Xây dựng kỹ thuật định lượng Methyl Isobutyl Ketone trong nước tiểu bằng phương pháp sắc ký khí
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Methyl Isobutyl Ketone (MIBK) là một dung môi được sử dụng rất phổ biến trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là ngành công nghiệp sản xuất, sử dụng sơn. MIBK là một trong những dung môi thuộc nhóm keton – nhóm chất gây bệnh nghề nghiệp được bảo hiểm (theo ILO – 2010) [1], bên cạnh đó theo tài liệu hướng dẫn chẩn đoán bệnh nghề nghiệp của Châu Âu [2], Đức [3] người lao động bị nhiễm độc nhóm chất này được hướng dẫn chẩn đoán tương đối cụ thể.
Theo kết quả của một số nghiên cứu đi trước và kết quả khảo sát bước đầu của Trung tâm Sức khỏe nghề nghiệp cho thấy người lao động làm việc tại một số cơ sở sơn thường xuyên phải tiếp xúc với MIBK vượt tiêu chuẩn cho phép. Nồng độ trung bình 176,3mg/m3, có mẫu cao hơn tiêu chuẩn cho phép gần 5 lần (379,1 mg/m3), trong khi tiêu chuẩn cho phép của Hội nghị các nhà vệ sinh công nghiệp của Chính phủ Mỹ – (American conference of governmental industrial hygienists – ACGIH) thì giới hạn cho phép của MIBK là nhỏ hơn (82 mg/m3) [4]. Ở Việt Nam nghiên cứu về người lao động có tiếp xúc với dung môi hữu cơ thì nhiều nhưng nghiên cứu riêng về người lao động có tiếp xúc với MIBK rất hạn chế, đề tài chưa tìm được con số thực tế về sản lượng sử dụng hàng năm, tuy nhiên theo sự phát triển của của công nghiệp nói chung và ngành sơn nói riêng cho thấy tại Việt Nam số người lao động tiếp xúc với dung môi này là tương đối lớn. Mặc dù vậy, hiện nay Việt Nam chưa có có giám sát sinh học cho người lao động có tiếp xúc với MIBK cũng như chưa có quy trình phân tích cho chỉ số giám sát sinh học của chất này. Theo ACGIH thì MIBK trong nước tiểu được sử dụng làm chỉ số giám sát sinh học cho người lao động có tiếp xúc nghề nghiệp với dung môi này, chính vì vậy mà nhóm nghiên cứu đã tiến hành “Xây dựng kỹ thuật định lượng MIBK trong nước tiểu bằng phương pháp sắc ký khí GC/FID”.
Nghiên cứu được thực hiện với mục tiêu là: xây dựng được quy trình phân tích MIBK trong nước tiểu bằng phương pháp sắc ký khí detector ion hóa ngọn lửa với độ chính xác trên 97%, giới hạn định lượng 0,01mg/L và đề xuất ứng dụng vào việc nghiên cứu tiêu chuẩn giám sát sinh học cho người lao động có tiếp xúc nghề nghiệp với MIBK.
2. ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Quy trình phân tích MIBK trong nước tiểu của người lao động có tiếp xúc nghề nghiệp.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Thiết kế nghiên cứu
Thử nghiệm xây dựng quy trình trong phòng thí nghiệm
2.2.2. Phương pháp kỹ thuật nghiên cứu
Xây dựng quy trình dựa theo tài liệu của Laboratory Procedure Manual – The Centers for Disease Control and Prevention (8319-2014) [5] kết hợp với phương pháp của Bianca [6] có biến đổi cho phù hợp với điều kiện phân tích của phòng thí nghiệm.
Khảo sát, thử nghiệm và xây dựng quy trình kỹ thuật xét nghiệm trong phòng thí nghiệm của Trung tâm Sức khỏe nghề nghiệp – Viện Khoa học An toàn và Vệ sinh lao động Việt Nam.
