Nghiên cứu chế tạo màng hấp phụ phục vụ đánh giá phơi nhiễm hơi nicotin bằng phương pháp lấy mẫu thụ động
I. MỞ ĐẦU
Theo báo cáo năm 2010 của Tổng hội Y khoa Hoa Kỳ, khói thuốc lá chứa 7.000 hóa chất, trong đó có 69 chất gây ung thư. Một số chất độc hại điển hình trong khói thuốc lá gồm: Nicotine, Tar, CO, benzene, nitrosamines, ammonia, formaldehyde…Nicotine là thành phần chính có trong thuốc lá và là tác nhân gây nghiện cho những người hút thuốc.
Nicotine được tìm thấy có liên quan và tác động đến các bệnh và bộ phận: Ung thư đường ruột-dạ dày, bệnh ung thư tuyến tuy, bệnh ung thư vú, ảnh hưởng hệ thống tim mạch, hệ thống hô hấp, hệ tiêu hóa, hệ thống miễn dịch, hệ thống thị giác, hệ thống thận, hệ thống sinh sản-giống đực, chu kỳ kinh huyệt, tế bào trứng, phụ nữ mang thai [2], [3].
Chính vì vậy, việc xác định nồng độ nicotine trong không khí khu vực làm việc là giải pháp dự phòng đầu tiên có cơ sở khoa học để ngăn ngừa sự ảnh hưởng tới sức khỏe của người lao động [4], [5].
Trên thế giới, phương pháp phân tích và đánh giá nicotine trong không khí bao gồm phương pháp lấy mẫu chủ động bằng cách sử dụng một bơm hút thu mẫu có tốc độ hút biết trước, hút một lượng không khí nhất định qua ống hấp phụ chứa vật liệu hấp phụ (XAD-2, XAD-4, Tenax hoặc than hoạt tính) và phương pháp thụ động bằng cách treo đầu lấy mẫu chứa vật liệu hấp phụ trong không khí để các vật liệu này hấp thu mẫu một cách tự nhiên [6]. Các mẫu này được phân tích bằng các thiết bị sắc ký GC-NPD, thiết bị sắc ký GC-MS và HPLC [7], [8], [9], [10]. Bài báo này tập trung nghiên cứu vật liệu mang và tỉ lệ chất hấp phụ nhằm nâng cao hiệu suất và độ tin cậy cho phương pháp lấy mẫu hơi nicotin thụ động.
II. PHƯƠNG PHÁP
2.1. Xác định hơi nicotin bằng thiết bị GC/NPD
Nguyên lý của phương pháp: Hơi nicotine được hấp thu một cách thụ động lên vật liệu hấp phụ, sau đó Nicotine trên lớp hấp phụ được chiết tách chuyển thành dạng dung dịch và được định tính, định lượng bằng thiết bị sắc ký khí ghép nối detector NPD. Detector nitơ-phốt pho (NPD) chọn lọc cho các hợp chất hữu cơ có chứa nitơ hoặc phốt pho. NPD cũng đáp ứng phân tích hydrocarbon bình thường, nhưng ít hơn khoảng 100.000 lần so với các hợp chất chứa nitơ hoặc phốt pho [11]. Do tính chọn lọc và độ nhạy của nó, NPD thường được sử dụng để phát hiện các hợp chất vi lượng có chứa N, P khác nhau.
Mẫu nicotine trên màng được chuyển sang dạng nicotin tự do khi thêm dung dịch NaOH vào mẫu và lắc đều. Dùng n-Heptane và chiết lỏng lỏng để tách pha nicotine từ dung dịch NaOH vào n-Heptane. Định lượng Nicotin trong mẫu từ đường chuẩn sử dụng phương pháp nội chuẩn với Quinoline.Sử dụng thiết bị GC/NPD Shimadzu 2010 Plus với cột tách GC HP-FFAP 25m, 0,32mm, 0,5µm; nhiệt độ cổng bơm mẫu: 230oC;Nhiệt độ lò cột 1200C; nhiệt độ NPD: 2200C; tốc độ dòng khí mang: 3,6 mL/phút; thể tích bơm mẫu: 1,0 µL.
