Thông số kiểm tra Cƣờng độ tiêu chuẩn Cƣờng độ thực tế
Be 9 > 2000 2939 In 115 > 40000 45320 U 238 ˃ 30000 67840 Background 220 ≤ 1 0,23 CeO 156/ Ce 140 ≤ 0,025 0,021 Ce++ 70/ Ce 140 ≤ 0,03 0,002
Trong đó, độ nhạy của thiết bị chủ yếu dựa trên tính đáp ứng về cƣờng độ của nguyên tố indium, tỉ lệ CeO/Ce và Ce++/Ce. Cƣờng độ thực tế của các thông số trên sau mỗi lần kiểm tra hằng ngày có thể thay đổi, nhƣng vẫn phải đạt đƣợc theo tiêu chuẩn kiểm tra của hãng để đảm bảo độ ổn định, độ nhạy của thiết bị. Vì vậy, việc vệ sinh thƣờng xuyên các giao diện mẫu (sampler cone, skimmercone), bộ ICP-Plasma torch, thay thế các đƣờng dẫn mẫu của bơm nhu động, cũng nhƣ bảo dƣỡng định kỳ thiết bị là cần thiết.
3.1.4 Khảo sát ảnh hƣởng của các dung môi hữu cơ
Một trong những nhƣợc điểm của phép phân tích theo chế độ va chạm động học là làm giảm độ nhạy của các nguyên tố so với chế độ chuẩn, trong đó đáng kể nhất là As, Se. Khi cƣờng độ tín hiệu thu đƣợc càng cao thì độ nhạy càng tốt, và phép phân tích càng ổn định. Nhằm tăng cƣờng tín hiệu của As và các nguyên tố phân tích, tham khảo các tài liệu [48,49], nghiên cứu khảo sát ảnh hƣởng của các dung môi hữu cơ hay sử dụng trong phịng thí nghiệm nhƣ ethanol, methanol, isopropanol tới cƣờng độ tín hiệu chất phân tích thơng qua hiệu ứng cacbon (carbon effect) là cần thiết. Việc khảo sát đƣợc tiến hành bằng cách thêm vào dung dịch chuẩn các chất phân tích cùng nồng độ các dung môi hữu cơ khác nhau ethanol, methanol, isopropanol với cùng tỉ lệ 2%. Kết quả thu đƣợc thể hiện trong bảng 3.4: Bảng 3.4 Cƣờng độ tín hiệu (Cps) của các nguyên tố khi thêm các dung môi hữu cơ
Nguyên tố STD (cps) STD-EtOH (cps) STD-MeOH (cps) STD-IsP (cps) Pb 3723 5386 5088 5419 Cd 103 142 141 146 As 27 163 138 178 Hg 885 1254 1192 1314 Sn 222 316 309 317 Sb 110 250 245 248 Co 1340 1868 1882 1843 Ni 712 696 671 680 Cr 1820 2784 2700 2736 Mn 504 941 881 1013
Kết quả khảo sát trong bảng 3.4 cho thấy các nguyên tố nhƣ Pb, Hg, Co, Ni, Cr cho cƣờng độ tín hiệu cao nhất, nhƣng cũng vì thể nhóm ngun tố này (đặc biệt là Pb, Ni) có thể dễ bị ảnh hƣởng nhất bởi sự nhiễm bẩn dụng cụ, hóa chất, mơi
Chun ngành Hóa phân tích 31 Trƣờng ĐHKHTN đồng vị phân tích ít bị ảnh hƣởng bởi sự trùng khối. As là nguyên tố có số khối thấp (75), dễ bị ảnh hƣởng bởi ArCl, đồng thời độ nhạy lại kém nhất. Vì vậy, biện pháp làm tăng cƣờng độ tín hiệu của As là cần thiết để có thể đạt đƣợc độ nhạy, độ ổn định cao hơn. Kết quả thực tế khi bổ sung thêm dung mơi hữu cơ đã làm tăng tín hiệu As lên 5-7 lần.
