xử lý mẫu xác định kim loại nặng trong mẫu đồ hộp

Abstract: In this review, some methods of sample preparation to determinate six heavy metals in canned food were presented and compared. These methods include the researches from scientific journals, applications of manufacturers of ICP-MS system and analytical methods of Association of Analytical Communities. The purpose of this comparison is to find out what is the best method of practical application are explained. MỤC LỤC 1.Giới thiệu 1 1.1. Thức ăn đóng hộp 1 1.1.1. Quy trình chế biến 1 1.1.2. Các kim loại trong vỏ đồ hộp 2 1.2. Các kim loại cần khảo sát 4 1.3. Quy ước lấy mẫu theo Codex Sampling Plans For Prepackaged Foods (Aql 6.5) 4 1.4. Các quy trình xử lý mẫu 6 2. Các quy trình 6 2.1. Vô cơ hóa ướt 6 2.1.1. Xác định Pb,Cd,Sn 6 2.1.1.1.Nguyên lý 6 2.1.1.2. Một số quy trình 9 2.1.2Xác định Hg 11 2.1.2.1.Nguyên lý 11 2.1.2.1. Quy trình theo AOAC 977.15 Mercury in fish 14 2.1.3. Xử lý trong hệ kín bằng lò vi sóng kết hợp với hệ xử lý kín 15 2.2. Vô cơ hóa khô 16 2.3.Phương pháp chiết 18 2.3.1. Arsen vô cơ 18 2.3.2.Methyl Thủy Ngân 18 3.Kết luận 20 1. Giới thiệu 1.1.Thức ăn đóng hộp 1.1.1. Quy trình chế biến (1) Có nhiều quy trình để chế biến đồ hộp, tuy nhiên hầu hết các quy trình chế biến đều cho thêm vào thực phẩm các gia vị và chất bảo quản dẫn đến hàm lượng muối có trong nền mẫu sau khi xử lý tăng cao hơn so với mẫu tươi chưa qua chế biến làm cho quá trình phân tích bị ảnh hưởng mạnh bởi nền mẫu. Bên cạnh đó các gia vị và phụ gia còn chứa một số kim loại nặng có hàm lượng cao hơn so với mẫu thực phẩm tươi, điều này cũng góp phần làm cho hàm lượng kim loại nặng có trong mẫu đồ hộp cao hơn mẫu tươi. Hơn thế nữa, việc thêm vào các loại rau quả như cà chua hay thơm góp phần làm giảm pH của thực phẩm khiến cho các kim loại nặng từ vỏ hộp thôi nhiễm ra khỏi lớp tráng ngay trên bề mặt kim loại và ngấm vào mẫu. Sơ đồ sau đây thể hiện 2 qui trình chế biến phổ biến nhất của sản phẩm cá hộp và thịt hộp Cá Xử lý sơ bộ Ngâm giấm Ngâm muối Hấp Cà chua Xử lý sơ bộ Đun nóng Phối chế Cô đặc Đóng hộp Hình 1: Sơ đồ chế biến cá hộp và thịt hộp Để chống lại sự ăn mòn của thực phẩm lên vật liệu tạo thành vỏ hộp, một số loại lớp phủ gọi chung là vecni được phun hay in vào bên trong vỏ lon đồ hộp. Các loại vật liệu đều phải thỏa mãn các tiêu chí sau để sử dụng làm lớp phủ trong vỏ đồ hộp: Chỉ tiêu Vecni chống chua Vecni chống đạm -Màu -Độ trong -Độ nhớt (BZ-4 ở 25 o C)đo theo nhớt kế BZ -Độ mịn -Thời gian sấy -Độ dẻo -Độ chịu dập -Độ bền hoá học Vàng nâu Trong suốt 20-30s Không tạp chất 45ph/178-180 o C Chịu uốn gấp trên miếng sắt dày 1mm Chịu được vật rơi 1kg đặt ở độ cao 50cm có diện tích tiếp xúc 80mm mà không tróc Vẫn tốt trong dung dịch acid axetic 3% đun sôi trong 2h Trắng tro Nửa trong suốt 50-70s <25µm 30ph/160-170 o C Tương tự Tương tự Vẫn tốt trong dung dịch Na 2 S.9H 2 O 1% đun sôi trong 2h hay 121 o C trong 30phút. Bảng 1: Các yêu cầu chung của vật liệu phủ bên trong vỏ đồ hộp Từ bảng trên cho thấy rằng các loại vật liệu được phủ lên mặt trong của đồ hộp có khả năng chống ăn mòn và va đập cơ học rất cao cho nên khả năng thôi nhiễm của kim loại từ vỏ kim loại ra bên ngoài là thấp. Tuy nhiên trong những trường hợp đặc biệt như mẫu đồ hộp bị móp do va đập hay thực phẩm có môi trường pH thấp thì khả năng thôi nhiễm kim loại mà đặc biệt là thiếc vào thực phẩm là đáng lưu ý, bên cạnh đó các vật liệu này còn có khả năng bị nhiễm các kim loại nặng và có thể thôi nhiễm ra thực phẩm chứa bên trong. 