STT Đối tƣợng Kết quả (%)
1 Rau muống 91
3 Cải bẹ 85 4 Rau ngót 83 5 Cải bắp 93 6 Cải cúc 91 7 Su hào 94,0 8 Hành lá 89 9 Cải thảo 92 10 Chè xanh 82
2.4.7 Đảm bảo kết quả thử nghiệm
Đƣờng chuẩn tuyên tính xây dựng phải có hệ số tƣơng quan hồi quy r2
≥0,995
Độ thu hồi các ngun tố phân tích trong mẫu kiểm sốt chất lƣợng nội bộ (IQC) phải nằm trong khoảng 90-110%
Tiến hành rửa hệ thống sau bất kỳ mẫu nào phân tích có hàm lƣợng kim loại cao và trƣớc các mẫu trắng thuốc thử để đảm bảo độ nhạy của phƣơng pháp
Trong cùng một lơ mẫu phải có ít nhất một mẫu trắng
Cứ mỗi 10 mẫu phân tích, phải đo lại mẫu trắng và mẫu kiểm sốt chất lƣợng IQC. Nếu mẫu IQC không đạt trong khoảng 90-110%, tiến hành rửa hệ thống và dựng lại đƣờng chuẩn trƣớc khi tiếp tục phép phân tích.
Mẫu phân tích lặp lại có độ chệch ≤30%, nếu lớn hơn phải thực hiện phân tích lại
Mẫu phân tích thêm chuẩn có hiệu suất thu hồi phải đáp ứng tiêu chí của AOAC cho mức hàm lƣợng tƣơng ứng
Chun ngành Hóa phân tích 27 Trƣờng ĐHKHTN
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Điều kiện phân tích trên ICP-MS 3.1 Điều kiện phân tích trên ICP-MS
3.1.1 Lựa chọn số khối, chế độ phân tích các nguyên tố
Việc lựa chọn số khối phân tích tuân theo 2 nguyên tắc chủ yếu: - Đồng vị đó của nguyên tố là phổ biến nhất trong tự nhiên - Đồng vị ít bị ảnh hƣởng bởi sự trùng khối
Kết quả lựa chọn số khối của 10 nguyên tố phân tích đƣợc thực hiện trong bảng 3.1: Bảng 3.1 Số khối của các nguyên tố phân tích
Nguyên tố Pb Cd As Hg Sn Sb Co Ni Cr Mn Số khối 208 111 75 202 118 121 59 60 52 55
Trong các nguyên tố trên, Pb, Cd, Hg, Sn, Sb, Co có số khối tƣơng đối chọn lọc, ít bị ảnh hƣởng, do đó có thể phân tích bằng chế độ chuẩn. Tuy nhiên, các nguyên tố khác nhƣ Cr, Mn, đặc biệt là As dễ bị ảnh hƣởng bởi hiện tƣợng trùng khối (do ArCl gây ra khi khí Ar ln đƣợc sử dụng kết hợp với Cl có mặt trong nền mẫu). Vì vậy việc phân tích đồng thời các nguyên tố kim loại trên cần thực hiện ở chế độ va chạm động học (sử dụng khí He) nhằm hạn chế ảnh hƣởng của hiện tƣợng trùng khối.
3.1.2 Tối ƣu tốc độ khí He va chạm
Để thực hiện phân tích các nguyên tố theo chế độ va chạm thì việc tối ƣu tốc độ khí He là rất quan trọng, ảnh hƣởng đến độ nhạy của phép đo. Tốc độ khí va chạm He đƣợc khảo sát bằng cách sử dụng dung dịch chuẩn hóa thiết bị, theo chƣơng trình tự động hƣớng dẫn bởi hãng Perkin elmer. Điều kiện tối ƣu tiêu chuẩn cho chế độ va chạm là tốc độ khí He tại đó tỉ lệ ClO/Co = 0,005. Đồ thị tối ƣu tốc độ khí He đƣợc thể hiện nhƣ trong hình 3.1.
Hình 3.1 Đồ thị tối ưu tốc độ khí He
Tại tốc độ khí He là 5,1 ml/phút thì tỉ lệ ClO/Co ˂ 0,005, đáp ứng đƣợc tiêu chuẩn kiểm tra của thiết bị. Nhƣ vậy, tốc độ tối ƣu của khí va chạm He với tất cả các nguyên tố phân tích là 5,1ml/phút.
3.1.3 Tối ƣu tự động các thông số cho thiết bị ICP-MS
Các thơng số khác có ảnh hƣởng đến độ chính xác, độ nhạy, độ ổn định của phép phân tích nhƣ cơng suất RF, lƣu lƣợng khí mang, độ sâu plasma, thế thấu kính ion.., cũng đƣợc tối ƣu tự động sử dụng dung dịch chuẩn hóa thiết bị. Kết quả đƣợc thể hiện nhƣ trong bảng 3.2.
Bảng 3.2 Các thông số tối ƣu tự động của thiết bị 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 Kiểu đo KED (đo va chạm)
Thế quét phổ trƣờng tứ cực
Tự động theo m/Z Các thông số khác Đặt ở Auto
5.1 Tốc độ khí He (ml/phút)
Tỉ lệ ClO/ Co
Chun ngành Hóa phân tích 29 Trƣờng ĐHKHTN Trong các thông số trên, công suất cao tần RF, độ sâu plasma, và lƣu lƣợng khí mang là quan trọng nhất, quyết định đến độ nhạy, độ ổn định của phép đo. Công suất cao tần là tần số radio cung cấp cho cuộn dây tạo plasma. Công suất càng lớn nhiệt độ ngọn lửa plasma càng lớn và ngƣợc lại, quyết định hiệu suất q trình ion hóa và ngun tử hóa mẫu. Trong khi lƣu lƣợng khí mang tỉ lệ thuận với lƣợng mẫu đƣa vào plasma, và độ sâu plasma có ảnh hƣởng đến cƣờng độ vạch phổ. Các thông số trên đƣợc tối ƣu đồng thời sao cho vừa đạt đƣợc tín hiệu cao nhất của các nguyên tố, vừa giảm đƣợc ảnh hƣởng nhiễu nền. Việc tối ƣu đƣợc thực hiện bằng dung dịch chuẩn hóa thiết bị của hãng có chứa các nguyên tố có số khối từ nhỏ nhƣ Be (9), đến số khối trung bình In (115) và số khối lớn nhƣ U (238), để có thể đại diện cho các nguyên tố nghiên cứu. Sau khi thực hiện tối ƣu tự động, yêu cầu kiểm tra các thông số tiêu chuẩn cần phải đạt đƣợc nhƣ trong bảng 3.3.
Bảng 3.3 Các thông số tiêu chuẩn cần đáp ứng của hệ ICP-MS Nexion 350X Thông số kiểm tra Cƣờng độ tiêu chuẩn Cƣờng độ thực tế 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