Nghiên cứu xác Định một số dạng thiếc trong mẫu nước tiểu bằng phương pháp hpl icp ms

Nghiên cứu xác Định một số dạng thiếc trong mẫu nước tiểu bằng phương pháp hpl icp ms Nghiên cứu xác Định một số dạng thiếc trong mẫu nước tiểu bằng phương pháp hpl icp ms

G,

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Đinh Sơn Lương

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ DẠNG THIẾC TRONG MẪU NƯỚC TIỂU BẰNG PHƯƠNG PHÁP

HPLC-ICP-MS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2022

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Đinh Sơn Lương

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ DẠNG THIẾC TRONG MẪU NƯỚC TIỂU BẰNG PHƯƠNG PHÁP

HPLC-ICP-MS

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 8440112.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS.TS VŨ ĐỨC LỢI

2 PGS.TS PHẠM THỊ NGỌC MAI

Hà Nội - 2022

Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Thị Ngọc Mai và các thầy cô trong

Bộ môn Hóa Phân tích các thầy cô trong khoa Hóa đã dạy dỗ và chỉ bảo em trong thời gian học tập tại trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

Em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Trung Nguyên, các anh chị công tác tại phòng xét nghiệm và các bác sĩ Trung tâm chống độc Bệnh viện Bạch Mai đã tạo điều kiện, tư vấn và phối hợp trong quá trình thực hiện đề tài

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn các bác, các anh chị và các bạn trong phòng Hóa Phân tích, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giúp đỡ em trong thời gian học tập và thực hiện nghiên cứu này

Hà Nội, ngày 14 tháng 12 năm 2022

Học viên

Đinh Sơn Lương

ii

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH v

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

1.1 Nguyên tố Thiếc (Sn) 3

1.2 Thiếc hữu cơ 3

1.3 Thiếc trong môi trường 4

1.4 Thiếc trong cơ thể người 5

1.5 Độc tính của Thiếc 6

1.6 Phương pháp phân tích thiếc tổng 6

1.6.1 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử 7

1.6.2 Phương pháp điện hóa 7

1.6.3 Phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 8

1.6.4 Phổ phát xạ nguyên tử kết hợp nguồn cao tần cảm ứng Plasma (ICP-AES) 8

1.6.5 Phổ khối kết hợp nguồn cao tần cảm ứng Plasma (ICP-MS) 8

1.7 Phương pháp phân tích dạng thiếc hữu cơ 9

1.7.1 Sắc ký khí (GC) trong phân tích dạng thiếc hữu cơ 9

1.7.1.1 Các phương pháp dẫn xuất hóa 10

1.7.1.2 Detector ghép nối với sắc ký khí (GC) 12

1.7.2 Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) trong phân tích dạng thiếc hữu cơ 13

iii

1.7.2.1 Kỹ thuật tách bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) 13

1.7.2.2 Detector ghép nối với sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) 15

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 22

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 22

2.2 Nội dung nghiên cứu 22

2.3 Hóa chất và dung dịch chuẩn 22

2.3.1 Hóa chất 22

2.3.2 Chuẩn bị dung dịch chuẩn 23

2.3.3 Chuẩn bị pha động cho HPLC 25

2.4 Lấy mẫu và bảo quản mẫu 25

2.5 Chuẩn bị mẫu cho phân tích thiếc tổng và thiếc dạng 25

2.6 Thiết bị và điều kiện vận hành 26

2.7 Đánh giá kết quả và báo cáo 28

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 29

3.1 Các điều kiện phân tích định lượng thiếc tổng bằng phương pháp ICP-MS 29

3.1.1 Tối ưu hóa các điều kiện phân tích Sn bằng ICP-MS 29

3.1.2 Xây dựng đường chuẩn 30

3.1.3 Đánh giá phương pháp phân tích thiếc tổng bằng ICP-MS 31

3.1.3.1 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng 31

3.1.3.2 Độ chính xác của phương pháp 32

3.2 Tối ưu hóa điều kiện phân tích các dạng thiếc bằng phương pháp HPLC-ICP-MS 34

3.2.1 Các điều kiện ghép nối hệ thiết bị HPLC-ICP-MS 34

3.2.2 Khảo sát các điều kiện tách của sắc ký 34

iv

3.2.2.1 Lựa chọn cột tách 34

3.2.2.2 Lựa chọn pha động 35

3.2.2.3 Khảo sát thành phần pha động 37

3.3 Đánh giá phương pháp phân tích Dimethyl thiếc và Trimethyl thiếc 39

3.3.1 Đường chuẩn của DMT và TMT 39

3.3.2 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng 41

3.3.3 Độ chính xác của phương pháp 41

3.4 Phân tích hàm lượng thiếc tổng, dạng DMT và TMT trong các mẫu nước tiểu 42

3.4.1 Phân tích hàm lượng thiếc tổng trong mẫu nước tiểu 42

3.4.2 Phân tích dạng DMT và TMT trong nước tiểu 45

3.4.3 Phân tích đối chứng bằng phương pháp GC-MS/MS 46

3.4.3.1 Xử lý mẫu nước tiểu 46

3.4.3.2 Kết quả phân tích các mẫu nước tiểu 47

KẾT LUẬN 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

PHỤ LỤC 58

v

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Hệ thiết bị HPLC-ICP-MS được sử dụng trong nghiên cứu 27

Hình 2.2: Tỷ lệ tín hiệu trên hiễu 10:1 (trên) và 3:1 (dưới) sử dụng phương pháp của Dược điển châu Âu (European Pharmacopeia) 28

Hình 3.1: Cường độ tín hiệu của Sn 5 µg/Lở các chế độ đo khác nhau 29

Hình 3.2: Đường chuẩn của Sn với chế độ đo a) Standard và b) DRC 30

Hình 3.3: Sắc ký đồ của MMT, DMT và TMT sử dụng pha động methanol 30%, acetic acid 5%, natri 1-butanesulfonate 5 mM, (a) cột Zorbax, (b) cột Shiseido 35

Hình 3.4: Sắc ký đồ của DMT và TMT sử dụng pha động: (a) methanol 30%, acetic acid 5%, natri 1-butanesulfonate 5 mM, (b) ammonium formate 10mM, formic acid 0,1% 36

Hình 3.5: Sắc kí đồ Trimethyl thiếc và Dimethyl thiếc khi thay đổi hàm lượng methanol trong pha động a) 5% methanol; b) 30% methanol; c) 50% methanol 37

Hình 3.6: Sắc ký đồ của dạng TMT và DMT ở các nồng độ khác nhau 39

Hình 3.7: Đường chuẩn Trimethyltin 40

Hình 3.8: Đường chuẩn Dimethyltin 40

Hình 3.9: Hàm lượng thiếc tổng trong nước tiểu của hai nhóm đối tượng 44

Hình 3.10: Sắc ký đồ của dạng TMT và DMT trong các mẫu nước tiểu 45

Hình 3.11: Quy trình xử lý mẫu nước tiểu phân tích bằng GC-MS/MS 46

Hình 3.12: Tương quan kết quả phân tích mẫu giữa 2 phương pháp HPLC-ICP-MS và GC-MS/MS 47

Hình PL1-1: Sắc ký đồ và đường chuẩn Trimethyltin phân tích bằng GC-MS/MS 58 Hình PL1-2: Sắc ký đồ và đường chuẩn Dimethyltin phân tích bằng GC-MS/MS 58

Hình PL1-3: Sắc ký đồ và đường chuẩn Monomethyltin phân tích bằng GC-MS/MS 58

vi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Một số nghiên cứu phân tích các dạng thiếc hữu cơ bằng HPLC-ICP-MS

