phát triển phương pháp xác định một số chất nhuộm màu gây ung thư trong các loại vải bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép đầu dò khối phổ (hplcms)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HUỲNH TÚ PHƯƠNG XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHẤT MÀU NHUỘM GÂY UNG THƯ TRONG CÁC LOẠI VẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ LỎNG HIỆU NĂNG CAO GHÉP ĐẦU DÒ KHỐI PHỔ (HPLC/MS) Chuyên ngành: HÓA PHÂN TÍCH Mã số: 604429 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. NGUYỄN THỊ XUÂN MAI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 11/2011 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Cô PGS.TS Nguyễn Thị Xuân Mai. Cảm ơn Cô đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên và truyền đạt những kiến thức quí báu để em có thể hoàn thành bài luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn tất cả các Thầy Cô khoa Hóa trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên-TPHCM đã tận tụy giảng dạy cho em trong những năm học tập ở trường. Em xin gửi lờ i cảm ơn đến TS. Lương Thị Kim Khánh - giám đốc bộ phận Hóa và ThS. Nguyễn Minh Trúc giám đốc kỹ thuật bộ phận hóa của Công ty TUV đã tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành bài luận văn này. Cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã động viên mình trong thời gian qua. Trang TRANG PHỤ BÌA LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1. Giới thiệu về nhóm chất màu nhuộm gây ung thư 3 1.2. Đặc điểm chung và cấu tạo hóa học của chất nhuộm màu gây ung thư 3 1.2.1. Nhóm chất màu nhuộm trực tiếp 7 1.2.2. Nhóm chất màu nhuộm Acid 8 1.2.3. Nhóm chất màu nhuộm Baz 9 1.2.4. Nhóm chất màu nhuộm phân tán 10 1.3. Công dụng 11 1.4. Độc tính 12 1.5. Các phương pháp xác định 14 1.5.1. Nhận định chung 14 1.5.2. Tiêu chuẩn DIN 54231-2005 15 1.5.3. Phương pháp LC/DAD 17 1.5.4. Phương pháp LC/MS/MS 18 1.6. Khái quát về sắc ký lỏng ghép khối phổ 19 1.6.1. Khái quát về sắc ký lỏng hiệu năng cao 19 1.6.1.1. Bộ phận bơm trong HPLC 20 1.6.1.2. Pha động 20 1.6.1.3. Bộ phận tiêm mẫu 21 1.6.1.4. Cột sắc ký 21 1.6.1.5. Đầu dò 21 1.6.2. Khái quát về đầu dò khối phổ 21 1.6.2.1. Nguyên tắc hoạt động của thiết bị MS Agilent 6100 21 1.6.2.2. Nguồn ion hóa 23 a. Ion hóa bằng phun điện tử (ESI) 24 b. Nguồn ion hóa hóa học ở áp suất khí quyển (APCI) 26 c. Nguồn ion hóa quang học ở áp suất khí quyển (APPI) 27 1.6.2.3. Bộ phận phân tích khối tứ cực và chế độ quét 27 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 29 2.1. Nội dung 29 2.2. Thiết bị, dụng cụ, hóa chất, dung dịch 29 2.2.1. Thiết bị, dụng c ụ 30 2.2.2. Hóa chất, dung dịch 30 2.3. Tối ưu hóa các thông số kỹ thuật của hệ HPLC/MS 32 2.3.1. Kết quả khảo sát trên đầu dò MS 32 2.3.1.1. Tối ưu nguồn ion hóa 32 2.3.1.2. Khảo sát thế phân mảnh của các chất màu nhuộm 33 2.3.2. Kết quả khảo sát trên hệ HPLC 38 2.3.2.1. Lựa chọn pha động 38 2.3.2.2. Khảo sát pH 41 2.3.2.3. Khảo sát nồng độ đệm 43 2.3.2.4. Tối ưu hóa thành phần pha động 44 a. Khảo sát chương trình gradient pha động trên HPLC/DAD 46 b. Áp dụng chương trình gradient pha độ ng trên HPLC/MS 51 2.4. Khảo sát khoảng tuyến tính và dựng đường chuẩn 54 2.5. Khảo sát qui trình xử lý mẫu cho các chất màu phân tán 56 2.5.1. Khảo sát dung môi chiết 57 2.5.2. Khảo sát thời gian chiết 57 2.5.3. Khảo sát số lần chiết 58 2.6. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của thiết bị 58 2.7. Hiệu suất thu hồi 60 2.8. Đánh giá mức độ ổn định theo thời gian 60 2.9. Đánh giá độ đúng và độ chính xác 62 2.10. Khoảng bất ổn của phương pháp đo 63 2.11. Tiến hành phân tích trên mẫu thật 63 CHƯƠNG 3. KẾT LUẬN 66 PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Danh mục các kí hiệu viết tắt dùng trong luận văn ACN: Acetonitril. APCI: Kỹ thuật ion hóa hóa học ở điều kiện áp suất khí quyển (atmosphere pressure chemical ionization). CAS: Chemical abstracts service. CI: Chỉ số màu sắc. DAD: đầu dò mạng điốt. DIN: Tiêu chuẩn Đức. ESI: Kỹ thuật ion hóa phun điện tử (electrospray ionization). EtOH: Ethanol. GC: Sắc ký khí. HPLC/MS: Sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép đầu dò khối phổ. HH: Hỗn hợp. IIS: Institute for Interlaboratory Studies (tổ chức đánh giá kết quả thử nghiệm thành thạo). IRM: internal preference material (mẫu tham khảo nội bộ). MeOH: Methanol. LOD: Giới hạn phát hiện của thiết bị LOQ: Giới hạn định lượng của thiết bị. MSD: Mass selective detector (đầu dò chọn lọc khối phổ). ND: Not detected (không phát hiện) RSD: Độ lệch chuẩn tương đối. SD: Độ lệch chuẩn. T r : Thời gian lưu. TOF: Time Of Flight (phân tích theo thời gian bay). TLC: Sắc ký bản mỏng. TLTK: Tài liệu tham khảo. UV-Vis detector: đầu dò ở vùng tử ngoại và vùng thấy được. Sim: Chế độ quét chọn lọc ion. Danh mục bảng Trang Bảng 1.1. Ứng dụng thực tế của các nhóm màu nhuộm lên các nền vải 11 Bảng 1.2. Danh sách 9 chất màu nhuộm phân tán trong tiêu chuẩn DIN 54231 15 Bảng 1.3. So sánh sự không tương thích của bộ phận LC và MS 24 Bảng 2.1. Nồng độ gốc của các chuẩn hỗn hợp 30 Bảng 2.2. Nồng độ gốc của các chuẩn đơn 31 Bảng 2.3. Các thông số trên đầu dò MS 32 Bảng 2.4. Mảnh ion mẹ đặc trưng của các chất nhuộm 33 Bảng 2.5. Các ion tươ ng ứng với thế phân mảnh 34 Bảng 2.6. Lựa chọn dung môi pha động 38 Bảng 2.7. Kết quả khảo sát tại các giá trị pH khác nhau. 41 Bảng 2.8. Khảo sát nồng độ đệm 43 Bảng 2.9. Tối ưu hóa thành phần pha động trên LC/MS 45 Bảng 2.10. Bước sóng ở vùng UV-Vis của các chất 46 Bảng 2.11. Chương trình gradient chạy trên đầu dò LC/DAD 47 Bảng 2.12. Thời gian lưu các chất chạy trên cột C18 LC/DAD 47 Bảng 2.13. Thời gian lưu các chất theo chương trình Gradient (LC/MS và DAD)51 Bảng 2.14. Phươ ng trình hồi quy và hệ số tương quan của các chất cần phân tích55 Bảng 2.15. Khảo sát dung môi chiết 57 Bảng 2.16. Khảo sát thời gian chiết 58 Bảng 2.17. Khảo sát số lần chiết 58 Bảng 2.18. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của thiết bị 59 Bảng 2.19. Hiệu suất thu hồi và độ lệch chuẩn của một số chất 60 Bảng 2.20. Kết quả tham gia thực nghiệm thành thạo 62 Bảng 2.21. Kết quả phân tích một số mẫu thật 64 Danh mục đồ thị, hình vẽ Trang Hình 1.1. Công thức cấu tạo của 16 chất màu nhuộm gây ung thư 6 Hình 1.2. Màu sắc của các chất ở nồng độ 2 ppm. 7 Hình 1.3. Chứng minh khả năng gây ung thư từ benzidine 13 Hình 1.4. Chương trình gradient pha động theo tiêu chuẩn DIN 54231 16 Hình1.5. Sắc ký đồ tách các chất trên thiết bị LC/MS-ESI (chuẩn 10 mg/l) 17 Hình 1.6. Sơ đồ hoạt động của máy sắc ký lỏng 19 Hình 1.7. Cấu tạo nguồn MS của thiết bị MSD 6120B Agilent. 