Nghiên cứu chế tạo màng hấp phụ phục vụ đánh giá phơi nhiễm hơi nicotin bằng phương pháp lấy mẫu thụ động

Trong nghiên cứu này đánh giá lựa chọn loại màng lọc làm vật liệu mang và tối ưu hoá nồng độ hoá chất tẩm NaHSO4 để đạt hiệu suất thu hồi mẫu Nicotine theo yêu cầu phân tích lượng vết bằng phương pháp lấy mẫu thụ động. Đã chế tạo được hai loại màng hấp phụ trên cơ sở màng lọc Quartz và màng lọc sợi thủy tinh loại A (GF/A).

Kết nghiên cứu KHCN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG HẤP PHỤ PHỤC VỤ ĐÁNH GIÁ PHƠI NHIỄM HƠI NICOTIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU THỤ ĐỘNG Trần Phương Thảo, Thái Hà Vinh, Nguyễn Phương Hiên Viện Khoa học An tồn Vệ sinh lao động Tóm tắt: Thuốc sản phẩm tiêu dùng hợp pháp gây tử vong cho nửa số người sử dụng hàng trăm nghìn người khơng hút thuốc khác Theo số liệu Tổ chức Y tế giới (WHO) cuối tháng 5/2017, năm giới có khoảng triệu người tử vong bệnh liên quan đến hút thuốc 600.000 người chết phơi nhiễm với khói thuốc thụ động Nicotine thành phần thuốc nguyên nhân gây nghiện cho người hút thuốc [1] Trong nghiên cứu đánh giá lựa chọn loại màng lọc làm vật liệu mang tối ưu hoá nồng độ hoá chất tẩm NaHSO4 để đạt hiệu suất thu hồi mẫu Nicotine theo yêu cầu phân tích lượng vết phương pháp lấy mẫu thụ động Đã chế tạo hai loại màng hấp phụ sở màng lọc Quartz màng lọc sợi thuỷ tinh loại A (GF/A) Kết thí nghiệm cho thấy màng lọc Quartz có hiệu suất thu hồi cao màng lọc GF/A thí nghiệm, nhiên khác biệt không rõ ràng Màng lọc GF/A có khả lưu giữ mẫu lâu hơn, hệ số thu hồi sau 14 ngày thí nghiệm với nồng độ tẩm NaHSO4 4% đạt 90% T I MỞ ĐẦU heo báo cáo năm 2010 Tổng hội Y khoa Hoa Kỳ, khói thuốc chứa 7.000 hóa chất, có 69 chất gây ung thư Một số chất độc hại điển hình khói thuốc gồm: Nicotine, Tar, CO, benzene, nitrosamines, ammonia, formaldehyde Nicotine thành phần có thuốc tác nhân gây nghiện cho người hút thuốc Nicotine tìm thấy có liên quan tác động đến bệnh phận: Ung thư đường ruột-dạ dày, bệnh ung thư tuyến tụy, bệnh ung thư vú, ảnh hưởng hệ thống tim mạch, hệ thống hô hấp, hệ tiêu hóa, hệ thống miễn dịch, hệ thống thị giác, hệ thống thận, hệ thống sinh sảngiống đực, chu kỳ kinh huyệt, tế bào trứng, phụ nữ mang thai [2],[3] Chính vậy, việc xác định nồng độ nicotine khơng khí khu vực làm việc giải pháp dự phịng có sở khoa học để ngăn ngừa ảnh hưởng tới sức khỏe người lao động [4],[5] Trên giới, phương pháp phân tích đánh giá nicotine khơng khí bao gồm phương pháp lấy mẫu chủ động cách sử dụng bơm hút thu mẫu có tốc độ hút biết trước, hút lượng khơng khí định qua ống hấp phụ chứa vật liệu hấp phụ (XAD-2, XAD-4, Tenax than hoạt tính) phương pháp thụ động cách treo đầu lấy mẫu chứa vật liệu hấp phụ khơng khí để vật liệu hấp thu mẫu cách tự nhiên [6] Các mẫu phân tích thiết bị sắc ký GC- Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2020 109 Kết nghiên cứu KHCN NPD, thiết bị sắc ký GC-MS HPLC [7], [8], [9], [10] Bài báo tập trung nghiên cứu vật liệu mang tỉ lệ chất hấp phụ nhằm nâng cao hiệu suất độ tin cậy cho phương pháp lấy mẫu nicotin thụ động II PHƯƠNG PHÁP 2.1 Xác định nicotin thiết bị GC/NPD Nguyên lý phương pháp: Hơi nicotine hấp thu cách thụ động lên vật liệu hấp phụ, sau Nicotine