Bài báo này trình bày việc thẩm định quy trình phân tích 12 hợp chất PFCs thuộc nhóm axit peflocacboxylic và pefloankyl sunfonat trong các loại mẫu môi trường: nướ[r]
(1)87
Phân tích nhóm hợp chất peflo hóa loại mẫu mơi trường: nước, trầm tích, cá phương pháp sắc ký lỏng
khối phổ hai lần
Nguyễn Thúy Ngọc, Phan Đình Quang, Lê Hữu Tuyến, Trương Thị Kim, Phùng Thị Vĩ, Phạm Hùng Việt, Dương Hồng Anh*
Phịng thí nghiệm Trọng điểm Cơng nghệ Phân tích phục vụ kiểm định mơi trường an tồn thực phẩm, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam
Nhận ngày 06 tháng năm 2017
Chỉnh sửa ngày 15tháng năm 2017; Chấp nhận đăng ngày 20 tháng năm 2017
Tóm tắt: 12 hợp chất PFCs thuộc nhóm axit peflocacboxylic muối pefloankyl sunfonat (chứa
đến 12 nguyên tử C phân tử) mẫu mơi trường nước, trầm tích cá phân tích sắc ký lỏng ghép nối khối phổ lần (LC-MS/MS) kết hợp với xử lý mẫu kỹ thuật chiết pha rắn sử dụng cột trao đổi anion yếu (WAX) Kết thẩm định phương pháp cho thấy, mẫu nước mẫu cá, 12 PFCs phân tích cho hiệu suất thu hồi tốt từ 87 tới 112% (4-17% CV) 81-125% (3-12% CV), tương ứng Đối với mẫu trầm tích, qui trình phân tích đáng tin cậy cho 10 hợp chất PFCs với hiệu suất thu hồi khoảng 80-121% (3-16% CV) ngoại trừ PFUdA PFDoA Giới hạn định lượng 12 PFCs dao động từ 0,06 đến 0,6 ng/L cho mẫu nước từ 0,01 đến 0,06 ng/g cho mẫu trầm tích mẫu cá
Từ khóa: PFCs, LC-MS/MS, nước, trầm tích, cá
1 Giới thiệu
Các hợp chất peflo hóa (PFCs) chất hữu mà phân tử tất liên kết C-H thay liên kết C-F PFC có nguồn gốc từ cơng nghiệp thuộc nhóm chất hoạt động bề mặt dạng anion trung tính sử dụng rộng rãi ngành dệt may, xi mạ, khai thác mỏ, hóa dầu sử dụng làm lớp phủ, bọt chống cháy, chất lỏng thủy lực chất diệt côn trùng từ năm 1950 [1,4] Các PFC chia thành số nhóm như: _
Tác giả liên hệ ĐT.: 84-912380373 Email: hoanggianga0@gmail.com
https://doi.org/10.25073/2588-1140/vnunst.4656
axit peflocacboxylic (PFCAs), pefloankyl sunfonat (PFASs), peflosunfoamit (PFSAs) flotelome ancol (FTOHs) Trong hai chất đặc trưng PFOA (axit peflooctanoic) PFOS (muối peflooctansunfonat) thuộc nhóm chất PFCAs PFASs tìm thấy hầu hết mẫu môi trường
(2)năng mang thai [6] Các nghiên cứu khác phơi nhiễm PFOS PFOA trước sinh làm giảm tăng trưởng thai nhi giảm trọng lượng kích thước sinh [7,8] Đối với trẻ em bị phơi nhiễm PFCs quan sát biểu chứng rối loạn tăng động giảm ý [9] Xem xét có mặt môi trường diện rộng tiềm gây ảnh hưởng sức khỏe người, EPA ban hành khuyến cáo y tế ngắn hạn tạm thời cho PFOS (200 ng/L) PFOA (400 ng/L)
trong nước uống phát triển chuẩn tiếp xúc mãn tính người [10] Nhóm PFCs có đặc tính tương tự POPs nên hai số PFCs (muối
peflooctansunfonat (PFOS)
peflooctansunfonyl florua (PFOSF)) bổ sung vào Phụ lục B Công ước Stockholm năm 2009 Điều đặt nhu cầu quan trắc thường xuyên hợp chất PFCs - chất POPs môi trường, đặc biệt quốc gia tham gia Công ước Việt Nam