Thử nghiệm ứng dụng phương pháp phân tích với các điều kiện:
– Thiết bị: Máy phân tích sắc ký khí detector ion hóa ngọn lửa và kĩ thuật tiêm mẫu Headspace (HS-GC-FID) (G3440A-GC7890A của Agilent), tủ âm 800C…
– Dụng cụ: Các dụng cụ chuyên dùng như bình định mức, pipet, Cột DB-624 (Agilent-Mỹ).
– Hóa chất: MIBK; Methanol; NaCl của hãng Sigma đảm bảo độ tinh khiết để phân tích lượng vết.
– Mẫu nước tiểu của người không tiếp xúc với dung môi hữu cơ (được sử dụng làm nền mẫu trong quá trình khảo sát).
3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1. Kết quả xây dựng quy trình
3.1.1. Chuẩn hóa các điều kiện cho phép đo
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành khảo sát, đánh giá và thu được kết quả của từng điều kiện như dưới đây:
- Thông số phân tích trên hệ thống bơm mẫu Headspace:
Bảng 1: Thông số phân tích trên hệ thống bơm mẫu Headspace
|
Thông số thiết bị |
Cài đặt |
Đơn vị |
|
Nhiệt độ Oven |
70 |
oC |
|
Nhiệt độ Loop |
80 |
oC |
|
Nhiệt độ Tranferline |
90 |
oC |
|
Thời gian ủ mẫu |
10 |
phút |
|
Thời gian bơm mẫu |
1 |
phút |
- Thông số phân tích trên hệ thống GC-FID:
Bảng 2: Thông số cài đặt trên hệ thống FID
|
Thông số thiết bị |
Cài đặt |
Đơn vị |
|
Nhiệt độ Inlet |
200 |
oC |
|
Chế độ chia dòng |
Split |
|
|
Tỷ lệ chia dòng |
5:1 |
|
|
Tốc độ dòng khí He |
28 |
ml/phút |
|
Tốc độ dòng khí mang |
40 |
ml/phút |
|
Nhiệt độ detector |
250 |
oC |
– Chương trình nhiệt độ cột:
Bảng 3: Chương trình nhiệt độ cột
|
Các giai đoạn tăng nhiệt |
Tốc độ tăng nhiệt oC/phút |
Nhiệt độ oC |
Thời gian giữ nhiệt |
Thời gian chạy (phút) |
|
Nhiệt độ đầu cột |
60 |
1 |
2 |
|
|
Giai đoạn tăng nhiệt 1 |
10 |
80 |
0 |
8 |
|
Giai đoạn tăng nhiệt 1 |
25 |
200 |
1 |
1 |
3.1.2. Chọn các điều kiện lấy mẫu, xử lý mẫu để có dung dịch đo
Xử lý mẫu
Mẫu được xử lý với nhiều điều kiện khác nhau và nhóm nghiêm cứu thu được điều kiện cho kết quả tốt nhất là quy trình xử lý mẫu như dưới đây:
Bước 1: Hút chính xác 2ml nước tiểu vào vial có thể tích 20ml
Bước 2: Thêm 1g NaCl
Bước 3: Đóng nắp septa cố định miệng ống
Bước 4: Phân tích trên máy GC
Dung dịch chuẩn để xây dựng đường chuẩn được xử lý như mẫu phân tích ở các mức nồng độ: 0,05mg/L; 0,1mg/L; 0,5mg/L; 1mg/L; 5mg/L; 10mg/L.
3.1.3. Đánh giá các điều kiện của quy trình
a) Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn
a 1) Khảo sát khoảng tuyến tính
Khoảng nồng độ chất phân tích từ giới hạn định lượng đến giới hạn tuyến tính gọi là khoảng tuyến tính (dynamic range). Khoảng tuyến tính của mỗi nguyên tố phân tích ở mỗi vạch phổ khác nhau là khác nhau. Vạch phổ nào có độ hấp thụ càng nhạy thì khoảng tuyến tính càng hẹp [7], [8].
