Phân tích hàm lượng tổng số của đồng, chì, cadmi và kẽm trong cây cỏ mần trầu bằng phương pháp ICP-MS

Cây cỏ mần trầu được sử dụng phổ biến như là một loại thảo dược để chữa bệnh. Việc xác định hàm lượng của một số nguyên tố kim loại như Cu, Pb, Cd và Zn có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá mức độ an toàn của các kim loại nặng trong cây cỏ mần trầu khi được sử dụng làm thảo dược.

ISSN: 1859-2171 e-ISSN: 2615-9562 TNU Journal of Science and Technology 208(15): 131 - 136 PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG TỔNG SỐ CỦA ĐỒNG, CHÌ, CADMI VÀ KẼM TRONG CÂY CỎ MẦN TRẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ICP-MS Vương Trường Xuân Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Cây cỏ mần trầu sử dụng phổ biến loại thảo dược để chữa bệnh Việc xác định hàm lượng số nguyên tố kim loại Cu, Pb, Cd Zn có ý nghĩa quan trọng việc đánh giá mức độ an toàn kim loại nặng cỏ mần trầu sử dụng làm thảo dược Hàm lượng nguyên tố Cu, Pb, Cd Zn 15 mẫu cỏ mần trầu lấy từ vùng khác phân tích phương pháp ICP-MS Kết phân tích theo phương pháp thêm chuẩn cho thấy hiệu suất thu hồi Cu, Pb, Cd Zn xác định phương pháp ICP-MS nằm khoảng 81,00% đến 105,00% Kết nghiên cứu thu hàm lượng Zn, Cu, Pb Cd mẫu cỏ mần trầu sấy khô là: 41,80-392 mg/Kg; 3,00-10,8 mg/Kg; 0.09-1.00 mg/Kg 0,01- 0,15 mg/Kg Hàm lượng nguyên tố Cu, Pb, Cd Zn mẫu cỏ mần trầu thu thập địa điểm nghiên cứu hầu hết đạt tiêu chuẩn an toàn hàm lượng cho phép nguyên tố theo tiêu chuẩn WHO Từ khóa: mần trầu, phương pháp ICP-MS, hàm lượng chì, hàm lượng cadimi, hàm lượng đồng, hàm lượng kẽm Ngày nhận bài: 09/10/2019; Ngày hoàn thiện: 07/11/2019; Ngày đăng: 20/11/2019 ANALYZING THE TOTAL CONTENT OF ZINC, COPPER, LEAD AND CADMIUM IN ELEUSINE INDICA L PLANT USING ICP-MS METHOD Vuong Truong Xuan University of Sciences - TNU ABSTRACT Eleusine indica L has been commonly used as an herb plant to treat illness Determining the content of some metallic elements such as Cu, Pb, Cd and Zn is important in assessing the safety level of heavy metals in Eleusine indica L when used as a herb The concentrations of Cu, Pb, Cd and Zn in 15 samples of Eleusine indica L from different regions were analyzed by using ICP-MS method The results of the standard addition analysis showed that the recovery efficiency of Cu, Pb, Cd and Zn determined by IPC-MS method ranged from 81.00% to 105.00% The research results obtained the contents of Zn, Cu, Pb and Cd in the samples of dried Eleusine indica L plant were in the range of 41,80-392 mg/Kg, 3,00-10,8 mg/Kg, 0,09-1,00 mg/Kg and 0,01 – 0,15 mg/Kg, respectively The concentrations of Cu, Pb, Cd and Zn in 15 samples of Eleusine indica L collected at the study site mostly meet the safety standards of those