Nghiên cứu phân tích và đánh giá hàm lượng chất chống oxi hóa butyl hydroxytoluen (BHT) và butyl hydroxyanisol (BHA) trong bao bì đóng gói

Một nghiên cứu xác định hàm lượng chất chống oxi hoá trong mẫu túi bao thực phẩm polyme bằng phương pháp chiết với cyclohexan trong bể siêu âm, phân tích dịch chiết trên hệ GC-ECD cũng đ

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

TRẦN THỊ THU PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ

HÀM LƯỢNG CHẤT CHỐNG OXI HOÁ BUTYL

HYDROXYTOLUEN (BHT) VÀ BUTYL

HYDROXYANISOL (BHA) TRONG BAO BÌ ĐÓNG GÓI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015

Trang 2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

TRẦN THỊ THU PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ

HÀM LƯỢNG CHẤT CHỐNG OXI HOÁ BUTYL HYDROXYTOLUEN (BHT) VÀ BUTYL

HYDROXYANISOL (BHA) TRONG BAO BÌ ĐÓNG GÓI

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 60440118

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS Từ Bình Minh

Hà Nội - 2015

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan Luận văn thạc sỹ khoa học với đề tài “Nghiên cứu phân tích và đánh giá hàm lượng chất chống oxi hóa butyl hydroxytoluen (BHT) và butyl hydroxyanisol (BHA) trong bao bì đóng gói” là công trình nghiên cứu của bản thân

Các thông tin tham khảo dùng trong luận văn được lấy từ các công trình nghiên cứu có liên quan và được nêu rõ nguồn gốc trong danh mục tài liệu tham khảo Các kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kì công trình khoa học nào khác

Hà Nội, ngày 15 tháng 01 năm 2015

Học viên

Trần Thị Thu Phương

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Từ Bình Minh đã định hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn và tạo những điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành Luận văn này!

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy, cô của Bộ môn Hóa học phân tích; đặc biệt là TS Phạm Thị Ngọc Mai đã giúp đỡ, tạo điều kiện và cho tôi nhiều lời khuyên giá trị trong thời gian tôi thực hiện Luận văn!

Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới ban lãnh đạo Viện Dệt may và các anh chị, các bạn công tác tại Trung tâm thí nghiệm Dệt may, Viện Dệt may đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được học tập và nghiên cứu

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn các anh chị, bạn bè của tập thể lớp cao học hoá K23, đặc biệt là những người bạn trong nhóm hoá phân tích K23 đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên, chia

sẻ mọi khó khăn cùng tôi

Hà Nội, ngày 15 tháng 01 năm 2015

Học viên

Trần Thị Thu Phương

Trang 5

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN III LỜI CẢM ƠN IV MỤC LỤC V DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VII DANH MỤC HÌNH VIII DANH MỤC BẢNG BIỂU IX

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1.GIớI THIệU Về CHấT CHốNG OXI HÓA HYDROXYTOLUENE BUTYLATED (BHT) VÀ BUTYLATED HYDROXYANISOLE (BHA) 4

1.1.1 Cấu tạo và tính chất lí hóa 4

1.1.2 Độc tính và liều lượng cho phép 5

1.1.3 Sản xuất & sử dụng 7

1.2.GIớI THIệU SƠ LƯợC Về MẫU PHÂN TÍCH 9

1.2.1 Sơ lược về LDPE và HDPE 9

1.2.2 Sự có mặt của các chất chống oxi hóa trong polyme 11

1.3.MộT Số PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH BHT VÀ BHA 12

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 16

2.1.ĐốI TƯợNG VÀ MụC TIÊU NGHIÊN CứU 16

2.2.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CứU 16

2.2.1 Nguyên tắc chung của phương pháp phân tích 16

2.2.2 Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp 19

2.3.QUY TRÌNH THựC NGHIệM 23

2.3.1 Quy trình xử lý mẫu trên nền LDPE 23

2.3.1 Quy trình xử lý mẫu trên nền HDPE 24

2.4.THIếT Bị, HÓA CHấT 25

2.4.1 Thiết bị 25

2.4.2 Dụng cụ 25

2.4.3 Hoá chất, Chất chuẩn 25

2.5.CHUẩN Bị CÁC DUNG DịCH CHUẩN 26

Trang 6

3.1TốI ƯU HÓA CÁC ĐIềU KIệN PHÂN TÍCH HAI CHấT CHốNG OXI HÓA BHT VÀ BHA

TRÊN Hệ THốNG GC-MS 28

3.1.1 Chọn điều kiện bơm mẫu, thông số cho hệ máy GC-MS 28

3.1.2 Khảo sát nhiệt độ cổng bơm mẫu 28

3.1.3 Khảo sát tốc độ dòng khí mang Heli 29

3.1.4 Khảo sát nhiệt độ buồng ion 30

3.1.5 Chế độ quan sát chọn lọc ion ( Selected Ion Monitoring-SIM) 31

3.1.6 Khảo sát thời gian lưu của các chất cần phân tích 32

3.2.XÂY DựNG ĐƯờNG CHUẩN, XÁC ĐịNH LOD,LOQ CủA THIếT Bị 37

3.2.1 Khảo sát xây dựng đường chuẩn xác định BHT và BHA 37

3.2.2 Giới hạn phát hiện LOD và giới hạn định lượng LOQ của thiết bị đối với chất phân tích 38

LOD của thiết bị được xác định như mục 2.2.2 38

3.2.3 Độ lặp lại của thiết bị 38

3.3KHảO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIềU KIệN TÁCH CHấT PHÂN TÍCH RA KHỏI NềN MẫU PHÂN TÍCH 39

3.3.1 Phân tích trên nền mẫu LDPE 40

3.3.2 Phân tích trên nền mẫu HDPE 52

3.4.KếT QUả PHÂN TÍCH MộT Số MẫU THậT 62

3.4.1 Kết quả phân tích hàm lượng BHT và BHA trong mẫu bao bì đóng gói các sản phẩm dệt may 62

3.4.2 Kết quả phân tích một BHT và BHA trong một số sản phẩm bao gói thực phẩm 63

KẾT LUẬN 64

PHỤ LUC 66

PHổ KHốI LƯợNG CủA BHT, BHA VÀ MM CHế Độ SIM 66

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

Trang 7

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

ADI Acceptable Daily Intake Lượng vào hàng ngày có thể chấp

nhận được ASTM American Society for Testing

and Materials

Hiệp hội Vật liệu và Thử nghiệm

Mỹ BHA Butylated hydroxyanisole

BHT Butylated hydroxytoluene

CAS Chemical Abstracts Service Dịch vụ tóm tắt hoá chất

EI Electron ionization Ion hóa va đập điện tử

FAO Food and Agriculture

FDA Food and Drug Administration Cục quản lý Thực phẩm và Dược

phẩm Hoa Kỳ GC-MS Gas chromatography – Mas

spectrometry Sắc kí khí ghép nối khối phổ IDL Instrument Detection Limit Giới hạn phát hiện của thiết bị

JECFA Joint FAO/WHO expert

committee on food additives

Ủy ban chuyên gia quốc tế về phụ gia thực phẩm

LOQ Limit of Quantity Giới hạn định lượng

MDL Method Detection Limit Giới hạn phát hiện của phương pháp MSD Mass spectrometry detector Detector khối phổ

MM Methyl myristate

ND Not detected Không phất hiện thấy (Nhỏ hơn giới

hạn phát hiện của phương pháp) NCI Negative chemical ionization Ion hóa hóa học âm

ppb Part per billion Nồng độ / hàm lượng phần tỉ

ppm Part per million Nồng độ / hàm lượng phần triệu SIM Selected ion monitoring Chế độ quan sát chọn lọc ion

UNEP United Nations Environment

Programme

Chương trình môi trường Liên Hợp Quốc

USDA United States Department of

WHO World Health Organization Tổ chức Y tế thế giới

Trang 8

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo hệ sắc kí khí khối phổ 19

Hình 3.1 Sắc đồ sự ảnh hưởng của diện tích pic vào nhiệt độ cổng bơm mẫu 29

Hình 3.2 Săc đồ sự ảnh hưởng của tốc độ dòng khí mang đến diện tích pic 30

Hình 3.3 Săc đồ sự ảnh hưởng của nhiệt độ buồng ion đến diện tích pic 31

Hình 3.4 Sắc đồ thời gian lưu của BHT, BHA và MM 33

Hình 3.7 Phổ khối lượng của BHA chế độ scan 35

Hình 3.8 Phổ khối lượng của BHA chế độ SIM 35

Hình 3.9 Phổ khối lượng của MM chế độ scan 36

Hình 3.10 Phổ khối lượng của MM chế độ SIM 36

Hình 3.11 Đồ thị sự phụ thuộc của độ thu hồi vào thời gian chiết 40

Hình 3.12 Sự phụ thuộc của độ thu hồi vào thời gian chiết mẫu 45

Hình 3.16 Sơ đồ tổng hợp các phương pháp chiết mẫu 61

Hình 3.17 Phương pháp chiết tối ưu cho cả 2 nền mẫu 62

Trang 9

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Cấu tạo và tính chất vật lý của BHT, BHA 5

Bảng 1.2 Sản lượng BHT ở một số nước trên thế giới 8

Bảng 1.3 Một số lĩnh vực chính sử dụng BHT 8

Bảng 1.4 Kí hiệu một số loại nhựa thông dụng 9

Bảng 1.5 Một số đặc tính vật lí của nhựa LDPE và HDPE 10

Bảng 1.6 Một số phương pháp phân tích BHT, BHA 14

Bảng 2.1 Cách chuẩn bị dung dịch chuẩn làm việc 26

Bảng 2.2 Cách chuẩn bị các dung dịch để dựng đường chuẩn 27

Bảng 3.1 Các mảnh phổ đặc trưng của BHT và BHA 31

Bảng 3.2: Các thông số tối ưu hóa cho quá trình chạy sắc kí 32

Bảng 3.5 Chương trình nhiệt độ của GC cho phân tích BHT, BHA 32

Bảng 3.4 Thời gian lưu và độ rộng cửa sổ thời gian lưu của BHT,BHA và nội chuẩn MM 33

Bảng 3.5 Đường chuẩn của BHT 37

Bảng 3.6 Đường chuẩn của BHA 37

Bảng 3.7 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của các chất 38

Bảng 3.8 Độ lặp lại của thiết bị ở nồng độ 0,5ppm 38

Bảng 3.11 Khảo sát thời gian chiết mẫu 40

Bảng 3.12 Giới hạn phát hiện của BHT và BHA theo phương pháp lắc 41

Bảng 3.13 Độ chụm và độ đúng ở khoảng nồng độ thấp trên đường chuẩn 42

Bảng 3.14 Độ chụm và độ đúng ở khoảng nồng độ trung bình trên đường chuẩn 42

Bảng 3.15 Độ chụm và độ đúng ở khoảng nồng độ cao trên đường chuẩn 43

Bảng 3.16 Khảo sát thời gian chiết 44

Bảng 3.17 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của 2 chất phân tích 45

Bảng 3.21 Khảo sát thời gian siêu âm 48

Trang 10

Bảng 3.26 Tổng kết 3 phương pháp chiết đối với mẫu LDPE 51

Bảng 3.37 Tổng kết 3 phương pháp chiết đối với mẫu LDPE 60

Bảng 3.38: Hàm lượng BHT và BHA trong mẫu bao bì áo sơ mi 62

Bảng 3.39 : Hàm lượng BHT và BHA trong mẫu bao gói thực phẩm 63

Trang 11

LỜI MỞ ĐẦU

Polyme được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của cuộc sống hiện đại, bao gồm trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, y tế, đồ gia dụng, bao gói các sản phẩm như thực phẩm, quần áo…Để nâng cao tính chất, tuổi thọ sử dụng, hạn chế sự suy giảm về chất lượng …của polyme người ta thường cho thêm các chất phụ gia như hoá dẻo, chống cháy, chống oxi hoá và nhiều loại chất phụ gia khác trong quá trình chế tạo polyme Việc lựa chọn phụ gia loại nào là phụ thuộc vào từng loại polyme và mục đích sử dụng của chúng

Tất cả các polyme thiên nhiên hay tổng hợp đều có phản ứng với oxi Dưới nhiều tác nhân khác nhau như ánh sáng, nhiệt, tác nhân hoá học, tác nhân sinh học…các phản ứng oxi hoá xảy ra gây ra hiện tượng lão hoá polyme Chính sự oxi hoá này làm giảm tính chất polyme, giảm khả năng sử dụng của chúng Các nhóm chất chống oxi hoá thường được sử dụng trong polyme là nhóm phenolic, nhóm photphit hữu cơ và nhóm dẫn xuất amin Trong đó nhóm phenolic là được sử dụng phổ biến hơn cả Hai hợp chất điển hình trong nhóm chất chống oxi hoá này là butyl hydroxytoluene (BHT) và butyl hydroxyanisole (BHA)

Bên cạnh những lợi ích mà những hoá chất này mang lại thì việc sử dụng chúng không có kiểm soát cũng là vấn đề đáng lo ngại đối với sức khoẻ của chính chúng ta, những người tiếp xúc trực tiếp, thường xuyên với những sản phẩm có thể có chứa hàm lượng gây hại của chúng Đặc biệt là đối với những vật liệu polyme được dùng để bao gói thực phẩm, đồ uống, là những thứ sẽ trực tiếp đi vào cơ thể

Liều lượng BHT cao ở các loài vật được thử nghiệm gây ra các ảnh huởng như sau: làm tăng sự hấp thu iot ở tuyến giáp, tăng trọng lượng của tuyến trên thận, giảm khối lượng của lá lách, làm chậm quá trình vận chuyển các axit hữu cơ, gây tổn thương thận Một số lượng lớn các nghiên cứu đã được tiến hành trên một vài loài để xác định độc tính đối với sự sinh sản và phát triển Những nghiên cứu về các chất sinh ung thư cũng được tiến hành trên chuột Kết quả cho thấy, BHT có thể là tác nhân xúc tiến cho một vài chất sinh ung thư hóa học; tuy nhiên, tính xác đáng cho những ảnh hưởng này đối với con người thì chưa rõ ràng và vẫn đang là vấn đề gây tranh cãi đối

Trang 12

BHA hấp thụ qua thành ruột non, tham gia quá trình trao đổi chất, cũng là chất nghi ngờ gây dị ứng và ung thư Theo JECFA (Joint FAO/WHO expert committee on food additives-Ủy ban chuyên gia quốc tế về phụ gia thực phẩm) thì ADI (Acceptable Daily Intake-Lượng vào hàng ngày có thể chấp nhận được) cho BHT là dưới 0,125mg/kg thể trọng trong một ngày (mg/kg bw/day) còn BHA là dưới 0,5mg/k bw/day Theo FDA (Food and Drug Administration-Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ) và USDA (United States Department of Agriculture-Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ) thì hàm lượng tối đa cho phép của BHT, BHA trong thực phẩm là 0,02% và 0,01% tính theo phần trăm khối lượng chất béo

Ngoài những tác hại về sức khoẻ như đã kể trên thì việc sử dụng không có sự kiểm soát chặt chẽ BHT sẽ gây ra những thiệt hại to lớn về kinh tế đặc biệt trong nghành may mặc thời trang vì lí do sau Các sản phẩm may mặc thường được lưu giữ, bảo quản trong các bao gói polyme, nếu các bao gói này có chứa BHT với hàm lượng đáng kể thì cùng với sự có mặt của nitơ đioxit, độ ẩm cao do việc lưu trữ thường là trong các nhà kho, có thể sinh ra nitrobenzen hoặc quinon là những hợp chất có màu vàng, hợp chất này tiếp xúc với hàng dệt may lâu ngày sẽ dẫn đến tình trạng ố vàng cho sản phẩm dẫn đến những thiệt hại kinh tế đáng kể

Để tránh những tổn thất về kinh tế cũng như về sức khoẻ như đã kể trên, việc kiểm tra hàm lượng BHT, BHA trong các sản phẩm polyme trước khi đưa vào sử dụng

là điều hết sức cần thiết Hiện nay, ở nước ta mới tập trung nghiên cứu về các chất chống oxi hoá tổng hợp BHT và BHA trong đối tượng mẫu thực phẩm Tuy nhiên, chưa có nhiều các nghiên cứu sâu trong đối tượng mẫu là các polyme bao gói thực phẩm nói riêng và polyme làm bao bì đóng gói nói chung Do đó, chúng tôi đã chọn đề

tài “Nghiên cứu phân tích và đánh giá hàm lượng chất chống oxi hóa butyl hydroxytoluen (BHT) và butyl hydroxyanisol (BHA) trong bao bì đóng gói”

Luận văn này được thực hiện nhằm mục đích đóng góp một phần vào công tác bảo vệ sức khỏe con người, một xu hướng mang tính thời đại của khoa học nói chung

và ngành hóa học phân tích nói riêng Chúng tôi hướng đến việc nghiên cứu qui trình phân tích BHT và BHA trong các đối tượng polyme làm bao bì đóng gói thực phẩm và hàng may mặc Việc tối ưu hóa một qui trình phân tích đáng tin cậy đối với các chất

Trang 13

này sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm tra hàm lượng trong các đối tượng bao

bì, và hạn chế sự phơi nhiễm trong cơ thể người

Đây là một chỉ tiêu phân tích tương đối mới và trên đối tượng phân tích chưa được quan tâm nhiều trong các nghiên cứu trước đây tại Việt Nam Phương pháp phân tích được chúng tôi sử dụng là phương pháp sắc kí khí khối phổ, đây là phương pháp

có độ nhạy, độ chọn lọc và độ chính xác cao dùng cho phân tích lượng vết và siêu vết các chất hữu cơ trong nền mẫu phức tạp Trong khuôn khổ luận văn này, tôi nghiên cứu về cách xác định hàm lượng BHT, BHA trong hai nền là nhựa LDPE (Low-density polyethylene) và HDPE (High-density polyethylene ) trên thiết bị GC-MS

Trang 14

1.1.1 Cấu tạo và tính chất lí hóa

BHT còn được gọi là 2,6-bis (1,1-dimethylethyl)-4-methylphenol; butyl-p-cresol hay 2,6-di-tert-butyl-4-methylpheno BHT có công thức phân tử là C15H24O Các tính chất vật lý của chất này sẽ được trình bày trong bảng 1.1 [17,18] BHA là hỗn hợp của 2 đồng phân là 3-tert-butyl-4-hydroxyanisole và 2-tert-butyl-4-hydroxyanisole Cũng được biết đến với tên gọi là BOA, tert-butyl-4-hydroxyanisole, (1,1-dimethylethyl)-4-methoxyphenol, tert-butyl-4-methoxyphenol, antioxyne B, và còn nhiều tên thương mại khác

Trang 15

2,6-di-tert-Bảng 1.1 Cấu tạo và tính chất vật lý của BHT, BHA

BHT có tính chất tương tự như BHA nhưng có tính bền nhiệt hơn Tuy nhiên, cấu trúc không gian của BHT cồng kềnh hơn BHA ( do trong phân tử của BHT có 2 nhóm tert – butyl xung quanh nhóm – OH)

1.1.2 Độc tính và liều lượng cho phép

1.1.2.1 BHT

BHT được thử nghiệm trên loài gặm nhấm, chuột và người cho thấy khi BHT đi vào cơ thể qua đường miệng sẽ được hấp thụ nhanh chóng qua dạ dày, ruột, sau đó sẽ được thải ra ngoài theo nước tiểu và phân Ở người, sự bài tiết BHT thông qua thận cũng được thử nghiệm khi cho ăn với khẩu phần có chứa 40mg/kg thể trọng Nghiên cứu cho thấy 50% liều lượng này được bài tiết ra ngoài trong 24 giờ đầu, và 25% liều lượng còn lại được bài tiết trong 10 ngày tiếp theo Sự chuyển hóa thông qua con đường oxy hóa; trong đó sự oxy hóa nhóm methyl trội ở loài gặm nhấm, thỏ và khỉ,

Tên hóa học 2,6-di-tert-butyl-p-cresol

Hydroxytoluene butylated Butylated hydroxyanisole

Không tan trong nước

Tan tốt trong dầu, mỡ, etanol và các dung môi hữu cơ khác như propylen glycol, ete, xăng, tan hơn 50% trong rượu

Trang 16

Thử nghiệm trên động vật cho thấy, liều lượng BHT cao khi đưa vào cơ thể trong 40 ngày hoặc hơn sẽ gây độc cho các cơ quan trong cơ thể Gây kích ứng da và mắt khi tiếp xúc

Ví dụ: khi cho chuột ăn khẩu phần có 0,58% BHT trong 40 ngày sẽ gây xuất huyết nhiều ở các cơ quan Tuy nhiên, ảnh hửơng này không xảy ra ở tất cả các loài,

sự xuất huyết khi ăn một liều lượng lớn BHT chỉ xảy ra ở một vài giống chuột, heo; còn ở chuột đồng, chó, thỏ và chim cút thì không thấy có hiện tượng này Đó là sự nhạy cảm khác nhau ở các loài

Liều lượng BHT cao ở các loài vật được thử nghiệm cũng gây ra các ảnh huởng sau: Làm tăng sự hấp thu iốt ở tuyến giáp, tăng trọng lượng của tuyến trên thận, giảm khối lượng của lá lách, làm chậm quá trình vận chuyển các acid hữu cơ, gây tổn thương thận, trầm cảm Một số lượng lớn các nghiên cứu đã được tiến hành trên một vài loài để xác định độc tính đối với sự sinh sản và phát triển Thử nghiệm trên chuột cho thấy tỷ lệ sinh sản giảm hơn 10 lần khi cho chuột ăn thức ăn có chưa 100mgBHT/kg/ngày Các thử nghiệm trên một số loài động vật cho thấy BHT cũng không là chất độc có khả năng di truyền Những nghiên cứu về các chất sinh ung thư cũng được tiến hành trên chuột Kết quả cho thấy, BHT có thể là tác nhân xúc tiến cho một vài chất sinh ung thư hóa học; tuy nhiên, tính xác đáng cho những ảnh hưởng này đối với con người thì không rõ ràng [30]

Theo JECFA thì ADI cho BHT là dưới 0,125mg/kg thể trọng trong một ngày (mg/kg bw/day) Theo FDA và USDA thì hàm lượng tối đa cho phép của BHT trong thực phẩm là 0,02% và 0,01% tính theo phần trăm khối lượng chất béo [13, 16, 38] Ngoài ra sự có mặt của BHT trong bao bì lưu trữ có thể ảnh hưởng đến sự nhuốm màu lên vải thông qua ví dụ sau:

BHT+NOx=Không màu Sợi PA Phức màu vàng

Trang 17

1.1.2.2 BHA

BHA với liều lượng 50 – 100 mg/kg thể trọng sẽ được chuyển hóa và đưa ra khỏi cơ thể ở dạng nước tiểu, ở dạng glucuronit hay sulfat Là chất nghi ngờ gây ung thư, dị ứng, ngộ độc…gây rối loạn cơ thể của một loạt động vật thí nghiệm như khỉ, chó, chuột, mèo

Tác dụng gây độc mãn tính của BHA cũng được thử nghiệm ở chuột, chó và khỉ Người ta cho các động vật này ăn khẩu phần có vài phần trăm BHA (gấp vài ngàn lần liều lượng mà con người đưa vào cơ thể) trong hai năm; và nhận thấy rằng BHA không bị xem là mối nguy đối với sự sinh sản và phát triển Đối với sự hình thành khối

u, năm 1982, người ta đã tìm thấy khối u ác tính ở chuột khi được cho ăn ở liều lượng 2% trong khẩu phần (gần 0, 8g/kg thể trọng một ngày) trong hai năm Tuy nhiên, khối

u ác tính không hình thành khi cho ăn ở liều lượng 0, 5% trong cùng điều kiện Ngoài

ra, các thử nghiệm cũng cho thấy BHA gây kích ứng da,mắt khi tiếp xúc Gây kích ứng phổi nếu hít phải Gây hại cho các cơ quan trong cơ thể khi tiếp xúc lâu ngày Theo JECFA thì ADI cho BHA là dưới 0,5mg/kg thể trọng trong một ngày (mg/kg bw/day) Theo FDA và USDA thì hàm lượng tối đa cho phép của BHA trong thực phẩm là 0,02% và 0,01% tính theo phần trăm khối lượng chất béo [18,19,21] 1.1.3 Sản xuất & sử dụng

1.1.3.1 BHT

BHT được tạo thành do phản ứng của para – cresol (4-methylphenol) với isobutylen (2-methylpropene) xúc tác bởi acd sulfuric

CH3(C6 H4)OH + 2 CH2=C(CH3)2 → ((CH3)3C)2CH3C6H2OH Ngoài ra, BHT được lấy từ 2,6-di-tert-butylphenol hydroxymethylation hoặc aminomethylation trong phản ứng thuỷ phân

Một nghiên cứu đã phát hiện ra rằng thực vật phù du, bao gồm tảo lục, Botryococcus braunii, cũng như ba loài cyanobacteria khác (Cylindrospermopsis raciborskii, Microcystis aeruginosa và Oscillatoria sp.) có khả năng sản xuất hợp chất này Việc xác nhận đã được thực hiện thông qua phân tích sắc ký khí khối phổ

Trang 18

BHT được sản xuất khoảng 62000 tấn/năm bởi hơn 20 nhà sản xuất trên thế giới theo thống kê năm 2000, số liệu thống kê được cho trong bảng 1.2 [30]

Bảng 1.2 Sản lượng BHT ở một số nước trên thế giới

Số nhà sản xuất

Sản lượng (tấn/năm)

Theo số liệu thống kê năm 2000, phần trăm sử dụng BHT trên thế giới trong các lĩnh vực khác nhau được đưa ra trong bảng 1.3 [30]

Trang 19

1.1.3.2 BHA

BHA chủ yếu được sử dụng làm phụ gia và chất bảo quản hay có trong bao gói bảo quản thực phẩm, các loại thực phẩm như ngũ cốc hay dầu ăn, các loại mỹ phẩm đặc biệt là son môi hay kẻ mắt, cao su, các sản phẩm từ dầu hoả, dược phẩm, nhựa Về tình hình sản xuất và sử dụng BHA chúng tôi chưa thấy có những thống kê cụ thể 1.2 Giới thiệu sơ lược về mẫu phân tích

Hiệp hội các ngành công nghiệp nhựa (SPI) thành lập một hệ thống phân loại vào năm 1988 để cho phép người tiêu dùng và các nhà tái chế có thể tái chế và xử lý đúng cách các loại nhựa khác nhau và vẫn có giá trị cho đến nay Mỗi một loại nhựa sẽ

có một mã nhất định và thường được các nhà sản xuất in trên sản phẩm Bảng 1.4 sau đây đưa ra một số loại nhựa phổ biến và kí hiệu của chúng trên thị trường

Bảng 1.4 Kí hiệu một số loại nhựa thông dụng

1.2.1 Sơ lược về LDPE và HDPE

Polyetylen mật độ thấp (Low-density polyethylene - LDPE) là một loại nhựa nhiệt dẻo được tạo thành từ các monome etylen Nó là lớp nhựa đầu tiên của polyetylen, được sản xuất năm 1933 bởi Imperial Chemical Industries (ICI) bằng cách trùng hợp các gốc tự do ở áp suất cao EPA ước tính khoảng 5,7% LDPE được tái chế Mặc dù ngày nay ra đời rất nhiều loại polyme hiện đại hơn nhưng LDPE vẫn

là một phân lớp nhựa vô cùng quan trọng Năm 2009, lượng LDPE tiêu thụ lên đến 22,2 tỉ US

Trang 20

Đặc tính : Bán cứng, mờ đục, dai, chịu được thời tiết, khả năng kháng hoá chất cao, hấp thụ nước kém, dễ dàng xử lý bởi hầu hết các phương pháp này, giá thành thấp

Trong các ứng dụng của LDPE thì việc sử dụng nó để làm bao gói là một trong những ứng dụng lớn nhất do giá thành thấp, bao kín dễ dàng và bảo vệ sản phẩm tốt LDPE là PE có mật độ khoảng 0.917–0.930 g/cm3 Nó không phản ứng ở nhiệt

độ phòng, ngoại trừ trường hợp có tác nhân oxi hoá mạnh và một vài dung môi gây ra

sự trương nở (swelling) Nó có thể chịu được nhiệt độ 80°C và tiếp tục đến 95 °C trong một thời gian ngắn Nó khá dai và bền LDPE có nhiều nhánh hơn HDPE (khoảng 2% số nguyên tử cacbon), vì vậy lực liên phân tử của nó yếu hơn, sức căng thấp hơn, khả năng phục hồi cao hơn

LDPE có nhiều ứng dụng trong cuộc sống, ví dụ như làm chai, đồ chơi, túi mang, cách nhiệt cao tần, lót thùng chứa hóa chất, các loại bao bì, ống dẫn khí

và nước

Polyetylen mật độ cao( High-density polyethylene - HDPE) là một polyethylene nhiệt dẻo làm từ dầu mỏ HDPE được sử dụng trong sản xuất chai nhựa , ống chống ăn mòn, màng địa kĩ thuật và gỗ nhựa và một trong những ứng dụng điển hình của HDPE

là sản xuất các màng phim (film) để làm các loại túi mang, lớp lót thùng carton chứa thực phẩm như thịt, ngũ cốc và các sản phẩm khác HDPE có khả năng được tái chế cao và thường được tái sử dụng Trong năm 2007, thị trường HDPE toàn cầu đạt đến hơn 30 triệu tấn

Bảng 1.5 Một số đặc tính vật lí của nhựa LDPE và HDPE

Lực căng 0.20 - 0.40 N/mm² Từ vài đến vài chục N/mm2

Hệ số giãn nở nhiệt 100 - 220 x 10-6 m/m°C 120 x 10-6m/m°C

Trang 21

1.2.2 Sự có mặt của các chất chống oxi hóa trong polyme

Việc sử dụng thành công vật liệu nhựa trong nhiều ứng dụng, chẳng hạn như trong ngành công nghiệp ô tô, ngành điện tử, bao bì và sản xuất hàng tiêu dùng, là do

sự đóng góp đáng kể các chất phụ gia cho cả nhựa nguyên sinh và tái chế Ngành công nghiệp polyme là không thể không có chất phụ gia Phụ gia trong polyme giúp giải quyết nhiều vấn đề trong khâu sản xuất, xử lý, tăng hiệu suất sản xuất và tính ổn định của polyme với môi trường cũng được cải thiện đáng kể Các loại phụ gia thường được

sử dụng là phụ gia chống oxi hoá, phụ gia chống cháy, phụ gia hoá dẻo, phụ gia bền ánh sáng, phụ gia trợ giúp gia công…

Đặc biệt nếu không sử dụng phụ gia chống oxi hoá thích hợp thì polyme dễ dàng

bị phá huỷ bởi oxi và ánh sáng Các chất chống oxy hóa thường được sử dụng là các chất thuộc nhóm phenolic trong đó BHT và BHA là hai chất điển hình của nhóm này Ngoài ra, các dẫn xuất amin, các hợp chất phosphite hữu cơ và thioeste cũng hay được

sử dụng Các chất chống oxi hoá này giúp bảo vệ các polyme chống lại tác dụng của nhiệt và oxy trong các quá trình làm khô, làm giảm nguy cơ tạo vòng trong quá trình lưu trữ và xử lý và cũng giúp bảo vệ sự lưu hóa chống lại sự oxy hóa tự động

1.2.3 Cơ chế chống oxi hóa của BHT và BHA

Trước khi nói về cơ chế chống oxi hoá của BHT và BHA, chúng ta hãy xem kĩ hơn về quá trình oxi hoá dẫn đến sự suy giảm chất lượng của polime Suy thoái polyme là do sự tác động của nhiệt, oxy, hoặc bức xạ và thường xảy ra thông qua một

cơ chế gốc tự do [18,25,30] Các gốc tự do được hình thành như sau:

Năng lượng

Quá trình này cơ thể xảy ra ở bất cứ thời điểm nào trong vòng đời của polime như quá trình trùng hợp, xử lý hay trong cả quá trình sử dụng Các gốc tự do này phản ứng với chuỗi polyme

Trang 22

1.3 Một số phương pháp phân tích BHT và BHA

Qua tìm hiểu các tài liệu tham khảo, các bài báo khoa học trong nước và quốc tế, chúng tôi nhận thấy số công trình nghiên cứu về xác định hàm lượng BHT và BHA trong nền polyme là không nhiều Hiện tại trong nước mới chỉ có những nghiên cứu xác định hàm lượng hai chất này trong đối tượng mẫu thực phẩm Hai phương pháp

Trang 23

phân tích thường được sử dụng để xác định BHT và BHA là phương pháp sắc kí lỏng

và phương pháp sắc kí khí

Theo tiêu chuẩn ASTM D 4275-09, BHT trong 3 loại nền mẫu polyme là LDPE, HDPE và ethylen-vinylaxetate ( EVA ) được chiết bằng phương pháp lắc và chiết hồi lưu Có hai loại dung môi được sử dụng là cyclohexan và isopropanol, dịch chiết được phân tích trên hệ thống GC-ECD Chất nội chuẩn được sử dụng trong phép phân tích

là MM [7]

Một nghiên cứu xác định hàm lượng chất chống oxi hoá trong mẫu túi bao thực phẩm polyme bằng phương pháp chiết với cyclohexan trong bể siêu âm, phân tích dịch chiết trên hệ GC-ECD cũng đã được chúng tôi tham khảo [36] Độ thu hồi cho BHT và BHA lần lượt là 88% -93% , 92% - 101% Giới hạn phát hiện cho cả 2 chất là 0,5mg/kg Hàm lượng của chúng trong mẫu trong khoảng 6,3-28,4 mg/kg

Trong một nghiên cứu xác định hàm lượng BHT trong mẫu kẹo cao su [24], mẫu được nghiền thành dạng bột sau đó 5,0 g mẫu được chiết với l00ml ACN bằng cách đun trong tủ hút có khuấy từ trong 1h Sau đó lọc mẫu vào bình cầu đáy tròn dung tích 500ml, dùng 3x10ml ACN để lọc sạch mẫu Sau khi lọc, giấy lọc được rửa thêm với 50ml ACN nữa Cô quay chân không đến gần khô ở 30°C Phần cặn được hòa tan bằng một lương nhỏ ethyl axetat và chuyển vào bình dung tích 5ml Thêm 250 µl BHA vào bình, định mức đến vạch bằng ethyl axetat Nồng độ cuối cùng cho BHA là 50 µl/ml BHA được sử dụng làm chất nội chuẩn cho việc tính toán nồng độ BHT và 3,5-di-tert-butylphenol là surrogate để xác định bất cứ sự làm mất BHT nào trong mẫu Mục đích của nghiên cứu này là xác định nồng độ BHT trong 6 mẫu kẹo khác nhau Nồng độ BHT trong 1,0g kẹo được phát hiện thấy nằm trong khoảng 92.30 - 174.38µg Độ thu hồi từ 6.27% - 57.13% Mẫu được phân tích trên hệ GC 6890 Agilent với detector chọn lọc khối 5973N Model của cột là HP 5MS 30 m x 0.25 mm

x 0.25 µm Nhiệt độ của cột được giữ ở 100°C trong 5 phút và chương trình gia nhiệt

từ 100°C đến 300°C với tốc độ 20°C/ phút Nhiệt độ cổng bơm và buồng ion lần lượt

là 250°C và 280°C, thế ion hóa là 70eV Khí mang là He với áp suất đầu vào 7.7psi ở 50°C Ion chọn lọc cho BHT là m/z 220 , m/z 165 cho BHA, m/z 191 cho 3,5-di-tert-butylphenol

Trang 24

Một nghiên cứu khác xác định hàm lượng 5 chất chống oxi hoá phenolic là BHA, BHT, NDGA (nordihydroguaiaretic acid), PG (propyl gallate), TBHQ (tert-butylhydroquinone) trong thực phẩm bằng LC-MS và GC-MS cũng đã được tiến hành

ở viện khoa học sức khoẻ quốc gia Nhật ( National Institute of Health Sciences)[34] Mẫu được chiết với hỗn hợp ACN:2-propanol:etanol (tỉ lệ thể tích 2:1:1), hỗn hợp này được để trong tủ đông rồi lọc Dich lọc được làm cho qua cột C18 để loại bỏ chất béo, sau đó được phân tích trên hệ GC-MS với các điều kiện như sau: cột, DB-5MS(0.25mm x 0.25 mm x 30 m, J&W Scientific Co., Folam, CA, USA); thể tích bơm 1mL(splitless); nhiệt độ cột 60°C (0-2 phút) đến 300°C (7 phút), tốc độ tăng nhiệt 15°C/ phút ; nhiệt độ cổng bơm mẫu và interface là 280°C ; khí mang helium, 100 kPa; tốc độ dòng 20 mL/phút Điều kiện MS: ionization metphương pháp ion hoá EI; thế ion hoá 70 eV; detector 1.3 kV; ion mảnh để xác nhận các chất BHA, 165 (137, 180); BHT, 205 (220, 145); TBHQ, 123 (151, 166 ) LOQ của phương pháp là 0,01mg/l Độ thu hồi cho BHT và BHA lần lượt nằm trong khoảng 48,1-89,7% và 42,7-91,6%

Chúng tôi tóm lược một số quy trình phân tích hai chất BHT và BHA trong một

số đối tượng mẫu trong bảng 1.6

Bảng 1.6 Một số phương pháp phân tích BHT, BHA

[7]

3 Kẹo cao su -Chiết mẫu ở dạng bột với ACN [24]

5 Thực phẩm

-Mẫu thêm 5g natri sunfat khan + 50ml CH3CN/IPA/C2H5OH = 2/1/1 (tỷ lệ thể tích), để lạnh ở -50C 1h Ly tâm 10 phút Thu lấy dịch lọc

kẹo cao su)

-Chiết mẫu với CH3CN/IPA/C2H5OH

= 2/1/1 (tỷ lệ thể tích), sau đó làm lạnh trong tủ đông rồi lọc

[34]

8 Vỏ thuốc con nhộng -Siêu âm trong 20 phút với

nước/ACN,1:9 (tỉ lệ thể tích) [11]

Trang 25

Qua các tài liệu tham khảo chúng tôi thấy, để chiết 2 chất chống oxi hoá BHT và BHA ra khỏi nền mẫu người ta thường sử dụng các dung môi là xyclohexan, isopropanol, axeton nitril hoặc với hỗn hợp dung môi của CH3CN/IPA/C2H5OH = 2/1/1 (theo tỷ lệ thể tích) Các phương pháp chiết thường được sử dụng là siêu âm, lắc, hồi lưu, thời gian chiết từ 20 phút đến 2 giờ tuỳ thuộc vào đối tượng mẫu và phương pháp chiết Sau khi chiết tuỳ thuộc vào từng đối tượng mẫu mà có những phương pháp làm sạch khác nhau như một số loại mẫu thực phẩm thì được làm sạch qua cột C18, một số nền mẫu thực phẩm khác hay mỹ phẩm thì làm sạch qua màng lọc 0,5µm hoặc 0,45µm Độ thu hồi của các phương pháp từ 30-105% Nồng độ của chúng trong các mẫu phân tích mà tôi tìm hiểu được thông qua các tài liệu tham khảo đều nhỏ hơn rất nhiều so với hàm lượng tối đa cho phép

Trang 26

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH

2.1 Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu

Trong luận văn này, hướng nghiên cứu tập trung vào phân tích BHT và BHA trong các bao gói bằng polyme, cụ thể là bao gói thực phẩm và hàng dệt may trên 2 nền LDPE và HDPE

Cụ thể: Đề tài xây dựng phương pháp xác định đồng thời BHT và BHA trong LDPE và HDPE bằng phương pháp sắc kí khí khối phổ Từ đó áp dụng phương pháp

để xác định hàm lượng các chất này trong các bao gói được làm từ hai loại nhựa là LDPE và HDPE

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Nguyên tắc chung của phương pháp phân tích

2.2.1.1 Tách các chất phân tích bằng sắc kí khí

Các yếu tố cơ bản quyết định phép tách sắc kí đói với mọi chất phân tích bao gồm: khí mang (loại khí mang, tốc độ khí mang), cột tách (thành phần pha tĩnh, độ phân cực pha tĩnh, bề dày lớp phim pha tĩnh, chiều dài cột tách) và chương trình nhiệt

độ cho lò cột

Loại khí mang được sử dụng phổ biến nhất là khí hiếm heli, độ tinh khiết trên 99,99%; thường được duy trì ở chế độ đẳng dòng với tốc độ dòng qua cột từ 1,0 đến 1,5 ml/phút

Các chất phân tích được tách trên các loại cột mao quản hở có thành trong phủ pha tĩnh silica biến tính (FS-WCOT); pha tĩnh nhìn chung đều có độ phân cực rất thấp, chủ yếu là loại pha tĩnh có thành phần Poly(5% diphenyl, 95% dimetylsiloxan) (tương ứng với các cột DB-5, DB-5ms, HP-5MS, Rtx-1614) và loại pha tĩnh có thành phần Poly(14% diphenyl, 86% dimetylsiloxan) (tương ứng với cột DB-XLB, Rxi-XLB) Cột DB-5HT với thành phần pha tĩnh Poly(4% diphenyl, 1% divinyl, 95% dimetylsiloxan) hay cột HT-5 có thành phần pha tĩnh 5% phenyl polycacboran-siloxan cũng được khuyến cáo sử dụng ở nhiệt độ cao

Trang 27

Nhiệt độ cổng bơm mẫu phải đủ cao để đảm bảo hóa hơi được toàn bộ mẫu, nhưng cũng không được quá lớn, tránh hiện tượng phân huỷ mẫu và phải phù hợp với những khuyến cáo của nhà sản xuất Do chỉ phân tích hai chất là BHT và BHA nên chương trình nhiệt độ cho lò cột tương đối đơn giản

2.2.1.2 Định tính và định lượng bằng khối phổ

Sau khi được tách bằng sắc kí khí, các chất phân tích có thể được xác định bằng các detector như detector bắt giữ điện tử (ECD), detedtor ion hoá ngọn lửa (FID) hay detector khối phổ (MSD) Trong đó detector MS có nhiều ưu điểm như: độ nhạy cao,

độ chọn lọc cao (chế độ quan sát chọn lọc ion – SIM), độ chính xác cao, hơn nữa vẫn

có thể định tính và định lượng các chất phân tích một cách chính xác ngay cả khi quá trình sắc kí không tách được các chất ra khỏi nhau hoàn toàn

Mỗi chất phân tích sẽ được định tính và định lượng bằng cách quan sát chọn lọc một số mảnh m/z đặc trưng và tính toán nồng độ dựa trên tỉ lệ diện tích pic của chất phân tích so với chất nội chuẩn Thông thường, một mảnh m/z sẽ được lựa chọn để làm mảnh định lượng, một hoặc hai mảnh m/z khác được dùng làm mảnh đối chứng Mảnh m/z nào được lựa chọn để quan sát phụ thuộc vào chế độ ion hóa của khối phổ Hai chế độ ion hóa thường được được ứng dụng trong phân tích là ion hóa va đập điện

tử (EI) và ion hóa hóa học âm (NCI)

Đối với chế độ ion hóa EI, chất phân tích sau khi đi qua cột sắc kí sẽ được dẫn vào một buồng, ở đây có một dòng electron có năng lượng động học khoảng 70 eV hoặc thấp hơn chuyển động vuông góc với mẫu và xảy ra va chạm giữa chúng, biến các phân tử trung hoà thành các ion phân tử hoặc các ion mảnh Năng lượng của dòng electron thường không quá cao để hạn chế sự phân mảnh và ion quan sát được là ion phân tử

Chế độ ion hóa CI là cho dòng phân tử khí va chạm với một dòng ion dương hoặc ion âm để biến các phân tử trung hoà thành các ion phân tử hay ion mảnh Trong quá trình này, trước tiên phải biến các phân tử khí thành ion, sau đó các ion này mới va chạm với các phân tử mẫu phân tích Khí tác nhân phổ biến nhất trong CI là khí metan Dưới đây là sự phân mảnh phổ khối lượng của BHT và BHA

Trang 28

Qua tham khảo các tài liệu và để phù hợp với điều kiện phòng thí nghiêm chúng tôi lựa chọn phương pháp sắc kí khí khối phổ GC-MS để định tính và định lượng 2 chất chống oxi hoá là BHT và BHA Chất nội chuẩn được sử dụng là Methyl Merystate (MM) Phương pháp này được chúng tôi tham khảo từ phương pháp tiêu chuẩn ASTM D4275-09 , và các tài liệu tham khảo khác với một số thay đổi để phù hợp với điều kiện của phòng thí ghiệm Dưới đây là sơ đồ cấu tạo của hệ thống sắc kí khí khối phổ

Trang 29

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo hệ sắc kí khí khối phổ Các thí nghiệm trên hệ thống GC-MS bao gồm: phân tích các dung dịch chuẩn BHT, BHA (với các nồng độ 0,05ppm, 0,1ppm, 0,2ppm, 0,5ppm, 1,0ppm, 2,0ppm, 3,0ppm, 4,0ppm, 5,0ppm) từ đó xây dựng đường chuẩn, xác định các giá trị giới hạn phát hiện, giới hạn địnhlượng của thiết bị

2.2.2 Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp

Để xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp xác định hai chất chống oxi hoá BHT và BHA trong nền mẫu polyme chúng tôi tiến hành những nội dung sau

Xây dựng đường chuẩn

Tiến hành khảo sát sự phụ thuộc của hệ số đáp ứng Rf vào nồng độ của các chất cần phân tích Từ dung dịch hỗn hợp chuẩn 100ppm pha tiếp các dung dịch chuẩn trung gian nồng độ 10 và 1,0ppm Từ các dung dịch chuẩn trung gian này pha 1 dãy các dung dịch chuẩn có nồng độ từ 0.05÷5,0mg/l Các dung dịch chuẩn được pha trong cyclohexan Mỗi nồng độ được bơm lặp 3 lần và lấy giá trị trung bình để dựng đường chuẩn

Trang 30

Ở đây Rf được định nghĩa thông qua phương trình sau

Rf = (Ccpt x AIS)/(CIS x Acpt) Trong đó: - Ccpt : Nồng độ chất phân tích (mg/l)

- Acpt : Diện tích píc săc kí cúa chất phân tích

1

1 n b bj b

j b

i

b bi b

) (

1 1

b



Trong trường hợp không phân tích mẫu trắng thì có thể xem độ lệch chuẩn của mẫu trắng Sb đúng bằng sai số của phương trình hồi quy, tức là Sb = Sy và tín hiệu khi phân tích mẫu nền yb = a Khi đó tín hiệu thu được ứng với nồng độ phát hiện

YLOD = a + k.Sy Với độ tin cậy 95%, k = 3 Sau đó dùng phương trình hồi quy

có thể tìm được LOD

Trang 31

xLOD =

3Sy

b Giới hạn định lượng (LOQ) LOQ được xem là nồng độ thấp nhất (xQ) của chất phân tích mà hệ thống phân tích định lượng được với tín hiệu phân tích (yQ) khác có ý nghĩa định lượng với tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu nền

YQ = y b

+ K Sb Thông thường LOQ được tính với K = 10 tức là CQ = 10.SB/b

Hay S/N = 10 nên suy ra LOQ = 3,33 LOD

Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp:

Chúng tôi tiến hành thử nghiệm 2 phương pháp xác định giá trị giới hạn phát hiện của phương pháp như sau:

Phương pháp thứ nhất:

Giới hạn phát hiện (Method detection limit-MDL) và giới hạn định lượng (Method quantity limit-MQL) của phương pháp phân tích đối với BHT và BHA không chỉ phụ thuộc vào LOD, LOQ của thiết bị phân tích mà còn chịu ảnh hưởng bởi qui trình phân tích và tay nghề của người phân tích Các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến MDL và MQL bao gồm: khối lượng mẫu phân tích, thể tích dung dịch mẫu cô đặc, khả năng làm sạch mẫu,…Với giả thiết quá trình làm sạch mẫu đã loại bỏ được các chất gây ảnh hưởng, tín hiệu nền thấp và ổn định thì công thức tính MDL dựa trên LOD như sau:

MDL = LOD.V

m.H(%) Trong đó: - MDL: giới hạn định lượng của phương pháp đối với chất phân tích

(mg/kg mẫu khô)

- LOD: giới hạn phát hiện của thiết bị đối với chất phân tích (ppm hay

Trang 32

mg/l)

- V: thể tích dịch chiết (ml)

- m: khối lượng mẫu phân tích (g mẫu khô)

- H(%): Độ thu hồi Như vậy, giới hạn phát hiện của phương pháp phụ thuộc vào thể tích chiết và khối lương mẫu phân tích Do đó, nếu muốn MDL của phương pháp thấp hơn thì ta có thể làm giàu bằng cách cô đặc dịch chiết bằng thiết bị cô quay chân không, sau đó thổi khô bằng dòng khí trơ yếu (thường là nito), sử dụng 1 lượng dung môi nhỏ hơn, có thể

là 1ml làm thể tích cuối cùng rồi đem phân tích Ta cũng có thể hạ thấp MDL bằng cách tăng khối lượng mẫu phân tích ban đầu

Phương pháp thứ 2:

Trên cơ sở ước tính được giới hạn phát hiện dựa vào đường chuẩn, lựa chọn mẫu

có hàm lượng BHT và BHA nồng độ gấp khoảng 5-7 lần so với giới hạn dự đoán và tiến hành xử lý mẫu như mục 3.3, tiến hành làm lặp 6 lần (từ khâu cân mẫu), kết quả thu được ở bảng

Giới hạn phát hiện LOD của phương pháp được tính theo công thức: LOD = 3s, trong đó s: độ lệch chuẩn Giới hạn định lượng LOQ của phương pháp

LOQ = 3*LOD/10

Để đánh giá LOD đã tính được, tính R = TB/LOD

- Nếu 4 < R < 10 thì nồng độ dung dịch thử là phù hợp và LOD tính được là tin cậy

- Nếu R > 10 thì phải dùng dung dịch thử nồng độ thấp hơn và tính toán lại

- Nếu R < 4 thì phải dùng dung dịch thử nồng độ lớn hơn và tính toán lại

Xác định độ đúng của phương pháp trên nền mẫu thật

Độ đúng cho biết mức độ gần nhau giữa giá trị trung bình của các kết quả thí nghiệm và giá trị thực hay giá trị được chấp nhận là đúng µ Do đó, thước đo độ đúng thường được kí hiệu bằng độ chệch hay đánh giá qua sai số tương đối Có 2 cách thường dung để xác định độ đúng của 1 phương pháp là xác định độ thu hồi của phương pháp và so sánh phương pháp khảo sát với một phương pháp khác được coi

Trang 33

như phương pháp tiêu chuẩn Trong luận văn này, chúng tôi xác định độ đúng thông qua độ thu hồi

Độ thu hồi R% = (Lượng chuẩn tìm thấy/ lượng chuẩn thêm vào) x 100

Xác định độ chụm của phương pháp trên nền mẫu thật

Độ chụm là khái niệm định tính và được biểu thị định lượng bằng độ lệch chuẩn hay hệ số biến thiên Độ chụm cho biết mức độ dao động của các kết quả thí nghiệm lặp lại quanh giá trị trung bình

2.3 Quy trình thực nghiệm

Chuẩn bị mẫu: Nghiền hoặc cắt nhỏ mẫu cỡ 20 mesh (khoảng 0,8mm)

Chuẩn bị mẫu giả: Mẫu túi thu thập được trên thị trường được cắt nhỏ sau đó chiết trong dung môi cyclohexan bằng phương pháp lắc hoặc siêu âm trong 2 giờ Gạn

bỏ dung môi, sấy ở nhiệt độ khoảng 500C hoặc để khô tự nhiên Làm lặp lại cho đến khi dung dịch chiết không còn thấy sự xuất hiện của BHT và BHA

Làm thí nghiệm với mẫu thêm chuẩn trên nền mẫu giả: Mẫu giả được thêm chuẩn hỗn hợp BHT và BHA ở mức 0,5 ; 2,0 và 5,0 ppm sau đó phân tích để đánh giá

độ thu hồi, lặp lại và xác định giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phương pháp theo các điều kiện khác nhau với các đối tượng mẫu khác nhau

2.3.1 Quy trình xử lý mẫu trên nền LDPE

Thực hiện chiết bằng 3 phương pháp là lắc với cyclohexan, chiết hồi lưu với iso propanol; siêu âm với cyclohexan Đưa ra kết luận về phương pháp áp dụng phân tích mẫu thật cho hiệu quả cao nhất

Để khảo sát và đánh giá các điều kiện tách chất phân tích ra khỏi nền mẫu LDPE bằng phương pháp lắc với cyclohexan chúng tôi đã tiến hành như sau: Thêm vào bình nón dung tích 250ml có chứa 2,0g mẫu giả hỗn hợp chất chuẩn 100ppm để được các nồng độ 0,5ppm ; 2,0ppm và 5,0ppm là 3 khoảng nồng độ khác nhau trên đường chuẩn Thêm cyclohexan để được 15,0ml dung dịch Để bình nón qua đêm trong ngăn mát tủ lạnh Trước khi chiết, để bình nón về nhiệt độ phòng sau đó đem lắc Không để mẫu

Trang 34

bám lên thành bình Sau khi lắc, sử dụng xyranh y tế hút mẫu và lọc mẫu qua màng lọc PTFE kích thước 0,45um rồi đem phân tích trên hệ thống GC-MS

Đối với phương pháp chiết hồi lưu với iso propanol chúng tôi đã tiến hành như sau: Thêm vào bình cầu dung tích 250ml có chứa 2,0g mẫu giả hỗn hợp chất chuẩn 100ppm để được các nồng độ 0,5ppm ; 2,0ppm và 5,0ppm là 3 khoảng nồng độ khác nhau trên đường chuẩn Thêm iso propanol để được 25,0ml dung dịch Để bình qua đêm trong ngăn mát tủ lạnh Trước khi chiết, để bình cầu về nhiệt độ phòng sau đó đem chiết hồi lưu trong 1 giờ Sau khi chiết, để nguội về nhiệt độ phòng, sử dụng xyranh y tế hút mẫu và lọc mẫu qua màng lọc PTFE kích thước 0,45um rồi đem phân tích trên hệ thống GC-MS

Với phương pháp siêu âm với cyclohexan chúng tôi đã tiến hành như sau: Thêm vào bình phản ứng nắp lót silicon dung tích 50ml có chứa 2,0g mẫu giả hỗn hợp chất chuẩn 100ppm để được các nồng độ 0,5ppm ; 2,0ppm và 5,0ppm là 3 khoảng nồng độ khác nhau trên đường chuẩn Thêm cyclohexan để được 10,0ml dung dịch Để bình qua đêm trong ngăn mát tủ lạnh Để bình phản ứng về nhiệt độ phòng sau đó đem siêu

âm trong 1 giờ Sau khi chiết, để nguội về nhiệt độ phòng, sử dụng xyranh y tế hút mẫu và lọc mẫu qua màng lọc PTFE kích thước 0,45um rồi đem phân tích trên hệ thống GC-MS

2.3.1 Quy trình xử lý mẫu trên nền HDPE

Để khảo sát và đánh giá điều kiện tách chất phân tích ra khỏi nền mẫu HDPE bằng phương pháp chiết hồi lưu với cyclohexan chúng tôi đã tiến hành như sau: Thêm vào bình cầu dung tích 250ml có chứa 2,0g mẫu giả một thể tích hỗn hợp chất chuẩn 100ppm để được các nồng độ 0,5ppm ; 2,0ppm và 5,0ppm là 3 khoảng nồng độ khác nhau trên đường chuẩn, Thêm cyclohexan để được 25,0ml dung dịch Để bình cầu qua đêm trong ngăn mát tủ lạnh Đưa bình cầu về nhiệt độ phòng sau đó đem chiết hồi lưu trong 1 giờ Sau khi chiết, sử dụng xyranh y tế hút mẫu và lọc mẫu qua màng lọc PTFE kích thước 0,45um rồi đem phân tích trên hệ thống GC-MS

Đối với phương pháp siêu âm với cyclohexan chúng tôi đã tiến hành như sau: Thêm vào bình phản ứng dung tích 50ml có chứa 2,0g mẫu giả một thể tích hỗn hợp chất chuẩn 100ppm để được các nồng độ 0,5ppm ; 2,0ppm và 5,0ppm là 3 khoảng

Trang 35

nồng độ khác nhau trên đường chuẩn, Thêm cyclohexan để được 10,0ml dung dịch Để bình phản ứng qua đêm trong ngăn mát tủ lạnh Đưa bình phản ứng về nhiệt độ phòng sau đó đem siêu âm trong 1 giờ Sau khi chiết, sử dụng xyranh y tế hút mẫu và lọc mẫu qua màng lọc PTFE kích thước 0,45um rồi đem phân tích trên hệ thống GC-MS 2.4 Thiết bị, hóa chất

2.4.1 Thiết bị

- Hệ thống GC-MS Thermo scientific : Trace GC Ultra/ISQ; Cột tách DB5-MS

- Bể siêu âm Elmasonic S100H

- Bể lắc Amerex Insstrument Model 939XL

- Methyl myristate (MM)- Sigma-Aldrich,USA 99,5%

- Cyclohexan dùng cho sắc kí khí, Merck

- Isopropanol dùng cho sắc kí khí, Merck

Trang 36

2.5 Chuẩn bị các dung dịch chuẩn

Các dung dịch chuẩn làm việc được chuẩn bị từ dung dịch chuẩn gốc với dung môi pha loãng là cyclohexan Các dung dịch chuẩn để dựng đường chuẩn được chuẩn

bị từ các dung dịch chuẩn làm việc và cyclohexan, các dung dịch này được pha và bảo quản trực tiếp trong vial thủy tinh tối màu, thể tích của các dung dịch thành phần và dung môi được tính toán là lấy chính xác bằng micropipet

Cân một lượng chính xác BHT và BHA (khoảng 10mg), định mức 5,0ml bằng cyclohexan Từ dung dịch chuẩn này, sử dụng micropipet hút lượng đã tính toán trước vào một bình định mức 50ml và thêm cyclohexan đến vạch thu được hỗn hợp dung dịch chuẩn 100ppm (C1) Sử dụng C1 là dung dịch làm việc MM được sử dụng làm nội chuẩn trong định lượng BHT và BHA Cân, pha MM tương tự như BHT và BHA

Sử dụng dung dịch 25ppm (B) trong cyclohexan làm dung dịch làm việc

Cách chuẩn bị và mục đích sử dụng của các dung dịch chuẩn được trình bày trong bảng 2.1 và bảng 2.2

Bảng 2.1 Cách chuẩn bị dung dịch chuẩn làm việc

Trang 37

Bảng 2.2 Cách chuẩn bị các dung dịch để dựng đường chuẩn

Trang 38

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Tối ưu hóa các điều kiện phân tích hai chất chống oxi hóa BHT và BHA trên

hệ thống GC-MS

3.1.1 Chọn điều kiện bơm mẫu, thông số cho hệ máy GC-MS

Dựa vào các tài liệu tham khảo cùng với khuyến cáo của nhà sản xuất Thermo scientific để phù hợp với cấu hình máy và các điều kiện có sẵn trong phòng thí nghiệm cho phép phân tích hàm lượng BHT, BHA có trong mẫu nhựa đạt được độ chính xác cao, chúng tôi đã chọn các thông số để khảo sát như sau:

- Thể tích bơm mẫu 1µl, chế độ bơm không chia dòng (splitless)

- Khảo sát tốc độ dòng khí mang 0,8ml/phút ; 1,0ml/ phút và 1,2ml/phút

- Khảo sát nhiệt độ cổng bơm mẫu 230°C, 250°C và 280°C

- Khảo sát nhiệt độ nguồn ion 200°C, 220°C và 250°C

- Năng lượng nguồn ion hóa Ei 0,7eV

- Thời gian ngắt dung môi 4,30 phút

- Chế độ quét SCAN : quét ion trong khoảng m/z 30-300 amu

- Chế độ SIM: chọn các ion đặc trưng 43, 57, 74, 87, 137, 165, 180, 205, 220

- Nhiệt độ MS Transfer line : 300°C

- Cột tách : DB-5MS kích thước cột 30m dài x 0,25mm ID x 1,0µm film

3.1.2 Khảo sát nhiệt độ cổng bơm mẫu

Theo các tài liệu tham khảo [24,34], nhiệt độ cổng bơm mẫu có thể chọn từ 230°C÷280°C Nhiệt độ cổng bơm mẫu phải đủ cao để mẫu phân tích được hoá hơi hoàn toàn nhưng lại không được quá lớn để tránh hiện tượng phân huỷ mẫu Chúng tôi khảo sát nhiệt độ cổng bơm ở 230°C ; 250°C ; 280°C với hỗn hợp dung dịch chuẩn BHT và BHA nồng độ 2,0mg/l

Trang 39

Hình 3.1 Sắc đồ sự ảnh hưởng của diện tích pic vào nhiệt độ cổng bơm mẫu

Từ sắc đồ ta thấy ở nhiệt độ 250°C là diện tích píc lớn và đồng đều hơn cả Ở nhiệt độ 280°C diện tích pic của BHA lớn nhưng diện tích pic của BHT nhỏ hơn so với ở nhiệt độ 250°C, có thể do hiện tượng phân huỷ mẫu BHT ở nhiệt độ này Ở 230°C có hiện tượng doãng pic

3.1.3 Khảo sát tốc độ dòng khí mang Heli

Tốc độ khí mang là đại lượng ảnh hưởng đến độ phân giải của chất phân tích theo phương trình Van-Deemter Sự thay đổi tốc độ dòng sẽ làm thay đổi áp suất, thời gian lưu và diện tích pic Dựa vào tài liệu của hãng và các tài liệu tham khảo [24,34] chúng tôi đã lưa chọn khảo sát tốc độ dòng ở 0,8; 1,0 và 1,2 ml/ phút Chúng tôi sử dụng hỗn hợp chuẩn 2,0 ppm để khảo sát

Trang 40

Hình 3.2 Săc đồ sự ảnh hưởng của tốc độ dòng khí mang đến diện tích pic

Từ sắc đồ ta thấy, ở tốc độ dòng 0,8 ml/phút có hiện tượng doãng pic, diện tích pic thấp hơn nhiều so với 2 tốc độ dòng còn lại Tuy ở tốc độ 1,2ml/phút diện tích píc

có lớn hơn nhưng không nhiều so với tốc độ 1,0ml/phút Do đó, để đảm bảo hiệu quả kinh tế mà vẫn đảm bảo hiệu quả phân tích chúng tôi lựa chọn tốc độ dòng là 1,0 ml/phút cho các nghiên cứu tiếp theo

3.1.4 Khảo sát nhiệt độ buồng ion

Căn cứ vào tài liệu của hãng chúng tôi tiến hành khảo sát nhiệt độ nguồn ion ở 200°C; 220°C ; 250°C đối với hỗn hợp dung dịch chuẩn 2,0 ppm

Định dạng
Số trang	86
Dung lượng	1,59 MB