2.2. Thí nghiệm lựa chọn màng tẩm
Tiến hành khảo sát trên hai loại vật liệu mang là màng lọc làm bằng sợi thủy tinh loại A (GF/A) được mua thương mại của hãng Whatman (GF/A, 25 mm, Cat No.1820-025) và màng Quazt 25 mm của hãng SKC (225-1824, 25 mm, 1,2 µm).
Trước khi tẩm chất hấp phụ NaHSO4, các màng lọc được chiết Soxhlet bằng methanol trong vòng 24h. Màng lọc được để khô trong bình hút ẩm có chứa silica gel sạch. Sau đó tiến hành tẩm NaHSO4 ở ba nồng độ khác nhau là 1%, 4% và 10% cho mỗi loại màng, thí nghiệm lặp lại 5 mẫu tại mỗi nồng độ. Ký hiệu các thí nghiệm như sau:
- GA1: Màng lọc GF/A tẩm NaHSO4 1%
- GA4: Màng lọc GF-A tẩm NaHSO4 4%
- GA10: Màng lọc GF-A tẩm NaHSO4 10%
- Q1: Màng lọc Quart tẩm NaHSO4 1%
- Q4: Màng lọc Quart tẩm NaHSO4 4%
- Q10: Màng lọc Quart tẩm NaHSO4 10%
Tiến hành thêm chuẩn nicotine nồng độ 5µg/mL và thực hiện quá trình phân tích tại các thời điểm khác nhau: Ngày đầu tiên (sau khi thêm chuẩn nicotine lên màng), sau thời gian 3 ngày, 7 ngày và 14 ngày. Ở mỗi nồng độ cho mỗi loại màng chuẩn bị đủ loạt 20 mẫu cho bốn khoảng thời gian khảo sát. Tổng số mẫu thí nghiệm là 120 mẫu. Điều kiện bảo quản như sau: màng được đặt trong túi nilon kín khí, tránh ánh sáng mặt trời, điều kiện bảo quản mẫu ở nhiệt độ phòng. Tất cả các loại màng sau khi được tẩm chất hấp phụ để khô và được bảo quản trong chai kín, tối màu.
2.3. Đánh giá hình ảnh vật liệu hấp phụ trên màng tẩm.
Tiến hành tẩm NaHSO4lên màng lọc ở 3 khoảng nồng độ khác nhau là 1%, 4%, 10%. Chụp hình ảnh lớp vật liệu hấp phụ lên màng bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM – Scanning Electron Microscope) để xác định mật độ và khả năng phân bố chất hấp phụ trên màng.
Đánh giá hiệu quả hấp thu mẫu qua hiệu suất thu hồi khi tiến hành phân tích đánh giá độ thu hồi qua các loạt mẫu thêm chuẩn nicotine.
III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khoảng tuyến tính
Từ dung dịch chuẩn của nicotine và chất nội chuẩn quinoline pha thành dãy dung dịch chuẩn nicotine có nồng độ từ 0,5-20 µg/mL với nồng độ chất nội chuẩn quinoline là 5 µg/mL.
Hệ số tương quan R2= 0,9998 thỏa mãn điều kiện 0,995≤ R2 ≤1 và độ chệch các điểm chuẩn trong khoảng ± 10% [12], đạt yêu cầu kỹ thuật cho phân tích lượng vết nicotine trong không khí.
3.2. Hiệu suất thu hồi mẫu
Kết quả thí nghiệm loạt mẫu đánh giá hiệu suất thu hồi trên hai loại màng nghiên cứu cho thấy tất cả các mẫu đều cho hiệu suất thu hồi trên 90%, trong đó ở dải nồng độ NaHSO4 4% cho hiệu suất thu hồi trung bình cao nhất lần lượt là 94,9% đối với màng GF/A và 96,6% đối với màng Quartz.
Ở nồng độ tẩm NaHSO4 10% ở cả hai loại màng lọc đều cho hiệu suất thu hồi trung bình thấp nhất. Hiệu suất thu hồi trung bình ở nồng độ tẩm còn lại lần lượt là 93,2% và 93,7% trên màng lọc GF/A và màng lọc Quartz.
3.3. Khảo sát thời gian lưu mẫu
Sử dụng hiệu suất thu hồi qua các khoảng thời gian lưu mẫu khác nhau để đánh giá khả năng lưu giữ mẫu. Nhìn chung, sau thời gian lưu mẫu 14 ngày trên hai loại màng lọc hiệu suất thu hồi còn lại đạt trên 85%.
