Luận án tiến sỹ hoá học nghiên cứu phương pháp phân tích tỷ lệ đồng vị 87sr86sr và một số nguyên tố vi lượng trong cây thuốc, gạo và đất góp phần xác định nguồn gốc định cư của chúng

Có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng để nghiên cứu xác định nguồngốc sản phẩm như phân tích hàm lượng các nguyên tố, xác định tỷ lệ đồng vị haykết hợp cả hai [73].. Với những lý d

xứ là mối quan tâm ngày càng tăng Các loại thực phẩm giả, thuốc giả nhãn máckhông đảm bảo chất lượng mà còn gây nguy hiểm cho sức khỏe người tiêu dùng và

có tác động tiêu cực đến lợi ích kinh tế Hơn nữa chất lượng của một số sản phẩmchỉ gắn liền với một vùng miền nào đó, chẳng hạn như Nhân Sâm, nấm Linh Chiđược trồng ở những nơi khác nhau thì giá trị của chúng cũng khác nhau Với thuốcđông dược, chất lượng của cây thuốc không chỉ phụ thuộc vào điều kiện canh tác

mà còn phụ thuộc vào nguồn gốc, xuất xứ của cây thuốc Hiệu quả chữa bệnh củathuốc bắc cũng khác với thuốc nam, ngay cả cây thuốc trồng ở Miền nam Việt Namcũng có nhiều đặc tính khác với cây thuốc trồng ở Miền Bắc Việt Nam do thời tiết,khí hậu, thổ nhưỡng, vị trí địa lý khác nhau

Có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng để nghiên cứu xác định nguồngốc sản phẩm như phân tích hàm lượng các nguyên tố, xác định tỷ lệ đồng vị haykết hợp cả hai [73] Với nghiên cứu đồng vị, tỷ lệ đồng vị stronti 87Sr/86Sr được xem

là công cụ xác định nguồn gốc sản phẩm nông nghiệp như: rượu, gạo, phó mát [9,

59, 47, 25] Vì vậy việc đưa ra phương pháp phân tích xác định hàm lượng kim loạinặng và xác định tỷ lệ đồng vị stronti cung cấp những thông tin rất cần thiết và hữuích cho các nhà nghiên cứu và sản xuất chế tạo dược liệu

Nguyên tố Stronti có nhiều đồng vị phóng xạ và đồng vị bền (không phóngxạ) Trong tự nhiên tồn tại 4 đồng vị bền là 84Sr, 86Sr, 87Sr, và 88Sr Trong đó, chỉ có

87Sr, hàm lượng của nó ngày càng tăng lên do nó là sản phẩm phân rã phóng xạ củađồng vị 87Rb Giá trị tuyệt đối của 87Sr biến đổi theo tuổi địa chất và biến đổi theo vịtrí địa lý nên tỷ lệ đồng vị 87Sr/86Sr được xem như chất đánh dấu nguồn gốc [9] Xác định tỷ lệ đồng vị stronti có thể dùng các phương pháp như năng phổ hạtnhân (phổ α, β, γ), phổ khối ion hóa nhiệt TIMS và phổ khối cảm ứng plasma ICP-

MS TIMS cho độ chính xác cao, tuy nhiên phân tích ICP-MS thường được lựachọn cho xác định tỷ lệ đồng vị hơn TIMS ICP-MS không có độ chính xác như

TIMS nhưng có thuận lợi là phép đo thực hiện nhanh hơn, phổ biến hơn Khi xácđịnh tỷ lệ đồng vị stronti 87Sr/86Sr cần loại bỏ ảnh hưởng cản trở của 87Rb do sựtrùng khối của 87Rb và 87Sr Vì vậy, việc nghiên cứu phát triển kỹ thuật tách tối ưu

Rb và Sr trước khi xác đinh tỷ lệ 87Sr/86Sr là một yêu cầu cần thiết và có tính quyếtđịnh đến phép phân tích

Do vậy, việc nghiên cứu xây dựng quy trình xác định chính xác tỷ lệ đồng vị

87Sr/86Sr để xác định nguồn gốc xuất xứ của thực phẩm là một vấn đề cần thiết hiệnnay Chúng tôi nghiên cứu nguồn gốc của cây thuốc, gạo và mối tương quan giữacây thuốc, gạo và đất trồng do ngày nay các loại thuốc đông dược ngày càng được

sử dụng rộng rãi và Việt Nam là một trong những nước xuất khẩu lúa gạo lớn nhấtthế giới, có nhiều loại gạo đặc sản vì thế tình trạng gạo giả nhãn mác hay thuốc giảnhãn mác là rất phổ biến Mặc khác, chất lượng của gạo, cây thuốc phụ thuộc nhiềuvào đất trồng Với những lý do trên chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu phương phápphân tích tỷ lệ đồng vị 87Sr/86Sr và một số nguyên tố vi lượng trong cây thuốc, gạo

và đất góp phần xác định nguồn gốc định cư của chúng”

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở l‎ý thuyết phương pháp xác định thành phần đồng vịý thuyết phương pháp xác định thành phần đồng vị

Để xác định tỷ lệ đồng vị 87Sr/86Sr có thể sử dụng các phương pháp phân tíchhạt nhân hay các phương pháp phân tích phổ khối trong đó hay dùng nhất là phươngpháp phân tích phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS)

1.1.1 Các phương pháp phân tích hạt nhân

Các phương pháp phân tích hạt nhân xác định các đồng vị phóng xạ dựa trênđặc tính phóng xạ của chúng Với các đồng vị bền, không có tính phóng xạ thìchúng được kích hoạt lên thành các đồng vị phóng xạ (phương pháp kích hoạt hạtnhân) Trong các phương pháp này, người ta đo tốc độ phân rã của đồng vị cần quantâm (số phân rã trong một đơn vị thời gian -A), tính toán thống kê số nguyên tử củađồng vị (N) dựa vào chu kỳ bán huỷ của nó (T1/2):

1/2 ln2/T

A

= λ

1.1.1.1 Phương pháp đo phổ al‎ý thuyết phương pháp xác định thành phần đồng vịpha

Có thể sử dụng một số loại detector khác nhau để xác định các đồng vị phát ra

α như buồng ion hoá lưới Frisch, detector tỷ lệ, detector nhấp nháy lỏng và plastic,detector bán dẫn Buồng ion hoá có hiệu suất đếm cao nhưng độ phân giải thấp.Buồng ion hoá lưới Frisch chỉ dùng để đo tổng hoạt độ α Detector tỷ lệ cũng nhưdetector nhấp nháy lỏng có ưu điểm là đồng vị phát α có thể đặt bên trong ống đếmnên đạt được hiệu suất đếm 4π Tuy nhiên, độ phân giải năng lượng của chúng đềuthấp Detector bán dẫn thường được dùng để xác định các đồng vị phát tia α trongmẫu môi trường hay mẫu thải, nhất là khi cần thông tin về phổ Hai loại detectorcản bề mặt (surface barrier) và detector bán dẫn silicon cấy ion (ion-implanted) hay

được dùng trong hệ phổ kế alpha vì chúng có hiệu suất đếm khá tốt và độ phân giảinăng lượng cao Mặc dù detector bán dẫn có độ phân giải cao nhưng sự khác biệt rấtnhỏ về năng lượng hạt α từ các đồng vị phát α khác nhau gây khó khăn trong việctách các đỉnh phổ Đó là trường hợp của hai đồng vị 241Am và 238Pu hay trường hợpcủa 237Np, 233U, 234U và 230Th Do vậy, cần thiết phải tách hoá học các đồng vị khỏinền mẫu phức tạp Thêm vào đó, khả năng tự hấp thụ của hạt α trong mẫu không chỉlàm giảm hiệu suất đếm mà còn làm giảm độ phân giải phổ α Vì thế, trong phép đophổ α cần phải chuẩn bị mẫu rất mỏng Điều này thực hiện được bằng cách điệnphân trên đĩa thép Cũng có thể chuẩn bị mẫu bằng cách bay hơi, cộng kết, kết tủatĩnh điện, nhưng độ phân giải phổ α phụ thuộc rất nhiều vào độ dày của mẫu.Phương pháp đo phổ α có giới hạn phát hiện rất nhỏ Đối với những đồng vị phóng

xạ có chu kỳ bán huỷ nhỏ hơn một phần triệu năm, phương pháp đo phổ α có giớihạn phát hiện nhỏ hơn 1 ppt [2]

Phương pháp đo phổ α có nhược điểm là thời gian phân tích kéo dài do phảitách hoá học cũng như thời gian đếm rất lâu (từ 1 đến 30 ngày) Tuy nhiên, giáthành thiết bị và chi phí vận hành tương đối thấp

1.1.1.2 Phương pháp đo phổ beta

Các đồng vị phóng xạ phát ra bức xạ β hay electron được xác định bằngdetector ion hoá như buồng ion hoá, detector GM hay LSC Detector GM thườngđược dùng để xác định các đồng vị phát ra electron năng lượng cao LSC có ưuđiểm là xác định được các đồng vị phát ra electron tia β có năng lượng từ thấp đếncao Do phổ β - phổ năng lượng của các electron phát ra trong phân rã β là phổ liêntục nên không thể định danh được từng đồng vị riêng biệt đơn thuần bằng cách đophổ β Như vậy, để xác định một đồng vị cần phải tách nó ra khỏi các đồng vị kháctrước khi đo phổ β Sự hấp thụ của electron trong vật chất không lớn như hạt α song

để giảm khả năng tự hấp thụ của electron trong mẫu cũng như tăng hiệu suất đếm,việc chuẩn bị mẫu cho ống đếm GM cũng cần tiến hành như chuẩn bị mẫu để đophổ alpha LSC được dùng để xác định các đồng vị phát electron năng lượng thấpnhư 3H, 14C, 129I và 241Pu LSC còn được dùng để xác định các đồng vị phân rã bằng

cách phát ra các electron chuyển đổi với tỷ lệ cao hay bằng cách bắt electron như

41Ca và 55Fe Tuy nhiên, LSC có nhược điểm là giới hạn phát hiện của nó cao hơn sovới ống đếm GM, hiệu ứng quench ở LSC đòi hỏi phải hiệu chỉnh để có kết quả đochính xác

1.1.1.3 Phương pháp đo phổ gamma

Nhiều đồng vị phóng xạ phân rã α và β, đồng thời cũng phát tia γ nên chúngcũng được xác định bằng phương pháp đo phổ gamma Nhiều loại detector có thể sửdụng trong phép đo phổ gamma như detector nhấp nháy dùng NaI, CsF và ZnS làmchất nhấp nháy, ống đếm, detector bán dẫn Ge tinh khiết, CdTe và GaAs Từ nhữngnăm 70 của thế kỷ trước, các loại detector Si(Li) và Ge(Li) được dùng chủ yếutrong hệ phổ kế gamma vì chúng có độ phân giải cao Những năm sau đó, detector

Ge siêu tinh khiết (HpGe) được dùng rộng rãi vì có thể giữ ở nhiệt dộ phòng, việcbảo dưỡng đơn giản hơn trước

Detector NaI(Tl) thích hợp cho phép đo bức xạ γ có năng lượng từ vài trămKev đến 2,0 Mev Detector Si(Li) và detector Ge loại nhỏ thường được dùng để đocác tia γ năng lượng thấp và tia X (< 100 KeV) với độ phân giải năng lượng 0,15KeV ở 5,9 KeV, trong khi detector Ge loại lớn thường được dùng để đo các tia γnăng lượng cao (> 25 KeV) và thường ở độ phân giải năng lượng hơn 2 KeV ở

1332 KeV Các loại detector HPGe có cấu tạo và kích thước khác nhau, thích hợpcho phép đo bức xạ gamma có năng lượng từ 60 KeV đến 30 MeV Detector nhấpnháy có hiệu suất cao nhất trong các loại detector chất rắn Các detector bán dẫnthông dụng hiện nay có hiệu suất tương đối khoảng 10-20%