Nhóm nghiên cứu tiến hành khảo sát khoảng tuyến tính của MIBK bằng cách: pha một dãy chuẩn của MIBK trong khoảng nồng độ từ 0,05ppm – 20ppm với các mức nồng độ: 0,05; 0,1; 0,5; 1; 5; 10; 15; 20 (ppm), dung dịch dùng để pha MIBK là nước tiểu của người không tiếp xúc với dung môi hữu cơ nói chung và MIBK nói riêng. Nước tiểu này trước khi sử dụng đã được phân tích kiểm chứng không chứa MIBK. 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:
|
Bảng 4: Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính MIBK |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Từ kết quả thực nghiệm nhóm nghiên cứu nhận thấy, tín hiệu MIBK bắt đầu tăng chậm dần từ 15-20ppm nên khoảng tuyến tính của MIBK được xác định từ 0,05 – 10ppm. Vì vậy khi phân tích mẫu nếu hàm lượng chất cần phân tích nằm ngoài khoảng tuyến tính thì phải làm giàu mẫu hoặc pha loãng mẫu để phân tích mới đảm bảo được độ chính xác của phương pháp.
a 2) Xây dựng đường chuẩn
* Đường chuẩn
Từ kết quả khảo sát khoảng tuyến tính nhóm nghiên cứu sử dụng phần mềm minitab để xây dựng đường chuẩn. Phương trình đường chuẩn của MIBK trong nước tiểu được chỉ ra ở dưới đây:
Kết quả ở bảng phân tích phương sai cho thấy giá trị Pvalue < 0,05 của hằng số a,b chứng tỏ x và y có quan hệ tuyến tính. Trị số P trong kết quả đánh giá phương trình hồi quy cũng < 0,05 (theo chuẩn thống kê Fisher ) chứng tỏ phương trình trên không mắc sai số hệ thống [7], [8].
b) Giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ)
Đối với sắc ký khí thì việc xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) dựa theo tỷ số tín hiệu/nhiễu đường nên là khá phổ biến [7], [8]. Nhóm nghiên cứu sử dụng cách này để tính LOD, LOQ, bằng cách thêm một lượng chất chuẩn nhỏ dần vào mẫu nước tiểu không phát hiện MIBK và tại nồng độ 0,01 mg/L thu được tín hiệu cao gấp 3 lần so với tín hiệu đường nền. Như vậy theo phương pháp tính LOD dựa trên tỷ số tín hiệu/nhiễu nhóm nghiên cứu thu được LOD = 0,01 mg/L, LOQ = 0,033 mg/L.
c) Đánh giá độ chính xác của phương pháp
Theo quan điểm của tiêu chuẩn quốc tế (ISO – 5725) và tiêu chuẩn Quốc gia (TCVN 6910) độ chính xác của phương pháp được đánh giá qua độ chụm và độ đúng [7], [8].
- Độ chụm chỉ mức độ giao động của các kết quả thử nghiệm độc lập quanh giá trị trung bình.
- Độ đúng chỉ mức độ gần nhau giữa giá trị trung bình của kết quả thử nghiệm và giá trị thực hoặc giá trị được chấp nhận là đúng.
c 1). Kiểm tra độ chụm
Trong đó
SD: Độ lệch chuẩn
n: Số lần lặp lại thí nghiệm
xi: Giá trị tính được của lần thử nghiệm thứ “i”
: Giá trị trung bình của các lần thử nghiệm
CV%: là hệ số biến thiên của phép đo;
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.