Muối peflooctansunfonat (PFOS) Axit peflooctanoic (PFOA)
Hình Cơng thức hóa học PFOS PFOA
Bài báo trình bày việc thẩm định quy trình phân tích 12 hợp chất PFCs thuộc nhóm axit peflocacboxylic pefloankyl sunfonat loại mẫu môi trường: nước, trầm tích, cá phương pháp sắc ký lỏng (LC) ghép nối với khối phổ hai lần (MS/MS) kết hợp với trình xử lý mẫu chiết siêu âm chiết pha rắn Quy trình phân tích mẫu áp dụng theo qui trình chuẩn quốc tế ISO 25101:2009 [2] hướng dẫn dự án hợp tác với Trường đại học liên hợp quốc (UNU Nhật Bản) phân tích hợp chất PFCs [3]
2 Thực nghiệm
2.1 Hóa chất
Hỗn hợp chất chuẩn chất nội chuẩn gốc
được sử dụng là: hỗn hợp PFAC-MXB 2ppm (Wellington Lab) gồm 13 hợp chất axit peflocacboxylic (từ C4-C14, C16 C18) hợp chất pefloankyl sunfonat (C4, C6, C8 C10) hỗn hợp MPFAC-MXA ppm
(Wellington Lab) gồm hợp chất 13C axit peflocaboxylic (C4, C6, C8, C9, C10, C11 C12) hợp chất 18O, 13C pefloankyl sunfonat (C6 C8) Cột chiết pha rắn loại trao đổi anion yếu WAX (225 mg) Oasis, Water, Mỹ Các hóa chất, dung mơi sử dụng loại tinh khiết phân tích
2.2 Quy trình xử lý mẫu
Qui trình xử lý mẫu nước: Trước chiết,
mẫu nước lọc qua màng lọc thủy tinh để loại cặn lơ lửng Phần metanol sau ngâm cặn lơ lửng gộp với phần mẫu lọc Mẫu sau thêm 50 µL dung dịch nội chuẩn (IS) nồng độ 100 ppb cho chảy qua cột WAX Sau kết thúc, cột làm khô chân không dùng mL hỗn hợp amoniac 0,1% metanol để rửa giải PFC Dịch rửa giải cô mL thiết bị thổi nitơ, lọc qua màng lọc nylon 0,2 µm x d.10 mm cho vào lọ bơm mẫu 1,5 mL
Qui trình xử lý mẫu trầm tích: Mẫu trầm
(3)ống nghiệm PP 50 mL, thêm 50 µL chất nội chuẩn nồng độ 100 ppb vào ống nghiệm 10 mL dung dịch 20% metanol nước Ống nghiệm chứa mẫu lắc máy Vortex phút đem chiết siêu âm 10 phút Mẫu ly tâm 5000 vòng/phút 10 phút Dịch chiết phía chuyển sang ống nghiệm PP mới, phần mẫu cho thêm 10 mL dung dịch 20% metanol nước lặp lại bước chiết Hút phần dịch chiết vào ống nghiệm 50 mL có chứa dịch chiết lần Định mức ống nghiệm chứa dịch chiết tới 25 mL dung dịch 20% MeOH nước Dịch chiết mẫu trầm tích cho qua cột WAX hoạt hóa Cột chiết sau rửa với mL metanol để loại bỏ chất bẩn PFCs rửa giải phân đoạn với mL 0,1% amoniac/metanol Mẫu mL khí N2 lọc qua màng lọc nylon 0,2 µm x d.10 mm cho vào lọ bơm mẫu 1,5 mL Đối với qui trình xử lý mẫu trầm tích, độ ẩm mẫu xác định để tính tốn hàm lượng PFCs khối lượng trầm tích khơ
Qui trình xử lý mẫu cá: Mẫu cá mang
phịng thí nghiệm rửa Phần thịt cá thái lát mỏng xay nhuyễn Cân g mẫu cá cho vào ống nghiệm PP 50 mL, thêm 50µL chất nội chuẩn nồng độ 100 ppb vào ống
nghiệm 10 mL dung dịch metanol Ống nghiệm chứa mẫu lắc máy Vortex phút đem chiết siêu âm 10 phút Mẫu ly tâm 5000 vịng/phút 10 phút Dịch chiết phía chuyển sang bình cầu 250 mL, phần mẫu cho thêm 10 mL dung dịch metanol lặp lại bước chiết Gộp phần dịch chiết lần cô cất chân không khoảng 1-2 mL Dịch cô hút sang ống nghiệm PP, tổng thể tích tráng bình cầu dịch chiết mL 20 mL nước thêm vào mL dịch chiết mẫu cá để tổng thể tích đạt 25 mL với 20% metanol nước Dịch chiết cho qua cột WAX tương tự với xử lý mẫu trầm tích phần
