Nội dung

Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học - Tập 20, Số 1/2015 XÁC ĐỊNH Cd, Cu, Pb và Zn TRONG SỮA BỘT BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHA LOÃNG ĐỒNG VỊ (ID-ICP-MS) Đến tòa soạn 13 – 10 – 2014 Vũ Văn Tú, Phạm Hải Long, Nguyễn Thị Huệ Viện Công nghệ môi trường, Viện KHCNVN, 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội SUMMARY DETERMINATION OF Cd, Cu, Pb AND Zn IN MILK BY ISOTOPE DILUTION METHOD (ID - ICP - MS) Metals Cd, Cu ,Pb and Zn in milk has been analyzed by isotope dilution ICP–MS. Isotopes 110Cd, 65Cu, Pb207 and 68Zn were used in diluted isotopes. Found a mixture of digestates and suitable temperature to digest 0.2 g of milk . LODs and LOQs respectively from 2.0 to 16 µg.kg-1 and 6.0 to 48 µg.kg-1. Recoveries in the range 88 to 104 % . The relative standard deviation is less than 2 %. Từ khóa: 110Cd, 65Cu, Pb207 và 68Zn, ICP-MS, phương pháp pha loãng đồng vị, sữa. 1. MỞ ĐẦU Hàm lƣợng kim loại nặng trong thực phẩm đƣợc quy định rất nhỏ (QCVN 81:2011 BYT), đối với trẻ em thì lƣợng kim loại độc hại càng yêu cầu kiểm soát chặt chẽ do tính nhạy cảm của trẻ em và giới hạn tính độc của các kim loại đƣợc xác định theo hàm lƣợng kim loại đƣợc đƣa vào/Kg trọng lƣợng cơ thể/ngày (WHO và FAO). Khẩu phần ăn của trẻ em từ 6-24 tháng tuổi tập trung chủ yếu là rau, sữa và bột ngũ cốc. Trong đó, sữa chiếm phần chính của khẩu phần ăn và là nguồn cung cấp dƣỡng chất, năng 100 lƣợng chủ yếu. Sự cần thiết và tiện dụng của sữa đã làm cho thị trƣờng sữa bùng phát, thực tế khó có thể thống kê đầy đủ các nhãn hiệu và chủng loại sữa cũng nhƣ các dạng bột ngũ cốc. Việc lựa chọn đƣợc sữa an toàn là rất cảm tính. Theo quy định của bộ Y tế, trong giới hạn chì tối đa rất thấp 0,02 mg/Kg … Kim loại trong sữa thƣờng ở dạng vết. Kỹ thuật quang phổ hấp thụ nguyên tử lò graphit chỉ phát hiện tối đa với Pb là 0,1 mg/Kg trong mẫu, còn nhỏ hơn thƣờng phép đo không ổn định, sai số có thể lên tới 100% -200%. Phƣơng pháp quang phổ plasma ghép nối khối phổ (ICP-MS) sử dụng kỹ thuật đo pha loãng đồng vị có độ nhạy, chính xác cao và lặp lại rất tốt. Trong nghiên cứu này, chúng tôi nghiên cứu quy trình xác định đồng thời Cd, Cu, Pb và Zn trong mẫu sữa. Bằng phƣơng pháp pha loãng đông vi (ZD-ICP/MS) 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Thiết bị và hóa chất 2.1.1. Thiết bị Máy ICP - MS: ELAN 9000 Perkin Elmer, Mỹ, Bộ đƣa mẫu tự động FAST SC-2DXS , Perkin Elmer, Mỹ.. Thiết bị phân hủy mẫu Microwave Speed Wave, Đức. Micropipet 2 - 20 L, 20 - 200 L, 100 - 1000 L, 1000 - 5000 L, Epensdorf, Đức. Chén teflon 50 mL, 100 mL. Bình định mức 10, 20, 50, 100 mL. Duran, Đức. 2.1.2. Hóa chất Các đồng vị 110Cd, 65Cu, và 68Zn của hãng Trace Sciences International Corp.; Canada, Đồng vị 207Pb của hãng SPEX CertiPrep, USA. Chuẩn ERM-BD151 của Europe. Axit HNO3, HCl, H2SO4, H3PO4, HF, H2O2, chuẩn kim loai Cd, Cu, Pb, Zn của Merck và Cica, nƣớc cất siêu sạch có điện trở 18,2 M Millipore. Khí Ar > 99,999 % (> 5,0) Messer, Singapor. 