Nghiên cứu ứng dụng xây dựng quy trình phân tích thủy ngân trong nước tiểu bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

26/10/2018

I. ĐẶT VẤN ĐỀ

Thế kỉ 21, với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ, được ứng dụng nhanh chóng và hiệu quả vào các ngành công nghiệp.Tuy nhiên, đi đôi với lợi ích của các ngành công nghiệp thì vấn đề ô nhiễm môi trường do các tác nhân kim loại nặng, đặc biệt là ô nhiễm thủy ngân(Hg) đang được sự quan tâm nghiên cứu. Nguy cơ gây ô nhiễm thủy ngân vào môi trường là từ các ngành công nghiệp khác nhau, được sử dụng nhiều trong các ngành sản xuất linh kiện điện tử, các ngành luyện kim, các khu công nghiệp sản xuất clo, thép và vàng… Ngoài ra còn ở nhiều lĩnh vực ngành nghề khác như các ứng dụng thiết bị y học, bảo quản vaxinvà trong các phòng thí ngiệm…

Thủy ngân là một kim loại nặng có độc tính và các nghiên cứu trên thế giới đã đưa ra bằng chứng sự ảnh hưởng nghiêm trọng của thủy ngân tới sức khỏe con người. Thế giới đã có nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của thủy ngân đến người lao động (NLĐ) làm việc trong các ngành nghề như luyện kim, sản xuất linh kiện, nhà máy sản xuất thép, vàng… và nhiều nước trên thế giới công nhận thủy ngân là tác nhân gây nên bệnh nghề nghiệp được bảo hiểm.Vì vậy, việc xây dựng quy trình phân tích thủy ngân trong dịch sinh học là rất cần thiết và đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới tiến hành theo nhiều phương pháp được công bố như: phương pháp phân tích khối lượng, phương pháp phân tích thể tích, phương pháp điện hóa, phương pháp phổ phân tử, phương pháp phân tích phổ phát xạ nguyên tử, phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa…

Tại Việt Nam, đã có một số nghiên cứu về ảnh hưởng của kim loại này đến NLĐ ở một số ngành nghề và nhiễm độc thủy ngân đã được công nhận là bệnh nghề nghiệp năm 2016 theo Thông tư 15/2016/TT-BYT. Trên thế giới có nhiều phương pháp phân tích định lượng thủy ngân trong dịch sinh học như : phân tích định lượng vết thủy ngân trong nước tiểu bằng phương pháp điện thế[1, 2], phương pháp phổ ICP- AES, phương pháp phổ ICP-MS[3, 4], phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS), phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kĩ thuật hóa hơi lạnh ( CV-AAS)[5, 6]. Mặt khác, ở Việt Nam chưa có nhiều phương pháp phân tích thủy ngân trong nước tiểu trên những thiết bị công nghệ hiện đại cho độ chính xác cao và giới hạn phát hiện thấp.

Vì vậy chúng tôi tiến hànhNghiên cứu xây dựng quy trình phân tích thủy ngân trong nước tiểu bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử”với mục tiêu:

1.Xây dựng được quy trình phân tích thủy ngân trong nước tiểu bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử - kĩ thuật hóa hơi lạnh (CV-AAS)” trong giới hạn phát hiện của quy trình là 0.05µg/l, độ chính xác trên 85%.

2. Khảo sát  ứng dụng quy trình trên 35 công nhân làm tại bộ phận sản xuất linh kiện điện tử  tại công ty Glonics Thái Nguyên.

II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng nghiên cứu

- Quy trình phân tích Hg trong nước tiểu theo quy trình của tác giả G A Hams [6] đưa vào ứng dụng nghiên cứu.

- 35 công nhân làm việctrong bộ phân sản xuất linh kiện điện tửtại công ty Glonics Thái Nguyên để nghiến cứu ứng dụng.

2.2.Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Thiết kế nghiên cứu

Thử nghiệm xây dựng quy trình phân tích Hg trong nước tiểutrong phòng thí nghiệm kết hợp với nghiên cứu ứng dụng mô tả cắt ngang.

