Quy trình xác định đồng, chì, cadimi trong mẫu huyết thanh bằng phương pháp quang phổ plasma ghép nối khối phổ (ICP-MS)
MỤC LỤC
Các phương pháp xác định đồng, chì và cadimi
Có độ nhạy rất cao (10-5-10-8 M) và độ chính xác cao (sai số dưới 10%).Phân tích đồng thời nhiều nguyên tử trong một mẫu mà không cần tách riêng, tiêu tốn ít mẫu, có thể kiểm tra được độ đồng nhất về thành phần của vật mẫu ở những vị trí khác nhau. Chính vì có những ưu điểm vượt trội hơn hẳn các phương pháp phân tích trước đó nên kỹ thuật này được nghiên cứu và ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều đối tượng khác nhau, đặc biệt là trong lĩnh vực phân tích vết và siêu vết, phục vụ nghiên cứu vật liệu bán dẫn, vât liệu hạt nhân, mẫu địa chất, nông nghiệp, sinh học, môi trường.
Các phương pháp xử lý mẫu[8]
Xử lý mẫu phân tích là một quá trình phức tạp, có hóa học, có vật lý, hay vật lý và hóa học kết hợp, để phân hủy mẫu chuyển các chất, hay các nguyên tố, hay các ion cần xác định có trong mẫu phân tích ban đầu về dạng tan trong một dung môi thích hợp như nước hay dung môi hữu cơ,…để sau đó có thể xác định được nó theo một phương pháp thích hợp. Nhưng nó chỉ thích hợp cho một số trường hợp chất phân tích có nồng độ tương đối lớn, mà khi pha loãng mẫu nhiều lần bằng dung môi thích hợp, chúng ta vẫn xác định nó tốt trong các điều kiện cho phép, và các chất khác có mặt trong mẫu, khi pha loãng trong một tỷ lệ nhất định thì không cản trở và không ảnh hưởng đến kết quả xác định chất phân tích. Các tác nhân phân hủy mẫu bao gồm axit [có tác dụng phá hủy và hòa tan các hạt (phân tử) mẫu], năng lượng nhiệt (có tác dụng làm tan rã các hạt mẫu cùng với axit), sự khuếch tán đối lưu, chuyển động nhiệt và va chạm của các hạt mẫu với nhau làm cho chúng bị bào mòn dần.
Như vậy, trong quá trình xử lý mẫu ở đây cũng có thể có các phản ứng hóa học xảy ra như phản ứng oxy hóa khử, phản ứng thủy phân, phản ứng tạo phức, phản ứng hòa tan, phản ứng kết tủa, ….của các phân tử chất mẫu với các axit dùng để phân hủy mẫu và các chất có trong mẫu với nhau.
Phương pháp xác định độ lặp lại và độ chính xác[10; 13]
- Cơ chế tách chất phân tích ra khỏi mẫu ban đầu ở dạng kết tủa không tan và nhờ đó người ta tách được các chất phân tích và làm giầu chúng. Trong đó, quá trình nào là chính, quá trình nào là phụ được quyết định bởi thành phần chất nền, bản chất của chất mẫu và các loại axit dùng để phân hủy và hòa tan mẫu. Độ lệch chuẩn (σf hoặc Sf): Độ lệch chuẩn của một tập số liệu kết quả nghiên cứu đặc trưng cho độ phân tán các số liệu trong tập hợp so với giá trị trung bình và được xác định theo phương trình.
Độ chính xác là đại lượng đặc trưng cho mức độ gần nhau của giá trị phân tích (thường là giá trị trung bình x) với giá trị thực hay giá trị đã được chấp nhận xt hay à.
PHẦN II. THỰC NGHIỆM
Phương pháp nghiên cứu
Huyết thanh chuẩn của hãng Bio-ral, Mỹ (Assayed Chemistry Control) dạng bột khô, được bảo quản trong lọ nhỏ màu nâu ở nhiệt độ 20C dùng để kiểm tra mẫu, tính sai số và độ lặp. Vì hàm lượng các nguyên tố trong huyết thanh là vết và siêu vết nên dụng cụ dùng trong thí nghiệm phải được tráng rửa sạch bằng cách ngâm trong axit HNO3 (10%) từ 1-2 ngày. Hệ phân hủy mẫu bằng lò vi sóng Berghof, Speed wave-4 (Đức) (hình 1), có chương trình điều khiển nhiệt độ bên trong, bên ngoài lò, áp suất và thời gian gia nhiệt.
Thiết bị ICP-MS (Perkin Elmer, ELAN 9000) (hình 2) với hệ từ trường bát cực, sử dụng nguồn năng lượng cao tần cho quá trình hóa hơi và ion hóa tất cả các nguyên tử với hiệu suất cao và ổn định.
