Nghiên cứu xây dựng quy trình phát hiện một số chất độc có khả năng gây nhiễm độc hàng loạt trong các mẫu môi trường trên các thiết bị phân tích tại phòng thí nghiệm

Tóm tắt nội dung chính của đề tài Đề tài nghiên cứu xây dựng qui trình phát hiện một số chất độc có khả năng gây nhiễm độc hàng loạt trong các mẫu môi trường trên các thiết bị phân tích

Bộ công an

Viện khoa học hình sự

Báo cáo tổng kết Đề tài nhánh kc.10-13.03

Nghiên cứu xây dựng qui trình phát hiện một số chất độc có khả năng gây nhiễm độc hàng loạt trong các mẫu môi trường trên các thiết bị

phân tích tại phòng thí nghiệm Chủ nhiệm ĐTN: TSKH Nguyễn Minh Khởi

thuộc đề tài cấp nhà nước M∙ số kc 10.13

“ xác định nguyên nhân, xây dựng biện pháp dự phòng

Danh sách những người thực hiện

1 Nguyễn Minh Khởi, TSKH, Chủ nhiệm đề tài nhánh KC10.13.03

2 Dư Đình Động, TS - Viện KHHS

3 Trần Minh Hương, TS - Viện KHHS

4 Nguyễn Xuân Phú, Ths - Viện KHHS

5 Vũ Công Sáu, Ths - Viện KHHS

6 Nguyễn Đình Hải, CN - Viện KHHS

7 Phạm Thị Chung, Ths - Trung tâm phân tích thí nghiệm Địa chất

Tóm tắt nội dung chính của đề tài

Đề tài nghiên cứu xây dựng qui trình phát hiện một số chất độc có khả năng gây nhiễm độc hàng loạt trong các mẫu môi trường trên các thiết bị phân tích tại phòng thí nghiệm là một phần của Đề tài “Xác định nguyên nhân, xây dựng biện pháp dự phòng và xử trí nhiễm độc hàng loạt” thuộc chương trình KC.10.13, do Chủ nhiệm PGS.TS Nguyễn Bằng Quyền chủ trì trong giai đoạn 2001-2004

Trước những bức xúc của vấn đề xác định nguyên nhân của các vụ nhiễm độc hàng loạt hiện nay, trước tình hình phức tạp của nạn khủng bố Quốc

tế và những nguy cơ tiềm ẩn về nhiễm độc hàng loạt, đề tài nhằm mục đích nghiên cứu tìm ra các giải pháp tối ưu, xây dựng các qui trình để phân tích, xác

định chất độc gây nên các vụ nhiễm độc hàng loạt

Bằng các trang thiết bị, máy móc phân tích hiện đại, trong thời gian tiến hành nghiên cứu, đề tài đẫ hoàn thành xây dựng được 06 qui trình cho phép phân tích xác định các chất và nhóm chất độc sau: Qui trình phân tích, xác định chất độc B trong mẫu đất bằng phương pháp GC-MS; Qui trình phân tích, xác

định chất độc B trong mẫu không khí bằng phương pháp GC-MS; Qui trình phân tích, xác định chất độc D trong mẫu đất bằng phương pháp GC-MS; Qui trình phân tích, xác định xyanua trong mẫu nước bằng phương pháp quang phổ UV-VIS; Qui trình phân tích, xác định As trong mẫu cơm và chất nôn bằng phương pháp AAS-HG; Qui trình phân tích, xác định các thuốc bảo vệ thực vật trong mẫu nước bằng phương pháp GC-MS Đây là các qui trình lần đầu tiên

được công bố, có độ tin cậy và độ chính xác cao, với kỹ thuật đơn giản, thuận tiện, dễ áp dụng vào thực tiễn

Các qui trình được áp dụng vào thực tiễn của công tác giám định kỹ thuật Hình sự tại Phòng Giám định Hoá pháp lý, Viện Khoa học Hình sự, phục

vụ thiết thực trong các vụ án có liên quan đến độc chất, để tìm ra nguyên nhân gây độc Các kết quả thu được có độ chính xác cao, đáp ứng được yêu cầu của công tác điều tra phá án, cũng như trong công tác phòng chống, ngăn ngừa các nguy cơ nhiễm độc hàng loạt có thể xảy ra Kết quả của đề tài có tính khoa học

và thực tiễn cao

1.2 Phương pháp, phương tiện nghiên cứu 18

1.2.1 Hóa chất, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 18

1.3.2 Khảo sát độ lặp lại, khoảng tuyến tính, và giới hạn phát hiện 19

1.3.3 Xây dựng qui trình xác định chất độc B trong mẫu đất 21

1.3.4 Xây dựng qui trình phân tích chất độc B trong mẫu không khí 21

1.3.5 Điều kiện phân tích chất độc B trên GC-MS 22

1.4.1 Đặc điểm định tính của chất độc B bằng phổ khối 23

1.4.2 Khảo sát độ lặp lại, độ tuyến tính và giới hạn phát hiện chất độc B

1.4.3 Nghiên cứu xây dựng qui trình xác định chất độc B trong mẫu đất 28

1.4.4 Nghiên cứu xây dựng qui trình xác định chất độc B trong mẫu

2.2 Phương pháp, phương tiện nghiên cứu 43

2.2.1 Hóa chất, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 43

2.3.1 Pha dung dịch chuẩn 452.3.2 Khảo sát độ lặp lại, khoảng tuyến tính, và giới hạn phát hiện 452.3.3 Xây dựng qui trình xác định chất độc D trong mẫu đất 462.3.4 Điều kiện phân tích chất độc D trên GC-MS 47

3.3.2 Xây dựng qui trình xác định xyanua trong mẫu nước 743.3.3 áp dụng qui trình tiến hành phân tích xác định xyanua trong một

định lượng xyanua và xác định độ chính xác của phương pháp 793.4.5 Khảo sát sự ảnh hưởng của một số ion có trong dung dịch 803.4.6 Xây dựng qui trình phân tích xác định xyanua trong mẫu nước 813.4.7 áp dụng qui trình tiến hành phân tích xác định xyanua trong một

4.3.2 Tối ưu hóa điều kiện phân tích 964.3.3 Xây dựng qui trình phân tích As trong mẫu cơm 984.3.4 áp dụng qui trình tiến hành phân tích As trong một số mẫu thực

4.4.1 Tối ưu hóa điều kiện phân tích 994.4.2 Xây dựng qui trình phân tích As trong mẫu cơm 1074.4.3 áp dụng qui trình tiến hành phân tích As trong một số mẫu thực

5 Chương V: Thuốc bảo vệ thực vật 1135.1 Sơ lược các nghiên cứu về thuốc bảo vệ thực vật 1135.1.1 Sơ lược về thuốc bảo vệ thực vật 1135.1.2 Một số thuốc hay gặp và có khả năng gây nhiễm độc hàng loạt ở

5.1.3 Một số phương pháp phân tích hay dùng xác định dư lượng các

5.2 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu 1195.2.1 Hóa chất, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 119

5.3.1 Pha dung dịch chuẩn 1215.3.2 Xây dựng qui trình xác định một số thuốc bảo vệ thực vật trong

Đặt vấn đề

Nhiễm độc hàng loạt có thể do nhiều nguyên nhân khác nhau gây nên, nhưng các hóa chất độc, các độc tố trong động, thực vật, các sản phẩm thực phẩm, nguồn nước bị nhiễm các loại hóa chất độc là một trong những nguyên nhân chính gây nên các vụ nhiễm độc hàng loạt đó

Thực tiễn cho thấy hàng năm chúng ta gặp số lượng vụ nhiễm độc hàng loạt khá nhiều, nhiều vụ đã gây những hậu quả hết sức nghiêm trọng, làm số người tử vong và phải cấp cứu khá lớn Đứng trước các vụ nhiễm độc lớn đó đã làm nhiều khâu, nhiều cấp hết sức hoang mang và rất khó chủ động trong xử trí, cấp cứu nạn nhân, ngăn chặn các thiệt hại và khắc phục những hậu quả của nó

Đây là một trong những nhiệm vụ hết sức nặng nề và phức tạp bởi một trong những nguyên nhân quan trọng là rất nhiều tính mạng của các nạn nhân đang và tiếp tục bị đe dọa Vậy làm gì để giảm thiểu các nguy hại đó của nhiễm độc hàng loạt, rất nhiều giải pháp phải tiến hành đồng bộ, khẩn trương nhưng có một vấn đề cần hết sức lưu ý đó là việc xác định các nguyên nhân gây nên các

vụ nhiễm độc hàng loạt đó để từ đó có thể đưa ra được các biện pháp hữu hiệu trong điều trị, phòng ngừa, ngăn chặn và làm giảm thiểu các tác hại của các vụ ngộ độc đó

Trong thực tiễn giám định các vụ án liên quan đến độc chất trong thời gian qua tại Phòng giám định Hoá Pháp lý, Viện Khoa học Hình sự, hàng năm chúng tôi phải tiến hành giám định hàng trăm vụ án liên quan đến độc chất Năm 2002, đã tiến hành giám định 286 vụ án có liên quan đến các chất độc, năm 2003 giám định 245 vụ án có liên quan đến độc chất và năm 2004 tính đến tháng 9 đã có 134 vụ án có liên quan đến độc chất Trong các vụ án đó tổng số mẫu vật đã lên tới con số rất lớn Có nhiều vụ án việc xác định nguyên nhân gây nên nhiễm độc khá thuận lợi nhưng cũng không ít trong số đó không tìm được nguyên nhân làm cho công tác điều tra phá án hết sức khó khăn Nguyên nhân gây nhiễm độc rất đa dạng và rất khó định hướng, do vậy trong quá trình điều tra, khám nghiệm hiện trường đòi hỏi phải có các chuyên gia kỹ thuật, phải có các chuyên gia pháp y hoặc y tế, để có thể xem xét, đánh giá, và định hướng cho việc khám nghiệm hiện trường, truy tìm các tang vật, các nguyên nhân gây

nên ngộ độc, từ đó mới có thể thu đúng các đối tượng gửi cho tuyến sau phân tích chính xác, tìm ra các chất độc gây nhiễm độc

Đứng trước những đòi hỏi của thực tiễn công tác điều tra phá án, công tác cấp cứu và xử trí trong các vụ nhiễm độc hàng loạt cần có sự phối hợp đồng

bộ, song song phải nâng cao kiến thức, trình độ phân tích, giám định, nhưng có một việc cũng hết sức cấp thiết đó là việc xây dựng cho được những qui chế, các văn bản có tính pháp lý trong phân tích giám định Xuất phát từ những bức xúc đó, trên cơ sở của đề tài KC 10.13 “Xác định nguyên nhân, xây dựng biện pháp dự phòng và xử trí nhiễm độc hàng loạt” giai đoạn 2001-2004, chúng tôi

đã tiến hành nghiên cứu đề tài nhánh KC 10.13-03 “Nghiên cứu xây dựng qui trình phát hiện một số chất độc có khả năng gây nhiễm độc hàng loạt trong mẫu môi trường trên các thiết bị phân tích tại phòng thí nghiệm”

Mục đích của đề tài là xây dựng các qui trình phân tích đối với một số chất độc có khả năng gây nhiễm độc hàng loạt bằng các trang, thiết bị tại phòng thí nghiệm Nhiệm vụ cụ thể của đề tài như sau:

- Xây dựng qui trình phân tích, xác định chất độc B trong mẫu đất và mẫu không khí bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ

- Xây dựng qui trình phân tích, xác định chất độc D trong mẫu đất bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ

- Xây dựng qui trình phân tích, xác định xyanua trong mẫu nước bằng phương pháp đo quang

- Xây dựng qui trình phân tích, xác định As trong mẫu cơm và chất nôn bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật hydrua hoá

- Xây dựng qui trình phân tích, xác định các thuốc bảo vệ thực vật trong

mẫu nước bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ

- áp dụng các qui trình vào thực tế phân tích giám định trong các vụ án

có liên quan đến các loại chất độc này

Mỹ đã dùng chất độc B như một vũ khí chiến lược để tấn công quân phát xít

Đức, sau chiến tranh người Đức phải thừa nhận rằng chính chất độc B là vũ khí rất nguy hiểm khiến cho người Đức thất bại Do vậy, ngay sau chiến tranh thế giới lần thứ hai, các nghiên cứu đã tập trung chủ yếu vào tìm hiểu cơ chế gây

độc của chất này nhằm tìm ra các chất và các phương pháp phòng độc có hiệu quả đối với các vũ khí hóa học mới dạng này Kết quả của các nghiên cứu không những họ đã tìm được các phương án phòng độc đối với chất độc B mà còn tổng hợp được nhiều loại vũ khí hóa học mới, rất nguy hiểm, có độc tính cao

Trong cuộc chiến tranh Iran-Irắc (1984-1988) người ta cho rằng quân đội Irắc đã dùng chất độc B để chống lại người Iran Gần đây các tín đồ giáo phái Aum đã dùng chất độc B gây ra vụ khủng bố tại ga tàu điện ngầm ở Tokyo làm

12 người chết và khoảng 5000 người bị nhiễm độc [64,76]

Chất độc B tinh khiết ở nhiệt độ thường là một chất lỏng không màu, không mùi, nhiệt độ sôi là 147,3 0C (ở 20 0C), tỷ trọng 1,1; tỷ trọng hơi so với không khí là 4,8 nên khi phun ra ngoài chất độc B thường ở sát mặt đất Chất

độc B dạng công nghiệp có màu hơi vàng và có mùi thơm của hoa quả Chất

độc B hòa tan tốt trong các dung môi hữu cơ, nhanh chóng thấm qua sơn và bề mặt xốp, thấm qua cao su Chất độc B ít tan trong nước, khi gặp nước chất độc

B bị thủy phân, quá trình thủy phân được thúc đẩy bởi môi trường axit và kiềm

Chất độc B còn có các tên như: GB; Trilon 46; T 46; phosphonofluoridic acid, methyl-, isopopyl ester; phosphonofluoridic acid, methyl-, 1-methylethyl ester; isopropyl ester of methylphosphonofluoridic acid

là 0,03 mg/kg Liều gây chết qua niêm mạc mắt của chất độc B có thể gây chết

50 % số bệnh nhân khi bị rơi một giọt chất độc B có trọng lượng là 3 mg vào mắt Nếu chất độc B rơi trên da thì liều gây chết được xác định là 30-50 mg/kg Khi bị nhiễm độc qua đường hô hấp thì liều gây chết của chất độc B lệ thuộc không những vào nồng độ chất độc, thời gian chất độc tác động, vào cường độ hô hấp, liều gây chết của nó qua đường hô hấp khoảng 75-100 mg, nó có thể gây chết người sau 15 phút [10]

Những nguy cơ gây độc của chất độc B tương đối cao do nó tồn tại ở các kho bí mật hoặc vấn đề các phòng thí nghiệm tổng hợp bất hợp pháp, buôn bán trôi nổi cho các nhóm khủng bố Về mặt tổng hợp chất độc B tương đối dễ tổng hợp do vậy rất nguy hiểm vì bọn khủng bố có thể lợi dụng, tổng hợp trong những phòng thí nghiệm với một số trang thiết bị tương đối đơn giản

Trong quân đội có rất nhiều dạng vũ khí có chứa chất độc B như đạn

đạo, bom mìn, tên lửa nhằm bắn vào đối phương gây độc mà tránh được sự nhiễm độc cho quân đội Trong chiến đấu, chất độc B có thể được dùng ở nhiều dạng khác nhau như thể hơi, khí dung, dạng lỏng Do vậy, nó có thể xâm nhập vào cơ thể bằng các đường khác nhau và các triệu chứng biểu hiện nhiễm độc cũng có nhiều dấu hiệu khác nhau Nếu ở dạng khí, dạng hơi hoặc dạng nhũ dịch (dạng sương) khi hít phải, chất độc B được hấp thu qua niêm mạc đường hô hấp từ mũi, họng đến các phế nang Nó có thể được hấp thu trực tiếp qua niêm mạc mắt Chất độc ở thể lỏng nó có thể được hấp thu qua da, qua đường tiêu hóa, qua vết thương Tuy vậy, chất độc B hấp thu qua da tương đối chậm do

nó dễ bay hơi, thời gian chất độc lưu lại trên da tương đối ngắn Trong khủng

bố chất độc B có thể được trộn trong các loại thực phẩm khác nhau do vậy nó

có thể được hấp thu qua đường tiêu hóa Nhìn chung, chất độc hấp thu qua

đường ho hấp nhanh nhất và gây nhiễm độc ở mức độ trầm trọng nhất

Tác động của chất độc B cũng như các chất độc khác thuộc nhóm này lên cơ thể khá phức tạp Khi vào cơ thể nó tác động lên một số men nhưng tác

động rõ rệt nhất là đối với men cholinesteraza Chất độc làm giảm hoạt tính của men ở nhiều cơ quan tổ chức Do men cholinesteraza bị ức chế nên acetylcholin

sẽ bị ứ đọng ở các tận cùng ngọn sợi thần kinh, làm tê liệt dẫn truyền thần kinh gây hiện tượng hưng phấn quá mức

Các biểu hiện lâm sàng khi bị nhiễm độc chất độc B nó phụ thuộc vào liều lượng, thời gian tiếp xúc và nhiều yếu tố khác mà có thể thấy các bệnh cảnh khác nhau:

- Khi nhiễm độc thể nhẹ: Triệu chứng xuất hiện sau 1-1,5 giờ, bệnh nhân cảm thấy khó thở, đau ngực, khó thở tăng dần Rối loạn thị giác, giảm sức nhìn, bệnh nhân chóng mặt nhức đầu, buồn nôn, hồi hộp, sợ hãi, giảm khả năng tập trung và giảm trí nhớ Dấu hiệu đặc trưng của thể này là co đồng tử, đồng tử mất phản xạ với ánh sáng, có thắt điều tiết, xung huyết nhẹ kết mạc Khi định lượng men ở huyết thanh và hồng cầu thì lượng men giảm chỉ đạt 50-70% so với bình thường

- Nhiễm độc thể vừa: Triệu chứng tiến triển nhanh, trên nền các dấu hiệu nhiễm độc thể nhẹ, phát sinh những rối loạn nặng về hô hấp, tuần hoàn, hệ thần

kinh trung ương Cảm giác khó thở ngày một rõ như đau tức ngực, tức thở nặng,

ho Bệnh nhân cảm thấy sợ hãi, nhức đầu, xuất hiện cơn co thắt phế quản - Đây

là dấu hiệu điển hình của nhiễm độc thể vừa của chất độc B Bệnh nhân cảm thấy hưng phấn, mất thăng bằng cảm xúc, đổ mồ hôi, tím tái, đồng tử co hẹp không phản xạ với ánh sáng Nước rãi chảy, thở nhanh, khó và rung từng nhóm cơ Lượng men chỉ đạt 30-50% so với bình thường

- Nhiễm độc nặng: Triệu chứng xuất hiện nhanh, hệ thần kinh trung

ương bị tổn thương nặng, các chức năng quan trọng của sự sống bị rối loạn nghiêm trọng Các triệu chứng như chảy rãi, co thắt phế quản, vã mồ hôi, buồn nôn, nôn, kích động mạnh, trạng thái sợ hãi, mệt mỏi Rung cơ sau đó xảy ra co giật, bệnh nhân mất ý thức da tím tái Nặng các cơn co giật xảy ra nhiều và kéo dài, tiếp theo sẽ dẫn đến liệt Hôn mê sâu, mất tri thức, mất phản xạ, đái ỉa vô thức Thở ít, không đều, xẹp mạch dẫn đến tử vong do trụy hô hấp và trụy tim mạch Lượng men chỉ còn 20-30% so với bình thường [10]

Chất độc B là một chất độc được dùng làm vũ khí hóa học nên nó được quản lí rất nghiêm ngặt theo công ước của Liên hợp Quốc về Cấm sử dụng Vũ khí hóa học

1.1.2 Một số phương pháp hay dùng để phân tích, xác định chất độc B

Để xác định chất độc B trong thực tế có rất nhiều phương pháp từ phương pháp men, phương đo quang, phương pháp sinh học, phương pháp phân tích miễn dịch, phương pháp điện di mao quản, phương pháp sắc kí nhưng có lẽ hiện nay phương pháp sắc kí hay được dùng hơn cả để xác định nó trong các loại mẫu như mẫu môi trường, mẫu sinh học hoặc các chất chuyển hóa của nó

a Phương pháp sắc kí khí: có thể nói phương pháp sắc kí khí được dùng khá

sớm khoảng từ những năm 1960 để phân tích chất độc B cũng như các loại vũ khí hóa học nói chung và cho đến nay vẫn còn được sử dụng Trong nhiều năm, phương pháp sắc kí khí đã chứng minh được là một kỹ thuật rất hiệu quả trong phân tích các loại vũ khí hóa học, đặc biệt đối với các loại vũ khí hóa học nhóm các chất độc thần kinh Để phân tích định tính các chất độc thần kinh và chất

độc B nó dựa vào thời gian lưu của chất, đối chiếu với thư viện phổ sẽ tìm được

định hướng trong phân tích

Năm 1991, Hancock và Peters đã tiến hành các nghiên cứu khảo sát thời gian lưu của các chất trong mẫu môi trường bằng sắc kí khí với các loại detector như FID (Detector ion hoá ngọn lửa) và FPD (Detector phốt pho hoá ngọn lửa) Bên cạnh việc khảo sát các điều kiện chạy đối với sắc kí khí một số tác giả đã tiến hành nghiên cứu phân tích các chất độc hóa học trên các loại cột khác nhau Trong sắc kí khí việc dùng các loại cột khác nhau cho phép tách được các chất tốt giúp quá trình nhận diện nó trên detector không bị nhầm lẫn Các loại cột có thể là các cột nhồi, cột mao quản với các loại chất phủ khác nhau, thành phần các chất khác nhau quyết định bản chất của cột và độ phân cực của cột tạo

điều kiện rất thuận lợi trong phân tích [54]

Phương pháp này cho phép phân tích khá dễ dàng chất độc B trong các loại mẫu khác nhau và chứng minh được tính ưu việt của nó, các loại detector thường được lựa chọn như detector quang hóa ngọn lửa nó cho phép phân tích chất độc B ở nồng độ khá thấp Các phương pháp tách và làm giàu chất độc B từ các loại mẫu khác nhau không ngừng được cải tiến, ứng dụng để làm cho phương pháp sắc kí có khả năng phân tích các mẫu có nồng độ thấp như làm giàu và tinh chế mẫu bằng phương pháp chiết pha rắn hoặc vi chiết pha rắn [46]

Hiện nay, nhiều tác giả sử dụng GC với detector FPD để phân tích chất

độc B và các sản phẩm chuyển hóa của nó trong nước tiểu đã cho phép phân tích được một số lượng lớn mẫu nước tiểu của các nạn nhân trong vụ khủng bố tại đường xe điện ngầm tại Tokyo [64] Một ứng dụng quan trọng nữa của phương pháp sắc kí khí đó là dùng để phân tích và tách các đồng phân Một vài phương pháp đã cho phép trong phân tích tách và phân biệt được các đồng phân của chất độc B với các chất độc nhóm chất độc thần kinh này như soman, tanbun trong nghiên cứu Điều đó rất có ý nghĩa trong thực tiễn để truy nguyên nguồn của chất độc [46]

Stankov và cộng sự đã dùng phương pháp sắc kí khí nghiên cứu xác định

vi lượng của chất độc B, soman và VX trong mẫu nước, với detector FPD và cột nhồi với 5% chất hấp phụ là polynitrinsiloxan Mẫu chất độc B được chiết từ nước bằng hỗn hợp dung môi ethylacetat và n-hexan, trước đó mẫu nước phải

được bão hòa bằng amoni sunphat hoặc natri chlorua Phương pháp này đã cho phép xác định chất độc B trong nước với giới hạn phát hiện là 3.10-5mg/l [89]

Harvey và cộng sự đã sử dụng phương pháp vi chiết pha rắn (SPME) để làm giàu mẫu chất độc B trước khi phân tích bằng sắc kí khí Các tác giả đã dùng sợi silica có đường kính ngoài là 200 àm, được phủ một lớp polyimide dày 9 àm, sợi dài khoảng 15 cm và rộng 1,0 cm Chất độc B được tách khỏi mẫu và làm giàu trên sợi bằng cách đặt sợi ngập vào dung dịch, dùng máy khuấy đều với tốc độ khoảng 180 v/ph, trong thời gian khoảng 20 phút Sau khi chất độc B đã được làm giàu trên sợi được giải hấp bằng nhiệt và bơm thẳng vào máy sắc kí bằng bộ phận ghép nối giữa injector và SPME Tốc tộ dòng khí giải hấp khoảng 100 ml/ph, nhiệt độ khoảng 150 oC, trong thời gian 4 phút Sắc kí khí với detector FID và chương trình nhiệt độ cột từ 35-170 oC với tốc độ tăng nhiệt là 4 oC/phút [45]

b Phương pháp sắc kí khí-khối phổ:

Phần trên đã nêu sắc kí khí là một công cụ quan trọng để phân tích các chất độc chiến tranh trong các loại mẫu khác nhau Tuy nhiên, phương pháp này cũng gặp một số khó khăn khi tiến hành phân tích với các chất chưa biết chắc chắn nguồn gốc, khi phân tích chất độc B với các mẫu có thành phần nền phức tạp Để khắc phục những khó khăn trên, một kỹ thuật phân tích được sử dụng đó là phương pháp ghép nối sắc kí khí và khối phổ hoặc ghép với hai khối phổ liên tiếp Phương pháp này cho phép phân tích các mẫu chất độc chiến tranh da dạng và với chất độc B trong các mẫu có thành phần nền phức tạp làm

ảnh hưởng đến độ ổn định của phương pháp [46]

Trong kỹ thuật khối phổ có hai phương pháp ion hóa: bắn phá điện tử (EI) và ion hóa bằng hóa học (CI), kỹ thuật EI được sử dụng phổ biến hơn trong phân tích các chất độc chiến tranh Sự gắn kết GC và hai MS liên tiếp tỏ ra có nhiều hiệu quả và được rất nhiều nghiên cứu đề cập khi tiến hành phân tích các chất độc chiến tranh đặc biệt là các chất độc nhóm lân hữu cơ như chất độc B Phương pháp GS-MS, có thể nói đây là phương pháp rất phổ thông trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu về các chất độc chiến tranh Borrett và cộng

sự đã dùng phương pháp này với cả hai kỹ thuật ion hóa để nghiên cứu xác định khoảng 60 chất độc khác nhau của nhóm các chất độc lân hữu cơ, tìm được các

ion mảnh đặc trưng của chúng Sokolowski và Witkiewicz sử dụng GC-MS làm công cụ nghiên cứu sự phân hủy của chất độc B trong các loại ancol mạch thẳng [53] D’agostino và Provost đã sử dụng kỹ thuật GC-EI-MS nghiên cứu quá trình thủy phân của một số chất nhóm cơ photpho, sử dụng dung môi dichloromethane để chiết, các chuyển hóa đó đã được phát hiện Việc nghiên cứu xác định các chất chuyển hóa rất có nghĩa trong thực tiễn để đánh giá sự tác động của nó đối với môi trường và góp phần truy nguyên nguồn chất độc

đang bị rò rỉ ra bên ngoài, tìm các biện pháp khắc phục kịp thời Nhìn chung phương pháp GC-MS cho phép xác định các chất độc nhóm lân hữu cơ ở giới hạn tương đối thấp khoảng ng trong các mẫu có thành phần nền phức tạp D’agostino đã nghiên cứu gắn hai lần MS đã cho phép có thể phát hiện từ 30-70

pg các chất độc nhóm này, trong đó chất độc B định lượng ở số khối từ 99-79 m/z [53]

Phương pháp GC-MS đã được dùng phân tích các mẫu thực tế thu tại làng người Kurd ở phía bắc Irắc, giáp biên giới Iran khi quân đội dùng để đàn

áp người Kurd Từ các mẫu như đất, mảnh bom, tấm thảm đã tìm thấy 21 chất khác nhau Phương pháp này được dùng để phân tích các mẫu huyết thanh của các nạn nhân trong vụ khủng bố bằng chất độc B tại đường hầm tàu điện ngầm

ở Tokyo phát hiện thấy nồng độ chất độc B trong các mẫu huyết thanh của nạn nhân từ 0,2-4,1 ng/ml [63]

Black và các cộng sự đã sử dụng phương pháp GC-MS và GC-MS-MS phân tích các chất độc chiến tranh bằng kỹ thuật SIM (chọn lọc ion), xác định các chất trong các mẫu như đất, mẫu quần áo, mảnh kim loại Kết quả nghiên cứu cho thấy trong 6 mẫu đất nghiên cứu tác giả đã tìm thấy chất độc B và các sản phẩn chuyển hóa của chúng và phù hợp với các kết quả tìm thấy ở các mẫu kim loại do vậy có thể khẳng định nguồn gốc của chất độc B phóng thích ra môi trường từ các mảnh kim loại có thể là mảnh bom, đạn được dùng từ trước Với

kỹ thuật này cho phép phát hiện nồng độ của các chất này trong mẫu môi trường tương đối thấp từ ppm-ppb [16]

c Phương pháp sắc kí lỏng:

Cũng tương tự phương pháp sắc kí khí phương pháp sắc kí lỏng cũng không ngừng được phát triển, ứng dụng trong phân tích các chất độc chiến

tranh Sắc kí lỏng là phương pháp có thể khắc phục được một số nhược điểm của phương pháp sắc kí khí trong phân tích các chất độc chiến tranh đặc biệt khi gặp các chất phân cực, các chất độc không hoặc ít bay hơi, các chất độc không bền với nhiệt, nhất là các chất chuyển hóa của chúng

Trong phương pháp LC có một số kỹ thuật tách như sắc kí pha thường, sắc kí pha đảo, sắc kí trao đổi ion, sắc kí cặp ion để tách các chất không bền nhiệt, các chất phân cực, các chất ít bay hơi bằng các dung môi hoặc hỗn hợp các dung môi pha động thích hợp Thường phương pháp này áp dụng với các chất có nhóm mang màu để phát hiện chúng bằng các loại detector UV-VIS hoặc có thể dùng một số loại detector khác trong phân tích [53]

Một số tác giả đã nghiên cứu sử dụng phương pháp này trong phân tích xác định các sản phẩm chuyển hóa của nhóm các chất độc thần kinh với detector dẫn điện Nghiên cứu tách và phát hiện các chất chuyển hóa của chất

độc B và các chất nhóm chất độc thần kinh trong các mẫu đất và nước bằng kỹ thuật làm giàu mẫu bằng trao đổi ion với detector dẫn điện cho phép phát hiện với nồng độ khoảng 40 àg/l khi bơm 250àl vào hệ thống LC Giới hạn phát hiện của phương pháp đối với chất độc B trong quá trình tiến hành phân tích còn phụ thuộc vào độ phức tạp của thành phần các chất nền trong mẫu

Nhiều nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật sau cột như phản ứng với enzym acetylcholinesterase hoặc enzym pseudocholinesterase đã cho phép phát hiện chất độc B với giới hạn phát hiện tới 10 pg Kỹ thuật sau cột cũng là một hướng nghiên cứu được nhiều quan tâm để tăng độ nhạy của phương pháp và có độ chọn lọc cao hơn trong nghiên cứu [45]

ưu việt của kỹ thuật này khi phân tích các chất độc chiến tranh

Kỹ thuật TS-MS rất tiện dụng, đơn giản đã được các tác giả ứng dụng phân tích xác định chất độc B và các chất nhóm độc thần kinh cũng như các sản phẩm phân hủy của chúng Nhiều nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật TS-MS-MS để xác định các chất phân hủy của nhóm cơ photpho trong các mẫu nước Các phổ ion thu được cho các dữ liệu để xác định các chất, ngoài ra tỷ lệ các tín hiệu nhiễu cũng được tăng lên Nhìn chung kỹ thuật ghép hai lần khối phổ được sử dụng để tăng độ chính xác khi xác định một chất chuyển hóa trên nền mẫu có thành phần phức tạp [45]

Có một số kỹ thuật ion hóa khác cũng được ứng dụng để xác định các sản phẩm chuyển hóa như ES-MS-MS với ion âm tỏ ra có hiệu quả hơn ion dương Black và Read đã dùng kỹ thuật LC-APCI-MS để phân tích các sản phẩm thủy phân của các chất độc thần kinh và của sulfur mustard cũng như yperit nitro Đặc biệt việc ứng dụng LC-MS trong phân tích các sản phẩm phân hủy của các chất độc thần kinh trong các mẫu sinh học [53] Noort và cộng sự

đã dùng kỹ thuật micro-LC-ES-MS-MS để kiểm tra IMPA - một sản phẩm thủy phân của chất độc B trong các mẫu môi trường cũng như trong mẫu sinh học Phương pháp cho phép phát hiện IMPA trong huyết thanh của các nạn nhân tại Tokyo, kết quả cho thấy hàm lượng IMPA trong huyết thanh của các nạn nhân

có hàm lượng từ 1-135 ng/ml [45]

D’Agostino và các cộng sự dùng kỹ thuật LC-ESI-MS để xác địng chất

độc B, soman và các chất chuyển hóa của chúng bằng kỹ thuật chiết siêu tới hạn, với cột mao quản để phân tích, có sự so sánh với phương pháp GC-MS đối với các mẫu đất khác nhau Có 03 loại đất được nghiên cứu: lớp đất đỏ, lớp cát xám và lớp cát nâu thẫm Nhận thấy các kết quả rất đáng tin cậy và có thể ứng dụng phương pháp này trong phân tích, hiệu suất thu hồi của phương pháp khá tốt từ 20-90% đối với chất độc B và trên 80% đối với các sản phẩm chuyển hóa của chất độc B [29]

Nghiên cứu xác định chất độc B, các sản phẩm chuyển hóa của nó và các chất độc nhóm chất độc thần kinh ở ta còn nhiều hạn chế, do không có mẫu chuẩn, những vấn đề bức xúc trong nghiên cứu đã tạm lắng xuống, bởi chiến tranh đã lùi lại quá khứ khá xa Tuy nhiên, vấn đề khủng bố hiện nay ngày một phức tạp, do vậy chúng tôi đặt vấn đề phải tiếp tục nghiên cứu về chất độc B đặt

biệt là phươngpháp phát hiện chất độc B trong một số loại mẫu để phục vụ cho công tác phòng chống, ngăn chặn các trường hợp bị khủng bố rất có thể gây nhiễm độc hàng loạt và điều trị các nạn nhân bị nhiễm chất độc B.

1.2 Phương pháp, phương tiện nghiên cứu

1.2.1 Hóa chất, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm

a Thiết bị, dụng cụ

- Máy ly tâm Rotofix 32, ALC 4232 Cetrifuge

- Hệ thống cất chân không

- Hệ thống cô bằng khí Nitơ

- Giấy thử pH

- Bộ pipetman từ 10àl - 5 ml

- ống ly tâm 50 ml, 15 ml thuỷ tinh hoặc polypropylen có nắp đậy

- Máy lắc ống nghiệm Minishaker M1 IKAR

- Silicagel 60 ( kích thước hạt 0,063 - 0,200 mm) của Merck

- Catridge BONDII ODS-C18 loại 200 mg hãng ACCU

- Natri sunphat

- Khí Nitơ

c Vật liệu nghiên cứu

Dung dịch mẫu chất độc B chuẩn do Phân Viện Phòng chống Vũ khí NBC, Viện Hoá học-Vật liệu, Bộ Quốc phòng cung cấp

1.2.2 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp sắc kí khí-khối phổ trong quá trình nghiên cứu phân tích, xác định chất độc B và xây dựng qui trình phát hiện nó trong một số mẫu môi trường

1.3 Thực nghiệm

1.3.1 Pha dung dịch chuẩn

Dung dịch chuẩn gốc đơn được pha bằng cách pha loãng dung dịch chất

độc B chuẩn do Phân Viện Phòng chống Vũ khí NBC, Viện Hoá học-Vật liệu,

Bộ Quốc phòng cung cấp bằng n-hexan thành dung dịch có nồng độ nồng độ

1000 ppm

Dung dịch làm việc với các nồng độ khác nhau được pha từ dung dịch chuẩn gốc bằng cách pha loãng với n-hexan

1.3.2 Khảo sát độ lặp lại, khoảng tuyến tính, và giới hạn phát hiện

a Khảo sát độ lặp lại, độ chính xác của phương pháp:

Bơm mỗi lần 1àl dung dịch 10 ppm vào hệ thống sắc kí, lặp lại 5 lần, theo dõi thời gian lưu và diện tích pic

b Khảo sát khoảng tuyến tính, xây dựng đường chuẩn định lượng chất độc B bằng GC-MS

+ Khảo sát khoảng tuyến tính:

Khảo sát với các dung dịch có nồng độ từ 10ppb-100ppm, theo dõi số đo diện tích

+ Xây dựng đường chuẩn định lượng

Đường chuẩn định lượng chất độc B bằng GC-MS được xây dựng trên cơ

sở các dung dịch có nồng độ nằm trong khoảng tuyến tính của phương pháp

c Khảo sát giới hạn phát hiện

Giới hạn phát hiện là tại nồng độ đó chiều cao của pic gấp 3 độ nhiễu

- X: Hàm lượng chất độc B trong mẫu đất phân tích, tính bằng ppm

- Am: Diện tích pic mẫu, tính bằng mm2

- Ac: Diện tích pic chuẩn, tính bằng mm2

- X: Nồng độ chất độc B trong mẫu không khí phân tích, tính bằng ppm

- Am: Diện tích pic mẫu, tính bằng mm2

- Ac: Diện tích pic chuẩn, tính bằng mm2

- Cc: Nồng độ dung dịch chuẩn, tính bằng ng/l

- Vm: Thể tích không khí dùng phân tích, tính bằng l

- V0: thể tích dung dịch mẫu dùng để phân tích, tính bằng ml

1.3.3 Xây dựng qui trình xác định chất độc B trong mẫu đất

b Chuẩn bị mẫu và chiết

Mẫu đất được chuẩn bị bằng cách để hong khô tự nhiên ngoài không khí, nghiền nhỏ, được bảo quản trong lọ thủy tinh kín Cân khoảng 10 g đất đã được chuẩn bị cho vào ống nhựa polypropylen dung tích 100 ml có nắp đậy kín Cho vào 100 àl dung dịch chất độc B có nồng độ 100 ppm vào ống nhựa trên, đậy nắp, dùng máy lắc lắc đều trong thời gian 10 phút Sau đó thêm 30 ml dung môi khảo sát vào, đậy lắp, dùng máy lắc lắc đều trong thời gian 15 phút Sau hỗn hợp được ly tâm với tốc độ 2500 v/phút trong thời gian 10 phút Phần dịch được gạn riêng vào bình có nắp kín Lặp lại phần chiết 2 lần Dịch lọc được gộp lại và cô dưới áp suất giảm và dòng khí N2 cho tới cạn Cắn được hòa tan trong khoảng 100 àl n-hexan

b Tinh chế mẫu

+ Chuẩn bị cột chiết

Dùng cột C18 loại 200 mg để chiết, cột được hoạt hóa bằng 5 ml methanol, tiếp theo 10 ml n-hexan Sau đó cho toàn bộ 100 àl dung dịch n-hexan lên cột, dùng 500 àl n-hexan tráng và đưa lên cột

+ Rửa giải

Dùng 20 ml n-hexan:aceton (4:1), phần dịch rửa được hứng vào một ống nghiệm Sau đó bay hơi dung môi tới khô bằng cất dưới áp suất giảm và dòng khí nitơ nhẹ Thêm chính xác 1ml n-hexan tráng đều từ trên xuống dưới, rồi

định lượng bằng máy GC-MS

d Khảo sát hiệu suất thu hồi của phương pháp

Các mẫu đất dùng khảo sát hiệu suất thu hồi của phương pháp cũng được tiến hành tương tự như trên

1.3.4 Xây dựng qui trình phân tích chất độc B trong mẫu không khí

a Chuẩn bị mẫu: Bơm 100 àl dung dịch chất độc B có nồng độ 100 ppm vào trong thiết bị thủy tinh có dung tích khoảng 2500 ml

b Chuẩn bị cột chiết và chiết

Dùng cột C18 loại 200 mg để chiết, cột được hoạt hóa bằng 5 ml hỗn hợp methanol, tiếp theo là 10 ml n-hexan

Nối cột đã được hoạt hóa với thiết bị thủy tinh có chứa hơi của chất độc

B và gắn với bơm chân không qua bộ manifold có thể giảm áp, điều chỉnh cho tốc độ dòng vừa phải Cho bơm chạy trong khoảng thời gian 30-40 phút (có thể hơ nhẹ đáy bình cho tốc độ bay hơi được tốt hơn)

c Rửa giải

Dùng 20 ml n-hexan:aceton (4:1), phần dịch rửa được hứng vào bình Sau đó dung môi được cất dưới áp suất giảm và cô tới khô dưới dòng khí nitơ nhẹ Thêm chính xác 1ml n-hexan tráng đều từ trên xuống dưới, rồi định lượng bằng máy GC-MS

d Khảo sát hiệu suất thu hồi của phương pháp

Các mẫu khí dùng khảo sát hiệu suất thu hồi của phương pháp cũng được tiến hành tương tự như trên

1.3.5 Điều kiện phân tích chất độc B trên GC-MS

Để đảm bảo các kết quả phân tích được chính xác, cần tiến hành tối ưu hóa điều kiện phân tích trên GC-MS Đầu tiên thiết bị MS được đặt ở chế SCAN

để xác định về mặt định tính và thời gian lưu trên cột, khi tiến hành phân tích

định lượng thiết bị MS được chuyển sang chế độ SIM và mảnh đinh lượng của chất độc B dùng mảnh 99 m/z Điều kiện chạy tối ưu của máy GC-MS để phân tích chất độc B được thể hiện ở bảng 1

Bảng 1: Các thông số tối −u cho quá trình phân tích chất độc B trên máy

Nhiệt độ ( 0C)

Thời gian giữ

1.4.1 Đặc điểm định tính của chất độc B bằng phổ khối

Bơm 1àl dung dịch 10 ppm vào hệ thống sắc kí, thiết bị MS đặt chế độ

SCAN quét các mảnh có số khối từ 50-450 m/z ta đ−ợc phổ khối đồ của chất

độc B có các mảnh đặc tr−ng là: 99, 125, 81 m/z

1.4.2 Khảo sát độ lặp lại, độ tuyến tính và giới hạn phát hiện chất độc B

của phương pháp

a Khảo sát độ lặp lại và độ chính xác của phương pháp

Bơm 5 lần, mỗi lần 1àl dung dịch 10 ppm vào hệ thống sắc kí, thiết bị

MS đặt chế độ SIM, theo dõi thời gian lưu và diện tích pic Kết quả được trình

3,8

Kết quả trên cho thấy phương pháp có độ lặp lại khá cao (sai số 4,2 %)

và độ chính xác của phương pháp có thể chấp nhận được (khoảng 3,8%)

b Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn

Khảo sát độ tuyến tính của phương pháp định lượng chất độc B bằng

GC-MS được tiến hành với các dung dịch có nồng độ từ 10ppb-100ppm, thiết bị

MS được đặt theo chế độ SIM, ion mảnh định lượng của chất độc B với số khối

là 99 m/z, theo dõi số đo diện tích Kết quả được trình bày ở bảng sau:

Bảng 3: Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính của phương pháp định lượng

Từ kết quả trên ta xây dựng đường chuẩn để định lượng yperit theo

phương pháp ngoại chuẩn với các nồng độ trong vùng tuyến tính từ 1 ppm, 5

ppm, 10 ppm và 20 ppm Kết quả như sau:

Bảng 4: Kết quả khảo sát xây dựng đường chuẩn để định lượng chất độc B

STT Nồng độ Số đo diện tích pic

Đồ thị 1: Đường chuẩn ngoại suy định lượng chất độc B bằng GC-MS

c Khảo sát giới hạn phát hiện của phương pháp

Giới hạn phát hiện của phương pháp chính bằng 3 lần tỷ số giữa độ lệch tín hiệu nền với độ nhạy phát hiện tín hiệu của chất Qua khảo sát chúng tôi

thấy bằng phương pháp này cho phép phát hiện chất độc B ở nồng độ 1ppb khi bơm vào hệ thống sắc kí 1 àl dung dịch 10 ppm (tương ứng với khoảng 10-2ng)

1.4.3 Nghiên cứu xây dựng qui trình xác định chất độc B trong mẫu đất

Nghiên cứu các phương pháp xác định chất độc B trong mẫu môi trường của ta còn nhiều hạn chế đặc biệt chưa có công trình nào nghiên cứu ứng dụng GC-MS để phân tích chất độc B trong mẫu môi trường Để có thể đáp ứng đòi hỏi của thực tiễn, chúng tôi tiến hành nghiên cứu nhằm xây dựng một qui trình cho phép phân tích xác định chất độc B từ mẫu đất và phân tích trên hệ thống sắc kí khí khối phổ

a Nghiên cứu hệ dung môi chiết

Vấn đề chọn lựa dung môi thích hợp cho chất cần chiết bao giờ cũng là một trong những vấn đề phức tạp, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có kinh nghiệm Dựa vào đặc điểm của chất độc B chúng tôi đã chọn một số loại dung môi và hỗn hợp các dung môi sau để khảo sát khi chiết bằng phương pháp lỏng quá tới hạn Kết quả được trình bày tại bảng sau:

Bảng 5: Kết quả khảo sát độ thu hồi phụ thuộc vào các loại dung môi(%)

Ghi chú: S1: Ethylacetat S2: n-hexan:aceton (4:1) S3: n-hexan:aceton (1:1)

Từ các kết quả trình bày ở bảng trên, nhận thấy khi chiết chất độc B khỏi mẫu đất bằng phương pháp chiết lỏng siêu tới hạn ta có thể dùng các dung môi nêu trên đều được Tuy nhiên, để đạt hiệu suất thu hồi cao và mẫu sạch ta có thể dùng n-hexan hoặc hỗn hợp n-hexan:aceton với tỷ lệ 1:1 sẽ cho hiệu suất tương ứng là 92,1% và 90,2%

b Khảo sát lượng dung môi cần thiết dùng để chiết

Với mục đích xây dựng một qui trình cho phân tích chất độc B trong

phòng thí nghiệm, do vậy ngoài việc nghiên cứu chọn được những hệ dung môi

tối ưu cho phương pháp chiết, ta cần xem xét đến lượng dung môi cần dùng bao

nhiêu là đủ Chính vì mục đích này, chúng tôi tiến hành khảo sát lượng dung

môi cần thiết để chiết chất độc B Dung môi chúng tôi dùng trong nghiên cứu

này là dung môi đạt hiệu quả tối ưu khi khảo sát đó là n-hexan Kết quả được

Như vậy lượng n-hexan cần thiết để chiết chất độc B khỏi mẫu phải dùng

tối thiểu là 90 ml mới có thể chiết cơ bản chất độc B trong mẫu khi sử dụng

chiết lỏng siêu tới hạn

d Khảo sát điều kiện tinh chế mẫu

Mẫu thu được từ dịch chiết trên có thể được dùng để tiến hành phân tích

định tính hoặc định lượng bằng phương pháp sắc kí khí khối phổ Tuy nhiên, do

trong quá trình chiết, dịch chiết thu được thường còn lẫn nhiều tạp, do vậy ảnh

hưởng nhiều đến đường nền thường không ổn định hoặc làm cột chóng bị bẩn,

ảnh hưởng đến kết quả phân tích Để khắc phục một số nhược điểm đó chúng

tôi tiến hành nghiên cứu các điều kiện tinh chế để thu được mẫu có độ tinh

khiết cao hơn trước khi tiến hành phân tích bằng GC-MS

+ Khảo sát dung môi dùng rửa giải

Trên cơ sở các kết quả định hướng thu được ở phần trên chúng tôi chọn

một số dung môi có thể phù hợp cho việc rửa giải chất độc B khỏi cột C18 Kết

quả được trình bày ở bảng sau

Bảng 7: Kết quả khảo sát độ thu hồi phụ thuộc vào các loại dung môi rửa

+ Khảo sát l−ợng dung môi dùng rửa giải

Để có cơ sở sử dụng l−ợng dung môi thích hợp khi tiến hành tinh chế các mẫu thu đ−ợc, chúng tôi khảo sát l−ợng dung môi cần thiết Kết quả đ−ợc trình bày ở bảng sau

Bảng 8: Kết quả khảo sát độ thu hồi phụ thuộc vào thể tích dung môi rửa giải

qua cột C18(%)

n-hexan:aceton (4:1) STT

Hiệu suất (%)

Từ kết quả trên, nhận thấy với hệ dung môi n-hexan:aceton (4:1) thì thể tích cần thiết để rửa hết lượng chất độc B (100àl dung dịch 100 ppm) cho vào cột sẽ phải cần 20 ml

e Xây dựng qui trình phân tích xác định chất độc B trong mẫu đất

+ Thu mẫu: mẫu nghiên cứu là các mẫu đất được thu ngoài hiện trường, chia làm hai phần: một phần dùng để xác định hàm ẩm, phần kia dùng tiến hành phân tích xác định chất độc B Mẫu cần được thu đúng và đủ: thu đúng đó

là thu làm sao tập trung vào các vị trí nghi có hóa chất nhất; đủ là đủ lượng nhưng chú ý không trộn đều những mẫu thu tập trung với những mẫu khác để cho đủ lượng Mẫu thu cần được bảo quản trong những bao bì chuyên dụng, hoặc chai thủy tinh nút kín, để chỗ mát, tránh ánh sáng (tốt nhất là bảo quản trong đá tránh tác động của môi trường, đặc biệt là nhiệt độ và độ ẩm) Cần chuyển tới các phòng thí nghiệm có chức năng phân tích chất độc chiến tranh càng nhanh càng tốt

+ Chiết xuất: mẫu được chiết xuất bằng dung môi n-hexan

+ Tinh chế mẫu: sau khi thu được mẫu qua chiết xuất, mẫu được tinh chế qua cột C18 Rửa giải chất độc B bằng 20 ml hỗn hợp dung môi n-hexan:aceton với tỷ lệ 4:1

+ Tiến hành phân tích mẫu bằng phương pháp GC-MS theo các điều kiện nêu ở phần thực nghiệm

+ Kết quả:

- Đối với mục đích phân tích định tính: Phổ đồ khối phổ của mẫu phân tích phải có các ion mảnh đặc trưng của chất độc B đó là: 99, 125 và 81 m/z

- Khi tiến hành phân tích định lượng hàm lượng chất độc B trong mẫu

đất: Kết quả phân tích được tính theo công thức và dựa vào đường chuẩn ngoại suy, được xây dựng theo phương pháp đã trình bày ở phần trên

Sơ đồ 1: Qui trình phân tích xác định chất độc B trong mẫu đất bằng GC-MS

Dịch chiết chứa sarin thô

Mẫu đất (10 g) sấy khô

Dịch sarin sạch

Cô cạn bằng cất áp suất giảm và dòng khí nitơ nhẹ

- Cô cạn dưới áp suất giảm

- Hòa tan trong 100 àl n-hexan

- Đưa lên cột

1.4.4 Nghiên cứu xây dựng qui trình xác định chất độc B trong mẫu không khí

Nghiên cứu các phương pháp xác định chất độc B trong mẫu không khí còn rất hạn chế, đặc biệt là phương pháp thu mẫu và làm giàu mẫu trước khi phân tích Qua tham khảo các tài liệu, chúng tôi chưa thấy có công trình nào ứng dụng chiết pha rắn để làm giàu chất độc B từ mẫu không khí Để có thể đáp ứng đòi hỏi của thực tiễn, chúng tôi thấy cần thiết phải tiến hành nghiên cứu nhằm xây dựng một qui trình cho phép phân tích xác định chất độc B từ mẫu không khí và phân tích trên hệ thống sắc kí khí khối phổ

a Khảo sát hiệu suất thu hồi của phương pháp

Việc dùng cột C18 trong nghiên cứu xác định chất độc B từ mẫu không khí cho đến nay chưa thấy công trình nào nghiên cứu, để đảm bảo độ tin cậy cho các kết quả nghiên cứu, đối với phương pháp này chúng tôi tiến hành thực nghiệm nghiên cứu hiệu suất thu hồi của cột đối với chất độc B Kết quả được trình bày tại bảng sau

Bảng 9: Kết quả khảo sát hiệu suất thu hồi của cột C18 khi phân tích chất độc B

từ mẫu không khí

lần 1 lần 2 lần 3 lần 4 lần 5 XTB Hiệu suất (%) 89,3 92,7 91,5 88,6 90,4 90,5

Từ kết quả trên, thấy rằng với việc dùng cột C18 là công cụ để thu mẫu

và làm giàu chất độc B từ các mẫu khí là hoàn toàn có thể Các mẫu tiến hành thực nghiệm cho hệ số thu hồi khá cao trung bình khoảng 90,5% so với l ý thuyết

b Xây dựng qui trình phân tích xác định chất độc B trong mẫu không khí

+ Thu mẫu: mẫu nghiên cứu được thu và làm giàu bằng cột C18 tại hiện trường Thời gian thu mẫu tùy thuộc vào nồng độ tại thời điểm đó, thường có thể cho máy chạy từ 1-2 giờ liền, cá biệt có thể đến vài giờ

Sau khi thu và làm giàu mẫu bằng cột C18, cần bảo quản cột trong túi nilon hoặc dụng cụ kín, bảo quản trong điều kiện lạnh (tại phòng thí nghiệm cần bảo quản ở nhiệt độ -15 đến -20 0C)

Cần chuyển tới các phòng thí nghiệm có chức năng phân tích chất độc chiến tranh càng nhanh càng tốt

+ Rửa giải: Sau khi đã làm giàu mẫu trong cột, tiến hành rửa giải chất

độc B bằng hỗn hợp dung môi n-hexan:aceton với tỷ lệ 4:1

+ Tiến hành phân tích mẫu bằng phương pháp GC-MS theo các điều kiện nêu ở phần thực nghiệm

+ Kết quả:

- Đối với mục đích phân tích định tính: Phổ đồ khối phổ của mẫu phân tích phải có các ion mảnh đặc trưng của chất độc B đó là: 99, 125 và 81 m/z

- Khi tiến hành phân tích định lượng hàm lượng chất độc B trong mẫu

đất: Kết quả phân tích được tính theo công thức và dựa vào đường chuẩn ngoại suy, được xây dựng theo phương pháp đã trình bày ở phần trên

Sơ đồ 2: Qui trình phân tích xác định chất độc B trong mẫu không khí

trên GC-MS

Cột chiết C18 Mẫu không khí

Dịch chứa sarin

Cô cạn bằng cất áp suất giảm và dòng khí nitơ nhẹ

20 ml n-hexan:aceton (4:1)

Đây là những qui trình lần đầu tiên được nhóm nghiên cứu đề xuất và công bố Đánh giá về qui trình so sánh với các phương pháp của các tác giả ngoài nước đã công bố, qui trình đạt tiêu chuẩn về độ nhạy (rất ít phương pháp

đạt giới hạn phát hiện mức ppb) Điểm đặc biệt có ý nghĩa là qui trình đã đưa phương pháp thu và làm giàu chất độc B từ mẫu không khí, nó thiết thực đáp ứng các yêu cầu của thực tiễn, vì việc thu mẫu khí là rất khó khăn cho tất cả các cán bộ khi khám nghiệm hiện trường

Các tác giả cũng đã tối ưu hóa được các điều kiện để chiết xuất chất độc

B từ mẫu đất: dung môi sử dụng là n-hexan bằng phương pháp chiết siêu tới hạn với sự trợ giúp của lắc dung; điều kiện tiến hành tinh chế mẫu bằng cột C18 với

hệ dung môi rửa giải là hỗn hợp dung môi n-hexan:aceton, tỷ lệ 4:1; tối ưu hóa các điều kiện phân tích chất độc B trên thiết bị GC-MS

Nghiên cứu để tối ưu hóa các qui trình phân tích chất độc B cần được tiếp tục tiến hành mở rộng cho các đối tượng khác để có thể đáp ứng được yêu cầu thực tiễn hiện nay

Chương Ii Chất độc D

2.1 Sơ lược các nghiên cứu về chất độc d

2.1.1 Vài nét sơ lược về chất độc D

Chất độc D lần đầu tiên được M Depretz tổng hợp vào năm 1822 Sau đó

được Richie tổng hợp vào năm 1854 và vào năm 1859, F Guthrie đã tiến hành tổng hợp lại và khẳng định tác dụng gây bỏng giộp khi bị rơi trên da Ngay sau

đó, vào năm 1860 A Niemann đã mô tả quá trình tổng hợp một chất có tác dụng gây bỏng giộp da như dichlodiethyl sunfua nhưng ông chưa khẳng định

được đây là chất độc D Các công trình này thường tạo ra một hỗn hợp có nhiều chất khác nhau, rất khó khẳng định chất nào trong hỗn hợp đó chiếm ưu thế

Từ năm 1855, Delinsky đã tiến hành tổng hợp dichlodiethyl sufua tại phòng thí nghiệm của V Maye nhưng đã bị gián đoạn, mãi cho đến năm 1886,

V Maye mới hoàn thành, ông đã mô tả chi tiết qui trình tổng hợp cho phép thu

được dichlodiethyl sunfua tinh khiết với hiệu suất đáng kể Trong thời gian này, dichlodiethyl sunfua chưa thu được sự chú ý cao Cho tới khi quân đội Đức dùng khí chlorin để tấn công thấy có hiệu quả thì vấn đề tìm các loại khí độc để sản xuất vũ khí được đặc biệt chú ý và khi đó người ta đã quan tâm tới dichlodiethyl sunfua Đầu năm 1916, tại Anh và Đức các nhà hóa học đã tập trung rất nhiều vào nghiên cứu chất này với mục tiêu là sử dụng làm vũ khí hóa học ở Anh Harold Dudley khuyến cáo chất này có thể được dùng làm vũ khí nhưng khuyến cáo đó đã không được chấp nhận vì họ cho rằng khả năng gây tử vong của dichlodiethyl sunfua là thấp Trong khi đó, tại Đức Lommel đã dành nhiều công sức vào nghiên cứu cho dichlodiethyl sunfua và khuyến cáo của ông

đã được Steinkopf ủng hộ, ông cho đây là một khuyến cáo hết sức có giá trị Hai nhà hóa học này đã nghiên cứu hoàn thiện công nghệ sản xuất dichlodiethyl sufua với qui mô công nghiệp Chính nhờ các kết quả nghiên cứu này Đức bắt đầu sản xuất tại Leverkusen vào mùa xuân năm 1917 và trở thành nhà cung cấp sulfur mustard cho thị trường [10]

Lần đầu tiên dichlodiethyl sufua được quân đội Đức dùng làm vũ khí hóa học gây tổn thương hàng loạt vào đêm 12 tháng 7 năm 1917 đánh vào quân đội Anh gần thành phố Ypres của Bỉ, đã gây thiệt hại lớn cho quân đội Anh, nó

nhanh chóng trở thành vũ khí chiến lược của quân đội Đức trong chiến tranh thế giới thứ 2 Từ đó người ta gọi dichlodiethyl sunfua là chất độc D, xuất phát từ mùi đặc trưng của chất độc D còn gọi là mù tạc, ở Đức gọi là chất chữ thập vàng vì trên các loại vũ khí chứa chất độc này đều có kí hiệu chữ thập màu vàng, quân đội Mỹ kí hiệu chất này bằng chữ HS, HD, H [10]

Các tài liệu cho thấy quân đội Tây Ban Nha dùng chất độc D trong chiến tranh ở Maroc vào năm 1925, trong chiến tranh ở Ethiopia năm 1935 người Italia đã dùng chất này, chiến tranh ở Trung Quốc từ 1934-1944, trong chiến tranh Iran-Irac từ 1984-1986 và gần đây nó được Irac dùng để chống lại người Kurd tại một làng người Kurd ở Birjinni thuộc vùng núi phía bắc Irac vào ngày

25 tháng 08 năm 1988 Chất độc D là một chất độc nguy hiểm được dùng làm

vũ khí hóa học do vậy hiện nay nó được quản lí rất nghiêm ngặt theo Công ước Quốc tế về Cấm Vũ khí hóa học, Việt Nam cũng đã kí tham gia và có hiệu lực

đen Tỷ trọng của chất độc D là 1,28, tỷ trọng hơi 5,5 nên khi bay hơi thường nó

ở gần mặt đất Nhiệt độ nóng chảy là 14 0C, nhiệt độ sôi 217-218 0C, ít tan trong nước, tan tốt trong một số dung môi hữu cơ như aceton, n-hexan, ether ethylic chất độc D tan tốt trong mỡ và có khả năng thấm sâu vào một số đồ vật bằng cao su, gỗ, sơn dầu, vật xốp, thực phẩm