2.2.2. Phương pháp kỹ thuật áp dụng nghiên cứu

Thử nghiệm ứng dụng phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật hóa hơi lạnh (CV-AAS)[6]

-  Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ, hóa chất sử dụng


Chuẩn bị dung dịch

Phương pháp phân tích được xây dựng theo nghiên cứu của G A Hams[6]. Các dung dịch phân tích được chuẩn bị như sau:

- Dung dịch chất khử và chất mang (điều kiện phản ứng hóa hơi thủy ngân xảy ra):

Chất khử: NaBH40.3%( w/v) + NaOH 0.075% (w/v)

Chất mang: HCl 3% (v/v)

- Pha dung dịch chuẩn (pha trong HCl 3%): Dung dịch Hg gốc có nồng độ  1000µg/L

- Các dung dịch xử lý mẫu:

            HNO3 35%, H2SO4 50%, KMnO4 5%, K2S2O8 2,5%, NaCl 3%, NH2OH.HCl 5%

- Xử lý mẫu:Mẫu được lấy ra từ tủ âm sâu giã đông bằng cách để trong ngăn mát tủ lạnh thường sau khi giã đông đưa ra ngoài để để phân tích. Trước khi phân tích phải lắc đều.

Quy trình thực hiện xử lý mẫu:

Bước 1: 2ml nước tiểu cho vào ống nghiệm thuỷ tinh, thêm 0.1ml HNO3 35%, 0.2ml H2SO4 50% và 0.5ml KMnO4 5%

Bước 2: Để ở nhiệt độ phòng trong 15 phút. Nếu màu sắc của mẫu thay đổi từ màu tím sang màu nâu thì thêm 0.5ml KMnO4 5% để chuyển toàn bộ các dạng tồn tại của thủy ngân về Hg2+ trộn lẫn và để yên thêm 15phút. Thêm KMnO4 5% tới khi màu tím của mẫu không chuyển sang màu nâu.

Bước 3: Thêm 0.4ml dung dịch K2S2O8 2,5% và ủ ở 90oC trong 90 phút, sau đó để nguội

Bước 4: Thêm 0.5ml butan-1-ol, thêm tiếp 0.2 ml NH2OH.HCl 5% lắc đều đến khi dung dịch mất màu (khử hết lượng dư chất oxy hóa) và định mức lên 10ml với nước cất.

- Mẫu khảo sát:Mẫu khảo sát cho quy trình phân tích Hg trong mẫu nước tiểu:2ml Hg chuẩn đem xử lý như quy trình xử lý mẫu trên.

 Chuẩn bị đối tượng nghiên cứu và lấy mẫu

            - Lấy mẫu:Mẫu nước tiểu của công nhân làm việc tại cơ sở được lấy vào cuối ca làm việc ( sau 6-8h làm việc). Mẫu được thu thập vào ống nước tiểu nhựa PPE 15ml, sau khi lấy xong được bảo quản ở 4-6oC đưa về phòng thí nghiệm để tiến hành phân tích.

            - Bảo quản mẫu: Mẫu bảo quản ở nhiệt độ 4-6oC giữ được từ 2-4 tuần, bảo quản ở -20oC đến -80oC lưu giữ được trong 6 tháng.

3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3.1. Chuẩn hóa các điều kiện cho phép đo phổ hấp thụ nguyên tử kỉ thuật hóa hơi lạnh cho nguyên tố Hg

Việc nghiên cứu chọn các thông số đo phù hợp với phép phân tích định lượng một nguyên tố hóa học là một công việc rất cần thiết và quan trọng trong kỹ thuật AAS nói chung và kỹ thuật hóa hơi lạnh nói riêng (CV-AAS). Sử dụng những dung dịch đã chuẩn bị trong phần phương pháp chúng tôi tiến hành khảo sát các thông số của máythu được kết quả như sau:

Khi khảo sát vạch phổ của nguyên tố Hg (với 2 vạch phổ 184.9nm và 253.7nm), độ rộng khe đo trên máy (0.2nm, 0.7nm và 2nm), cường độ đèn (từ 65% đến 85% cường độ đèn tối đa), vị trí cuvet trên giá đặt cuvet sao cho năng lượng đèn qua cuvet đạt 75% năng lượng lớn nhất của đèn khi chưa hạ cuvet xuống vị trí đo mẫu. Nhóm nghiên cứu thu được kết quả là: tại tại vạch phổ 253.7nm, khe đo 0.7nm, cường độ đèn 75% Imaxvà chiều cao và chiều sâu cuvet lần lượt ở 28.44mm và 9.44mmcho độ hấp thụ tốt nhất và ổn định nhất. Chính vì vậy nhóm nghiên cứu đã chọn các giá trị trong trên là các giá trị cho việc khảo sát các điều kiện tiếp theo.

