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)

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 Hà Nội - 2011 1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Chƣơng 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 phƣơng pháp xác định Cd, Pb 18 1.3.1. Phƣơng pháp phân tích hóa học ………………………………… 18 1.3.1.1. Phƣơng pháp phân tích khối lƣợng …………………………… 18 1.3.1.2. Phƣơng pháp phân tích thể tích …………………………………… 18 1.3.2. Phƣơng pháp phân tích công cụ ……………………………………… 20 1.3.2.1. Phƣơng pháp điện hóa ……………………………………………….20 1.3.2.1.1. Phƣơng pháp cực phổ ……………………………………………20 1.3.2.1.2. Phƣơng pháp Von-ampe hòa tan ……………………………… 21 1.3.2.2. Phƣơng pháp quang phổ …………………………………………….22 1.3.2.2.1. Phƣơng pháp trắc quang ……………………………………… 22 2 1.3.2.2.2. Phƣơng phổ phổ phát xạ nguyên tử (AES) …………………….24 1.3.2.2.3. Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)……………………25 1.3.2.2.4. Phƣơng pháp khối phổ plasma cao tần cảm ứng ICP-MS …….27 1.4. Phƣơng pháp xử lý mẫu phân tích xác định Cd và Pb 28 1.4.1. Phƣơng pháp xử lý ƣớt (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. Phƣơng pháp xử lý khô …………………………………………………30 Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 2.1. Đối tƣợng và mục tiêu nghiên cứu 31 2.1.1. Đối tƣợng và mục tiêu ………………………………………………… 31 2.1.2. Phƣơng pháp ứng dụng để nghiên cứu …………………………………32 2.1.3. Các nội dung nghiên cứu ……………………………………………… 33 2.2. Giới thiệu về phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử 33 2.2.1. Nguyên tắc của phƣơng 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 Chƣơng 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 3.1.1. Khảo sát chọn vạch đo phổ …………………………………………… 38 3 3.1.2. Khảo sát khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử …………………… 39 3.1.3. Khảo sát cƣờng 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 hƣởng của axit ………………………………………………………46 3.3.2. Khảo sát ảnh hƣởng 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 đƣờng chuẩn, giới hạn phát hiện, giới hạn định lƣợng…… 55 3.4.3.1. Xác định đƣờng chuẩn của Cd………………………………… … 55 3.4.3.2. Xác định đƣờng 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 lƣợng (LOQ) …………………………………… 61 3.4.5. Tính nồng độ chất phân tích dựa trên đƣờng 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 phƣơng pháp đƣờng chuẩn và đánh giá hiệu suất thu hồi …68 3.6.1.1. Xác định Cd, Pb bằng phương pháp đường chuẩn……………… 68 4 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 phƣơng 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 5 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. Đƣờng cong nhiệt độ tro hóa đối với Cd 44 Hình 3.2. Đƣờng cong nhiệt độ tro hóa đối với Pb 44 Hình 3.3. Đƣờng cong nhiệt độ nguyên tử hóa đối với Cd 46 Hình 3.4. Đƣờng cong nhiệt độ nguyên tử hóa đối với Pb 46 Hình 3.5. Ảnh hƣởng chất cải biến đến phép đo phổ 49 Hình 3.6. Ảnh hƣởng 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. Đƣờng chuẩn của Cd 56 Hình 3.10. Đƣờng 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 hƣơng 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 hƣơng 86 Hình 3.22. Đồ thị thêm chuẩn xác định Pb trong mẫu Sa sàng 87 6 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 cƣờng độ dòng đèn đến kết quả đo phổ đối với Cd 41 Bảng 3.6. Ảnh hƣởng cƣờng 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 hƣởng của các axit đối với Cd 47 Bảng 3.12. Ảnh hƣởng của các axit đối với Pb 47 Bảng 3.13. Ảnh hƣởng của một số chất cải biến đến đo phổ đối với Cd 48 Bảng 3.14. Ảnh hƣởng của một số chất cải biến đến đo phổ đối với Pb 50 Bảng 3.15. Tổng kết các điều kiện đƣợc 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 đƣờng chuẩn của Cd 56 Bảng 3.19. Kết quả khảo sát xác định đƣờng 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 lƣợng thêm chuẩn của Cd 73 Bảng 3.30. Hiệu suất thu hồi lƣợng thêm chuẩn của Pb 74 Bảng 3.31. Kết quả xác định Cd bằng phƣơng pháp thêm chuẩn của mẫu thăng ma 77 7 Bảng 3.32. Kết quả xác định Pb bằng phƣơng pháp thêm chuẩn của mẫu thăng ma 83 8 MỞ ĐẦU Ngày nay, người ta đã khẳng định được rằng nhiều nguyên tố kim loại có vai trò cực kỳ quan trọng đối với cơ thể sống và con người.Tuy nhiên nếu hàm lượng lớn chúng sẽ gây độc hại cho cơ thể. Sự thiếu hụt hay mất cân bằng của nhiều kim loại vi lượng trong các bộ phận của cơ thể như gan, tóc, máu, huyết thanh, là