2.3 Điều kiện phân tích LC/MS-MS
Các hợp chất PFCs nghiên cứu phân tích thiết bị sắc ký lỏng ghép nối lần khối phổ LC-MS/MS 8040 Shimadzu Nhật Bản sử dụng cột tách: Poroshell 120, EC-C18 (2.1 mm I.D × 150 mm L, 2,7 μm) cột bảo vệ EC-C18, Agilent, Mỹ Chương trình dung mơi sử dụng với pha động A: mmol/L ammoni axetat/metanol (9:1/v:v) pha động B: metanol Các thông số MS/MS sử dụng cho phân tích PFCs trình bày bảng
Bảng Các thông số MS/MS cho phân tích PFCs
TT Tên chất Ký hiệu Ion mẹ (m/z)
Ion thứ cấp (m/z)
Thế Q1 (V)
Thế CE (V)
(4)7 Axit peflodecanoic PFDA 512,85 469,2/219,1 24/24 11/19 30/12 Axit pefloundecanoic PFUdA 562,8 518,95/269,1 40/40 12/17 34/26 Axit peflododecanoic PFDoA 612,8 568,95/318,75 22/22 12/20 38,29 10 Muối peflobutansunfonat L-PFBS 298,85 80,05/99,05 20/20 40/35 29/15 11 Muối peflohexansunfonat L-PFHxS 398,8 79,95/98,95 27/27 46/35 28/16 12 Muối peflooctansunfonat L-PFOS 498,85 80,15/99,05 24/24 50/43 28/15
3 Kết thảo luận
3.1 Đường chuẩn
12 hợp chất PFCs phân tích định lượng nghiên cứu bao gồm axit peflocacboxylic từ C4 đến C12 muối pefloankyl sunfonat C4, C6 C8 sử dụng chất
nội chuẩn trình bày bảng Đường chuẩn điểm lập khoảng nồng độ từ 0,5 ng/mL tới 20 ng/mL PFCs nồng độ IS ng/mL, hệ số tương quan (R2) đạt đường chuẩn lớn 0,99
Hình Sắc ký đồ dung dịch chuẩn chứa 12 hợp chất PFCs IS nồng độ ppb
3.2 Giới hạn phát định lượng
Giới hạn phát (LOD) giới hạn định lượng (LOQ) thiết bị 12 PFCs được xác định cách bơm lặp lại lần dung dịch chuẩn có nồng độ PFCs 0,5 ng/mL dựa giá trị độ lệch chuẩn (SD) lần bơm Giá trị LOD xác định lần SD giá trị LOQ 10 lần SD Giới hạn phát phương pháp (MDL) PFC tính sở giá trị LOD hệ số làm giàu trình xử lý loại mẫu Các giá trị MDL PFC thu khoảng 0,06 – 0,56 ng/L mẫu nước,
0,01 – 0,06 ng/g mẫu cá 0,01 – 0,06 ng/g mẫu trầm tích
3.3 Hiệu suất thu hồi, độ đúng, độ lặp phương pháp
(5)Bảng Giá trị giới hạn phát phương pháp phân tích PFCs mẫu nước, cá, trầm tích
TT Tên chất LOD (ng/mL) LOQ (ng/mL) MDL (ng/L) MDL (ng/g) MDL (ng/g)
TT Tên chất LOD (ng/mL) LOQ (ng/mL) MDL (ng/L) MDL (ng/g) MDL (ng/g) Mẫu
nước Mẫu cá Mẫu trầm tích Mẫu nước Mẫu cá Mẫu trầm tích 1, PFBA 0,05 0,17 0,34 0,03 0,03 7, PFDA 0,05 0,16 0,32 0,03 0,03 2, PFPeA 0,02 0,06 0,11 0,01 0,01 8, PFUdA 0,06 0,19 0,39 0,04 0,04 3, PFHxA 0,02 0,07 0,14 0,01 0,01 9, PFDoA 0,03 0,10 0,20 0,02 0,02 4, PFHpA 0,01 0,03 0,06 0,01 0,01 10, L-PFBS 0,08 0,26 0,52 0,05 0,05 5, PFOA 0,02 0,06 0,13 0,01 0,01 11, L-PFHxS 0,09 0,28 0,56 0,06 0,06 6, PFNA 0,03 0,11 0,22 0,02 0,02 12, L-PFOS 0,03 0,09 0,19 0,02 0,02 Khối lượng mẫu: 500 mL 5g 5g Khối lượng mẫu: 500 mL 5g 5g