3.1.1. Kết quả khảo sát các điều kiện hóa hơi lạnh thủy ngân

Quá trình hóa hơi mẫu của kỹ thuật hóa hơi lạnhxảy ra theo 4 bước kế tiếp nhau trong thời gian tổng cộng từ 80-100 giây[7]. Các giai đoạn đó là: chuẩn bị bơm mẫu, hút mẫu, bơm mẫu và đo tín hiệu hơi thủy ngân thu được.Mỗi giai đoạn đều có vai trò nhất định trong quá trình nguyên tử hóa mẫu và liên quan chặt chẽ với nhau. Để có kết quả phân tích tốt nhóm nghiên cứu tiến hành khảo sát từng giai đoạn để tìm được điều kiện phù hợp nhất cho quá phản ứng hóa hóa hơi thủy ngân với các giá trị cụ thể như sau:

Với các điều kiện khảo sát ở trên kết quả thu được ở bảng dưới đây:


Tức là tại các giá trị trong bảng trên nhóm nghiên cứu nhận thấy độ hấp thụ quang tốt nhất và ổn định nhất.Chính vì vậy nhóm nghiên cứu để chọn các giá trị trong bảng trên làm giá trị ở giai đoạn hóa hơi mẫu cho quy trình phân tích Hg trong nước tiểu.

3.1.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo phổ hấp thụ thủy ngân với phép đo CV-AAS

Nhóm nghiên cứu xác định một số yếu tố ảnh hưởng chính là: nồng độ chất khử NaBH4/NaOH, nồng độ chất mang HCl, tốc độ dòng khí Ar, tốc độ hút NaBH4 và HCl. Kết quả khảo sát cụ thể được trình bày dưới đây:

3.1.2.1. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ chất khử NaBH4 trong NaOH

Theo kết quả nghiên cứu của Phạm Luận[7], G A Hams[6] và phương pháp phân tích Hg trong nước tiểu của CDC [8]trong phân tích kim loại nặng bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật hóa hơi lạnh thì nồng độ NaBH4 trong NaOH  được xem là yếu tố quan trọng cho kết quả phân tích tốt nhất. Chính vì vậy nhóm nghiên cứutiến hành khảo sát nồng độ NaBH4 trong NaOH trên quy trình phân tích Hg nước tiểu. Nghiên cứu đã tiến hành khảo sát tỉ lệ nồng độ NaBH4: NaOH lần lượt ở các mức: 5:1, 4:1, 3:1, tỉ lệ 4:1 cho kết quả phân tích tốt nhất. Vì vậy nghiên cứu chọn tỉ lệ NaBH4: NaOH là 1:1 là tỉ lệ cố định để tiến hành khảo sát nồng độ NaBH4 trong NaOH. Kết quả khảo sát thu được ở bảng dưới đây:


Kết quả khảo sát cho thấy nồng độ NaBH4 lớn quá thu được tín hiệu phân tích không tốt do  1 phần Hg2+ trong mẫu bị NaBH4 khử, nồng độ NaBH4 nhỏ không đủ để sinh ra khí H2 hóa hơi hết lượng Hg trong mẫu phân tích và nồng độ NaBH4 0.4% trong NaOH 0.1% là vừa đủ thu được tín hiệu tốt nhất nên nghiên cứu chọn đây là đièu kiện tối ưu để tiến hành khảo sát các điều kiện tiếp theo.

3.1.2.2. Khảo sát nồng độ chất mang HCl

Nồng độ HCl có ảnh hưởng tới quá trình nguyên tử hóa của thủy ngân do lượng H+ có mặt trong phản ứng hóa hơi: Hg2+ + 4BH+ 2H+ → 2B2H6 + 2H2 + HgH2 nên lượng H+ làm ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng, nồng độ H+ phải vừa đủ cho phản ứng xảy ra hoàn toàn.


