Hệ thống khối phổ plasma cảm ứng ICP-MS có độ nhạy và độ chọn lọc rất cao, nhƣng cũng là một thiết bị có rất nhiều thông số ảnh hƣởng đến phép đo. Các thông số này phải đƣợc kiểm tra và tối ƣu hóa hàng ngày. Các thông số bao gồm: Vị trí của Torch với Cone mẫu, lƣu lƣợng khí nebuliser, hiệu chỉnh autolens, ... Chúng tôi sử dụng hệ thống máy ICP-MS NexION 300Q để phân tích xác định hàm lƣợng asen trong các đối tƣợng mẫu đã nghiên cứu.
Hệ thống ICP-MS NexION 300Q là sản phẩm mới của hãng Perkin Elmer, nó đã đƣợc tự động hóa phần hiệu chỉnh vị trí của Torch và Cone mẫu nên việc tối ƣu hóa đã đơn giản hơn. Bật plasma trong vòng 10 phút, sau đó tiến hành tối ƣu các thông số theo chƣơng trình cài đặt trong phần mềm: vị trí Torch, lƣu lƣợng khí nebuliser, hiệu chỉnh autolens (tự động đƣợc tối ƣu bởi phần mềm). Sau khi kết thúc việc tối ƣu hóa chúng tôi thu đƣợc các thông số tối ƣu của máy đo nhƣ sau:
Bảng 3.22: Điều kiện chạy máy ICP-MS (Nexion 300Q)
Điều kiện Nexion 300Q ICP-MS
ICP RF Power (W)
Công suất RF 1100
Pulse Voltage (V) (Thế xung) 800 Plasma Gas Flow (L/min)
Lưu lượng khí Plasma 15
Auxiliary Gas Flow (L/min)
Lưu lượng khí phụ trợ 1,2
Nebuliser Gas Flow (L/min)
Lưu lượng khí Nebuliser 0,91
Sampler/Skimmer/Hyper Skimmer Cone Nickel/Nickel/Aluminum Spray chamber
Buồng phun mẫu Quart Cyclonic Spray chamber
Lens
Thấu kính
Lens Scan Enabled Auto
Điều chỉnh tự động
Dwell Time (amu)
Thời gian quét 30
Scanning Mode
Chế độ quét Peak Hopping
Detector Mode
Chế độ detector Dual detector
Number of Sweeps/reading
Số lần quét 20
Number of Replicates
Số lần lặp 3
Sample introduction system
Hệ thống dẫn mẫu
PFA-ST Micro Flow Nebuliser
Hệ thống bơm mẫu tự động
Solution pump rate (rpm)
Tốc độ bơm mẫu 8
Read delay (s)
Thời gian chễ 20
Mặc dù phƣơng pháp ICP-MS khá ƣu việt khi phân tích các ion kim loại, nhƣng một số nguyên tố có thể bị ảnh hƣởng của nền mẫu đo phổ. Đối với Asen là một điển hình, mặc dù tỷ lệ đồng vị 75
As là 100% nhƣng ảnh hƣởng của mảnh đa nguyên tố 40
clorua, do đó phải dùng phƣơng trình toán học để hiệu chỉnh tín hiệu vì thiết bị không có buồng phản ứng động học Dynamic Reaction Cell (DRC). Phƣơng trình hiệu chỉnh đƣợc đƣa ra nhƣ sau:
75
As = - 3,1278 x (mass 77 - (0,874 x 82Se))
Khi xác định nguyên tố kim loại bằng phƣơng pháp ICP-MS rất dễ mắc phải sai số lớn, tín hiệu đo nhiễu bất thƣờng, nhiều trƣờng hợp tín hiệu của mẫu blank cao hơn tín hiệu của mẫu chuẩn. Nghiên cứu và giải quyết vấn đề trên, nhiều nhà khoa học đã sử dụng các chất nội chuẩn đồng vị để giảm thiểu sai số cũng nhƣ tăng độ nhạy của phép xác định. Trong nghiên cứu này chúng tôi chọn dung dịch Rh 20 µg/L pha trong HNO3 2% làm chất nội chuẩn.