Do là bức xạ điện từ, tia γ có thể đi xuyên qua vật chất với quãng đường dài màkhông bị hấp thụ đáng kể, nhất là với tia γ năng lượng cao Mẫu thường không cần xử

lý trước khi đo nên phép phân tích đo phổ γ thường nhanh và không phức tạp, tránhđược sự ảnh hưởng của tạp chất đưa vào khi xử lý mẫu Các đồng vị phóng xạ phát racác tia γ có năng lượng thích hợp thường được xác định bằng đo phổ γ như 60Co, 65Zn,

54Mn, 94Nb, 106Ru, 133Ba, 134Cs, 137Cs, 144Ce, 152Eu, 154Eu và 241Am Hiệu suất đếm củaphép đo phổ gamma thường thấp (< 10%) phụ thuộc vào năng lượng tia γ, khoảngcách từ mẫu đến detector, kích thước tinh thể Ge hay Si Tốc độ đếm phông của phép

đo phổ γ thường cao, phụ thuộc vào mức độ che chắn detector và hoạt độ của mẫu.Giới hạn phát hiện của phép đo phổ γ (> 50 mBq) cao hơn vài bậc so với đếm β và đophổ α Do phép đo phổ α có giới hạn phát hiện rất thấp nên lượng vết các đồng vị phát

ra tia α thường chỉ được xác định bằng đo phổ α, trừ trường hợp 241Am có thể xácđịnh bằng đo phổ γ khi hàm lượng của nó không quá thấp

1.1.1.4 Phương pháp kích hoạt hạt nhân

Nguyên tắc của phương pháp dựa trên sự kích hoạt mẫu bằng một chùm tia ionhoá để tạo ra các sản phẩm đồng vị có hoạt tính phóng xạ và đo phổ phóng xạgamma của chúng Năng lượng của các lượng tử gamma đặc trưng cho đồng vị tạothành và cường độ phóng xạ tỷ lệ với nồng độ của chúng

Thông thường bức xạ nơtron được dùng để kích hoạt, vì nơtron gây ra phảnứng hạt nhân cho nhiều nguyên tố và có độ nhạy kích hoạt cực đại (D ≈ 1) Ngoài ranơtron với các năng lượng khác nhau dễ dàng tạo ra được từ các lò phản ứng hạtnhân Dòng nơtron cũng có thể tạo ra từ các máy phát hoạt từ các nguồn preparat.Tuy nhiên thông lượng nơtron từ các nguồn này khá yếu Trong khi từ lò phản ứng

có thể đạt thông lượng 1010 - 1015 nơtron/cm2.s thì ở máy phát chỉ có 106 - 108 vànguồn preparat chỉ có 105 - 106 nơtron/cm2.s

Do có thể xảy ra đồng thời một vài phản ứng hạt nhân khác nhau mà một đồng

vị phóng xạ nào đó có thể được tạo thành bằng các cách khác nhau, điều đó làm ảnhhưởng và làm phức tạp việc xử lý các kết quả phân tích Trong nhiều trường hợpphương pháp kích hoạt phải được kết hợp với xử lý hoá học mẫu trước và sau khikích hoạt

Đối với các nguyên tố có tiết diện hấp thu nơtron thấp người ta sử dụng chùmhạt nặng để kích hoạt Chẳng hạn để phân tích các nguyên tố nhẹ như Li, B, C, N,

O, F trong một nền (matrix) bao gồm nhiều nguyên tố nặng hơn như Na, Mg, Al, P,

S, Cl, K chùm tia gia tốc (p, d, α, 3He) được phát ra từ máy gia tốc Vandergraphhoặc Synchrotron Vì thành phần các đồng vị tạo thành ở đây rất phức tạp nên đòihỏi phải có quá trình xử lý hoá học Bên cạnh phương pháp phân tích kích hoạt

bằng nơtron được sử dụng rộng rãi trong phân tích hạt nhân còn có phương phápkích hoạt bằng photon

1.1.2 Các phương pháp phân tích phổ khối

1.1.2.1 Nguyên tắc của phương pháp phân tích phổ khối

Các phương pháp phân tích phổ khối xác định các đồng vị (kể cả đồng vịphóng xạ và đồng vị bền) dựa trên tỷ số khối lượng/điện tích (m/z) của chúng.Phương pháp phân tích phổ khối ra đời khi Thompson nghiên cứu sự chuyểnđộng của các ion mang điện tích dương trong trường điện từ vào năm 1910 Vàonăm 1919, Aston lần đầu tiên ghi được phổ khối trên giấy ảnh Gần như cùng lúc

đó, Dempster đã thiết kế máy đo phổ khối đầu tiên với với detector điện tử

Phương pháp phân tích phổ khối bao gồm các quá trình: nạp mẫu, hóa hơi vànguyên tử hóa, tách các ion theo giá trị m/z của chúng và cuối cùng là phát hiệntừng ion có giá trị m/z riêng Các số liệu thu được giúp định tính cũng như địnhlượng các chất cần phân tích trong mẫu Sơ đồ khối của máy phổ khối được trìnhbày trên Hình 1.1

1.1.2.2 Một số phương pháp phân tích phổ khối thông dụng nhất

Chỉ đến những năm 1940, phân tích phổ khối mới được ứng dụng rộng rãi, đầutiên là phân tích hỗn hợp các hydrocacbon với quy mô lớn, sau đó mới được ứng

Hình 1.1 Sơ đồ khối của máy phổ khối

dụng phân tích các chất vô cơ và xác định thành phần đồng vị các nguyên tố Tất cảcác thiết bị này dùng từ trường.

Trong nhiều thập kỷ qua, máy phổ khối ion hóa nhiệt (TIMS) được sử dụngnhiều để đo tỷ lệ các đồng vị Nó dựa trên nguyên tắc các ion dương và âm được tạo

ra trên bề mặt của sợi dây kim loại chịu nhiệt (như Ta, Re, W) có nhiệt độ cao Chấtphân tích dưới dạng muối nitrat hay clorua được cho vào sợi dây kim loại đó vớigiọt nhỏ vài microlit Mục đích của việc phân tích chủ yếu là xác định chính xác tỷ

số các đồng vị của một nguyên tố hay ứng dụng kỹ thuật pha loãng đồng vị để xácđịnh chính xác hàm lượng các nguyên tố

Máy phổ khối ion thứ cấp (SIMS) dựa trên nguyên tắc phân tích khối lượngcác ion tạo thành (ion thứ cấp) khi có sự tương tác của một dòng ion với bề mặt củachất rắn (hoặc đôi khi cả chất lỏng) Dòng ion bắn phá, được gọi là dòng ion sơ cấp,đươc gia tốc để có năng lượng từ 0,2-20 KeV Vì SIMS là thiết bị phân tích khốilượng nên nó có thể phân tích tất cả các nguyên tố và thành phần đồng vị của cácnguyên tố có hơn một đồng vị SIMS có độ nhạy cao, có giới hạn phát hiện cỡ ppb.Một trong những lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất của SIMS là đo tỷ số đồng vị.Máy đo phổ khối nguồn tia lửa điện (SSMS) là thiết bị được thương mại hóađầu tiên để đo phổ khối các chất vô cơ rắn và được giới thiệu vào những năm 1960

Nó dùng một điện thế có tần số radio tạo xung ngắn qua khoảng trống giữa hai điệncực dẫn điện Nhược điểm chính của loại máy này là ghi phổ trên giấy ảnh, nhưng

ưu điểm chính của nó là có giới hạn phát hiện thấp, tới cỡ ppb

Máy phổ khối io hóa laze (LIMS) có từ đầu những năm 1960, dùng tia lazecông suất cao để làm bay hơi và nguyên tử hóa các vật liệu rắn thay cho việc dùngtia lửa điện

Máy đầu dò ion phân giải cao (SHRIMP) sử dụng đầu dò ion có độ phân giảiđặc biệt cao, phân tích mẫu rắn kích thước siêu nhỏ [8]

Máy phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS) có thể xác định các đồng vị với độnhạy và độ chính xác rất cao [39] Ngày nay nó đang có xu hướng dần thay thế choTIMS là loại máy phân tích đồng vị chủ đạo trong nhiều thập kỷ qua

Độ chính xác của các phương pháp phân tích phổ khối được so sánh trongBảng 1.1 (khi chúng có cùng bộ thu ion đơn-single collector) [2].

Bảng 1.1 Độ chính xác của các phương pháp phân tích phổ khối

1.1.2.3 Phương pháp phân tích phổ khối pl‎ý thuyết phương pháp xác định thành phần đồng vịasma cảm ứng (ICP-MS)

ICP-MS là một phương pháp phân tích các chất vô cơ dựa trên sự ghi đo phổtheo tỷ số m/Z của ion nguyên tử các nguyên tố cần phân tích ICP (InductivelyCoupled Plasma) là ngọn lửa plasma tạo thành bằng dòng điện có tần số cao (cỡMHz) được cung cấp bằng một máy phát cao tần (RF) Ngọn lửa plasma có nhiệt độcao có tác dụng chuyển các nguyên tố có trong mẫu cần phân tích ra dạng ion MS(Mass Spectrometry) là phép ghi phổ theo tỷ số m/z

ICP-MS được phát triển vào đầu những năm 80 của thế kỷ trước, là sự kết hợpthành công và hoàn hảo của hai thiết bị là ICP và MS Đây là một trong nhữngphương pháp phân tích hiện đại nhất hiện nay và ngày càng chứng tỏ có nhiều ưu

điểm vượt trội so với các phương pháp phân tích khác trong nghiên cứu xác địnhlượng vết các nguyên tố cũng như xác định thành phần đồng vị của chúng Trên thịtrường hiện nay có nhiều hãng sản xuất máy ICP-MS như Aligent, Perkin Elmer,Thermo, Bruker, Spectro, Shimazu,

Nguyên tắc của ICP-MS là tạo ra ion điện tích dương 1 sử dụng nguồn plasmanhiệt độ cao ICP Mẫu lỏng được bơm vào trong hệ thống phân tích, gồm hệ thốngtạo sol khí (nebulizer) và buồng phun (spray chamber) Mẫu chuyển sang thể sương(aerosol) và đưa đến plasma nhờ khí mang trơ Mẫu được làm khô, bay hơi, nguyên

tử hóa và ion hóa trong plasma Ở vùng 6000-7000 K trong plasma nguyên tử bịkích thích, tồn tại dạng ion +1 và các thành phần cơ bản khác của mẫu Các iondương được tạo thành sau đó được vận chuyển vào bộ phân giải phổ và phát hiện.Mặc dù các ion âm cũng được tạo thành trong plasma cùng với các ion dươngnhưng các ion âm được lọc bằng hệ thấu kính điện tử và hút ra ngoài Khi nguyên tốnhiều đồng vị, ion dương của từng đồng vị được tạo ra trong plasma, điều đó tạo rapic phổ khối của chúng (mỗi đồng vị) Do đó có thể phân tích thành phần đồng vịcủa các nguyên tố bằng ICP-MS

1.2 Các phương pháp xác định nguồn gốc

1.2.1 Phân tích tỷ l‎ý thuyết phương pháp xác định thành phần đồng vịệ đồng vị stronti

Thành phần đồng vị của các nguyên tố là hằng định trong tự nhiên [86] Điềunày xuất hiện các đồng vị tự nhiên bền, trong đó thường có một đồng vị có thànhphần lớn hơn nhiều các đồng vị khác [21] Tuy nhiên có một vài trường hợp ngoại

lệ xuất hiện là do kết quả của sự phóng xạ tự nhiên, sự tách khối, tương tác của tia

vũ trụ (xuất hiện trong khí quyển) và hoạt động của con người [86] Kết quả của sựthay đổi hóa học và vật lý, làm xuất hiện sự phân hoạch các đồng vị bền, làm thay đổithành phần tương đối của các đồng vị là có liên quan đến yếu tố môi trường [21].Stronti là nguyên tố có nhiều đồng vị phóng xạ và đồng vị bền với chu kỳ bánhủy từ 27 giờ (92Sr) đến 28,9 năm (90Sr) Trong đó 87Sr là đồng vị bền sinh ra từ sựphân rã β của 87Rb (T1/2 = 5,0.1010 năm) [80, 9] Do đó, mặc dù tỷ lệ tự nhiên trung

bình của 4 đồng vị: 84Sr (0,56%), 86Sr (9,86%), 87Sr (7,00%) và 88Sr (82,58%) [40],nhưng thành phần đồng vị 87Sr tăng dần cho nên xác định sự khác nhau của thànhphần 87Sr sẽ cho những thông tin về tuổi địa chất và vị trí địa lý [9] Mặc khác tỷ lệ

87Sr/86Sr không ảnh hưởng bởi các kết quả của quá trình sinh học và địa chất [47, 53].Phương pháp xác định tuổi địa chất (phương pháp Rubidi-Stronti) được dùng

để tính tuổi của đá núi lửa, đá trầm tích

Trong tự nhiên, Rb có hai đồng vị 85Rb (72,15%) và 87Rb (27,85%), do đó 87Rb

là đồng vị phóng xạ và biến đổi về 87Sr do sự phân rã β



Rb 87 38

87

37 T1/2 = 48,8 GaTheo định luật phân rã phóng xạ, phương trình xác định tuổi địa chất bằngphương pháp Rb-Sr như sau:

 (1.2.2)Phương trình trên không tính đến Sr ban đầu Trừ một vài trường hợp đặc biệtcòn nói chung, Sr có mặt trong hầu hết các loại đá và khoáng vật Giả thuyết rằngtại thời điểm zero (t0), tất cả các khoáng vật của đá có thành phần đồng vị Sr nhưnhau Khi đó phương trình (1.2.1) được viết đầy đủ như sau:

0 86

87 86

Sr Sr

.

