Xác định hàm lượng các dạng hợp chất của asen trong mẫu thực phẩm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - TRẦN QUANG THÀNH XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG CÁC DẠNG HỢP CHẤT CỦA ASEN TRONG MẪU THỰC PHẨM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC Hà Nội - Năm 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - TRẦN QUANG THÀNH XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG CÁC DẠNG HỢP CHẤT CỦA ASEN TRONG MẪU THỰC PHẨM Chun ngành: Hóa Phân tích Mã số: 8440112.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS Chu Đình Bính PGS.TS Tạ Thị Thảo Hà Nội - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận văn cơng trình nghiên cứu hướng dẫn TS Chu Đình Bính PGS TS Tạ Thị Thảo Các số liệu, kết luận văn hoàn toàn trung thực, chưa cơng bố tạp chí đến thời điểm ngồi cơng trình tác giả Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2018 Tác giả Trần Quang Thành Xác nhận Xác nhận giáo viên hƣớng dẫn Chủ tịch HĐ chấm luận văn HD1: TS.Chu Đình Bính HD2: PGS.TS Tạ Thị Thảo LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu tài trợ Quỹ Phát triển Khoa học Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số: 104.04-2017.19 Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin trân trọng cảm ơn TS Chu Đình Bính PGS, TS Tạ Thị Thảo giao đề tài tận tình hướng dẫn em trình thực luận văn “Xác định hàm lƣợng dạng hợp chất asen mẫu thực phẩm” Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ths-nghiên cứu sinh Nguyễn Mạnh Hà thầy, cô mơn Hóa Phân tích - Khoa Hóa Học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội giúp đỡ đóng góp nhiều ý kiến quý báu để em hoàn thiện luận văn Em xin cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, Phòng Sau đại học, Phòng, Ban chức tạo điều kiện tốt để em học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp quan tâm giúp đỡ động viên chia sẻ nhiều khó khăn với tơi suốt thời gian nghiên cứu hoàn thành luận văn Xin dành tặng luận văn cho gia đình tơi, bố mẹ kính u, vợ hai tơi! Hà Nội, ngày 25 tháng 12 năm 2018 Tác giả Trần Quang Thành MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chƣơng - TỔNG QUAN 1.1 Khái quát nguyên tố As 1.1.1 Các dạng tồn Asen tự nhiên 1.1.2 Sự phân bố asen môi trường 1.1.3 Sự phân bố As đối tượng thực phẩm 1.1.4 Độc tính chế gây độc asen 12 1.2 Các phương pháp phân tích tổng hàm lượng asen 15 1.2.1 Phương pháp phân tích phổ hấp thụ phân tử UV/VIS 15 1.2.2 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS 16 1.2.3 Phương pháp điện hóa 17 1.2.4 Phương pháp khối phổ nguyên tử nguồn ion hóa cảm ứng cao tần plasma (ICP-MS) 17 1.2.5 Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử nguồn cảm ứng cao tần plasma (ICP-AES) 19 1.3 Các phương pháp phân tích dạng asen 19 1.3.1 Phương pháp sắc kí lỏng hiệu cao ghép nối hệ hydrua quang phổ huỳnh quang nguyên tử (HPLC-UV-HG-AFS) 20 1.3.2 Phương pháp sắc kí lỏng hiệu cao ghép nối với hệ quang phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kĩ thuật hydrua hóa (HPLC-HG-AAS) 21 1.3.3 Phương pháp điện di mao quản CE-UV 22 1.3.4 Phương pháp sắc kí lỏng hiệu cao ghép nối với cảm ứng cao tần quang phổ phát xạ nguyên tử (HPLC – ICP – AES) 23 1.3.5 Phương pháp kết hợp HPLC-ICP-MS 24 Chƣơng - THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 29 2.1.1 Hóa chất 29 2.1.2 Chuẩn bị hóa chất dung dịch chuẩn: 29 2.1.3 Dụng cụ, thiết bị 31 