elements according to WHO standards Keywords: Eleusine indica L, ICP-MS method, lead content, cadmium content, zinc content, copper content Received: 09/10/2019; Revised: 07/11/2019; Published: 20/11/2019 Email: xuanvt@tnus.edu.vn http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn 131 Vương Trường Xuân Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN Giới thiệu Các loại thảo dược sử dụng phổ biến Việt Nam giới Cùng với gia tăng cơng nghiệp hóa nhiễm mơi trường, thảo dược có nguy ô nhiễm cao kim loại nặng Do việc theo dõi, kiểm tra đánh giá hàm lượng kim loại nặng thảo dược để sử dụng cho người cần thiết việc sử dụng thảo dược làm thuốc nước ta Phương pháp quang phổ nguồn plasma cảm ứng cao tần kết nối khối phổ (ICP-MS) phương pháp đại, có độ tin cậy cao, dùng phổ biến để xác định đồng thời hàm lượng vết kim loại nặng thảo dược [1]–[4] Cây cỏ mần trầu có tên Latinh Eleusine indica L sử dụng phổ biến loại thuốc nam Việt Nam Loại cỏ thường đun sắc lấy nước uống để chữa bệnh Cỏ mần trầu vị thuốc mát, có tác dụng mồ hôi, chữa sốt rát, làm mát gan Nhờ vậy, chúng dùng để trị mụn nhọt, rôm sảy, nhiệt mùa hè, mồ làm da, trị trứng cá, sốt cao, co giật… Vì để giải nhiệt, chữa mê, nấu cỏ mần trầu tươi khô, kết hợp với nhân trần làm nước uống kết hợp với rễ cỏ tranh [5] Tuy nhiên, hàm lượng kim loại nặng cỏ mần trầu lớn dẫn đến nguy cao tích lũy kim loại nặng thể người Hiện Việt Nam chưa có cơng trình nghiên cứu phân tích đánh giá hàm lượng kim loại nặng cỏ mần trầu Bài báo trình bày kết phân tích hàm lượng tổng số kim loại Cu, Pb, Cd Zn cỏ mần trầu phương pháp ICP – MS nhằm đánh giá mức độ an toàn kim loại nặng loại thảo dược Phương pháp nghiên cứu 2.1.Thiết bị Thiết bị phá mẫu dùng lò vi sóng Mars Phân tích hàm lượng tổng số đồng chì, cadmi kẽm máy ICP-MS Agilent 7900 trung tâm nghiên cứu chuyển giao 132 208(15): 131 - 136 công nghệ, viện Hàn lâm khoa học công nghệ Việt Nam 2.2 Hóa chất Các dung dịch chuẩn đồng, chì, cadmi kẽm pha từ dung dịch chuẩn có nồng độ 1000mg/L hãng Mecrk sản xuất Dung dịch HNO3, H2O2 (Merck) Các dung dịch hóa chất pha chế nước cất lần 2.3 Mẫu phân tích Mẫu cỏ mần trầu lấy ngẫu nhiên 15 điểm khác vùng phía Bắc để có đa dạng điều kiện tự nhiên Sau đưa phòng thí nghiệm, mẫu rửa sấy khô tủ sấy sau bảo quản túi nilon kín Thơng tin địa điểm mẫu phân tích thể bảng 2.4 Phương pháp xử lý mẫu phân tích mẫu Xử lý mẫu phân tích phương pháp vơ hóa ướt với hỗn hợp axit HNO3, H2O2 theo quy trình chuẩn tiêu chuẩn AOAC 2015.01 EPA 200.8 Lấy lượng mẫu mần trầu khô nghiền nhỏ Cân 0,5g mẫu Thêm 5,0 mL HNO3 đặc 1,0 mL dung dịch H2O2 đặc, chuyển vào ống Teflon lò vi sóng Mars Đóng lại theo quy định nhà sản xuất Đặt chế độ lò vi sóng theo bảng Mẫu sau xử lý lò vi sóng để nguội phân tích thiết bị ICP-MS Các