22 Hình 1.8. Bộ tứ cực phân tích khối 23 Hình 1.9. Nguồn ion hóa ESI 25 Hình 1.10. Giải phóng ion khỏi dung dịch 25 Hình 1.11. Nguồn ion hóa APCI 26 Hình 1.12. Nguồn ion hóa APPI 27 Hình 1.13. Sơ đồ cấu tạo của bộ tứ cực và sự di chuyển của ion trong tứ cực 27 Hình 1.14. Bộ phân tích khối tứ cực hoạt động ở cả hai chế độ Scan và SIM 28 Hình 2.1. Cơ chế phân mảnh ion của một vài chất màu nhuộm 38 Hình 2.2. Khảo sát dung môi pha động 39 Hình 2.3. Chương trình gradient pha động 47 Hình 2.4. Sắ c ký đồ của 16 chất dùng chương trình gradient (HPLC/DAD) 48 Hình 2.5. Sắc ký đồ của chuẩn đơn dùng chương trình gradient (HPLC/DAD) 48 Hình 2.6. Sắc ký đồ của hỗn hợp 16 chất dùng chương trình gradient (HPLC/MS)52 Hình 2.7. Sắc ký đồ của 16 chất dùng chương trình gradient (nồng độ 5ppm) 54 Hình 2.8. Qui trình xử lý mẫu 56 Hình 2.9. Biểu đồ biểu diễn sự ổn định theo thời gian của chất DY3 61 Hình 2.10. Chế độ SIM phân mảnh DB6 mẫu và chuẩn (thế phân mảnh 180V) 64 Hình 2.11. Chế độ SIM phân mảnh DY3 trên chuẩ n và mẫu thật (thế phân mảnh 180V) 65 1 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay hàng may mặc đang đi theo xu hướng đáp ứng các yêu cầu của người tiêu dùng. Quần áo cần phải có đa dạng màu sắc, mềm mại, dễ giặt giũ, không nhăn, bền, chắc sau nhiều lần mặc và giặt. Để sản xuất ra các loại quần áo theo các nhu cầu trên, trước hết quần áo cần phải được nhuộm màu và xử lý với các phụ gia, trợ chất. Trong danh sách màu nhuộm có khoảng 4.000 chất màu được ghi nhận. Có khoảng một nửa trong số đó là màu Azo. Rất nhiều chất màu không bám chắc vào các sợi vải, chúng có thể thôi nhiễm ra trên da trong lúc mặc và theo vào cơ thể con người. Một số các chất màu có khả năng gây ra dị ứng như Disperse Blue 3, Disperse Blue 7, Disperse Orange 37, hoặc gây ung thư như Direct Black 38, Direct Blue 6, Basic Violet 14, Một số chất nhuộm ở điều kiện nhất định có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe củ a người mặc. Nhóm màu Azo là nhóm màu có ý nghĩa rất lớn. Có khoảng 500 loại màu Azo được sản xuất từ các chất có thể gây ung thư là các amin thơm. Khoảng chừng 150 loại màu trong số đó vẫn còn bán trên thị trường. Khi các hợp chất Azo này thâm nhập vào cơ thể, chúng có thể bị phân hủy trong hệ trao đổi chất của cơ thể và các amin thơm nguyên thủy sẽ hình thành. Qui trình phân hủy Azo có thể xảy ra trong đường ruột, trong gan và cũng có thể x ảy ra trong các loại vi khuẩn trên da chúng ta. Các hợp chất màu Azo từ quần áo có thể đã bị phân hủy bên ngoài da khi mặc. Các loại amin thơm hình thành trong thời gian này có thể thẩm thấu dễ dàng qua da hơn là nguyên phân tử màu. Các nhà sản xuất tại Đức đã không dùng các loại màu Azo, mà từ đó có thể thải ra các amine thơm sau quá trình phân hủy. Vấn đề này người ta vẫn tìm thấy trong