Xây dựng quy trình kỹ thuậtphân tích2,5-HD trong nước tiểu bằng phương pháp sắc ký khí.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Methyl n-Buthyl Keton (MnBK) là dung môi thuộc nhóm keton – nhóm chất gây bệnh nghề nghiệp được bảo hiểm (theo ILO – 2010)[3]. Theo khảo sát ban đầu cho thấy trong môi trường làm việc của công nhân da giày có xuất hiện MnBK, nhưng hiện nay tại Việt Nam chưa có giám sát sinh học hay giám sát môi trường cho người lao động có tiếp xúc với chất này. Theo Hiệp hội các nhà vệ sinh công nghiệp Mỹ (ACGIH – 2018)[4], nồng độ 2,5-hexanedione (2,5-HD) trong nước tiểu được sử dụng làm chất giám sát sinh học cho người lao động có tiếp xúc với MnBK trong môi trường lao động.

Trên thế giới đã có các phương pháp nghiên cứu quy trình kỹ thuật phân tích 2,5-HD trong nước tiểu bằng phương pháp sắc ký khí như: Isao Saito và cộng sự [5], Oliveira A.Fvà cộng sự [6], Daniela M.N và cộng sự  [7] phương pháp 8318 của NIOSH [8]

Để có công cụ cho việc phân tích chỉ số giám sát sinh học học với MnBK chúngtôi tiến thực hiện nghiên cứu “Xây dựng quy trình kỹ thuật phân tích Methyl n-Buthyl Keton trong nước tiểu bằng phương pháp sắc ký khí”. Nghiên cứu được thực hiện với mục tiêu là: xây dựng được quy trình kỹ thuật phân tích 2,5-HD trong nước tiểu bằng phương pháp sắc ký khí với độ chính xác trên 96%, giới hạn phát hiện 0,03µg/mL và đề xuất ứng dụng vào việc nghiên cứu chỉ số giám sát sinh học chongười lao động có tiếp xúc nghề nghiệp với MnBK.

2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu

–  Nước tiểu của 56 người lao động tiếp xúc với MnBK để định lượng 2,5- HD-chất chuyển hóa của MnBK

 –  Quy trình phân tích 2,5-HD niệu-chất chuyển hóa của MnBK theo tài liệu của Laboratory Procedure Manual – The Centers for Disease Control and Prevention (8318-2014)[8]

2.2.Phương pháp nghiên cứu 

2.2.1. Thiết kế nghiên cứu

Thử nghiệm xây dựng quy trình trong phòng thí nghiệm, kết hợp với điều tra cắt ngang người lao động có tiếp xúc nghề nghiệp với MnBK.

2.2.2. Phương pháp kỹ thuật nghiên cứu

–  Phương pháp phân tích được xây dựng dựa theo tài liệu của Laboratory Procedure Manual – The Centers for Disease Control and Prevention (8318-2014)[8]với các điều kiện cơ bản như: nhiệt độ cột, nhiệt độ detector…

– Lấy mẫu ngoài hiện trường: lấy mẫu nước tiểu của người lao động tại nơi làm việc

– Khảo sát, thử nghiệmvà xây dựng quy trình kỹ thuật xét nghiệm trong phòng thí nghiệm Viện Khoa học An toàn và Vệ sinh lao động Việt Nam

a.Thử nghiệm xây dựng quy trình kỹ thuật:

Ứng dụng phương pháp phân tích sắc ký được xây dựng theo tài liệu của Laboratory Procedure Manual – The Centers for Disease Control and Prevention (8318-2014)[8]với các điều kiện:

– Thiết bị: Máy sắc kí khí Agilent …., Tủ âm sâu 86^oC,…

– Dụng cụ: Các dụng cụ chuyên dùng như bình định mức, pipet, cột mao quản DB1-MS của Agilent (30m-0.53mm-3.0um),…

– Hóa chất(hóa chất sử dụng trong đề tài của hãng Sigma đảm bảo độ tinh khiết để phân tích lượng vết):Chất chuẩn 2,5 Hexanedinone ≥ 98%; Cyclohexanone 100%; Chloroform; Khí He 99,999%; HCl 37%.

Phương pháp phân tích

b. Định lượng nồng độ 2,5-HD niệu trên 56 đối tượng nghiên cứu: bằng quy trình xây dựng được trên máy sắc kí khíGC/FID.