thơng số phân tích máy đo ICP-MS Agilent 7900 thể bảng 2.5 Đánh giá quy trình phân tích Các mẫu thêm chuẩn đồng, chì, cadmi kẽm thêm vào dung dịch cỏ mần trầu để đánh giá hiệu suất thu hồi ngun tố quy trình phân tích Kết % thu hồi trung bình nằm khoảng 81,00% đến 105,00%, tức nằm khoảng cho phép phương pháp phân tích 80%-120 % Các đường chuẩn xác định đồng, chì, cadmi kẽm tuyến tính có hệ số R2 > 0.995 Các thơng số để đánh giá quy trình phân tích bao gồm giá trị giới hạn phát (LOD) giới hạn định lượng (LOQ), khoảng tuyến tính độ thu hồi trung bình nguyên tố đồng, chì, cadmi kẽm thể bảng http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn Vương Trường Xn Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN 208(15): 131 - 136 Bảng Địa điểm lấy kí hiệu mẫu cỏ mần trầu STT Kí hiệu mẫu MT1 MT2 MT3 MT4 MT5 MT6 MT7 MT8 MT9 10 MT10 11 MT11 12 MT12 13 MT13 14 MT14 15 MT15 STT Tọa độ Địa điểm lấy mẫu 21°09'29.9"N Thôn Giang Liễu, xã Phương Liễu, huyện Quế Võ, tỉnh Bắc 106°07'49.1"E Ninh 21°11'58.6"N Khu công nghiệp Quế Võ 2, Bắc Ninh (gần Công ty TNHH 105°59'03.8"E Samsung SDI Việt Nam) 21°02'52.3"N Xã Thanh Khương, huyện Thuận Thành, Bắc Ninh 106°03'30.1"E 21°02'14.5"N Khu công nghiệp Khai Sơn, Bắc Ninh (phía sau Cơng ty 106°03'30.5"E TNHH SMART VINA) 21°03'34.5"N Khu công nghiệp Thuận Thành II Việt Nam (trước cửa công 106°06'19.2"E ty TNHH công nghiệp kim loại The Great Star) 21°03'49.7"N Thị trấn Hồ, huyện Thuận Thành, Bắc Ninh (gần Bảo hiểm 106°05'12.5"E xã hội huyện Thuận Thành) 20°49'22.4"N Trường THPT An Lão Hải Phòng 106°33'32.7"E 20°50'24.0"N Mương An Kim Hải - Hải Phòng 106°44'19.0"E 20°48'45.7"N Khu xử lý rác thải rắn Tràng Cát- Hải Phòng 106°45'09.5"E 21°37'43.10"N Khu dân sinh Thị trấn Sông Cầu - Đồng Hỷ - Thái Nguyên 105°53'58.18"E 21°35'47.60"N Khu dân sinh Tổ 23, phường Hoàng Văn Thụ, thành phố Thái 105°49'45.51"E Ngun 20°51'39.3"N Xưởng đóng tàu X70 - Hải Phòng 106°43'02.2"E 21°41'18.58"N Cầu Bắc Bén gần chợ Tràng Xá - Võ Nhai - Thái Nguyên 106° 4'51.75"E 20°51'23.1"N Mương Cầu Tre - Hải Phòng 106°42'25.7"E 21°26'50.67"N Khu dân sinh xã Tân Đức - Phú Bình - Thái Nguyên 106° 2'4.66"E Bảng Các thơng số lò vi sóng phá mẫu Mars Các giai đoạn phá mẫu lò vi sóng Mars Cơng suất (~ 1200 W) Nâng nhiệt độ 10 phút Thời gian giữ nhiệt 10 phút Nhiệt độ 170 °C Làm mát 20 phút Bảng Các thông số vận hành máy ICP-MS Agilent 7900 Các điều kiện vận hành đặc trưng máy ICP-MS Agilent 7900 Công suất cao tần, w ~1600 Độ sâu lấy mẫu, mm ~10 Khí mang, L/min ~0,7 Khí phụ trợ, L/min ~0,3 Đầu phun sương nhu động (thủy tinh đồng tâm) MicroMist Nhiệt độ khoang phun, °C Tốc độ dòng khí heli, mL/min ~4,3 Tốc độ dòng khí hydro, mL/min ~4,2 Tốc độ bơm nhu động, r/s 0,1 (0,5 mL/min) http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn 133 Vương Trường Xuân Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN Kết quả thảo luận 3.1 Các thơng số đánh giá quy trình phân tích Các thơng số bảng cho thấy khoảng tuyến tính xác định đồng, chì, cadmi kẽm rộng tới 100 ppb Độ thu hồi trung bình phương pháp thêm chuẩn nằm khoảng từ 81% đến 105% Các giá trị nằm phạm vi độ thu hồi cho phép từ 80-120% 3.2 Hàm lượng kim loại mẫu phân tích Hàm lượng kim loại đồng, chì, cadmi kẽm 15 mẫu cỏ mần trầu biểu diễn bảng Bảng cho thấy 15 mẫu cỏ mần trầu có hàm lượng kẽm từ 3,450 ± 0,063 mg/Kg đến 25,730 ± 0,923 mg/Kg Trong hàm lượng kẽm cao mẫu MT12 thấp mẫu MT08 Hàm lượng đồng 15 mẫu phân tích có từ 3,450 ± 0,078 mg/Kg đến 12,300 ± 0,973 mg/Kg Trong hàm lượng đồng cao mẫu MT14 thấp mẫu MT9 Hàm lượng chì 15 mẫu phân tích có hàm lượng từ 0,440 ± 0,041 mg/Kg đến 1,430 ± 0,074 mg/Kg Hàm lượng chì cao mẫu MT9 thấp mẫu MT6 Trong 15 mẫu phân tích có hàm lượng cadmi từ 0,016 ± 0,006 mg/Kg đến 0,078 ± 0,006 mg/Kg Hàm lượng cadmi cao mẫu MT15 thấp mẫu MT4 MT5 Sự khác hàm lượng kim loại đồng, chì, cadmi kẽm mẫu phân tích giải thích mẫu lấy địa điểm khác nhau, điều kiện tự nhiên khác nhau, chất 208(15): 131 - 136 lượng đất khác Riêng mẫu M9, M12 M14 có hàm lượng kim loại cao so với mẫu phân tích khác Điều giải thích mẫu lấy gần khu vực có khả bị nhiễm kim loại nặng người môi trường khu xử lý rác thải rắn (MT9), xưởng đóng tàu (MT12) mương nước (MT14) Bảng cho thấy hàm lượng kim loại 15 mẫu phân tích theo thứ tự Zn> Cu> Pb> Cd Kết phù hợp với kết phân tích hàm lượng kim loại thảo dược tác giả giới Nhóm tác giả K Agyarko, E Darteh B Berlinger phân tích hàm lượng kim loại nặng cỏ mần trầu trồng loại đất khác cho kết hàm lượng Zn> Cu> Pb> Cd [6] Tác giả Z Sun cộng phân tích kim loại Zn, Pb, Cd cỏ mần trầu cho thứ tự hàm lượng Zn> Pb> Cd [7] Cũng theo nghiên cứu tác giả K Agyarko, E Darteh B Berlinger hàm lượng Zn, Cu, Pb Cd cỏ mần trầu dao động khoảng Zn: 41,80-392 mg/Kg, Cu: 3,00-10,8 mg/Kg, Pb: 0,09-1,00 mg/Kg Cd: 0,01- 0,15 mg/Kg Như vậy, hàm lượng Zn Cu 15 mẫu mần trầu thấp so với kết nghiên cứu tác giả K Agyarko cộng sự, hàm lượng Pb lại cao hàm lượng cadmi nằm khoảng giá trị so với kết nghiên cứu Sự khác hàm lượng khác địa điểm lấy mẫu, thời gian lấy mẫu, môi trường đất trồng Bảng Bảng thông số độ thu hồi trung bình, giới hạn phát (LOD), giới hạn định lượng (LOQ), độ lệch chuẩn tương đối (RSD) khoảng tuyến tính xác định Cu, Pb, Cd Zn phương pháp ICP_MS STT Nguyên tố Cu Pb Cd Zn LOD (ppb) 0,024 0,026 0,044 0,036 LOQ (ppb) 0,081 0,088 0,147 0,121 RSD (%) 2,47 5,59 12,58 8,46 Độ thu hồi (%) 105,00 93,00 87,00 81,00 Khoảng tuyến tính (ppb) b- 100 b- 100 b- 100 b- 100 b: mẫu trắng 134 http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn Vương Trường