Việc khảo sát hiệu suất thu hồi phân tích mẫu trầm tích thực mẫu trầm tích lấy hồ Yên Sở hồ Tây mẫu trầm tích thêm chuẩn PFCs 50µL nồng độ 100 ppb Các mẫu trầm tích mẫu thêm chuẩn xử lý phân tích theo quy trình mơ tả mục 2.2 Hiệu suất thu hồi chất phân tích mẫu trầm tích tính dựa kết phân tích mẫu thêm chuẩn, mẫu lượng thêm chuẩn Trong số PFC phân tích, ngoại trừ PFUdA
PFDoA, hiệu suất thu hồi trung bình PFCs trầm tích thu từ 80% đến 121% với phần trăm sai số CV (%) 3-16% Riêng PFUdA PFDoA không xác định hiệu suất thu hồi bị trình xử lý mẫu Đặc biệt, hai nội chuẩn tương ứng MPFUdA MPFDoA thu từ 10-20% lượng thêm vào làm việc định lượng hai chất PFUdA PFDoA không xác Do vậy, qui trình phân tích khơng định lượng hai chất
Bảng Hiệu suất thu hồi mẫu nước, mẫu trầm tích mẫu cá
STT Tên chất
Mẫu nước Mẫu trầm tích Mẫu cá Nồng độ thêm H% (n=4) CV (%) Nồng độ thêm H% (n=5) CV (%) Nồng độ thêm H% (n=4) CV (%)
1 PFBA 10 ng/L 87 11 ng/g 80 ng/g 88 PFPeA 10 ng/L 98 ng/g 105 ng/g 104 11 PFHxA 10 ng/L 106 ng/g 112 ng/g 117 PFHpA 10 ng/L 102 ng/g 121 ng/g 109 PFOA 10 ng/L 105 ng/g 115 ng/g 114 PFNA 10 ng/L 112 ng/g 120 14 ng/g 117 PFDA 10 ng/L 108 ng/g 119 ng/g 112 PFUdA 10 ng/L 109 12 ng/g - - ng/g 125 PFDoA 10 ng/L 107 11 ng/g - - ng/g 110 10 L-PFBS 10 ng/L 95 ng/g 86 14 ng/g 96 11 L-PFHxS 10 ng/L 99 ng/g 93 ng/g 101 12 12 L-PFOS 10 ng/L 87 17 ng/g 112 ng/g 81 12
(6)Hiệu suất thu hồi PFC mẫu cá xác định cách thêm chuẩn PFCs với nồng độ ng/g vào mẫu thịt cá ướt Bốn loại thịt cá bao gồm: cá chép, cá trê, cá trôi, cá mè sử dụng để thêm chuẩn Hiệu suất thu hồi 12 PFC mẫu cá thu từ 81% đến 125% với phần trăm sai số dao động từ 3-12%
4 Kết luận
Nghiên cứu thẩm định phương pháp phân tích 12 hợp chất PFC thuộc nhóm axit peflocacboxylic muối pefloankyl sunfonat loại mẫu nước, cá, trầm tích Trong quy trình xử lý mẫu, PFCs chiết, làm làm giàu từ mẫu nước phương pháp chiết pha rắn sử dụng cột trao đổi anion yếu (WAX), mẫu cá trầm tích PFCs chiết siêu âm với metanol, làm sạch, làm giàu cột WAX Sau xử lý mẫu, PFC định lượng LC-MS/MS Các giá trị đánh giá phương pháp hiệu suất thu hồi, độ lặp lại mẫu thực, giới hạn phát cho thấy phương pháp đủ khả để sử dụng cho việc phân tích mẫu mơi trường thực tế Phương pháp đánh giá qua đợt kiểm tra liên phịng thí nghiệm quốc tế lần thứ (IL2016-POPs) UNEP tổ chức cho kết đáng tin cậy phép phân tích PFCs với số z-score nằm khoảng ±
Lời cảm ơn
Nghiên cứu thực khuôn khổ dự án “Quan trắc quản lý hợp chất POPs
Châu Á” điều phối trường Đại học
Liên hiệp Quốc UNU tài trợ phần kinh phí từ tập đồn Shimadzu, Nhật Bản,
Tài liệu tham khảo
[1] Phùng Thị Vĩ, Lê Hữu Tuyến, Nguyễn Thúy Ngọc, Phan Đình Quang, Phạm Thị Chung,
Nguyễn Thị Thu Hương, Dương Hồng Anh, Phạm Hùng Việt, Khảo sát sơ hàm lượng hợp chất peflo hóa (PFCs) nước mặt số làng nghề dệt nhuộm phía Bắc Việt Nam, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ 31(4), (2015) 90-97