Phƣơng pháp ICP-MS có vùng tuyến tính hơn hẳn tất cả các kĩ thuật phổ quang học khác. Hầu hết các pic phổ khối có vùng tuyến tính rất rộng, thƣờng là từ hàng trăm đến hàng triệu lần nồng độ giới hạn dƣới tùy thuộc từng nguyên tố cần xác định. Thực tế hàm lƣợng các ion kim loại nặng độc hại có trong mẫu thực phẩm thƣờng rất nhỏ. Tiến hành xây dựng đƣờng chuẩn As với nồng độ từ 0,1 µg/L đến 25,0 µg/L với sự có mặt của chất nội chuẩn Rh 10 µg/L. Kết quả thu đƣợc nhƣ sau:
Bảng 3.23: Sự phụ thuộc của nồng độ vào tỷ số cường độ tín hiệu của chất nội chuẩn và cường độ tín hiệu của asen
As µg/L As_Intensity (cps)
Internal Std Instensity
(cps)
As _Intensity/ Internal Std Intensity
0 429,9 734395,7 0,0006 0,1 763,8 735864,5 0,0010 0,5 3818,9 740270,8 0,0052 1 7637,7 745411,6 0,0102 5 38188,6 749818,0 0,0509 10 80042,5 753490,0 0,1062 25 191422,4 757896,3 0,2526
Standard Curves, Linear Curve Y = B+A*C As (ug/L) 0 5 10 15 20 25 30 Int ens ity 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 CAs vs Intensity
Hình 3.11: Đường chuẩn xác định Asen bằng ICP-MS
Kết quả tính toán theo phần mềm thống kê Sigma Plot 10.0 nhƣ sau:
R Rsqr Adj Rsqr Standard Error of Estimate
0.9998 0.9996 0.9995 0.0020 Coefficient Std. Error t P B 0.0007 0.0009 0.7684 0.4769 A 0.0101 9.0986E-005 111.3943 <0.0001 Analysis of Variance: DF SS MS F P Regression 1 0.0518 0.0518 12408.7195 <0.0001
Residual 5 2.0863E-005 4.1726E-006
Total 6 0.0518 0.0086
Theo các kết quả trên ta có: A=0,0101 ; B= 0,0007 ; SA =0,00009; SB=0,0009. Độ lệch chuẩn của phƣơng trình là: SY=0,0020. Hệ số tƣơng quan R = 0,9998.
Kết quả ở bảng phân tích phƣơng sai cho thấy giá trị Pvalue > 0,05 của hằng số B nên có thể kết luận rằng: Với độ tin cậy 95%, giá trị hằng số tự do của phƣơng trình khác 0 không có nghĩa nên có thể bỏ qua bên cạnh giá trị hệ số còn lại, điều đó cũng có nghĩa phƣơng pháp xác định riêng As qua phƣơng trình này không mắc sai số hệ thống.
Tra bảng giá trị chuẩn t với bậc tự do f = 6, độ tin cậy 95% có t = 2,45 nên phƣơng trình hồi qui của đƣờng chuẩn trên sẽ có dạng:
Áp dụng qui trình xử lý mẫu – qui trình 2 phần (2.4.2) để xử lý các mẫu nghiên cứu. Đo trên máy ICP-MS, kết quả phân tích đƣợc dẫn ra ở bảng 3.24.
Bảng 3.24: Kết quả phân As trong các mẫu nghiên cứu bằng ICP-MS
TT Tên mẫu Kí hiệu mẫu (g) Lƣợng
Kết quả As (µg/kg) Kết quả As (mg/kg) Trung bình As (mg/kg) 1 Cà chua M1-I01 0,5021 0,1 < LOD < LOD 2 M1-I02 0,5115 0,0 < LOD 3 M1-I03 0,5105 0,1 < LOD 4 Rau muống M2-I01 0,5145 322,1 0,322 0,317 ± 0,051 5 M2-I02 0,5121 295,0 0,295 6 M2-I03 0,5105 335,3 0,335 7 Rau đay M3-I01 0,5115 127,2 0,127 0,133 ± 0,014 8 M3-I02 0,4985 138,2 0,138 9 M3-I03 0,5125 135,1 0,135 10 Rau mồng tơi M4-I01 0,5116 125,3 0,125 0,126 ± 0,013 11 M4-I02 0,5127 122,4 0,122 12 M4-I03 0,4991 132,0 0,132 13 Cà Rốt M5-I01 0,5124 692,4 0,692 0,674 ± 0,054 14 M5-I02 0,5146 650,2 0,650 15 M5-I03 0,5131 681,1 0,681 16 Cá Rô Phi M6-I01 0,5112 370,2 0,370 0,367 ± 0,048 17 M6-I02 0,5125 385,0 0,385 18 M6-I03 0,4987 346,5 0,347 19 Cá trôi M7-I01 0,5129 223,3 0,223 0,208 ± 0,037 20 M7-I02 0,4984 208,2 0,208 21 M7-I03 0,5132 193,1 0,193
22 Cá Chép M8-I01 0,5015 178,4 0,178 0,163 ± 0,037 23 M8-I02 0,5109 163,1 0,163 24 M8-I03 0,5115 148,0 0,148 25 Tôm M9-I01 0,5117 170,1 0,170 0,187 ± 0,052 26 M9-I02 0,5145 210,0 0,210 27 M9-I03 0,5055 180,2 0,180 28 Ốc M10-I01 0,5085 820,3 0,820 0,853 ± 0,087 29 M10-I02 0,5126 850,1 0,850 30 M10-I03 0,5116 890,4 0,890 31 Trai M11-I01 0,5146 1200,0 1,200 1,243 ± 0,100 32 M11-I02 0,5151 1280,2 1,280 33 M11-I03 0,4985 1250,1 1,250 34 Sữa tiệt trùng IZZI có đƣờng
M12-I01 1,0 < LOD < LOD
< LOD 35 M12-I02 1,0 < LOD < LOD
36 M12-I03 1,0 < LOD < LOD 37 Sữa tiệt trùng
IZZI hƣơng dừa
M13-I01 1,0 < LOD < LOD
< LOD 38 M13-I02 1,0 < LOD < LOD
39 M13-I03 1,0 < LOD < LOD 40 Sữa tiệt trùng
IZZI hƣơng dâu
M14-I01 1,0 < LOD < LOD
< LOD 41 M14-I02 1,0 < LOD < LOD
42 M14-I03 1,0 < LOD < LOD
(*): Các mẫu sữa lấy 1,0 ml
Nhận xét: Kết quả phân tích mẫu có bốn mẫu, ba mẫu sữa tiệt trùng và một mẫu cà chua không phát hiện có hàm lƣợng asen, nói cách khác hàm lƣợng asen nhỏ hơn giới hạn phát hiện của phƣơng pháp. Các mẫu cá, mẫu rau, tôm, cua, ốc, trai phát hiện hàm lƣợng asen, tuy nhiên các kết quả đều nhỏ hơn tiêu chuẩn giới hạn tiêu chuẩn cho phép.
3.7 SO SÁNH KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ASEN BẰNG PHƯƠNG PHÁP HVG-AAS VỚI KẾT QUẢ PHÂN TÍCH BẰNG PHƯƠNG PHÁP ICP-MS
Kết quả phân tích As bằng phƣơng pháp HVG-AAS và ICP-MS đƣợc chỉ ra trong bảng sau:
Bảng 3.25: Kết quả phân tích As bằng phương pháp HVG-AAS và ICP-MS
TT Tên mẫu Kết quả phƣơng pháp ICP-MS As (mg/kg) Kết quả phƣơng pháp HVG -AAS As (mg/kg) F tinh (Fbảng = 9) S2c tTN (tbảng = 2,776)
1 Cà chua < LOD < LOD - - - 2 Rau muống 0,317 ± 0,051 0,345 ± 0,074 2,135 0,0007 1,326 3 Rau đay 0,133 ± 0,014 0,156 ± 0,034 5,845 0,0001 2,639 4 Rau mồng tơi 0,126 ± 0,013 0,139 ± 0,030 5,519 0,0001 1,630 5 Cà Rốt 0,674 ± 0,054 0,765 ± 0,134 6,150 0,0017 2,706 6 Cá Rô Phi 0,367 ± 0,048 0,408 ± 0,064 1,764 0,0005 2,174 7 Cá trôi 0,208 ± 0,037 0,225 ± 0,040 1,151 0,0002 1,312 8 Cá Chép 0,163 ± 0,037 0,204 ± 0,057 2,327 0,0004 2,603 9 Tôm 0,187 ± 0,052 0,216 ± 0,054 1,090 0,0005 1,669 10 Ốc 0,853 ± 0,087 0,891 ± 0,112 1,652 0,0016 1,141 11 Trai 1,243 ± 0,100 1,319 ± 0,179 3,199 0,0034 1,590 12 Sữa tiệt trùng
IZZI có đƣờng < LOD < LOD - - -
13 Sữa tiệt trùng
IZZI hƣơng dừa < LOD < LOD - - -
14 Sữa tiệt trùng
IZZI hƣơng dâu < LOD < LOD - - -
Nhận xét:
Với độ tin cậy α = 0,05 so sánh phƣơng sai của hai phƣơng pháp, ta có F tính < F bảng nghĩa là hai phƣơng pháp có độ chụm tƣơng tự nhau. So sánh kết quả phân
tích của hai phƣơng pháp, tTN < tbảng ta có thể kết luận rằng không có sự khác nhau về kết quả của hai phƣơng pháp. Vậy có thể kết luận rằng kết quả phân tích bằng phƣơng pháp HVG-AAS hoàn toàn phù hợp với kết quả phân tích bằng phƣơng pháp ICP-MS.
Phƣơng pháp ICP-MS có khoảng tin cậy nhỏ hơn so với khoảng tin cậy của phƣơng pháp HVG-AAS, điều này có thể lý giải là do phƣơng pháp ICP-MS có độ lặp lại tốt hơn. Vậy, kết quả phân tích asen trên các mẫu nghiên cứu bằng phƣơng pháp HVG-AAS là đúng và chính xác.
Qua kết quả phân tích asen trên các mẫu nghiên cứu bằng hai phƣơng pháp, các mẫu sữa tiệt trùng có hàm lƣợng asen nhỏ hơn giới hạn phát hiện của phƣơng pháp. Các mẫu rau muống, rau mồng tơi, rau đay, cà rốt đã phát hiện có hàm lƣợng asen, tuy nhiên hàm lƣợng asen vẫn nhỏ hơn tiêu chuẩn cho phép (1 mg/kg - QĐ 46/2007 của Bộ Y tế ), riêng có mẫu cà chua có hàm lƣợng asen nhỏ hơn giới hạn phát hiện của phƣơng pháp. Các mẫu thủy sản đều đã phát hiện hàm lƣợng asen, tuy nhiên hàm lƣợng asen trong các mẫu này đều nhỏ hơn tiêu chuẩn cho phép (2 mg/kg - QĐ 46/2007 của Bộ Y tế).
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Kết luận
Trên cơ sở nghiên cứu, phát triển và xây dựng phƣơng pháp xác định asen trong thực phẩm bằng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kĩ thuật hidrua hóa HVG-AAS chúng tôi đã thu đƣợc các kết quả nhƣ sau:
1. Đƣa ra các điều kiện tối ƣu để xác định asen bằng kĩ thuật hidrua hóa trên hệ thống VGA 77 - 240FS AA của Agilent.
2. Xác định đƣợc khoảng tuyến tính (0,5-20µg/L) và lập đƣờng chuẩn của asen. 3. Xác định đƣợc giới hạn phát hiện và giới hạn định lƣợng của phƣơng pháp (MDL = 10 µg/kg; LOQ = 30 µg/kg).
4. Đánh giá độ lặp lại và độ đúng của phép đo.
5. Đƣa ra đƣợc qui trình xử lý mẫu chung cho các đối tƣợng mẫu thực phẩm khác nhau. Phƣơng pháp có độ chụm tốt và độ đúng cao.
6. Ứng dụng qui trình vào phân tích xác đinh hàm lƣợng asen trong một số thực phẩm (rau; thủy sản: cá, tôm, ốc, trai; sữa tiệt trùng). Kết quả phân tích trên các mẫu thêm chuẩn cho hiệu suât thu hồi tƣơng đối cao từ 96 % đến 101 %.
7. Xác định hàm lƣợng asen trên các mẫu nghiên cứu bằng phƣơng pháp ICP- MS. So sánh kết quả phân tích asen bằng phƣơng pháp HVG-AAS với kết quả phân tích bằng ICP-MS, kết quả phân tích của hai phƣơng pháp không có sự khác nhau, nghĩa là kết quả phân tích asen trên các mẫu nghiên cứu bằng phƣơng pháp HVG- AAS phù hợp với kết quả phân tích bằng ICP-MS. Kết quả này chính là bằng chứng khách quan để khẳng định phƣơng pháp xác định asen bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kĩ thuật hidrua hóa có độ đúng tốt.
Qua thực nghiệm cho thấy phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kĩ thuật hidrua hóa là một phƣơng pháp phù hợp để xác định lƣợng vết As trong các loại mẫu thực phẩm khác nhau với độ nhạy cao, độ chính xác cao và độ chọn lọc cao.
Kết quả phân tích các mẫu thực phẩm đƣợc lấy tại chợ Túc Duyên – Thành phố Thái Nguyên hàm lƣợng asen trong các mẫu rau, các mẫu thủy sản (cá, tôm, ốc, trai) vẫn trong giới hạn tiêu chuẩn cho phép. Các mẫu sữa tiệt trùng không phát hiện có hàm lƣợng asen (hàm lƣợng asen nhỏ hơn giới hạn phát hiện của phƣơng pháp).
Đề nghị
Do thời gian thực hiện đề tài có hạn nên chúng tôi chƣa tiến hành nghiên cứu đƣợc nhiều các yếu tố ảnh hƣởng đến phép đo nhƣ loại chất khử khác nhau và nhiệt độ của phản ứng khử As(V) về As(III), ảnh hƣởng của một số anion (Cl-
, PO43-, S2-) cũng nhƣ chƣa phân tích đƣợc nhiều loại thực phẩm trên các địa bàn khác nhau. Chúng tôi chƣa tính đƣợc độ tái lặp của phƣơng pháp, độ không đảm bảo đo của phƣơng pháp, chƣa tính đƣợc độ đúng của phƣơng pháp trên mẫu chuẩn (CRM), chúng tôi chƣa có điều kiện áp dụng phƣơng pháp này vào tham gia một chƣơng trình thử nghiệm thành thạo để đánh giá độ tin cậy của phƣơng pháp. Trong đề tài này chúng tôi chỉ dừng lại ở việc xác định tổng hàm lƣợng asen, chƣa xác định đƣợc hàm lƣợng riêng rẽ các dạng asen có trong mẫu. Vì vậy chúng tôi mong rằng sẽ sớm có đề tài nghiên cứu toàn diện về xác định vấn đề này và kết luận chính xác về tình hình ô nhiễm asen trong thực phẩm trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Đỗ Văn Ái, Mai Trọng Nhuận, Nguyễn Khắc Vinh (2000), “Một số đặc điểm phân bố asen trong tự nhiên và vấn đề ô nhiễm asen trong môi trường tại Việt Nam”, Hội thảo quốc tế về ô nhiễm asen.
2. Đặng Văn Can, Đào Ngọc Phong (2000), “Đánh giá tác động của asen tới môi sinh và sức khỏe con người ở vùng mỏ nhiệt dịch có hàm lượng asen cao”, Tập san địa chất và khoáng sản, tập 7, trang 199.
3. Trịnh Bích Hà (2008), “Nghiên cứu, phân tích, đánh giá mức độ ô nhiễm asen trong nguồn nước sinh hoạt tại khu vực quận Hoàng Mai - Hà Nội”, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Sƣ phạm Hà Nội.
4. Nguyễn Thị Thu Hằng (2008), “Nghiên cứu các điều kiện xác định các dạng asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử”, Luận văn thạc sĩ khoa học,
Đại học Khoa học tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội.
5. Trần Tứ Hiếu (2003), Các phương pháp phân tích công cụ phần 2, Đại học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội.
6. Phạm Thị Thanh Hồng (2009), “Nghiên cứu xác định tổng số và tổng dạng asen trong một số hải sản bằng phương pháp trắc quang”, Luận văn thạc sĩ khoa học hóa học, Đại học Sƣ phạm – Đại học Thái Nguyên.
7. Hội thảo quốc tế (2000), “Ô nhiễm asen: Hiện trạng, tác động đến sức khỏe con người và các giải pháp phòng ngừa”, Hà Nội, 12/2000.
8. Phạm Luận (1998), Cơ sở lý thuyết phương pháp phân tích phổ phát xạ và hấp thụ nguyên tử phần II, Đại học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội. 9. Phạm Luận (2003), Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử, NXB Đại
học Quốc gia Hà Nội.
10. Phạm Luận (1999/2003), Vai trò của muối khoáng và các nguyên tố vi lượng đối với sự sống của con người, Đại học Khoa học tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội. 11. Hoàng Nhâm (2000), Hóa học vô cơ, tập 2, NXB Giáo dục.
12. Hồ Viết Quí (1999), Các phương pháp phân tích quang học trong hóa học,