19

Bảng 2.1: Điều kiện phân tích thiếc tổng trên thiết bị ICP-MS 27

Bảng 3.1: Cường độ tín hiệu của Sn ở các nồng độ khác nhau 30

Bảng 3.2: Kết quả xác định LOD, LOQ của phương pháp phân tích thiếc tổng 31

Bảng 3.3: Kết quả đánh giá độ chính xác của phương pháp phân tích thiếc tổng 33

Bảng 3.4: Thời gian di chuyển (tr) của trimethyl thiếc và dimethyl thiếc khi thay đổi nồng độ methanol trong pha động 37

Bảng 3.5: Điều kiện tách dạng thiếc trên hệ thiết bị HPLC-ICP-MS 38

Bảng 3.6: Cường độ tín hiệu của Dimethyl thiếc và Trimethyl thiếc ở các nồng độ khác nhau 39

Bảng 3.7: Các đại lượng đặc trưng của phương pháp phân tích DMT và TMT bằng HPLC-ICP-MS 41

Bảng 3.8: Độ lệch chuẩn tương đối và hiệu suất thu hồi của Trimethyltin và Dimethyltin 42

Bảng 3.9: Hàm lượng thiếc tổng trong mẫu nước tiểu của hai nhóm đối tượng 42

Bảng 3.10: Hàm lượng thiếc tổng và các dạng thiếc trong mẫu nước tiểu 45

Bảng 3.11: Kết quả phân tích 2 dạng thiếc hữu cơ bằng 2 phương pháp HPLC-ICP-MS và GC -HPLC-ICP-MS/HPLC-ICP-MS 47

vii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AAS Atomic absorption spectroscopy Phổ hấp thụ nguyên tử AES Atomic emission spectroscopy Phổ phát xạ nguyên tử

DCP Direct current plasma Plasma dòng điện 1 chiều

DRC Dynamic reaction cell Buồng phản ứng động học

loãng đồng vị

KED Kinetic energy discrimination Chế độ va chạm động học

LOQ Limit of quantification Giới hạn định lượng

RSD Relative standard deviation Độ lệch chuẩn tương đối

viii

1

MỞ ĐẦU

Thiếc tồn tại dưới dạng kim loại, các hợp chất thiếc vô cơ và các hợp chất thiếc hữu cơ Trong khi thiếc vô cơ được cho là không mấy độc hại với cơ thể con người, thiếc hữu cơ (các hợp chất hữu cơ của thiếc) đã được chứng minh là các độc tố có hại cho sức khỏe của con người Thiếc hữu cơ gây độc đối với hệ thần kinh trung ương

và tổn thương chất trắng trong não, người bị ngộ độc thiếc qua đường hít, qua da hoặc đường ăn uống thường mê sảng, lú lẫn, kích động, rối loạn chức năng tiểu não, rung giật nhãn cầu, co giật, bệnh thần kinh cảm giác, chứng bịa chuyện và rối loạn nhãn quan Các hợp chất vô cơ và hữu cơ của thiếc có thể được hấp thụ vào cơ thể con người ở một mức độ nào đó khi hít phải, nuốt phải, hoặc thâm nhập qua da Trong đó các hợp chất hữu cơ của thiếc thì dễ được hấp thụ hơn các chất vô cơ

Các hợp chất thiếc hữu cơ có độc tính rất cao đối với người và động thực vật, chúng dễ hấp thu qua đường hô hấp, tiếp xúc qua da và đường tiêu hóa Trong các hợp chất hữu cơ của thiếc thì dạng độc nhất độc nhất là các hợp chất trimethyl thiếc (TMT), dimethyl thiếc (DMT) và monomethyl thiếc (MMT), các chất này được sử dụng nhiều trong sản xuất, gia công và chế biến các sản phẩm nhựa [52] Trên thực

tế đã ghi nhận một số trường hợp công nhân bị nhiễm độc thiếc khi làm việc tại các nhà máy sản xuất ống nước ở Hải Dương - Việt Nam, trong đó có 1 trường hợp tử vong với nồng độ trong mẫu nước tiểu cao gấp 50 lần giá trị bình thường Do đó, việc xác định chính xác hàm lượng của từng dạng trong các đối tượng mẫu môi trường và sinh học là rất cần thiết để có thể đánh giá một cách tổng thể độc tính của chúng

Việc tách dạng hữu cơ của thiếc thường được thực hiện bằng phương pháp sắc

ký khí GC hoặc sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC kết nối với detector chuyên dụng như quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [6, 7, 14, 22], quang phổ phát xạ nguyên tử (AES) [50], quang phổ phát xạ nguyên tử với nguồn nguyên tử hóa cao tần cảm ứng plasma (ICP-OES) [35, 57], khối phổ kế nguyên tử với nguồn cảm ứng cao tần plasma (ICP-MS) [37, 46, 51, 54] Phương pháp tách bằng HPLC có ưu thế hơn do không phải tạo dẫn xuất nên giảm sai số ở kết quả cuối cùng và giảm thời gian phân tích Còn phương pháp ICP-MS sở hữu nhiều ưu điểm như độ nhạy và độ chọn lọc cao, phân tích được đồng thời nhiều nguyên tố, phân tích được nồng độ tuyệt đối sử dụng

từ cổ xưa Thiếc là nguyên tố phổ biến thứ 48 trong vỏ trái đất, trong đó phần lớn thiếc được tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng quặng cassiterite, SnO2 [42, 53]

Thiếc tồn tại ở cả dạng vô cơ và hữu cơ với nhiều hóa trị trong các hợp chất khác nhau Thiếc hóa trị 0 tồn tại dưới dạng kim loại tinh khiết hoặc hợp kim với các kim loại khác Thiếc vô cơ có hóa trị II và hóa trị IV tồn tại chủ yếu dưới dạng oxit

và các muối stanmic, stannous với các phi kim như clo, sulfur, Thiếc hữu cơ thường

có hóa trị IV gọi là organotin [19]

Thiếc có rất nhiều ứng dụng hữu ích trong đời sống cũng như trong các ngành công nghiệp Nhờ vào độ bóng cao, khả năng chống oxi hóa và chống ăn mòn tốt, thiếc được sử dụng để phủ lên để bảo vệ các kim loại khác Trong sản xuất đồ hộp, thiếc được dùng để bảo vệ lõi thép khỏi bị ăn mòn khi tiếp xúc với thực phẩm Trong sản xuất, gia công và chế biến các sản phẩm nhựa, hợp chất hữu cơ của thiếc được sử dụng như một chất ổn định nhiệt nhằm tránh sự phân hủy của nhựa khi ở nhiệt độ cao, đặc biệt đối với nhựa PVC Trong sản xuất thủy tinh, phần lớn các loại kính được sản xuất bằng thủy tinh nóng chảy nổi trên thiếc nóng chảy để tạo ra bề mặt phẳng với diện tích lớn Ngoài ra thiếc mạ lên thủy tinh được sử dụng để sản xuất vật liệu kính dẫn điện với nhiều ứng dụng trong cả nghiên cứu lẫn công nghiệp điện tử và năng lượng

1.2 Thiếc hữu cơ

Ngày nay, hơn 800 dạng thiếc hữu cơ đã được biết đến và thiếc có số lượng dẫn xuất kim loại được sử dụng nhiều nhất hơn bất kì một nguyên tố nào khác Các hợp chất organotin hoặc stannanes là các hợp chất hóa học dựa trên thiếc với các

4

nhóm thế hydrocacbon Hợp chất organotin đầu tiên là diethyl diiodide thiếc ((C2H5)2SnI2), được phát hiện bởi Edward Frankland vào năm 1849 và các dạng thiếc hữu cơ khác được phát triển nhanh chóng với thuốc thử Grignard Các dạng thiếc hữu

cơ có thể được phân loại thành 2 nhóm dựa trên việc sử dụng chúng

- Nhóm thứ nhất được sử dụng sản xuất đồ hộp, thuốc trừ sâu, diệt khuẩn, làm chất chống vón cục cho các loại sơn thường là các hợp chất triorgano thiếc: trimethyl thiếc (TMT), tributyl thiếc (TBT), triphenyl thiếc (TPhT),…