[2] Water quality - Determination of perfluorooctanesulfonate (PFOS) and perfluorooctanoate (PFOA) - method for unfiltered sample using solid phase extraction and liquid chromatography/mass spectrometry, International standard – ISO-25101, (2009) [3] UNU Training workshop: Analysis of PFCs in
water, sediment and fish by LC/MS/MS method, in the frame of project “Monitoring and Management of POPs in Asia”, (2013) and (2016)
[4] Kristen J.Hansen, Lisa A Clemen, Mark E Ellefson and Harold O Johnson, Compound-Specific, Quantitative characterization of Organic Fluorochemicals in Biological matrices, Environ Sci Technol 35 (2001) 766-770[5]
[5] Joensen, U N., Bossi, R., Leffers, H., Jensen, A A., Skakkebaek, N E., Jorgensen, N, Do perfluoroalkyl compounds impair human semen quality?”, Environ Health Perspect 117(6), (2009) 923–927
[6] Fei, C et al , Maternal levels of perfluorinated chemicals and subfecundity, Human Reproduction Update 24, (2009)1200-1205
[7] Apelberg, B J., Witter, F R., Herbstman, J B., Calafat, A M., Halden, R U., Needham, L L., Goldman, L R, Cord serum concentrations of perfluorooctane sulfonate (PFOS) and perfluorooctanoate (PFOA) in relation to weight and size at birth, Environ Health Perspect 115(11), (2007) 1670–1676
[8] Washino N et al., Correlations between prenatal exposure to perfluorinated chemicals and reduced fetal growth”, Environmental Health Perspective 117, (2009) 660-667
[9] Hoffman K et al., Exposure to polyfluoroalkyl chemicals and attention deficit hyperactivity disorder in U.S Children aged 12-15 years, Environmental Health Perspective 118(12), (2010)1762-1767
(7)Analytical Method Applied for Perfluororinated Chemicals in Water, Sediment and Fish by Liquid Chromatography
with Tandem Mass Spectrometry
Nguyen Thuy Ngoc, Phan Dinh Quang, Lê Huu Tuyen, Truong Thi Kim, Phung Thi Vi, Pham Hung Viet, Duong Hong Anh
VNU Key Laboratory of Analytical Technology for Environmental Quality and Food Safety Control, VNU University of Science, 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội
Abstract: 12 perfluororinated chemicals including perflourocarboxylic acids and perfluoroankyl sulfonates (containing C4 to C12) in environmental media such as water, sediment, and fish were deternined by liquid chromatography with tandem mass spectrometric detector (LC-MS/MS) using weak anion exchange cartridge (WAX) in solid phase extraction for sample preparation The result of method validation showed that the recoveries of 12 PFCs for water and fish samples were in a range from 87 to 112% ( 4-17% CV) and a range from 81 to 125% (3-12% CV), respectively The method was a reliable analysis for 10 PFCs compounds of sediment sample which recieved the recoveries in a range from 80 to 121% (3-16% CV), except PFUdA and PFDoA The detection limits of 12 PFCs were from 0.06 to 0.6 ng/L for water and from 0.01 to 0.06 ng/g for sediment and fish samples