Hình 3.2 biểu diễn sự thay đổi của tín hiệu đo As các chất phân tích khi thêm dung mơi hữu cơ :
Hình 3.2 Ảnh hưởng của dung mơi hữu cơ tới tín hiệu đo As
Dựa trên các kết quả trong bảng 3.4 và hình 3.2 có thể thấy các dung môi hữu cơ có khả năng làm tăng cƣờng tín hiệu đo chất phân tích nhờ hiệu ứng cacbon, đặc biệt là trƣờng hợp của As. Trong các dung môi đƣợc khảo sát, việc thêm isopropanol cho thấy tín hiệu của hầu hết các ngun tố đều có xu hƣớng tăng cao nhất, điều này cũng phù hợp với việc sử dụng isopropanol trong phƣơng pháp AOAC 2015.01 [49]. Vì vậy, isopropanol đƣợc lựa chọn để tiếp tục khảo sát thành phần khi tiến hành phân tích mẫu trên thiết bị ICP-MS.
Khảo sát thành phần Isopropanol
Khảo sát thành phần isopropanol bằng cách tiến hành phân tích trong cùng điều kiện, với các dung dịch chuẩn có nồng độ nhƣ nhau sau khi đã thay đổi thành phần isopropanol. Kết quả khảo sát đƣợc thể hiện trong hình 3.3.
Hình 3.3 Ảnh hưởng của thành phần isopropanol đến tín hiệu đo As
Kết quả cho thấy, đối với hầu hết các nguyên tố, việc thêm isopropanol ở mức 2% thu đƣợc tín hiệu phân tích ở mức cực đại, điều này đặc biệt quan trọng trong trƣờng hợp của As vì có độ nhạy kém nhất trong số các nguyên tố phân tích. Vì vậy, isopropanol ở mức 2% (tính theo thể tích) đƣợc lựa chọn thêm vào với tất cả các mẫu chuẩn, mẫu trắng, mẫu thử trƣớc khi phân tích trên ICP-MS.
3.1.5 Khảo sát thời gian bơm, rửa mẫu
Khảo sát thời gian bơm, rửa mẫu nhằm thu đƣợc cƣờng độ tín hiệu tốt nhất cho các nguyên tố phân tích (đặc biệt là các nguyên tố có độ nhạy kém nhƣ As), giảm thời gian phân tích, và tránh nhiễm chéo giữa các mẫu (đặc biệt là nguyên tố có khả năng gây hiệu ứng nhớ với thiết bị nhƣ Hg)
Thời gian bơm mẫu
Thay đổi thời gian bơm mẫu là dung dịch chuẩn hỗn hợp các nguyên tố kim loại cùng nồng độ trong khoảng từ 35’70s, sau đó ghi nhận tín hiệu các ngun tố, ở mỗi mức thời gian thực hiện phân tích lặp lại 2 lần lấy kết quả trung bình. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian bơm mẫu với cƣờng độ tín hiệu của As nhƣ trong hình 3.4
Chun ngành Hóa phân tích 33 Trƣờng ĐHKHTN
Hình 3.4 Ảnh hưởng của thời gian bơm mẫu đến cường độ tín hiệu As
Kết quả khảo sát trong hình 3.4 với nguyên tố As cho thấy, khi tăng thời gian bơm mẫu trong khoảng từ 35s đến 45s cƣờng độ tín hiệu của As tăng dần, đạt cực đại ở 45s, sau đó có xu hƣớng ổn định, khơng thay đổi tín hiệu khi kéo dài thời gian bơm mẫu. Để đảm bảo tín hiệu ổn định trong suốt q trình phân tích, phù hợp với điều kiện phân tích thực tế (có tính đến sự thay đổi tính đàn hồi của của đƣờng dây dẫn khi qua bơm nhu động), thời gian bơm mẫu đƣợc lựa chọn là 55s và giữ cố định cho các bƣớc thực nghiệm tiếp theo.
Thời gian rửa mẫu
Thời gian rửa mẫu đƣợc khảo sát để tránh hiện tƣợng nhiễm chéo giữa các mẫu trong q trình phân tích. Điều này làm giảm nguy cơ nhiễm với các nguyên tố có hàm lƣợng lớn trong mẫu khảo sát nhƣ Mn, Cr, hay các nguyên tố có khả năng gây hiệu ứng ‗nhớ‘ với thiết bị phân tích nhƣ Hg (khó rửa sạch khỏi hệ thống khi phân tích mẫu có hàm lƣợng cao). Tiến hành khảo sát bằng cách đo dung dịch mẫu chuẩn có hàm lƣợng cao trong khoảng làm việc (20ppb), thay đổi thời gian rửa trong khoảng 40-90s, sau đó phân tích lại mẫu trắng. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian rửa mẫu tới tín hiệu của Hg nhƣ trong hình 3.5.
