xác định kim loại nặng pb,cd trong thuốc đông y bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa ( gf-aas)

Các phương pháp xác định Cd, Pb Hiện nay, có rất nhiều phương pháp khác nhau để xác định Cd và Pb như phương pháp phân tích khối lượng, phân tích thể tích, điện hóa, phổ phân tử UV-VIS,

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Mai Diệu Thúy

Xác định kim loại nặng Pb,Cd trong thuốc đông y bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

không ngọn lửa ( GF-AAS)

Luận văn ThS Hóa phân tích

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 9

1.1 Giới thiệu chung về thuốc đông y 9

1.1.1 Vai trò của các loại thuốc đông y……….9

1.1.2 Một số tiêu chí an toàn về thuốc đông y ……….10

1.2 Các tính chất hóa học và vật lý của Cd, Pb 10

1.2.1.Các tính chất vật lý………10

1.2.2 Tính chất hóa học ………11

1.2.3 Các hợp chất Cd, Pb ………12

1.2.3.1 Các oxit……… 12

1.2.3.2 Các hydroxit ……… 13

1.2.3.3 Các muối ……… 14

1.2.4 Vai trò, chức năng và tác dụng sinh hoá của Cd, Pb ……… 15

1.2.4.1 Vai trò, chức năng và tác dụng sinh hoá của Cd………… …………15

1.3 Các phương pháp xác định Cd, Pb 18

1.3.1 Phương pháp phân tích hóa học ……… 18

1.3.1.1 Phương pháp phân tích khối lượng ……… 18

1.3.1.2 Phương pháp phân tích thể tích ……… 18

1.3.2 Phương pháp phân tích công cụ ……… 20

1.3.2.1 Phương pháp điện hóa ……….20

1.3.2.1.1 Phương pháp cực phổ ………20

1.3.2.1.2 Phương pháp Von-ampe hòa tan ……… 21

1.3.2.2 Phương pháp quang phổ ……….22

1.3.2.2.1 Phương pháp trắc quang ……… 22

1.3.2.2.2 Phương phổ phổ phát xạ nguyên tử (AES) ……….24

1.3.2.2.3 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)………25

1.3.2.2.4 Phương pháp khối phổ plasma cao tần cảm ứng ICP-MS …….27

1.4 Phương pháp xử lý mẫu phân tích xác định Cd và Pb 28

1.4.1 Phương pháp xử lý ướt (bằng axit đặc oxy hóa mạnh) ……… 28

1.4.1.1 Xử lý mẫu trong bình kendal (phá mẫu hệ hở) ……… 29

1.4.1.2 Xử lý mẫu trong lò vi sóng (phá mẫu hệ kín) ……… 29

1.4.2 Phương pháp xử lý khô ………30

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

2.1 Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu 31

2.1.1 Đối tượng và mục tiêu ……… 31

2.1.2 Phương pháp ứng dụng để nghiên cứu ………32

2.1.3 Các nội dung nghiên cứu ……… 33

2.2 Giới thiệu về phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 33

2.2.1 Nguyên tắc của phương pháp AAS ……… 33

2.2.2 Hệ thống, trang thiết bị của phép đo AAS ……… 34

2.3 Trang thiết bị, dụng cụ và hóa chất 36

2.3.1 Hệ thống máy phổ ……….36

2.3.2 Hóa chất và dụng cụ ……….37

2.3.2.1 Hóa chất ……….37

2.3.2.2 Dụng cụ ……….37

2.4 Các cách tính toán và xử lý số liệu phân tích 37

Chương 3: THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ 38

3.1 Khảo sát điều kiện đo phổ GF-AAS của Cd và Pb để xây dựng quy trình đo phổ 38

3.1.2 Khảo sát khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử ……… 39

3.1.3 Khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng (HCL)……… 41

3.2 Khảo sát các điều kiện nguyên tử hóa mẫu 42

3.2.1 Khảo sát nhiệt độ sấy……….42

3.2.2 Khảo sát nhiệt độ tro hóa luyện mẫu ……… 43

3.3.1 Ảnh hưởng của axit ………46

3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của chất cải biến nền……… 48

3.4 Đánh giá phép đo GF-AAS……… 51

3.4.1 Tổng kết các điều kiện xác định Cd, Pb bằng phép đo phổ GF-AAS 51

3.4.2 Khảo sát xác định khoảng tuyến tính………52

3.4.3 Xây dựng đường chuẩn, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng…… 55

3.4.3.1 Xác định đường chuẩn của Cd……… … 55

3.4.3.2 Xác định đường chuẩn của Pb……….58

3.4.4 Xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ)…… 60

3.4.4.1 Giới hạn phát hiện (LOD) ……… 60

3.4.4.2 Giới hạn định lượng (LOQ) ……… 61

3.4.5 Tính nồng độ chất phân tích dựa trên đường chuẩn ……….61

3.5 Khảo sát chọn điều kiện xử lý mẫu 65

3.5.1 Xử lý mẫu trong lò nung ……… 65

3.5.2 Xử lý mẫu trong bình Kendal………66

3.5.3 Xử lý mẫu trong lò vi sóng ………67

3.6 Thực nghiệm đo phổ và tính toán kết quả 68

3.6.1 Xác định Cd bằng phương pháp đường chuẩn và đánh giá hiệu suất thu hồi …68 3.6.1.1 Xác định Cd, Pb bằng phương pháp đường chuẩn……… 68

3.6.1.2 Kết quả đo phổ GF- AAS so sánh với ICP-MS……… 71 3.6.1.3 Hiệu suất thu hồi lượng thêm chuẩn……… ….72

3.6.2 Xác định Pb, Cd bằng phương pháp thêm chuẩn………75

3.6.2.1 So sánh kết quả phương pháp đường chuẩn và thêm chuẩn………… 88 3.6.2.2 So sánh với kết quả ICP-MS ……… 90

KẾT LUẬN 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử model AA-68037 của hãng

Shimadzu 37

Hình 3.1 Đường cong nhiệt độ tro hóa đối với Cd 44

Hình 3.2 Đường cong nhiệt độ tro hóa đối với Pb 44

Hình 3.3 Đường cong nhiệt độ nguyên tử hóa đối với Cd 46

Hình 3.4 Đường cong nhiệt độ nguyên tử hóa đối với Pb 46

Hình 3.5 Ảnh hưởng chất cải biến đến phép đo phổ 49

Hình 3.6 Ảnh hưởng chất cải biến đến phép đo phổ 50

Hình 3.7 Đồ thị khoảng tuyến tính của Cd 54

Hình 3.8 Đồ thị khoảng tuyến tính của Pb 55

Hình 3.9 Đường chuẩn của Cd 56

Hình 3.10 Đường chuẩn của Pb 59

Hình 3.11 Sơ đồ quy trình phá mẫu bằng lò nung 65

Hình 3.12 Sơ đồ quy trình phá mẫu trong bình kendal 66

Hình 3.13 Đồ thị thêm chuẩn xác định Cd trong mẫu thăng ma 77

Hình 3.14 Đồ thị thêm chuẩn xác định Cd trong mẫu xuyên khung 78

Hình 3.15 Đồ thị thêm chuẩn xác định Cd trong mẫu Cúc hoa 79

Hình 3.16 Đồ thị thêm chuẩn xác định Cd trong mẫu Mộc hương 80

Hình 3.17 Đồ thị thêm chuẩn xác định Cd trong mẫu Sa sàng 81

Hình 3.18 Đồ thị thêm chuẩn xác định Pb trong mẫu thăng ma 83

Hình 3.19 Đồ thị thêm chuẩn xác định Pb trong mẫu xuyên khung 84

Hình 3.20 Đồ thị thêm chuẩn xác định Pb trong mẫu Cúc hoa 85

Hình 3.21 Đồ thị thêm chuẩn xác định Pb trong mẫu Mộc hương 86

Hình 3.22 Đồ thị thêm chuẩn xác định Pb trong mẫu Sa sàng 87

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Một số hằng số vật lý quan trọng của Cd, Pb 11