lớp hấp phụ chiết tách chuyển thành dạng dung dịch định tính, định lượng thiết bị sắc ký khí ghép nối detector NPD Detector nitơ-phốt (NPD) chọn lọc cho hợp chất hữu có chứa nitơ phốt NPD đáp ứng phân tích hydrocarbon bình thường, khoảng 100.000 lần so với hợp chất chứa nitơ phốt [11] Do tính chọn lọc độ nhạy nó, NPD thường sử dụng để phát hợp chất vi lượng có chứa N, P khác Mẫu nicotine màng chuyển sang dạng nicotin tự thêm dung dịch NaOH vào mẫu lắc Dùng n-Heptane chiết lỏng lỏng để tách pha nicotine từ dung dịch NaOH vào nHeptane Định lượng Nicotin mẫu từ đường chuẩn sử dụng phương pháp nội chuẩn với Quinoline Sử dụng thiết bị GC/NPD Shimadzu 2010 Plus với cột tách GC HP-FFAP 25m, 0,32mm, 0,5µm; nhiệt độ cổng bơm mẫu: 230oC; Nhiệt độ lò cột 120oC; nhiệt độ NPD: 220oC; tốc độ dịng khí mang: 3,6mL/phút; thể tích bơm mẫu: 1,0µL 2.2 Thí nghiệm lựa chọn màng tẩm Tiến hành khảo sát hai loại vật liệu mang màng lọc làm sợi thủy tinh loại A (GF/A) mua thương mại hãng Whatman (GF/A, 25mm, Cat No.1820-025) màng Quazt 25 mm hãng SKC (225-1824, 25mm, 1,2µm) Trước tẩm chất hấp phụ NaHSO4, màng lọc chiết Soxhlet methanol vịng 24h Màng lọc để khơ bình hút ẩm có chứa silica gel Sau tiến hành tẩm NaHSO4 ba nồng độ khác 110 1%, 4% 10% cho loại màng, thí nghiệm lặp lại mẫu nồng độ Ký hiệu thí nghiệm sau: - GA1: Màng lọc GF/A tẩm NaHSO4 1% - GA4: Màng lọc GF-A tẩm NaHSO4 4% - GA10: Màng lọc GF-A tẩm NaHSO4 10% - Q1: Màng lọc Quart tẩm NaHSO4 1% - Q4: Màng lọc Quart tẩm NaHSO4 4% - Q10: Màng lọc Quart tẩm NaHSO4 10% Tiến hành thêm chuẩn nicotine nồng độ 5µg/mL thực q trình phân tích thời điểm khác nhau: Ngày (sau thêm chuẩn nicotine lên màng), sau thời gian ngày, ngày 14 ngày Ở nồng độ cho loại màng chuẩn bị đủ loạt 20 mẫu cho bốn khoảng thời gian khảo sát Tổng số mẫu thí nghiệm 120 mẫu Điều kiện bảo quản sau: màng đặt túi nilon kín khí, tránh ánh sáng mặt trời, điều kiện bảo quản mẫu nhiệt độ phòng Tất loại màng sau tẩm chất hấp phụ để khô bảo quản chai kín, tối màu 2.3 Đánh giá hình ảnh vật liệu hấp phụ màng tẩm Tiến hành tẩm NaHSO4 lên màng lọc khoảng nồng độ khác 1%, 4%, 10% Chụp hình ảnh lớp vật liệu hấp phụ lên màng kính hiển vi điện tử quét (SEM - Scanning Electron Microscope) để xác định mật độ khả phân bố chất hấp phụ màng Đánh giá hiệu hấp thu mẫu qua hiệu suất thu hồi tiến hành phân tích đánh giá độ thu hồi qua loạt mẫu thêm chuẩn nicotine III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khoảng tuyến tính Từ dung dịch chuẩn nicotine chất nội chuẩn quinoline pha thành dãy dung dịch chuẩn nicotine có nồng độ từ 0,5-20µg/mL với nồng độ chất nội chuẩn quinoline 5µg/mL Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2020 Kết nghiên cứu KHCN Y = aX + b A rea Ratio 10 a = 0.487357 b = -0.0273863 R^2 = 0.9998790 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 Conc Ratio Hình Đường chuẩn tuyến tính nicotin với nội chuẩn Quinolin Hệ số tương quan R2= 0,9998 thỏa mãn điều kiện 0,995≤ R2 ≤1 độ chệch điểm chuẩn khoảng ±10% [12], đạt yêu cầu kỹ thuật cho phân tích lượng vết nicotine khơng khí 3.2 Hiệu suất thu hồi mẫu Kết thí nghiệm loạt mẫu đánh giá hiệu suất thu hồi hai loại màng nghiên cứu cho thấy tất mẫu cho hiệu suất thu hồi 90%, dải nồng