những nguyên nhân hay dấu hiệu của bệnh tật, ốm đau hay suy dinh dưỡng và có thể gây tử vong. Thậm chí, đối với một số kim loại người ta mới chỉ biết đến tác động độc hại của chúng đến cơ thể. Kim loại nặng có thể xâm nhập vào cơ thể con người chủ yếu thông qua đường tiêu hóa và hô hấp. Tuy nhiên, cùng với mức độ phát triển của công nghiệp và sự đô thị hoá, hiện nay môi trường sống của chúng ta bị ô nhiễm trầm trọng. Các nguồn thải kim loại nặng từ các khu công nghiệp vào không khí, vào nước, vào đất, vào thực phẩm rồi xâm nhập vào cơ thể con người qua đường ăn uống, hít thở dẫn đến sự nhiễm độc. Do đó việc nghiên cứu và phân tích các kim loại nặng trong môi trường sống, trong dược phẩm và tác động của chúng tới cơ thể con người nhằm đề ra các biện pháp tối ưu bảo vệ và chăm sóc sức khoẻ cộng đồng là một việc vô cùng cần thiết. Nhu cầu về dược phẩm sạch, đảm bảo sức khỏe đã trở thành nhu cầu thiết yếu, cấp bách và được toàn xã hội quan tâm. Thuốc đông y có thể nhiễm một số kim loại nặng từ đất, nước và không khí. Vì vậy, trong giai đoạn phát triển mới của ngành Dược liệu trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng, chúng ta không chỉ quan tâm nghiên cứu các chất có hoạt tính sinh học sử dụng làm thuốc mà cần phải quan tâm nghiên cứu và kiểm tra khống chế các chất có hại, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ người sử dụng. 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 phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF- AAS)” 9 Chƣơng 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. Nhiệt độ trung bình hàng năm từ 15-35 0 C, lượng mưa lớn (trung bình 1200 – 2800mm), 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 [...]... khí để nguyên tử hóa mẫu Do đó, mọi quá trình x y 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 y u tố quyết định hiệu suất nguyên tử hóa mẫu phân tích Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa: kỹ thuật n y ra đời sau cùng với phép đo phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS), nhưng lại có độ nh y rất cao đạt đến 0,1ppb và hiện nay đang... cơ 1.3 Các phƣơng 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 đ y là một số phương pháp xác định Cadmi và chì 1.3.1 Phƣơng pháp phân tích hóa... ra một loại phổ của nguyên tử Phổ n y 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 nh y cỡ 0,1 ppm) và phép đo phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS có độ nh y 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... 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 n y được phát triển rất nhanh và hiện nay đang được ứng dụng rất phổ biến vì kỹ thuật n y có độ nh y rất... ion kim loại độc trong nước, lương thực, thực phẩm Tuy nhiên, 24 phương pháp n y 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 n y để xác định các kim loại (Sn, Zn, Cd…) tạp chất trong mẫu kẽm tinh luyện [5] 1.3.2.2.3 Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)... 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 n y cho phản ứng với tất cả kim loại nặng nên không đặc hiệu đối với một nguyên tố kim loại Độ nh y của phương pháp ở mức ppm Phương pháp n y không thích hợp khi cho áp dụng cho các chế phẩm thuốc thảo dược do chúng thường... 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. .. tử hóa mẫu phân tích Vì thế mọi quá trình x y ra trong khi nguyên tử hóa mẫu phụ thuộc vào các đặc trưng và tính chất của ngọn lửa đèn khí, nhưng chủ y u là nhiệt độ của ngọn lửa Đó là y u tố quyết định hiệu suất nguyên tử hóa mẫu phân tích, và mọi y u 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. .. các chế phẩm đông dược bằng AAS [13] Do đó trong luận văn n y chúng tôi chọn phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS) ể 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 pháp tro hóa khô hoặc tro hóa ướt Ở đ y chúng tôi chọn phương pháp vô cơ hóa ướt để 32 tiến hành xử lý mẫu Đối với phương pháp vô cơ hóa... 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 n y là: + Hầu như không bị mất các chất phân tích, nhất là trong lò . 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 đ y là một số phương pháp xác định. HỌC TỰ NHIÊN Mai Diệu Th y 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. phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF- AAS)” 9 Chƣơng 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