1.1.2. Các kim loại trong vỏ đồ hộp (2) Để bảo quản được lâu, thực phẩm thường được đóng gói vào những hộp kim loại làm bằng hợp kim thiếc với thành phần phần trăm các kim loại có mặt trong hợp kim như sau Sn 99.78 Pb 0.051 Al 0.0011 Cu 0.032 Zn 0.0008 Ni 0.001 Fe 0.014 Cd 0.0012 Theo thời gian các kim loại này sẽ thôi nhiễm một phần từ vỏ hộp ra ngoài và ngấm vào thức ăn, hiện tượng này đã được khảo sát trong công trình của Arvanitoyannis và kết quả thu được như sau Hình 2: Hàm lượng thôi nhiễm của một số kim loại trong vài loại đồ hộp theo thời gian 1 2 3 5 4 1.2.Các kim loại cần khảo sát Theo định nghĩa thì kim loại nặng là những kim loại có tỷ trọng ≥ 5g/cm 3 tuy nhiên ngày nay khái niệm kim loại nặng còn bao hàm cả ý nghĩa kim loại độc hại trong đó. Do đó dẫn đến việc một số kim loại được xem là kim loại nặng do tính độc của mình chứ không phải do tỷ trọng. Có rất nhiều kim loại nặng có thể tồn tại trong mẫu thịt hoặc cá, tuy nhiên chỉ một số ít kim loại trong số đó có hàm lượng cao đến mức gây độc và cần phải được kiểm tra thường xuyên nhằm đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng. Bảng sau đây trình bày một số kim loại nặng cần phải xác định trong mẫu thực phẩm theo Coddex standard 193-1995 : Codex general standard for contaminants and toxins in food and feed và QCVN 8- 2:2011/BYT : Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia đối với giới hạn ô nhiễm kim loại nặng trong thực phẩm Chỉ tiêu kim loại Cá Thịt Pb x x Cd x x As x x As vô cơ x Hg x x MeHg x Sn x x 1.3. Quy ước lấy mẫu theo Codex Sampling Plans For Prepackaged Foods (Aql 6.5) Đối với mức nghi ngờ I: những mẫu chưa có tiền sử về tranh chấp hay chất lượng không đạt yêu cầu Đối với mức nghi ngờ II: những mẫu không nằm trong mức I Khối lượng 1 đơn vị mẫu (kg) Số lượng mẫu trong 1 lô Số mẫu cần lấy Mức I Số mẫu cần lấy Mức II m ≤ 1 ≤ 4800 6 13 4801-24000 13 21 24001-48000 21 29 48001-84000 29 38 84001-144000 38 48 144001-240000 48 60 ≥240000 60 72 1 <m≤ 4.5 ≤ 2400 6 13 2401-15000 13 21 15001-24000 21 29 24001-42000 29 38 42001-72000 38 48 72001-120000 48 60 ≥120000 60 72 m > 4.5 ≤600 6 13 601-2000 13 21 2001-7200 21 29 7201-15000 29 38 15001-24000 38 48 24001-42000 48 60 >42000 60 72 Bảng 2: Quy ước về số lượng mẫu cần lấy ứng với từng khoảng khối lượng của mỗi đơn vị mẫu 1.4. Các quy trình xử lý mẫu Để xác định được các kim loại có trong mẫu thì mẫu cần phải được chuyển về dạng dung dịch đồng nhất và có ít hoặc hoàn toàn không có các thành phần hữu cơ còn sót lại, vì vậy mà quá trình xử lý mẫu cần được quan tâm đặc biệt để có thể vô cơ hóa mẫu hoàn toàn mà không làm mất mẫu hay nhiễm bẩn mẫu. Có nhiều phương pháp xử lý mẫu khác nhau, tuy nhiên trong giới hạn của bài seminar này chỉ trình bày một số phương pháp chính là Vô cơ hóa ướt Vô cơ hóa khô Chiết Pb x x Cd x x As x As vô cơ x Hg x MeHg x Sn x 2. Các quy trình 2.1.Vô cơ hóa ướt 2.1.1. Xác định Pb,Cd,Sn 2.1.1.1. Nguyên lý (3) Phân hủy hợp chất hữu cơ trong nền mẫu thịt chứa nhiều protein, chất béo, acid amin cần phải có sự kết hợp của nhiều loại acid có tính oxi hóa mạnh trong điều kiện nhiệt độ cao và trải qua nhiều lần xử lý lặp