Phân tích hàm lượng thuỷ ngân trong hải sản bằng kỹ thuật HG AAS_word

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BÁO CÁO SEMINAR MƠN HỌC: HĨA PHÂN TÍCH DỤNG CỤ Đề tài PHÂN TÍCH THUỶ NGÂN TRONG THỦY HẢI SẢN BẰNG KỸ THUẬT HG – AAS (HYDRIDE GENERATION ATOMIC ABSORPION SPECTROMETRY) GVHD: Phùng Thị Cẩm Hồng SVTH: Nguyễn Thị Mỹ Xuyên - Mssv: 18139230 Nguyễn Thị Tú Quyên - Mssv: 18139160 Nguyễn Kiều Ngoan - Mssv: 18139113 Nguyễn Tấn Đạt - Mssv: 18139021 Phùng Ngọc Bảo Nhi - Mssv: 18139134 Tô Thị Huỳnh Như - Mssv: 18139142 Trương Thị Bích Ngân - Mssv: 18139109 TP Hồ Chí Minh – 2020 I TỔNG QUAN: Đặt vấn đề: Trong giai đoạn hiện nay, hàng loạt vụ ngộ độc thực phẩm liên quan đến loại gia cầm, gia súc làm người hoang mang Và hải sản ưu tiên hàng đầu nhiều người tiêu dùng lựa chọn Các thực phẩm hải sản không chỉ đa dạng mà hải sản còn chứa hàm lượng protein cao, dưỡng chất thiết yếu, axit béo Omega-3, hàm lượng chất béo bão hoà thấp Thật vậy, với chế độ ăn uống cân gồm nhiều loại hải sản bảo đảm cho trái tim khoẻ mạnh người lớn, giúp trẻ em tăng trưởng nhanh phát triển hợp lý Với phụ nữ đặc biệt trẻ em, cần đưa hải sản vào thực đơn hàng ngày chúng mang lại nhiều lợi ích dinh dưỡng Tuy nhiên, môi trường bị ô nhiễm làm cho nguồn hải sản bị đe dọa Mặt khác, hải sản có khả tích tụ chất nhiễm, đặc biệt kim loại nặng Vì tình trạng nhiễm kim loại, đặc biệt thủy ngân hải sản trở nên báo động Một số hải sản chứa hàm lượng thủy ngân cao gây nên thương tổn cho trung tâm thần kinh với triệu chứng run rẩy, khó khăn diễn đạt, giảm sút trí nhớ, nặng gây tê liệt, nói lắp, tổn thương não, gan, chí còn dẫn đến tử vong Nguy hiểm phụ nữ có thai, trẻ sơ sinh, trẻ nhỏ lượng lớn thủy ngân gây hại lớn cho não phát triển Do đó, việc xác định hàm lượng thủy ngân thủy hải sản vô cần thiết Hàm lượng thủy ngân xác định vi lượng, mà thủy ngân lại kim loại bay nhiệt độ thường nên trình xử lí mẫu quan trọng phương pháp xử lí mẫu khơng phù hợp làm lượng thủy ngân đáng kể làm cho phép phân tích khơng xác, dẫn đến kết luận khơng xác Một phương pháp phân tích thủy ngân nhạy hiện nay, sử dụng phổ biến kỹ thuật phân tích phổ hấp thu nguyên tử với hydrua hóa kim loại (HG-AAS) Tổng quan thủy ngân 2.1 Tác hại thủy ngân Thủy ngân kim loại lỏng khó phân hủy mơi trường tích lũy sinh học chuỗi thức ăn Thủy ngân độc, hơi, hợp chất muối độc, gây tổn thương hệ thần kinh, tiêu hóa, hơ hấp, hệ thống miễn dịch thận Cho dù độc so với hợp chất thủy ngân tạo nhiễm đáng kể mơi trường tạo hợp chất hữu thể sinh vật 1|Page Thủy ngân giải phóng từ chất thải có chứa thủy ngân tồn mơi trường (đất, nước, khơng khí, trầm tích, thực vật ) tích tụ chuỗi thức ăn vào thể người thông qua tiêu thụ cá hải sản, thủy ngân trực tiếp hấp thụ tóc người Để giám sát mức độ thủy ngân môi