! 2

1

3 2

Do hằng số phân rã của 87Rb rất nhỏ (1,42.10-11 năm-1) nên:

   

! 2

.

Sr Sr

Sr

 86 87

0 86

87 86

Sr Sr

Sr t

86 87

0 86

87 86

87

(1.2.8)

Để tính tuổi đá và khoáng vật cần xác định các tỷ số 87Sr/86Sr, 87Rb/86Sr Tỷ sốđồng vị 87Sr/86Sr được xác định trực tiếp bằng ICP-MS Tỷ số 87Rb/86Sr có được từhai kết quả định lượng 87Rb và 87Sr riêng biệt, chúng cũng được xác định trực tiếpbằng ICP-MS

Khi phương pháp tuối đồng vị Rb-Sr mới ra đời, nó thường áp dụng để xácđịnh tuổi của khoáng vật giàu Rb như lepidolite, với mặc định tỷ số ban đầu bằng0,712 Tuối của mẫu được tính theo cách này gọi là tuổi mô hình (model ages) do tỷ

số ban đầu không xác định trực tiếp mà được chấp nhận một giá trị cho trước

Phương pháp dựng đường đẳng thời khắc phục được các nhược điểm củaphương pháp tuổi mô hình khi nó thiết lập mối tương quan giữa giá trị 87Rb/86Sr(trục hoành) và 87Sr/86Sr (trục tung) được một đường thẳng gọi là đường đẳng thời Xây dựng đồ thị giữa tỷ số 87Rb/86Sr với tỷ số 87Sr/86Sr của một số khoáng vậtkhác nhau từ cùng một macma sẽ thu được đường đẳng thời Đường đẳng thời nàycắt trục tung tại điểm có giá trị bằng tỷ số (87Sr/86Sr)0 [2]

1.2.2 Phân tích hàm l‎ý thuyết phương pháp xác định thành phần đồng vịượng các nguyên tố

Một số nghiên cứu gần đây còn cho thấy có thể xác định nguồn gốc của thựcphẩm như gạo, lúa mì, khoai tây, củ hành, mật ong, dầu oliu, thịt cừu… [93, 38, 27,

46, 56, 19, 72, 75] bằng cách xác định hàm lượng các kim loại và áp dụng phân tíchthống kê đa biến như phân tích thành phần chính (PCA), phân tích nhóm (CA)

- PCA (principal‎ý thuyết phương pháp xác định thành phần đồng vị component anal‎ý thuyết phương pháp xác định thành phần đồng vịysis) [4]: là công cụ hữu hiệu cho phép

giảm số biến trong tập số liệu nhằm đạt được biểu diễn hai chiều từ tập số liệu đachiều Mục đích của PCA là nhằm tìm ra giá trị phương sai lớn nhất với số thànhphần chính (PC) ít nhất Bằng PCA từ tập số liệu phân tích có thể lọc ra được thôngtin có ích về mối quan hệ giữa các biến và tìm được hàm ẩn có chứa các biến này.Nói cách khác PCA là thuật toán đa biến bằng cách quay các trục số liệu chứacác biến tối ưu Khi đó, một tập hợp các biến liên quan với nhau ban đầu đượcchuyển thành tập hợp các biến không liên quan và được sắp xếp theo thứ tự giảm độbiến thiên hay phương sai Những biến không liên quan này là sự kết hợp tuyến tínhcác biến ban đầu Dựa trên phương sai do mỗi biến mới gây ra có thể loại bỏ bớt cácbiến phía cuối dãy mà chỉ mất ít nhất thông tin về các số liệu thực ban đầu Bằngcách này sẽ giảm được kích thước của tập số liệu trong khi vẫn có thể giữ nguyênthông tin

Việc quay các trục tồn tại trong tập số liệu ban đầu đến các vị trí mới trongkhông gian được định nghĩa bởi các biến ban đầu Quá trình này có tên gọi là

“varimax rotation” Các biến mới tạo thành được gọi là các biến ảo (latent variables) hay các thành phần chính (PC) trong đó biến ảo thứ nhất có chứa phương

sai lớn nhất Biến ảo thứ hai (PC2) chứa độ lệch lớn thứ hai và vuông góc với biến

ảo thứ nhất Trục thứ ba (PC3) chứa tổng biến thiên lớn nhất không được giải thíchbởi biến ảo thứ nhất và thứ hai và có tính chất vuông góc với trục thứ nhất và thứ hai.Trong thuật toán PCA, có thể có nhiều PC vì có nhiều biến trong tập số liệu

Số PC tối đa bằng số biến Việc dùng PCA có thể tóm lược được cấu trúc đồngphương sai với tập số liệu có kích thước nhỏ hơn

- Phân tích nhóm (CA) [4]: là kỹ thuật phân tích đa biến nhằm phân loại số

liệu thành các nhóm nhỏ hơn có tính chất giống nhau (còn gọi là các cụm) (cluster).Hai loại phân tích nhóm thường được sử dụng là nhóm theo bậc (hierarchicalclustering) và nhóm k- trungbình (k-mean clustering)

+ Nhóm theo bậc nhằm tìm ra các nhóm trong tập số liệu bằng cách tạo ra câyphân nhóm (cluster tree) Theo phương pháp này, tập số liệu lớn được chia thànhcác tập số liệu nhỏ hơn nữa cho đến khi mỗi tập số liệu nhỏ chỉ còn một phần tử.Cây phân nhóm gồm nhiều bậc trong đó nhóm ở một mức được nối với nhóm bêncạnh ở mức cao hơn Điều đó cho phép quyết định mức hoặc thang chia nào củanhóm là phù hợp hơn

Việc chia nhóm là vấn đề quan trọng thường được dùng trong phân tích nhậndạng, phân tích hình ảnh và các đối tượng khác trong lĩnh vực khoa học và côngnghệ

+ Nhóm theo k-trung bình: các phần tử trong tập số liệu được tách vào knhóm, các phần tử cùng nhóm được kết hợp với nhau và các nhóm khác nhau đượctách ra khỏi nhau

Để xác định nguồn gốc của các sản phẩm nông nghiệp như gạo, cây thuốc cóthể thông qua việc xác định tỷ lệ đồng vị stronti hoặc thành phần của các nguyên tố.Tuy nhiên xác định nguồn gốc của các sản phẩm nông nghiệp bằng việc xác địnhcác nguyên tố thì ít đặc trưng hơn là thành phần đồng vị và tỷ lệ của chúng Đó là

do hàm lượng các nguyên tố trong gạo, cây thuốc không chỉ phụ thuộc vào nơi thuhoạch mà còn phụ thuộc nhiều yếu tố khác

1.2.3 Công trình nghiên cứu xác định nguồn gốc sản phẩm nông nghiệp

Gần đây tỷ lệ đồng vị stronti 87Sr/86Sr là chỉ thị để phát hiện nguồn gốc củanhiều loại thực phẩm như: gạo [47, 63], cá [22], rượu táo [29,73], gia cầm, thịt [26],phó mát [25], bơ [71], măng tây [79], nước khoáng [87] là từ đâu Ngoài thực phẩm

tỷ lệ đồng vị stronti đóng vai trò quan trọng trong địa thời học, nhận dạng các mẫu

đá, đất, trầm tích [85, 40, 67, 89, 18, 76], băng cực [17] và xương người [53] Tỷ lệ

đồng vị stronti có nhiều ứng dụng khác nhau trong việc xác định nguồn gốc củarượu [9, 11, 15, 41].

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) [90], phổ khối hồng ngoại (IRMS) [66,70], phổ khối (MS) [64] và phổ khối cảm ứng plasma (ICP-MS) [25, 9, 47, 74]được dùng để nghiên cứu tỷ lệ đồng vị

Fortunato G và các cộng sự [25] đã xác định thành phần đồng vị Sr trong cácmẫu phó mát bằng phương pháp ICP-MS để nhận biết nguồn gốc thức ăn Việc táchmẫu gồm có: (i) Làm bay hơi nước ở nhiệt độ thấp, (ii) Chiết để loại bỏ thành phầnglyxerin, (iii) Sau đó phân huỷ nhiệt, (iV) Tách sắc ký chất nền Kết quả xác định tỷ

lệ đồng vị 88Sr/86Sr, 87Sr/86Sr và 84Sr/86Sr độ chính xác 0,002-0,01% Đồng thời ảnhhưởng của kripton (83Kr/82Kr) và rubidi (85Rb) lên các đồng vị 84Sr, 86Sr, 87Sr được đohiệu chỉnh Tỷ lệ đồng vị 87Sr/86Sr trong phó mát có nguồn gốc từ các vùng khácnhau (Anpơ, Bretagre, Finland, Canada, Úc) phù hợp tính chất địa lý của địaphương

Mireille Barbaste và các cộng sự [59] đã xác định tỷ lệ 87Sr/86Sr trong rượubằng SF-MC-ICP-MS Sr được tách khỏi Rb bằng sắc kí trao đổi cation Phân tích

11 mẫu rượu ở các vùng khác nhau chỉ ra có sự khác nhau rõ rệt giữa rượu sản xuất

ở vùng đất bazan, vùng đất hổn hợp và vùng đất granit Rượu của Chi Lê,Californian, Madeira ở vùng đất bazan có giá trị 87Sr/86Sr thấp nhất (0,704 đến0,707), rượu của Bồ Đào Nha ở vùng đất granit có tỷ lệ 87Sr/86Sr là 0,712, rượu củaPháp khu vực trầm tích đất hổn hợp có giá trị trung gian từ 0,7085 đến 0,710

Marisa R Almeida C và các cộng sự [57] đã nhận định: Tiềm năng của cả haithành phần đa nguyên tố và tỷ lệ 87Sr/86Sr như là chất đánh dấu nguồn gốc của rượu

đã được đánh giá bằng cách nghiên cứu ảnh hưởng liên quan giữa nguồn gốc đất vàquy trình sản xuất rượu Tác giả đã chọn một rượu đỏ nhẹ và một rượu đỏ mạnh từhai khu vực rượu Douro, Bồ Đào Nha Giá trị tỷ lệ 87Sr/86Sr được xác định trong 10mẫu rượu có nguồn gốc từ các vùng khác nhau