lại, các hỗn hợp oxi hóa thường dùng theo thứ tự tính oxi hóa tăng dần là HNO 3 -HCl (1:3 v/v) kết hợp với H 2 O 2 30% giúp tăng cường khả năng oxi hóa, H 2 SO 4 - HNO 3 (1:4 v/v) acid sulfuric giúp tăng nhiệt độ sôi của acid nitric nhằm tăng khả năng oxi hóa, HNO 3 -H 2 SO 4 -HClO 4 (3:1:1 v/v/v) HClO 4 là chất oxi hóa rất mạnh sẽ oxi hóa hoàn toàn những chất hữu cơ khó oxi hóa bằng HNO 3 . Đối với những chất béo khó phân hủy thì phương pháp phá mẫu tốt nhất là kết hợp giữa H 2 SO 4 đóng vai trò than hóa và H 2 O 2 30% giúp oxi hóa Carbon sinh ra do quá trình than hóa. Hiệu suất thu hồi của quá trình xử lý mẫu bằng cách dùng các hỗn hợp oxi hóa khác nhau được so sánh trong bảng sau Bảng 3: So sánh hiệu suất thu hồi giữa các phương pháp xử lý khác nhau Từ bảng trên cho thấy, một số hợp chất dễ bay hơi như As, Se và đặc biệt là Hg thì cần phải có mặt acid H 2 SO 4 trong dung dịch phá mẫu để đảm bảo các nguyên tố này không bay hơi trong quá trình xử lý. Trường hợp của Se khá đặc biệt do đặc tính dễ bị khử về Se 0 và bay hơi nên trong điều kiện xử lý mẫu xác định Se thì cần dùng đến acid HClO 4 để đảm bảo tạo ra môi trường oxi hóa thật mạnh. Đối với quá trình xử lý mẫu thì sự nhiễm bẩn mẫu do môi trường bên trong và bên ngoài hệ phản ứng cũng cần phải chú trọng và giảm thiểu. Sự nhiễm bẩn do bụi từ môi trường ngoài hệ phản ứng có thể được loại trừ bằng cách đậy nắp hệ phản ứng bằng mặt kính đồng hồ có rãnh. Đối với các yếu tố nhiễm bẩn do kim loại có sẵn trong bản thân các dụng cụ phá mẫu bị thôi nhiễm trong quá trình đun nóng với acid và sự tích tụ kim loại nặng có sẵn trong hóa chất xử lý mẫu khi dùng một lượng hóa chất lớn thì khó giải quyết hơn bởi vì khi lựa chọn một vật liệu ít nhiễm tạp chất thì giá thành sẽ tăng lên đáng kể. Bảng sau đây thể hiện thành phần các kim loại có trong hóa chất và dụng cụ xử lý mẫu Bảng 4: Hàm lượng kim loại trong một số loại vật liệu xử lý mẫu Bảng 5: Hàm lượng các kim loại có trong một số acid thường dùng [...]... một phương pháp xử lý cho nhiều nguyên tố trên nhiều nền mẫu Do đó phương pháp xử lý khô rất thích hợp trong việc áp dụng thực tế để xử lý một số lượng mẫu nhiều có khối lượng lớn và nhiều nền mẫu khác nhau trong một lần xử lý để xác định nhiều chỉ tiêu khác nhau Nhược điểm của phương pháp này một số nền mẫu không thể xử lý trong lò nung một cách trực tiếp được mà cần phải tiền xử lý bằng các acid... với NaBPr 4 vì tác chất này cho phản ứng trong nước được 3 Kết luận Trong phương pháp vô cơ hóa ướt, đối với những nền mẫu khác nhau cần có những hỗn hợp chất oxi hóa và giai đoạn xử lý khác nhau Vì vậy trong phương pháp vô cơ hóa ướt không thể áp dụng một quy trình xử lý chung cho việc xác định nhiều kim loại trong một mẫu và trong một lượt xử lý duy nhất Trong phương pháp vô cơ hóa khô, nhờ sử dụng... trong dung dịch mẫu sau khi xử lý, khí NO2 tan trong dung dịch mẫu sẽ bay lên trong quá trình đo gây mất tín hiệu đo) theo phương trình sau 2NO2 + H2O2  2HNO3 2.1.3 Xử lý trong hệ kín bằng lò vi sóng kết hợp với hệ xử lý kín(5) Một phương pháp vô cơ hóa ướt hiện nay đang được áp dụng đó là dùng năng lượng vi sóng để đun nóng dung dịch xử lý thật nhanh kết hợp với xử lý trong hệ kín để tăng nhiệt độ... khó oxi hóa được, xử lý được một lượng mẫu có khối lượng tương đối lớn Trong phương pháp này mẫu được xử lý hoàn toàn