Hình 3.5 Ảnh hưởng của thời gian rửa tới mẫu trắng
Kết quả khảo sát nhƣ trong hình 3.5 cho thấy, sau khoảng thời gian rửa là 80s tín hiệu phân tích mẫu trắng khơng cịn bị ảnh hƣởng bởi tín hiệu phân tích mẫu chuẩn. Vì vậy thời gian rửa giữa các lần phân tích mẫu đƣợc lựa chọn là 80s.
Tổng hợp các thơng số phân tích trên ICP-MS
Sau khi khảo sát, các thông số tối ƣu cho điều kiện phân tích các chất trên thiết bị ICP-MS Nexion 350X của hãng Perkin Elmer đƣợc tổng hợp trong bảng 3.5.
Bảng 3.5 Tổng hợp các thơng số tối ƣu điều kiện phân tích trên ICP-MS
Thông số Giá trị đƣợc chọn Thông số Giá trị đƣợc chọn
Công suất RF 1000W Số lần quét khối 20 lần Lƣu lƣợng khí
mang
0,84 ml/phút Số lần đo lặp 3 lần
Lƣu lƣợng khí tạo plasma
19,0 L/phút Độ sâu plasma Chỉnh ở tối ƣu
Thế xung cấp 1000V Isopropanol 2%
Thế quét phổ trƣờng tứ cực
Tự động theo m/Z Kiểu đo KED (đo va chạm)
Thời gian bơm mẫu
55s Khí He 5,1ml/phút
Chun ngành Hóa phân tích 35 Trƣờng ĐHKHTN Một số thơng số trong bảng trên có thể thay đổi khí tối ƣu lại hệ thống sau mỗi lần vệ sinh, thay thế, bảo dƣỡng thiết bị nhƣ cơng suất RF, lƣu lƣợng khí mang, độ sâu plasma, thế thấu kính ion,.., tuy nhiên vẫn phải đáp ứng đƣợc các tiêu chuẩn khi kiểm tra theo hƣớng dẫn của hãng.
3.2 Xác nhận giá trị sử dụng của phƣơng pháp 3.2.1 Đƣờng chuẩn 3.2.1 Đƣờng chuẩn
Xây dựng đƣờng chuẩn làm việc bằng cách phân tích dãy dung dịch chuẩn làm việc có nồng độ 1 ; 2 ; 4 ; 8 ; 16 ; 32 ppb (đƣợc chuẩn bị nhƣ trong mục 2.4.2), ghi nhận cƣờng độ tín hiệu của các nguyên tố phân tích, và tín hiệu của nội chuẩn Rh 2ppb. Đƣờng chuẩn xây dựng biểu diễn sự phụ thuộc của tỉ lệ cƣờng độ tín hiệu chất phân tích với nội chuẩn Rh vào nồng độ chất phân tích trong các dung dịch chuẩn.
Hình 3.7 Đường chuẩn định lượng As, Hg
Hình 3.8 Đường chuẩn định lượng Sn, Sb
Chun ngành Hóa phân tích 37 Trƣờng ĐHKHTN
Hình 3.10 Đường chuẩn định lượng Cr, Mn
Đƣờng chuẩn làm việc với các nguyên tố đều có hệ số tƣơng quan r2 ˃0,999, và độ chệch ˂15% tại mức 1ppb, là đáp ứng tốt yêu cầu về định lƣợng. Việc thực hiện định lƣợng các nguyên tố bằng phƣơng pháp đƣờng chuẩn nội có thể khắc phục đƣợc hiện tƣợng thay đổi tín hiệu đo trong q trình phân tích khi bề mặt bộ phận thu mẫu hình nón, bộ ICP-Plasma torch bị bẩn, hay do ảnh hƣởng của một số nền mẫu phức tạp.
Khoảng làm việc của đƣờng chuẩn 0-32ppb là đáp ứng đƣợc hầu hết nồng độ của các nguyên tố phân tích trong đối tƣợng mẫu khảo sát. Với những mẫu có hàm lƣợng cao hơn (thƣờng gặp là Mn, Cr trong mẫu chè, gạo), sự pha loãng là cần thiết để thu đƣợc tín hiệu đo các nguyên tố trong khoảng làm việc, cũng nhằm giảm sự gây bẩn hệ thống. Đƣờng chuẩn làm việc đƣợc xây dựng mới hằng ngày trƣớc khi phân tích.