2.2 Phương pháp lấy mẫu, bảo quản, xử lý mẫu thực phẩm 35 2.2.1 Các loại mẫu đo 35 2.2.2 Lấy mẫu 35 2.2.3 Tiền xử lý mẫu 36 2.3 Phương pháp nghiên cứu 37 2.3.1 Điều kiện tối ưu thông số thiết bị đo tổng dạng As 37 2.3.2 Nghiên cứu bơm mẫu sau cột (hệ ghép nối HPLC-ICP-MS) khắc phục ảnh hưởng cacbon 37 2.3.4 Nghiên cứu phương pháp chiết mẫu siêu âm trích ly 41 2.3.5 Phương pháp xử lý số liệu 42 2.4 Quy trình phân tích xác định tổng dạng As 42 2.4.1.Phân tích tổng As 42 2.4.2 Quy trình phân tích dạng As 43 2.4.3 Sơ đồ phân tích tổng dạng As 44 3.1 Phân tích tổng hàm lượng As mẫu thực phẩm phương pháp ICP-MS45 3.1.1 Khoảng tuyến tính 45 3.1.2 Đánh giá độ phương pháp 46 3.1.3 Độ chụm phương pháp 47 3.1.4 Kết phân tích tổng hàm lượng As số mẫu thực phẩm 48 3.2.1 Khảo sát lựa chọn pha động 49 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng pH 50 3.2.3 Ảnh hưởng nồng độ EDTA, MEOH 51 3.2.4 Ảnh hưởng cabon pha động tới cường độ As 52 3.2.5 Khảo sát lựa chọn chế độ đo đẳng dòng gradient pha động 54 3.2.6 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ dòng pha động 56 3.2.7 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng ion Clo 57 3.3 Nghiên cứu tối ưu hóa q trình chiết mẫu 58 3.3.1 Khảo sát sơ ảnh hưởng đơn biến yếu tố .58 3.3.2 Tối ưu trình chiết tổng hàm lượng As quy hoạch hóa thực nghiệm 59 3.4 Đánh giá phương pháp phân tích dạng As 65 3.4.1 Khoảng tuyến tính đại lượng đặc trưng phương pháp phân tích 65 3.4.2 Độ lặp lại 69 3.4.3 Độ lặp lại phương pháp 73 3.5 Phân tích hợp chất asen mẫu thực phẩm 77 Chƣơng - KẾT LUẬN 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 PHỤ LỤC 95 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Một số dạng As tồn tự nhiên .7 Bảng 1.2 Giới hạn ô nhiễm As tổng thực phẩm theo QCVN 8-2:2011/BYT 11 Bảng 1.3 Các loại cột sắc ký cho hệ HPLC-ICP-MS pha động tương ứng 27 Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật điều kiện vận hành thiết bị (ICP-MS 7700x (Mỹ)) 37 Bảng 2.2:Tối ưu hóa điều kiện đo phân tích dạng As HPLC-ICP-MS 38 + Bảng 3.1 Cường độ tín hiệu As phụ thuộc vào nồng độ As ICP-MS 45 Bảng 3.2 Đánh giá quy trình phân tích mẫu chuẩn CRM 47 Bảng 3.3 Đánh giá độ chụm phương pháp thông qua mẫu cá biển 47 Bảng 3.4 Kết phân tích tổng hàm lượng As số đối tượng thực phẩm phương pháp ICP-MS 48 Bảng 3.5: Hàm lượng hợp chất As mẫu cá sử dụng hệ dung môi metanol-nước 59 Bảng 3.6 Khảo sát mức biến thiên yếu tố 60 Bảng 3.7 Bảng thực nghiệm nghiên cứu điều kiện chiết mẫu cá theo phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm 61 Bảng 3.8 Các biến độc lập có nghĩa 62 Bảng 3.9 Anova thể giá trị tin cậy 63 Bảng 3.10 Diện tích pic dạng As 66 Bảng 3.11 Tỷ số diện tích dạng As so với nội chuẩn 66 Bảng 3.12 So sánh phương trình hồi quy với hệ số tương quan 67 Bảng 3.13 Các đại lượng đăc trưng phép phân tích dạng As phương pháp HPLC-ICP-MS 68 Bảng 3.14 Độ lặp lại tín hiệu phân tích có khơng sử dụng nội chuẩn .70 Bảng 3.15 Đánh giá độ chụm phương pháp thơng qua phân tích dạng As mẫu rong biển tươi 74 Bảng 3.16 Nồng độ hợp chất asen mẫu thực (mg/kg) .78 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cây lúa hấp thụ As từ đất tích lũy hạt gạo Bảng 1.2 Giới hạn ô nhiễm As tổng thực phẩm theo QCVN 8-2:2011/BYT 11 Hình 1.2 Quá trình nhiễm độc Asen can thiệp vào tổng hợp ATP 14 Hình 1.3 Sự chuyển hóa Asen q trình trao đổi chất [46] 15 Hình 1.4 Nguồn ion hóa ICP cho thấy biến đổi mẫu [23] 18 Hình 1.5 Hệ ghép nối HPLC-UV-HG-AFS [ 24] 20 Hình 1.6 Sơ đồ ghép nối hệ HPLC – HG – AAS [13] 21 Hình 1.7 Cấu tạo hệ điện di mao quản [52] 22 Hình 1.8 Sơ đồ ghép nối HPLC–HG- ICP–AES [17] 24 Hình 1.9 Sơ đồ thiết bị ghép nối HPLC-ICPMS [77] 25 Hình 1.10 Hệ thống ICP-MS 26 Hình 2.1 Hệ ICP-MS 7700X Trung tâm Phân tích Thí nghiệm Xạ Hiếm 31 Hình 2.2 Sơ đồ ghép nối HPLC-ICP-MS 32 Hình 2.3.Hệ ghép nối HPLC-ICP-MS dùng cho phân tích dạng As 32 Hình 2.4 Thiết bị phân hủy mẫu 33 Hình 2.5 Thiết bị chiết mẫu sử dụng sóng siêu âm 34 Hình 2.6 Sơ đồ khối hệ HPLC-ICP-MS với bơm mẫu sau cột 40 Hình 2.7 Thiết bị phát sóng siêu âm dạng 41 Hình 2.8 Quy trình phân tích tổng dạng As mẫu thực phẩm: 44 Hình 3.1 Đường chuẩn xác định hàm lượng As tổng số ICP-MS 46 Hình 3.2 Sắc đồ dạng As nồng độ 100 ng/ml 49 Hình 3.3 Sắc ký đồ tách dạng As nồng độ 100 ng/ml 49 Hình 3.4 Sắc đồ dạng As nồng độ 50ppb,(pha động đệm (NH4)2CO3 50mM; 2% MeOH; vòng lặp mẫu 100µl; tốc độ dịng 1,2 ml/phút) 50 Hình 3.5 Sắc đồ dạng As nồng độ 50ppb( pha động hỗn hợp đệm (NH4)2CO3 10, 50mM (EDTA 0,01%); pH 9; vịng lặp mẫu 100µl; tốc độ dòng 1,2ml/phút) 51 Hình 3.6 Sắc đồ đường sử dụng phương pháp đẳng dòng Gradient(pha động đệm (NH4)2CO3; pH=9; 2% MeOH; vòng lặp mẫu 100µl; tốc độ dịng 1,2ml/phút) 52 Hình 3.7 Sắc đồ50ppb AsV bơm lặp phút /lần phương pháp đẳng dòng Gradient(pha động đệm (NH4)2CO3 50mM; pH=9; 2% MeOH; vòng lặp mẫu 100µl; tốc độ dịng 1,2ml/phút) 52 Hình 3.8 Sắc đồ đường nền, không gradient 53 Hình 3.9 Sắc đồ 50ppb As(V) pha động H2O, không gradient bơm lặp phút/lần 53 Hình 3.10 Sắc đồ dạng As nồng độ 50ppb sử dụng phương pháp đẳng dòng pha động đệm (NH4)2CO3 50mM;EDTA 0,01%, pH=9; 2% MeOH; vịng lặp mẫu 100µl; tốc độ dịng 1,2ml/phút 55 Hình 3.11 Sắc đồ dạng As nồng độ 50ppb sử dụng phương pháp gradient pha động hỗn hợp đệm (NH4)2CO3, (EDTA 0,01%); pH=9; 2% MeOH; vòng lặp mẫu 100µl; tốc độ dịng 1,2 ml/phút 55 Hình 3.12 Sắc đồ dạng As nồng độ 50ppb 56 -1 Hình 3.13 Sắc đồ 100 µg mL clorua cột trao đổi anion mạnh Hamilton PRP X100 57 Hình 3.14 Sắc đồ dạng As nồng độ 50ppb pha động hỗn hợp đệm (NH4)2CO3 10mM, 50mM (EDTA); pH=9; 2% MeOH; vòng lặp mẫu 100µl; tốc độ dịng 1,2 ml/phút 58 Hình 3.15 Các biến ảnh hưởng 63 Hình 3.16 Ảnh hưởng yếu tố đến hàm lượng 64 Hình 3.17 Mặt đáp tối ưu thực nghiệm yếu tố đầu vào tới hàm lượng 65 Hình 3.18 Sắc đồ thời gian lưu năm dạng As nồng độ 100ppb, pha động hỗn hợp đệm (NH4)2CO3 10, 50mM (EDTA 0,01%); pH 9; 2% MeOH; vịng lặp mẫu 100µl; tốc độ dòng 1,2ml/phút 69 Hinh 3.19 Sắc đồ phân tích năm lần bơm mẫu lặp lại nồng độ 50ppb có sử dụng van bơm mẫu sau cột để bơm nội chuẩn As (v) 50ppb vào hệ thống .72 Hình 3.20 Sắc đồ đo lặp lần mẫu rong tươi 75 Hình 3.21 Sắc đồ mẫu DORM-4 76 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 ... tích dạng tồn asen số mẫu thực phẩm như: cá, tôm, trai, rong biển, gạo với đề tài: ? ?Xác định hàm lƣợng dạng hợp chất asen mẫu thực phẩm? ?? Mục tiêu luận văn Xây dựng quy trình phân tích dạng asen. .. ô nhiễm As tổng thực phẩm theo QCVN 8-2:2011/BYT TT Tên thực phẩm Các sản phẩm sữa dạng bột Các sản phẩm sữa dạng lỏng Các sản phẩm phomat Các sản phẩm chất béo từ sữa Các sản phẩm sữa lên men... hợp chất asen tự nhiên Những yếu tố có ý nghĩa làm tăng hay giảm độc hại hợp chất asen môi trường sống [8] As tự hợp chất độc Trong hợp chất hợp chất As(III) độc Tổ chức Y tế giới (WHO) xếp asen