Xây dựng quy trình xác định đồng, chì, cadimi trong mẫu huyết thanh bằng phương pháp quang phổ plasma ghép nối khối phổ (ICP MS)

Nghiên cứu ảnh hưởng của các nguyên tố ñến quá trình xác ñịnh hàm lượng ñồng, chì và cadimi trong huyết thanh ..... ðể xác định thật chính xác hàm lượng các ion kim loại đồng, chì và cad

ðẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ðẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

LƯƠNG THỊ LOAN

Xây dựng quy trình xác ñịnh ñồng, chì, cadimi trong mẫu huyết thanh bằng

phương pháp quang phổ plasma ghép nối khối phổ (ICP-MS)

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 60 44 29

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Nguyễn Thị Huệ

Hà Nội – Năm 2009

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn cô TS Nguyễn Thị Huệ ñã giao ñề tài và tận tình hướng dẫn, tạo ñiều kiện cho em hoàn thành luận văn này

En xin chân thành cảm ơn PGS.TS Tạ Thị Thảo cùng các thầy cô trong bộ môn Hóa phân tích ñã luôn tạo ñiều kiện và giúp ñỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu

Em cũng xin gửi lời cảm ơn ñến ThS Vũ Văn Tú, ThS Phạm Hải Long cùng các anh chị trong phòng phân tích chất lượng môi trường – Viện công nghệ môi trường – Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam, ñã luôn ñộng viên và giúp ñỡ em trong suốt quá trình làm thực nghiệm

Hà Nội, ngày 30 tháng 11 năm 2009

Học viên LƯƠNG THỊ LOAN

MỤC LỤC

MỞ ðẦU 1

PHẦN I: TỔNG QUAN 8

1.1 Trạng thái tự nhiên, một vài tính chất và ứng dụng của ñồng, chì và cadimi 8

1.1.1.Trạng thái thiên nhiên của các nguyên tố ñồng, chì và cadimi 8

1.1.2 Một vài tính chất và ứng dụng của ñồng, chì và cadimi 8

1.1.3.Vai trò sinh học của ñồng, chì và cadimi 12

1.2 Các phương pháp xác ñịnh ñồng, chì và cadimi 21

1.2.1 Phương pháp trắc quang 21

1.2.2 Phương pháp chuẩn ñộ 21

1.2.3 Phương pháp cực phổ 21

1.2.4 Phương pháp Vôn –Ampe hòa tan 22

1.2.5 Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử 23

1.2.6 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử 23

1.2.7 Phương pháp quang phổ plasma ghép nối khối phổ (ICP – MS) 25

1.3 Các phương pháp xử lý mẫu 27

1.3.1 Phương pháp vô cơ hóa 28

1.3.2 Phương pháp chiết 30

1.3.3 Phương pháp pha loãng mẫu bằng dung môi thích hợp 30

1.3.4 Phương pháp ñiện phân 31

1.3.5 Phương pháp phân hủy mẫu bằng lò vi sóng 31

1.4 Phương pháp xác ñịnh ñộ lặp lại và ñộ chính xác 33

1.4.1 ðộ lặp lại 33

1.4.2 ðộ chính xác 34

PHẦN II THỰC NGHIỆM 36

2.1 ðối tượng nghiên cứu 36

2.2 Phương pháp nghiên cứu 36

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu 36

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích ñồng, chì và cadimi trong huyết thanh trên thiết bị ICP-MS 36

2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu 36

2.3 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 36

2.3.1 Hóa chất 36

2.3.2 Dụng cụ 37

2.3.3.Thiết bị phân hủy mẫu và phân tích mẫu 37

2.3.3.1 Thiết bị phân hủy mẫu 37

2.3.3.2 Thiết bị phân tích mẫu 38

2.4 Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu huyết thanh 39

PHẦN III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40

3.1 Các phương pháp phân hủy mẫu 40

3.1.1.Phương pháp pha loãng bằng HNO3 41

3.1.2 Phương pháp pha loãng bằng hỗn hợp HNO3 (1%) và Triton X-100 42

3.1.3 Phương pháp phân hủy bằng lò vi sóng 44

3.1.4 So sánh các phương pháp phân hủy mẫu 45

3.2 Khảo sát các ñiều kiện tối ưu trong quá trình phân tích mẫu trên thiết bị ICP-MS 46

3.2.1 Chuẩn hóa số khối (Tunning) 46

3.2.2 Tối ưu tốc ñộ khí mang tạo sol khí 47

3.2.3 Khảo sát nguồn năng lượng (ICP) 48

3.2.4 Khảo sát thế ñiều khiển thấu kính ñiện tử - ion 49

3.2.5 Khảo sát thời gian phân tích mẫu 50

3.2.6 Khảo sát thời gian rửa sạch mẫu 51

3.3 Xây dựng ñường chuẩn 52

3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của các nguyên tố ñến quá trình xác ñịnh hàm lượng ñồng, chì và cadimi trong huyết thanh 55

3.4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các nguyên tố ñi kèm 55

3.4.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của canxi 55

3.4.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của magie 56

3.4.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thủy ngân 57

3.4.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của kẽm 57

3.4.1.5.Nghiên cứu ảnh hưởng của mangan 58

3.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các nguyên tố lẫn nhau 59

3.4.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của ñồng ñến quá trình xác ñịnh cadimi và chì 59

3.4.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của cadimi ñến quá trình xác ñịnh ñồng và chì 60

3.4.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của chì ñến quá trình xác ñịnh ñồng và cadimi 60

3.5 Xác ñịnh ñộ lặp lại và ñộ chính xác của phương pháp 61

3.6 Xây dựng quy trình phân tích xác ñịnh ñồng, chì và cadimi trong mẫu huyết thanh 62

3.7 Áp dụng các ñiều kiện tối ưu trong phân tích mẫu thực tế 63

PHẦN IV KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO

MỞ ðẦU

Cho đến nay cĩ hàng trăm cơng trình khoa học trên thế giới đã cơng bố các kết quả nghiên cứu về chức năng và ảnh hưởng của một số kim loại nặng đối với sức khỏe con người Các nguyên tố vi lượng như đồng, chì và cadimi là thành phần rất cần trong cơ thể Nếu dư thừa hoặc thiếu hụt sẽ gây ra một số bệnh như bệnh Schizophrenia, bệnh Willson đĩ là do sự dư thừa lượng đồng trong cơ thể, hiện tượng tím tái người ngất xỉu đột ngột do nhiễm độc chì,…

ðể đánh giá mức độ nhiễm các nguyên tố này trong cơ thể, người ta thường định lượng chúng trong máu hoặc trong huyết thanh Nhưng trong huyết thanh, hàm lượng kim loại thường rất nhỏ, vì vậy cần sử dụng các thiết

bị phân tích cĩ độ nhạy, độ chính xác cao để xác định chúng Phù hợp với các

loại mẫu này là phép đo quang phổ plasma ghép nối khối phổ (Inductively

hơn các phương pháp khác như quang phổ hấp thụ nguyên tử khơng ngọn lửa dùng lị grafit (AAS-G), quang phổ phát xạ plasma (ICP-OES),… về khả năng phân tích nhanh và phát hiện với nồng độ thấp (ppt) Dựa vào phần mềm lựa chọn đồng vị, cĩ thể tìm nồng độ tối ưu của nguyên tố đĩ trong mẫu, loại trừ ảnh hưởng trong quá trình phân hủy mẫu

ðể xác định thật chính xác hàm lượng các ion kim loại đồng, chì và cadimi trong huyết thanh, việc xây dựng một quy trình phân tích hồn thiện

từ quá trình chuẩn bị, xử lý mẫu và phép phân tích là hết sức cần thiết

Chính vì vậy “ Xây dựng quy trình xác định đồng, chì, cadimi trong huyết

thanh bằng phương pháp quang phổ plasma ghép nối khối phổ MS)” là mục đích của luận văn đề ra ðây là hướng nghiên cứu mới mang tính thực tiễn cao nhằm đưa ra quy trình phân tích chính xác hàm lượng một

(ICP-số kim loại trong huyết thanh Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là tài liệu hỗ trợ trong quá trình chuẩn đốn, điều trị bệnh tại một số bệnh viện như bệnh viện nhi trung ương

Nội dung chính của luận văn gồm những phần sau:

- Nghiên cứu các ñiều kiện tối ưu trong quá trình xử lý mẫu huyết thanh nhằm ñưa ra quy trình xử lý mẫu tối ưu nhất ñể ñịnh lượng các kim loại ñồng, chì và cadimi trong huyết thanh

- Nghiên cứu các ñiều kiện tối ưu trong quá trình phân tích các kim loại ñồng, chì và cadimi trên thiết bị ICP-MS ñể kết quả phân tích ñạt ñộ chính xác cao

- Nghiên cứu các ñiều kiện ảnh hưởng ñến quá trình phân tích các nguyên tố kim loại nói trên

- Xây dựng quy trình phân tích một số kim loại như ñồng, chì và cadimi trong mẫu huyết thanh bằng phương pháp ICP-MS

- Áp dụng phân tích một số mẫu thực tế

PHẦN I: TỔNG QUAN

1.1 Trạng thái tự nhiên, một vài tính chất và ứng dụng của ñồng, chì và cadimi

ðồng là nguyên tố ñược con người biết ñến và sử dụng sớm nhất Những công cụ lao ñộng bằng ñồng ñược làm cách ñây 6000 năm Trong thiên nhiên, ñồng là nguyên tố tương ñối phổ biến Trữ lượng ñồng trong thạch quyển của vỏ trái ñất chiếm khoảng 10-2 % về khối lượng Những khoáng vật chính của ñồng là: cancosin (Cu2S) chứa 79,8% ñồng; cuprit (Cu2O) chứa 88,8% ñồng; covelin (CuS) chứa 66,5% ñồng; cancopirit (CuFeS2) chứa 34,57% ñồng và malachit (CuCO3.Cu(OH)2)

Cadimi ñược tìm thấy trong tạp chất của cacbonat kẽm (calamin) Trong thạch quyển của vỏ trái ñất cadimi chiếm khoảng 5×10-5 % về khối lượng Khoáng vật chủ yếu của cadimi là quặng grinokit (CdS) Trong quặng blen kẽm và calamine có chứa khoảng 3% cadimi

Chì ñã ñược con người biết ñến từ thời thượng cổ Chì trong vỏ trái ñất ứng với thành phần thạch quyển chiếm 1,6×10-3 % về khối lượng Galen (PbS) là quặng chì quan trọng nhất trong công nghiệp, ngoài ra còn gặp chì trong quặng xeruzit (PbCO3)

1.1.2 Một vài tính chất và ứng dụng của ñồng, chì và cadimi

Cadimi là kim loại có màu trắng ánh xanh, mềm, dễ uốn, có thể cắt bằng dao Cadimi có 19 ñồng vị, trong ñó có 8 ñồng vị gặp trong thiên nhiên

106Cd (chiếm 1,215%), 108Cd (chiếm 1,215%), 110Cd (chiếm 12,39%), 111Cd

(chiếm 12,7%), 112Cd (chiếm 24,07%), 113Cd (chiếm 12,26%), 114Cd (chiếm 28,86%), và 116Cd (chiếm 7,58%) Trong các ñồng vị phóng xạ thì ñồng vị

100Cd có chu kỳ bán hủy 470 ngày ñêm là bền nhất

Chì là kim loại có mầu xám, có khối lượng riêng lớn nhất Chì có 18 ñồng vị, trong ñó có 4 ñồng vị thiên nhiên là 204Pb (chiếm 1,48%), 206Pb (chiếm 23,6%), 207Pb (chiếm 22,6%) và 208Pb (chiếm 52,3%) ðồng vị phóng

xạ bền nhất của chì là 202Pb có chu kỳ bán hủy là 3.105 năm

Một số tính chất vật lý của ñồng, chì và cadimi ñược tổng kết trong bảng 1

Bảng 1: Một số tính chất vật lý của các nguyên tố ñồng, chì và cadimi

8 Khối lượng riêng (g/cm3) 8,93 8,64 11,34

Tác dụng với oxi

Ở nhiệt ñộ thường và trong không khí, ñồng bị bao phủ bởi một lớp màng ñỏ gồm Cu và Cu2O

2Cu + O2 + 2H2O → 2Cu(OH)2Cu(OH)2 + Cu → Cu2O + H2O Nếu trong không khí có CO2 thì ñồng bị bao phủ bởi một lớp màu lục gồm cacbonat bazơ Cu(OH)2CO3

Cadimi bền trong ñiều kiện không khí ẩm và ở nhiệt ñộ thường nhờ có màng oxit bảo vệ Nhưng ở nhiệt ñộ cao cadimi cháy mãnh liệt tạo thành oxit, cho ngọn lửa màu sẫm

Chì bị oxi hóa ở ñiều kiện thường tạo thành màng oxit bảo vệ cho kim loại Khi ñun nóng trong không khí, chì bị oxi hóa dần ñến hết tạo ra PbO

2Pb + O2  →t0 2PbO

Tác dụng với các phi kim khác

Ở nhiệt ñộ thường ñồng không tác dụng với Flo do hình thành một lớp CuF2 rất bền bên ngoài bảo vệ Với Clo, ñồng tác dụng tạo thành CuCl2 Khi ñun nóng ñồng tác dụng với lưu huỳnh, cacbon, photpho, asen tạo thành các muối tương ứng

Halogen, lưu huỳnh, photpho tác dụng với cadimi tạo muối tương ứng Chì tác dụng ñược với các halogen, lưu huỳnh tạo thành muối

2Pb + O2 + 2H2O → 2Pb(OH)2

Tác dụng với axit

Với axit không có tính oxi hóa (như HCl, H2SO4 loãng,…) thì ñồng không tác dụng (trừ HI do tạo thành CuI ít tan và HCN nhờ tạo thành anion phức bền [Cu(CN)2]-)

2Cu + 4HCN → 2H[Cu(CN)2] + H2↑ Nhưng khi có mặt oxi không khí, ñồng có thể tan ñược trong dung dịch HCl

2Cu + 4HCl + O2 → 2CuCl2 + 2H2O Ngược lại cadimi và chì lại có thể tác dụng, giải phóng khí hidro

Cd + 2HCl → CdCl2 + H2↑ Tuy nhiên, khi chì tan trong HCl lại tạo ra lớp PbCl2 khó tan làm cho chì không tan thêm ñược nữa; nhưng với HCl ñặc chì lại dễ tan hơn do tạo thành hợp chất dễ tan dạng H2[PbCl4]

PbCl2 + 2HCl → H2[PbCl4] Với các axit có tính oxi hóa (như HNO3, H2SO4 ñặc) thì ñồng, cadimi

và chì ñều hoạt ñộng mạnh

Cd + 2H2SO4 ñ → CdSO4 + SO2 ↑ + 2H2O ðồng tan trong H2SO4 ñặc và HNO3 theo phương trình

3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO ↑+ 4H2O

Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 ↑+ 2H2O Chì chỉ tác dụng trên bề mặt với dung dịch H2SO4 có nồng ñộ thấp hơn 80% tạo ra lớp muối khó tan, người ta ñã lợi dụng tính chất này ñể chế tạo ắc quy chì Còn với H2SO4 ñặc chì rất dễ tan do tạo hợp chất dễ tan Pb(HSO4)2không bảo vệ ñược chì khỏi bị axit tiếp tục tác dụng:

Pb + H2SO4 → PbSO4 + SO2↑+ 2H2O PbSO4 + H2SO4 → Pb(HSO4)2

Nhưng với axit HNO3, chì tác dụng ở bất kỳ nồng ñộ nào ñều tạo ra Pb(NO3)2 Tuy nhiên do Pb(NO3)2 khó tan trong HNO3 ñặc, dễ tan trong nước nên chì dễ tan trong HNO3 loãng, khó tan trong HNO3 ñặc

3Pb + 8HNO3 → 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O Chì cũng tan ñược trong axit axetic và một số axit hữu cơ khác khi có mặt oxi

2Pb + 4CH3COOH + O2 → 2Pb(CH3COO)2 + 2H2O

ðặc biệt, chì còn có thể tan ñược trong dung dịch kiềm ñặc nóng

Pb + 2KOH + 2H2O → K2[Pb(OH)4] + H2 ↑

*Ứng dụng của ñồng, chì và cadimi

ðồng, chì và cadimi có rất nhiều ứng dụng quan trọng Các sản phẩm ñược chế tạo từ ñơn chất và hợp chất của ba kim loại trên ñóng vai trò không thể thiếu trong ñời sống con người ðồng ñược sử dụng ñể sản xuất dây ñiện, que hàn, nam châm ñiện, mạch IC,.… Các hợp chất của ñồng như dung dịch Feling có ứng dụng trong phân tích hóa học Còn ñồng (II) sulfat ñược sử dụng như là thuốc bảo vệ thực vật và chất làm sạch nước

Cadimi ñược dùng ñể sản xuất các loại pin (ñặc biệt là pin Ni-Cd) Ngoài ra cadimi còn dược dùng trong các chất màu, lớp sơn phủ, các tấm mạ

và làm chất ổn ñịnh cho nhựa Các sử dụng khác bao gồm: sản xuất hợp kim, lưới kiểm soát trong lò phản ứng hạt nhân Các hợp chất chứa cadimi ñược sử dụng trong các ống hình của ti vi ñen trắng hay ti vi màu, thiết bị phát sáng hay pin mặt trời,…

Còn chì lại là thành phần chính tạo nên ắc quy sử dụng cho xe, chất nhuộm trắng trong sơn Chì ñược sử dụng như thành phần màu trong tráng men, ñược dùng làm các tấm ngăn ñể chống phóng xạ hạt nhân…

1.1.3.Vai trò sinh học của ñồng, chì và cadimi

Trong cơ thể con người, ñồng là nguyên tố vi lượng rất cần thiết ðồng ñược tìm thấy trong một số loại enzym như cytochrom coxidas, enzym chứa Cu-Zn superoxid dismutas ðồng cũng là kim loại trung tâm trong chất chuyên chở ôxy hemocyanin

ðồng có vai trò liên quan chặt chẽ với quá trình oxi hóa xảy ra trong cơ thể ðồng là thành phần của nhiều men oxi hóa quan trọng như polyphenonoloxydaza, axcobinoxydaza, laccaza, dehydrogenaza và butyrylco-fecmen A Tất cả những men chứa ñồng này ñều ñã thực hiện phản ứng oxi hóa khử bằng cách chuyển ñiện tử từ nền ñến oxi phân tử là chất nhận ñiện tử và trong quá trình ñó hóa trị của ñồng ñã thay ñổi từ trạng thái hóa trị

II sang trạng thái hóa trị I và ngược lại Các phản ứng oxi hóa ñó ñã xảy ra theo một trong các phương trình sau:

OH [nền]H2 + O2 = [nền] (1)

OH

OH [nền]H2 + O2 + 2e + 2H+ = [nền] (2)

OH [nền]H2 + O2 = [nền] + H2O2 (3)

ðồng ñược vận chuyển chủ yếu trong máu bởi protein trong huyết tương gọi là ceruloplasmin ðồng ñược hấp thụ trong ruột non và ñược vận chuyển tới gan bằng cách liên kết với albumin

Khi thiếu ñồng, hoạt ñộng của các men oxi hóa bị yếu ñi rất nhiều Tuy nhiên, khi hàm lượng ñồng cao sẽ gây tổn thương cho ñường tiêu hóa, gan, thận và niêm mạc

ðồng kết hợp với một số protein tạo ra enzym xúc tác cho hoạt ñộng của cơ thể ðồng cũng tham gia tạo ra năng lượng cung cấp cho các phản ứng sinh hóa ðồng cũng liên quan ñến sự biến ñổi hắc tố của da giúp chuyển hóa các dạng colagen và elastin hình thành mô tế bào rất quan trọng với tim và ñộng mạch Do ñó sự thiếu hụt ñồng là một nhân tố làm tăng nguy cơ bị bệnh mạch vành tim ở người cao tuổi[12]

Bệnh Wilson ở người sinh ra do cơ thể giữ lại ñồng, mà không bài tiết

ra khỏi gan vào trong mật Do cơ thể bị rối loạn một số chức năng hoặc do ñột biến của gien nên ở người mắc bệnh Wilson, lượng ñồng vào cơ thể không thải ra ñược mà ñọng lại hết trong cơ thể Theo thống kê mỗi năm tại bệnh viện nhi trung ương có khoảng 5 trẻ mắc bệnh Wilson

ðồng tích tụ dần và gây nhiễm ñộc tại những cơ quan mà nó lắng ñọng như gan, não, máu, mắt, khớp,…,nếu không ñược ñiều trị sớm sẽ dẫn tới các tổn thương về não và gan Khi chất ñồng lắng ñọng ở cơ quan thần kinh, trẻ sẽ

có những biểu hiện như tự nhiên khó nói, chảy nước miếng, những vận ñộng khéo léo của bàn tay bị mất ñi, viết chữ chậm, xấu, nặng hơn trẻ sẽ bị co cứng tay, chân hoặc có những biểu hiện tâm thần như trầm cảm, những rối loạn tâm thần, khó nuốt

Sự tích tụ lượng ñồng ở mắt sẽ gây ra bệnh Keyer-Fleischer, ở tim gây bệnh cơ tim và ở thận sẽ gây bệnh thận ðặc biệt, khi ñồng phóng thích ñột ngột vào máu sẽ gây tán huyết (vỡ hồng cầu dữ dội) Trong trường hợp này, nếu bệnh trường diễn sẽ dẫn ñến suy gan tối cấp, nếu không ñược ghép gan thì bệnh nhân sẽ bị tử vong Theo WHO lượng ñồng cần cho một ngày ñối với nam là 12mg và 10mg ñối với nữ[14]

đối với cơ thể con người thì cadimi và các hợp chất của cadimi ựều rất ựộc Cadimi có thể xâm nhập vào cơ thể con người bằng nhiều con ựường khác nhau như tiếp xúc với bụi cadimi, ăn uống các nguồn có sự ô nhiễm cadimi.Sự kiện bị ngộ ựộc cadimi trên thế giới là sự kiện xảy ra ở Nhật Bản với bệnh Itai - là một bệnh có liên quan ựến ô nhiễm nguồn nước bởi cadimi Người khi hắt phải bụi chứa cadimi có thể bị các bệnh về hô hấp và thận Nếu

ăn phải một lượng ựáng kể cadimi sẽ bị ngộ ựộc, có thể dẫn ựến tử vong đã

có bằng chứng chứng minh rằng cadimi tắch tụ trong cơ thể gây nên chứng bệnh giòn xương Ở nồng ựộ cao, cadimi gây ựau thận, thiếu máu và phá hủy tủy xương Người bị nhiễm ựộc cadimi, tùy theo mức ựộ sẽ bị ung thư phổi, thủng vách ngăn mũi, ựặc biệt là bị tổn thương thận, ảnh hưởng ựến nội tiết, máu và tim mạch Mặt khác, cadimi còn là chất gây ung thư qua ựường hô hấp Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy mối quan hệ giữa cadimi với chứng bệnh loãng xương, nứt xương Sự hiện diện của cadimi trong cơ thể khiến cho việc cố ựịnh canxi trở nên khó khăn dẫn ựến những tổn thương về xương gây ựau ựớn ở vùng xương chậu và hai chân Ngoài ra, tỷ lệ ung thư tiền liệt tuyến vú và ung thư phổi cũng khá lớn ở nhóm người thường xuyên tiếp xúc với chất ựộc này

Cadimi trong thận chiếm khoảng 1% lượng cadimi trong cơ thể Các metallotionetin chỉ có ở thận là do cadimi tạo liên kết với các protein Phần còn lại ựược giữ lại trong các bộ phận khác của cơ thể và tắch lũy dần cùng tuổi tác Khi lượng cadimi ựược tắch lũy ựủ lớn, nó có thể thay thế chỗ ion Zn2+ trong các enzim quan trọng, gây rối loạn chức năng thận, thiếu máu, tăng huyết áp, phá hủy tủy xương gây ung thưẦ Cadimi cũng có thể can thiệp vào quá trình sinh học có chứa magie và canxi theo cách thức tương tự như ựối với kẽm

Cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế (IARC) ựã xếp cadimi và hợp chất của nó vào nhóm 2A theo thứ tự sắp xếp về mức ựộ ựộc hại của các nguyên tố trong ngành y tế Lượng cadimi ựưa vào cơ thể hàng tuần cơ thể có thể chịu ựựng ựược là 7ộg/kg thể trọng[14]

Chì và các hợp chất của chì ñều ñược xếp vào nhóm ñộc tố ñối với cơ thể người Khi hàm lượng chì tích lũy lại vượt quá ngưỡng cho phép thì chì sẽ

ức chế một số enzym quan trọng trong quá trình tổng hợp máu dẫn ñến không tạo ñược hồng cầu Bởi vì chì ñã ức chế một số sản phẩm trung gian trong quá trình tổng hợp máu dẫn ñến không tạo ñược hồng cầu như delta-aminolevulinic axit hay còn gọi là ALA-dehidraza enzym I (HOOC-(CH)-CO-CH(NH2)-COOH), là một chất trung gian quan trọng ñể tổng hợp porphobilinogen[5]

HOOC - CH2 - CH2 -C C - CH2 - CH2 – COOH

H2N - CH2 - C C – H

N Chì gây ức chế ALA-dehidraza enzym I, do ñó giai ñoạn tiếp theo hình thành porphobilinogen II không xảy ra ñược Tổng quát chung thì chì phá hủy quá trình tổng hợp hemoglobin và các sắc tố cần thiết cho máu như cytochoromes Khi hàm lượng chì trong máu khoảng 0,3ppm thì nó ngăn cản quá trình sử dụng oxy ñể oxi hóa glucoza tạo năng lượng cho quá trình sống,

do ñó làm cho cơ thể mỏi mệt Nồng ñộ cao hơn 0,8ppm có thể gây thiếu hemoglobin, gây rối loạn chức năng thận và phá hủy não[5; 14]

ðối với sức khỏe con người, nhiễm ñộc chì gây ra bệnh về tai, mũi, họng, phế quản, máu, gan, xương và các bệnh ngoài ra Khi ngộ ñộc chì, người lớn hay than phiền, ñau tê ở ñầu ngón chân, tay, bắp thịt mỏi yếu, nhức ñầu, ñau bụng, tăng huyết áp, thiếu máu, giảm trí nhớ, thay ñổi tâm trạng, sảy thai, kém sản xuất tinh trùng Lâu ngày, bệnh trở thành mạn tính, ñưa tới suy thận, tổn thương thần kinh ngoại vi, giảm chức năng não bộ (do chì có khả năng tạo thành các hợp chất alkyl ái lipit)[9]

Trẻ em thường bị tác hại của chì trầm trọng hơn người trưởng thành, ñặc biệt là trẻ dưới 6 tuổi vì hệ thần kinh còn non yếu và khả năng thải ñộc chất của cơ thể chưa hoàn chỉnh Trong khi trẻ em có mức hấp thụ chì gấp 4-5 lần người lớn và thời gian bán phân hủy chì ở trẻ em cũng lâu hơn

nhiều so với người lớn Một số trẻ em có thể bị nhiễm ngay từ khi còn ở trong bụng mẹ, do người mẹ bị nhiễm chì, qua nhau thai từ tuần thứ 20 của thai kỳ và tiếp diễn suốt thời kỳ mang thai, hoặc bú sữa mẹ có hàm lượng chì cao Tới khi lớn, các em có thể ăn thực phẩm có chứa chì, nuốt chì lẫn trong ñất, bụi khi bò chơi trên mặt ñất hoặc ăn các mảnh vụn sơn tường nhà

cũ Do ñó trẻ từ 6 tuổi trở xuống và phụ nữ có thai là những ñối tượng mẫn cảm với những ảnh hưởng nguy hại ñến sức khỏe do chì gây ra Gần ñây, các phương tiện thông tin ñại chúng trong nước và quốc tế ñều ñưa tin hai

vụ nhiễm ñộc chì ở trẻ em Trung Quốc trong vòng một tháng qua, với số nạn nhân lên ñến 1.300 bé tại tỉnh Hồ Nam và trên 600 bé ở tỉnh Thiểm Tây Theo trung tâm kiểm soát bệnh tật Hoa Kỳ (CDC), hơn 250.000 trẻ

em 1-5 tuổi ở quốc gia này có lượng chì trong máu lớn hơn 100 microgam/lít, mức ñược cho là nhiễm ñộc chì

Ở trẻ em, nhiễm ñộc chì cấp tính khiến các em trở nên cáu kỉnh, kém tập trung, ói mửa, dáng ñi không vững, lên cơn kinh phong Trường hợp mãn tính, các em có dấu hiệu chậm trí, hay gây gổ, lên kinh thường xuyên, ñau bụng, thiếu máu, suy nhược cơ bắp, suy thận, ñôi khi có thể ñưa tới tử vong Ngoài ra, chì có thể thay thế một phần canxi trong Ca2(PO4)2 của xương, tác dụng gây ra vành xám ở lợi răng và hệ thần kinh, các bệnh về ñường ruột và bệnh thiếu máu Chì và các hợp chất của chì có thể vào cơ thể người thông qua việc ăn uống, hô hấp và tích lũy lại, gây ra các bệnh nguy hiểm ñặc biệt là ung thư và biến ñổi gen rất nguy hiểm

WHO ñã thiết lập giá trị tạm thời cho hàm lượng chì ñưa vào cơ thể hàng tuần có thể chịu ñựng ñược ñối với trẻ sơ sinh và thiếu nhi là 25µg/kg thể trọng[14]

Chính vì vậy, việc kiểm soát và xác ñịnh chính xác hàm lượng kim loại ñồng, chì và cadimi trong cơ thể con người là rất quan trọng Kiểm soát ñược hàm lượng các kim loại này trong cơ thể sẽ giúp chúng ta phòng ngừa bệnh tật, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng ñồng Xác ñịnh hàm lượng các kim loại

này trong cơ thể giúp cho y học cĩ thể chuẩn đốn một số bệnh cĩ liên quan đến các kim loại này

Xuất phát từ ý nghĩa to lớn đĩ mà trên thế giới đã cĩ nhiều cơng trình nghiên cứu xác định hàm lượng các kim loại nặng nĩi chung, và kim loại đồng, chì và cadimi nĩi riêng trong các đối tượng mẫu khác nhau (như đất, nước, khơng khí, thực phẩm,…) với nhiều phương pháp khác nhau

ðể xác định hàm lượng các kim loại trong cơ thể con người, người ta thường tiến hành phân tích chúng trong tĩc, mĩng tay, nước tiểu, máu và huyết thanh

Trong huyết thanh, các kim loại này chủ yếu tồn tại ở dạng phức protein vận chuyển (hay dự trữ) và ion kim loại tự do Hàm lượng kim loại này trong huyết thanh chỉ cỡ vài µg/L, rất nhỏ so với trong máu Sự tồn tại đồng thời các nguyên tố này trong huyết thanh gây ra những ảnh hưởng qua lại lẫn nhau ðiều này đã được khẳng định trong một số cơng trình nghiên cứu, ví dụ như cadimi cạnh tranh với đồng, chiếm chỗ của đồng trong liên kết với sulfhydry ðiều này đã giải thích cho tác dụng đối kháng của cadimi trong việc hấp thu đồng Cadimi cĩ khả năng đuổi kẽm khỏi một số emzym và gây bệnh máu heamatopoiesis Nếu trong cơ thể hàm lượng kẽm lớn sẽ ngăn cản việc hấp thu đồng qua ruột, làm thiếu đồng trong cơ thể, mặc dù lượng đồng được cung cấp thích hợp Và thiếu đồng sẽ gây thiếu sắt, dẫn tới thiếu máu,…[39]

Chính vì vậy mà hàm lượng của các nguyên tố này trong huyết thanh khơng cố định, khác nhau tùy theo lứa tuổi, giới tính và cĩ thể thay đổi tùy theo các điều kiện khác nhau của mơi trường sống Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng hàm lượng kim loại đồng và chì trong huyết thanh của nữ thường cao hơn của nam Trẻ em cĩ độ hấp thụ chì cao hơn người lớn, trong khi hàm lượng đồng trong huyết thanh lại tăng theo độ tuổi Những người sống ở những vùng bị ơ nhiễm kim loại đồng, chì, cadimi thường cĩ hàm lượng các kim loại này trong huyết thanh cao hơn so với người sống ở khu vực khơng bị

ơ nhiễm Các bệnh nhân bị mắc các những bệnh cĩ liên quan đến hàm lượng

các kim loại ñồng, chì, cadimi như bệnh Willson, bệnh giòn xương,…,thường

có hàm lượng các kim loại này trong huyết thanh tăng ñột biến Do ñó có thể nói rằng hàm lượng các kim loại trong huyết thanh phản ánh tình trạng ô nhiễm kim loại của môi trường sống và tình trạng sức khỏe của con người sống trong môi trường ñó

Tuy nhiên, trên thế giới số lượng công trình nghiên cứu xác ñịnh các kim loại này trong máu tương ñối nhiều, còn trong huyết thanh thì rất hạn chế Y.E.R.Von Suhirnding, thuộc tổ chức y tế thế giới (WHO) ñã nghiên cứu xác ñịnh hàm lượng chì trong máu của trẻ em ở Johanesbus bao gồm các khu vực nội và ngoại thành của Alexandra và Westbury, phía bắc và phía tây của trung tâm thành phố Kết quả chỉ ra rằng hàm lượng chì trung bình ở trẻ

em là 11,9 µg/dL, trong ñó 78% số trẻ có hàm lượng chì bằng hoặc vượt quá

10 µg/dL so với quy ñịnh của quốc tế hiện nay (theo trung tâm phòng chống ung thư thế giới,1991)[17]

Angela Mathee thuộc ñại học Witwatersrand, Johanesbus, Nam Phi và các cộng sự nghiên cứu về sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các kim loại chì và mangan trong máu của trẻ ñang trong ñộ tuổi ñến trường của ba thành phố lớn

ở Nam Phi là Cape Town (11 trường), Johanesbus (10 trường) và Kimberley (6 trường) với tổng số mẫu máu là 1282 mẫu Kết quả nghiên cứu ñã rút ra kết luận không có sự ảnh hưởng ñáng kể của mangan ñến việc xác ñịnh hàm lượng chì trong máu[26]

Shungin Wang và Jinliang Zhang – Trung tâm khoa học sức khỏe, Bắc Kinh, Trung Quốc ñã nghiên cứu hàm lượng chì trong máu của trẻ em Trung Quốc, và ñã ñưa ra giá trị trung bình của hàm lượng chì trong máu trẻ em Trung Quốc là 92,2 µg/L Trong ñó có 9 trong số 27 tỉnh và thành phố ñược chọn ñể nghiên cứu có hàm lượng chì trong máu của trẻ là cao hơn 100 µg/L Trong ñó, trẻ em nam có hàm lượng chì cao hơn trẻ em nữ Trẻ em sống ở ven vùng công nghiệp có hàm lượng chì cao hơn trẻ ở các vùng khác[40]

Waelin I Mortada, Mohamed A Sobh, Mohamed M El-Defrawy và Sami E Farahat ở ñại học Mansoura-Ai Cập ñã nghiên cứu hàm lượng cadimi, chì, thủy ngân trong máu, nước tiểu, tóc, móng tay của 68 nam và 25 nữ Kết quả thu ñược cho thấy giới tính, thói quen hút thuốc ảnh hưởng ñáng kể ñến hàm lượng các nguyên tố này trong máu, nước tiểu, tóc, móng tay[43]

Ebba Bárány - ñại học khoa học nông nghiệp Thụy ðiển và các ñồng sự

ñã tiến hành nghiên cứu sự phụ thuộc giữa hàm lượng vết của 13 kim loại trong máu và huyết thanh vào giới tính, ñộ tuổi, vùng dân cư và vùng kinh tế ðối tượng trong nghiên cứu này là thanh thiếu niên Thụy ðiển ở hai ñộ tuổi là

15 và 17, thuộc hai khu vực môi trường tự nhiên và kinh tế - xã hội khác nhau Kết quả cho thấy theo ñộ tuổi hàm hượng chì giảm còn cadimi lại tăng

Nữ có hàm lượng chì cao hơn trong khi hàm lượng coban và ñồng thấp hơn so với nam ðiều kiện kinh tế - xã hội ảnh hưởng ñến hàm lượng của tất cả các nguyên tố này trong huyết thanh[22]

Jean-Pierre Goulle và các cộng sự ñã tiến hành phân tích hàm lượng kim loại trong máu, huyết thanh, nước tiểu, tóc bằng phương pháp ICP-MS Kết quả phân tích hàm lượng của 27 nguyên tố trong 100 mẫu máu và 100 mẫu huyết thanh, 30 nguyên tố trong 100 mẫu nước tiểu, 32 nguyên tố trong

100 mẫu tóc cho thấy hàm lượng của các kim loại trong các ñối tượng mẫu khác nhau là khác nhau tùy thuộc vào từng nguyên tố Jean-Pierre ñã ñưa ra ñược khoảng nồng ñộ của một số kim loại trong huyết thanh như ñồng (794-

2023 µg/l); chì (0,014-0,25 µg/l); cadimi (0,01-0,05 µg/l) và trong máu như chì (11,4-62,8µg/l); cadimi (0,15-2,04µg/l), mangan (5-12,8µg/l); thủy ngân (0,94-8,13µg/l);…[30]

Ở Việt Nam, do hạn chế về mặt kỹ thuật nên việc xác ñịnh hàm lượng các kim loại trong máu nói chung và trong huyết thanh nói riêng rất ít Có thể ñưa ra một số công trình tiêu biểu sau

Nguyễn Văn Nhiên và các cộng sự ñã nghiên cứu xác ñịnh lượng vết của các kim loại kẽm, selen, magie trong máu của 243 trẻ em từ 12 ñến 72

tháng tuổi ở vùng nơng thơn Việt Nam, trong đĩ cĩ 137 nam và 106 nữ, bằng thiết bị ICP-MS Kết quả chỉ ra được hàm lượng trung bình của kẽm, đồng, selen, mangan lần lượt là 514 µg/l; 1067 µg/l; 65,3 µg/l và 18 µg/l ðồng thời cũng chỉ ra được mối quan hệ giữa sự thiếu hụt selen với bệnh thiếu máu[37]

Tiến sĩ Lương Thúy Quỳnh – khoa sinh hĩa, viện lão khoa Trung ương

đã nghiên cứu xác định hàm lượng đồng, kẽm trong huyết thanh người cĩ tuổi

ở Việt Nam bằng thiết bị AAS Kết quả thu được cho thấy hàm lượng trung bình của đồng và kẽm lần lượt là 1,06 mg/l; 1,05 mg/l Từ 75 tuổi trở lên hàm lượng đồng tăng lên, trong khi hàm lượng kẽm lại giảm Kẽm huyết thanh ở nam cao hơn ở nữ Trong huyết thanh của bệnh nhân ung thư và nhồi máu cơ tim hàm lượng đồng tăng cịn hàm lượng kẽm giảm[12]

Các nước phát triển từ lâu đã cĩ chương trình phịng chống nhiễm độc các kim loại nặng nĩi chung và các kim loại đồng, chì, cadimi nĩi riêng Tổ chức y tế thế giới (WHO) cũng đã đưa ra khoảng nồng độ của gần 30 kim loại trong huyết thanh được cho là an tồn với sức khỏe con người, trong đĩ đồng

là 794-2023 µg/l; chì là 0,014-0,25 µg/l; cadimi là 0,01-0,05 µg/l [30] ðây là

cơ sở khoa học để đánh giá mức độ ơ nhiễm kim loại nặng nĩi chung, và ơ nhiễm đồng, chì, cadimi nĩi riêng Cịn trong lĩnh vực y tế, hàm lượng kim loại đồng, chì và cadimi trong huyết thanh là cơ sở cho việc chuẩn đốn và điều trị các bệnh cĩ liên quan đến ơ nhiễm bởi các kim loại này

Trong khi nước ta chưa cĩ một chương trình như vậy và cũng khơng cĩ thống kê đủ tin cậy về tình trạng nhiễm độc đồng, chì và cadimi ở người dân Tuy nhiên, khơng ai dám đoan chắc tỉ lệ nhiễm độc các kim loại này ở người dân là thấp, do ở Việt Nam hiện nay chưa cĩ tài liệu chính thức nào cho biết hàm lượng các kim loại đồng, chì, cadimi trong huyết thanh của người Việt Nam Vì vậy trong thời gian tới cần phải xây dựng quy trình xác định hàm lượng các kim loại nặng trong huyết thanh nĩi chung, và của đồng, chì, cadimi nĩi riêng, tiến tới đưa ra được khoảng nồng độ đồng, chì và cadimi được cho là an tồn đối với thể trạng của người Việt Nam

1.2 Các phương pháp xác ñịnh ñồng, chì và cadimi

ðể xác ñịnh hàm lượng ñồng, chì và cadimi trong huyết thanh, có rất nhiều phương pháp như phương pháp trắc quang, phương pháp cực phổ, phương pháp hấp thụ nguyên tử dùng lò grafit hay ngọn lửa AAS,…

1.2.1 Phương pháp trắc quang[3]

Nguyên tắc của phương pháp là dựa trên sự tạo phức mầu của các ion với thuốc thử Nồng ñộ của các ion trong phức thay ñổi sẽ tạo ra màu khác nhau, dẫn ñến ñộ hấp thụ quang khác nhau ðộ hấp thụ quang ñược xác ñịnh theo ñịnh luật Lamber-Beer theo phương trình:

A = ε.l.C Trong ñó:

ε: Hệ số hấp thụ phụ thuộc vào bản chất màu và bước sóng của ánh sáng tới l: Chiều dày cu vet

C: Nồng ñộ chất phân tích

Khi l và ε không ñổi, ñộ hấp thụ quang phụ thuộc tuyến tính vào nồng

ñộ Vì vậy, khi xây dựng ñược ñường chuẩn biểu thị mối quan hệ giữa ñộ hấp thụ và nồng ñộ C trong từng trường hợp cụ thể sẽ dễ dàng xác ñịnh ñược nồng

ñộ chưa biết của một chất thông qua ñộ hấp thụ quang

Giới han phát hiện của phương pháp cỡ 10-5M – 10-6M

H MeInd+ + 2 − → − + 2

1.2.3 Phương pháp cực phổ[6]

Phương pháp cực phổ là phương pháp phân tích ñiện hóa Phương pháp này do một nhà bác học người Tiệp Khắc phát minh vào năm 1922

*Nguyên tắc của phương pháp

Phương pháp cực phổ dựa trên việc nghiên cứu và sử dụng các ñường dòng thế ñược ghi trong các ñiều kiện ñặc biệt Trong ñó các chất ñiện phân

có nồng ñộ khá nhỏ từ 10-3 ñến n.10-6 M còn chất ñiện ly trơ có nồng ñộ lớn, gấp hơn 100 lần Do ñó, chất ñiện phân chỉ vận chuyển ñến ñiện cực bằng con ñường khuếch tán

ðiện cực làm việc (còn gọi là ñiện cực chỉ thị) là ñiện cực phân cực có

bề mặt rất nhỏ, khoảng một vài mm2 Trong cực phổ cổ ñiển người ta dùng ñiện cực chỉ thị là ñiện cực giọt thủy ngân ðiện cực so sánh là ñiện cực không phân cực ðầu tiên người ta dùng ñiện cực ñáy thủy ngân có diện tích

bề mặt tương ñối lớn, sau ñó thay bằng ñiện cực Calomen hay ñiện cực Ag/AgCl ðặt vào ñiện cực làm việc ñiện thế một chiều biến thiên liên tục nhưng tương ñối chậm ñể có thể coi là không ñổi trong quá trình ño dòng I Cực phổ hiện ñại bao gồm cực phổ sóng vuông, cực phổ xung và cực phổ xung vi phân ñã ñạt tới ñộ nhạy 10-5-5.10-7 M

*Ưu ñiểm của phương pháp

Trang thiết bị tương ñối ñơn giản, tốn ít hóa chất mà có thể phân tích nhanh với ñộ nhạy và ñộ chính xác khá cao Trong nhiều trường hợp có thể xác ñịnh hỗn hợp các chất vô cơ và hữu cơ mà không cần tách riêng chúng ra Do ñó phương pháp này phù hợp ñể phân tích hàm lượng các chất trong mẫu sinh học

1.2.4 Phương pháp Vôn –Ampe hòa tan[6]

Phương pháp này có thể xác ñịnh ñược gần 30 kim loại trong khoảng nồng ñộ 10-6 -10-9M với ñộ chính xác khá cao có thể ñịnh lượng ñồng thời 3-4 ion kim loại cùng có trong cùng dung dịch

Phương pháp này ñược thực hiện qua giai ñoạn

- ðiện phân làm giàu chất cần phân tích lên bề mặt ñiện cực tại thế không ñổi, ño dưới dạng một kết tủa ( kim loại, hợp chất khó tan )

- Hòa tan kết tủa ñã ñược làm giàu và ghi ño ñường hòa tan Nồng ñộ của chất tương ứng với chiều cao pic hòa tan

*Ưu ựiểm của phương pháp

Phương pháp có ựộ nhạy và ựộ chắnh xác cao, kỹ thuật phân tắch và trang thiết bị không quá phức tạp, kết quả ổn ựịnh Chắnh vì vậy, phạm vi ứng dụng của phương pháp này rất rộng như phân tắch môi trường, xác ựịnh lượng vết kim loại trong nước biển và các loại nước thiên nhiên Ngoài ra phương pháp này còn sử dụng ựể phân tắch kim loại trong các mẫu lâm sàng (máu, tóc, nước tiểu,Ầ) và trong mẫu thực phẩm (sữa, rau quả, gạo, thịtẦ)

1.2.5 Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử[7]

*Nguyên tắc của phương pháp

Mẫu phân tắch ựược chuyển thành hơi của nguyên tử hay ion tự do trong môi trường kắch thắch bằng cách dùng nguồn năng lượng phù hợp Thu, phân li và ghi toàn bộ phổ phát xạ của mẫu nhờ máy quang phổ đánh giá phổ

ựã ghi về mặt ựịnh tắnh và ựịnh lượng theo những yêu cầu ựã ựặt ra

Xác ựịnh hàm lượng các kim loại trong các các ựối tương mẫu khác nhau như ựịa chất, hóa học, nông nghiệp, thực phẩm, y dược,Ầthuộc các loại mẫu rắn, mẫu dung dịch, mẫu bột, mẫu quặng, mẫu khắ

*Ưu ựiểm của phương pháp

Có ựộ nhạy rất cao (10-5-10-8 M) và ựộ chắnh xác cao (sai số dưới 10%).Phân tắch ựồng thời nhiều nguyên tử trong một mẫu mà không cần tách riêng, tiêu tốn ắt mẫu, có thể kiểm tra ựược ựộ ựồng nhất về thành phần của vật mẫu ở những vị trắ khác nhau Kết quả phổ thu ựược ghi trên phim ảnh có thể lưu trữ, khi cần thiết có thể ựánh giá hay xem xét lại mà không cần phải có mẫu phân tắch

1.2.6 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử[7]

*Nguyên tắc của phương pháp

Mẫu phân tắch ựược chuyển thành hơi của nguyên tử hay ion tự do trong môi trường kắch thắch bằng cách dùng nguồn năng lượng phù hợp Thu,

phân li và ghi toàn bộ phổ hấp thụ của nguyên tố cần nghiên cứu nhờ máy quang phổ đánh giá phổ ựã ghi về mặt ựịnh tắnh và ựịnh lượng theo những yêu cầu ựặt ra

*Giới hạn phát hiện của phương pháp

Gần 60 nguyên tố hóa học có thể ựược xác ựịnh bằng phương pháp với giới hạn phát hiện thấp 10-4 ựến 10-5 ppm đặc biệt nếu sử dụng kĩ thuật không ngọn lửa thì có thể hạ giới hạn phát hiện xuống 10-7 ppm

*Ưu nhược ựiểm của phương pháp

Phép ựo phổ hấp thụ nguyên tử có ựộ nhạy và ựộ chọn lọc cao, nên trong nhiều trường hợp không phải làm giàu nguyên tố cần xác ựịnh trước khi phân tắch Do ựó tốn ắt nguyên liệu mẫu, tốn ắt thời gian, không cần phải dùng nhiều hóa chất tinh khiết cao khi làm giàu, nên cũng tránh ựược sự nhiễm bẩn khi xử lắ mẫu qua các giai ựoạn phức tạp Kết quả phân tắch ổn ựịnh, sai số nhỏ, có thể lưu lại ựường chuẩn cho các lần sau

Bên cạnh những ưu ựiểm, phép ựo phổ hấp thụ nguyên tử cũng có hạn chế như trang thiết bị rất ựắt tiền, rất tinh vi, phức tạp nên cần các cán bộ phân tắch có trình ựộ cao ựể vận hành máy Phương pháp này chỉ cho ta biết thành phần nguyên tố của chất mà không chỉ ra ựược trạng thái liên kết của nguyên tố trong mẫu

*đối tượng của phương pháp

Phương pháp này thắch hợp ựể xác ựịnh lượng vết của kim loại, ựặc biệt

là xác ựịnh các nguyên tố vi lượng trong các mẫu y học, sinh học, nông

nghiệp, kiểm tra các hóa chất có ựộ tinh khiết cao

*Phạm vi ứng dụng của phương pháp

Do phương pháp có ựộ nhạy và ựộ chắnh xác cao nên nó ựược sử dụng rất phổ biến trong các phòng thắ nghiệm trên toàn thế giới Tuy nhiên ở Việt Nam, có rất ắt các phòng thắ nghiệm ựược trang bị thiết bị ựo quang phổ hấp thụ nguyên tử do hạn chế về kinh tế và trình ựộ cán bộ

1.2.7 Phương pháp quang phổ plasma ghép nối khối phổ (ICP – MS)[2, 4, 23]

Kỹ thuật ICP – MS là một trong những kỹ thuật phân tích hiên ñại có khả năng phân tích trên 60 nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn với ñộ nhạy cao Kỹ thuật này ñược nghiên cứu và phát triển mạnh trong những năm gần ñây Chính vì có những ưu ñiểm vượt trội hơn hẳn các phương pháp phân tích trước ñó nên kỹ thuật này ñược nghiên cứu và ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều ñối tượng khác nhau, ñặc biệt là trong lĩnh vực phân tích vết và siêu vết, phục vụ nghiên cứu vật liệu bán dẫn, vât liệu hạt nhân, mẫu ñịa chất, nông nghiệp, sinh học, môi trường

ðiểm mạnh của phương pháp này là có thể phân tích ñồng thời nhiều nguyên tố kim loại trong một mẫu, có thể phân tích ñịnh lượng, bán ñịnh lượng Ngoài ra kỹ thuật này còn có thể phân tích xác ñịnh các ñồng vị của một nguyên tố trong cùng một ñối tượng mẫu Vì vậy nó ñược sử dụng mạnh

mẽ trong phân tích, ñánh giá mức ñộ phơi nhiễm ñộc tố kim loại trong nhiều ñối tượng sinh học và môi trường

Hai phương pháp phân tích ICP phổ biến hiện nay là phương pháp quang phổ phát xạ Plasma (ICP-AES) và ICP – MS Ưu ñiểm của hai phương pháp này so với các phương pháp thông thường khác là sử dụng nguồn plasma có thể tạo ra nhiệt ñộ từ 5000-10000K Với nhiệt ñộ này có thể nguyên tử hóa hoàn toàn các nguyên tố các nguyên tố cần phân tích So với ICP-AES thì kỹ thuật ICP-MS có khả năng phân tích tốt hơn bởi vì nó có thể phân tích chính xác các ion khác nhau, xác ñịnh các ñồng vị trong mẫu dựa trên giá trị tỷ lệ m/z và ñược tính toán theo các ñường chuẩn ñộc lập Hiệu quả phân tích của ICP-MS so với các kỹ thuật phân tích khác như quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), ICP-OES, … ñã ñược nhiều nhà khoa học nghiên cứu Bảng sau cho thấy khả năng phát hiện của ICP-MS hơn so với các kỹ thuật khác

Bảng 2: So sánh khả năng phát hiện của các kỹ thuật phân tích

STT Nguyên tố ICP-MS (ppb) ICP-AES (ppb) F-AAS (ppb) GFA-AAS (ppb)

(KPH : không phát hiện ñược)

*Phương pháp ICP-MS có ưu ñiểm

- Phân tích nhanh và ñồng thời nhiều nguyên tố

- Giới hạn phát hiên thấp thích hợp phân tích lượng vết và siêu vết

- Khả năng phân tích ñịnh lương và bán ñịnh lượng

- Có thể phân tích và ñưa ra ñầy ñủ thông tin về các ñồng vị của một nguyên

tố trong một mẫu

*Nhược ñiểm của phương pháp

Kết quả phân tích thường bị ảnh hưởng bởi các khí: Argon, O2, H2 và các axit dùng ñể chuẩn bị mẫu vì ở nhiệt ñộ cao chúng bị phản úng với các nguyên tố trong mẫu ñể tạo ra các oxit, các hạt ion có cùng khối lượng với các nguyên tố cần phân tích Tuy nhiên ảnh hưởng này có thể ñược loại bỏ dựa vào các kỹ thuật phân tích của ICP-MS và lựa chọn ñồng vị thích hợp

ñể phân tích

*Nguyên tắc chung của phương pháp

Mẫu phân hủy tới dạng ñồng nhất bằng các phương pháp phân hủy mẫu thích hợp, sau ñó ñược ñưa vào phân tích trên thiết bị ICP-MS Mẫu ở dạng ñồng nhất ñược sol hóa thành sol khí và ñưa tới tâm ngọn lửa ICP, ở ñây xảy

ra quá trình nguyên tử hóa và ion hóa Các ion kim loại ñược thu nhận qua hệ thống phân giải phổ theo số khối (tỉ số khối lượng /ñiện tích ion m/z) và ñược thu nhận các tín hiệu qua bộ nhân quang ñiện Pic phổ hoặc số hạt thu nhận ñược lưu giữ trong máy tính

*Các yếu tố ảnh hưởng ñến phép ño ICP-MS

- Ảnh hưởng của mẫu phân tích trước

*Phạm vi ứng dụng của phương pháp ICP-MS

Ở Việt Nam, thiết bị ICP-MS ñã ñược lắp ñặt và sử dụng trong một số viện nghiên cứu như Viện xạ hiếm, Viện nghiên cứu ñịa chất-khoáng sản, Viện công nghệ môi trường, Khoa Hóa học-ðại học khoa học tự nhiên Hà Nội,

Do có khả năng phân tích hàng loạt các nguyên tố kim loại cùng một lúc với ñộ nhạy và ñộ chính xác cao, nên ICP-MS ñược ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau như công nghệ luyện kim, chế tạo máy, ñịa chất, lĩnh vực môi trường,…

1.3 Các phương pháp xử lý mẫu[8]

Xử lý mẫu phân tích là một quá trình phức tạp, có hóa học, có vật lý, hay vật lý và hóa học kết hợp, ñể phân hủy mẫu chuyển các chất, hay các nguyên tố, hay các ion cần xác ñịnh có trong mẫu phân tích ban ñầu về dạng tan trong một dung môi thích hợp như nước hay dung môi hữu cơ,…ñể sau ñó

có thể xác ñịnh ñược nó theo một phương pháp thích hợp Tuy nhiên việc xử

lý mẫu phân tích lại ñược thực hiên theo rất nhiều kỹ thuật có nguyên lý, cơ chế vật lý và hóa học có khi rất khác nhau, tùy theo mỗi loại mẫu và yêu cầu của phương pháp phân tích

Các phương pháp xử lý mẫu ñã và ñang ñược sử dụng bao gồm

1.3.1 Phương pháp vô cơ hóa

1.3.1.1 Phương pháp vô cơ hóa ướt

Lượng axit cần dùng ñể phân hủy mẫu thường gấp 10-15 lần lượng mẫu, tùy thuộc mỗi loai mẫu và cấu trúc vật lý, hóa học của nó

Thời gian phân hủy mẫu trong các hệ hở, bình Kendan, ống nghiệm, cốc, thường từ vài giờ ñến hàng chục giờ tùy loại mẫu và bản chất của các chất, còn nếu trong lò vi sóng thì chỉ cần 50-90 phút

Hầu như không bị mất các chất phân tích, nhất là trong lò vi sóng Nhưng thời gian phân hủy mẫu rất dài, trong ñiều kiện thường, tốn nhiều axit ñặc tinh khiết cao, nhất là trong các hệ hở Dễ bị nhiễm bẩn khi xử lý trong hệ

hở, do môi trường hay axit dùng và phải ñuổi axit dư lâu, nên dễ bị nhiễm bẩn, bụi vào mẫu

*Xử lý bằng dung dịch kiềm mạnh ñặc nóng

Dùng dung dịch kiềm mạnh ñặc nóng (NaOH, KOH 15-20%), hay hỗn hợp của kiềm mạnh và muối kim loại kiềm (NaOH + NaHCO3), hay một kiềm mạnh và peroxit (KOH + Na2O2) nồng ñộ lớn (10-20%), ñể phân hủy mẫu phân tích trong ñiều kiện ñun nóng trong bình Kendan hay trong hộp kín, hoặc trong lò vi sóng

Lượng dung dịch phân hủy: cần lượng lớn từ 8-15 lần lượng mẫu Thời gian phân hủy mẫu: từ 4-10 giờ trong hệ hở Còn trong trong hệ lò

vi sóng kín chỉ cần thời gian 1-2 giờ

Nhiệt ñộ phân hủy là nhiệt ñộ sôi của dung dịch kiềm Nó thường nằm trong khoảng 150-200oC

Ưu - nhược ñiểm

Ưu ñiểm là hầu như không làm mất chất phân tích, nhất là các nguyên

tố có hợp chất dễ bay hơi và các nền của mẫu dễ tan trong kiềm

Nhược ñiểm là tốn rất nhiều kiềm tinh khiết cao, khả năng gây nhiễm bẩn dễ xảy ra, loại kiềm dư rất khó khăn và mất nhiều thì giờ

1.3.1.2 Phương pháp vô cơ hóa khô

Kỹ thuật xử lý khô (tro hóa khô) là kỹ thuật nung ñể xử lý mẫu trong lò nung ở một nhiệt ñộ thích hợp (450-750oC), song thực chất ñây chỉ là bước ñầu tiên của quá trình xử lý mẫu Vì sau khi nung, mẫu bã còn lại phải ñược hòa tan (xử lý tiếp) bằng dung dịch muối hay dung dịch axit phù hợp, thì mới chuyển các chất cần phân tích trong tro mẫu vào dung dịch ñể sau ñó xác ñịnh

nó theo một phương pháp ñã chọn Khi nung, các chất hữu cơ của mẫu sễ bị ñốt cháy thành CO2 và nước Thời gian nung có thể từ 5-12 giờ tùy thuộc vào mỗi loại chất phân tích, cấu trúc, dạng liên kết của các chất trong mẫu

*Ưu - nhược ñiểm

Thao tác và cách làm ñơn giản, không phải dùng nhiều axit ñặc tinh khiết cao ñắt tiền, xử lý ñược triệt ñể nhất là các mẫu nền hữu cơ, ñốt cháy hết các chất hữu cơ, vì thế làm dung dịch mẫu thu ñược sạch

Nhưng có nhược ñiểm là có thể mất một số chất dễ bay hơi, ví dụ như:

Cd, Pb, Zn, Sn, Sb,….nếu không có chất phụ gia và chất bảo vệ

1.3.1.3 Phương pháp vô cơ hóa khô-ướt kết hợp

Nguyên tắc của kỹ thuật này là mẫu ñược phân hủy trong chén hay cốc nung Trước tiên người ta xử lý ướt sơ bộ bằng một lượng nhỏ axit và chất phụ gia, ñể phá vỡ cấu trúc ban ñầu của các hợp chất mẫu và tạo ñiều kiện giữ

một số nguyên tố có thể bay hơi khi nung Sau ñó nung ở nhiệt ñộ thích hợp

Vì thế lượng axit dùng ñể xử lý thường chỉ bằng 1/4 hay 1/5 lượng cần dùng cho xử lý ướt Sau ñó nung sẽ nhanh hơn và quá trình xử lý sẽ triệt ñể hơn xử

lý ướt, ñồng thời hạn chế ñược sự mất của một số kim loại khi nung Do ñó ñã tận dụng ñược ưu ñiểm của cả hai kỹ thuật xủ lý ướt và khô, nhất là giảm bớt ñược các loại hóa chất (axit, kiềm tinh khiết cao) khi xử lý ướt, sau ñó hòa tan tro mẫu sẽ thu ñược mẫu trong, vì không còn chất hữu cơ và sạch hơn tro hóa ướt thông thường

*Ưu và nhược ñiểm

Hạn chế ñược sự mất của một số chất phân tích dễ bay hơi Sự tro hóa triệt ñể, sau khi hòa tan tro còn lại có dung dịch mẫu trong Không phải dùng nhiều axit tinh khiết cao tốn kém, thời gian xử lý nhanh hơn tro hóa ướt Không phải ñuổi axit dư, nên hạn chế ñược sự nhiễm bẩn Do ñó phù hợp cho nhiều loại mẫu khác nhau ñể xác ñịnh kim loại

1.3.2 Phương pháp chiết

Chiết là phương pháp dựa trên cơ sở sự phân bố (hay hòa tan) khác nhau của chất phân tích vào trong hai pha (hai dung môi) không trộn lẫn vào nhau Nhờ ñó mà chúng ta lấy ñược chất cần phân tích ra khỏi pha mẫu ban ñầu, chuyển nó vào pha thứ hai (dung môi) mà chúng ta mong muốn

Các kiểu chiết trong xử lý mẫu phân tích:

- Kỹ thuật chiết lỏng – lỏng

- Kỹ thuật chiết pha rắn

- Kỹ thuật chiết hấp phụ pha khí (rắn – khí)

- Kỹ thuật vi chiết pha rắn (SPME)

- Kỹ thuật chiết Soxhlet

- Kỹ thuật chiết siêu âm

1.3.3 Phương pháp pha loãng mẫu bằng dung môi thích hợp

Nguyên tắc ở ñây là chọn dung môi thích hợp hòa tan tốt chất mẫu, ñể pha loãng chất mẫu trong một tỷ lệ nhất ñịnh, ví dụ từ 50-500 lần Sau ñó xác

ñịnh chất phân tích theo phương pháp ñã chọn Kỹ thuật này ñơn giản, hầu như không cần trang bị gì hết, lại dễ thực hiện và nhanh Nhưng nó chỉ thích hợp cho một số trường hợp chất phân tích có nồng ñộ tương ñối lớn, mà khi pha loãng mẫu nhiều lần bằng dung môi thích hợp, chúng ta vẫn xác ñịnh nó tốt trong các ñiều kiện cho phép, và các chất khác có mặt trong mẫu, khi pha loãng trong một tỷ lệ nhất ñịnh thì không cản trở và không ảnh hưởng ñến kết quả xác ñịnh chất phân tích ðồng thời pha loãng chúng ta có thể loại bỏ ñược các cặn không tan có trong mẫu, nhất là các mẫu dầu hay chất hữu cơ

1.3.4 Phương pháp ñiện phân

Trong bình ñiện phân, tại thế một chiều, các ion kim loại chạy về ñiện cực âm, bị ñiện phân (nhận electron của ñiện cực) trở thành các phân tử trung hòa (các nguyên tử) và bám vào ñiện cực Do ñó ta ñược chất phân tích bám tên ñiện cực âm Sau ñó ta có thể xác ñịnh chất trên ñiện cực bằng phương pháp khối lượng hay hòa tan chất trên ñiện cực rồi xác ñịnh nó theo một cách phù hợp ðây là cách làm giầu chất phân tích của phương pháp phân tích cực phổ có tên là phương pháp Von–Ampe

1.3.5 Phương pháp phân hủy mẫu bằng lò vi sóng

*Nguyên tắc: Dùng năng lượng của lò vi sóng ñể ñun nóng mẫu ñược

ñựng trong bình kín Trong ñiều kiện nhiệt ñộ và áp suất cao, mẫu ñược hòa tan

dễ dàng ðây là phương pháp xử lý mẫu hiện ñại nhất hiện nay, làm giảm ñáng

kể thời gian xử lý mẫu, không mất mẫu và vô cơ hóa mẫu ñược triệt ñể Có thể

vô cơ hóa cùng một lúc ñược nhiều mẫu, Tuy nhiên, phương pháp này ñòi hỏi thiết bị rất ñắt tiền mà nhiều cơ sở phân tích không ñủ ñiều kiện trang bị

*Cơ chế của sự phân hủy mẫu trong lò vi sóng[8]

Các tác nhân phân hủy mẫu bao gồm axit [có tác dụng phá hủy và hòa tan các hạt (phân tử) mẫu], năng lượng nhiệt (có tác dụng làm tan rã các hạt mẫu cùng với axit), sự khuếch tán ñối lưu, chuyển ñộng nhiệt và va chạm của các hạt mẫu với nhau làm cho chúng bị bào mòn dần Ngoài ra, trong lò vi sóng còn có sự phá vỡ từ trong lòng hạt mẫu ra ngoài, do các phân tử nước

hấp thụ (90%) năng lượng vi sóng và có ñộng năng rất lớn, nên chúng có chuyển ñộng nhiệt rất mạnh, làm căng và xé các hạt mẫu từ trong ra Thêm vào ñó, vì là hệ kín nên có áp suất cao, sẽ làm cho nhiệt ñộ sôi lại cao hơn, ñây là tác nhân phân hủy mạnh nhất, do ñó thúc ñẩy quá trình phân hủy mẫu rất nhanh từ trong ra và từ ngoài vào Vì thế nên việc xử lý mẫu trong lò vi sóng chỉ cần thời gian rất ngắn (30-70 phút) mà lại triệt ñể

*Các quá trình xảy ra khi phân hủy mẫu bằng lò vi sóng

Dưới tác dụng của axit, năng lượng nhiệt (nhiệt ñộ) và năng lượng vi sóng các quá trình vật lý và hóa học sau ñây sẽ xảy ra:

- Sự phá vỡ mạng lưới cấu trúc của hạt mẫu, giải phóng các chất phân tích, ñể ñưa chúng vào dung dịch dưới dạng các muối tan

- Quá trình oxi hóa khử làm thay ñổi hóa trị, chuyển ñổi dạng, làm tan vỡ các hạt mẫu, ñể giải phóng chất phân tích về dạng muối tan

- Nếu xử lý mẫu hữu cơ phân tích kim loại, thì có sự ñốt cháy, phá hủy các hợp chất hữu cơ và mùn tạo ra khí CO2 và nước, ñể giải phóng các kim loại trong chất hữu cơ về dạng muối vô cơ tan trong dung dịch

- Tạo hợp chất dễ bay hơi làm mất ñi các anion trong phân tử chất mẫu, làm mẫu bị phân hủy tạo ra các hợp chất tan trong dung dịch

- Sự tạo thành các hợp chất muối hay phức tan trong dung dịch

- Cơ chế tách chất phân tích ra khỏi mẫu ban ñầu ở dạng kết tủa không tan và nhờ ñó người ta tách ñược các chất phân tích và làm giầu chúng

Như vậy, trong quá trình xử lý mẫu ở ñây cũng có thể có các phản ứng hóa học xảy ra như phản ứng oxy hóa khử, phản ứng thủy phân, phản ứng tạo phức, phản ứng hòa tan, phản ứng kết tủa, ….của các phân tử chất mẫu với các axit dùng ñể phân hủy mẫu và các chất có trong mẫu với nhau Trong ñó, quá trình nào là chính, quá trình nào là phụ ñược quyết ñịnh bởi thành phần chất nền, bản chất của chất mẫu và các loại axit dùng

ñể phân hủy và hòa tan mẫu

*Các ñại lượng ñặc trưng cho ñộ lặp lại

trong một tập số liệu

R = xmax - xmin

ðộ lớn của R phụ thuộc vào kích thước mẫu Với cùng sai số ngẫu nhiên, khi số phép ño tăng R sẽ tăng Do ñó, khoảng biến thiên ñược dùng ñể ñặc trưng cho ñộ phân tán của tập số liệu khi phép ño nhỏ

khác giữa các giá trị riêng rẽ trong tập số liệu so với giá trị trung bình Phương sai không cùng thứ nguyên với các ñại lượng ño

N

x x N

i i

) (

N

i i

N

x x

N N

x x S

1

1 2 1

2 2

1 1 )

( )

k N

x x S

m

j k

i

i ij

nghiên cứu ñặc trưng cho ñộ phân tán các số liệu trong tập hợp so với giá trị trung bình và ñược xác ñịnh theo phương trình

N

x x N

i i f

N

i i f

ðộ lệch chuẩn tương ñối (RSD) và hệ số biến thiên (CV)

RSD là tỉ số giữa ñộ lệch chuẩn và giá trị trung bình

% 100 (%)

Khi không có sai số hệ thống thì giá trị trung bình tiến tới giá trị thực nếu số phép ño rất lớn (N→∞) Vì vậy, có thể nói ñộ chính xác tùy thuộc vào

số phép ño

ðộ chính xác ñược biểu diễn dưới dạng sai số tuyệt ñối hoặc sai số tương ñối Trong ñó sai số tuyệt ñối (EA) là sự sai khác giữa giá trị ño ñược (xi) với giá trị thật hay giá trị ñã biết trước (xt hay µ)

EA = xi - µ Còn sai số tương ñối (ER) là tỷ số giữa sai số tuyệt ñối và giá trị thật hay giá trị ñã biết trước

µ

µ

−

= i R

x

E hay (%) 100 %

µ

A R

E

PHẦN II THỰC NGHIỆM

2.1 ðối tượng nghiên cứu

Mẫu huyết thanh của những người khỏe mạnh, ñộ tuổi từ 20-30 có nhóm máu O, ñã ñược sàng lọc không chứa các loại virut HIV, viêm gan A (HAV), viêm gan B (HBV), viêm gan C (HCV),…

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu

Thu thập, nghiên cứu và phân tích, kế thừa các tài liệu ñã có trên thế giới và Việt Nam về phương pháp phân hủy xác ñịnh ñồng, chì và cadimi trong mẫu huyết thanh

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích ñồng, chì và

cadimi trong huyết thanh trên thiết bị ICP-MS

Phương pháp nghiên cứu xây dựng quy trình xác ñịnh ñồng thời ñồng, chì, cadimi trong huyết thanh bằng phương pháp ICP-MS bao gồm 2 phần chính sau: quy trình phân hủy mẫu huyết thanh và quy trình phân tích mẫu trên thiết bị ICP-MS

2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu

Sử dụng các thuật toán ñể tính toán kết quả phân tích

2.3 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị

2.3.1 Hóa chất

Tất cả hóa chất dùng trong nghiên cứu như HNO3, H3PO4, HCl, H2SO4,

HF, Triton X-100 ñều là các hóa chất siêu sạch (Merck)

Dung dịch chuẩn của các kim loại Cu, Pb, Cd ñều là các hóa chất siêu sạch ñược mua từ hãng Merck có nồng ñộ gốc 1000ppm Từ nồng ñộ gốc, pha chế thành các dung dịch có nồng ñộ nhỏ hơn Các dung dịch chuẩn ñược bảo quản trong tủ lạnh Dung dịch chuẩn ñược pha chế hàng ngày

Các dung dịch chuẩn máy (Mg; Rh; Ce; Pb; U; In; Be; Co) nồng ñộ 10ppb ñược mua từ hãng Perkin Elmer, Mỹ