Trong ngành công nghiệp đóng tàu và vận tải biển, sơn chống hà có chứa Tributhyl Thiếc - TBT chiếm 90% lượng sơn chống hà thế giới Hầu như tất cả các hãng sơn lớn đều dùng công nghệ sơn TBT bởi khả năng chống hà bám rất tốt, khả năng làm nhẵn bề mặt tốt và công nghệ ổn định Tuy nhiên, ngay cả ở mức độ thấp, các hợp chất này cũng có thể gây chết các sinh vật biển, đặc biệt là hàu Việc sử dụng nó hiện

đã bị cấm ở hầu hết các quốc gia [19, 34, 42, 53]

- Nhóm thứ hai là các dạng sử dụng làm chất ổn định nhiệt trong sản xuất nhựa PVC, chất đóng rắn cho silicon và xúc tác trong sản xuất polyurethane thường

là các hợp chất như: monomethyl thiếc (MMT), dimethyl thiếc (DMT), monobutyl thiếc (MBT), dibutyl thiếc (DBT), …

Các dạng thiếc hữu cơ có thể nhiễm vào đường ống nước bằng PVC từ đó gây nguy hiểm cho con người hoặc thông qua làm việc trong môi trường độc hại như trường hợp một số công nhân làm việc ở nhà máy sản xuất nhựa PVC ở Hải Dương – Việt Nam

1.3 Thiếc trong môi trường

Thiếc và các hợp chất của nó ở dạng có thể được tìm thấy khắp mọi nơi, trong đất, trong không khí cũng như trong nước Trong đó thời gian tồn tại của chúng là rất khác nhau, phụ thuộc nhiều vào mỗi dạng hợp chất thiếc cũng như môi trường mà chúng tồn tại

Trong môi trường đất, thiếc được tìm thấy trong thành phần của rất nhiều loại đất Thiếc có thể được phát tán từ môi trường đất vào môi trường khí từ bụi do gió

5

bão, đường sá, cũng như từ các hoạt động trồng trọt Ngoài ra, thiếc còn có thể xâm nhập vào môi trường khí do khói bụi thoát ra từ các quá trình luyện, tinh chế quặng, đốt chất thải và đốt nhiên liệu hóa thạch (than hoặc dầu) Thiếc trong môi trường đất hoặc khí có thể bị rửa trôi vào môi trường nước nhờ mưa và tuyết Trong môi trường nước, thiếc thường liên kết với đất và trầm tích trong nước và thường được coi là thành phần tương đối bất động Thiếc không thể bị tự phá hủy trong môi trường Nó chỉ có thể thay đổi dạng và môi trường mà nó tồn tại [19]

1.4 Thiếc trong cơ thể người

Thiếc có thể xâm nhập vào cơ thể con người khi họ ăn thực phẩm bị ô nhiễm hoặc uống nước bị ô nhiễm, hoặc khi họ hít phải khói hoặc bụi có thiếc Khi con người ăn hoặc uống phải thức ăn nhiềm thiếc vô cơ, đã phần chúng sẽ đi qua đường ruột và ra khỏi cơ thể qua phân và nước tiểu Nếu con người hít phải khí nhiễm độc thiếc vô cơ, chúng có thể bị mắt kẹt lại trong phổi của người, nhưng với lượng nhỏ thì chúng hầu như không ảnh hưởng gì đến hệ hô hấp của con người Trong hầu hết các trường hợp, cơ thể người có thể tự đào thải thiếc vô cơ qua phân và nước tiểu rất nhanh trong vài vài ngày đến vài tháng [19]

Trong khi thiếc vô cơ được cho là không mấy độc hại với cơ thể con người, thì thiếc hữu cơ (các hợp chất hữu cơ của thiếc) đã được chứng minh là các độc tố có hại cho sức khỏe của con người Thiếc hữu cơ gây độc đối với hệ thần kinh trung ương và tổn thương chất trắng trong não, người bị ngộ độc thiếc qua đường hít, qua

da hoặc đường ăn uống thường mê sảng, lú lẫn, kích động, rối loạn chức năng tiểu não, rung giật nhãn cầu, co giật, bệnh thần kinh cảm giác, chứng bịa chuyện và rối loạn nhãn quan Bệnh nhân phải mất nhiều tháng, nhiều năm để hồi phục Đối với hệ

hô hấp, nếu hít phải thiếc hữu cơ có thể gây tình trạng khó thở, ho, thở rít hoặc bệnh bụi phổi khi hít phải thiếc oxit mạn tính Đối với hệ tiêu hóa, khi ăn hoặc uống phải muối thiếc có tính ăn mòn sẽ gây buồn nôn, nôn, đau bụng, tiêu chảy, rối loạn nhìn, kích thích niêm mạc, mất thính lực

6

1.5 Độc tính của Thiếc

Các hợp chất vô cơ và hữu cơ của thiếc có thể được hấp thụ vào cơ thể con người ở một mức độ nào đó khi hít phải, nuốt phải, hoặc thâm nhập qua da Trong đó các hợp chất hữu cơ của thiếc thì dễ được hấp thụ hơn các chất vô cơ và mức độ alkyl hóa càng cao thì sự hấp thụ càng tăng lên, ngược lại mạch alkyl càng dài thì độc tính lại càng thấp [13, 45] Thiếc hấp thụ được phân bố khắp cơ thể, điển hình thiếc được tìm thấy trong thận, gan, phổi, não và mô xương với nồng độ cao hơn [13, 19, 45]

Độc tính của các hợp chất hữu cơ của thiếc là kết quả của sự tương tác của nhóm chức alkyl và aryl với màng tế bào và khả năng phản ứng nội bào của cation thiếc alkyl Về cơ bản, các hiệu ứng có thể được phân loại theo các phản ứng phụ thuộc Ca2+ và không phụ thuộc Ca2+ Các hợp chất hữu cơ của thiếc làm rối loạn cân bằng nội môi Ca2+ bằng cách tăng nồng độ Ca2+ tự do nội bào Điều này gây ảnh hưởng đến các đường truyền tín hiệu, gây ra quá trình tự chết của tế bào (apoptosis)

và thúc đẩy quá trình khử phân hủy và giải liên kết của các khung xương tế bào và hạt nhân protein Ca2+ độc lập liên kết cộng hóa trị với protein dẫn đến sự ức chế các enzym liên quan đến sản xuất năng lượng, chuyển hóa thuốc và điều phối thay đổi nồng độ (gradient) xuyên màng Tăng giải phóng tế bào thần kinh và hoặc giảm sự hấp thu tế bào thần kinh của chất dẫn truyền thần kinh và giảm biểu hiện của sự kết dính tế bào thần kinh các phân tử được tạo ra bởi thiếc trimethyl và ức chế phản ứng miễn dịch qua tế bào trung gian bởi các hợp chất thiếc butyl cũng nằm trong số các phản ứng độc hại do các hợp chất hữu cơ của thiếc gây ra [19]

1.6 Phương pháp phân tích thiếc tổng

Trong thực tế, thiếc tồn tại trong các dạng mẫu với những nền mẫu và nồng

độ rất khác nhau Vì vậy, rất nhiều phương pháp phân tích thiếc đã được nghiên cứu

và phát triển đề phù hợp với các loại mẫu khác nhau cũng như điều kiện lấy mẫu và trang thiết bị khác nhau như phương pháp điện hóa, quang phổ hấp thụ phân tử [1, 10], quang phổ huỳnh quang, sắc ký ion, cực phổ, chuẩn độ, phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), sắc ký khí (GC), khối phổ (MS) Với sự phát triển của các công cụ phân tích hiện đại, việc phân tích hàm lượng thiếc tổng trong các loại mẫu khác nhau không