độ NaHSO4 4% cho hiệu suất thu hồi trung bình cao 94,9% màng GF/A 96,6% màng Quartz Ở nồng độ tẩm NaHSO4 10% hai loại màng lọc cho hiệu suất thu hồi trung bình 98 96,6 97 96 % 95 94 93 94,9 93,7 93,2 92 92,9 91,3 91 90 89 88 GA1 GA4 GA10 Q1 Q4 Q10 Hình Hiệu suất thu hồi trung bình hai loại màng GF/A Quartz thấp Hiệu suất thu hồi trung bình nồng độ tẩm lại 93,2% 93,7% màng lọc GF/A màng lọc Quartz 3.3 Khảo sát thời gian lưu mẫu Sử dụng hiệu suất thu hồi qua khoảng thời gian lưu mẫu khác để đánh giá khả lưu giữ mẫu Nhìn chung, sau thời gian lưu mẫu 14 ngày hai loại màng lọc hiệu suất thu hồi lại đạt 85% Ở ba khoảng nồng độ tẩm NaHSO4 khảo sát, hiệu suất thu hồi màng Quartz cao màng GF/A nhiên khơng có khác biệt đáng kể Hiệu suất thu hồi giảm dần kể từ ngày đến sau ngày thứ 14 hai loại màng lọc nghiên cứu Kết hệ số góc đường xu hướng 4%, 1%, 10% chất tẩm màng Quartz có giá trị nghịch lớn màng GF/A -0,9003; -0,8241; -0,781 -0,5547; 0,6094; -0,7134 cho thấy xu hướng mẫu sau 14 ngày thí nghiệm màng Quartz lớn màng GF/A (Hình 3) Đối với màng Quartz diễn biến giảm hiệu suất thu hồi từ ngày đến sau ngày thứ 14 khoảng nồng độ NaHSO4 1%; 4%; 10% 10,9%; 11,5%; 12,5% Đối với màng GF/A diễn biến giảm hiệu suất thu hồi từ ngày đến sau ngày thứ 14 ba khoảng nồng độ NaHSO4 1%; 4%; 10% 7,6%; 7,7%; 9,3% Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2020 111 Kết nghiên cứu KHCN % 102 100 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80 103 101 99 97 % 95 93 91 89 87 85 K t qu kh n ng l u m u c a màng Quartz 100,2 99,6 97,9 92,2 N gày u tiên 91,2 Sau ngày Q1 88,7 Sau ngày Q4 % Sau 14 ngày Q10 Xu h ng gi m hi u su t thu h i c a màng Quartz Q1 Linear (Q1) y = -0,8241x + 98,825 R² = 0,76438 Q4 Linear (Q4) Hình K 10 11 12 13 96 93,9 94,2 N gày u tiên Sau ngày GA1 Sau ngày GA4 14 Q10 Linear (Q10) Sau có kết đánh giá độ thu hồi loại màng lọc Để đánh giá mặt hình ảnh trực quan lớp chất hấp phụ NaHSO4 tẩm lên màng GF/A nồng độ, tiến hành chụp phóng đại hình ảnh màng lọc trước tẩm sau tẩm kính hiển vi điện tử quét Từ ảnh chụp SEM nhận thấy với nồng độ tẩm NaHSO4 4% cho bề mặt chất hấp phụ phân tán không dày đặc bề mặt màng lọc, hạt NaHSO4 bám thành chùm nhỏ bề mặt sợi thuỷ tinh (Hình 4c) tạo diện tích bề mặt hấp phụ lớn Điều 15 86,6 Sau 14 ngày GA10 y = -0,5547x + 98,342 R² = 0,96553 94 92 90 88 86 84 90,8 88,7 % 96 3.4 Kết đánh giá hình ảnh bề mặt chất tẩm NaHSO4 112 98,5 95,8 Xu h ng gi m hi u su t thu h i c a màng GF/A 100 98 y = -0,9003x + 102,23 R² = 0,92996 y = -0,781x + 97,806 R² = 0,71177 100 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80 K t qu kh n ng l u m u c a màng GF/A y = -0,7134x + 95,709 R² = 0,89992 GA1 Linear (GA1) y = -0,6094x + 96,984 R² = 0,93956 GA4 Linear (GA4) àng 10 11 12 13 14 15 GA10 Linear (GA10) chứng minh qua kết hiệu suất thu hồi trung bình nồng độ lớn Đối với nồng độ NaHSO4 1% cho thấy bề mặt sợi thuỷ tinh có mật độ hạt NaHSO4 thưa thớt (Hình 4b) điều chứng minh thực nghiệm hiệu suất thu hồi trung bình nồng độ 4% Đối với nồng độ NaHSO4 10% qua hình ảnh chụp kích thước 10um 500nm (Hình 4d) cho thấy NaHSO4 bám thành mảng lớn bề mặt màng GF/A đồng thời phủ kín thành mảng bề mặt sợi khơng phải dạng hạt nên diện tích bề mặt bị giảm nhiều so với nồng độ 1% 4%, điều minh chứng qua hình hiệu suất thu hồi trung bình nồng độ NaHSO410% thấp Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2020 Kết nghiên cứu KHCN a Màng l b Màng l NaHSO41% c Màng l NaHSO44% d Màng l NaHSO410% Hình Ảnh chụp SEM vật liệu GF-A chưa tẩm tẩm NaHSO4 nồng độ khác Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2020 113 Kết nghiên cứu KHCN IV KẾT LUẬN Qua kết nghiên cứu cho thấy hiệu suất thu hồi hai loại màng lọc thí nghiệm khơng có khác biệt đáng kể, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cho quan trắc hàm lượng vết nicotin khơng khí Tuy nhiên, kết thí nghiệm mẫu sau 14 ngày thí nghiệm màng Quartz lớn màng GF/A Ngoài giá thành màng Quartz lớn màng GF/A nhiều Chính chúng tơi lựa chọn màng lọc GF/A cho thí nghiệm thiết kế chế tạo cơng cụ lấy mẫu nicotin thụ động TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] US Department of Health and Human Services, Mental Health, Available from: h t t p : / / w w w s a m h s a g o v / d a ta / k / MHUS2010/MHUS-2010.pdf [Last accessed on 2014 Sep] [2] Aseem Mishra, Pankaj Chaturvedi, Sourav Datta, Snita Sinukumar, Poonam Joshi, Apurva Garg (2015), “Harmful effect of nicotine”, India J Med Paediatr Oncol, 36 (1), 24-31 [3] IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, (2004), “Tobacco smoke and involuntary smoking, IARC Monogr Eval Carcinog Risks Hum”; 83:1-1438 [4] Đặng Ngọc Trúc, Phạm Đắc Thủy, Phạm Minh Khôi (1997), “Hướng dẫn giám định 21 bệnh nghề nghiệp bả hiểm”, Viện giám định y khoa, Bộ Y Tế, tr.128-134,320-326 [5] LêTrung (1987), “Nhiễm độc Nicotin nghề nghiệp, Bệnh nghề nghiệp”, tập I, Nhà xuất Y học, tr.241-250 [6] Khanh Huynh C1, Moix JB, Dubuis A, (2008), “Development and application of the passive smoking monitor MoNIC, Rev Med Suisse, 4(144):430-3” [7] Nicotine: “method NIOSH 2544 Manual of analytical method (NMAM): fourth edition”, 1994 [8] Nicotine: “method NIOSH 2551 Manual of analytical method (NMAM): fourth edition”, 1998 [9] ASTM D5075-01:2001: “Standard test method for nicotine and 3-ethenylpyridine in indoor air” [10] ISO 18145:2003: “Environmental tobacco smoke-Determinaiton of vapour phase nicotine and 3-ethenylpyridine in air- Gas chroatographic method” [11] Nguyễn Văn Ri, (2014), “Các phương pháp tách, Giáo trình giảng dạy dành cho sinh viên chun ngành Hóa Phân tích”, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội [12] AOAC International (2016), appendix F: “Guidelines for standard method performance requirements” Ảnh minh họa Nguồn: Internet 114 Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2020 ... lấy mẫu nicotin thụ động II PHƯƠNG PHÁP 2.1 Xác định nicotin thiết bị GC/NPD Nguyên lý phương pháp: Hơi nicotine hấp thu cách thụ động lên vật liệu hấp phụ, sau Nicotine lớp hấp phụ chiết tách...Kết nghiên cứu KHCN NPD, thiết bị sắc ký GC-MS HPLC [7], [8], [9], [10] Bài báo tập trung nghiên cứu vật liệu mang tỉ lệ chất hấp phụ nhằm nâng cao hiệu suất độ tin cậy cho phương pháp lấy mẫu nicotin. .. hình ảnh lớp vật liệu hấp phụ lên màng kính hiển vi điện tử quét (SEM - Scanning Electron Microscope) để xác định mật độ khả phân bố chất hấp phụ màng Đánh giá hiệu hấp thu mẫu qua hiệu suất thu