trường chất thải thủy ngân cần phân tích mẫu khác nhau, mẫu sinh học (cá tôm, cua, sò, hến), mẫu môi trường (nước, trầm tích, đất khơng khí), mẫu thực vật người (tóc, máu nước tiểu) Các ảnh hưởng độc hại thủy ngân biết rõ Hơi thủy ngân ảnh hưởng đến hệ thống thần kinh trung ương ngoại biên, phổi, thận, da, mắt Nó ảnh hưởng đến hệ thống miễn dịch gây đột biến Khi bị nhiễm nặng thủy ngân tích tụ lâu ngày thể, thận bị hư, cột sống bị ảnh hưởng, bị bệnh Alzheimer tuyến giáp trạng bị liệt, hệ thống miễn dịch bị nhiễu loạn Được tổ chức WHO liệt kê vào danh sách loại hóa chất có ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người Một chất độc dimetyl thủy ngân, độc đến mức chỉ vài µL rơi vào da gây tử vong 2.2 Thủy ngân mơi trường Hàm lượng thủy ngân khơng khí nằm khoảng từ – 10ng/m3 Hàm lượng thủy ngân nước mưa dao động từ – 100ng/L Hàm lượng thủy ngân tự nhiên nước ngầm nước bề mặt thường < 0,5μg/L Thực phẩm nguồn hấp thu thủy ngân người (khơng kể nguồn tiếp xúc nghề nghiệp) Cá cho nguồn thực phẩm chứa hàm lượng thủy ngân hữu cao nhất, cá hấp thụ methyl thủy ngân từ nước chúng ăn sinh vật sống nước Những cá sống lâu hơn, lớn hơn, thức ăn chúng cá khác tích tụ lượng methyl thủy ngân cao Lượng hấp thu thủy ngân hàng ngày từ thực phẩm dao động từ - 20μg/L cao vùng nước bị nhiễm thủy ngân Quá trình chế biến nấu nướng thức ăn không làm giảm lượng thủy ngân 2|Page Hình Vòng luân chuyển thủy ngân tự nhiên 2.3 Nguyên nhân cá bị nhiễm thủy ngân Cá bị nhiễm thủy ngân sống môi trường ô nhiễm thủy ngân Các vi sinh vật chuyển thủy ngân (Hg) thành hợp chất metyl thủy ngân CH3Hg+ thơng qua q trình tích lũy sinh học metyl thủy ngân nằm chuỗi thức ăn tích lũy dần thể cá Các loại cá lớn có lượng nhiễm cao Tiêu chuẩn hàm lượng thủy ngân CÁC TIÊU CHUẨN NỒNG ĐỘ HG Quyết định số 867/1998/Qđ-BYT Santes Bộ Trưởng Bộ Y Tế ngày Canada 4/4/1998 FDA Hoa Kỳ 0,5 mg/kg 1mg/kg 0,5 mg/kg 3|Page Các phương pháp xác định thủy ngân 4.1 Định tính  Tạo hỗn hống với đồng kim loại: Phản ứng làm trực tiếp mẫu thử chưa vơ hóa  Phản ứng với Cu2I2  Phản ứng với Dithizon: Các muối thủy ngân (II) tạo với dithizon hợp chất phức màu cam bền vững pH 0.5-1  Phản ứng với dd kaliiodua: Các muối thủy ngân (II) cho kết tủa màu đỏ HgI với dung dịch KI môi trường trung tính hay acid tan thuốc thử thừa  Phản ứng với thiếc (II) clorua: Cho kết tủa trắng (ở pH 2.5) chuyển thành màu xám 4.2 Định lượng  Phương pháp so màu với đồng (I) iodua: phương pháp dựa sở phản ứng Hg2+ với kaliiodua tạo thủy ngân iodua tạo phức màu hồng Cu 2[HgI4] , so màu với thang chuẩn  Sử dụng huỳnh quang phát hiện thủy ngân cá: sử dụng chất huỳnh quang phát ánh sáng xanh xúc tác với thủy ngân bị oxi hóa Cường độ ánh sáng cho thấy khối lượng thủy ngân có mẫu nghiên cứu  Phương pháp chiết đo quang với thuốc thử Dithizon: tạo dithizon với thủy ngân so màu với dãy chuẩn  Phương pháp phổ hấp thu nguyên tử với hydrua hóa (HG-AAS) -> Đây phương pháp phát hiện thủy ngân phổ biến hiện giới hạn phát hiện nhỏ (µg/l) II KĨ THUẬT PHÂN TÍCH THỦY NGÂN BẰNG HG-AAS Nguyên tắc phép đo AAS: Chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái nguyên tử tự chiếu chùm tia sáng xạ đặc trưng nguyên tố cần phân tích qua đám nguyên tử Các nguyên tử ngun tố cần phân tích đám hấp thu tia xạ định tạo vạch phổ hấp thu Nhờ hệ thống máy quang phổ mà ta thu toàn chùm sáng phân li chọn vạch phổ hấp thu nguyên tố cần nghiên cứu để đo cường độ 4|Page Cấu tạo máy đo phổ hấp thu nguyên tử Gồm phần:  Phần 1: Nguồn tia phát xạ cộng hưởng (vạch phổ phát xạ đặc trưng ngun tố cần phân tích) để chiếu vào mơi trường hấp thu chứa nguyên tử tự nguyên tố, đen catot rỗng (HCL), đèn phóng điện khơng điện cực (EDL), hay nguồn phát xạ liên tục biến điệu  Phần 2: Hệ thống ngun tử hóa mẫu phân tích Hệ thống chế tạo theo hai loại kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu: Kĩ thuật nguyên tử hóa lửa đèn khí (F-AAS) - Bộ phận dẫn mẫu vào buồng aerosol hóa thưc hiện q trình aerosol hóa mẫu (tạo thể sol khí) - Đèn để ngun tử hóa mẫu để đốt cháy hỗn hợp khí có chứa mẫu dạng sol khí Ngược lại kĩ thuật nguyên tử hóa khơng lửa (ETA-AAS), người ta thường dụng lò nung nhỏ graphit hay thuyền Tangtan để nguyên tử hóa mẫu nhờ nguồn lượng điện có hiệu điện thấp (nhỏ 12V) có cường độ dòng điện cao (50-800A) 5|Page  Phần 3: Là máy quang phổ, đơn sắc, có nhiệm vụ thu, phân ly chọn tia sáng (vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện để phát tín hiệu hấp thu AAS vạch phổ  Phần 4: Là hệ thống chỉ thị tín hiệu hấp thu vạch phổ (tức cường độ vạch phổ hấp thu hay nồng đọ nguyên tố phân tích) Hệ thống điện kế, máy tự ghi peak vạch phổ, hiện số digital, hay printer Với máy hiện đại còn có thêm microcomputer hay microprocessor Máy có nhiệm vụ xử lí kết đo lập chương trình điều khiển bốn phần Xác định thủy ngân phổ hấp thu nguyên tử với hydrua hóa (HGAAS) 3.1 Nguyên tắc: Giải phóng thủy ngân tự từ nước loại mẫu khử, làm bay đưa thủy ngân vào máy nhờ dòng khí Dung dịch NaBH dùng làm tác nhân khử Đo cường độ hấp thu thủy ngân bước sóng 253.7 nm Mẫu vơ hóa, thủy ngân dd mẫu bị hydrit hóa dòng khí hidro Hydrit thủy ngân dễ bay bị theo dòng khí hidro bơm vào hệ thống quang phổ hấp thụ nguyên tử Tại đây, hidrit thủy phân bị phân hủy thành thủy ngân xác định theo phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không dùng lửa Các phản ứng xảy hệ thống bay nguyên tử hydrit: NaBH4 + HCl = NaCl + BH2 + 2H 4H + HgCl2 = HgH2 + 2HCl HgH2 = Hg + H2 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng: a Nhóm ảnh hưởng về phổ - Ảnh hưởng hấp thụ nền: phụ thuộc nhiều vào thành phần - Ảnh hưởng chen lấn vạch phổ: Nguyên tố thứ ba mẫu phân tích có nồng độ lớn thường ngun tố sở mẫu Tuy nguyên tố có vạch phổ không nhạy, nồng độ lớn nên vạch phổ rộng, nằm cạnh vạch phổ phân tích nên chen lấn - Sự hấp thụ hạt rắn b Nhóm ảnh hưởng vật lý 6|Page - Độ nhớt sức căng bề mặt dung dịch mẫu, ảnh hưởng tới tốc độ dẫn mẫu vào buồng aerosol hóa - Hiệu ứng lưu lại: lượng nhỏ chất phân tích khơng bị ngun tử hóa lưu lại bề mặt cuvet, tích tụ dần - Sự phát xạ nguyên tố phân tích c Các yếu tố hóa học - Thành phần mẫu: + Do tồn hợp chất hữu bền nhiệt môi trường hấp thụ + Tăng nhiệt độ nguyên tử hóa hay thêm phụ gia - Ảnh hưởng dung mơi hữu (DMHC): DMHC tăng độ nhạy lên 2-3 lần, không tinh khiết gây bẩn mẫu - Nồng độ axit loại axit dung dịch mẫu: chúng ảnh hưởng qua tốc độ dẫn mẫu, khả hóa nguyên tử hóa mẫu - Ảnh hưởng cation mẫu - Ảnh hưởng anion mẫu Ở phương pháp này, ion đồng, niken, sắt, vàng, bạc, kim loại nhóm platin hợp chất hữu dễ bay có phổ phân tử vùng bước sóng 250nm gây nhiễu Các phương pháp loại trừ nhiễu quan trọng xác định thủy ngân hữu Hai phương pháp cải tiến sử dụng để loại bỏ nhiễu hữu cơ: là, phương pháp hỗn hống vàng để tinh chế thủy ngân; hai là, phương pháp hiệu chỉnh quang học cho phép đo phổ 3.3 Điều kiện tối ưu thiết bị  Cường độ đèn : 3mA  Thời gian đọc: 3s  Độ rộng khe : 0.5 nm  Bước sóng :ʎ= 253,7 nm  Tốc độ dòng axit HCl: 6-8ml/phút  Tốc độ khí mang argon: 30 ml/phút  Tốc độ hút mẫu: 8-10 ml/phút  Tốc độ dòng chất khử NaBH4: 6-8ml/phút 7|Page 3.4 Xây dựng đường chuẩn xác định giới hạn phát Pha dd thủy ngân chuẩn 100ppb - Hút 5ml chuẩn Hg 1000ppm bình định mức 50ml Định mức nước cất lần lên tới vạch ta thu chuẩn Hg 100ppm - Hút 5ml chuẩn Hg 100ppm, bình định mức 250ml Định mức nước cất lần lên tới vạch ta chuẩn Hg 2ppm - Hút 5ml chuẩn Hg 2ppm, bình định mức 100ml Định mức nước cất lần lên tới vạch ta chuẩn Hg 100ppb Dãy chuẩn chuẩn bị xác định độ hấp thu theo thứ tự bảng sau: Hóa chất Chuẩn Hg 100 (µg/L) (ml) HNO3 0,05N định mức đến vạch Nồng độ Hg (µg/L) Độ hấp thu dãy chuẩn Số bình định mức 5 10 15 100 100 100 100 100 100 10 15 0,0043 0,0086 0,0242 0,0615 0,1224 8|Page Kết luận: đường chuẩn có hệ số tương quan R=1, điều nói khoảng nồng độ 1-15ppb độ hấp thu Abs tuyến tính với nồng độ thủy ngân Đường chuẩn sử dụng xác định hàm lượng thủy ngân thí nghiệm khảo sát hiệu suất phương pháp xử lí mẫu khảo sát hàm lượng thủy ngân mẫu thật Giới hạn phát xác định cách đo độ hấp thu mẫu chuẩn có nồng độ 10 µg/L mẫu Blank Cơng thức tính: Trong đó: + Sblank: độ lệch chuẩn độ hấp thu mẫu Blank + CHg: Nồng độ chuẩn Hg dùng để xác định giới hạn phát hiện, CHg = 10 µg/L + AHg: độ hấp thu trung bình chuẩn Hg dùng để xác định giới hạn phát hiện Trong đó: + RSD: Hệ số biến động + SHg: độ lệch chuẩn Hg dùng để xác định giới hạn phát hiện Số đo 10 TB lần Độ hấp thu chuẩn Hg 10 (µg/L) Độ hấp thu mẫu (AHg) Blank 0,056 -0,000 0,060 -0,002 0,059 -0,002 0,057 -0,004 0,059 -0,003 0,058 -0,005 0,060 -0,001 0,059 -0.006 0,057 -0,001 0,056 -0,005 0,0581 -0,0029 9|Page s RSD LOD 0,001524 0,002025 2,623 0,697 Bảng Kết độ hấp thu để xác định giới hạn phát Ưu nhược điểm cuả phương pháp 4.1 Ưu điểm - Đây phương pháp xác định thủy ngân sử dụng phổ biến hiện nay, giới hạn phát hiện nhỏ ( µg /l ) - Phép đo phổ nguyên tử có độ nhạy độ chọn lọc cao, tốn mẫu phân tích, thời gian phân tích nhanh Các động tác thực hành thực hiện nhẹ nhàng, nhanh chóng Bằng phương pháp ta xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố mẫu Kết phân tích ổn định, sai số nhỏ 4.2 Nhược điểm - Muốn đo phổ hấp thụ nguyên tử cần phải có hệ thống máy móc tương đối đắt tiền - Do cần có độ nhạy cao nên nhiễm bẩn có ý nghĩa lớn kết phân tích hàm lượng Mơi trường khơng khí phòng thí nghiệm phải khơng có bụi Các dụng cụ hóa chất dùng phép đo phải có độ tinh khiết cao - Vì có độ nhạy cao nên trang bị máy móc tinh vi phức tạp, cần phải có kĩ sư lành nghề để bảo dưỡng chăm sóc - Nhược điểm chỉ cho ta biết thành phần ngun tố chất phân tích có mẫu phân tích, mà khơng chỉ trạng thái liên kết, cấu trúc nguyên tố có mẫu III Mở rộng Số liệu tham khảo - Hàm lượng thuỷ ngân cá FDA phân tích (năm 2006)  Cá thu: 0.73 ppm  Cá ngừ: 0.118 ppm  Cá hồi: 0.014 ppm  Cá bơ: 0.058 ppm  Cá đối: 0.046 ppm - Ngoài còn số loại thuỷ sản khác + Tôm: 0.049 ppm 10 | P a g e + Mực: 0.07 ppm Thủy hải sản thực phẩm giàu dinh dưỡng nhu cầu đáp ứng thiếu cho thể người Tuy nhiên, việc chọn thực phẩm chỉ chọn thực phẩm tươi, ngon mà còn phải trọng đến vấn đề kiểm định chất lượng, hàm lượng kim loại nặng (đặc biệt thủy ngân) thực phẩm để đảm bảo sức khỏe Do đó, việc xác định hàm lượng thủy ngân loại thủy hải sản cần thiết kỹ thuật phân tích phổ hấp thu nguyên tử với hydrua hóa kim loại (HG – AAS) sử dụng phổ biến hiện nay, xác định hàm lượng thủy ngân số loại thủy sản nhằm giúp cho người tiêu dùng an tâm sử dụng, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng 11 | P a g e ... hydrua hóa (HG- AAS) -> Đây phương pháp phát hiện thủy ngân phổ biến hiện giới hạn phát hiện nhỏ (µg/l) II KĨ THUẬT PHÂN TÍCH THỦY NGÂN BẰNG HG- AAS Nguyên tắc phép đo AAS: Chuyển mẫu phân tích từ... biệt thủy ngân) thực phẩm để đảm bảo sức khỏe Do đó, việc xác định hàm lượng thủy ngân loại thủy hải sản cần thiết kỹ thuật phân tích phổ hấp thu nguyên tử với hydrua hóa kim loại (HG – AAS) ... môi trường ô nhiễm thủy ngân Các vi sinh vật chuyển thủy ngân (Hg) thành hợp chất metyl thủy ngân CH 3Hg+ thơng qua q trình tích lũy sinh học metyl thủy ngân nằm chuỗi thức ăn tích lũy dần thể cá