Xn Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN 208(15): 131 - 136 Bảng Hàm lượng kim loại Cu, Pb, Cd Zn cỏ mần trầu (SD: độ lệch chuẩn) STT Mẫu Cu ± SD 10 11 12 13 14 15 MT1 MT2 MT3 MT4 MT5 MT6 MT7 MT8 MT9 MT10 MT11 MT12 MT13 MT14 MT15 6,260 ± 0,660 5,040 ± 0,427 7,910 ± 0,302 7,130 ± 0,259 6,090 ± 0,061 8,230 ± 0,215 3,870 ± 0,091 3,450 ± 0,078 1,300 ± 0,973 5,930 ± 0,430 6,960 ± 0,125 7,230 ± 0,431 6,189 ± 0,069 9,230 ± 0,094 8,130 ± 0,105 Pb ± SD Cd ± SD (mg/Kg) 1,390 ± 0,068 0,032 ± 0,012 0,670 ± 0,052 0,035 ± 0,009 0,720 ± 0,045 0,062 ± 0,010 1,120 ± 0,125 0,024 ± 0,008 0,550 ± 0,230 0,024 ± 0,002 0,440 ± 0,041 0,016 ± 0,006 1,170 ± 0,049 0,057 ± 0,008 1,050 ± 0,093 0,040 ± 0,005 1,430 ± 0,074 0,053 ± 0,004 0,520 ± 0,053 0,030 ± 0,005 0,690 ± 0,049 0,036 ± 0,007 1,210 ± 0,154 0,042 ± 0,001 0,550 ± 0,052 0,041 ± 0,002 0,465 ± 0,038 0,036 ± 0,004 0,471 ± 0,021 0,078 ± 0,006 Zn ± SD 23,240 ± 1,116 5,040 ± 0,067 7,910 ± 0.043 7,130 ± 0,320 6,090 ± 0,301 8,230 ± 0,401 3,870 ± 0,059 3,450 ± 0,063 21,300 ± 0,953 5,930 ± 0,019 6,960 ± 0,548 25,730 ± 0,923 16,740 ± 0,568 21,320 ± 0,923 16,650 ± 0,178 Hình Hàm lượng cadmi, kẽm, đồng chì cỏ mần trầu tiêu chuẩn giới hạn 3.3 Đánh giá nguy ô nhiễm Để đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại đồng, chì, cadmi kẽm mẫu cỏ mần trầu, so sánh với tiêu chuẩn cho phép hàm lượng kim loại thuốc Tiêu chuẩn giới hạn http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn cho phép Cu, Pb, Cd Zn thảo dược nước trình bày bảng Hàm lượng kim loại đồng, chì, cadmi kẽm mẫu cỏ mần trầu so sánh với tiêu chuẩn giới hạn cho phép nước thể Hình 135 Vương Trường Xn Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN Theo hình 1, thấy hàm lượng kim loại đồng mẫu phân tích thấp so với giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn Trung Quốc 20 mg/Kg Tương tự, hàm lượng chì 15 mẫu phân tích nhỏ so với tiêu chuẩn cho phép thảo dược tổ chức y tế giới WHO (10 mg/Kg) tiêu chuẩn Trung Quốc (5 mg/Kg) Bảng Tiêu chuẩn giới hạn cho phép Cu, Pb, Cd Zn thảo dược nước [8] [9] STT Tiêu chuẩn Canada Trung quốc FAO/WHO Singapore Cu 20 150 Pb Cd mg/Kg 10 0,3 10 0,3 20 - Zn 50 - Đối với cadmi, hàm lượng cadmi 15 mẫu phân tích thấp tiêu chuẩn cho phép WHO 0,3 mg/Kg Đối với kẽm, hàm lượng kẽm 15 mẫu phân tích thấp tiêu chuẩn cho phép WHO 50 mg/Kg Như vậy, với bốn kim loại đồng, chì, cadmi kẽm, hàm lượng kim loại 15 mẫu cỏ mần trầu thấp giới hạn cho phép WHO nước Như vậy, nói hàm lượng kim loại mẫu phân tích an tồn theo tiêu chuẩn WHO Kết luận ICP-MS phương pháp xác định nguyên tố vi lượng thực vật cho phép nhanh chóng phân tích đồng thời nhiều kim loại với độ xác độ tin cậy cao Kết thu cho thấy nồng độ kim loại Cu, Pb, Cd Zn 15 mẫu phân tích khác nhau, nằm khoảng Zn: 41,80-392 