7

còn là thách thức quá lớn Tuy nhiên nhiều kỹ thuật đã được phát triển để cải tiến việc chuẩn bị mẫu cũng như phương pháp phân tích để đạt được độ nhạy, độ đúng, độ chụm và giới hạn phát hiện tốt hơn

1.6.1 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử

Trước đây, nhiều phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử đã được áp dụng để phân tích thiếc, sử dụng các thuốc thử như dithiol, catechol violet, phenylfluorone, oxine (8-quinolinol), dithizone và quercetin [1, 10] Tuy nhiên, các phương pháp này

có độ nhạy không cao (0,1 μg thiếc trong mẫu) và không phù hợp để phân tích các hợp chất thiếc khác nhau có mặt trong mẫu

1.6.2 Phương pháp điện hóa

Phương pháp Von-Ampe hòa tan là một phương pháp đơn giản, có độ nhạy cao để phân tích thiếc [1, 5] Bước quan trọng trong phương pháp này là làm giàu các chất cần phân tích lên trên bề mặt điện cực Tuy nhiên phương pháp có độ chọn lọc không cao, do sự chồng lấn của các peak tín hiệu ví dụ như tín hiệu cho thiếc và chì; được khắc phục bằng các phương pháp tách chiết trong quá trình xử lý mẫu trước khi phân tích

Gần đây, các nhà điện hóa đã cải tiến phương pháp đo này bằng cách phát triển các điện cực biến tính nhằm đạt được giới hạn phát hiện nhỏ hơn, độ chọn lọc cao hơn, cũng như hướng tới việc phân tích đồng thời nhiều kim loại Một trong những cải tiến vượt bậc để phân tích thiếc bằng phương pháp điện hóa phải kể đến việc sử dụng và biến tính điện cực màng bitmut (thay cho điện cực màng thủy ngân) với sự

có mặt của chất điện phân hỗ trợ [15, 24, 38] Phương pháp này đã giảm giới hạn phát hiện thiếc xuống đến 1,9 μg/L và cho phép phát hiện nhiều kim loại cùng lúc Ngoài

ra, việc biến tính điện cực carbon thủy tinh với bitmut và màng poly (bromophenol blue) cũng đem lại hiệu quả phân tích thiếc đáng kinh ngạc, với giới hạn phát hiện chỉ 7 nM (tương đương 0,35 μg/L) [55]

Phương pháp quét thế tuyến tính (linear sweep voltammetry) cũng được đề xuất để phân tích sự giải phóng thiếc trong thực phẩm đóng hộp đã chế biến [49] Mặc dù phương pháp này không cung cấp dữ liệu định lượng về sự giải phóng kim

8

loại, nhưng đây là một phương pháp nghiên cứu cho phép xác định các điều kiện nhiệt động lực học kiểm soát quá trình ăn mòn của hộp thiếc, từ đó cho phép xác định có nên sử dụng hộp thép mạ thiếc sơn epoxyphenolic hay không

1.6.3 Phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử - AAS đã được sử dụng rộng rãi để phát hiện thiếc vô cơ trong các mẫu luyện kim và mẫu vật liệu Tuy nhiên, với quy trình phân tích thông thường sử dụng kỹ thuật nguyên tử hóa ngọn lửa (F-AAS) cho giới hạn phát hiện tương đối cao [14]

Việc thay thế kỹ thuật nguyên tử hóa ngọn lửa (F-AAS) bằng kỹ thuật nguyên

tử hóa không ngọn lửa (kỹ thuật nguyên tử hóa bằng lò graphit, GF – AAS) đã làm tăng độ nhạy của phương pháp lên đến 1000 lần [22]

Tuy nhiên, việc phân tích hàm lượng thiếc trong các mẫu sinh học chủ yếu sử dụng kỹ thuật tạo hydrua (HG-AAS), kỹ thuật này có độ nhạy và độ ổn định cao hơn

so với kỹ thuật nguyên tử hóa ngọn lửa (F-AAS) và kỹ thuật lò (GF-AAS) [22]

1.6.4 Phổ phát xạ nguyên tử kết hợp nguồn cao tần cảm ứng Plasma (ICP-AES)

Phổ phát xạ nguyên tử cũng là một phương pháp phổ biến dùng để xác định thiếc trong các mẫu đại chất, phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử như thời gian phân tích nhanh và có thể phân tích đồng thời nhiều nguyên tố Tuy nhiên, do độ nhạy thấp nên phương pháp ICP-AES ít được dùng để phân tích thiếc trong các mẫu sinh học [35, 57]

1.6.5 Phổ khối kết hợp nguồn cao tần cảm ứng Plasma (ICP-MS)

ICP-MS cũng là một phương pháp phổ biến được dùng để phân tích thiếc Giống như ICP-AES, ICP-MS cũng sử dụng nguồn plasma ICP để phân ly mẫu thành các nguyên tử và ion Tuy nhiên, ICP-MS phát hiện các ion được phân tách dựa trên

tỷ lệ khối lượng nguyên tử/điện tích (m/z) ICP-MS đã được sử dụng để phân tích các hợp chất thiếc trong mẫu nước tiểu, mẫu thực phẩm, đất, nước và trầm tích với độ chính xác và độ lặp lại tương đối cao [6, 28, 41, 61] Giới hạn phát hiện ICP-MS đối

1.7 Phương pháp phân tích dạng thiếc hữu cơ

Các dạng thiếc hữu cơ có độc tính cao hơn nhiều so với dạng thiếc vô cơ Do

đó, việc xác định chính xác hàm lượng của từng dạng trong các đối tượng mẫu môi trường và sinh hóa là rất cần thiết để có thể đánh giá một cách tổng thể độc tính của chúng Mặc dù quy trình và thiết bị phân tích thiếc đã đạt được những bước tiến lớn, việc phát hiện các hợp chất hữu cơ của thiếc vẫn là một nhiệm vụ đầy thách thức Trong đó, thách thức lớn nhất là việc phát triển các phương pháp tách chiết đơn giản

và hiệu quả nhằm phân tách chính xác các dạng thiếc vô cơ và hữu cơ ra khỏi nhau trước khi định lượng từng dạng

Các hệ tách chiết có thể được thiết kế độc lập, hoặc được ghép nối trực tiếp với các detector chuyên dụng để phân tích các dạng khác nhau của thiếc Trong đó,

hệ tách chiết phổ biến nhất là sắc ký khí (GC) hoặc sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) Detector thường là hệ quang phổ hoặc khối phổ, ví dụ như quang phổ hấp thụ nguyên

tử (AAS), quang phổ phát xạ nguyên tử (AES), quang phổ phát xạ nguyên tử kết hợp với nguồn cao tần cảm ứng plasma (ICP-OES), quang phổ huỳnh quang nguyên tử (AFS), hay khối phổ kết hợp nguồn cao tần cảm ứng plasma (ICP-MS) [59]

1.7.1 Sắc ký khí (GC) trong phân tích dạng thiếc hữu cơ

Trong phân tích dạng thiếc hữu cơ, sắc ký khí được sử dụng nhiều bởi độ phân giải tốt, có thể ghép nối với nhiều loại detector và khả năng phân tách được đồng thời nhiều dạng thiếc hữu cơ như butyls, phenyl, octyl và propyl Tuy nhiên, đối với các hợp chất di-, tri- và monoankyl thiếc là các hợp chất khó bay hơi và kém bền nhiệt, cần phải dẫn xuất hóa trước khi tách bằng sắc ký [11, 30] Các ion thiếc hữu cơ sẽ được chiết từ nền mẫu và dẫn xuất hóa để chuyển sang dạng các hợp chất dễ bay hơi

1.7.1.1 Các phương pháp dẫn xuất hóa

b Alkyl hóa bằng thuốc thử Grignard (R’MgX)