Kết quả khảo sát cho thấy khi tăng nồng độ axít từ 1-3% thì độ hấp thụ quang của mẫu cũng tăng lên đáng kể nhưng khi tăng tiếp từ 3-5% thì độ hấp thụ quang tăng lên không đáng kể. Vì vậy nghiên cứu chọn nồng độ axít tối ưu là 3%, từ đó có thể tiết kiệm hóa chất trong phân tích mẫu hàng loạt mà vẫn cho kết quả phân tích tốt.

3.1.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng khí Argon (Ar)

Nhóm nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng khí Argon 20ml/phút, 30ml/phút, 35ml/phút, 40ml/phút, 50ml/phút. Với hợp với các điều kiện tối ưu đã được khảo sát ở trên kết quả thu được như sau:


Từ kết quả cho thấy tốc độ dòng khí Ar ảnh hưởng đến kết quả của phép đo rất rõ rệt. Tốc độ khí Ar 40ml/phút cho kết quả phân tích tốt nhất. Khi tăng tốc độ dòng khí Ar từ 10-40ml/phút thì độ hấp thụ quang cũng tăng dần đến khi tăng tốc độ lên 50ml/phút thì độ hấp thụ quang giảm.Điều đó cho thấy tốc độ dòng khí chưa đủ làm cho nguyên tử hóa Hg không hết trong mẫu hoặc tốc độ dòng khí quá lớn làm cho các dung dịch trong bình phản ứng đi vào đường dây dẫn hơi Hg đến cuvet làm giảm lượng hơi Hg đi đến cuvet. Căn cứ vào kết quả khảo sát nhóm nghiên cứu đã chọn được tốc độ dòng khí Ar thích hợp là 40ml/phút.

3.1.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ chất khử NaBH4 và chất mang HCl

Cũng giống như tốc độ dòng khí Ar, tốc độ dòng chất khử và chất mang đều làm ảnh hưởng đến độ hấp thụ quang của Hg trong mẫu phân tích.


Từ bảng trên cho thấy khi tăng tốc độ NaBH4/HCl lần lượt là 5ml/phút và 10 ml/phút thì độ hấp thụ quang tăng dần và tại tốc độ đó thì cho kết quả độ hấp thụ quang tốt nhất, tăng tiếp tốc độ NaBH4/HCl lần lượt lên 15ml/phút và 30ml/phút thì độ hấp thụ quang giảm dần. Kết quả khảo sát tương đối đúng theo lý thuyết khi tốc độ chất khử và chất mang không đủ làm phản ứng nguyên tử hóa xảy ra hoàn toàn, cũng như khi tốc độ quá hơn chất khử và chất mang bị đi vào buồng nguyên tử hóa làm ảnh hưởng tới quá trình nguyên tử hóa Hg.

3.2. Chọn các điều kiện lấy mẫu, xử lý mẫu để có dung dịch đo

3.2.1. Lấy mẫu

Lấy 10ml nước tiểu cho vào ống nhựa 15ml, bảo quản lạnh trước khi mang về phòng thí nghiệm.

Ở điều kiện âm sâu -200 đến -800C mẫu có thể bảo quản được 6 tháng.

3.2.2. Khảo sát các điều kiện xử lý mẫu

3.2.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của HNOđến quy trình xử lý mẫu

Axit HNOđặc là tác nhân oxi hóa quan trọng không thể thiếu trong các quy trìnhxử lý mẫu. Do thường được sử dụng với lượng lớn nên việc xác định thể tích tối ưu cho HNO3 là hết sức cần thiết.

Dựa trên các điều kiện tối ưu đã nghiên cứu ở trên áp dụng vào khảo sát ảnh hưởng của HNO3 trong quy trình xử lý mẫu thực tế. Nhóm nghiên cứu tiến hành khảo sát thay đổi thể tích HNO3 trong quy trình xử lý mẫu thu được ở bảng sau:


Từ kết quả khảo sát nhóm nghiên cứu nhận thấy khi có mặt HNO3 thì độ hấp thụ quang tốt, khi thay đổi thể tích HNO3 từ 0,1ml-0,5ml độ hấp thụ quang trong các mẫu cũng không có thay đổi nhiều nên nhóm nghiên cứu chọn thể tích HNO3 là điều kiện tối ưu để tiến hành xử lý mẫu.