Có một số cách khác nhau để kiểm tra độ chụm, tuy nhiên trong khuôn khổ đề tài này chúng tôi kiểm tra độ chụm bằng cách dùng mẫu thêm chuẩn – pha ba loại mẫu có nồng độ thêm chuẩn gần giá trị ở điểm đầu, điểm giữa, điểm gần cuối của khoảng tuyến tính (tương đương với các mức nồng độ thấp, trung bình, cao). Mỗi mức nồng độ lặp lại 10 lần. Trên cơ sở kết quả các mẫu lặp lại nhóm nghiên cứu đánh giá CV% kết quả thu được như sau:
Bảng 5: Kết quả khảo sát độ chụm của MIBK trong nước tiểu
|
Nồng độ MIBK (mg/L) |
Mẫu không phát hiện MIBK |
||
|
0,1 |
5 |
10 |
|
|
10 Lần lặp lại |
Nồng độ thu được |
||
|
TB |
0,105 |
5,03 |
10,08 |
|
SD |
0,008 |
0,09 |
0,16 |
|
CV% |
7,61 |
1,79 |
1,59 |
|
TCCP của AOAC |
< 11% |
< 7,3% |
< 7,3 % |
Kết quả khảo sát trình bày trong bảng 5 cho thấy CV% ở cả ba điểm (đầu, giữa, cuối) của khoảng tuyến tính đều nằm trong tiêu chuẩn cho phép. Theo tiêu chuẩn đánh giá của AOAC nồng độ chất phân tích từ 0,1 mg/L đến nhỏ hơn 1mg/L CV% cho phép là < 11%, từ 1mg/L đến nhỏ hơn 10mg/L CV% cho phép ≤ 7,3%. CV% của đề tài thu được từ 1,59 – 7,61%, điều đó chứng tỏ phương pháp đạt độ chụm.
c 2) Đánh giá độ đúng của phương pháp
Có nhiều cách để đánh giá độ đúng của phương pháp. Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng hiệu suất thu hồi, kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi được trình bày ở bảng 6 dưới đây:
Bảng 6. Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi của MIBK
|
Nồng độ MIBK (mg/L) |
Nồng độ MIBK được thêm vào nước tiểu không phát hiện MIBK (mg/L) |
|||||
|
0,1 |
5 |
10 |
||||
|
Số lần lặp lại |
Kết quả thu được (mg/L) |
R% |
Kết quả thu được (mg/L) |
R% |
Kết quả thu được (mg/L) |
R% |
|
TB |
0,102 |
102 |
4,89 |
97,8 |
9,58 |
95,8 |
|
SD |
3,91 |
1,88 |
1,61 |
|||
|
CV% |
3,88 |
1,87 |
1,597 |
|||
|
TCCP của AOAC hiệu suất thu hồi nằm trong khoảng 80 – 110% |
||||||
Theo tiêu chuẩn của AOAC (Association of Oficial Analytical Chemists – Hiệp hội các nhà hóa phân tích chính thức) về đánh giá độ thu hồi thì độ thu hồi của phương pháp phân tích MIBK là đạt tiêu chuẩn. Cụ thể hiệu suất thu hồi của chúng tôi đạt từ 95,8 – 102%. Nồng độ chất phân tích từ 0,1 – 10 mg/L thì hiệu suất thu hồi (R%) cho phép là từ 80 – 110%, CV% cho phép < 7,3% [8]. Từ kết quả ở bảng trên cho thấy hiệu suất thu hồi của phương pháp đều nằm trong giới hạn cho phép, giá trị CV% lớn nhất đối điểm đầu khoảng tuyến tính là 3,88% các giá trị này đều nhỏ hơn 7,3%. Kết quả này cho thấy phương pháp đảm bảo độ đúng.
Từ kết quả kiểm tra độ chụm và độ đúng của phương pháp cho thấy các phương pháp phân tích MIBK niệu mà đề tài lựa chọn áp dụng đảm bảo độ chính xác. Dựa vào kết quả đánh giá đề tài thu được độ chính xác của phương pháp phân tích MIBK niệu là từ 95,8% trở lên.
d) Đánh giá độ ổn định của phương pháp
Độ ổn định của phương pháp là khả năng cung cấp các kết quả có độ chính xác chấp nhận được dưới những điều kiện có sự thay đổi về một số điều kiện thực hiện phương pháp như: giữa người A người B, giữa máy A với máy B, giữa điều kiện A với điều kiện B. Đánh giá độ ổn định của phương pháp có thể sử dụng mẫu thêm chuẩn ở 3 mức nồng độ của khoảng tuyến tính (khoảng đầu, khoảng giữa, khoảng cuối), lặp lại 10 lần ở mỗi mức nồng độ, đánh giá các nhóm kết quả trong điều kiện khác nhau [7], [8].