Kết quả cả hai quy trình sản xuất rượu nho làm thay đổi thành phần đa nguyên

tố của rượu Tuy nhiên có sự tương quan đáng kể và tuyến tính giữa các mẫu rượu

và nước nho ép tương ứng (chuẩn bị ở phòng thí nghiệm) cũng như giữa các mẫurượu và đất Theo thống kê, tỷ lệ 87Sr/86Sr trong rượu, nước ép nho tương ứng, đấttrồng giống nhau Thêm vào đó có sự khác nhau đáng kể tỷ lệ 87Sr/86Sr trong rượu từcác vùng có nguồn gốc khác nhau Thành phần đa nguyên tố (Al, As, Ba, Be, Ca, Cd,

Co, Cr, Cs, Cu, Fe, Ga, Hf, Li, Mn, Ni, Pb, Rb, Sr, Th, Tl, U, V, Zn, Zr và La, Ce,

Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Yb, Lu) của mẫu đất, nước ép nho thu đượctrong các bước khác nhau của quy trình sản xuất rượu và sản phẩm rượu cuối cùngđược phân tích bằng phổ khối cảm ứng plasma (ICP-MS) Tỷ lệ 87Sr/86Sr được xácđịnh trong rượu, nước ép nho, đất trồng cũng sử dụng ICP-MS, sau khi loại bỏ Rbgây nhiễu từ các mẫu bằng phương pháp tách sắc ký trao đổi cation

Almeida Marisa C và các cộng sự [9] đã xác định tỷ lệ đồng vị stronti trongrượu (mười mẫu rượu nhẹ và rượu nặng ở 5 vùng khác nhau của Bồ Đào Nha vàmột vùng ở Pháp) bằng phương pháp ICP-MS Mẫu sau khi xử lý đem pha loãng 3lần bằng nước đề ion hoá Tiến hành tách sắc kí trao đổi cation Rb và Sr Xác định

tỷ lệ đồng vị stronti sử dụng phép ngoại chuẩn và nội chuẩn, kết quả cho thấy tỷ lệđồng vị stronti trong rượu ở các vùng khác nhau có sự khác nhau đáng kể

Kawasaki Akira và các cộng sự [47] đã xác định tỷ lệ đồng vị stronti (87Sr/86Sr)

3-HClO4-HF) Tách Rb ra khỏi dung dịch mẫu bằng sắc kí trao đổi ion (Dowex 50W-X8) Tỷ

lệ đồng vị Sr được xác định với độ chính xác < 0,01% Kết quả cho thấy, tỷ lệ đồng

vị Sr trong các mẫu gạo của Nhật Bản có giá trị từ 0,706 đến 0,709 Tỷ lệ đồng vị Srtrong các mẫu gạo của Trung Quốc và Việt Nam (0,710 đến 0,711) cao hơn một ít

so với hầu hết các mẫu gạo của Nhật Bản Gạo của Úc có tỷ lệ đồng vị 87Sr/86Sr caonhất (0,715 đến 0,717) trong số tất cả các mẫu gạo đã được xác định Ngược lại, tỷ

lệ đồng vị Sr trong gạo của Californian (0,706) thấp hơn hầu hết các mẫu gạo củaNhật Bản

Kawasaki Akira, Oda Hisao [48] đã xác định mối quan hệ giữa tỷ lệ đồng vịstronti (87Sr/86Sr) của đất trồng lúa và gạo bằng MC-ICP-MS Tỷ lệ 87Sr/86Sr của Srhoà tan trong nước và Sr chiết được trong amoni axetat (Sr trao đổi) trong 11 mẫuđất có giá trị tương ứng từ 0,7066 đến 0,7099 và từ 0,7065 đến 0,7099 Tỷ lệ

87Sr/86Sr của Sr trong đất khoảng từ 0,7058 đến 0,7118 cao hơn tỷ lệ 87Sr/86Sr của Srhoà tan trong nước hay Sr trao đổi Nhìn chung, các vùng có 87Sr/86Sr thấp hơn chủyếu ở phía Bắc Nhật Bản, trong khi các vùng có 87Sr/86Sr cao hơn là ở phía NamNhật Bản Tỷ lệ 87Sr/86Sr trong gạo giống như tỷ lệ 87Sr/86Sr của Sr hoà tan trongnước hay Sr trao đổi trong đất

Silvia Garcia-Ruiz và các cộng sự [74] đã xác định tỷ lệ đồng vị stronti bằngMC-ICP-MS sau khi kết nối với tách sắc ký ion Rb-Sr Sự kết nối sắc ký ion vớicông cụ MC-ICP-MS cho phép tách hoàn toàn rubidi và các nguyên tố nền khác(Ca, Mg, Na, K) khỏi Sr Hiệu chỉnh độ lệch khối sử dụng hoặc tỷ lệ đồng vị

88Sr/86Sr (nội chuẩn) hoặc theo dõi tỷ lệ 87Rb/85Rb (ngoại chuẩn) trong các mẫu thật.Phương pháp được áp dụng để đo tỷ lệ đồng vị Sr trong các mẫu rượu táo và cácloại mẫu khác nhau (đất, lá táo và táo) để nghiên cứu sự chuyển đổi tỷ lệ đồng vị Srtrong hệ thống đất - cây - rượu táo

Rowland Adam và các cộng sự [71] đã đưa ra một phương pháp xác định tỷ lệđồng vị stronti bằng ETV-ICP-MS Phương pháp sử dụng mẫu pha chế nhỏ vàkhông đưa vào tách sắc ký Rb và Sr trước khi phân tích Phương pháp được áp dụng

để phân tích mẫu Fenspat Kali (NIST SRM 607), xác định thành phần đồng vị đểxác định tuổi địa chất Mẫu chuẩn xác định có tỷ lệ 87Sr/86Sr là 1,1876 ± 0,011, nồng

độ Sr: 64,1 ± 4,7µg/g, nồng độ Rb: 557 ± 6µg/g Giá trị này tương ứng tuổi mẫu vật

1266 ± 186 triệu năm, giá trị chứng thực mẫu chuẩn 1409 ± 14 triệu năm

Akemi Yasui và Kumiko Shindoh [93] đã xác định nguồn gốc của gạo dựa trênviệc xác định thành phần các nguyên tố kim loại trong gạo (34 mẫu gạo được lấy từ

27 vùng khác nhau của Nhật) Hàm lượng của P, K, Mg, Ca, Mn, Zn, Fe, Cu đượcxác định bằng ICP-AES và Rb, Mo, Ba, Sr, Ni, Cd, Cs, Pb, Al, Cr, Co bằng HR-ICP-MS Tác giả đã áp dụng phân tích thống kê đa biến, phân tích theo nhóm (CA)

và phân tích thành phần chính (PCA) đối với 13 nguyên tố (P, K, Mg, Ca, Mn, Zn,

Fe, Cu, Rb, Mo, Ba, Sr, Ni) để phân loại thành các nhóm riêng biệt Kết quả phân tíchtheo nhóm và PCA cho thấy có thể sử dụng 9 nguyên tố (Mn, Zn, Fe, Cu, Rb, Mo,

Ba, Sr, Ni) để phân biệt các mẫu gạo ở 3 vùng Tohoku, Kanto và Hokuriku

Franco Di Giacomo và các cộng sự [27] đã xác định nguồn gốc của khoai tâybằng việc phân tích lượng vết các nguyên tố (Mg, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Sr, Cd,Ba) Bằng cách sử dụng phương pháp phân tích phân biệt tuyến tính (lineardiscriminate analysis-LDA) các dữ liệu thu thập được có thể phân biệt khoai tây ở

Fucino, khoai tây ở các cùng khác của Ý và khoai tây ở 4 tỉnh của vùng Abruzzo.

Shumin Sun và các cộng sự [72] đã xác định nguồn gốc của thịt cừu ở cácvùng khác nhau của Trung Quốc bằng việc xác định thành phần đa nguyên tố (25nguyên tố) và áp dụng thống kê đa biến bao gồm PCA và LDA Kết quả cho thấy cóthể phân biệt chính xác các mẫu thịt cừu từ các vùng nông nghiệp và các vùng khác

1.3 Xác định hàm l‎ý thuyết phương pháp xác định thành phần đồng vịượng kim l‎ý thuyết phương pháp xác định thành phần đồng vịoại trong sản phẩm nông nghiệp

Phân tích các nguyên tố đa lượng, vi lượng và nguyên tố vết trong rượu [50, 37,

24, 84, 10, 81, 43, 94], gạo [93], lúa mì [38], khoai tây [27], củ hành [46], mật ong[56], dầu oliu [19], thịt cừu [72]… để xác định nguồn gốc xuất xứ của chúng Thuậnlợi lớn nhất của phân tích các nguyên tố là có nhiều kỹ thuật khác nhau Phổ phát xạnguyên tử cảm ứng (ICP-OES) [81, 43], phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [94, 49, 50],phổ hồng ngoại gần (NIRS) [94], huỳnh quang tia X phản xạ toàn phần (TXRF)[10] và phương pháp kích hoạt nơtron [10] được dùng để xác định hàm lượng cácnguyên tố đa lượng được dùng để xác định hàm lượng các nguyên tố đa lượng,trong khi phổ khối cảm ứng (ICP-MS) [20, 81, 84, 49, 10] được dùng để phân tíchcác nguyên tố vết

Nazim Sekeroglu và các cộng sự [62] đã không phát hiện thấy Cd trong bất kìmẫu dịch chiết nào của cây cam thảo, các hoa cây đoan, lá cây tầm ma Tuy nhiêntrong phần còn lại của mẫu, Cd đã được tìm thấy trong khoảng nồng độ 7-126µg/kgvới nồng độ cao nhất ở lá cây chamomile Trong tất cả các mẫu phân tích, hàm

lượng Fe trong zahter cao nhất đạt 520mg/kg Nồng độ cao nhất của Cu, Mn và Zn

đã phát hiện thấy ở bông hoa hồng (24mg/kg), Turkish Oregano (58mg/kg) vàZahter (50mg/kg) tương ứng

Các kết quả của các nghiên cứu khám phá hiện tại đều cho thấy rằng hàmlượng Cd và các nguyên tố vết trong các cây thuốc được sử dụng ở Thổ Nhĩ Kì đềunhỏ hơn giới hạn cho phép

Queralt I và các cộng sự [68] đã xác định hàm lượng của các nguyên tố vi

lượng và đa lượng trong cây thuốc và các dịch chiết của chúng (Taraxacum officinale Weber, Eucalyptus globules Labill, Plantago lanceolata L., Matricaria chamomilla L và Mentha piperita L.) bằng cách kết hợp dùng phương pháp huỳnh

quang tia X (WD-XRF và ED-XRF) để phân tích lượng lớn các nguyên liệu đầu vàICP-MS và ICP-AES để phân tích các dịch chiết Các phương pháp cho phép xácđịnh 17 nguyên tố (Na, Mg, Al, Si, P, S, K, Ca, Ti, Mn, Fe, Cu, Zn, As, Rb, Sr, vàPb) cả trong cây thuốc lẫn trong dịch chiết Dùng phương pháp huỳnh quang tia Xthích hợp để phân tích nhanh nhiều nguyên tố hàm lượng lớn của các nguyên liệuđầu, còn phương pháp ICP là thích hợp để kiểm tra các dịch chiết để xác định vaitrò dinh dưỡng của cây thuốc và lượng ăn kiêng mỗi ngày

Tran Dong Phuong và các cộng sự [65] đã nghiên cứu hàm lượng của 14nguyên tố (P, K, Mg, Ca, Mn, Zn, Fe, Cu Al, Na, Ni, As, Mo và Cd) trong gạo ởvùng Sông Hồng của Việt Nam và một số mẫu gạo của Yanco, NSM, Úc bằngphương pháp ICP-AES, ICP-MS và F-AAS Phương pháp phân tích được kiểm tra,đánh giá qua mẫu chứng thực bột gạo (NIES No 10) Kết quả cho thấy gạo ViệtNam có nồng độ các nguyên tố giống như gạo Úc và gạo của các nơi khác Tuynhiên kết quả phân tích cho thấy một vài nguyên tố có tính đặc trưng cho một sốmẫu gạo Việt Nam và gạo Úc Gạo Việt Nam có hàm lượng P, K, Mg cao hơn cácquốc gia khác, Mn được ghi nhận trong gạo nâu Úc ở vùng Yanco, và các mẫu gạo