Alkyl hóa bằng thuốc thử Grignard (R’MgX) là phương pháp tạo dẫn xuất được sử dụng phổ biến nhất cho các hợp chất thiếc hữu cơ bằng cách methyl hóa, ethyl hóa, propyl hóa, butyl hóa, pentyl hóa hoặc hexyl hóa trong một dung môi thích hợp theo phương trình phản ứng sau:

𝑅𝑛 𝑆𝑛(4−𝑛) + (4 − 𝑛)𝑅′ 𝑀𝑔𝑋 → 𝑅𝑛 𝑆𝑛𝑅(4−𝑛)′ + (4 − 𝑛)𝑀𝑔2++ (4 − 𝑛)𝑋−

Trong đó:

11

R’: methyl, ethyl, propyl, n-butyl, pentyl

R: methyl, n-butyl, phenyl

n = 1, 2, 3

Khác với kỹ thuật hydrua hóa, ankyl hóa bằng thuốc thử Grignard có thể ứng dụng để phân tích nhiều dạng thiếc hữu cơ (metyl thiếc, butyl thiếc, phenyl thiếc,…) trong các nền mẫu khác nhau, với hiệu suất tạo dẫn xuất cao, độ lặp lại tốt Tuy nhiên, việc thực hiện qua nhiều bước của quy trình dẫn xuất hóa này có thể làm gia tăng sự nhiễm bẩn và sự chuyển dạng của các hợp chất thiếc hữu cơ Ngoài ra có thể tồn tại lượng vết của nước trong dịch chiết và sự mất đi của các dạng dễ bay hơi như methyl thiếc và ethyl thiếc [39]

c Ethyl hóa bằng Natri tetraethylborate (NaBEt 4 )

Phản ứng với NaBEt4 để chuyển các dạng thiếc hữu cơ sang các hợp chất dễ bay hơi là kỹ thuật được sử dụng phổ biến nhất hiện nay bởi việc có thể thực hiện dẫn xuất hóa và chiết trong cùng một bước Ethyl hóa bằng NaBEt4 được thực hiện ngay ttrong môi trường nước, sau đó chiết các sản phẩm dẫn xuất hóa sang một dung môi hữu cơ thích hợp Do đó, kỹ thuật dẫn xuất hóa này có thể giảm thiểu sự nhiễm bẩn,

sự mất đi của các dạng thiếc hữu cơ dễ bay hơi và quá trình phân tích nhanh hơn so với kỹ thuật dùng thuốc thử Grignard [2] Kỹ thuật này cũng khắc phục được nhược điểm của kỹ thuật hydride hóa đối với sự phân tích dạng butyl thiếc và phenyl thiếc [30]

Mặc dù có khả năng ứng dụng rộng trên nhiều đối tượng mẫu và quy trình thực hiện nhanh, thuận tiện, kỹ thuật ethyl hóa này không sử dụng được cho các mẫu có chứa đồng thời dạng ethyl thiếc và thiếc Khả năng phân biệt hai dạng này là rất khó bởi hai dạng đều chuyển thành tetraethyl thiếc [36] Mặt khác, cần phải chú ý đến tính chất kém bền trong không khí của NaBEt4 Để đạt hiệu suất tạo dẫn xuất cao, dung dịch NaBEt4 nên được chuẩn bị mới mỗi lần phân tích và bảo quản ở nhiệt độ -20℃ trong vòng 2 tuần

12

1.7.1.2 Detector ghép nối với sắc ký khí (GC)

Để phát hiện các hợp chất hữu cơ của thiếc, detector sử dụng phải có tính đa năng và có khả năng ghép nối với hệ thống sắc ký hoặc một số thiết bị tách khác Sự lựa chọn detector phụ thuộc vào dạng hóa học của hợp chất thiếc được xác định và chế độ phân tách được sử dụng Thêm vào đó, nồng độ của thiếc trong các mẫu môi trường thường rất nhỏ và có nhiều ảnh hưởng từ nền mẫu đối với các mẫu thực vật

và môi trường Do đó, detector sử dụng phải có tính chọn lọc và độ nhạy cao

Mặc dù GC là kỹ thuật được sử dụng phổ biến để tách nhiều loại chất phân tích, việc sử dụng kỹ thuật này trong phân tích các chất vô cơ còn tương đối hạn chế Điều này phản ánh một thực tế là hầu hết các detector thông thường của GC không phải detector chọn lọc nguyên tố và việc chuyển chất phân tích từ cuối cột GC sang nguồn nguyên tử hoặc ion hóa là một vấn đề khi phương pháp phổ nguyên tử được

sử dụng Dịch rửa giải từ cột sắc ký thường ở nhiệt độ cao và cần phải được duy trì dọc theo đường dẫn đến nguồn nguyên tử hoặc ion hóa để không có các điểm nguội

và sự ngưng tụ của chất phân tích Việc đảm bảo không có điểm nguội nào trên đường dẫn là tương đối khó khăn Thêm vào đó, kết nối với các thiết bị có nguồn plasma có thể làm các đường dẫn bằng kim loại hoạt động như một ăng ten và do đó ảnh hưởng đến tần số vô tuyến của nguồn cảm ứng cao tần plasma (ICP) Điều này làm mất ổn định của plasma và làm hỏng thiết bị Hiện nay đã có nhiều giao diện khả thi để ghép nối GC với các detector đã có sẵn trên thị trường [13, 33]

Ở giai đoạn đầu của nghiên cứu phân tích dạng thiếc, GC được kết nối với detector quang phổ hấp thụ nguyên tử (GC-AAS) và quang phổ phát xạ nguyên tử (GC-AES) Việc sử dụng kỹ thuật hydride hóa cùng với detector quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật ngọn lửa (F-AAS) hoặc quang phổ phát xạ nguyên tử sử dụng nguồn plasma cho giới hạn phát hiện cỡ 0,05-25 µg/L [12]

Detector quang hóa ngọn lửa (FPD) cũng rất phù hợp cho phân tích các dạng thiếc hữu cơ [8] Mặc dù thiếc khó bị kích thích bằng năng lượng ngọn lửa, những cải tiến và sửa đổi của thiết bị cho phép phát hiện nhạy và chọn lọc các hợp chất thiếc dựa trên huỳnh quang phân tử màu đỏ của liên kết Sn-H ở bước sóng 609,5 nm Sự

13

ra đời gần đây của detector quang hóa ngọn lửa xung (P-FPD) đã cải thiện hơn nữa

độ nhạy và độ chọn lọc cho phân tích dạng của hợp chất thiếc hữu cơ [21]

Dạng thiếc hữu cơ cũng có thể được xác định bằng hệ thiết bị GC-MS thông thường với độ nhạy tương đương với GC-AES [31] GC-ICP-MS ngày càng được sử dụng nhiều hơn cho phân tích dạng hợp chất này bởi độ nhạy cao hơn các phương pháp thông thường [3] Thêm vào đó, ICP-MS cho phép định lượng dựa trên phương pháp pha loãng đồng vị (IDMS) với độ đúng cao và xác định dạng chính xác GC-ICP-MS kết hợp với các chuẩn đồng vị có thể sử dụng để nghiên cứu quá trình phân hủy đặc trưng của từng dạng [29]

Quá trình phân tích dạng bằng phương pháp sắc ký khí có thể quan sát được một số ảnh hưởng như sự trôi của đường nền, sự xuất hiện của các dải phổ rộng và

sự biến mất của một số pic Những vấn đề trên do ảnh hưởng của nền mẫu và do đó đặt ra câu hỏi về độ tin cậy và tính chính xác của phép phân tích

1.7.2 Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) trong phân tích dạng thiếc hữu cơ

1.7.2.1 Kỹ thuật tách bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)

Phân tích dạng thiếc hữu cơ sử dụng HPLC không yêu cầu phải dẫn xuất hóa,

do đó giúp loại bỏ nguồn gây nên sự không đảm bảo của kết quả đo và giảm thời gian phân tích một cách đáng kể Pha tĩnh và pha động của sắc ký lỏng có thể được thay đổi để đạt hiệu quả tách tốt nhất Tuy nhiên việc phân tích đồng thời nhiều loại thiếc hữu cơ khác nhau về nhóm thế (methyl, ethyl, …) và số lượng nhóm thế (momo-, di-, …) trong một lần chạy sắc ký là hạn chế khi so sánh với sắc ký khí bởi sự khác nhau

về khả năng hòa tan của các hợp chất này Thời gian để phân tách bằng HPLC thường lâu hơn so với GC, đặc biệt là khi sử dụng gradient dung môi

Có nhiều chế độ phân tách có thể sử dụng cho hợp chất thiếc hữu cơ như sắc

ký trao đổi ion, sắc ký pha đảo, sắc ký cặp ion, sắc ký rây phân tử, …nhưng sắc ký trao đổi ion và sắc ký pha đảo được áp dụng phổ biến trong các quy trình phân tích dạng thiếc trên [16, 17, 37]

a Sắc ký trao đổi ion (Ion-Exchange Chromatography – IEC)

14

Sắc ký trao đổi ion được thực hiện trên chất phân tích dạng ion và sử dụng pha tĩnh là vật liệu có nhóm chức mang điện tích Đối với các hợp chất thiếc hữu cơ, cation 𝑅𝑛 𝑆𝑛(4−𝑛)+ trong mẫu cạnh tranh với các ion đối 𝑌+của pha động để tạo liên kết với ion 𝑋− của chất trao đổi cation [20, 51] Pha tĩnh thường là nhựa styrene divinylbenzene hoặc silica có gắn nhóm chức tích điện âm hoặc dương tùy thuộc vào loại chất trao đổi cation hay anion [33, 43]

Pha động trong sắc ký ion là dung dịch đệm với mục đích hạn chế hiện tượng pic kéo đuôi Dung dịch đệm sẽ đảm bảo tỷ lệ giữa dạng không điện tích và dạng ion của chất tan không bị thay đổi qua quá trình sắc ký Trong hầu hết các hệ thống sử dụng cột với nền là silica, pha động chứa methanol (50-90%) và một muối, thường là ammonium acetate hoặc citrate (0,005-0,2 mol) Việc sử dụng nồng độ methanol thấp hơn (30%) đòi hỏi phải bao gồm một lượng nhỏ acetic acid để rửa giải dạng monobutyl thiếc bị hấp phụ mạnh trên cột

b Sắc ký pha đảo (Reversed-Phase Chromatography – RPC)

Sắc ký pha đảo là kỹ thuật tách được sử dụng phổ biến nhất trong sắc ký lỏng

Kỹ thuật này sử dụng chất rửa giải phân cực và một pha tĩnh không phân cực và đặc biệt hữu ích cho việc tách sắc ký của các phân tử phân cực Trong đó, pha tĩnh thường

là một gốc alkyl (thường là C18 hoặc C8) tạo liên kết với vật liệu nền silica và pha động là hỗn hợp nước và một chất hữu cơ (methanol, ethanol, acetonitrile, tetrahydrofuran,…) bởi sự có mặt của dung môi hữu cơ làm tăng mạnh khả năng rửa giải của pha động [43] Cơ chế lưu giữ của chất phân tích trên cột phụ thuộc vào độ

kỵ nước tương đối của những hợp chất này Với cơ chế này, tốc độ rửa giải sẽ phụ thuộc vào pH của pha động bởi pH ảnh hưởng đến sự phân ly của chất phân tích, do

đó ảnh hưởng đến tỷ lệ của chúng trong pha động và pha tĩnh

c Sắc ký pha thường (Normal-Phase Chromatography – NPC)

Khác với sắc ký pha đảo, sắc ký pha thường sử dụng pha tĩnh với độ phân cực lớn hơn pha động Pha tĩnh thường là silicagel biến tính hóa học, gắn trên bề mặt các nhóm chức hữu cơ phân cực như aminopropyl hoặc cyanopropyl Dung môi hữu cơ không phân cực được sử dụng làm pha động như n-hexane, benzene, tuy nhiên chloroform, ethanol hoặc dung dịch acetonitrile trong nước cũng được sử dụng trong

d Sắc ký loại trừ kích thước (Size- Exclusion Chromatography – SEC)

Sắc ký loại trừ kích thước (SEC), hay còn gọi là sắc ký thẩm thấu gel hay sắc

ký lọc gel, được sử dụng để tách các phân tử theo kích thước trong dung dịch sử dụng pha tĩnh với các lỗ rỗng đa chiều Các phân tử chất phân tích lớn hơn kích thước lỗ rỗng của pha tĩnh sẽ không được giữ lại trên cột và do đó được rửa giải ra trước, trong khi các phân tử nhỏ hơn có thể khuếch tán vào các lỗ rỗng và mức độ bị lưu giữ trên cột tùy thuộc vào kích thước của chúng [51] Bằng việc sử dụng polymer của một phân tử đã biết chính xác khối lượng làm chất chuẩn và một dòng chảy được kiểm soát tốt về tốc độ, khối lượng của một chất tan chưa biết có thể xác định được

Kỹ thuật sắc ký này được sử dụng thường tập trung vào phân tách các polymer

có chứa thiếc được sử dụng trong các loại sơn chống hà Trong hầu hết các nghiên cứu, pha tĩnh được sử dụng là poly(styrene-divinylbenzene) liên kết chéo Một số cột polymer styrene-divinylbenzene với các kích thước lỗ khác nhau đã được sử dụng để tách và tinh chế methyl thiếc halogenua (CH3)nSnX4-n (X: halogen) [33]

1.7.2.2 Detector ghép nối với sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)

16

sau cột [26, 27] Detector UV ở bước sóng 254 nm được sử dụng để xác định TPhT

và các chất có chứa polymer thiếc hữu cơ sử dụng làm sơn chống hà Việc thiếu nhóm mang màu phù hợp để phát hiện bằng detector UV của các dạng thiếc hữu cơ được khắc phục bằng nhiều cách như sử dụng ion đối kích thích hoạt tính quang (benzyltrimethylammonium cation) trong pha động với phép đo quang gián tiếp và

sự tạo phức trên cột của MBT, DBT với oxine (8-hydroxylquinoline) sau khi chuyển dạng TBT và TeBT bằng phản ứng phân hủy quang hóa và phát hiện ở 380 nm Phương pháp phát hiện bằng detector điện hóa không được sử dụng phổ biến cho phân tích dạng thiếc hữu cơ bởi độ chọn lọc kém Detector đo chỉ số khúc xạ cũng có

độ nhạy kém [20]

b Detector quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) và quang phổ phát xạ nguyên tử (OES) là hai phương pháp được sử dụng phổ biến để phân tích dạng các kim loại kỹ thuật phát hiện bằng hai detector này loại bỏ những vấn đề của các detector thông dụng của HPLC nêu trên Phương pháp nguyên tử hóa (ngọn lửa, lò graphit) hoặc ion hóa (plasma) có thể xử lý thể tích lớn của pha động, tốc độ dòng dung môi trong khoảng 0,1-2,0 ml/phút và đối tượng phân tích không phải là mẫu nước

Quang phổ hấp thụ nguyên tử nguyên tử hóa bằng ngọn lửa (F-AAS) thông thường không cung cấp giới hạn phát hiện đủ để xác định hàm lượng thiếc hữu cơ trong các mẫu môi trường Có ba cách để khắc phục hạn chế này bao gồm việc sử dụng bẫy nguyên tử dạng ống có rãnh, lò thạch anh hoặc kỹ thuật hydride hóa Hai phương pháp đầu tiên nhằm làm tăng thời gian cư trú của chất phân tích trong ngọn lửa, trong khi kỹ thuật hydride hóa khắc phục hiệu quả phun sương thấp Với một số dạng, giới hạn phát hiện có thể giảm 1000 lần khi sử dụng kỹ thuật hydride hóa (HG-QT-AAS) và kỹ thuật này đồng thời hạn chế ảnh hưởng của các hợp chất không dễ tạo hydride [7]

Kỹ thuật nguyên tử hóa bằng lò nhiệt điện (ET-AAS) có độ nhạy cao hơn kỹ thuật ngọn lửa, tuy nhiên do chu kỳ nhiệt độ liên quan đến các bước làm khô, tro hóa

và nguyên tử hóa nên phép phân tích thường phải tiến hành không trực tuyến và

17

không liên tục Các giao diện để kết nối HPLC và ET-AAS đã được tổng hợp và dựa trên những phát triển của Brinckman và cộng sự [7] Giao diện này bao gồm hệ thu thập mẫu theo phân đoạn với bộ lấy mẫu tự động để bơm mẫu vào cuvet graphit Một

số dạng bổ chính như Palladium được thêm vào để giảm sự hình thành của các hợp chất thiếc cacbua Hệ kết nối HPLC-ET-AAS sử dụng cột microbore (2 mm) ở tốc độ dòng 0,2 ml/phút Cột được kết nối thông qua một mao quản silica nung chảy đến giao diện được nung nóng (110℃) và một cuvet được liên tục đốt nóng

c Detector quang phổ phát xạ nguyên tử (OES)

Kỹ thuật phát hiện bằng detector quang phổ phát xạ nguyên tử (OES) có ưu điểm là khoảng tuyến tính lớn của đường chuẩn và có thể xác định đồng thời trực tuyến nhiều nguyên tố Chính vì những ưu điểm trên, kỹ thuật này đáp ứng được các yêu cầu cần thiết cho một detector ghép nối với HPLC trong phân tích dạng các hợp chất thiếc hữu cơ Tuy nhiên nhiệt độ thấp của kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa không cung cấp giới hạn phát hiện đủ để phân tích các mẫu môi trường và do đó không được sử dụng để phân tích dạng thiếc hữu cơ Kỹ thuật nguyên tử hóa bằng plasma có độ nhạy lớn hơn ngọn lửa bởi hiệu suất nguyên tử hóa cao được sử dụng thay thế kỹ thuật ngọn lửa Ba nguồn tạo plasma chính được sử dụng bao gồm nguồn cao tần cảm ứng plasma argon (ICP), tia điện một chiều plasma argon (DCP) và vi sóng cảm ứng plasma helium (ICP), nhưng chỉ ICP và DCP được ghép nối với HPLC cho lĩnh vực phân tích dạng thiếc này Hai nguồn tạo plasma này có thể chứa lượng lớn dòng chảy của dung môi nước hoặc chất hữu cơ, trong khi ICP không cho phép

sự có mặt của sol khí mà không làm mất ổn định hoặc làm mất plasma Vì vậy, ICP

thường được sử dụng để ghép nối với GC [50]

d Detector khối phổ nguyên tử nguồn cao tần, cảm ứng plasma MS)

(ICP-Hạn chế chủ yếu của ET-AAS và ICP-OES cho các nghiên cứu phân tích dạng

là sự thiếu độ nhạy phù hợp đối với các mẫu thực bởi hàm lượng các nguyên tố được quan tâm trong tự nhiên thường ở cấp độ vết hoặc siêu vết Sự ra đời của khối phổ nguyên tử nguồn cao tần cảm ứng plasma (ICP-MS) vào giữa những năm 1980 đã

mở ra một chân trời mới cho thế giới của nghiên cứu phân tích dạng Việc đưa mẫu

Vấn đề thường gặp phải với hệ ghép nối này xuất phát từ thành phần của dung dịch rửa giải Nồng độ đệm cao có thể làm tắc lỗ của côn mẫu và côn skimmer gây ảnh hưởng bất lợi đến giới hạn phát hiện Thêm vào đó, các thành phần hữu cơ trong dung dịch rửa giải bị chuyển thành cặn carbon đen dưới nhiệt độ của plasma và tích lại trên đường ống dẫn mẫu của plasma torch và trên, xung quanh lỗ của côn mẫu và côn skimmer, dẫn đến sự bám bẩn và giảm hiệu suất của thiết bị Với thời gian tách sắc ký kéo dài, các lỗ của đường ống dẫn mẫu vào torch, côn mẫu và côn skimmer có thể bị tắc một phần hoặc hoàn toàn, do đó làm giảm độ nhạy hoặc mất hoàn toàn tín hiệu của mẫu [16] Các vấn đề trên có thể được khắc phục bằng cách sử dụng hỗn hợp khí plasma, làm mát buồng phun (spray chamber), tăng tần số vô tuyến hoặc sử dụng dung dịch rửa axit sau mỗi lần đo Một lượng nhỏ O2 được thêm vào dòng khí argon ở bộ phận phun sương để phản ứng với carbon của dung môi hữu cơ tạo thành carbon dioxide, khí này sẽ đi ra ngoài cùng với các khí thải của plasma Làm lạnh buồng phun ở 0-5°C cũng làm giảm lượng dung môi hữu cơ tiếp cận với plasma Loại

bỏ dung môi bằng màng có thể loại bỏ gần như 100% dung môi hữu cơ cũng là một biện pháp hiệu quả [51] Một biện pháp khác là thay thế dung môi rửa giải hữu cơ bằng pha động có chứa micelle Tác giả Suyani và cộng sự đã sử dụng SDS (natri doecylsulfate), acetic acid, propanol và kali fluoride làm pha động để tách một số hợp chất alkyl thiếc với giới hạn phát hiện đạt mức thấp hơn ppb [46]

Việc sử dụng cột sắc ký đường kính nhỏ hơn (nhỏ hơn loại tiêu chuẩn 4,6 mm) kết hợp với bộ phun sương với dòng chảy micro (micronebulizer) là một biện pháp hiệu quả khác để giảm lượng dung môi hữu cơ tiếp cận plasma Sự phát triển của micronebulizer như bộ phun sương trực tiếp (DIN), bộ phun sương hiệu suất cao (HEN), … đã làm tăng việc sử dụng các cột sắc ký đưởng kính nhỏ và cột mao quản

19

Tốc độ dòng của các micronebulizer này khoảng 25-100 µL/phút Với tốc độ dòng nhỏ này có thể đưa các pha động được xem là không tương thích với ICP-MS ví dụ như pha động có chứa acetonitrile vào hệ thiết bị này mà không ảnh hưởng đến hiệu suất của thiết bị [51]

Việc sử dụng hệ ghép nối HPLC-ICP-MS trong các nghiên cứu phân tích dạng nói chung và phân tích dạng thiếc hữu cơ nói riêng đã tăng lên đáng kể trong những năm gần đây Một số nghiên cứu được liệt kê ở Bảng 1.1 dưới đây

Bảng 1.1: Một số nghiên cứu phân tích các dạng thiếc hữu cơ bằng HPLC-ICP-MS

Đối tượng nghiên cứu Cột pha tĩnh Pha động Kết quả TLTK

LOD của DPhT, TPhT

là 50 µg/L, DBT và TBT

µm, 250 x 4,6 mm)

tropolone 0,075% (w/v):

0,1% (v/v) triethylamin thêm vào pha động

acetic acid-nước (72,5 : 6 : 21,5)

methanol-hiệu suất thu hồi đạt 72,102%, RSD đạt 8-15%, LOD từ 0,7 đến 2 ng/g

[9]

µm, 30 x 3 mm)

1 - pentanesulfonate 5 mM, acetic acid 5%

và methanol 50%

Quá trình tách hoàn thành trong 6 phút và LOD của các dạng thiếc trong khoảng 0,028-0,16 µg/L RSD trong khoảng 6-9%

CH3CN:H2O:

CH3COOH = 65:23:12 (v/v/v), TEA 0,05%, pH 3.0, tốc độ pha động 0,4 ml/phút

Khoảng tuyến tính: 0,5-100 µg/Lvới hệ số

R2 > 0,998

Hiệu suất thu hồi của các dạng TMT, TBT và TPhT

>80% Tuy nhiên, dạng DPhT và DBT

có hiệu suất thu hồi tương đối thấp là 37,3% và 75,2%

[60]

mm )

ammonium formate 10

mM có chứa axit formic 0,1%

TMT và DMT

có thời gian lưu tương ứng

là 4,9 phút và 12.15 phút

Sau đó dạng TMT được xác nhận bằng HPLC-MS/MS

và cho kết quả

có sự có mặt của dạng thiếc này trong 7 mẫu nước tiểu của bệnh nhân

250 x 4,6 mm)

Pha động Gradient:

A: Acetic acid: H2O:

Amonia (30:70:0,5) B: Methanol

LOD của các dạng thiếc là 0,18-0,43 ng/mL với hiệu suất thu hồi trong khoảng 73,9-98,4%

[48]

22

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài là xác định một số dạng thiếc monomethyl thiếc, dimethyl thiếc và trimethyl thiếc trong mẫu nước tiểu người bằng phương HPLC-ICP-MS, góp phần xác định nguyên nhân gây nguy hại cho con người và môi trường

2.2 Nội dung nghiên cứu

Để hoàn thành mục tiêu nghiên cứu, các nội dung được thực hiện bao gồm:

- Nghiên cứu tối ưu hóa các điều kiện phân tích thiếc bằng phương pháp

ICP-MS

- Nghiên cứu các điều kiện tách các dạng thiếc hữu cơ trong mẫu sinh học sử dụng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC

- Nghiên cứu, tối ưu hóa các điều kiện kết nối giữa hệ HPLC và ICP-MS

- Đánh giá phương pháp phân tích

+ Giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng, độ ổn định, độ lặp lại và độ đúng của phương pháp

+ Đánh giá độ chính xác và phê duyệt phương pháp thông qua phân tích mẫu chuẩn đối chứng (standard reference materials)

- Áp dụng quy trình phân tích xây dựng được để phân tích một số mẫu sinh học (mẫu nước tiểu)

2.3 Hóa chất và dung dịch chuẩn

2.3.1 Hóa chất

- Acetic acid (độ tinh khiết 100%) của Merck (Đức)

- Methanol (loại dùng cho LC) của Merck (Đức)

- n-Hexan (loại dùng cho LC) của Merck (Đức)

- Natri 1-butanesulfonate (SBS, độ tinh khiết ≥ 99%) của Sigma Aldrich (Singapore)

23

- Các chất chuẩn Methyltin trichloride (độ tinh khiết ≥ 97%), Dimethyltin dichloride (độ tinh khiết ≥ 98%) và Trimethyltin chloride (độ tinh khiết ≥ 96,6%) của Dr Ehrenstorfer (Đức)

- Dung dịch chuẩn SnCl4 1000 mg/Ltrong HCl 2M của Merck (Đức)

- Natri tetraethylborat (NsaBEt4, 97%) Sigma Aldrich (Singapore)

- Nước cất deion (DIW),18MΩ·cm của hệ Millipore Milli-Q được sử dụng để chuẩn bị các dung dịch chuẩn và pha động

- Các mẫu chuẩn mẫu ClinChek Urine Control lyophil for Trace Elements Level I (Recipe, Đức), ClinChek Urine Control lyophil for Trace Elements Level II (Recipe, Đức) và SRM 2668 - Toxic Elements

in Frozen Human Urine (NIST, Hoa Kỳ)

2.3.2 Chuẩn bị dung dịch chuẩn

Để chuẩn bị các dung dịch chuẩn cho phân tích các dạng thiếc bằng ICP-MS, nồng độ của các dạng được quy về nồng độ của nguyên tố Sn

HPLC-Dung dịch chuẩn gốc

1 Dung dịch chuẩn gốc monomethyltin (MMT) 1000 µg/gđược chuẩn bị bằng cách cân 0,0210g MMT và thêm 9,9790g methanol 100% Dung dịch này được bảo quản lạnh ở -20°C trong lọ polyethylene tỉ trọng cao (HDPE) 15 mL

2 Dung dịch chuẩn gốc dimethyltin (DMT) 1000 µg/gđược chuẩn bị bằng cách cân 0,0190g MMT và thêm 9,9810g methanol 100% Dung dịch này được bảo quản lạnh ở -20°C trong lọ polyethylene tỉ trọng cao (HDPE) 15 mL

3 Dung dịch chuẩn gốc trimethyltin (TMT) 1000 µg/gđược chuẩn bị bằng cách cân 0,0170g MMT và thêm 9,9830g methanol 100% Dung dịch này được bảo quản lạnh ở -20°C trong lọ polyethylene tỉ trọng cao (HDPE) 15 mL

Dung dịch chuẩn làm việc

Tất cả các dung dịch chuẩn gốc được rã đông ở nhiệt độ phòng (xấp xỉ 25°C)

và giữ ở nhiệt độ phòng 30 phút trước khi cân Dung dịch chuẩn làm việc được chuẩn

bị bằng cách pha loãng dung dịch gốc với pha động theo qui trình sau:

24

1 Dung dịch chuẩn làm việc Sn (IV) 10,00 mg/L: Chuẩn bị dung dịch chuẩn làm việc bằng cách pha loãng dung dịch chuẩn SnCl4 1000 mg/Lvới dung dịch nền có thành phần 0,5% HNO3 + 0,05% Triton-X100 + 2% methanol Cân 0,1000g dung dịch gốc SnCl4 1000 mg/Lvào bình 15 mL HDPE và thêm 9,9000g dung dịch pha động

2 Dung dịch chuẩn làm việc MMT 10 µg/g: Chuẩn bị dung dịch chuẩn làm việc bằng cách pha loãng dung dịch chuẩn MMT1000 µg/gvới pha động Cân 0,1000g dung dịch gốc MMT 1000 µg/g vào bình 15 mL HDPE và thêm 9,9000g dung dịch pha động

3 Dung dịch chuẩn làm việc DMT 10 µg/g: Chuẩn bị dung dịch chuẩn làm việc bằng cách pha loãng dung dịch chuẩn DMT 1000 µg/gvới pha động Cân 0,1000g dung dịch gốc DMT 1000 µg/g vào bình 15 mL HDPE và thêm 9,9000g dung dịch pha động

4 Dung dịch chuẩn làm việc TMT 10 µg/g: Chuẩn bị dung dịch chuẩn làm việc bằng cách pha loãng dung dịch chuẩn TMT 1000 µg/gvới pha động Cân 0,1000g dung dịch gốc TMT 1000 µg/gvào bình 15 mL HDPE và thêm 9,9000g dung dịch pha động

5 Tất cả các dung dịch chuẩn làm việc được chuẩn bị hàng tuần và giữ ở 4°C trong ống HDPE

Dung dịch chuẩn làm việc hàng ngày

Tất cả các dung dịch chuẩn làm việc được đưa ra khỏi đông đá và rã đông ở nhiệt độ phòng (xấp xỉ 25°C) và giữ ở nhiệt độ phòng ít nhất 30 phút để ổn định nhiệt

độ Dung dịch chuẩn làm việc hàng ngày được chuẩn bị bằng cách pha loãng dung dịch chuẩn làm việc với pha động theo qui trình sau:

1 Dung dịch chuẩn Sn (IV) 100 µg/Lđược chuẩn bị bằng cách pha loãng 10 lần dung dịch chuẩn làm việc Sn (IV) 10 mg/Lbằng dung dịch nền

2 Dung dịch chuẩn gồm nhiều chất phân tích chứa 100 ng/gtrong mỗi chất MMT, DMT và TMT: Chuẩn bị bằng cách cân dung dịch chuẩn làm việc 10