Các phương pháp phân hủy mẫu
Axit H3PO4 cho độ thu hồi tốt nhưng quá trình thực nghiệm cho thấy mẫu không phân huỷ hết các chất hữu cơ; hỗn hợp axit HNO3 và HCl phân huỷ mẫu tốt nhưng cho độ thu hồi của Cu thấp; hỗn hợp HNO3, H2SO4 và HF cho độ thu hồi của Pb thấp. Từ kết quả phân tích hàm lượng đồng, chì và cadimi trong các mẫu (hình 5) ta thấy trong phương pháp pha loãng bằng HNO3 ở các nồng độ khác nhau, thì với nồng độ HNO3 1% thu được hàm lượng của các nguyên tố là cao nhất và độ thu hồi của các nguyên tố là tốt nhất. Hình 6 là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nồng độ các kim loại vào nồng độ Triton X-100 trong phương pháp pha loãng bằng hỗn hợp HNO3 và Triton X-100.
Từ kết quả phân tích hàm lượng đồng, chì và cadimi trong các mẫu ta thấy trong phương pháp phân hủy mẫu huyết thanh bằng lò vi sóng, với nồng độ HNO3 1% thu được hàm lượng của các nguyên tố là cao nhất.
Khảo sát các điều kiện tối ưu trong quá trình phân tích mẫu trên thiết bị ICP-MS
Tốc độ khí mang có ảnh hưởng rất lớn tới hiệu suất tạo sol khí, nếu tốc độ khí nhỏ hiệu quả tạo sol sẽ kém, tuy nhiên nếu tốc độ khí quá lớn sẽ kéo theo một lượng đáng kể oxy, điều này là không mong muốn trong plasma. Kết quả khảo sát được thể hiện trên bảng 8 và hình 10, cho thấy khi tốc độ khí mang tăng từ 0,3 tới 1,2 lít/phút với khoảng thay đổi 0,01 lít/phút thì tín hiệu của Ce (hạt/giây-cps) tăng dần nhưng tín hiệu của CeO cũng tăng dần. Kết quả ở bảng 9 và hình 11 cho thấy khi công suất máy phát cao tần tăng thì tín hiệu Rh tăng nhưng đến một ngưỡng mà công suất tiếp tục tăng thì quá trình ion hóa sẽ tạo ra ion +2 và tín hiệu của ion +1 sẽ giảm.
Mẫu trước hết được bơm bằng bơm nhu động vào hệ sol hóa mẫu rồi vào tâm ngọn lửa plasma sau đó qua hệ thấu kính ion và bộ tách khối rồi được ghi nhận trên nhân quang điện.
Xây dựng đường chuẩn
Các nguyên tố này có thể ảnh hưởng hoặc không ảnh hưởng tới phép xác định đồng, chì và cadimi, trên cơ sở lựa chọn các điều kiện tối ưu trong quá trình phá mẫu và môi trường phân hủy mẫu. Tương tự như các nghiên cứu trên, khi nghiên cứu sự ảnh hưởng của mangan đến quá trình xác định đồng, chì và cadimi, kết quả của nghiên cứu cũng cho thấy hàm lượng Cu, Pb, Cd hầu như không thay đổi khi tăng hàm lượng mangan thêm vào.(hình 20). Nghiên cứu ảnh hưởng của đồng đến quá trình xác định cadimi và chì Khi nghiên cứu ảnh hưởng của đồng đến quá trình phân hủy hủy mẫu xác định chì và cadimi, tiến hành cho vào 1mL mẫu huyết thanh các nồng độ.
Nghiên cứu ảnh hưởng của cadimi đến quá trình xác định đồng và chì Tiến hành tương tự nghiêm cứu trên, nồng độ cadimi thêm vào ảnh hưởng đến quá trình xác định đồng và chì tương ứng được biểu diễn trong hình 22.
Xác định độ lặp lại và độ chính xác của phương pháp
Mẫu sau khi được lấy ra khỏi tủ lạnh để dã đông tự nhiên đến nhiệt độ phòng. Mẫu sau khi được phân hủy hoàn toàn, để nguội, định mức đến 10mL bằng HNO3 1%, rồi chuyển sang ống đo, đưa vào thiết bị ICP-MS để xác định đồng thời hàm lượng đồng, chì và cadimi với các điều kiện như sau: tốc độ. *Tính toán kết quả phân tích hàm lượng các kim loại đồng, chì và cadimi trong huyết thanh.
Áp dụng các điều kiện tối ưu trong phân tích mẫu thực tế
Kết quả phân tích 29 mẫu huyết thanh xác định hàm lượng đồng, chì và cadimi của người dân xã Nam Thượng–huyện Kim Bôi–Tỉnh Hòa Bình thu được tóm tắt trong bảng 24. Đã nghiên cứu khảo sát các phương pháp xử lý mẫu huyết thanh khác nhau , trong đó phương pháp xử lý mẫu huyết thanh được lựa chọn là phương pháp phá mẫu bằng lò vi sóng dùng HNO3 với nồng độ 1%, chương trình phân hủy mẫu có sẵn trong thiết bị (nhiệt độ 1900C, áp suất 50 bar, thời gian 45 phút). Trên cơ sở lựa chọn phương pháp xử lý mẫu huyết thanh tối ưu, đề tài đã khảo sát ảnh hưởng của các nguyên tố đi kèm gồm: canxi, magie, thủy ngân, kẽm, mangan.
Đã xây dựng được 01 quy trình phân tích xác định đồng thời các nguyên tố đồng, chì và cadimi trong mẫu huyết thanh phù hợp với phép đo ICP-MS cho kết quả có độ chính xác cao.