Úc cũng có Cd thấp (<0,003 mgKg-1) Sự phân bố khác thường của Ni, có mặt tronggạo trắng cao hơn gạo nâu được tìm thấy trong một vài mẫu gạo Việt Nam

Ataro A và các cộng sự [13] đã xác định các nguyên tố vết (V, Cr, Mn, Sr, Cd,

và Pb) trong sữa bò bằng phương pháp ICP-MS Các mẫu sữa bò tươi (n = 24) đượcthu gom từ trang trại bò sữa gần các mỏ ở Gauteng và các tỉnh phía Tây Bắc củaNam Châu Á Để phân hủy thành phần nền hữu cơ, mỗi mẫu sữa đông lạnh khôđược vô cơ hóa bằng phương pháp vi sóng Sử dụng mẫu chuẩn bột sữa để kiểm tra

độ chính xác của phương pháp phân tích Kết quả cho thấy hàm lượng V, Cr, Mn,

Sr, Cd, Pb thu được khi sử dụng phương pháp mới phù hợp với giá trị chứng thực.Rosdenas de la Rocha S và các cộng sự [69] đã xác định các nguyên tố vếttrong rong biển bằng phương pháp ICP-MS Thể tích và tỷ lệ HNO3, H2O2, thờigian, công suất của lò vi sóng được thay đổi để xác định điều kiện tốt nhất cho phânhủy mẫu Khối lượng phân tích và các tham số máy được chọn để đảm bảo độ đúng

và độ chính xác của phép xác định As, Cd, Co, Cr, Mo, Ni, Pb, Sb, Te và V.Phương pháp được tối ưu và công nhận sử dụng mẫu sinh học chứng thực Một sốmẫu rong biển (Porphyra và Laminaria) ở Pháp, Tây Ban Nha, Hàn Quốc và NhậtBản được phân tích bằng phương pháp tối ưu này Hàm lượng hầu hết các nguyên

tố trong mẫu Porphyra cao hơn mẫu Liminaria, ngoại trừ As Rong biển của HànQuốc, Nhật Bản có Pb và Cd cao nhất

Yasemin Şahan và các cộng sự [92] đã phân tích hàm lượng các kim loại trongmẫu ôliu đen và xanh từ Bursa, Thổ Nhĩ Kỳ Chín mươi hai mẫu dầu ôliu đen vàxanh được lấy từ 56 loại, 4 phương pháp chế biến và 3 kiểu đóng gói Hàm lượng

Mg, Cr, Co, Ni, Fe, Cu, Zn, Sn, Cd và Pb được đo bằng phương pháp ICP-MS.Trong các mẫu ôliu thí nghiệm thì Mg có hàm lượng cao nhất (125,11 ± 5,02)mg/kg, Co có hàm lượng thấp nhất (0,09 ± 0,01) mg/kg Hàm lượng của 10 kim loạithí nghiệm nằm trong giới hạn an toàn Các kim loại Mg, Zn, Fe, Sn và Pb có sựkhác nhau đáng kể về hàm lượng giữa hai loại, do đó phương pháp chế biến, đóngnhãn và chất liệu đóng gói có ảnh hưởng đến hàm lượng của chúng

Hye-Sook Lim và các cộng sự [42] đã đánh giá sự ô nhiễm các kim loại nặng ởvùng mỏ Songcheon, Hàn Quốc Các mẫu đất, nước, thực vật… xung quanh khu mỏđược thu thập, xử lí sau đó đem xác định hàm lượng kim loại nặng bằng ICP-AES

và ICP-MS Hàm lượng As và Hg trong đất trồng cao hơn rất nhiều so với giới hạncho phép, kết quả cao nhất lên tới 626mg As/kg và 4,9mg Hg/kg Hàm lượng caonhất trong cây trồng là 33 mg As/kg và 3,8 mg Pb/kg (trong củ hành), 0,87mgCd/kg và 226mg Zn/kg (trong rễ rau diếp), 16,3 mg Cu/kg (trong lá cây vừng) Điềunày được giải thích do cây trồng trên vùng đất đó đã bị ô nhiễm As và các kim loạinặng Mặt khác, hàm lượng cao nhất của As, Cd và Zn được tìm thấy trong nướcsuối-nguồn nước uống chủ yếu của khu vực này- lần lượt là: 0,71 mg/L, 0,19 mg/L

và 5,4 mg/L, cao hơn rất nhiều so với giới hạn cho phép của Hàn Quốc

Townsend A.T và Snape I [83] đã tiến hành xác định hàm lượng Pb trong cácmẫu đất trầm tích ở cửa sông thuộc Nam Australia bằng phương pháp ICP-MS Các

vùng Broken Hill và Mt Isa Australian hàm lượng Pb lần lượt từ 35,5 đến 36 và từ16,0 đến 16,1 mg.kg-1 Còn ở khu vực Wilkes Station hàm lượng Pb xác định đượctrong khoảng 13-40 mg.kg− 1

Số lượng các công trình nghiên cứu sử dụng phương pháp ICP-MS để xác địnhđồng thời lượng vết và siêu vết các kim loại trong nhiều loại đối tượng khác nhaucho thấy phương pháp này rất thích hợp để phân tích các kim loại nặng trong mẫusinh học

1.4 Yếu tố ảnh hưởng trong phép đo ICP-MS và phương pháp l‎ý thuyết phương pháp xác định thành phần đồng vịoại trừ

Có nhiều yếu tố gây nhiễu khác nhau trong phân tích tỷ lệ đồng vị 87Sr/86Srbằng ICP-MS Sự nhiễu do sự trùng khối 87Rb lên 87Sr, sự nhiễu do các ion hainguyên tố [25] như: 44Ca40Ar+ và 48Ca40Ar+ còn 84Kr+ và 86Kr+ có nguồn gốc từ khíargon sử dụng làm khí vận hành plasma, cũng như đồng vị ion của nguyên tố đấthiếm mang điện tích +2 như Er2+, Yb2+ và Lu2+ [25, 40] Tuy nhiên, nguyên tố đấthiếm, argon, krypton thì không ảnh hưởng đáng kể đến phép đo tỷ lệ 87Sr/87Sr Cácnguyên tố đất hiếm do có hàm lượng rất thấp trong nền mẫu và hầu hết các nguyên

tố này có thể di chuyển khỏi nền mẫu trong lúc tách sắc ký trao đổi ion Argon tinhkhiết cao được sử dụng làm khí môi trường để vận hành máy nên loại trừ sự ảnhhưởng của kripton ở số khối 86 Sự có mặt của canxi trong nền mẫu có thể đưa đến

nhiễu ion kép 48Ca40Ar+ lên số khối 88 Do đó khi xác định tỷ lệ 87Sr/86Sr cần tách Sr

ra khỏi Rb và các nguyên tố nền mẫu khác, trong đó có Ca

Có nhiều phương pháp tách các nguyên tố đã được nghiên cứu và ứng dụngtrong thực tế phân tích như phương pháp chiết dung môi, các phương pháp sắc kýnhư sắc ký lỏng cao áp, sắc ký trao đổi ion… Ngày nay, kỹ thuật tách sắc ký traođổi ion được quan tâm và ứng dụng nhiều trong hóa học phân tích để tách và làmgiàu các cấu tử riêng biệt từ các hỗn hợp phức tạp

Sắc ký là quá trình tách dựa trên sự phân bố liên tục các cấu tử chất phân tíchlên hai pha: một pha thường đứng yên có khả năng hấp thu chất phân tích gọi là phatĩnh, một pha di chuyển qua pha tĩnh gọi là pha động Do các cấu tử chất phân tích

có ái lực khác nhau với pha tĩnh nên chúng di chuyển với tốc độ khác nhau và tách

ra khỏi nhau Trong suốt quá trình tách sắc ký, các quá trình hấp thu (chất tanchuyển từ pha động vào pha tĩnh), và giải hấp (quá trình ngược lại) xảy ra liên tụckhi pha động di chuyển và hệ thống ở trạng thái cân bằng

Tách stronti để phân tích đồng vị được cải tiến hơn khi sử dụng nhựa stronti trongphương pháp tách kết nối on-line với phổ khối plasma cảm ứng đa cực (MC-ICP-MS).Tách on-line bao gồm kết nối giữa sắc ký ion và ICP-MS Phương pháp này cho năngsuất cao, chính xác vừa giảm lượng thuốc thử vừa giảm sức lao động [28]

Mặc dù tách rất tốt nhưng nhựa Sr-Spec cũng rất đắt tiền đặc biệt khi phân tíchnhiều mẫu Gần đây nghiên cứu nguồn gốc sản phẩm nông nghiệp [29] bằng phép

đo tỷ lệ đồng vị stronti, sắc ký ion Dionex kết nối với MC-ICP-MS, dung dịch axitnitric và crown ether (18-Crown-6) được dùng làm pha động Silvia Garcia-Ruiz vàcác cộng sự [74] đã xác định tỷ lệ đồng vị stronti bằng MC-ICP-MS sau khi kết nốivới tách sắc ký ion Rb-Sr Phương pháp được áp dụng để đo tỷ lệ đồng vị Sr trongcác mẫu rượu táo và kết quả này phù hợp với các kết quả đạt được sau khi tách Rb-

Sr không kết nối với MC-ICP-MS, sử dụng nguyên liệu chelat Sr Spec Phươngpháp cũng đã được áp dụng cho các loại mẫu khác nhau (đất chiết, lá táo và táo) đểnghiên cứu sự chuyển đổi tỷ lệ đồng vị Sr trong hệ thống đất - cây - rượu táo

S Banerjee và các cộng sự [14] đã phát triển phương pháp chiết lỏng-lỏng đểtách lượng vết hoạt hoá nơtron Sr và Rb từ hỗn hợp của chúng trong môi trườngaxit HClO4 0,1M sử dụng 18-crown-6 nitrobenzen 0,04M làm dung môi chiết Mặc dù Crown ether thuận lợi do có độ chọn lọc tốt nhưng giá thành cao, khảnăng tái sử dụng thấp nên sắc ký trao đổi ion thường được dùng để tách stronti khỏirubidi Các phương pháp tách khác nhau được nghiên cứu, sử dụng nhựa Dowex [9,

85, 40], Biorad [18, 76] và chelex [16] Phương pháp rửa giải với axit clohidric [9,

15, 85, 40, 89], EDTA và DCTA [88] Phương pháp tách Rb, Sr có thể tiến hànhtách Rb, Sr độc lập trước khi đo hay tách Rb, Sr kết nối với ICP-MS

Dung môi rửa giải rất phân cực được dùng trong tách sắc ký trao đổi ion Sr,

Rb là axit HCl Nhiều nghiên cứu địa chất [85, 40, 89, 18, 76], nguồn gốc [9, 15] sửdụng axit HCl làm dung môi rửa giải trong tách sắc ký Phương pháp bao gồmchuyển mẫu đã phân hủy sang môi trường axit hidrocloric và nạp lên cột sắc kí.Rubidi sau đó được rửa giải bằng dung dịch axit hidrocloric loãng (HCl 2M), tiếptheo giải hấp stronti bằng axit đậm đặc hơn (HCl 8M) Các nguyên tố khác có trongnền mẫu gồm Na, K, Mg và phần lớn Fe và Ca giải hấp cùng với Rb [85]

Mặc dù axit hidrocloric rất phân cực nhưng gặp khó khăn do axit hidrocloric làmôi trường không phù cho phân tích ICP-MS vì ion Cl- gây nhiễu phổ Axit chọnlựa đầu tiên cho phân tích ICP-MS là axit nitric vì nền phổ tương tự như nước Do

đó môi trường của mẫu không phải là axit nitric thì cần chuyển đổi môi trường

trước khi phân tích Khi thêm vào các bước xử lý mẫu thì mất nhiều thời gian, tăng

sự nhiễm bẩn và mất mẫu do đó không được ưa thích

Vorster C và các cộng sự [88] đã tiến hành tách Rb, Sr trên cột với nhựa traođổi cation Dowex 50x8, sử dụng chất tạo phức EDTA, DCTA làm dung môi rửagiải Các nguyên tố Sr, Ca, Mg, Rb được hấp thu trên nhựa Dowex 50W-X8 ở dạng