mg/Kg, Cu: 3,00-10,8 mg/Kg, Pb: 0,09-1,00 mg/Kg Cd: 0,01- 0,15 mg/Kg Sự khác giải thích điều kiện mơi trường nơng học, vị trí địa lý thành phần đất ảnh hưởng đến hàm lượng kim loại Từ kết nghiên cứu cho thấy hàm 136 208(15): 131 - 136 lượng kim loại Cu, Pb, Cd Zn nhỏ giới hạn cho phép WHO tiêu chuẩn nước Tuy nhiên cần phải theo dõi, kiểm tra nồng độ kim loại độc hại thảo dược trước sử dụng, đặc biệt chúng sử dụng thuốc uống chữa bệnh Lời cám ơn Cám ơn đề tài mã số ĐH2017- TN06-02 hỗ trợ kinh phí thực nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A Filipiak-Szok, M Kurzawa, and E Szlyk, “Determination of toxic metals by ICP-MS in Asiatic and European medicinal plants and dietary supplements,” J Trace Elem Med Biol., vol 30, pp 54–58, 2015 [2] E W I Hajar, A Z Bin Sulaiman, and A M M Sakinah, “Assessment of Heavy Metals Tolerance in Leaves, Stems and Flowers of Stevia Rebaudiana Plant,” Procedia Environ Sci., vol 20, pp 386–393, 2014 [3] M Shen, L Chen, W L Han, and A Ma, “Methods for the determination of heavy metals in indocalamus leaves after different preservation treatment using inductively-coupled plasma mass spectrometry,” Microchem J., vol 139, pp 295– 300, 2018 [4] N Zhang et al., “Simultaneous determination of arsenic, cadmium and lead in plant foods by ICP-MS combined with automated focused infrared ashing and cold trap,” Food Chem., vol 264, pp 462–470, 2018 [5] T L Do, Nhung Cay Thuoc Va Vi Thuoc Viet Nam Nhà xuất Y học, Hà Nội, 2004 [6] K Agyarko, E Darteh, and B Berlinger, “Metal levels in some refuse dump soils and plants in Ghana,” Plant, Soil Environ., vol 56, no 5, pp 244–251, 2010 [7] Z Sun, J Chen, X Wang, and C Lv, “Heavy metal accumulation in native plants at a metallurgy waste site in rural areas of Northern China,” Ecol Eng., vol 86, pp 60–68, 2016 [8] WHO, “WHO Guidelines for assessing quality of herbal medicines with reference to contaminants and residues,” 2007 [9] L M de Oliveira et al., “Metal concentrations in traditional and herbal teas and their potential risks to human health,” Sci Total Environ., vol 633, pp 649–657, Aug 2018 http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn ... phép từ 80-120% 3.2 Hàm lượng kim loại mẫu phân tích Hàm lượng kim loại đồng, chì, cadmi kẽm 15 mẫu cỏ mần trầu biểu diễn bảng Bảng cho thấy 15 mẫu cỏ mần trầu có hàm lượng kẽm từ 3,450 ± 0,063... cơng trình nghiên cứu phân tích đánh giá hàm lượng kim loại nặng cỏ mần trầu Bài báo trình bày kết phân tích hàm lượng tổng số kim loại Cu, Pb, Cd Zn cỏ mần trầu phương pháp ICP – MS nhằm đánh... nguội phân tích thiết bị ICP-MS Các thơng số phân tích máy đo ICP-MS Agilent 7900 thể bảng 2.5 Đánh giá quy trình phân tích Các mẫu thêm chuẩn đồng, chì, cadmi kẽm thêm vào dung dịch cỏ mần trầu