2.2. Nội dung nghiên cứu Hàm lƣợng Cd, Cu, Pb và Zn trong sữa thƣờng ở dạng vết. Để có đƣợc phƣơng pháp phân tích chính xác, chúng tôi nghiên cứu các vấn đề sau: - Nghiên cứu phân hủy mẫu * Cân 0,2 gam sữa bột vào các bình phân hủy mẫu của lò vi sóng SW-4 khác nhau, một nửa số mẫu thêm 25 L dung dịch chuẩn (Cd 1 ppm, Cu 20 ppm, Zn 100 ppm và Pb 2 ppm), một nửa số mẫu còn lại không thêm chuẩn. Từng cặp mẫu thêm chuẩn và không thêm chuẩn đƣợc thêm 5ml axit các loại axit đặc HNO3, HCl, H3PO4, H2SO4, hỗn hợp HNO3 và HCl (tỷ lệ 1:3), hỗn hợp HNO3 và H2O2 (tỷ lệ 4:1), hỗn hợp HNO3 , H2SO4 và HF (tỷ lệ 4:1:1) và phân hủy trong lò vi sóng. Sau khi phân hủy mẫu đƣợc hòa tan và định mức tới 25 ml bằng nƣớc cất và đem phân tích trên thiết bị ICP-MS. * Cân 0,2 gam sữa bột vào các bình phân hủy mẫu của lò vi sóng SW-4 khác nhau, một nửa số mẫu thêm 25 L dung dịch chuẩn (Cd 1 ppm, Cu 20 ppm, Zn 100 ppm và Pb 2 ppm), một nửa số mẫu còn lại không thêm chuẩn. Từng cặp mẫu thêm chuẩn và không thêm chuẩn đƣợc phân hủy trong lò vi sóng với nhiệt độ khác nhau. Sau khi phân hủy mẫu đƣợc hòa tan và định mức tới 25 ml bằng nƣớc cất và đem phân tích trên thiết bị ICP-MS. * Khảo sát lƣợng đồng vị thêm vào phù hợp. Để đánh giá ảnh hƣởng của lƣợng đồng vị thêm vào thì cần biết khoảng nồng đồng trong mẫu cần phân tích. Trƣớc tiên các mẫu sữa bột đƣợc phân tích trên ICP-MS thông thƣờng. Xác định giá trị trung bình của các nguyên tố trong các loại mẫu. Chuẩn bị mẫu chuẩn có nồng độ tƣơng ứng giá trị trung bình 101 tìm đƣợc và thêm lƣợng đồng vị của các Xác định mức độ ảnh hƣởng của nền. nguyên tố vào mẫu tƣơng ứng với giá trị R * Xác định giới hạn phát hiện và định ( R = lƣợng đồng vị thêm) nồng độ nguyên lƣợng của các nguyên tố trên thiết bị tố ) từ 0,1 đến 10 lần. Phân tích xác định ICP-MS dựa trên các điều kiện tối ƣu đã bằng kỹ thuật pha loãng đồng vị, lƣợng khảo sát. thêm chuẩn phù hợp là khi tìm đƣợc giá trị * Đánh giá độ lặp, độ lệch chuẩn, độ thu gần bằng với giá trị mẫu chuẩn. hồi của phƣơng pháp. * Khảo sát các ảnh hƣởng do trùng số * Phân tích các mẫu chuẩn đƣợc công khối của các thành phần chính trong nhận bằng kỹ thuật ID-ICP-MS. mẫu sữa. Để đánh giá ảnh hƣởng của các * Phân tích mẫu thực tại một số khu vực thành phần trong nền mẫu cần biết các trên địa phận thành phố Hà Nội. thành phần chính trong mẫu cần phân 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN tích. Trƣớc tiên các mẫu đƣợc phân tích 3.1. Nghiên cứu phân hủy mẫu sữa trên ICP-MS thông thƣờng. Pha mẫu có bằng các hỗn axit, chất oxi hóa khác nồng độ các nguyên tố có nồng độ tƣơng nhau ứng với nồng độ trong mẫu. Thêm lƣợng Nghiên cứu phân hủy mẫu, các loại axit Na, Ca, Mg, Ba, Sr ở mức tối đa có trong và hỗn hợp các chất oxihoa đã đƣợc thử mẫu và cộng thêm 20, 40 60 và 100%. nghiệm và cho kết quả nhƣ sau: Bảng 3.1. Kết quả khảo sát bằng quá trình xử lí mẫu Bằng các loại axit khác nhau Bằng các loại axit khác nhau Loại axit HNO3, H3PO4 H2SO4 HNO3&HCl HNO3&H2O2 H2SO4 & HF Cd 95 85 87 85 94 97 96 Cu 97 87 85 82 95 99 95 Pb 97 83 83 80 93 98 97 Zn 98 88 88 84 96 96 96 Bảng 3.1 chỉ ra phân hủy mẫu sử dụng phân hủy mẫu. axit HNO3 hay hỗn hợp HNO3 và HCl 3.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt hoặc hỗn hợp HNO3 và H2O2 hoặc hỗn độ đến qúa trình phân hủy mẫu sữa hợp HNO3 , H2SO4 và HF đều cho hiệu bột suất thu hồi đối với các đồng vị tốt (từ Sau khi đã chọn đƣợc loại hỗn hợp chất 87 đến 98 %). Thực nghiệm quan sát phân hủy mẫu, chúng tôi tiến hành khảo nhận thấy hỗn hợp HNO3 và H2O2 là cho sát nhiệt độ phân hủy trong lò vi sóng mẫu đồng nhất và ít nguy hiểm hơn. Vì cho phù hợp. Các kết quả thu đƣợc nhƣ vậy, các nghiên cứu tiếp theo đều sử trong bảng 3.2. dụng hỗn hợp HNO3 và H2O2 cho việc HNO3 HCl 102 Bảng 3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phân hủy Nguyên tố Nhiệt độ phân hủy Hiệu suất thu hồi (%) trong lò vi sóng (oC) Cd 60 80 100 120 140 160 180 Cu 96 97 98 Mẫu chƣa tan hết Pb 95 97 97 Zn 93 95 96 Cd 96 98 96 Bảng 3.2 chỉ ra nhiệt độ phân hủy mẫu thực nghiệm khảo sát lƣợng thêm đồng o thích hợp từ 140 đến 180 C. Tuy nhiên, vị. Pha mẫu nƣớc có nồng độ các o để đảm bảo đề tài chọn nhiệt độ 160 C nguyên tố có nồng độ tƣơng ứng với cho các nghiên cứu tiếp theo. nồng độ trong mẫu sữa bột sau phân hủy (Cd: 0,1 µg/L, Cu: 60 µg/L, Pb: 1,5 3.3. Khảo sát lƣợng đồng vị thêm vào µg/L, Zn: 400 µg/). Thêm lƣợng đồng vị phù hợp cho phân tích mẫu sữa bột Để đánh giá ảnh hƣởng của lƣợng đồng của các nguyên tố vào mẫu tƣơng ứng vị thêm vào, cần biết khoảng nồng đồng với giá trị R ( R = lƣợng đồng vị thêm vị trong mẫu cần phân tích. Trƣớc tiên và ( nồng độ nguyên tố ) từ 0,05 đến 20 các mẫu sữa bột đƣợc phân tích trên lần. Kết quả phân tích đƣợc thể hiện ICP-MS thông thƣờng. Sau khi có số trong bảng 3.3 nhƣ sau: liệu về khoảng nồng độ, chúng tôi đã Bảng 3.3. Kết quả khảo sát lượng đồng vị R - 0,05 0,1 0,25 0,5 1 2 4 5 10 20 110 0.000 0.005 0.01 0.025 0.05 0.1 0.2 0.4 0.5 1 2 Cd/ Cd 0.435 0.569 0.763 1.288 2.158 3.915 7.466 14.64 18.38 37.46 99.88 0.130 0.106 0.102 0.101 0.100 0.099 0.098 0.097 0.094 0.070 130 106 102 101 100 99 98 97 94 70 Đồng vị giàu tỷ lệ 110 Cd (µg/L) 114 Cd Cd (µg/L) Độ chính xác (%) Đồng vị giàu Cu (µg/L) 0.000 3 6 15 30 60 120 240 300 600 1200 tỷ lệ 65Cu/63Cu 0.446 0.500 0.580 0.797 1.154 1.891 3.396 6.407 7.975 16.16 42.97 79.20 64.80 61.80 61.20 60.00 58.80 58.20 57.60 55.20 40.80 132 108 103 102 100 98 97 96 92 68 65 Cu Cu (µg/L) Độ chính xác (%) Đồng vị giàu tỷ lệ 207 207 0.000 0.08 0.15 0.38 0.75 1.50 3.00 6.00 7.50 15.00 30.00 Pb/ Pb 0.422 0.492 0.595 0.876 1.348 2.330 4.316 8.373 10.47 21.63 59.14 2.025 1.650 1.575 1.545 1.500 1.470 1.440 1.425 1.350 0.975 135 110 105 103 100 98 96 95 90 65 0.000 20 40 100 200 400 800 1600 2000 4000 8000 0.670 0.803 0.990 1.524 2.410 4.255 8.060 15.76 19.54 41.40 110.9 540.0 448.0 420.0 412.0 400.0 388.0 380.0 380.0 352.0 260.0 135 112 105 103 100 97 95 95 88 65 Pb (µg/L) 208 Pb Pb (µg/L) Độ chính xác (%) Đồng vị giàu 68 Zn (µg/L) tỷ lệ 68Zn/66Zn Zn Zn (µg/L) Độ chính xác (%) 103 Kết quả bảng 3.3 chỉ ra rằng, hàm lƣợng tích. Trƣớc tiên các mẫu sữa bột đƣợc thêm chuẩn trong khoảng từ 1 đến 4 lần phân tích trên ICP-MS thông thƣờng. mẫu thực thì kết quả đo đƣợc đạt 95 đến Sau khi có số liệu về các thành phần 106 phần trăm so với kết quả trong mẫu chính có khả năng ảnh hƣởng, đề tài đã thực. Nếu việc thêm chuẩn lớn quá hoặc thực nghiệm khảo sát lƣợng thêm đồng nhỏ quá 5 lần thì kết quả tìm đƣợc vị. Thêm lƣợng Na, Ca, Mg, Ba, Sr ở không còn chính xác. mức tối đa có trong mẫu và cộng thêm 20, 40 60 và 100%. Kết quả phân tích 3.4. Khảo sát các ảnh hƣởng do trùng đƣợc thể hiện trong bảng 3.4 nhƣ sau: số khối của các thành phần chính trong mẫu sữa Để đánh giá ảnh hƣởng của các thành phần trong nền mẫu thì cần biết các thành phần chính trong mẫu cần phân Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nền mẫu Lƣợng các Kết quả tìm thấy so với mẫu thực (%) Loại yếu tố ảnh hƣởng Max + Max + Max + Max + sữa Max 20% 40% 60% 100% Nguyên tố Cd 100 103 101 102 105 Cu 100 101 104 105 108 Sữa bột Pb 100 102 104 102 103 Zn 100 103 105 103 107 Nhận xét: Kết quả bảng 3.4 chỉ ra rằng, hàm lƣợng thành phần chính của mẫu gần nhƣ không ảnh hƣởng tới kết quả phân tích. Khi lƣợng Na, Ca,.. vƣợt tới 100% mức vẫn tồn tại trong sữa mới ảnh hƣởng tới kết quả nhƣng mức ảnh hƣởng dƣơng chƣa tới 10%. 3.5. Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lƣợng. Xác định giới hạn phát hiện và định lƣợng của phƣơng pháp dựa trên việc phân tích 7 lần mẫu hàm lƣợng thấp và 7 mẫu trắng. Giới hạn phát hiện và định lƣợng của phƣơng pháp nhƣ sau: 104 Nguyên tố Cd (µg/L) Cd (mg/Kg) Cu (g/L) Cu (mg/Kg) Pb (µg/L) Pb (mg/Kg) Zn (µg/L) Zn (mg/Kg) LOD 0,013 0,002 0,03 LOQ 0,039 0,006 0,09 0,004 0,02 0,0025 0,13 0,016 0,012 0,06 0,0075 0,39 0,048 3. . Đánh giá độ lặp lại, độ thu hồi Nghiên cứu xác định độ lệch chuẩn, độ lặp lại và độ thu hồi của các nguyên tố bằng phƣơng pháp pha loãng đồng vị ID-ICP-MS. Chúng tôi đã nghiên cứu xác định độ lệch chuẩn, độ lặp lại và độ thu hồi của các nguyên tố trong mẫu sữa nhƣ sau: Độ lặp lại của và độ thu hồi của Zn là 0,76% và 95% Độ lặp lại của và độ thu hồi của Cu là 0,63% và 97% Độ lặp lại của và độ thu hồi của Pb là 1,67% và 88% Độ lặp lại của và độ thu hồi của Cd là 1,87% và 103% 3. . Phân tích mẫu chuẩn. Để đánh giá phƣơng pháp, chúng tôi phân tích một số ERM- BD151 kết quả nhƣ sau: Bảng 3.7. Kết quả phân tích mẫu chuẩn được công nhận Kết quả phân tích Giá trị đƣợc công (IDnhận (ERMKim ICPMS) BD151) loại mg/Kg mg/Kg Cd 0,109 0,106±0,013 Pb Cu 0,210 5,09 0,207±0,014 5±0,23 Zn 45,63 44,9±2,3 Kết quả phân tích nằm trong giới hạn cho phép. Nhƣ vậy, kỹ thuật đo pha loãng đồng vị ICP-MS đảm bảo cho kết quả tốt. 3.8. Áp dụng các điều kiện tối ƣu trong phân tích mẫu thực tế Kết quả phân tích cho thấy hàm lƣợng các nguyên tố trong sữa bột nằm trong khoảng: Cd: 4,6 đến 64,6 µg/Kg, trung bình 8,7 µg/Kg Pb: 46 đến 296 µg/Kg, trung bình 128 µg/Kg Cu: 1,10 đến 24,63 mg/Kg, trung bình 5,21 mg/Kg Zn: 14,63 đến 92,00 mg/Kg, trung bình 52,99 mg/Kg 4. KẾT LUẬN Đã chọn đƣợc hỗn hợp axit HNO3:H2O2 theo tỷ lệ 4:1 là hỗn hợp chất phân hủy. Nhiệt độ phân hủy của lò vi sóng phù hợp là 160oC. Tỷ lệ đồng vị thêm vào thích hợp trong khoảng 1-4 lần nồng độ các nguyên tố có trong mẫu. Giới hạn phát hiện thu đƣợc nằm trong khoảng 0,002 đến 0,016 mg/Kg. Kỹ thuật phân tích này cho kết quả tốt với mẫu chuẩn ERM-BD151. Hàm lƣợng Cd, Cu, Pb và Zn trong sữa bột trung bình 0,0087; 5,21; 0,128 và 52,99 mg/kg tƣơng ứng. LỜI CẢM ƠN Bài báo đƣợc hoàn thành trên cơ sở nghiên cứu của đề tài VAST 07.02/1213. Tác giả xin chân thành cảm ơn Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam – 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Hội đã hỗ trợ kinh phí thực hiện đề tài. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Tạ Thị Thảo, Nguyễn Văn Thuần. Ứng dụng phƣơng pháp khối phổ cao tần cảm ứng ( ICP-MS) để phân tích đánh giá hàm lƣợng kim loại nặng trong một số cây thuốc nam và đất trong cây thuốc. Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học, 2010. (xem tiếp tr.110) 105