DCTA Do các cation hóa trị 2 có hằng số tạo phức với EDTA hay DCTA khácnhau nên có khả năng tách chúng ở các điều kiện nhất định Cả EDTA và DCTAđều không tạo phức với các kim loại kiềm nên Rb được giữ lại trên cột và sau đóđược giải hấp bằng dung dịch axit HNO3 3M

Latkoczy Christopher và các cộng sự [52] đã xác định tỷ lệ đồng vị strontitrong mẫu đất và xương sau khi đã tách Rb, Sr trên hệ thống sắc ký ion Dionex DX-

500 với cột trao đổi cation (IonPas CG12A) kết nối với SF-ICP-MS

Stray H [77] cho biết nếu sử dụng sắc ký trao đổi ion thông thường sẽ gặp khókhăn khi tách Rb và Sr trong các mẫu đá khi phân tích đồng vị, nếu hàm lượng Rbcao thì khó thu được phần chiết Sr Tách Rb và Sr tốt hơn nhiều có thể đạt được vớisắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) Tuy nhiên một điều bất lợi của kỹ thuật này làmột trong những thành phần hữu cơ trong dung môi rửa giải cũng có mặt khi thugom phần chiết và có thể gây khó khăn khi hoá hơi mẫu trên sợi đốt

Tách Ca, Sr

Để nâng cao độ chính xác của phép đo tỷ lệ đồng vị stronti thì cần tách Sr rakhỏi các nguyên tố nền đặc biệt là canxi, vì các mẫu đất thường chứa lượng lớncanxi Tách Sr, Ca trên nhựa Sr.spec Sr và Ca hấp thụ trên nhựa trong môi trườngHNO3 5M Rửa giải Ca bằng HNO3 1M hoặc 3M, rửa giải Sr bằng HNO3 0,05Mhoặc H2O [30, 31]

Tách canxi, stronti chủ yếu là dùng phương pháp sắc ký trao đổi ion VictorE.Noshkin và Norman S.Mott [86] tách Ca, Sr bằng sắc kí trao đổi cation Dowex50-X12, sử dụng dung môi rửa giải là cyclohexanđiamintetra-axetic (CyDTA) Ann

B Strong và các cộng sự [12] đã tách Sr khỏi các kim loại kiềm thổ trên cột sắc ký

trao đổi caion Dowex Stronti và các kim loại kiềm thổ hấp thụ trên nhựa Dowextrong môi trường EDTA ở pH = 5,5 Sau đó giải hấp các kim loại kiềm thổ bằngaxit HCl 0,5M, giải hấp Sr bằng HCl 3M

Tách Ca, Sr bằng sắc kí trao đổi anion trên nhựa trao đổi anion Amberlite

CG-400 ở dạng nitrat môi trường dung dịch axit HNO3 0,25M trong metanol [32] Tách

Ca, Sr trên nhựa trao đổi anion (Amberlite CG 400, Dowex AG 1x8) ở dạng nitratbằng dung dịch axit nitric 0,25M trong hỗn hợp metanol và etanol với các tỷ lệ thểtích metanol và etanol khác nhau [95, 33, 34, 35, 36]

1.5 Phương pháp phân huỷ mẫu xác định l‎ý thuyết phương pháp xác định thành phần đồng vịượng vết kim l‎ý thuyết phương pháp xác định thành phần đồng vịoại trong mẫu đất và mẫu thực vật

Jianjie Fu và các cộng sự [45] sử dụng bom phá mẫu bằng thép có nắp kín để

xử lý mẫu đất và mẫu cây Cân khoảng 0,2 gam mẫu cho vào cốc PTFE và thêm

đặt cốc trong bom phá mẫu bằng thép không rỉ, được đậy kín bằng nắp có đinh ốc

để tránh axit bay hơi, sau đó đặt lên lò nung Nhiệt độ lò nung được giữ trong 1 giờ ở

600C và sau đó tăng dần lên 1600C trong 8 giờ Sau khi làm lạnh đến nhiệt độ phòng,dung dịch chuyển vào bình định mức 25ml và pha loãng bằng nước siêu sạch

Mahsa Haei [54] đã xác định các nguyên tố vết trong đất rừng ở miền TâyNam Trung Quốc, phá mẫu đất bằng lò vi sóng với các hỗn hợp axit đặc khác nhaunhư: (HNO

đã được nghiền nhỏ trên cân phân tích có độ chính xác  0,0001 gam cho vào bìnhKendal, thêm vào mẫu 10ml HNO3 đặc, 1ml H2O2 30% Đun cách cát trong 2h, sau

đó cô cạn Hòa tan cặn bằng 5ml HCl 1: 1, lọc vào bình định mức 50ml và địnhmức đến vạch bằng nước cất

Tran Dong Phuong và các cộng sự [65] đã phân hủy mẫu gạo bằng lò vi sóngbằng hỗn hợp HNO3 đặc và H2O2 30% (với 0,8g gạo và 3,5 ml HNO3 + 1,5 mlH2O2) Chương trình vi sóng với phần mềm hệ thống CEM như sau:

Bước 1: chạy 5 phút ở áp suất 80 psi, công suất 40%; bước 2: dừng 2 phút ở ápsuất 60 psi, công suất 0%; bước 3: chạy 5 phút, áp suất 100 psi, công suất 40% ,bước 4: chạy 6 phút, áp suất 120 psi, công suất 65%; bước 5: chạy 2 phút, áp suất

150 psi, công suất 85% Kết quả mẫu phân hủy hoàn toàn, cho độ chính xác chấpnhận được (dựa trên kiểm tra độ thu hồi của phương pháp ninh vi sóng mẫu chuẩn).Franco Di Giacomo và các cộng sự [27] đã xác định các kim loại vết bằngphương pháp ICP-MS Xử lý mẫu khoai tây bằng lò vi sóng Cân khoảng 1 g mẫukhô cho vào 7ml axit nitric 65% trong 24 giờ để làm nóng Sau đó được vô cơ hóabằng lò vi sóng theo chương trình sau:

Bước 1: chạy 5 phút ở 300W; bước 2: để nguội sau đó thêm 1ml axit nitric,chạy tiếp trong 7 phút ở 300W, chạy thêm 4 phút ở 350W; bước 3: Để nguội sau đócho thêm 0,5ml H2O2 30%, chạy 7 phút ở 250W, chạy thêm 4 phút ở 400W, chạythêm 4 phút ở 600W Phương pháp được xác định tan hoàn toàn Sau khi vô cơ hóa,cho thêm nước đề ion hóa vào mẫu và định mức đến 25ml

Akira Kawasaki và các cộng sự [47] đã phân hủy mẫu gạo nâu bằng hỗn hợpaxit nitric, axit pecloric và axit hidrofloric đặc (HNO3-HClO4-HF) Cân 5g mẫu cho

axit bay hơi và phần còn lại để nguội 30 ml HNO3 và 10 ml HClO4 được thêm vào

và đun nóng Sau khi hầu hết axit bay hơi, 5ml HClO4 và 10ml HF thêm vào hỗnhợp, được đun nóng trên tấm kim loại, nhiệt độ tăng chậm đến 2000C, đến khi hầuhết axit bay hơi Phần còn lại được hòa tan bằng 5ml HNO3 1M bằng cách đun nhẹ.Emilia Vassileva và Christophe R Quesesteel [23] đã phân hủy mẫu gạo bằng

lò vi sóng Cân 0,2g mẫu gạo cho vào cốc và cho vào 4,5ml HNO3 65% và 0,5ml

HF 45%, tiến hành phân hủy trong khoảng 2h Chương trình vi sóng: giai đoạn 1:

chạy 3 phút ở công suất 250W; giai đoạn 2: nghỉ 2 phút; giai đoạn 3: chạy 10 phút ởcông suất 250W; giai đoạn 4: nghỉ 2 phút; giai đoạn 5: chạy 5 phút ở công suất400W; giai đoạn 6: nghỉ 1 phút; giai đoạn 7: chạy 5 phút ở công suất 600W; giaiđoạn 8: nghỉ 1 phút; giai đoạn 9: chạy 10 phút ở công suất 400W.

Mamani M.C.V và các cộng sự [60] xử lí mẫu dược liệu để phân tích Pb và

Cd theo hai phương pháp xử lý khô và ướt cho kết quả tốt Với phương pháp xử lí

2,5h Sau đó đem hoà tro bằng 5mL HCl 6M, đem đun bay hơi hết axit, hoà cặnbằng 5ml HCl 2M Lọc mẫu và định mức bằng nước Với phương pháp ướt, với 1g

hạn phát hiện của phương pháp là 0,12 và 0,010 mg/kg với Pb và Cd Kết quả được

áp dụng để phân tích chì và cadmi trong 4 loài: Hypericum perforatum, Mikaniaguaco, Mikania glomerata và Peamus boldus

1.6 Giới thiệu về gạo, cây thuốc

1.6.1 Gạo

Gạo là lương thực chính của một nửa dân số thế giới, gạo cung cấp hơn mộtphần năm calo cho con người trên toàn thế giới [91] Ở các nước phát triển, gạo lànguồn dinh dưỡng chính cho các hộ gia đình có thu nhập thấp hơn Trong các giađình, khoảng 30-55% tổng số sắt có từ gạo [58] Gạo là nguồn vi chất dinh dưỡngtốt như selen, mangan, magiê và khoáng chất cần thiết khác

Ngày nay, gạo nâu và lúa gạo hoang dã cung cấp nhiều chất dinh dưỡng và cólợi cho sức khỏe con người hơn so với gạo trắng Gạo nâu có khả năng chống lạibệnh tim mạch, tiểu đường, và béo phì [44, 61]

Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy cây lúa tích lũy kim loại nặng từ đất và nướctưới do ảnh hưởng của phân bón, thuốc trừ sâu, nước thải và các hoạt động kháccủa con người Một số kim loại nặng có hàm lượng lớn có thể ảnh hưởng đến sứckhỏe con người

Hiện nay trên thế giới có hơn 40.000 loại gạo nhưng chỉ có hơn 100 loại phổbiến trên toàn thế giới và ngày nay có hơn 100 quốc gia trồng lúa Trong đó ViệtNam là một trong những nước xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới Gạo Việt Nam rấtphong phú và đa dạng với nhiều chủng loại khác nhau, có nhiều loại gạo đặc sảnnhư Nàng Thơm chợ Đào-Long An, gạo Một Bụi Đỏ Hồng Dân-Bạc Liêu…

1.6.2 Cây thuốc

Theo tổ chức y tế thế giới (WHO) hơn 80% dân số các nước đang phát triễncần sử dụng cây thuốc đối với nhu cầu chăm sóc sức khoẻ ban đầu Tại các nướcphát triển nhu cầu sử dụng cũng gia tăng Trong số 50.000 loài cây thuốc khác nhaucần dùng hiện nay, khoảng 2/3 được thu thập từ môi trường hoang dã Tại Châu Âuchỉ có 10% loài cây thuốc thường dùng là do con người trồng

Trên thế giới, đã phát hiện được 265.000 loài thực vật Trong đó có 150.000loài được phân bố ở các vùng nhiệt đới, 35.000 loài có ở các nước ASEAN Trong

số này có ít nhất 6.000 loài được dùng làm thuốc Các loài thực vật có chứa khoảng

5 triệu hợp chất hóa học Cho tới nay, đã có 0,5%, nghĩa là 1.300 cây được nghiêncứu một cách có hệ thống về thành phần hóa học và giá trị chữa bệnh Thuốc từdược liệu được sử dụng không chỉ các nước Á Đông mà còn được tiêu thụ mộtlượng khá lớn ở các nước Phương Tây Ở các nước có nền công nghiệp phát triểnthì một phần tư số thuốc kê trong các đơn có chứa hoạt chất từ dược liệu Việt Namcũng có một số mặt hàng đông dược xuất khẩu có uy tín ở thị trường nước ngoàinhư hoa hòe, quế, sa nhân, dừa cạn, các loại tinh dầu hồi…[3]

Ute Bober và cộng sự nhận định rằng các thuốc truyền thống của Trung Quốcdựa vào các sản phẩm và các dịch chiết thảo dược ngày càng có mặt trên khắp thếgiới Hàm lượng các kim loại nặng thường được nghiên cứu trên quan điểm sự độchại và tác động sinh học Các kim loại nặng như: Pb, Cd, Hg, As được đưa vào cácthảo dược bằng các con đường khác nhau chủ yếu do nhiễm bẩn trong quá trình canhtác, trong quá trình chế biến, cất giữ Tất cả các sản phẩm thuốc cho người và vật đềutuân theo nguyên tắc chỉ đạo chung về chất lượng, tính an toàn và hiệu quả Ở khốithị trường chung Châu Âu hiện nay đã thiết lập các tiêu chuẩn cho các sản phẩm

thuốc thảo dược Do đó các nhà sản xuất muốn xuất khẩu thuốc vào Châu Âu nhấtthiết phải tuân theo yêu cầu về chất lượng sản phẩm của dược điển Châu Âu.