các loại quần áo nhập khẩu từ các nước không thuộc EU. Ở thị trườ ng Châu Âu, ban hành nghị định 1999/43/EC để cấm buôn bán và sử dụng các chất nhuộm màu gây ung thư và 3 năm sau đó quyết định 2002/371/EC đưa ra việc sử dụng hạn chế 9 chất nhuộm màu gây ung thư trên các vật liệu vải [14] . Do vậy các nhà sản xuất hàng hóa, giày dép, xuất khẩu sang thị trường Châu Âu như Adidas, Clarks, rất quan tâm đến việc kiểm tra chỉ tiêu này để sản phẩm đạt 2 chất lượng cao. Giới hạn cho phép trong sản phẩm là 5mg/l (theo tiêu chuẩn DIN 54231-2005) [7] . Việc xác định nhóm màu gây ung thư đang được nghiên cứu và phát triển trong nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới và một số phòng thí nghiệm dịch vụ nước ngoài tại Việt Nam nhằm đáp ứng nhu cầu kiểm định sản phẩm để xuất khẩu của khách hàng. Do đó, đề tài “Phát triển phương pháp xác định một số chất nhuộm màu gây ung thư trong các loại vải bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệ u năng cao ghép đầu dò khối phổ (HPLC/MS)“ nhằm đáp ứng nhu cầu trên. Mục tiêu thực hiện đề tài: 1. Xây dựng phương pháp tối ưu để xác định đồng thời một số chất màu nhuộm gây ung thư (carcinogenic dyes) trên nhiều loại vải như coton, polyester, vải tổng hợp polyester, cotton và polyamid. - Khảo sát tìm điều kiện tối ưu trên hệ máy HPLC/MS. - Đánh giá phương pháp đã xây dựng. 2. Áp dụng phương pháp vừa xây dựng để kiểm soát đánh giá chất lượng sản phẩm. [...]... tập trung vào phân tích các chất màu phân tán trong khi đó nhu cầu về phân tích các chất màu gây ung thư trong thực tiễn vẫn rất được quan tâm - Các chất màu nhuộm có độ tinh khiết thấp, điều này gây khó khăn cho việc xác định đồng thời các chất màu bằng đầu dò DAD vì sẽ dễ bị nhiễu bước sóng 15 - Các chất màu được tập trung xác định nhiều là những chất màu phân tán gây dị ứng Phương pháp xác định. .. này bằng phương pháp HPLC/MS/MS Một vài trong số các bài báo quan tâm đến việc xác định các chất màu thuộc nhóm màu phân tán gây dị ứng (allergenic dyes) và hai bài báo đề cập đến xác định 9 chất màu gây ung thư dựa trên qui trình xử lý mẫu theo tiêu chuẩn DIN 54321-2005 Tác giả C Wang cùng với các cộng sự đã nghiên cứu phát triển phương pháp xác định một số chất nhuộm gây ung thư và gây dị ứng bằng phương. .. bán sử dụng các loại màu nhuộm gây ung thư này vào năm 1999 và theo qui định 2003/371/EC hạn chế sử dụng 9 chất màu thuộc nhóm này Ở đây chúng tôi mở rộng thành xác định 16 chất màu gây ung thư dựa trên yêu cầu thực tế của khách hàng: 4 5 6 Hình 1.1 Công thức cấu tạo của 16 chất màu nhuộm gây ung thư 7 Hình 1.2 Màu sắc của các chất ở nồng độ 2 ppm Các chất màu nhuộm này được phân chia thành các nhóm... đây là phương pháp LC/MS/MS - Những phương pháp đã và đang được nghiên cứu sử dụng để xác định các chất màu nhuộm thuộc nhóm màu gây ung thư và dị ứng chủ yếu vẫn dựa trên tiêu chuẩn DIN 54231-2005 - Chưa có bài báo nào tập trung xác định 16 chất màu gây ung thư bằng phương pháp LC/MS 1.5.2 Tiêu chuẩn DIN 54231-2005[7]: Tiêu chuẩn DIN 54321-2005 đưa ra qui trình xác định 9 chất màu nhuộm phân tán gây. .. dạng các loại sản phẩm khác như: vải tự nhiên, đồ chơi, giấy Rất đáng tiếc là phần lớn các loại chất màu nhuộm này chính là tác nhân gây ung thư vì các chất nhuộm này có chứa nhóm azo có thể bị khử bởi hiện diện của vi khuẩn trong đường ruột, các enzyme trong gan, hình thành nên các amin thơm gây ung thư 1.2 Đặc điểm chung và cấu tạo hóa học của chất nhuộm màu gây ung thư[ 2], [13], [14]: Theo qui định. .. QUAN 1.1 Giới thiệu về nhóm chất màu nhuộm gây ung thư[ 9], [12]: Carcinogenic dyes (các chất màu nhuộm gây ung thư) là những chất màu hữu cơ - các dẫn xuất của nhóm azo, anthraquinone và các hợp chất khác Về cơ bản chúng có cấu trúc phẳng và có gắn nhóm chức phân cực Những loại chất nhuộm này có khả năng xen vào chuỗi polymer chằng chịt trong polyurethane và các loại sợi tổng hợp khác, trong đó nhóm... - Ngoài ra một số trong chúng còn gây dị ứng, viêm da 14 1.5 Các phương pháp xác định: 1.5.1 Nhận định chung: Từ lâu, phương pháp TLC là kỹ thuật được áp dụng vào phân tích các chất màu nhuộm Phương pháp này có độ nhạy tương đối và thiếu độ tái lặp Những hạn chế đáng kể này dần được khắc phục bằng cách áp dụng kỹ thuật HPLC Việc sử dụng HPLC vào phân tích các chất màu nhuộm được giới thiệu từ những... trên xơ sợi Nghĩa là chất màu nhuộm được proton hóa hoặc có nhóm dương điện như amonium, chẳng hạn dễ kết hợp với điện âm trong xơ sợi Vì vậy thư ng nhuộm chất cầm màu axít để tăng khả năng hòa tan của thuốc nhuộm trong nước Thêm acid vào dung dịch chất màu nhuộm để kết tủa chất màu nhuộm lên xơ sợi, tức là giảm khả năng phân ly của chất màu nhuộm, giảm tốc độ nhuộm và làm màu sắc được đều hơn, nhưng... Nhóm chất màu nhuộm trực tiếp: Các chất màu nhuộm trực tiếp được nghiên cứu trong đề tài là: Direct Black 38 (DB38), Direct Blue 6 (DB6), Direct Brown 95 (DBr 95), Direct Red 28 (DR28) Hay còn gọi là chất màu nhuộm tự bắt màu là những hợp chất màu hòa tan trong nước, có khả năng tự bắt màu vào một số vật liệu như: các sợi cellulose, giấy… nhờ các lực hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc kiềm Khả năng. .. về sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép khối phổ: 1.6.1 Khái quát về sắc ký lỏng hiệu năng cao[ 3]: Hình 1.6 Sơ đồ hoạt động của máy sắc ký lỏng - Nguyên lý của phương pháp: Dựa vào ái lực khác nhau giữa các chất cần phân tích với pha tĩnh và pha động mà chúng được tách ra nhờ thay đổi độ phân cực của dung môi pha động cùng với cột tách thích hợp Việc định lượng được thực hiện bằng phương pháp ngoại chuẩn (so . HỌC TỰ NHIÊN HUỲNH TÚ PHƯƠNG XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHẤT MÀU NHUỘM GÂY UNG THƯ TRONG CÁC LOẠI VẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ LỎNG HIỆU NĂNG CAO GHÉP ĐẦU DÒ KHỐI PHỔ (HPLC/MS) Chuyên. nhuộm màu gây ung thư trong các loại vải bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệ u năng cao ghép đầu dò khối phổ (HPLC/MS)“ nhằm đáp ứng nhu cầu trên. Mục tiêu thực hiện đề tài: 1. Xây dựng phương pháp. Giới thiệu về nhóm chất màu nhuộm gây ung thư 3 1.2. Đặc điểm chung và cấu tạo hóa học của chất nhuộm màu gây ung thư 3 1.2.1. Nhóm chất màu nhuộm trực tiếp 7 1.2.2. Nhóm chất màu nhuộm