theo phương pháp vô cơ hóa khô nên giai đoạn tiền xử lý trước khi cho vào lò nung là hết sức quan trọng vì ở giai đoạn gần 1000C những mẫu có nhiều nước dễ bị sôi làm mất mẫu hoặc nhiễm chéo qua các mẫu khác, ở giai đoạn 2500C – 3000C thường xảy ra hiện tượng cháy ngún (mẫu bốc khói dữ... 20%, để yên trong 1h, ly tâm loại nước Đổ kết tủa ra phễu lọc có giấy lọc, để ráo nước rồi dội 5ml HNO 3 1M để hòa tan, đánh siêu âm để loại CO2 Nhận xét: Vì sử dụng quá trình đồng kết tủa với Sr (PbSO 4 + SrSO4) nên khối lượng mẫu xử lý tương đối ít hơn so với quy trình xác định Cd phía trên tuy nhiên do khối lượng mẫu vẫn còn khá lớn dẫn đến quá trình xử lý trải qua nhiều giai đoạn nhằm loại bỏ các... gian xử lý chậm (1-2 ngày), có thể xử lý cùng một lúc nhiều mẫu ( tùy thuộc vào kích thước lò nung ) nhưng tăng khả năng nhiễm chéo giữa các mẫu, một số nguyên tố kim loại dễ bay hơi nên làm tăng khả năng mất mẫu, khi áp dụng cho các mẫu có nhiều chất béo hoặc đường cần có giai đoạn tiền xử lý trước khi cho vào lò nung để giảm thiểu hiện tượng sôi trào 986.15 As,Cd,Pb,Se,Zn in human food Cân 0.3g mẫu. .. tại trong dung dịch chứ không phải tạo thành dạng muối dễ bay hơi trong trường hợp bị đun đến khan 2.1.2 Xác định Hg 2.1.2.1 Nguyên lý (4) Vì Hg có đặc tính dễ bay hơi do đó hầu hết các qui trình xử lý mẫu đều dùng phương pháp vô cơ hóa ướt và sử dụng H2SO4 kết hợp với đun trong hệ kín hoặc hệ mở có hệ thống ống sinh hàn nhằm hạn chế sự thất thoát thủy ngân Một số phương pháp xử lý áp dụng trên 1g mẫu. .. như thời gian hoàn thành một mẻ xử lý nhanh (1-2 giờ), không làm mất hay nhiễm bẩn mẫu, phân hủy mẫu hoàn toàn Tuy nhiên một số nhược điểm của phương pháp này đó là giá thành khá cao, mỗi nền mẫu cần có một chu trình nhiệt riêng để đảm bảo an toàn cho thiết bị, lượng mẫu xử lý thường không quá 1 gram nên đòi hỏi đi kèm với phương pháp xử lý này là một phương pháp xác định có độ nhạy khá cao dẫn đến... nhiệt độ phản ứng, trong khi đó phương pháp khô đơn giản hơn và lượng hóa chất sử dụng ít hơn đồng thời đảm bảo oxi hóa hoàn toàn dạng As hữu cơ Chất trợ nung thường được thêm vào mẫu để đảm bảo các kim loại không bị bay hơi trong quá trình gia nhiệt nhờ vào khả năng tạo ra dung dịch rắn (giúp giam các kim loại cần phân tích trong mạng tinh thể của chất trợ nung) giữa chất trợ nung và kim loại cần khảo... khi xử lý với acid H 2SO4 để giúp cho quá trình vô cơ hóa mẫu diễn ra nhanh và xử lý mẫu được hoàn toàn AOAC 972.25 Pb in food (xác định bằng F-AAS) Khoảng 10g mẫu cho vào bình Kjeldahl 500ml, 1 ml SrCl2 2%, đá bọt, 15ml dung dịch 120ml sulfuric (1-5), 100ml nitric, 40ml perchloric, ngâm trong >2h, đun nóng đến khi chỉ còn sulfuric Để nguội bớt, tráng bằng nước và cho vào ống ly tâm 40-50ml, loại bỏ . thể hiện thành phần các kim loại có trong hóa chất và dụng cụ xử lý mẫu Bảng 4: Hàm lượng kim loại trong một số loại vật liệu xử lý mẫu Bảng 5: Hàm lượng các kim loại có trong một số acid thường. nghĩa kim loại độc hại trong đó. Do đó dẫn đến việc một số kim loại được xem là kim loại nặng do tính độc của mình chứ không phải do tỷ trọng. Có rất nhiều kim loại nặng có thể tồn tại trong mẫu. lượng mẫu cần lấy ứng với từng khoảng khối lượng của mỗi đơn vị mẫu 1.4. Các quy trình xử lý mẫu Để xác định được các kim loại có trong mẫu thì mẫu cần phải được chuyển về dạng dung dịch đồng