 ½ RSDH 11,8 10,9 19,9 ĐKTN: Như bảng Kết thử độ lặp lại cho thấy điều kiện sắc ký chọn, độ lệch chuẩn tương đối kết nhỏ ½ RSD Như phương pháp phân tích cho độ lặp lại tốt 3.5.1 Độ thu hồi (Recovery) Kiểm soát chất lượng quy trình phân tích dựa vào mẫu thêm chuẩn Đánh giá độ thông qua độ thu hồi (Rev) Xác định hàm lượng thơng qua tỉ số diện tích píc toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen với chất nội chuẩn áp dụng phương pháp đường chuẩn để tính tốn [3] Chuẩn bị dung dịch hỗn hợp chuẩn gồm toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen cho vào mẫu trắng với nồng độ 0,1mg/l; 0,5mg/l; 1,0mg/l dung dịch nội chuẩn nồng độ 0,1mg/l Mỗi nồng độ làm song song mẫu Tiến hành phân tích theo qui trình xây dựng Kết đuợc trình bày bảng Độ thu hồi tính theo cơng thức sau: Rev = CTC- CTR ×100 Co Trong đó: - CTC: Nồng độ chất phân tích xác định mẫu thêm chuẩn; - CTR: Nồng độ phân tích mẫu; - Co: Nồng độ thêm chuẩn Bảng Kết khảo sát độ thu hồi toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen sau lần đo TT Nồng độ thêm chuẩn Nồng độ thêm chuẩn Nồng độ thêm chuẩn 0,1 mg/l 0,5 mg/l 1,0 mg/l Lượng tìm thấy (mg/l) Toluen 0,103 Độ thu hồi (%) 103,0 Lượng tìm thấy (mg/l) Độ thu hồi (%) 0,514 102,8 271 Lượng tìm thấy (mg/l) 1,017 Độ thu hồi (%) 101,7 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM – ĐẠI HỌC HUẾ CYS 2016 isopropylbenzen 0,102 102,0 0,520 104,0 1,025 102,5 n-propylbenzen 0,101 101,0 0,510 102,0 1,012 101,2 ĐKTN: Như bảng Từ số liệu bảng 7, cho thấy phương pháp định lượng toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen có độ thu hồi biến thiên từ 101,0% - 104,0% nằm khoảng cho phép Hiệp hội nhà hóa học phân tích thống (AOAC) 80,0% - 110,0% Phép đo có độ thu hồi cao 3.6 Kết phân tích mẫu thực tế Tiến hành phân tích 15 mẫu nhựa PS bao gồm dĩa nhựa, hộp xốp Các mẫu mua chợ, siêu thị khác thị trường tỉnh Thừa Thiên Huế (kí hiệu Mi), kết kiểm nghiệm thể bảng sau: Bảng Kết phân tích mẫu thực tế so sánh với QCVN Hàm lượng (mg/kg) Kí hiệu Toluen M1 48,24 24,79 17,14 M2 43,23 9,19 M3 75,50 M4 Tổng hàm lượng (mg/kg) QCVN (mg/kg) Kết luận 90,17 4.000 Đạt 7,57 59,99 4.000 Đạt 16,94 11,86 104,30 4.000 Đạt 57,27 12,30 8,62 78,19 4.000 Đạt M5 51,89 24,68 21,91 98,48 4.000 Đạt M6 24,35 27,65 17,85 69,85 4.000 Đạt M7 23,32 12,01 8,50 43,83 4.000 Đạt M8 22,31 9,42 7,09 38,82 4.000 Đạt M9 28,14 9,06 7,09 44,39 4.000 Đạt M10 28,83 4,06 3,73 36,62 4.000 Đạt M11 13,56 25,61 21,36 60,53 4.000 Đạt M12 8,66 4,19 3,81 16,66 4.000 Đạt M13 8,68 9,78 6,60 25,06 4.000 Đạt M14 12,35 19,03 15,21 46,59 4.000 Đạt M15 12,14 23,03 14,73 49,90 4.000 Đạt isopropylbenzen n-propylbenzen Kiểm nghiệm cho thấy có 15/15 mẫu chứa toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen, chiếm tỷ lệ 100% Qua bảng cho thấy tổng hàm lượng toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen nhựa PS thấp giá trị hàm lượng cho phép theo QCVN 12-1 :2011/BYT Vậy nói việc sử dụng mẫu nhựa polistyren vùng khảo sát khơng có đáng lo ngại đến sức khỏe người KẾT LUẬN Xây dựng quy trình phân tích toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen mẫu nhựa PS Quy trình có độ lặp lại tốt, giới hạn phát thấp (ppb) tương quan tuyến tính tốt 272 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TRẺ 2016 11/2016 (R2 = 0,9995) khoảng nồng độ 0,1- 1,0mg/l, độ thu hồi cao (90,75% - 108,3%) Với quy trình áp dụng để kiểm tra hàm lượng toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen tất bao bì nhựa PS Tuy nhiên kết phần đánh giá bước đầu, số lượng mẫu cịn hạn chế, khoảng thời gian nghiên cứu chưa nhiều nên chưa đánh giá toàn diện hàm lượng toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen mẫu nhựa tỉnh Thừa Thiên Huế Theo chúng tôi, cần mở rộng nghiên cứu với thời gian, số lượng mẫu phạm vi lớn để đánh giá cách xác đa dạng chất lượng loại mẫu nhựa Từ có quản lý an toàn vệ sinh chặt chẽ giúp bảo vệ đời sống người tiêu dùng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] Bộ Y tế (2010), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia vệ sinh an tồn bao bì,dụng cụ nhựa tổng hộp tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm, QCVN 12-1:2011/BYT Chu Phạm Ngọc Sơn, Phạm Thị Ánh Diệp Ngọc Sương (2014), Bao bì nhựa cho thực phẩm, thức uống an toàn cho người tiêu dùng, Hội thảo bao bì an tồn thực phẩm Nguyễn Văn Hợp (2014), Thống kê ứng dụng quản lí tài nguyên môi trường, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Paraskevopoulou D., Achilias D.S., Paraskevopoulou A (2012), “Migration of styrene from plastic packaging based on polystyrene into food stimulants”, Polymer Int., 61, 141-148 WHO (2000), Air quality guidelines for Europe, Copenhagen, Denmark, chapter 5.14 World Health Organization (1985), Toluen, Geneva, Environmental Health Criteria, No 52 WHO (1999), Cumen, Concise International Chemical Assessment Document 18 Title: SIMULTANOEUS DETAMINATION OF TOLUENE, ISOPROPYLBENZENE AND nPROPYLBENZENE IN FOOD CLINGWRAP POLYSTYRENE BY GAS CHROMATOGRAPHY MASS SPECTROMETRY Summary: The process of simultaneous determination of toluene, isopropylbenzene and n-propylbenzene by gas chromatography mass spectrometry (GCMS) in food clingwrap polystyren (PS) was construct After dissolved in tetrahydrofuran solvent, the samples were filtered through 0,45μm cellulose membrand filter and injected into GCMS Under the conditions, the method gained good repeatability (RSD = 1,8%, 2,1% and 1,7% for toluene, isopropylbenzene and n-propylbenzene respectively, n = 6), low limit of detection (3,1ppb for toluene, 2,2ppb for isopropylbenzene and 2,9ppb for n-propylbenzene), good precision (recovery from 90,8% to 108,3%) and a large linear range of 0,1 ÷ 1,0 mg/L (R2 = 0,9995) for toluene, isopropylbenzene and n-propylbenzen The method was applied for determination of toluene, isopropylbenzene and n-propylbenzene in 15 food clingwrap polystyren samples Keywords: toluene, isopropylbenzene, n-propylbenzene, gas chromatography mass spectrometry, polystyren VÕ THỊ YẾN MY Học viên Cao học, chuyên ngành Hóa phân tích, khóa 23 (2014-2016), Trường Đại học Sư phạm - Đại học Huế Số điện thoại: 01202757022 Email: voyenmy92@gmail.com 273 ... dựng quy trình phân tích để định lượng đồng thời toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen bao bì thực phẩm Polystyren phương pháp GC/MS sau: Cân xác 0,05g mẫu vào bình định mức 10ml Hòa tan mẫu... Do để định lượng toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen mẫu thực tế khoảng tuyến tính khảo sát 3.3 Kết xác định giới hạn phát (LOD) giới hạn định lượng (LOQ) Để xác định LOD LOQ phương pháp, ... dụng để kiểm tra hàm lượng toluen, isopropylbenzen, n-propylbenzen tất bao bì nhựa PS Tuy nhiên kết phần đánh giá bước đầu, số lượng mẫu cịn hạn chế, khoảng thời gian nghiên cứu chưa nhiều nên