Trong nghiên cứu này để kiểm tra độ ổn định của phương pháp nhóm nghiên cứu tiến hành với mẫu thêm chuẩn khi thay đổi điều kiện về thời gian phân tích. Việc thực hiện phân tích được tiến hành vào 3 tuần liên tiếp nhau, kết quả thu được như sau:
Bảng 7. Thay đổi về điều kiện thời gian đánh giá độ ổn định của quy trình.
|
Thông số |
Nồng độ MBIK (mg/L) |
||
|
0,1 |
5 |
10 |
|
|
Trung bình 3 tuần (30 lần) (mg/L) |
0,103 |
4,97 |
9,87 |
|
SD |
0,004 |
0,21 |
0,32 |
|
CV% |
3,88 |
4,22 |
3,24 |
Thời gian phân tích ở tuần 1, tuần 2, tuần 3; mỗi tuần phân tích 5 lần ở mỗi mức nồng độ.
Với điều kiện thay đổi về thời gian, độ ổn định của phương pháp vẫn đảm bảo. Kết quả đánh giá được thể hiện ở bảng 7. Qua 3 tuần khác nhau kết quả mẫu lặp lại ở 3 mức nồng độ của khoảng tuyến tính có CV% nằm trong tiêu chuẩn cho phép của AOAC, đồng thời không có sự khác biệt về kết quả của các khoảng thời gian (3 tuần) đánh giá.
Như vậy, qua việc đánh giá những tiêu chí cần thiết cho một quy trình phân tích: khoảng tuyến tính, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng, độ chính xác, độ ổn định nhóm nghiên cứu nhận thấy quy trình phân tích MIBK trong nước tiểu bằng phương pháp sắc ký khí là đạt yêu cầu.
Nghiên cứu đã tiến hành khảo sát quy trình phân tích MIBK dựa trên tài liệu tham khảo trước đó cụ thể theo hướng nghiên cứu của Bianca [6] và cộng sự kết hợp phương pháp CDC 8319 [5] có biến đổi cho phù hợp với điều kiện phân tích của phòng thí nghiệm để đưa ra quy trình phân tích tối ưu.
Ưu điểm của quy trình phân tích:
Quy trình phân tích có giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) gần như tốt nhất so với tất cả các quy trình nghiên cứu trước đây. Quy trình phân tích của nhóm nghiên cứu có giới hạn phát hiện (LOD = 0,01mg/L), giới hạn định lượng (LOQ = 0,033mg/L) tốt hơn phương pháp CDC 8319 [5] (LOD = 0,6mg/L) và tương đương với phương pháp nghiên cứu của tác giả Bianca [6].
Thời gian phân tích mỗi mẫu ngắn, tiết kiệm chi phí và thời gian khi thực hiện phân tích. Thời gian phân tích mẫu của quy trình phân tích MIBK là 10 phút đã rút ngắn hơn 60% so với thời gian phân tích mẫu của phương pháp 8319 [5] là 28 phút, quy trình nghiên cứu của nhóm nghiên cứu đưa ra thời gian phân tích tốt nhất so với các nghiên cứu khác trên thế giới. Thể tích mẫu cần phân tích nhỏ, thuận lợi cho việc lấy mẫu và trong quá trình xử lý mẫu phân tích. Lượng mẫu cần để phân tích của phương pháp là 2ml nước tiểu trong khi phương pháp 8319 [5] sử dụng lượng nước tiểu là 10ml mẫu cho mỗi lần phân tích, với lượng mẫu ít có thuận lợi hơn khi thực hiện lấy mẫu tại cơ sở và trong cả quá trình xử lý mẫu.