3.2.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ mẫu đến quy trình xử lý mẫu

Theo tài liệu tham khảo quy trình xử lý mẫu thì thời gian ủ mẫu có ảnh hưởng tới lượng Hg ở các dạng trong mẫu bị oxy hóa thành Hg2+, vì vậy nghiên cứu tiến hành khảo sát thời gian ủ mẫu trong quá trình xử lý mẫu và thu được kết quả ở bảng dưới đây:


Qua kết quả khảo sát cho thấy thời gian ủ mẫu 90 phút cho kết quả tốt nhất cũng giống như điều kiện trong nghiên cứu tham khảo của G A Hams[6]. Vì vậy nhóm nghiên cứu chọn đây là điều kiện tối ưu để áp dụng vào phân tích mẫu.

3.2.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của NH2OH.HClđến quy trình xử lý mẫu

Trong quá trình xử lý mẫu, dung dịch NH2OH.HCl 5% được pha trong NaCl 3% dùng để khử lượngdư KMnO4. Nhóm nghiên cứu thấy lượng NH2OH.HCl trong mẫu xử lý cũng ảnh hưởng đến lượng Hg2+ trong mẫu. Vì vậy nhóm nghiên cứu tiến hành khảo sát thể tích NH2OH.HCl và cho kết quả ở bảng dưới đây:


Từ kết quả khảo sát trên, nhóm nghiên cứu nhận thấy khi cho 0,2ml NH2OH.HCl là vừa đủkhử hết lượng KMnO4 trong mẫu xử lý và thu được tín hiệu tốt nhất. Khi cho lượng NH2OH.HCl không đủ thì không khử hết được lượng KMnO4 dư trong phản ứng và khi cho lượng NH2OH.HCl quá dư cũng làm mất 1 phần Hg2+ trong mẫu xử lý. Vì vậy, nhóm nghiên cứu thấy cho 0,2ml NH2OH.HCl là điều kiện tốt nhất để tiến hành xử lý mẫu.

3.3. Đánh giá các điều kiện của quy trình

3.3.1. Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn của phép đo CV-AAS  đối với Hg.

3.3.1.1. Khảo sát khoảng tuyến tính

Nhóm nghiên cứu tiến hành khảo sát khoảng tuyến tính của Hg bằng cách: pha một dãy chuẩn của Hg  trong HCl 3%là 0.5,1, 2,5, 10, 15, 20, 40, 50, 60, 80,100(ppb).Các mẫu chuẩn được xử lý theo quy trình xử lý mẫu kết hợp cùng các điều kiện tối ưu đã khảo sát thu được kết quả như sau:



Từ kết quả thực nghiệm nhóm nghiên cứu nhận thấy khoảng tuyến tính của thủy ngân từ 0.5-60ppb. Vì vậy khi phân tích mẫu nếu hàm lượng nguyên tố cần phân tích nằm ngoài khoảng tuyến thì phải làm giàu mẫu hoặc pha loãng mẫu để phân tích mới đảm bảo được độ chính xác của phép đo.

3.3.1.2. Xây dựng đường chuẩn

3.3.1.2.1. Đường chuẩn

Từ kết quả khảo sát khoảng tuyến tính nhóm nghiên cứu sử dụng phần mềm minitab 16.0 để xây dựng đường chuẩn. Phương trình đường chuẩn của Hg trong nước tiểu được chỉ ra ở dưới đây:



Phương trình hồi quy đầy đủ của đường chuẩn cho phân tích Hg trong nước tiểu được xác định có dạng: y = (0.00169± 0.00199)+ (0.0047± 0.0001) x

3.3.2. Giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ)

Giới hạn phát hiện (LOD) là giá trị nồng độ thấp nhất của chất phân tích mà hệ thống phân tích còn cho tín hiệu phân tích khác có nghĩa với tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu của đường nền[9]. Vì vậy nhóm nghiên cứu tiến hành đo nồng độ Hg thấp nhất ước lượng theo các nghiên cứu khác. Nhóm nghiên cứu tiến hành đo 10 lần mẫu Hg có nồng độ 0.05ppb với các điều kiện tối ưu đã khảo sát ở trên. Kết quả thu được như sau:


Giới hạn định lượng được xem là nồng độ thấp nhất của chất phân tích mà hệ thống phân tích định lượng được với tín hiệu phân tích khác có nghĩa với tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu nền. Nhóm nghiên cứu tiến hành đo 10 lần mẫu Hg có nồng độ 0.15ppb với các điều kiện tối ưu đã khảo sát ở trên thu được kết quả như sau:


Căn cứ vào kết quả thu được nhóm nghiên cứu nhận thấy giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của Hg trong nước tiểu là 0.05ppb là 0.15ppb.Khoảng tuyến tính của phương pháp là 0.15µg/L - 60µg/L.