Chất độc D được xếp vào loại chất độc khá bền, nó làm nhiễm độc trong thời gian lâu dài Dưới tác động của một số tác nhân như nước, độ ẩm, dung dịch kiềm, các chất ô xy hóa sẽ làm giảm hoặc mất tác động của chất độc D do

nó bị thủy phân hoặc tạo thành các hợp chất ít hoặc không độc

Độc tính của chất độc D: Mustard gas được xếp vào loại có độc tính cao, nhưng độc tính của nó còn tùy thuộc vào cách thức tiếp xúc, nhiễm độc, tùy thuộc vào điều kiện ngoại cảnh, liều lượng và nồng độ của nó Niêm mạc mắt rất nhạy cảm với chất độc D, với nồng độ 0,5 àl/l tiếp xúc trong vòng 25 phút đã có thể gây tổn thương cho niêm mạc

Chất độc D có thể gây phản ứng viêm ở bất cứ tổ chức nào mà nó tác

động lên Nó làm tổn thương gây phồng rộp, loét nát, hoại tử tùy thuộc vào liều lượng nồng độ của nó Nếu một lượng lớn chất độc D có nồng độ đặc rơi vào da

có thể gây hoại tử cả mảng da đó mà không có hiện tượng phồng rộp Tùy thuộc

đường tiếp xúc mà các biểu hiện bệnh lí cũng khác nhau: có thể thấy ở da, niêm mạc mắt hoặc đường hô hấp, tiêu hóa Khi bị nhiễm độc chất độc D thì ít nhiều

nó tác động tới các cơ quan như thần kinh trung ương, cơ quan tuần hoàn, các quá trình trao đổi chất Thường nhiễm độc chất độc D sẽ gây tổn thương nhiều hơn là đe dọa đến tính mạng nhưng nếu bỏng nặng và trên diện rộng sẽ dãn đến

tử vong [10]

Dự phòng và điều trị khi bị nhiễm độc chất độc D: Khi có nguy cơ nhiễm

độc cần dùng các dụng cụ phòng độc trang bị cho cá nhân: mặt nạ phòng độc, kính chống độc, áo choàng, áo mưa, bít tất dài, găng tay Cởi bỏ toàn bộ các tư trang cá nhân khi bị dính chất độc D, dùng vải gạc, giấy thấm và lau gọn nơi dính, sau đó dùng một số dung dịch tẩy rửa Đối với niêm mạc mắt, mũi, họng cần dùng các dung dịch như natri bicacbonat, axit boric để rửa, xúc miệng nếu vào dạ dày phải tiến hành gây nôn Điều trị nhiễm độc chất độc D tùy thuộc vào mức độ có thể được tiến hành tại các cơ sở y tế hoặc theo chỉ dẫn của các cán

bộ y tế để điều trị có kết quả, kịp thời, tránh những tổn thương nghiêm trọng

2.1.2 Một số phương pháp hay dùng để phân tích, xác định chất độc D

Nghiên cứu các phương pháp xác định cất độc D đã được nhiều nhà khoa học và nhiều phòng thí nghiệm quan tâm nghiên cứu, cho đến nay có thể nói có

khá nhiều phương pháp được áp dụng để phát hiện và khẳng định sự có mặt của chất độc D trong các mẫu vật cần nghiên cứu

Một trong số các phương pháp là việc dùng các thiết bị nhận cảm (sensor) để xác định chất độc D, có thể nói phương pháp dùng sensor sóng bề mặt (SAW) là một phương pháp khá phổ biến, nó được Wohltjen và Dessy công

bố lần đầu tiên vào năm 1979, nó dựa trên nguyên lí sensor điện áp Các thiết bị luôn được cải tiến và SAWRHINO dựa trên hệ thống SAW được dùng để phát hiện các vũ khí hóa học trong đó có cất độc D có giới hạn phát hiện tới 200ppt [45]

Các phương pháp sắc kí đã được dùng để xác định chất độc D như dùng sắc khí với detector quang kế ngọn lửa kết hợp với phương pháp xử lí mẫu bằng

vi chiết pha rắn đã được dùng để xác định sulfur mustard trong các mẫu đất [63] Phương pháp sắc kí khí với detector ion hóa ngọn lửa đã được dùng để xác định chất độc D trong không khí khu cộng đồng dân cư sinh sống với giới hạn phát hiện 2.10-6 mg/m3 không khí Phương pháp sắc kí lỏng cũng được các tác giả nghiên cứu sử dụng để xác định sulfur mustard đặc biệt là các sản phẩm thủy phân, với độ nhạy khoảng ppm trong vòng 20 phút với thiết bị sắc kí lỏng pha đảo detector huỳnh

Một số phương pháp liên hợp được ứng dụng nhiều trong phân tích xác

định chất độc D, đặc biệt liên hợp sắc kí khí khối phổ được ứng dụng rất nhiều Phương pháp này cho phép phân tích cả với ypertit và các sản phẩm chuyển hóa của chúng Phương pháp sắc kí lỏng khối phổ (LC-MS) cũng được dùng nhiều khi phân tích sulfur mustard và các sản phẩm chuyển hóa trong các mẫu sinh học [53]

Gần đây, một số công trình nghiên cứu đã liên hợp GC-MS-MS hoặc MS-MS để xác định chất độc D và các sản phẩm chuyển hóa của chúng, cho phép khẳng định được chính xác hơn, đặc biệt trong các mẫu có nền phức tạp và chất chuyển hóa [46]

LC-Để phân tích xác định chất độc D trong các mẫu môi trường các phương pháp phân tích không ngừng phát triển để phù hợp với sự phát triển của phương pháp và đáp ứng các yêu cầu thực tiễn Ngay từ năm 1969, Stutz và Sass đã dùng phương pháp sắc kí lớp mỏng để tách, cho phép xác định chất độc D dựa

trên nguyên lí xác định sự có mặt của 4-(p-nitrobenzyl) pyridin theo phương pháp so màu Đến năm 1981, các tác giả này đã cải tiến phương pháp cho phép xác định sulfur mustard trong các loại mẫu môi trường khác nhau như mẫu đất, mẫu nước, hoặc các mẫu cây cỏ , có thể phát hiện tới 1àg trong một vết mẫu bằng phương pháp sắc kí lớp mỏng [80]

Kỹ thuật phân tích càng ngày càng phát triển cho phép phân tích các mẫu có hàm lượng chất độc D thấp, phương pháp phân tích có độ chọn lọc cao,

k ỹ thuật chuẩn bị mẫu có nhiều đơn giản hơn và đặc biệt chỉ cần một lượng nhỏ mẫu Một trong các kỹ thuật đó là sử dụng sắc kí khí, có thể nói sắc kí khí là một kỹ thuật được dùng khá phổ biến trong những năm 1970 và đầu những năm

1980 với các detector FID, ECD, FPD để phân tích mustard gas và các sản phẩm chuyển hóa của nó trong các mẫu môi trường, cho đến nay phương pháp này vẫn còn được dùng nhiều [53] Một số tác giả đã sử dụng sắc kí khí để phân tích sự có mặt của chất độc D trong không khí, bằng cách cho không khí sục qua một dung dịch hấp thụ sau đó bơm trực tiếp dung dịch hấp thụ này vào sắc

kí khí (GC) để phát hiện chất độc D Trên cả hai loại detector ECD và FPD, hiệu suất thu hồi của phương pháp gần 100% và giới hạn phát hiện là 0,2 ng/àl

Kỹ thuật phân tích nhanh, đơn giản, có độ tin cậy cao, tuy nhiên với phương pháp GC dùng detector ECD đòi hỏi dung môi hấp thụ cần được làm lạnh để tránh sự bay hơi của dung môi kéo theo sự sai số định lượng đối với chất độc D, nhưng với loại detector FPD thì dung môi có thể tiến hành ở nhiệt độ phòng [38]

Fisher và công sự đã dùng phương pháp GC xác định chất độc D trong nước, D’Agostino và Provost dùng để xác định chất độc D trong các mẫu đất Khi dùng phương pháp sắc kí khí với detector ECD thì giới hạn phát hiện khoảng 160 àg/l (ppb) đối với dung dịch nước và khoảng 1 àg/l đối với các mẫu bay hơi Phương pháp đơn giản, có độ chọn lọc và độ chính xác cao Các tác giả cho rằng có thể dùng để phân tích với các loại mẫu môi trường khác nhau, có thể dùng để phân tích cả các mẫu sinh học, D’Agostino và Provost dùng GC với detector FID đánh giá chất lượng chất độc D và sản phẩm phân hủy của nó nhưng chưa thu được kết quả tốt vì độ nhạy, độ chính xác chưa cao [30] Sass và Steger, khi nghiên cứu so sánh, đánh giá việc sử dụng các loại detector khác