3.2.2 Giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lƣợng (LOQ)
Giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lƣợng (LOQ) đƣợc xác định bằng phân tích lặp lại 10 lần mẫu trắng, trong cùng điều kiện nhƣ mẫu thử, sau đó tính độ lệch chuẩn σ. Giới hạn phát hiện LOD = 3*σ, giới hạn định lƣợng LOQ =10*σ. Kết quả đƣợc tổng hợp trong bảng 3.6.
Bảng 3.6 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lƣợng của phƣơng pháp Thông Thông số Mẫu m(g) V(ml) Nguyên tố phân tích Pb Cd As Hg Sn Sb Co Ni Cr Mn LOD (μg/kg) Gạo 0,5 50 7,4 3,2 6,6 3,2 9,4 6,7 2,0 5,0 14,7 38,7 Thịt, cá 1,0 50 3,7 1,6 3,3 1,6 4,7 3,3 1,0 2,5 7,3 19,3 Rau củ 1,0 50 3,7 1,6 3,3 1,6 4,7 3,3 1,0 2,5 7,3 19,3 LOQ (μg/kg) Gạo 0,5 50 24,6 10,8 22,1 10,8 31,4 22,2 6,8 16,6 48,9 129 Thịt, cá 1,0 50 12,3 5,4 11,0 5,4 15,7 11,1 3,4 8,3 24,4 64,4 Rau củ 1,0 50 12,3 5,4 11,0 5,4 15,7 11,1 3,4 8,3 24,4 64,4
Giới hạn định lƣợng của phƣơng pháp đáp ứng tốt đƣợc yêu cầu về giới hạn kim loại nặng trong thực phẩm theo các quy chuẩn hiện hành (QCVN 8-2:2011/BYT; quyết định 46/2007/QĐ-BYT)
3.2.3 Độ lặp lại
Đối tƣợng mẫu thử trong nghiên cứu này chủ yếu là các loại thực phẩm (rau quả, động vật thủy sinh, thịt gia cầm) lấy gần khu khai thác mỏ Núi Pháo và một số vùng đối chứng. Đánh giá độ lặp lại của phƣơng pháp xây dựng trên các nền mẫu thịt gà và rau bắp cải đại diện cho nhóm thực phẩm khảo sát. Thực hiện phân tích mỗi mẫu lặp lại 6 lần, đánh giá độ lệch chuẩn lặp lại tƣơng đối RSD (%). Một số nguyên tố trong nền mẫu có hàm lƣợng nhỏ hơn giới hạn định lƣợng đƣợc đánh giá độ lặp lại sử dụng mẫu thêm chuẩn ở mức LOQ.
Bảng 3.7 Kết quả phân tích lặp lại với nền mẫu thịt gà
Kết quả phân tích (μg/kg) STT Pb Cd As Hg Sn Sb Co Ni Cr Mn 1 - - - - - - - - 36 91 2 - - - - - - - - 36 92 3 - - - - - - - - 40 77 4 - - - - - - - - 40 71 5 - - - - - - - - 41 79 6 - - - - - - - - 39 98
Chun ngành Hóa phân tích 39 Trƣờng ĐHKHTN
‗‗-‘‘ hàm lượng nhỏ hơn giá trị LOQ, đánh giá độ lặp lại bằng mẫu thêm chuẩn
Kết quả trong bảng 3.7 cho thấy, ngoại trừ Cr, Mn có kết quả lớn hơn giới hạn định lƣợng của phƣơng pháp, các nguyên tố còn lại đều nhỏ hơn mức LOQ. Nhƣ vậy, tính tốn độ lệch chuẩn tƣơng đối lặp lại với các nguyên tố này đƣợc thực hiện bằng cách thêm chuẩn vào nền mẫu ở cùng mức nồng độ. Kết quả tổng hợp trong bảng 3.8.