3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1. Kết quả xây dựng quy trình kỹ thuật

3.1.1.Chuẩn hóa các điều kiện cho phép đo

Để chọn được các điều kiện tối ưu cho xây dựng quy trình, chúng tôi đã tiến hành khảo sát, đánh giá và thu được kết quả của từng điều kiện như dưới đây.

a) Hóa chất và dung dịch chuẩn

Hóa chất: Chất chuẩn 2,5 Hexanedinone ≥ 98%; Cyclohexanone 100%; Chloroform; Khí He 99,999%; HCl 37%. Chất chuẩn 2,5 Hexanedinoneđược chuẩn bị với các mức nồng độ 0,1, 1; 2; 4; 6; 8;9; 10; 11;12mg/L.

b) Các thông số cài đặt trên máy GC

Chúng tôi đã khảo sát đối với từng thông số và thu được được các giá trị tối ưu. Tại các giá trị này kết quả của phép đo là tốt nhất. Giá trị của các thông số tối ưu cụ thể như sau:

Thông số cài đặt trên máy phân tích:

– Dectector FID

– Tốc độ dòng He: 25mL/min

– Tốc độ dòng khí H2: 40mL/min

Nhiệt độ inlet: 250^oC
Nhiệt độ detector: 250^oC
Chế độ chia dòng: 5:1
Thể tích bơm mẫu: 4µl

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

a) Lấy mẫu
Mẫu nước tiểu được thu vào cuối ca của ngày làm việc cuối tuần. Thu từ 10 -15ml nước tiểu đựng vào ống thủy tinh có thể tích 20ml. Bảo quản lạnh, tránh ánh sáng tại hiện trường, khi đưa về phòng thí nghiệm được bảo quản ngăn mát tủ lạnh trước khi phân tích[8].

b) Xử lý mẫu
Mẫu được xử lý với nhiều điều kiện khác nhau và chúng tôithu được điều kiện cho kết quả tốt nhất là quy trình xử lý mẫu như dưới đây:

Lấy 1ml nước tiểu + thêm 0,1 ml HCL sau đó thủy phân 100 độ trong 30 phút, làm lạnh về nhiệt độ phòng, thêm nội chuẩn IS, lắc ngang 2 phút, ly tâm 1500 vòng trong 4 phút, loại bỏ lớp trên lấy lớp duới cho vào vial 2ml và phân tích trên GC/FID.

Dung dịch chuẩn để xây dựng đường chuẩn được xử lý như mẫu phân tích ở các mức nồng độ: 0,1; 1; 2; 4; 6; 8µg/mL.

3.1.3. Đánh giá các điều kiện của quy trìnhkỹ thuật

a) Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn 
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. 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[1].

Chúng tôi tiến hành khảo sát khoảng tuyến tính của 2,5-HD niệu bằng cách: pha một dãy chuẩn của 2,5-HD trong nước tiểu không phát hiện 2,5-HD là: 0,1;1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12µg/mL.

Bảng 1. Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính của nguyên tố

Kết quả khảo sát ở bảng 3.1 cho thấy khoảng tuyến tính của 2,5-HD từ 0,1 – 9µg/ml. Từ 9 µg/ml trở lên tín hiệu thu được giảm rõ rệt. Như vậy đề tài chọn khoảng tuyến tính cho phân tích 2,5-HD là 0,1 – 9µg/ml cũng tương đối phù hợp với phương pháp tham khảo ở trên. 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 sao cho nồng độ chất phân tích nằm trong khoảng tuyết tính, có như vậy mới đảm bảo được độ chính xác của phép đo.

Xây dựng đường chuẩn
* Đường chuẩn
Từ kết quả khảo sát khoảng tuyến tính chúng tôi sử dụng phần mềm minitab 18.0 để xây dựng đường chuẩn. Phương trình đường chuẩn của 2,5-HD trong nước tiểu được chỉ ra ở dưới đây:

Để khẳng định phương pháp không bị mắc sai số hệ thống chúng tôitiến hành kiểm tra hệ số a theo tiêu chuẩn thống kê Fisher (chuẩn F) [1], [2].

Nếu F_tính< _Fchuẩn (F_{(0.95; 4; 3)}) thì sự sai khác giữa giá trị a và 0 không có ý nghĩa thống kê và ngược lại. Kết quả đánh giá của chúng tôi cho thấy Ftính = S’²/S²= 3,21; F_chuẩn = F_(0,95;4;3) = 6,59, tức là F_tính< F_chuẩn ở phương trình đường chuẩn phân tích 2,5-HD trong nước tiểu. Có nghĩa là sự sai khác giữa giá trị a và 0 không có ý nghĩa thống kê. Vì vậy đề tài xác định phương pháp phân tích trên không mắc sai số hệ thống.

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 theotỷ số tín hiệu/nhiễu đường nên là khá phổ biến[1], [2]. Chúng tôi sử dụng cách này để tính LOD, LOQ cho phương pháp, bằng cách thêm một lượng chất chuẩn nhỏ dần vào mẫu nước tiểu không phát hiện 2,5-HD và tại nồng độ 0,03µg/mLthu 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 chúng tôi thu được LOD=0,03µg/mL, LOQ=0,1µg/mL

Căn cứ vào kết quả thu được chúng tôi nhận thấy trong quy trình phân tích 2,5-HDniệucó giới hạn phát hiện 0,03µg/mL, giới hạn định lượng là 0,1µg/mL. Vậy khoảng tuyến tính của 2,5-HD trong quy trình phân tích 2,5-HD niệu là (LOQNước tiểu-9)µg/mL tương đương (0,1-9)µg/mL.

c) Đánh giá độ chính xác của phương pháp/quy trình trình kỹ thuật
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 [1], [2].

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.
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.

Trong đó

SD: Độ lệch chuẩn

n: Số lần lặp lại thí nghiệm

x_i: 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

            Có một số cách khác nhau để kiểm tra độ chụm, tuy nhiên trong khuôn khổ nghiên cứunày 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:

(AOAC: Association of Oficial Analytical Chemists – Hiệp hội các nhà hóa phân tích chính thức)

Kết quả khảo sát ở bảng 3.5 cho thấy CV% thu được từ 1,26 – 3,73% nhỏ hơn < 7,3%, nằm trong tiêu chuẩn cho phép. Như vậy độ chụm của phương pháp phân tích 2,5-HD đạt tiêu chuẩn cho phép.

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 3dưới đây:

Bảng 3. Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi của 2,5-HD

Theo tiêu chuẩn của AOAC về đánh giá độ thu hồi thì độ thu hồi của phương pháp phân tích 2,5 – HD niệu là đạt tiêu chuẩn. Nồng độ chất phân tích từ 0,1 – 10 µg/mL 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 đều nằm trong giới hạn cho phép, giá trị CV% lớn nhất đối điểm đầu khoảng tuyến tính là 3,73% các giá trị này đều nhỏ hơn 7,3%. Cụ thể hiệu suất thu hồi của 2,5-HD từ (94 – 104)%. Kết quả này cho thấy phương pháp phân tích 2,5-HD đảm bảo độ đúng.

Từ kết quả kiểm tra độ chụm và độ đúng của phương pháp cho thấy các phương pháp phân tích 2,5 – HD niệu mà chúng tôi chọn áp dụng đảm bảo độ chính xác. Dựa vào kết quả đánh giá chúng tôi thu được độ chính xác của phương pháp phân tích 2,5 – HD ≥ 96,27%.

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[1], [2].

Trong nghiên cứu này để kiểm tra độ ổn định của phương pháp chúng tôi tiến hành với mẫu thêm chuẩn khi thay đổi điều kiện về thời gian và người phân tích kết quả thu được như sau:

Bảng 4: Thay đổi về điều kiện thời gian đánh giá độ ổn định của quy trìnhphân tích 2,5-HD trong nước tiểu

NV1: nhân viên 1; NV2: nhân viên 2; NV3: nhân viên 3

Với điều kiện thay đổi về thời gian, người thực hiện chúng tôi nhận thấy độ ổn định của phương pháp vẫn đảm bảo.Kết quả đánh giá được thể hiện ở bảng 4. 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 củacác khoảng thời gian (3 tuần, 3 nhân viên khác nhau)đánh giá.

Như vậy, qua việc đánh giá những tiêu chí cần thiết cho một quy trình phân tích, nhóm nghiên cứu nhận thấy quy trình phân tích 2,5-HD trong nước tiểu bằng phương pháp sắc ký khí là đạt yêu cầu của một quy trình phân tích.

Sau khi đánh giá quy trình chúng tôi nhận thấy các quy trình phân tích có một số đặc điểm dưới đây:

So với kết quả nghiên cứu của một số tác giả khác thì quy trình của chúng tôi xây dựng có khoảng tuyến tính, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng tương đương, thậm chí còn tốt hơn một số quy trình phân tích của một số tác giả khác. Cụ thể so với phương pháp của Isao Saito và cộng sự [5], Daniela M.N và cộng sự [7], Oliveira A.Fvà cộng sự [6]LOD của trong phương pháp của chúng tôi tốt hơn nhiều (0,01µg/ml) so với LOD của Isao Saito và cộng sự (0,05mg/L) [5], Daniela M.N và cộng sự (0,1 mg/L) [7] phương pháp 8318 của NIOSH có LOD = 0,2mg/L[8]. Bên cạnh đó phương pháp phân tích 2,5 – HD của chúng tôi có hiệu suất thu hồi (94% – 104%) – tốt hơn so với một số phương pháp đã tham khảo ở trên. Nếu so với phương pháp 8318 thì phương pháp của chúng tôi có nhiều ưu điểm hơn vì phương pháp 8318 có LOD quá lớn (0,2mg/L) – thì những mẫu có nồng độ thấp hơn không thể phát hiện được. Quy trình của chúng tôi có độ chính  xác, độ thu hồi nằm trong giới hạn cho phép của AOAC và tốt hơn của phương pháp của NIOSH 8319 và tương đương với các quy trình nghiên cứu trước đó cùng trên thiết bị GC.

Quy trình này 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.

3.2. Kết quả định lượng chất chuyển hóa
Để ứng dụng quy trình phân tích nồng độ của MnBK trong nước tiểu, chúng tôi lấy 56 mẫu nước tiểu của công nhân tiếp xúc với MnBK ở một phân xưởng đế tại một cơ sở sản xuất da giày, phân tích nồng độ 2,5-HD

Bảng 5: Kết quả phân tích MnBK trong nước tiểu

* Tiêu chuẩn cho phép nồng độ 2,5HD trong nước tiểu của Hiệp hội các nhà vệ sinh công nghiệp Mỹ (ACGIH) là ≤ 5 mg/g creatinin; ** Khoảng giá trị thu được không tính các trường hợp không phát hiện

Kết quả bảng 5 cho thấy: Trong 56 đối tượng tiếp xúc được lấy nước tiểu xét nghiệm nồng độ 2,5-HD thì có 2 đối tượng (3,57%) vượt tiêu chuẩn cho phép (>5mg/g creatinin). Từ kết quả này chúng tôi nhận thấythực tế hiện nay, người lao động đang làm việc tại một số cơ sở sản xuất da giày có mức nồng độ 2,5-HD vượt tiêu chuẩn cho phép. Trong khi Việt Nam chưa tiêu chuẩn cho phép đối với chất này. Chính vì vậy để bảo vệ người lao động có mức thấm nhiễm2,5-HD chưa được bảo vệ, chúng tôi cho rằng Bộ Y tế nên xem xét, cân nhắc để bổ sung chỉ số giám sát sinh học cho người lao động có mức độ thấm nhiễm 2,5-HD.

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. Chính vì vậy quy trình dự thảo ban đầu không cần thay đổi gì sau khi nhóm nghiên cứu áp dụng thực tế.

4.  KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1. Kết luận
1) Đã thử nghiệm thiết lập được quy trình kỹ thuật định lượng nồng độ 2,5-HD trong nước tiểu đảm bảo tính ổn định, độ chính xác trên 96%. với các tiêu chí như sau:

Khoảng tuyến tính: (0,1 -9) µg/mL.
 Giới hạn phát hiện: 0,03 µg/mL
 Giới hạn định lượng: 0,1 µg/mL
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.
   2) Áp dụng quy trình xây dựng được: phân tích 56 mẫu nước tiểu của 56 đối tượng tiếp xúcvới MnBK cho thấy có 3,57% số mẫu nước tiểu vượt quá giới hạn cho phép nồng độ2,5-HD(>5mg/g creatinin)của Hiệp hội các nhà vệ sinh công nghiệp Mỹ (ACGIH)

4.2. Kiến nghị 
      Các phòng thí nghiệm y sinh học cần áp dụng quy trình kỹ thuật xác định 2,5-HD trong nước tiểu để giám sát chỉ số sinh học cho người lao động có tiếp xúc với MnBK.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]        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.

[2]        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”, NXB Khoa học và Kỹ Thuật.

[3]        Niu S. (2010), “ILO list of occupational diseases and health care workers”, Asian-Pacific Newsletter on occupational health and safety, 17 (2), pp.34-38.

[4]        American Conference of IĐiểm neondustrial Hygienists (2018), “Threshold Limit Value for Chemical Substances and Physical Agents and Biological Exposure Indices”,

[5]        Saito I., Shibata E., Huang J. et al. (1991), “Determination of urinary 2, 5-hexanedione concentration by an improved analytical method as an index of exposure to n-hexane”, Occupational and Environmental Medicine, 48 (8), pp.568-574.

[6]        Oliveira A. F. F., Maia P. P., Paiva M. J. N. et al. (2009), “Determination of 2, 5-hexanedione in urine by headspace solid-phase microextraction and gas chromatography”, Journal of analytical toxicology, 33 (4), pp.223-228.

 Nolasco D. M., Gusmão A., and Siqueira M. E. P. B. d. (2007), “Urinary 2, 5-hexanedione in workers exposed to n-hexane: influence of the sample treatment”, Química Nova, 30 (4), pp.805-808.

https://www.cdc.gov/niosh/docs/2014-151/pdfs/methods/8318.pdf.

Nguyễn Thị Hiền, Lưu Phi Long, Đỗ Thị Cẩm Nhung, Trần Thị Thùy Dương

Viện Khoa học An toàn và Vệ sinh lao động

(Nguồn tin: Vnniosh.vn)