Quy trình xử lý mẫu: 2ml mẫu nước tiểu + 2 gam muối NaCl, lắc đều và để vào thiết bị Headspace phân tích. Như đã khảo sát ở mục điều kiện xử lý mẫu thì đây là điều kiện cho tín hiệu phân tích tốt nhất so với việc không cho muối trong quy trình xử lý mẫu. Ở các quy trình nghiên cứu đã tham khảo thì thường không cho muối vào mẫu xử lý, tuy nhiên ở nghiên cứu này nhóm nghiên cứu lại nhận thấy khi cho muối vào mẫu xử lý cho kết quả phân tích tốt hơn là không cho.
Quy trình này hoàn toàn có thể áp dụng để phân tích MIBK trong nước tiểu của người lao động có tiếp xúc nghề nghiệp để thực hiện giám sát sinh học định kỳ, dự phòng bệnh nghề nghiệp, bảo vệ sức khỏe cho người lao động.
4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1. Kết luận
Đã thử nghiệm thiết lập được quy trình kỹ thuật định lượng nồng độ MIBK trong nước tiểu đảm bảo tính ổn định, độ chính xácvới các tiêu chí như sau:
- Khoảng tuyến tính: (0,01 – 10) mg/L.
- Giới hạn phát hiện: 0,01 mg/L
- Giới hạn định lượng: 0,033 mg/L
- Quy trình đảm bảo tính ổn định, độ chính xác trên 95,9%
Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) tương đương và thấp hơn một số tác giả khác đã nghiên cứu, tiết kiệm hóa chất, thời gian phân tích.
4.2. Kiến nghị
Các phòng thí nghiệm y sinh học nên áp dụng quy trình kỹ thuật xác định MIBK trong nước tiểu để giám sát sinh học cho người lao động có tiếp xúc với MIBK.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] International Labour, (2010) “List of Occupational Diseases”, Identification and Recognition of Occupational Diseases: Criteria for Incorporating Diseases in the ILO List of Occupational Diseases.
[2] European Commission (2009), Information Notices on Occupational Diseases: A Guide to Diagnosis. Office for Official Publications of the European Communities Luxembourg. [3] German Social Accident Insurance (2007), Guidelines for occupational medical examinations. Gentner Verlag.[4] “Guide to Occupational Exposeure Values (2018),” American Conference of Industrial Hygienists.
[5] https://www.cdc.gov/niosh/docs/2003-154/pdfs/8319.pdf.
[6] B. Southon, G. Riley, P. Matatiele, and B. J. R. i. C. Kgarebe (2020), “Simultaneous analysis of acetone, methyl ethyl ketone (MEK), and methyl isobutyl ketone (MIBK) in urine by headspace gas chromatography-flame ionisation detection (HS GC-FID),” vol. 2, p. 100084.
[7] Tạ Thị Thảo (2010), Giáo trình môn học Thống kê trong hóa phân tích. Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Quốc Gia Hà Nôi.
[8] Viện kiểm nghiện an toàn vệ sinh Thực phẩm Quốc Gia (2010), “Thẩm định phương pháp trong phân tích hóa học và vi sinh vật học,” (in A), NXB Khoa học và Kỹ Thuật.
[9] H. Michitsuji, A. Ohara, M. Fukuda, K. (1992), “Determination of acetone, methanol, and methyl ethyl ketone in urine using head-space gas chromatography (HS. GC), Sangyo igaku. Japanese journal of industrial health, vol. 34, no. 3, pp. 243-252.
[10] J. S. Chou, T. S. Shih, and C. M. Chen (1999), “Detection of methyl ethyl ketone in urine using headspace solid phase microextraction and gas chromatography”, J Occup Environ Med, vol. 41, no. 12, pp. 1042-7.
Nguyễn Thị Hiền, Nguyễn Thị Điềm, Phạm Thị Quyến, Vũ Thị Thanh Phương,
Đỗ Thị Hà, Nguyễn Hương Trà My
Viện Khoa học An toàn và Vệ sinh lao động
(Nguồn tin: Vnniosh.vn)