Bảng 3.8 Kết quả đánh giá độ lệch chuẩn tƣơng đối lặp lại nền mẫu thịt gà
Kết quả phân tích (μg/kg) STT Pb Cd As Hg Sn Sb Co Ni Cr Mn 1 27 24 27 24 33 23 28 34 36 91 2 26 23 26 23 36 31 27 33 36 92 3 27 24 26 23 34 28 27 35 40 77 4 26 25 24 23 30 26 28 35 40 71 5 27 26 23 23 35 21 27 33 41 79 6 28 22 24 23 39 28 27 35 39 98 TB 27 24 25 23 35 26 27 34 39 85 SD 0,8 1,4 1,5 0,4 3,0 3,7 0,5 1,0 2,2 10,5 RSD % 2,8 5,9 6,2 1,8 8,7 14,0 1,9 2,9 5,6 12,4
Theo AOAC, độ lệch chuẩn tƣơng đối lặp lại tại mức nồng độ 10μg/kg yêu cầu ˂21%, mức 100 µg/kg yêu cầu ˂15%. Nhƣ vậy, độ lệch chuẩn tƣơng đối lặp lại với mẫu thịt gà nằm trong khoảng 1,8 ’ 14% cho hàm lƣợng các chất trong khoảng 20-100 µg/kg là đáp ứng tốt yêu cầu của AOAC.
Tƣơng tự, kết quả phân tích lặp lại mẫu rau bắp cải đƣợc tổng hợp trong bảng 3.9. Bảng 3.9 Kết quả phân tích lặp lại với nền mẫu rau bắp cải
Kết quả phân tích (μg/kg) STT Pb Cd As Hg Sn Sb Co Ni Cr Mn 1 - - - - - - 90 157 244 6122 2 - - - - - - 91 163 222 5863 3 - - - - - - 88 157 269 6004 4 - - - - - - 90 160 242 6055 5 - - - - - - 88 159 218 5906 6 - - - - - - 89 152 262 6004
‗‗-‘‘ hàm lượng nhỏ hơn giá trị LOQ, đánh giá độ lặp lại bằng mẫu thêm chuẩn
Kết quả trong bảng 3.9 trên cho thấy, ngoại trừ Co, Ni, Cr, Mn, các nguyên tố còn lại đều nhỏ hơn mức LOQ. Nhƣ vậy, việc tính tốn độ lệch chuẩn tƣơng đối lặp lại với các nguyên tố này cũng đƣợc thực hiện bằng cách thêm chuẩn vào nền mẫu ở cùng mức nồng độ.
Bảng 3.10 Kết quả đánh giá độ lệch chuẩn tƣơng đối lặp lại nền mẫu rau bắp cải
Kết quả phân tích (μg/kg) STT Pb Cd As Hg Sn Sb Co Ni Cr Mn 1 28 31 21 23 31 23 90 157 244 6122 2 27 27 37 21 27 27 91 163 222 5863 3 28 28 33 26 44 34 88 157 269 6004 4 26 30 37 21 30 22 90 160 242 6055 5 28 25 34 21 32 32 88 159 218 5906 6 25 28 33 20 28 24 89 152 262 6004 Mean 27 28 33 22 32 27 89 158 243 5992 SD 1,3 2,1 5,9 2,2 6,2 5,0 1,2 3,7 20,5 95,1 RSD(%) 4,7 7,6 18,2 10,0 19,3 18,4 1,4 2,3 8,4 1,6
Theo AOAC, độ lệch chuẩn tƣơng đối lặp lại tại mức nồng độ 10 µg/kg yêu cầu ˂21%, mức 100 µg/kg yêu cầu ˂15%. Nhƣ vậy, độ lệch chuẩn tƣơng đối tái lặp với mẫu rau bắp cải nằm trong khoảng 1,4 ’ 19,3% cho hàm lƣợng các chất trong khoảng 20-100 µg/kg là cũng đáp ứng tốt yêu cầu của AOAC.
3.2.4 Độ tái lặp
Tiến hành đánh giá độ tái lặp của phƣơng pháp bằng cách phân tích các mẫu thịt gà, rau bắp cải, mỗi mẫu phân tích thêm 4 lần trong điều kiện có sự thay đổi về thời gian phân tích và ngƣời thực hiện. Kết quả đƣợc tổng hợp nhƣ trong bảng 3.11.
Chun ngành Hóa phân tích 41 Trƣờng ĐHKHTN Bảng 3.11 Kết quả đánh giá độ lệch chuẩn tƣơng đối tái lặp với nền mẫu thịt gà
Kết quả phân tích (μg/kg)