3.3.3. Đánh giá độ chính xác của phương pháp

3.3.3.1. Kiểm tra độ chụm

Độ chụm thay đổi theo nồng độ các chất phân tích. Nồng độ chất phân tích càng thấp thì kết quả dao động càng nhiều (không chụm) nghĩa là RSD% hay CV% lớn.


Kết quả khảo sát cho thấy CV% biến động tuân theo định luật phân bố Gauuss: Ở điểm đầu (nồng độ thấp) và điểm cuối (nồng độ cao) của khoảng tuyến tính có hệ số biến thiên lớn hơn điểm giữa (nồng độ trung bình) của khoảng tuyến tính sai số nhỏ hơn. Với mẫu nước tiểu điểm đầu sai số 2.96%, điểm cuối sai số 2.61%, điểm giữa sai số nhỏ nhất 2.16%.Theo tiêu chuẩn đánh giá của AOAC nồng độ chất phân tích từ 1-100ppb CV% cho phép là< 30%.Nên những sai số ở trên cả điểm đầu, điểm cuối hay điểm giữa đều là những sai số nhỏ và chấp nhận được.Điều đó chứng tỏ độ chụm của phương pháp đạt yêu cầu.

3.3.3.2.Kiểm tra độ đúng

Có nhiều cách để đánh giá độ đúng của phương pháp.Nhóm nghiên cứu đã chọn cách mà hiện nay được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới là dùng mẫu CRM (còn gọi là mẫu chuẩn).Kết quả phân tích mẫu CRM thể hiện qua bảng sau:


Từ bảngtrên nhóm nghiên cứu nhận thấy kết quả phân tích mẫu CRM cho các giá trị nằm trong khoảng giá trị đã cho và sát với giá trị trung bình của mẫu CRM. Ở mức nồng độ cao của mẫu nước tiểu giá trị thu được là 20.05µg/L xấp xỉ giá trị trung bình của mẫu CRM (19.1µg/L) và thuộc khoảng giá trị đã cho là (12.4-25.7) µg/L.Điều đó chứng tỏ phương pháp phân tích đảm bảo độ đúng.

3.4. Tổng hợp kết quả xây dựng quy trình phân tích thủy ngân

3.4.1. Tổng hợp kết quả các điều kiện đo Hgbằng kĩ thuật nguyên tử hóa hơi lạnh

Qua các kết quả thực nghiệm nhóm nghiên cứu đã chọn được các điều kiện tối ưu để đo Hg bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử với bộ hóa hơi lạnh thủy ngân (FIAS-AAS) của hãng Perkin Elmer 900 như dưới đây:

3.4.1.1. Các điều kiện đo phổ (Thông số và điều kiện)


3.4.1.2.Tổng hợp điều kiện nguyển tử hóa mẫu


3.4.2. Thiết lập quy trình phân tích thủy ngân trong mẫu nước tiểu

          Trên cơ sở khảo sát tất cả các yếu tố cần thiết đã thiết lập được một quy trình phân tích phân tích Hg trong nước tiểutheo các bước sau:

* Chuẩn bị dụng cụ hóa chất

          Được chuẩn bị như cụ thể như phần thiết bị, dụng cụ, hóa chất

* Chuẩn bị các dung dịch để phân tích mẫu

- Dung dịch chất khử và chất mang (điều kiện phản ứng hóa hơi thủy ngân xảy ra):

Chất khử:  NaBH40.4%( w/v) + NaOH 0.1% (w/v)

Chất mang: HCl 3% (v/v)

- Pha dung dịch chuẩn (pha trong HCl 3%): Dung dịch Hg gốc có nồng độ  1000µg/L

- Các dung dịch xử lý mẫu:

          HNO3 35%, H2SO4 50%, KMnO4 5%, K2S2O8 2,5%, NaCl 3%, NH2OH.HCl 5%

- Xử lý mẫu:Mẫu được lấy ra từ tủ âm sâu giã đông bằng cách để trong ngăn mát tủ lạnh thường sau khi giã đông đưa ra ngoài để để phân tích. Trước khi phân tích phải lắc đều.

Quy trình thực hiện xử lý mẫu:

Bước 1:2ml nước tiểu cho vào ống nghiệm thuỷ tinh, thêm 0.1ml HNO3 35%, 0.2ml H2SO4 50% và 0.5ml KMnO4 5%

Bước 2: Để ở nhiệt độ phòng trong 15 phút. Nếu màu sắc của mẫu thay đổi từ màu tím sang màu nâu thì thêm 0.5ml KMnO4 5% để chuyển toàn bộ các dạng tồn tại của thủy ngân về Hg2+ trộn lẫn và để yên thêm 15phút. Thêm KMnO4 5% tới khi màu tím của mẫu không chuyển sang màu nâu.

Bước 3: Thêm 0.4ml dung dịch K2S2O8 2,5% và ủ ở 90oC trong 90 phút, sau đó để nguội

Bước 4: Thêm 0.5ml butan-1-ol, thêm tiếp 0.2 ml NH2OH.HCl 5% lắc đều đến khi dung dịch mất màu (khử hết lượng dư chất oxy hóa) và định mức lên 10ml với nước cất.

- Mẫu khảo sát: Mẫu khảo sát cho quy trình phân tích Hg trong mẫu nước tiểu: 2ml Hg chuẩn đem xử lý như quy trình xử lý mẫu trên.

- Điều kiện để phân tích

▪ Kỹ thuật nguyên tử hóa hơi lạnh Hg trên bộ phản ứng FIAS-AAS

Nguyên tố: Hg;  Bước sóng: 253.7;  Khe đo: 0.7nm; Tín hiệu: AA-BG; Cường độ đèn:6mA; Thông tin đường chuẩn: + 10 điểm với các mức nồng độ: 0.5ppb;1ppb; 2ppb; 5ppb; 10 ppb; 15 ppb; 20 ppb, 40ppb; 50ppb; 60ppb.

Chương trình nguyên tử hóa mẫu:


Từ quy trình trên nhóm nghiên cứu có một số nhận xét như sau:

Quy trình có giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng tương đương thậm chí còn thấp hơn một số quy trình phân tích của một số tác giả khác.Giới hạn định phát hiện và giới hạn đinh lượng của quy trình lần lượt là 0.05ppb và 0.15ppb.

So sánh quy trình phân tích Hg trong nước tiểu với phương pháp của CDC (Mỹ) thì nhóm nghiên cứu nhận thấy quy trình phân tích được rút ngắn hơn và không tốn nhiều loại hóa chất.

Hiện nay, ở Việt Nam những quy trình phân tích kim loại trong môi trường, trong thực phẩm thì rất phổ biến. Tuy nhiên, quy trình phân tích kim loại trong dịch sinh học còn nhiều hạn chế. Nếu như phân tích trên thiết bị ICP-MS cho hiệu quả tốt nhưng chi phí thiết bị và bảo trì tốn rất nhiều tiền bạc không phải phòng thí nghiệm nào cũng có đủ điều kiện.Còn ngược lại  có thể do thiết bị máy móc cũ – như các phương pháp điện thế thì cho hiệu quả không cao và có sai số lớn.

Quy trình mà nhóm nghiên cứu đưa ra khắc phục được những hạn chế trên.Giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng tương đương và thấp hơn với một số phương pháp hiện tại trên thế giới đang dùng.Quy trình thực hiện đơn giản, sai số ít và thu được hiệu quả tốt trong ứng dụng vào phân tích mẫu thực tế.

Quy trình nhóm nghiên cứu xây dựng có thể ứng dựng trên các máy thế hệ tương đương hoặc thế hệ tiếp theo của hãng. Đối với những hãng khác chỉ cần là những máy có điều kiện và tính năng kỹ thuật tương tự (ứng dụng) nếu hiện đại hơn thì càng tốt đều có thể dùng được.

3.4.3. Ứng dụng quy trình

Qua nghiên cứu áp dụng quy trình xây dựng được, phân tích Hg trên 35 mẫu nước tiểu của35 NLĐ làm việc tại công ty Glonics Thái Nguyên, đạt được két quả như sau:


Kết quả cho thấy nồng độ Hg trung bình trong mẫu nước tiểu của 35 đối tượng là 0.65±0.5 µg/g cre.Nồng độ trung bình của 35 đối tương đều nằm trong giới hạn cho phép <35 µg/g cre (Thông tư số 15/2016/TT-BYT). Xét riêng từng đối tượng cũng không có đối tượng nào có nồng độ vượt ngưỡng cho phép.

Hoàn thiện quy trình

Sau khi sử dụng quy trình xây dựng được để phân tích mẫu thực, nhóm nghiên cứu nhận thấy quy trình ổn định, đảm bảo kết quả chính xác. Vì trước khi chạy mẫu thực nhóm nghiên cứu đều chạy mẫu chuẩn kiểm tra độ tin cậy của quy trình. Vì vậy quy trình dự thảo ban đầu không cần thay đổi gì và sau khi nhóm nghiên cứu áp dụng thực tế.

4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

4.1. Kết luận

* Qua thử nghiệm xây dựng quy trình phân tích thủy ngân trong nước tiểu bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật hóa hơi lạnh tại phòng thí nghiệm đã đạt được các tiêu chí như sau:

- Khoảng tuyến tính: (0.15-60) µg/L.

- Giới hạn phát hiện: 0.05 µg/L

- Giới hạn định lượng: 0.15 µg/L

- Quy trình đảm bảo tính ổn định, độ chính xác trên 85%.

- Đánh giá: LOD, LOQ thấp hơn một số tác giả khác đã nghiên cứu

* Áp dụng quy trình xây dựng được vào nghiên cứu phân tích 35 mẫu nước tiểu của 35 đối tượng nghiên cứu cho thấy:nồng độ Hg trung bình là 0.65±0.5 µg/g cre, nằm trong giới hạn cho phép <35 µg/g cre (Thông tư số 15/2016/TT-BYT)

4.2. Kiến nghị

Tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện và áp dụng rộng rãi quy trình trên đối tượng là người lao động có tiếp xúc với Hg.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]     M.-C. Radulescu and A. F. J. S. Danet, "Mercury determination in fish samples by chronopotentiometric stripping analysis using gold electrodes prepared from recordable CDs," vol. 8, no. 11, pp. 7157-7171, 2008.

[2]     E. Fernández, L. Vidal, A. Costa-García, and A. J. A. c. a. Canals, "Mercury determination in urine samples by gold nanostructured screen-printed carbon electrodes after vortex-assisted ionic liquid dispersive liquid–liquid microextraction," vol. 915, pp. 49-55, 2016.

[3]     B. M. W. Fong, T. S. Siu, J. S. K. Lee, and S. J. J. o. a. t. Tam, "Determination of mercury in whole blood and urine by inductively coupled plasma mass spectrometry," vol. 31, no. 5, pp. 281-287, 2007.

[4]     M. Panova, V. Kmetov, D. Davcheva, T. Tomova, and D. J. B. C. C. Tomov, "Optimizing the determination of mercury in human urine by ICP-MS with a collision cell mode," vol. 49, pp. 88-92, 2017.

[5]     B. Kešeljević, J. Huremović, and J. J. G. h. i. t. B. i. H. Sulejmanović, "Determination of mercury in the urine by atomic absorption spectrometry-cold vapor technique," vol. 38, pp. 31-34, 2012.

[6]     G. J. A. a. w. V. P. A. Hams, CA: Varian operation manual, AA-126, "Determination of mercury in blood and urine by Cold Vapor AAS using the VGA-77," pp. 1-4, 1997.

[7]     Phạm Luận "Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, NXB Đại học quốc gia Hà Nội.," 2006,.

[8]     "Flow Injection Cold Vapor Atomic Absorption (CVAA) " CDC

[9]     T. T. Thảo, "Thống kê trong hóa phân tích, Giáo trình môn học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Quốc Gia Hà Nội," 2010.

Tác giả: Nguyễn Thị Điềm – Trung tâm sức khoẻ nghề nghiệp

(Nguồn tin: Vnniosh.vn)