Bảng 3.1 Khảo sát chọn vạch đo phổ của Cd 39

Bảng 3.2 Khảo sát chọn vạch đo phổ của Pb 39

Bảng 3.3 Khảo sát khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử đối với Cd 40

Bảng 3.4 Khảo sát khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử đối với Pb 40

Bảng 3.5 Khảo sát cường độ dòng đèn đến kết quả đo phổ đối với Cd 41

Bảng 3.6 Ảnh hưởng cường độ dòng đèn đến kết quả đo phổ đối với Pb 42

Bảng 3.7 Các điều kiện tro hóa mẫu đối với Cd 43

Bảng 3.8 Các điều kiện tro hóa mẫu đối với Pb 44

Bảng 3.9 Các điều kiện nguyên tử hóa mẫu của Cd 45

Bảng 3.10 Các điều kiện nguyên tử hóa mẫu đối với Pb 46

Bảng 3.11 Ảnh hưởng của các axit đối với Cd 47

Bảng 3.12 Ảnh hưởng của các axit đối với Pb 47

Bảng 3.13 Ảnh hưởng của một số chất cải biến đến đo phổ đối với Cd 48

Bảng 3.14 Ảnh hưởng của một số chất cải biến đến đo phổ đối với Pb 50

Bảng 3.15 Tổng kết các điều kiện được chọn để đo phổ GF-AAS 51

Bảng 3.16 Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính của Cd 53

Bảng 3.17 Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính của Pb 54

Bảng 3.18 Kết quả khảo sát đường chuẩn của Cd 56

Bảng 3.19 Kết quả khảo sát xác định đường chuẩn của Pb 58

Bảng 3.20 Kết quả sai số và độ lặp lại của phép đo Cd 63

Bảng 3.21 Kết quả sai số và độ lặp lại của phép đo Pb 64

Bảng 3.22 Kết quả xác định Pb, Cd trong lò nung bằng GF-AAS 65

Bảng 3.23 Kết quả xác định Pb, Cd trong bình kendal bằng GF-AAS 66

Bảng 3.24 Kết quả xác định Pb, Cd trong lò vi sóng bằng GF-AAS 67

Bảng 3.25 So sánh kết quả 3 cách xử lý mẫu 67

Bảng 3.26 Kết quả xác định Cd trong mẫu thuốc đông y 69

Bảng 3.27 Kết quả xác định Pb trong mẫu thuốc đông y 70

Bảng 3.28 Kết quả đo GF-AAS so sánh với ICP-MS 71

Bảng 3.29 Hiệu suất thu hồi lượng thêm chuẩn của Cd 73

Bảng 3.30 Hiệu suất thu hồi lượng thêm chuẩn của Pb 74

Bảng 3.32 Kết quả xác định Pb bằng phương pháp thêm chuẩn của mẫu thăng ma .83

Xuất phát từ yêu cầu thực tế và cấp bách đó nhằm góp phần vào công tác đảm bảo

chất lượng thuốc đông y chúng tôi thực hiện đề tài: “Xác định kim loại nặng Pb, Cd

trong thuốc đông y bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa AAS)”

(GF-Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung về thuốc đông y

1.1.1 Vai trò của các loại thuốc đông y

Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới Châu Á, có khí hậu nhiệt đới gió mùa

độ ẩm tương đối cao (trên 80%) Điều kiện khí hậu này rất thuận lợi cho sự phát triển của các loài thực vật nói chung và cây dược liệu nói riêng Theo số liệu gần đây, hệ thực vật Việt Nam đã có khoảng 10.500 loài, trong đó có khoảng 3.200 loài cây được sử dụng trong y học dân tộc Theo dự đoán của các nhà khoa học, hệ thực vật Việt Nam có lẽ gồm khoảng 12.000 loài và là một trong những hệ thực vật phong phú nhất thế giới (trích [11])

Các hợp chất thiên nhiên có hoạt tính sinh học đã và đang đóng một vai trò hết sức quan trọng trong đời sống con người Chúng được dùng làm thuốc chữa bệnh, thuốc bảo

vệ thực vật, là nguyên liệu cho công nghiệp thực phẩm, hương liệu và mỹ phẩm…Đặc biệt là trong lĩnh vực làm thuốc, nguồn dược liệu thiên nhiên phong phú và đa dạng đã cung cấp cho ngành dược cả nước một khối lượng nguyên liệu lớn để làm thuốc chữa bệnh cũng như xuất khẩu có giá trị kinh tế cao Về lâu dài, đối với sự phát triển các dược phẩm mới, các sản phẩm thiên nhiên có vai trò rất quan trọng, vì nhiều chất này có thể là các chất dẫn đường cho việc tổng hợp các dược phẩm mới, hoặc dùng làm các chất dò sinh hóa để làm sáng tỏ các nguyên liệu của dược lý học con người

Xu thế chung của nhân loại là trở lại sử dụng các sản phẩm từ thiên nhiên Nhiều tác dụng sinh học quí báu của các thảo dược đã biết từ lâu dùng để làm thuốc và các bài thuốc dân gian được truyền từ đời này sang đời khác đã thể hiện rất hiệu quả trong việc điều trị bệnh Ví dụ Nấm Linh Chi đã được nghiên cứu dược lý lâm sàng có tác dụng điều hòa, ổn định áp huyết, giảm cholestrol toàn phần… hay cây dược liệu Đương Quy có tên khoa học là Angleica Sinensis Diels họ Hoa tán (Umbelliferae) có công dụng cho bổ huyết, nhuận tràng, chữa tê nhức xương khớp…Ngày nay, hoạt tính sinh học của các chất

có trong thảo dược đang được nghiên cứu nhiều hơn nữa để tìm ra những tác dụng mới trong việc điều trị bệnh

1.1.2 Một số tiêu chí an toàn về thuốc đông y

Phần lớn các kim loại nặng đều độc, có hại cho sức khỏe con người, như thủy ngân hữu cơ (đặc biệt là ankyl thủy ngân) rất độc đối với hệ thần kinh trung ương (TKTƯ) Cd cũng là 1 nguyên tố độc, tích lũy sinh học, độc cho TKTƯ, Đồng, Mangan Magie ở một liều rất nhỏ là những nguyên tố vi lượng cần thiết, nhưng ở liều cao hơn chúng có thể gấy rối loạn chuyển hóa

Giới hạn kim loại nặng trong thuốc nói chung và trong mỹ phẩm được quy định trong điều luật về chất độc ở các nước, ví dụ điều luật chất độc ở các nước Malaysia năm

1952 được xem xét lại năm 1989 qui định: giới hạn (Pb) đối với chế phẩm có nguồn gốc

từ thảo dược ≤ 10 ppm: giới hạn As đối với thuốc nói chung ≤ 5 ppm, giới hạn Hg ≤ 0,5 ppm (trích [28])

Một số dược điển [38, 48] có đề cập việc kiểm tra kim loại nặng trong thuốc đông

y nhưng chưa có quy định cụ thể về giới hạn và phương pháp kiểm tra Dược điển Việt Nam và dược điển nhiều nước chưa đưa ra các chỉ tiêu cũng như phương pháp thử giới hạn các nguyên tố độc như Cu, Pb,As, Cd, Hg…đối với thuốc đông y Gần đây ở Việt Nam, một số tác giả bước đầu đã nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích một số kim loại như chì, thủy ngân, asen trong dược liệu [12] Ở Trung Quốc gần đây nhiều cơ sở đã sản xuất dược liệu theo tiêu chuẩn trồng dược liệu sạch và công bố tiêu chuẩn chất lượng của sản phẩm (ví dụ Tam thất Châu Vân Sơn ở Vân Nam đã quy định giới hạn kim loại nặng như As, Pb, Hg, Cd và DDT không được quá 1 ppm)

1.2 Các tính chất hóa học và vật lý của Cd, Pb [27, 37, 39]

1.2.1 Các tính chất vật lý

Cadmi là những kim loại màu trắng bạc nhưng ở trong không khí ẩm, chúng dần dần bị bao phủ bởi màng oxit nên mất ánh kim Kim loại này mềm và dễ nóng chảy

Chì là kim loại có màu xám xanh, mềm, bề mặt chì thường mờ đục do bị oxy hóa tạo ra lớp oxit PbO

Ở nhiệt độ thường, cadmi bền với nước vì có màng oxit bảo vệ, ở nhiệt độ cao khử hơi nước biến thành oxit

Chì chỉ tương tác ở trên bề mặt với dung dịch axit clohydric loãng và axit sulfuric

hơn của các axit đó, chì có thể tan vì muối khó tan của lớp bảo vệ đã chuyển thành hợp chất tan:

PbSO4 + H2SO4 → Pb(HSO4)2

Riêng chì, khi có mặt oxy, có thể tương tác với nước:

CdO có màu từ vàng đến nâu gần như đen tùy thuộc vào quá trình chế hóa nhiệt,

CdO không tan trong nước chỉ tan trong axit và kiềm nóng chảy:

chút ít trong nước nên Pb có thể tương tác với nước khi có mặt oxy, PbO tan trong axit và

có số oxy hóa thấp hơn:

PbO2 290 320 C 0 Pb2O3 390 420 C 0 Pb3O4 530 550 C 0 PbO

(nâu đen) (vàng đỏ) (đỏ) (vàng)

hóa +2, +4 Nó là chất bột màu đỏ da cam, được dùng chủ yếu là để sản xuất thủy tinh pha lê, men đồ sứ và đồ sắt, làm chất màu cho sơn (sơn trang trí và sơn bảo vệ cho kim loại không rỉ)

1.2.3.2 Các hydroxit

a Cadmi hydroxit

Cadmi hydroxit và kẽm hydroxit là kết tủa nhầy, rất ít tan trong nước và có màu trắng

Cd(OH)2 không thể hiện rõ tính lưỡng tính: tan trong dung dịch axit, không tan trong dung dịch kiềm mà chỉ tan trong dung dịch kiềm nóng chảy

E(OH)2 + 4NH3  [E(NH3)4](OH)2

Các hydroxit này được tạo nên khi dung dịch muối của chúng tác dụng với kiềm

b Chì hydroxit

dễ mất nước biến thành oxit PbO, Pb(OH)2 là chất lưỡng tính Khi tan trong axit các

Khi tan trong dung dịch kiềm mạnh, tạo nên muối hydroxoplombit

1.2.3.3 Các muối

a Các muối của Cadmi

Các muối halogenua (trừ florua), nitrat, sulfat, perclorat và axetat của Cd(II) đều

dễ tan trong nước còn các muối sulfua, carbonat, hay ortho phosphat và muối bazơ ít tan

muối cadmi:

Cd2+ + 2H2O  Cd(OH)2 + 2H+

Ion Cd2+ có khả năng tạo phức [CdX4]2- (X = Cl-, Br-, I- và CN-), [Cd(NH3)4]2+,

nóng chảy và nhiệt độ sôi khá cao

Các dihalogenua chì đều là chất rắn không màu, trừ PbI2 màuvàng, tan ít trong nước lạnh nhưng tan nhiều hơn trong nước nóng

Tất cả các dihalodenua có thể kết hợp với halogenua kim loại kiềm MX tạo thành

dihalogenua trong dung dịch đậm đặc của axit halogenhydric và muối của chúng

PbI2 + 2KI  K2[PbI4]

PbCl2 + 2HCl  H2[PbCl4]

1.2.4 Vai trò, chức năng và tác dụng sinh hoá của Cd, Pb [6, 13 , 14, 15, 33]

1.2.4.1 Vai trò, chức năng và tác dụng sinh hoá của Cd [6, 33]

Đất, cát, than đá, các loại phân phosphat đều có chứa cadmium Cadmium được trích lấy từ các kỹ nghệ khai thác các mỏ đồng, chì và kẽm Nhờ tính chất ít bị rỉ sét nên cadmium được sử dụng trong việc sản xuất pin (trong điện cực của các loại pin nickel - cadmium), acquy, mạ kền, hợp kim alliage, que hàn và trong kỹ nghệ sản xuất chất nhựa polyvinyl clorua (PVC), trong đó Cadmium được sử dụng như chất làm ổn định Bởi lý

do này, đồ chơi trẻ em và các ion hộp làm bằng chất dẻo PVC đều có chứa cadmium Cadmium cũng được dùng trong những loại nước men, sơn đặc biệt trong kỹ nghệ làm đồ

sứ, chén…Cụ thể một số ứng dụng của Cadmi như sau:

 Mạ điện (chiếm 7%): Cadmi được mạ lên bề mặt chất điện phân hoặc máy móc

để tạo ra bề mặt sáng bóng và chống ăn mòn

 Các chất màu (chiếm 15%): Cadmi sulfur (CdS) cho màu từ vàng tới cam và

cadmisulfoselenit cho màu từ hồng tới đỏ và nâu sẫm Tất cả các chất màu này đều được dùng trong công nghiệp nhựa, gốm sứ, sơn và các chất phủ ngoài

 Các phụ gia ổn định nhựa (chiếm 10%): Cadmi stearat được sử dụng như một

chất ổn định trong quá trình sản xuất nhựa polyvinyl clorua (PVC) Chúng ổn định các liên kết đôi trong polyme bằng cách thế chỗ các nhóm allyl được đánh dấu trên nguyên tử clorua không bền Thêm các muối bari (hoặc các muối kẽm), các hợp chất epoxy, các este phosphat hữu cơ để bảo vệ polyme khỏi clo thừa

hoặc các lớp clorua Tuy nhiên, các chất ổn định dựa trên nền Cd không được sử dụng trong sản xuất PVC dẻo để chứa thực phẩm

 Sản xuất pin (chiếm 67%): Cd được sử dụng rộng rãi trong sản xuất pin, có tác

dụng đảo ngược hoàn toàn các phản ứng điện hóa trong một khoảng rộng nhiệt

độ, tốc độ thải hồi thấp, và dễ thu hồi từ các pin chết Người tiêu dùng sử dụng các pin này trong các hoạt động như: máy đánh răng, cạo râu, khoan và cưa tay, các thiết bị y học, thiết bị điều khiển thông tin, các dụng cụ chiếu sáng khẩn cấp, máy bay, vệ tinh nhân tạo và tên lửa, và các trang bị cơ bản cho các vùng địa cực

Ngoài ra, các phosphua của cadmi được sử dụng trong đèn hình tivi, đèn phát

huỳnh quang, màn hình tia X, các ống tia catot, và các dải lân quang

Bên cạnh những tác dụng trên, cadmi là nguyên tố rất độc Giới hạn tối đa cho phép của cadmi:

Trong nước : 0,05 mg/l (hay 50ppb),

Cadmi thường được tìm thấy trong các khoáng vật có chứa kẽm, còn trong khí quyển và nước cadmi xâm nhập qua nguồn tự nhiên (như bụi núi lửa, bụi đại dương, lửa rừng và các đá bị phong hóa, đặc biệt là núi lửa) và nguồn nhân tạo (như công nghiệp luyện kim, lọc dầu) Cadmi xâm nhập vào cơ thể con người chủ yếu qua thức ăn từ thực vật, được trồng trên đất giàu cadmi hoặc tưới bằng nước có chứa nhiều cadmi, nhưng hít thở bụi cadmi thường xuyên có thể làm hại phổi, trong phổi cadmi sẽ thấm vào máu và được phân phối đi khắp nơi Phần lớn cadmi xâm nhập vào cơ thể con người được giữ lại

ở thận và được đào thải, còn một phần ít (khoảng 1%) được giữ lại trong thận Phần còn lại được giữ lại trong cơ thể và dần dần được tích lũy cùng với tuổi tác Khi lượng

trong các enzim quan trọng và gây ra

rối loạn tiêu hóa và các chứng bệnh rối loạn chức năng thận, thiếu máu, tăng huyết áp, phá hủy tủy sống, gây ung thư

b Vai trò, chức năng và tác dụng sinh hoá của Pb [21]

Chì là một trong những kim loại có ứng dụng nhiều nhất trong công nghiệp chỉ sau sắt, đồng, kẽm và nhôm Chì được sử dụng chủ yếu làm nguyên liệu trong sản xuất acquy Khi thêm lượng nhỏ Asen hoặc antimon vào sẽ làm tăng độ cứng, độ bền cơ học

và chống mài mòn Các hợp kim canci – chì, thiếc – chì được dùng làm lớp phủ ngoài cho một số loại dây cáp điện Một lượng rất lớn chì được dùng để điều chế nhiều hợp kim quan trọng: thiếc hàn chứa 10 – 80% Pb, hợp kim chữ in chứa 81% Pb, hợp kim ổ trục chứa 2% Pb Chì hấp thụ tốt tia phóng xạ và tia Rơnghen nên được dùng để làm những tấm bảo vệ khi làm việc với những tia đó Tường của phòng thí nghiệm phóng xạ được lót bằng gạch chì

Trong sản xuất công nghiệp thì chì có vai trò quan trọng, nhưng đối với con người

và động vật thì chì lại rất độc Đối với thực vật chì không gây hại nhiều nhưng lượng chì tích tụ trong cây trồng sẽ xâm nhập vào cơ thể con người và động vật qua đường tiêu hóa

Do vậy, chì không được sử dụng làm thuốc trừ sâu Chì kim loại và muối sulfua của nó được coi như không độc do chúng không bị cơ thể hấp thụ Tuy nhiên, các muối chì tan trong nước như Pb(NO3)2, Pb(CH3COO)2 rất độc Chì có tác dụng âm tính lên sự phát triển của bộ não trẻ em Chì ức chế mọi hoạt động của các enzym, không chỉ ở não mà còn ở các bộ phận tạo máu, nó là tác nhân phá hủy hồng cầu

Khi 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 cho 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 nằm trong khoảng (> 0,5 - 0,8 ppm) gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá hủy não Xương là nơi tàng trữ tích tụ vào các mô mềm của cơ thể và thể hiện độc tính của nó

Tóm lại, khi xâm nhập vào cơ thể động vật, chì gây rối loạn tổng hợp hemoglobin, giảm thời gian sống của hồng cầu, thay đổi hình dạng sống của tế bào, xơ vữa động mạch, làm con người bị ngu dần, mất cảm giác Khi bị ngộ độc chì sẽ có triệu chứng đau bụng, tiêu chảy, ăn không ngon miệng, buồn nôn và co cơ

1.3 Các phương pháp xác định Cd, Pb

Hiện nay, có rất nhiều phương pháp khác nhau để xác định Cd và Pb như phương pháp phân tích khối lượng, phân tích thể tích, điện hóa, phổ phân tử UV-VIS, sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC), phổ phát xạ nguyên tử (AES), phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) và không ngọn lửa (GF-AAS)…Sau đây là một số phương pháp xác định Cadmi và chì

1.3.1 Phương pháp phân tích hóa học [26]

Nhóm các phương pháp này dùng để xác định hàm lượng lớn (đa lượng) của các chất, thông thường lớn hơn 0,05%, tức là mức độ miligram Các trang thiết bị và dụng cụ cho các phương pháp này là đơn giản và không đắt tiền

1.3.1.1 Phương pháp phân tích khối lượng

*Nguyên tắc: Đây là phương pháp dựa trên sự kết tủa chất cần phân tích với thuốc

thử phù hợp, sau đó lọc, rửa, sấy hoặc nung rồi cân chính xác sản phẩm và từ đó xác định được hàm lượng chất phân tích

*Cách tiến hành: với Cd, người ta thường cho kết tủa dưới dạng CdS trong môi

Phương pháp này đơn giản không đòi hỏi máy móc hiện đại, đắt tiền, có độ chính xác cao, tuy nhiên đòi hỏi nhiều thời gian, thao tác phức tạp và chỉ phân tích hàm lượng lớn, nên không dùng để phân tích lượng vết

1.3.1.2 Phương pháp phân tích thể tích

* Nguyên tắc: Dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử đã biết nồng độ chính

xác (dung dịch chuẩn) được thêm vào dung dịch chất định phân để tác dụng đủ toàn bộ

phân gọi là điểm tương đương Để nhận biết điểm tương đương, người ta dùng các chất gây ra hiên tượng đổi màu hay kết tủa có thể quan sát bằng mắt gọi là các chất chỉ thị

Đối với Chì, ta có thể chuẩn độ trực tiếp bằng EDTA hay chuẩn độ ngược bằng dung

8-12) với chỉ thị ETOO

Pb2++H2Y2-→PbY2-+2H+

tạo phức kém bền với tactrat hoặc trietanolamin

- Cách 2: Chuẩn độ ngược Pb2+ bằng dung dịch Zn2+: cho Pb2+ tác dụng với một lượng dư chính xác EDTA đã biết nồng độ ở pH = 10 Sau đó chuẩn độ EDTA dư bằng

H2Y2- (dư) + Zn2+ → ZnY2- + 2H+

(đỏ nho) (xanh)

sử dụng trong phân tích lượng vết, vì phải thực hiện quá trình làm giàu phức tạp

1.3.2 Phương pháp phân tích công cụ

1.3.2.1 Phương pháp điện hóa [9, 26]

1.3.2.1.1 Phương pháp cực phổ

Nguyên tắc: Người ta thay đổi liên tục và và tuyến tính điện áp đặt vào 2 cực để khử các ion kim loại, do mỗi kim loại có thế khử khác nhau Thông qua chiều cao của đường cong Von- Ampe có thể định lượng được ion kim loại trong dung dịch ghi cực

dịch ghi cực phổ theo phương trình:

I = k.C Trong phương pháp phân tích này người ta dùng điện cực giọt thủy ngân rơi là cực làm việc, trong đó thế được quét tuyến tính rất chậm theo thời gian (thường 1-5mV/s)

đồng thời ghi dòng là hàm của thế trên cực giọt thủy ngân rơi Sóng cực phổ thu được có dạng bậc thang, dựa vào chiều cao có thể định lượng được chất phân tích

Phương pháp này có khá nhiều ưu điểm: Nó cho phép xác định cả chất vô cơ và

(ở điều kiện nhiệt độ không đổi)

Tuy nhiên, phương pháp này cũng có những hạn chế như ảnh hưởng của dòng điện, dòng cực đại, của oxy hòa tan, bề mặt điện cực…

Nhằm loại trừ ảnh hưởng trên đồng thời tăng độ nhạy, hiện nay đã có các phương pháp cực phổ hiện đại: cực phổ xung vi phân (DPP), cực phổ sóng vuông (SQWP)…chúng cho phép xác định lượng vết của nhiều nguyên tố

GS Petrovic và cộng sự (1998) dùng phương pháp Von-Ampe hòa tan xung vi phân để xác định đồng thời Cd, Pb trong nước sau khi tách nó từ axit humic bằng phương pháp sắc kí bản mỏng Giới hạn của phương pháp này đối với Cd là 0,1ppm

Tác giả Bùi Văn Quyết [29] đã dùng phương pháp cực phổ để xác định thành phần phần trăm Pb có thực trong quặng pyrit ở khoảng (0,00031-0,00002)% với xác suất 95%

Phương pháp cực phổ xác định Cd và Pb chưa phát huy được hết tính ưu việt của

nó vì vậy phải kết hợp với làm giàu thì mới tăng được độ nhạy

1.3.2.1.2 Phương pháp Von-ampe hòa tan

Về bản chất, phương pháp Von-ampe hòa tan cũng giống như phương pháp cực phổ là dựa trên việc đo cường độ dòng hoà tan để xác định nồng độ các chất trong dung dịch Nguyên tắc gồm hai bước:

Bước 1: Điện phân làm giàu chất cần phân tích trên bề mặt điện cực làm việc,

trong khoảng thời gian xác định, tại thế điện cực xác định

Bước 2: Hòa tan kết tủa đã được làm giàu bằng cách phân cực ngược điện cực làm

việc, đo và ghi dòng hòa tan Trên đường Von-ampe hòa tan xuất hiện pic của nguyên tố cần phân tích Chiều cao pic tỉ lệ thuận với nồng độ

Phương pháp Von-ampe hòa tan có thể xác định được cả những chất không bị khử

có nhược điểm: độ nhạy bị hạn chế bởi dòng dư, nhiều yếu tố ảnh hưởng (điện cực chỉ thị, chất nền, tốc độ quét, thế ghi sóng cực phổ…)

Sử dụng phương pháp này để xác định kim loại nặng trong lương thực, thực phẩm của tác giả Lê Lan Anh, Lê Trường giang, Đỗ Việt Anh và Vũ Đức Lợi đã thu được kết quả trong mẫu thức ăn của gà (gà - HMG) dưới giới hạn xác định, còn trong mẫu ngô hàm lượng Cadmi là 0,196 ppm [1]

Tác giả Phan Diệu Hằng [7] đã xác định chì trong mẫu nước ngọt giải khát Sprite bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan và kết quả hàm lượng chì là (2,70-0,06) (μg/l)

Còn tác giả Lê Thị Thu [34] đã áp dụng phương pháp von-ampe hòa tan anot và

kỹ thuật đánh rửa bề mặt điện cực tự động xác định đồng thời Cd, Cu, Pb trong một số mẫu nước biển và thu được hàm lượng chì ở Vũng Tàu là 8,42 μg/l Quảng Ninh là 10,53

đưa về giá trị pH = 2 rồi phân tích)

1.3.2.2 Phương pháp quang phổ

1.3.2.2.1 Phương pháp trắc quang [9, 22]

Phương này chính là phương pháp phổ hấp thụ phân tử trong vùng UV-VIS Ở điều kiện thường, các phân tử, nhóm phân tử các chất bền vững và nghèo năng lượng, đây là trạng thái cơ bản Nhưng khi có một chùm sáng với năng lượng thích hợp chiếu vào thì các điện tử hóa trị trong các liên kết (δ, π, n) sẽ hấp thụ năng lượng chùm sáng,

lượng (cơ bản E0 và kích thích Em) chính là năng lượng mà phân tử hấp thụ từ nguồn sáng để tạo ra phổ hấp thụ phân tử của chất

Nguyên tắc: Phương pháp xác định dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của một

dung dịch phức tạo thành giữa ion cần xác định với một thuốc thử vô cơ hay hữu cơ trong môi trường thích hợp khi được chiếu bởi chùm sáng Phương pháp định lượng theo phương trình cơ bản:

A = K.C Trong đó: A: Độ hấp thụ quang của chất

K: Hằng số thực nghiệm C: Nồng độ của chất phân tích

trong các phương pháp được sử dụng khá phổ biến

đo độ hấp thụ quang của phức ở bước sóng 520 nm Phức của Cd với dithizon có thể

hạn phát hiện của phương pháp là 0,02mg/l Ngoài Dithizon còn có một số loại thuốc thử khác được dùng trong phân tích trắc quang Cd Để phân tích định lượng Cd theo phổ UV-VIS ta có thể sử dụng 2 phương pháp: Phương pháp đường chuẩn và phương pháp thêm tiêu chuẩn

Tương tự ta có thể xác định Pb bằng cách chuyển nó về dạng Chì – dithizonat

rồi đem đo độ hấp thụ quang của nó tại λ = 510nm Giới hạn của phương pháp này đối với Pb là 0,05 ppm

Gao hong – Wen (Trung Quốc) sử dụng dithizon kết hợp với sử dụng màng lọc tế bào tách Cd để xác định vi lượng Cd (II) trong nước biển Giới hạn phát hiện là 0,0006 ppm [43]

Nhóm tác giả Zeng, Chunhui, Ying, Min (Trung Quốc) đã nghiên cứu và công bố thuốc thử 4-[3-[4-(benzazo) phenyl]-1-triazenol]-benzoic acid (p-CADB) tạo phức màu

thep định luật Beer là 0- 5 μg/ml [50]

Tác giả Phạm Thị Xuân Lan [14] đã xác định chì bằng phương pháp trắc quang dùng thuốc thử xylen da cam có độ nhạy cao và kết quả thu được khá chính xác ở điều kiện tối ưu của phép đo là 12 ml urotropin 10%, 8ml HCl 0,5N, 1,2 ml thuốc thử xylen dacam 0,05% định mức 25 ml và đo bằng cuvet 50 mm với lọc sáng màu lục

Phương pháp trắc quang có độ nhạy, độ ổn định và độ chính xác khá cao, được sử dụng nhiều trong phân tích vi lượng Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là không chọn lọc, một thuốc thử có thể tạo phức với nhiều ion kim loại

1.3.2.2.2 Phương phổ phổ phát xạ nguyên tử (AES) [19]

Khi ở điều kiện thường, nguyên tử không thu hay phát ra năng lượng, nhưng nếu

bị kích thích thì các điện tử hóa trị sẽ nhận năng lượng chuyển lên trạng thái có năng lượng cao hơn (trạng thái kích thích) Trạng thái này không bền, chúng có xu hướng giải phóng năng lượng để trở về trạng thái ban đầu bền vững dưới dạng các bức xạ Các bức

xạ này được gọi là phổ phát xạ nguyên tử

Phương pháp AES dựa trên sự xuất hiện phổ phát xạ của nguyên tử tự do của nguyên tố phân tích ở trạng thái khí khi có sự tương tác với nguồn năng lượng phù hợp Hiện nay, người ta dùng một số nguồn năng lượng để kích thích phổ AES như ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện, tia lửa điện, plasma cao tần cảm ứng (ICP)…

Vì vậy, đây là phương pháp dùng để kiểm tra đánh giá hóa chất, nguyên liệu tinh khiết, phân tích lượng vết ion kim loại độc trong nước, lương thực, thực phẩm Tuy nhiên,

phương pháp này lại chỉ cho biết thành phần nguyên tố trong mẫu mà không chỉ ra được trạng thái liên kết của nó trong mẫu

Các tác giả Nguyễn Văn Định, Dương Ái Phương, Nguyễn Văn Đến đã sử dụng phương pháp này để xác định các kim loại (Sn, Zn, Cd…) tạp chất trong mẫu kẽm tinh luyện [5]

1.3.2.2.3 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [23]

Nguyên tắc: Khi nguyên tử tồn tại tự do ở thể khí và ở trạng thái năng lượng cơ

bản, thì nguyên tử không thu hay không phát ra năng lượng Tức là nguyên tử ở trạng thái

cơ bản Song, nếu chiếu vào đám hơi nguyên tử tự do một chùm tia sáng đơn sắc có bước sóng phù hợp, trùng với bước sóng vạch phổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố phân tích, chúng sẽ hấp thụ tia sáng đó sinh ra một loại phổ của nguyên tử Phổ này được gọi là phổ hấp thụ của nguyên tử Với hai kỹ thuật nguyên tử hóa, nên chúng ta cũng có hai phép đo tương ứng Đó là phép đo phổ hấp thụ nguyên tử trong ngọn lửa (F-AAS có độ nhạy cỡ 0,1 ppm) và phép đo phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS có độ nhạy cao hơn kỹ thuật ngọn lửa 50-1000 lần, cỡ 0,1-1ppb)

Cơ sở của phân tích định lượng theo AAS là dựa vào mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ và nồng độ nguyên tố cần phân tích theo biểu thức:

Aλ = a.Cx

Có hai phương pháp định lượng theo phép đo AAS là: phương pháp đường chuẩn

và phương pháp thêm tiêu chuẩn

Thực tế cho thấy phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử có nhiều ưu việt như: Độ nhạy, độ chính xác cao, lượng mẫu tiêu thụ ít, tốc độ phân tích nhanh Với ưu điểm này, AAS được thế giới dùng làm phương tiêu chuẩn để xác định lượng nhỏ và lượng vết các kim loại trong nhiều đối tượng khác nhau

Phép đo phổ AAS có thể phân tích được lượng vết của hầu hết các kim loại và cả những hợp chất hữu cơ hay anion không có phổ hấp thụ nguyên tử Nó được sử dụng

rộng rãi trong các ngành: địa chất, công nghiệp hóa học, hóa dầu, y học, sinh học, dược phẩm…

a Kỹ thuật F-AAS

Đây là kỹ thuật, người ta dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hóa hơi

và nguyên tử hóa mẫu phân tích Vì thế mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hóa mẫu phụ thuộc vào các đặc trưng và tính chất của ngọn lửa đèn khí, nhưng chủ yếu là nhiệt độ của ngọn lửa Đó là yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hóa mẫu phân tích, và mọi yếu

tố ảnh hưởng đến nhiệt độ của ngọn lửa đèn khí đều ảnh hưởng đến kết quả của phương pháp phân tích

Ứng dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) PGS.TS Phạm Luận và cộng sự đã phân tích xác định một số kim loại nặng (Cu, Pb, Cd, Co, Cr, Fe, Mn…) trong máu, huyết thanh và tóc của công nhân khu gang thép Thái Nguyên và công nhân nhà máy in [19]

Nhiều sinh viên khoa hóa ĐHKHTN đã ứng dụng phương pháp này để xác định lượng vết các kim loại nặng trong các đối tượng khác nhau: rau quả, thực phẩm,…[2, 3]

- Nguyễn Thị Hương Lan đã xác định hàm lượng Cu, Pb và Zn trong gừng củ bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa [15]

- Trần Thị Ngọc Diệp nghiên cứu xác định hàm lượng Cu, Pb và Zn trong nấm linh chi bằng phương pháp F-AAS [3]

b Kỹ thuật GF-AAS

Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa ra đời sau kĩ thuật nguyên tử hóa trong ngọn lửa Nhưng kĩ thuật này được phát triển rất nhanh và hiện nay đang được ứng dụng rất phổ biến vì kỹ thuật này có độ nhạy rất cao (mức ppb) Do đó, khi phân tích lượng vết kim loại trong trường hợp không cần thiết phải làm giàu sơ bộ các nguyên tố cần phân tích

Về nguyên tắc, kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa là quá trình nguyên tử hóa tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng nhiệt của dòng điện có công suất lớn và trong môi trường khí trơ Quá trình nguyên tử hóa xảy ra theo 3 giai đoạn kế tiếp nhau: sấy khô, tro hóa luyện mẫu, nguyên tử hóa để đo phổ hấp thụ và cuối cùng là làm sạch cuvet Nhiệt độ trong cuvet graphit là yếu tố chính quyết định mọi sự diễn biến của quá trình nguyên tử hóa mẫu

PGS Phạm luận và các cộng sự thuộc trường ĐHKHTN Hà Nội đã nghiên cứu xác định Cd trong lá cây và cây thuốc Đông Y ở Việt Nam, trong thực phẩm tươi sống bằng phổ hấp thụ nguyên tử [17], [18]

GS Nakashima và các cộng sự thuộc trường ĐHKHTN Okayama (Nhật Bản) đã

đề nghị một quy trình phân tích xác định hàm lượng Cd trong nước bằng phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa sau khi tách Cd ra khỏi mẫu bằng oxit zirconi Cực tiểu phát hiện đạt cỡ vài ng/ml [47]

Các GS Joseph J Topping and Wiliam A MacCrehan (Mỹ, 1974) đã làm giàu và xác định Cd trong nước bằng cột sắc ký pha đảo và phổ hấp thụ nguyên tử [43]

Tác giả Nguyễn Ngọc Sơn [30] trong khóa luận tốt nghiệp của mình cũng đã sử dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa GF-AAS để xác định lượng vết chì trong đất hiếm tinh khiết (99,5%) có so sánh với kỹ thuật ICP-MS và có đưa ra nhận xét: phương pháp GF-AAS có thể xác định tạp chất trong đất hiếm tinh khiết với độ nhạy và độ chính xác cao Sự sai khác giữa hai phương pháp GF-AAS và ICP-MS là rất nhỏ, dưới 9% đối với Pb

1.3.2.2.4 Phương pháp khối phổ plasma cao tần cảm ứng ICP-MS [25]

Khi dẫn mẫu phân tích vào ngọn lửa plasma (ICP), trong điều kiện nhiệt độ cao của plasma, các chất có trong mẫu khi đó sẽ bị hoá hơi, nguyên tử hoá và ion hoá tạo thành ion dương có điện tích +1 và các electron tự do Thu và dẫn dòng ion

cho vào thiết bị phân giải phổ để phân chia chúng theo số khối (m/z) sẽ tạo ra phổ khối của nguyên tố chất cần phân tích Sau đó, đánh giá định tính và định lượng phổ thu được

Kỹ thuật phân tích ICP-MS là một trong những kỹ thuật phân tích hiện đại Kỹ thuật này được nghiên cứu và phát triển rất mạnh trong những năm gần đây Với nhiều

ưu điểm vượt trội của nó, kỹ thuật này được ứng rất rộng rãi trong phân tích rất 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…

- Tác giả Petet Heitland và Helmut D.Koster [40] ứng dụng phương pháp ICP-MS

để xác định lượng vết 30 nguyên tố Cu, Pb, Zn, Cd…trong mẫu nước tiểu của trẻ em và người trưởng thành

- Lê Văn Hậu [8] phân tích đánh giá hàm lượng kim loại nặng trong nhựa và phát tán vào thực phẩm bằng phương pháp ICP-MS

1.4 Phương pháp xử lý mẫu phân tích xác định Cd và Pb [24, 41, 46]

Để xác định hàm lượng Cd, Pb trong thảo dược, trước hết ta phải tiến hành xử lí mẫu nhằm chuyển các nguyên tố cần xác định có trong mẫu từ trạng thái ban đầu (dạng rắn) về dạng dung dịch Đây là công việc rất quan trọng vì nó có thể dẫn đến những sai lệch trong kết quả phân tích do sự nhiễm bẩn mẫu hay làm mất chất phân tích nếu thực hiện không tốt Hiện nay có nhiều kỹ thuật xử lí mẫu phân tích, với đối tượng thảo dược thì hai kỹ thuật chính dùng để phá mẫu gồm kỹ thuật tro hóa ướt bằng acid đặc oxy hóa mạnh (phương pháp xử lý ướt) và kỹ thuật tro hóa khô (phương pháp oxy hóa khô)

1.4.1 Phương pháp xử lý ướt (bằng axit đặc oxy hóa mạnh)

ở dạng hữu cơ về dạng các ion trong dung dịch muối vô cơ Việc phân hủy có thể thực hiện trong hệ đóng kín (áp suất cao), hay trong hệ mở (áp suất thường) Lượng axit thường phải dùng gấp từ 10-15 lần lượng mẫu, tùy thuộc mỗi loại mẫu và cấu trúc vật lý hóa học của nó Thời gian phân hủy mẫu trong các hệ hở, bình Kendan, ống nghiệm,

nếu trong lò vi sóng hệ kín thì chỉ cần vài chục phút Thường khi phân hủy xong phải đuổi hết axit dư trước khi định mức và tiến hành đo phổ

1.4.1.1 Xử lý mẫu trong bình kendal (phá mẫu hệ hở)

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

theo loại mẫu và nguyên tố cần phân tích mà ta có quy trình phân tích phù hợp Ví dụ như

Tác giả Nguyễn Thị Thơm [33] trong khóa luận tốt nghiệp của mình cũng đã sử dụng phương pháp xử lý mẫu trong bình kendal để xác định hàm lượng Cd trong đồ chơi nhựa bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS)

Tác giả Đỗ Văn Hiệp [10] trong khóa luận tốt nghiệp của mình cũng đã sử dụng phương pháp xử lý mẫu trong bình kendal để xác định hàm lượng Cu và chì trong rau xanh bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS)

1.4.1.2 Xử lý mẫu trong lò vi sóng (phá mẫu hệ kín)

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 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

Tác giả Phạm Thị Thu Hà [6] trong luận văn thạc sỹ khoa học của mình cũng đã

sử dụng phương pháp xử lý mẫu trong lò vi sóng để xác định hàm lượng Cd và Pb trong thảo dược và sản phẩm của nó bằng phép đo phổ hấp thụ nguyên tử

Tác giả Cao Thị Mai hương [12] trong luận văn thạc sỹ khoa học của mình cũng

đã sử dụng phương pháp xử lý mẫu trong lò vi sóng để xác định hàm lượng Cr trong rau xanh bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS)

Ưu – nhược điểm của kĩ thuật này là:

+ Hầu như không bị mất các chất phân tích, nhất là trong lò vi sóng

+ Nhưng nếu xử lý trong các hệ hở thì thời gian phân hủy mẫu rất dài, tốn nhiều axit đặc tinh khiết cao, dễ bị nhiễm bẩn do môi trường hay axit dùng và phải đuổi axit dư lâu nên dễ bị nhiễm bụi bẩn vào mẫu

1.4.2 Phương pháp xử lý khô

Nguyên tắc: Đối với các mẫu hữu cơ trước hết phải được xay hay nghiền thành

bột, vữa hay thể huyền phù Sau đó dùng nhiệt để tro hóa mẫu, đốt cháy chất hữu cơ và đưa các kim loại về dạng oxyd hay muối của chúng Cụ thể là: Cân lấy một lượng mẫu nhất định (5-10 gam) vào chén nung Nung chất mẫu ở một nhiệt độ thích hợp, để đốt cháy hết các chất hữu cơ, và lấy bã vô cơ còn lại của mẫu là các oxit, các muối,…Sau đó

kim loại về dạng các ion trong dung dịch Quyết định việc tro hóa ở đây là nhiệt độ nung

và thời gian nung (nhiệt độ tro hóa và thời gian tro hóa) và các chất phụ gia thêm vào mẫu khi nung Nhiệt độ tro hóa các chất hữu cơ thường được chọn thích hợp trong vùng

Tác giả Nguyễn Thị Thơm [33] trong khóa luận tốt nghiệp của mình cũng đã sử dụng phương pháp xử lý khô để xác định hàm lượng Cd trong đồ chơi nhựa bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS)

Tác giả Nguyễn Thị Châm [2] trong khóa luận tốt nghiệp của mình cũng đã sử dụng phương pháp xử lý khô để xác định hàm lượng Mn trong một số loại rau bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS)

Ưu – nhược điểm của kỹ thuật này là:

+ Tro hóa triệt để được mẫu, hết các chất hữu cơ,

+ Đơn giản, dễ thực hiện, quá trình xử lý không lâu như phương pháp ướt,

+ Không tốn nhiều axit tinh khiết cao và không có axit dư,

+ Hạn chế được sự nhiễm bẩn do dùng ít hóa chất,

+ Mẫu dung dịch thu được sẽ sạch và trong,

+ Nhưng hay bị mất một số nguyên tố như Cd, Pb, Zn,…nếu không dùng chất bảo

vệ và chất chảy

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng và mục tiêu

Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ thì vấn đề ô nhiễm đất, nước và không khí đang ngày càng nghiêm trọng, đặc biệt là ô nhiễm các kim loại nặng Đối với nền Y học trong nước cũng như trên thế giới, thảo dược là nguồn nguyên liệu thuốc quý và cần thiết trong việc chăm sóc và bảo vệ sức khỏe cộng đồng Thảo dược có thể bị nhiễm các chất độc hại từ môi trường, do đó ngoài việc nghiên cứu những hoạt tính sinh học đáng quý từ thảo dược, cũng cần phải kiểm tra hàm lượng của các chất

có hại, ảnh hưởng đến chất lượng thuốc và có hại đến sức khỏe con người Đặc biệt là

phải giám sát hàm lượng các kim loại nặng vì chỉ cần một lượng rất nhỏ của chúng cũng

có thể gây ngộ độc cao đối với người sử dụng

Chính vì vây, đối tượng và mục tiêu của luận văn này là nghiên cứu xác định kim loại nặng Pb, Cd trong thuốc đông y bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS)

2.1.2 Phương pháp ứng dụng để nghiên cứu

Một số dược điển [38, 48] có đề cập việc kiểm tra kim loại nặng trong thuốc có nguồn gốc từ thảo dược nhưng chưa có đủ qui định cụ thể về giới hạn của các kim loại nặng cũng như phương pháp kiểm tra chúng Phương pháp xác định giới hạn của các kim loại nặng cũng như phương pháp kiểm tra chúng Phương pháp xác định giới hạn kim

thioacetamid) giữa dung dịch chế phẩm đã được xử lý so với dung dịch Pb đã biết chính xác nồng độ [28] Khác với xác định Pb, xác định giới hạn kim loại nặng là xác định tổng

số kim loại nặng qui về Pb (so sánh với mẫu chuẩn Pb), phương pháp này cho phản ứng với tất cả kim loại nặng nên không đặc hiệu đối với một nguyên tố kim loại Độ nhạy của phương pháp ở mức ppm Phương pháp này không thích hợp khi cho áp dụng cho các chế phẩm thuốc thảo dược do chúng thường chứa các chất có màu Nếu vô cơ hóa (thường là nung) lượng nhỏ chế phẩm sẽ không đủ độ nhạy, còn vô cơ hóa lượng lớn rất khó thực hiện

Theo phương pháp ngoài dược điển, phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử là phương pháp xác định đặc hiệu đối với hầu hết các nguyên tố kim loại và giới hạn định lượng ở mức dưới ppm Các tác giả ở viện kiểm nghiệm đã xây dựng phương pháp phân tích xác định Cu, Pb (2001), Asen (2003) trong các chế phẩm đông dược bằng AAS [13]

Do đó trong luận văn này chúng tôi chọn phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS)để định lượng Cd và Pb trong một số thuốc đông y

Đối với phương pháp xử lý mẫu thì có thể tiến hành vô cơ hóa mẫu theo phương

tiến hành xử lý mẫu Đối với phương pháp vô cơ hóa ướt, có thể xử lý hóa mẫu trong hệ

đem đo phổ

2.1.3 Các nội dung nghiên cứu

- Khảo sát chọn các điều kiện phù hợp để đo phổ GF-AAS của Cd và Pb

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến phép xác định Cd và Pb trong phép đo phổ GF-AAS

- Khảo sát tìm khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn trong từng phép đo

- Đánh giá sai số và độ lặp lại của phương pháp

- Đánh giá hiệu suất thu hồi

- Ứng dụng phương pháp xác định Cd và Pb trong một số mẫu thuốc đông y theo phương pháp đường chuẩn và thêm chuẩn, so sánh GF-AAS với ICP-MS

2.2 Giới thiệu về phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử [23, 42, 45]

2.2.1 Nguyên tắc của phương pháp AAS

Trong điều kiện thường, nguyên tử không thu cũng không phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ, lúc này nguyên tử ở trạng thái cơ bản Nhưng khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu chúng ta kích thích nó bằng một chùm tia sáng đơn sắc có năng lượng phù hợp, có độ dài sóng trùng với các vạch phổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố đó thì chúng

sẽ hấp thụ các tia sáng đó và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử

Trên cơ sở xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử, chúng ta thấy phổ hấp thụ nguyên

tử chỉ được sinh ra khi nguyên tử tồn tại ở trạng thái khí tự do và ở mức năng lượng cơ bản Vì vậy, muốn thực hiện được phép đo phổ AAS cần phải thực hiện các công việc sau đây:

1 Chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn, dung dịch) thành trạng thái hơi Đó là quá trình hóa hơi mẫu

của các nguyên tố cần phân tích trong mẫu để chúng có khả năng hấp thụ bức xạ đơn sắc Đây là giai đoạn quan trọng nhất và quyết định đến kết quả của phép đo AAS

3 Chọn nguồn phát tia sáng có bước sóng phù hợp với nguyên tố phân tích và chiếu vào đám hơi nguyên tử đó Phổ hấp thụ sẽ xuất hiện

4 Nhờ một hệ thống máy quang phổ, người ta thu toàn bộ chùm sáng sau khi đi qua môi trường hấp thụ, phân li chúng thành phổ và chọn một vạch phổ cần đo của nguyên tố phân tích hướng vào khe đo để đo cường độ của nó Trong một giới hạn nhất định của nồng độ, giá trị cường độ này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ của nguyên tố cần phân tích theo phương trình:

Aλ = k.C.L

trong đó:

k: Hằng số điều kiện thực nghiệm,

L: Chiều dài môi trường hấp thụ (cm),

C: Nồng độ nguyên tố cần xác định trong mẫu đo phổ

5 Thu và ghi lại kết quả đo cường độ vạch phổ hấp thụ

2.2.2 Hệ thống, trang thiết bị của phép đo AAS

Dựa vào nguyên tắc của phép đo, hệ thống trang thiết bị của máy phổ hấp

thụ nguyên tử gồm các phần sau:

Phần I: Nguồn phát chùm bức xạ đơn sắc của các nguyên tố cần phân tích

- Đèn catot rỗng (Hollow Cathode lamp HCL)

- Đèn phòng điện không điện cực (Electrodeless Discharge lamp- EDL)

- Đèn phát phổ liên tục đã biến điệu (D2- lamp hay Xe-lamp)

Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu bằng ngọn lửa đèn khí: kỹ thuật này ra đời đầu tiên cùng với sự ra đời của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS), nhưng kỹ thuật này có độ nhạy không cao, thường là trong vùng 0,05- 1ppm Theo kỹ thuật này, người ta dùng năng lượng nhiệt ngọn lửa đèn khí để nguyên tử hóa mẫu Do đó, mọi quá trình xảy

ra trong ngọn lửa khi nguyên tử hóa mẫu đều phụ thuộc vào đặc tính của ngọn lửa [13] Nhiệt độ ngọn lửa chính là yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hóa mẫu phân tích

Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa: kỹ thuật này ra đời sau cùng với phép đo phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS), nhưng lại có độ nhạy rất cao đạt đến 0,1ppb và hiện nay đang được ứng dụng rất phổ biến Trong kỹ thuật này, người ta dùng một lò nung bằng graphit (cuvet graphit) hay thuyền lantan để nguyên tử hóa mẫu Kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu không ngọn lửa là quá trình nguyên tử hóa mẫu tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ nguồn năng lượng của dòng điện có cường độ dòng rất cao (từ 50 đến 600A) và thế thấp (dưới 24V) trong môi trường khí trơ Ar Quá trình nguyên tử hóa xảy ra theo các giai đoạn kế tiếp nhau: sấy khô, tro hóa luyện mẫu, nguyên tử hóa để đo phổ hấp thụ và cuối cùng là làm sạch cuvet Trong đó hai giai đoạn đầu là chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tử hóa đạt kết quả tốt Ở giai đoạn nguyên tử hóa mẫu, dưới tác dụng của nguồn năng lượng, cuvet chứa mẫu phân tích sẽ được nung đỏ ngay tức khắc, mẫu sẽ được hóa hơi và nguyên tử hóa để tạo ra các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi có khả năng hấp thụ bức xạ đơn sắc tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử Kỹ thuật này có độ nhạy cao, gấp hàng trăm đến hàng nghìn lần phép đo trong ngọn lửa mà lượng mẫu tiêu tốn ít (mỗi lần 20-50μl) Do đó, không cần nhiều mẫu phân tích việc chuẩn bị mẫu cũng dễ dàng, không tốn nhiều hóa chất cũng như các dung môi tinh khiết cao đắt tiền

Phần III: Hệ quang học và detector dùng để thu, phân ly toàn bộ phổ của mẫu và chọn vạch phổ hấp thụ cần đo hướng vào nhân quang điện để phát tín hiệu hấp thụ của vạch phổ

Phần IV: Hệ thống chỉ thị kết quả đó có nhiều cách khác nhau, từ đơn giản đến

phức tạp:

Các điện kế chỉ năng lượng hấp thụ của vạch phổ, các máy tự ghi lại cường độ vạch phổ dưới dạng các pic trên băng giấy

Trang bị AAS hiện đại đầy đủ gồm: hệ thống bơm mẫu tự động (Auto Sampler), máy tính và phần mềm chuyên dụng điều khiển mọi quá trình làm việc của phép đo và xử

lý, chỉ hiển thị kết quả đo ra màn hình

-Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử đã và đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học bởi nó có nhiều tính năng ưu việt

- Độ nhạy và độ chọn lọc cao

- Không cần làm giàu nguyên tố cần xác định

- Các thao tác thực hiện đơn giản, dễ làm, có thể xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong một mẫu Các kết quả phân tích ổn định, sai số nhỏ (sai số không quá 15% ở mức ppb)

2.3 Trang thiết bị, dụng cụ và hóa chất

- Các dung dịch nền: (NH4)H2PO4 pA 10%, Pd(NO3)2 pA 10%, Mg(NO3)2 pA 10%, Ni(NO3)2.

- Dung dịch chuẩn Cd, Pb loại 1000ppm, Merck

2.3.2.2 Dụng cụ

- Bình định mức 10, 25, 50, 100, 250, 1000 (ml)…

- Pipet 1, 2, 5, 10 (ml)…

2.4 Các cách tính toán và xử lý số liệu phân tích

- Giá trị trung bình

- Độ lệch chuẩn

- Sai số và độ dao động

- Độ lặp lại

- Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn xác định (LOQ)

- Phương trình hồi quy

- Hiệu suất thu hồi

- So sánh từng cặp dùng chuẩn 2-t

Chương 3: THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ 3.1 Khảo sát điều kiện đo phổ GF-AAS của Cd và Pb để xây dựng quy trình đo phổ 3.1.1 Khảo sát chọn vạch đo phổ

Mỗi nguyên tử của một nguyên tố hóa học chỉ có thể hấp thụ những bức xạ đặc trưng có bước sóng mà chính nó phát ra trong quá trình phát xạ Thực tế không phải mỗi loại nguyên tố có thể hấp thụ được tất cả các bức xạ mà nó phát ra, quá trình hấp thụ chỉ tốt, nhạy chủ yếu với các vạch đặc trưng Đối với một nguyên tố vạch phổ nào có khả

nguyên tố các vạch phổ khác nhau sẽ có độ nhạy khác nhau, đồng thời với mỗi vạch này

có thể có rất nhiều các nguyên tố khác trong mẫu có những vạch phổ gần với vạch phổ này, nó có thể chen lấn hay gây nhiễu tới vạch phổ của nguyên tố phân tích làm cho việc

đo cường độ vach phân tích là rất khó khăn và thiếu chính xác Vì mục đích xác định hàm lượng Cd, Pb trong thuốc đông y thường có nồng độ rất nhỏ (lượng vết) nên chúng tôi tiến hành khảo sát để tìm ra vạch phổ có độ nhạy cao

 Đối với Cd: Chỉ có một vạch phổ nhạy là vạch 228,8nm Vì vậy, chúng tôi chọn vạch

phổ 228,8nm để đo phổ hấp thụ của Cd Chúng tôi tiến hành khảo sát với dung dịch

Bảng 3.1 Khảo sát chọn vạch đo phổ của Cd

 Đối với Pb: Chỉ có một vạch phổ nhạy là vạch 217 nm Vì vậy, chúng tôi chọn vạch

phổ 217nm để đo phổ hấp thụ của Pb Khảo sát đối với dung dịch chuẩn Pb trong

Bảng 3.2 Khảo sát chọn vạch đo phổ của Pb

Qua kết quả khảo sát ta thấy tại vạch đo 217,0 nm độ hấp thụ của Pb lớn hơn và

sai số nhỏ hơn ở vạch đo 283,3 nm Do đó, chúng tôi chọn vạch đo của Pb là 217,0 nm

3.1.2 Khảo sát khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử

Theo nguyên tắc hoạt động của hệ thống đơn sắc trong máy phổ hấp thụ nguyên

tử, chùm tia phát xạ cộng hưởng của nguyên tố cần nghiên cứu được phát ra từ đèn catot