Chương 2 PHẦN THỰC NGHIỆM 2.1 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

 Mục tiêu nghiên cứu của l‎ý thuyết phương pháp xác định thành phần đồng vịuận án

Xây dựng quy trình phân tích tỷ lệ đồng vị 87Sr/86Sr và một số nguyên tố kimloại (Pb, Cd, Mn, Fe) trong cây thuốc, gạo, đất và bước đầu đánh giá nguồn gốcxuất xứ của chúng

 Nội dung nghiên cứu của l‎ý thuyết phương pháp xác định thành phần đồng vịuận án

Để xây dựng phương pháp xác định tỷ lệ đồng vị 87Sr/86Sr và một số nguyên tốkim loại (Pb, Cd, Mn, Fe) trong cây thuốc, gạo và đất cần tiến hành các nội dungnghiên cứu sau:

- Nghiên cứu xác lập các điều kiện phân tích đồng thời các nguyên tố bằngICP-MS

- Nghiên cứu tách Rb, Ca, Mg ra khỏi Sr

- Nghiên cứu xác định quá trình xử lý mẫu

- Phân tích mẫu thực tế

- Xử lý thống kê số liệu phân tích, đánh giá nguồn gốc, mối tương quan giữacây thuốc và gạo với đất trồng chúng

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1.1 Mẫu cây thuốc

- Mẫu Nhân Sâm và nấm Linh Chi khô, mỗi loại 2 mẫu được mua tại quốc gia

đó gồm Hàn Quốc, Trung Quốc, Việt nam Mẫu Tam Thất và Ngưu tất (khô), mỗiloại được mua tại Trung Quốc (2 mẫu), Miền Bắc-Việt Nam (2 mẫu)

- Mẫu cây thuốc tươi (11 loại khác nhau) đựơc lấy ở hai miền: miền Nam(Vườn thuốc-Bệnh viện Y học Dân Tộc-TP Cao Lãnh, Đồng Tháp), miền Bắc(Vườn thuốc tại Hợp tác xã cây thuốc dân tộc-16 Chùa Bộc, Hà Nội)

2.1.1.2 Mẫu gạo

- Mẫu gạo trong nước được thu mua trực tiếp của người dân địa phương Cácmẫu gạo được thu ở các tỉnh sau (13 tỉnh): Đồng Tháp (4 mẫu), Vĩnh Long (4 mẫu),Cần Thơ (3 mẫu), Tiền Giang (2 mẫu), Trà Vinh (2 mẫu), Long An (4 mẫu), Nghệ

An (3 mẫu), Hà Tĩnh (3 mẫu), Điện Biên (2 mẫu), Hải Dương (2 mẫu), Hưng Yên(2 mẫu), Bắc Ninh (1 mẫu), Thái Bình (1 mẫu)

- Mẫu gạo nước ngoài được mua ở tại quốc gia đó gồm: Trung Quốc (2 mẫu),Hàn Quốc (2 mẫu), Thái Lan (2 mẫu), Lào (2 mẫu), Campuchia (2 mẫu)

2.1.1.3 Mẫu đất

- Mẫu đất trồng cây thuốc được lấy tại mãnh vườn trồng cây thuốc nam (Vườnthuốc-Bệnh viện Y học Dân Tộc-TP Cao Lãnh, Đồng Tháp và Vườn thuốc tại Hợptác xã cây thuốc dân tộc-16 Chùa Bộc, Hà Nội)

- Mẫu đất trồng lúa được lấy tại nơi trồng lúa đã thu mua và xay xát thành gạo

- Phân tích thành phần đồng vị stronti (87Sr/86Sr) và hàm lượng các nguyên tốkim loại (Pb, Cd, As, Cu, Mn, Fe) trong cây thuốc, gạo và đất trồng cây thuốc

Bảng 2.1 Một số thông tin về mẫu cây thuốc [1]

(Ness) Radk

MD Mã Đề Plantago asiatica L Lá, thân 02/2012

Bảng 2.2 Ký hiệu mẫu gạo và nơi lấy mẫu

Thanh-ĐiệnBiên

Hưng-Long An

LAO1;

LAO2

Lào

Bảng 2.3 Ký hiệu mẫu đất và địa điểm lấy mẫu

NA1 Lúa (Quy 5) Huyện Huỳnh Lưu-Nghệ An 10/2/12

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu

2.1.2.1 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu đo của phương pháp ICP-MS khi xác định tỷ l‎ý thuyết phương pháp xác định thành phần đồng vịệ đồng vị stronti và hàm l‎ý thuyết phương pháp xác định thành phần đồng vịượng các nguyên tố (Pb, Cd,

sự hình thành các mảnh oxit và hidroxit thấp nhất, nhỏ hơn 1% và sự hình thành cácion đa nguyên tử nhỏ hơn 3%

Khảo sát sự phụ thuộc cường độ tín hiệu của phép đo vào các tham số hoạtđộng plasma của máy đo được thực hiện theo phương pháp đơn biến Khi nghiêncứu sự phụ thuộc cường độ tín hiệu của phép đo vào RFP, các đồng vị trong dungdịch chuẩn được xác định khi máy hoạt động với các tham số SDe, CGFR cố định,còn giá trị RFP thay đổi Khi nghiên cứu sự phụ thuộc cường độ tín hiệu của phép

đo vào CGFR, các đồng vị trong dung dịch chuẩn được xác định khi máy hoạt độngvới các tham số SDe, RFP cố định, còn giá trị CGFR thay đổi Khi nghiên cứu sựphụ thuộc cường độ tín hiệu của phép đo vào SDe, các đồng vị trong dung dịch

chuẩn được xác định khi máy hoạt động với các tham số CGFR, RFP cố định, còngiá trị SDe thay đổi.

Chuẩn bị dung dịch chuẩn Sr và dung dịch chuẩn hỗn hợp (Cd, Pb, Mn, Fe,

Rb, Ca), nồng độ mỗi nguyên tố 20 ppb dùng để xác định các đồng vị của chúngbằng ICP-MS Các đồng vị 87Sr, 86Sr và các đồng vị 85Rb, 111Cd, 208Pb, 55Mn, 57Fe,được chọn để xác định trong quá trình khảo sát các tham số tối ưu của máy đo

Để khảo sát, tìm các tham số hoạt động plasma tối ưu khi xác định các đồng vịcủa Sr, Rb, Cd, Pb, Mn, Fe, tiến hành xác định các đồng vị của chúng với điều kiện

PR là 0,1 v/s còn các tham số còn lại RFP, CGFR, SDe lần lượt thay đổi RFP thayđổi trong khoảng (900 đến 1500 W), CGFR thay đổi trong khoảng (1,0 đến 1,30L/ph), SDe thay đổi trong khoảng (4,5 đến 8,5 mm), các tham số còn lại của máyICP-MS như trình bày ở Bảng 2.4

Bảng 2.4 Các thông số cho máy đo ICP-MS

vị 87Sr/86Sr

Xác định hàmlượng của cácnguyên tố

Tốc độ khí phụ trợ

Tốc độ bơm làm sạch (Uptake)

Thời gian bơm làm sạch (Uptake)

Tốc độ bơm ổn định (Stabilize)

Thời gian bơm ổn định (Stabilize)

Nhiệt độ buồng phun (S/C)

120 s0,1 rps

30 s

20C

180C2,4 L/phút

3 điểm

3 lần0,1 s

1000 V

0,9 l/phut0,4 rps

120 s0,1 rps

30 s

20C

180C2,4 L/phút

3 điểm

3 lần0,1 s

1000 V

Thế của thấu kính ion 5,75 V 5,75 V

- Lựa chọn axit dùng làm môi trường dung dịch mẫu đo và khảo sát nồng

độ axit tối ưu

Dung dịch mẫu đo thường có môi trường axit Cần lựa chọn loại axit phù hợpnhất dùng làm môi trường dung dịch mẫu Khảo sát và lựa chọn nồng độ axit tối ưubằng cách xác định các đồng vị trong dung dịch chuẩn hỗn hợp khi máy đo hoạtđộng với các tham số plasma tối ưu và nồng độ axit của dung mẫu được thay đổi

2.1.2.2 Phương pháp l‎ý thuyết phương pháp xác định thành phần đồng vịấy mẫu, bảo quản mẫu

Mẫu cây thuốc

- Mẫu Nhân Sâm, nấm Linh Chi, Tam Thất và Ngưu tất (khô) sau khi thu muađược rửa sạch, đem sấy khô và nghiền mịn, cho vào túi nilon sạch có miệng kín đểbảo quản

- Mẫu cây thuốc nam tươi được lấy theo TCVN 5451-91 Chọn ngẫu nhiên

5-10 cây trên toàn mảnh, tránh những chỗ cây quá tốt hoặc quá xấu, chỗ cây bị sâuhoặc chỗ còn lại nhiều phân bón Các mẫu cây lấy xong cho vào túi nilon sạch, tạiphòng thí nghiệm xử lý theo cách sau: Rửa sạch rễ và các bộ phận của của cây,tráng bằng nước cất hai lần và nước siêu sạch, sau đó phơi khô tự nhiên trong haingày Cắt nhỏ mẫu, sấy khô ở khoảng 600C trong 2 ngày, nghiền nhỏ bằng cối sứ(đã ngâm axit HNO3 1:1 trong vòng 1 ngày, sau đó tráng bằng nước cất hai lần vànước siêu sạch, sấy khô trong tủ sấy) cho vào túi nilon sạch có miệng kín để bảoquản [5]

Mẫu gạo

Mỗi mẫu gạo sau khi thu mua đều được ghi kèm theo các thông tin về khu vựclấy mẫu Mẫu sau khi được nghiền nhỏ bằng cối sứ (đã được ngâm axit HNO3 1:1trong vòng 1 ngày, sau đó tráng bằng nước cất 2 lần, sấy khô trong tủ sấy) và chovào túi nilon sạch có miệng kín để bảo quản

Mẫu đất

Mỗi địa điểm lấy đất trên bề mặt (200g đất), cho vào túi nilon có miệng kín (đãrửa sạch và tráng bằng EDTA sau đó hông khô tự nhiên) Đem phơi khô tự nhiên,nhặt rác thải trong đất, đem nghiền nhỏ Sau khi nghiền nhỏ cho vào túi nilon sạch

có miệng kín để bảo quản [5] Ký hiệu mẫu đất, địa điểm lấy mẫu, thời gian lấy mẫuđược trình bày ở Bảng 2.3