Từ ảnh chụp SEM có thể nhận thấy với nồng độ tẩm NaHSO4 4% cho bề mặt chất hấp phụ phân tán đều và không quá dày đặc trên bề mặt màng lọc,các hạt NaHSO4 bám thành chùm nhỏ trên bề mặt sợi thuỷ tinh (hình 6c) tạo được diện tích bề mặt hấp phụ lớn nhất. Điều này được chứng minh qua kết quả hiệu suất thu hồi trung bình ở nồng độ này là lớn nhất. Đối với nồng độ NaHSO4 1% cho thấy bề mặt các sợi thuỷ tinh có mật độ các hạt NaHSO4 rất thưa thớt (hình 6b) điều này cũng được chứng minh bằng thực nghiệm là hiệu suất thu hồi trung bình của nó ít hơn ở nồng độ 4%. Đối với nồng độ NaHSO4 10% qua hình ảnh chụp ở kích thước 10um và 500nm (hình 6d) cho thấy NaHSO4 bám thành từng mảng lớn trên bề mặt màng GF/A đồng thời phủ kín đều thành mảng trên bề mặt sợi không phải dạng các hạt nên diện tích bề mặt bị giảm rất nhiều so với nồng độ 1% và 4%, điều này cũng được minh chứng qua hình 4 khi hiệu suất thu hồi trung bình của nồng độ NaHSO410% là thấp nhất.
IV. KẾT LUẬN
Qua kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất thu hồi của cả hai loại màng lọc thí nghiệm không có sự khác biệt nhau đáng kể, đều đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cho quan trắc hàm lượng vết nicotin trong không khí. Tuy nhiên, kết quả thí nghiệm chỉ ra sự mất mẫu sau 14 ngày thí nghiệm trên màng Quartz lớn hơn màng GF/A. Ngoài ra giá thành của màng Quartz lớn hơn màng GF/A rất nhiều. Chính vì thế chúng tôi lựa chọn màng lọc GF/A cho các thí nghiệm thiết kế chế tạo công cụ lấy mẫu hơi nicotin thụ động.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. US Department of Health and Human Services, Mental Health, Available from: http://www.samhsa.gov/data/2k12/ MHUS2010/MHUS-2010.pdf. [Last accessed on 2014 Sep].
[2[. Aseem Mishra, Pankaj Chaturvedi, Sourav Datta, Snita Sinukumar, Poonam Joshi, Apurva Garg (2015), Harmful effect of nicotine, India J Med Paediatr Oncol, 36 (1), 24-31.
[3]. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, (2004), Tobacco smoke and involuntary smoking, IARC Monogr Eval Carcinog Risks Hum; 83:1-1438.[4]. Đặng Ngọc Trúc, Phạm Đắc Thủy, Phạm Minh Khôi (1997), Hướng dẫn giám định 21 bệnh nghề nghiệp được bảo hiểm,Viện giám định y khoa, BộYTế,tr.128-134,320-326.
[5]. Lê Trung (1987), Nhiễm độc Nicotin nghề nghiệp,Bệnh nghề nghiệp,tập I, Nhà xuất bản Y học,tr.241-250.
[6]. Khanh Huynh C1, Moix JB, Dubuis A, (2008), Development and application of the passive smoking monitor MoNIC, Rev Med Suisse, 4(144):430-3.
[7]. Nicotine: method NIOSH 2544. Manual of analytical method (NMAM): fourth edition, 1994. [8]. Nicotine: method NIOSH 2551. Manual of analytical method (NMAM): fourth edition, 1998. [9]. ASTM D5075-01:2001: “Standard test method for nicotine and 3-ethenylpyridine in indoor air”.[10]. ISO 18145:2003: Environmental tobacco smoke-Determinaiton of vapour phase nicotine and 3-ethenylpyridine in air- Gas chroatographic method.
[11]. Nguyễn Văn Ri, (2014), Các phương pháp tách, Giáo trình giảng dạy dành cho sinh viên chuyên ngành Hóa Phân tích, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội.
[12]. AOAC International (2016), appendix F: ”Guidelines for standard method performance requirements”.
Trần Phương Thảo, Thái Hà Vinh, Nguyễn Phương Hiên
Viện Khoa học An toàn và Vệ sinh lao động
(Nguồn tin: Vnniosh.vn)