2.1.2.3 Nghiên cứu xác định điều kiện xử l‎ý thuyết phương pháp xác định thành phần đồng vịý mẫu

Để xử lý mẫu đất, mẫu cây thuốc và gạo có 2 phương pháp chính là phươngpháp khô và phương pháp ướt Trong đó phương pháp ướt có thể sử dụng các chấtoxi hoá mạnh như H2O2, các axit đặc như HF, HNO3, HClO4 Khi phân tích hàmlượng các nguyên tố hay thành phần đồng vị các nguyên tố bằng ICP-MS nên hạnchế phân hủy mẫu bằng phương pháp kiềm chảy vì các chất chảy làm tăng nền mẫurất lớn Do vậy ưu tiên tiến hành phân hủy ướt mẫu bằng các axit mạnh có tính oxihóa Phân hủy mẫu gạo, mẫu cây trong cốc Teflon sử dụng hỗn hợp HNO3 đặc +HClO4 đặc + HFđặc [47]; phân hủy mẫu bằng hỗn hợp HNO3 đặc + H2O2 30% trong

lò vi sóng [65] và trong cốc Teflon có nắp kín Phân hủy mẫu đất trong cốc Teflon

có nắp kín với hổn hợp HNO3 đặc + H2O2 30% + HF đặc Trong đó HF có tác dụnghoà tan tốt các hợp chất của Si có trong mẫu đất Đánh giá hiệu suất thu hồi từngquy trình và chọn quy trình cho hiệu suất thu hồi cao, đơn giản, dễ thực hiện

- Phương pháp xử lý mẫu gạo

Quy trình 1 Phá mẫu ướt trong cốc teflon với HNO 3 , HClO 4 , HF

Cân 1,0g mẫu gạo đã được nghiền nhỏ và sấy khô cho vào cốc teflon, thêm vàomẫu 6ml HNO3 đặc rồi đun đến sôi, hầu hết axit bay hơi, để nguội, thêm vào 6mlHNO3 đặc và 2ml HClO4 đặc tiếp tục đun cho đến khi hầu hết axit hay hơi Sau đóthêm 5ml HClO4 đặc và 2ml HF đặc vào hỗn hợp và đun ở nhiệt độ tăng dần đến

2000C khi đó axit bay hơi gần hết Hòa tan phần cặn vào 10ml HNO3 0,3M Lấy ra

để nguội, lọc bằng giấy lọc băng xanh và định mức đến 50 ml bằng HNO3 0,3M

Quy trình 2 Phá mẫu ướt trong cốc teflon với HNO 3 và H 2 O 2

Cho 1,0g mẫu gạo (đã được sấy khô, nghiền mịn) vào cốc Teflon, thêm 6,0mlHNO3 đặc, 4ml H2O2 30%, đậy kín nắp rồi đun nhẹ trên bếp điện đến khi có khóinâu bay ra Lấy mẫu để nguội, tiếp tục đun nhẹ đến khi dung dịch còn lại khoảng 2

ml Sau đó cho tiếp vào cốc 1,0 ml HNO3 đặc, đun nhẹ cho đến khi dung dịch bayhơi gần hết Hòa tan phần còn lại vào 10ml HNO3 0,3M Lấy ra để nguội, lọc bằnggiấy lọc băng xanh và định mức đến 50 ml bằng HNO3 0,3M

Quy trình 3 Phá mẫu trong lò vi sóng với hỗn hợp HNO 3 , H 2 O 2

Cân 0,5 gam mẫu gạo đã được nghiền nhỏ trên cân phân tích có độ chính xác

 0,0001 gam, cho vào bình Teflon, hoà tan mẫu bằng 3,5ml HNO3 đặc, 2ml H2O230% trong lò vi sóng trong vòng 20-25 phút Các giai đoạn xử lý mẫu trong lò visóng với công suất medium (~ 400 W) như sau:

1 Chạy 6 phút ; 2 Dừng 3 phút ; 3 Chạy tiếp 4 phút ;

4 Dừng 3 phút ; 5 Chạy tiếp 4 phút; 6 Để nguội trong lò 30 phút;Khi bình phân huỷ mẫu đã nguội đến nhiệt độ phòng, mở nắp bình, dung dịchmẫu tan hết, trong suốt, có màu vàng nhạt, lọc vào bình định mức 50ml và định mứcđến vạch bằng nước siêu sạch

Tất các các quy trình phá mẫu được tiến hành song song với mẫu trắng và mẫulặp (4 mẫu), mẫu thêm chuẩn

- Phương pháp xử lý mẫu cây thuốc

Mẫu Nhân Sâm, nấm Linh Chi xử lý bằng lò vi sóng (theo quy trình 3) ở trên.Mẫu sau khi đã được sấy khô và nghiền mịn, cân 0,1 g cho vào cốc teflon, hòa tanmẫu bằng 3 ml HNO3 đặc, 2ml H2O2 30% trong lò vi sóng trong vòng 20-25 phút.Các giai đoạn xử lý mẫu trong lò vi sóng với công suất medium (~ 400 W) như sau:

1 Chạy 6 phút; 2 Dừng 3 phút; 3 Chạy tiếp 4 phút;

4 Dừng 3 phút; 5 Chạy tiếp 4 phút; 6 Để nguội trong lò 30 phút

Khi bình phân huỷ mẫu đã nguội đến nhiệt độ phòng, mở nắp bình, dung dịchmẫu tan hết, trong suốt, có màu vàng nhạt, lọc vào bình định mức 25 ml và địnhmức đến vạch bằng nước siêu sạch.

Mẫu cây thuốc nam được xử lý theo quy trình 2 Mẫu sau khi đã đuợc sấy khô,nghiền mịn, cân 0,25g cho vào cốc teflon, thêm 4ml HNO3 đặc, 2ml H2O2 30%, đậykín nắp, đun nhẹ trên bếp điện đến khi có khói nâu bay ra Lấy mẫu để nguội, tiếptục đun nhẹ đến khi dung dịch còn lại khoảng 2ml, cho thêm vào 1ml HNO3 đặcđun đến khi nào dung dịch mẫu tan hết, trong suốt Cô cạn dung dịch đến khô, hoàtan cặn bằng 5ml HNO3 0,3M, lọc bằng giấy lọc băng xanh cho vào bình định mức25ml và định mức đến vạch bằng HNO3 0,3M

- Phương pháp xử lý mẫu đất

Mẫu đất sau khi nghiền mịn, sấy khô ở 600C, cân 0,1g cho vào cốc teflon,thêm 3ml HNO3 đặc, 2ml H2O2 30%, 2ml HF đặc, đậy kín nắp rồi đun nhẹ trênbếp điện đến khi có khói nâu bay ra Lấy mẫu để nguội, tiếp tục đun nhẹ đến khidung dịch còn lại khoảng 2ml, cho thêm vào 2ml HNO3 đặc, 1ml H2O2 30% đunđến khi nào dung dịch mẫu tan hết, trong suốt Cô cạn dung dịch đến khô, hoà tancặn bằng 5ml HNO3 0,3M, lọc bằng giấy lọc băng xanh vào bình định mức 25ml

của dung dịch mẫu đo và lựa chọn các tham số tối ưu của máy đo để khả năng hìnhthành các mảnh oxit và mảnh ion nhiều nguyên tố thấp nhất.

Rb và Sr là hai nguyên tố có đồng vị trùng số khối là 87Rb và 86Sr Ngoài ra, sự

có mặt của Ca trong nền mẫu có thể tạo các ion hai nguyên tố như 44Ca40Ar+,

48Ca40Ar+ trùng khối với 84Sr và 88Sr Nên để xác định chính xác tỷ lệ đồng vị

87Sr/86Sr, cần thiết phải tách Rb, Ca ra khỏi Sr

Phương pháp sắc ký trao đổi ion được lựa chọn để tách các nguyên tố vì đây làphương pháp tách không quá phức tạp Quá trình tách các nguyên tố được thực hiệntrên cột thủy tinh thạch anh, sử dụng cả hai loại nhựa trao đổi anionit Bio-Rad AG1-X8, 200-400 mesh và trao đổi cationit Bio-Rad AG 50W-X8, 200-400 mesh Cộttách sắc ký có đường kính 1 cm, chiều dài 25 cm, có khóa Teflon ở dưới Phía trênkhóa, bên trong cột có gắn màng xốp thủy tinh để giữ nhựa ổn định trong cột Trướckhi sử dụng ngâm rửa cột bằng dung dịch axit HNO3 6M và nước siêu sạch Nhựa(5g) trước khi nạp vào cột được ngâm trong dung dịch HCl 6M trong 24 giờ Việcngâm nhựa trong dung dịch axit có tác dụng làm nhựa trương nở, loại trừ các bọt khí

- Nghiên cứu tách Rb, Sr trên cột trao đổi cation

Tiến hành nghiên cứu tách rubidi, stronti trên cột sắc ký với nhựa trao đổicationit Bio-Rad AG50W-X8, 200-400 mesh Cân bằng môi trường nhựa bằng dungdịch axit nitric 0,6M

Dung dịch nghiên cứu (dung dịch chuẩn Rb, Sr, dung dịch chuẩn Rb, Sr, Ca vàdung dịch chuẩn Rb, Sr, Ca, Mg) được chuẩn bị trong môi trường axit nitric 0,6Mrồi nạp lên cột sắc ký Giải hấp các nguyên tố bằng dung dịch axit nitric với cácnồng độ khác nhau

Dung dịch nghiên cứu sau khi được nạp qua cột sắc ký và các phân đoạn giải

0,3M, đun đến sôi nhẹ Để nguội và chuyển vào bình định mức 10ml, định mức đếnvạch rồi xác định hàm lượng các nguyên tố trong dung dịch thu được bằng ICP-MStheo các điều kiện đã chọn

- Nghiên cứu tách Sr ra khỏi Ca, Mg trên cột trao đổi anion

Tiến hành nghiên cứu tách magie, canxi ra khỏi stronti bằng cột sắc ký vớinhựa trao đổi anionit Bio-Rad AG1X8, 200-400 mesh trong dạng nitrat Nhựa traođổi anion được chuyển từ dạng clorua sang dạng nitrat bằng cách rửa cột nhựa vớidung dịch HNO3 5M, sau đó rửa bằng nước siêu sạch Cân bằng cột nhựa bằng dungdịch axit HNO3 0,25M trong metanol và trong hỗn hợp metanol, etanol(metanol:etanol = 2:1)

Dung dịch nghiên cứu (dung dịch chuẩn Ca, Sr và dung dịch chuẩn Mg, Ca,Sr) trong môi trường HNO3 0,25M trong metanol và trong hỗn hợp metanol, etanol(metanol:etanol = 2:1) được nạp lên cột sắc ký Giải hấp magie, canxi, stronti bằngdung dịch HNO3 0,25M trong metanol và trong hỗn hợp metanol, etanol(metanol:etanol = 2:1)

Dung dịch nghiên cứu sau khi được nạp qua cột sắc ký và các phân đoạn giảihấp (mỗi phân đoạn chứa 5 ml) được cô đến khô Hòa tan cặn trong HNO3 0,3M,định mức đến 10 ml rồi xác định hàm lượng các nguyên tố trong dung dịch thuđược bằng ICP-MS theo các điều kiện đã chọn

- Phương pháp hiệu chỉnh toán học

Để hiệu chỉnh độ lệch khối người ta dùng phép nội chuẩn và ngoại chuẩn Đốivới phép ngoại chuẩn sử dụng phương pháp dấu ngoặc (chuẩn-mẫu-chuẩn), phépngoại chuẩn được tiến hành bằng cách đo mẫu chuẩn đồng vị trước và sau mẫu phântích để kiểm tra sự dịch chuyển độ lệch khối Đối với phép ngoại chuẩn, nền củadung dịch mẫu chuẩn và dung dịch phân tích phải tương tự nhau, nếu thành phần nềnkhác nhau có thể làm thay đổi độ lệch khối Trường hợp hệ thống đo đồng vị ổn định,

có thể sử dụng phép nội chuẩn Đối với phép nội chuẩn, hiệu chỉnh độ lệch khối sửdụng tỷ lệ đồng vị 88Sr/86Sr vì tỷ lệ này thì xem như không biến đổi trong tự nhiên

Để hiệu chỉnh độ lệch khối và hiệu chỉnh Rb (nội chuẩn) có 2 cách:

Cách 1 Sử dụng các phương trình hiệu chỉnh [25]: