Định lượng iod trong chế phẩm bổ sung iod bằng kỹ thuật đo quang dựa trên phản ứng Moxon Dixon

Ứng dụng phương pháp đo quang định lượng iod trong các thực phẩm 31 3.2.1.. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.5 Các phương pháp định lượng iod trong các mẫu nước và thực phẩm 8 Bảng 3.2 Kết quả đ

LỜI CẢM ƠN

Khóa luận này được thực hiện tại Bộ môn Hóa phân tích và Độc chất trường Đại học Dược Hà Nội

Với lòng biết ơn và kính trọng sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS

Vũ Đặng Hoàng – Giảng viên Bộ môn Hóa phân tích và độc chất – Trường Đại

học Dược Hà Nội, đã dành nhiều thời gian, công sức, tận tình hướng dẫn, giúp

đỡ em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp

Em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô, các anh/chị kỹ thuật viên tại Bộ môn Hóa phân tích và độc chất – Trường Đại học Dược Hà Nội và các anh chị tại Phòng xét nghiệm iod – Bệnh viện Nội tiết Trung Ương đã tận tình chỉ bảo

và tạo những điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn thành khóa luận này

Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, các phòng ban, các thầy cô và toàn thể cán bộ công nhân viên Trường Đại học Dược Hà Nội đã trực tiếp giảng dạy và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và hoạt động tại trường

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới người thân, bạn bè đã luôn động viên

và khuyến khích em trong quá trình học tập cũng như thời gian em thực hiện đề tài này

Hà Nội, tháng 05 năm 2019

Sinh viên Nguyễn Thị Thùy Dung

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 2

1.1 Giới thiệu về nguyên tố iod 2

1.1.1 Trạng thái tự nhiên của nguyên tố iod 2

1.1.2 Đặc điểm, tính chất lý hóa iod 2

1.2 Vai trò của iod với cơ thể 3

1.3 Tình trạng thiếu iod trên thế giới và Việt Nam 4

1.3.1 Nguồn gốc, phân bố iod trong tự nhiên 4

1.3.2 Tình trạng thiếu iod trên thế giới và ở Việt Nam 5

1.3.3 Biện pháp phòng chống rối loạn do thiếu hụt iod 6

1.4 Các phương pháp định lượng iod 7

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16

2.1 Đối tượng, nguyên liệu và trang thiết bị 16

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 16

2.1.2 Nguyên liệu và trang thiết bị 16

2.2 Phương pháp nghiên cứu 17

2.3 Xử lý kết quả thực nghiệm 17

2.4 Cách tiến hành thẩm định các tiêu chí 18

2.4.1 Khoảng tuyến tính 18

2.4.2 Độ lặp phương pháp 18

2.4.3 Độ đúng phương pháp 19

CHƯƠNG III KẾT QUẢ, THỰC NGHIỆM, BÀN LUẬN 20

3.1 Thực nghiệm, kết quả 20

3.1.1 Chuẩn bị hóa chất 20

3.1.2 Xây dựng phương pháp định lượng iod bằng kỹ thuật đo quang dựa trên phản ứng Moxon – Dixon 20

3.1.3 Thẩm định phương pháp 27

3.2 Ứng dụng phương pháp đo quang định lượng iod trong các thực phẩm 31 3.2.1 Định lượng iod trong mẫu hạt nêm bổ sung iod 31

3.2.2 Định lượng iod trong mẫu nước tương 33

3.3 Bàn luận 35

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết

tắt

Optical Emission Spectrometry

Quang phổ nguyên tử phát xạ plasma

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.5 Các phương pháp định lượng iod trong các mẫu nước và thực

phẩm

8

Bảng 3.2 Kết quả đo sự ảnh hưởng các yếu tố còn lại đến phản ứng ở nồng

độ 16 µg/L

25

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 3.1 Hình ảnh độ hấp thụ ở từng bước sóng các dung dịch iodate có

nồng độ iod tương ứng 0 µg/L và 12 µg/L

22

ĐẶT VẤN ĐỀ

Các nguyên tố vi lượng có vai trò rất quan trọng với cơ thể con người Iod

là nguyên tố vi lượng cần cho quá trình tổng hợp hocmon tuyến giáp, duy trì

thân nhiệt, phát triển xương, quá trình biệt hóa và phát triển của não cũng như hệ

thần kinh của bào thai Thiếu iod gây hiện tượng tuyến giáp không đủ hocmon

cần thiết, dẫn đến rối loạn nồng độ hocmon trong cơ thể, gây tổn thương não và

các cơ quan trong cơ thể

Theo thống kê của tổ chức y tế thế giới (WHO), khoảng 35% dân số thế

giới thiếu iod và có nguy cơ mắc các chứng bệnh thiếu iod, trong đó chiếm tỷ lệ

cao mắc chứng về thần kinh[22] Việt Nam cũng nằm trong vùng thiếu iod, theo

số liệu điều tra Bệnh viện Nội tiết Trung ương năm 2008 - 2009 cho thấy tỷ lệ

hộ gia đình sử dụng muối iod đủ tiêu chuẩn phòng bệnh khoảng 70% và khoảng

9,8% trẻ em bị bệnh bướu cổ [4]

Môi trường (khí quyển, thủy quyển, địa quyển) và lương thực, thực phẩm

là nguồn cung cấp iod chính cho con người Khẩu phần iod nên bổ sung vào cơ

thể để đảm bảo nồng độ trung vị iod niệu là 100 – 199 µg/L (theo khuyến cáo

của WHO)[22] Do vậy một giải pháp được đề xuất để phòng chống hiện tượng

rối loạn thiếu iod là bổ sung iod vào thực phẩm được người dân sử dụng hằng

ngày (muối ăn, hạt nêm, nước tương…)

Với mong muốn đề xuất một phương pháp phân tích góp phần kiểm tra

chất lượng của các sản phẩm được bổ sung iod, đề tài này được thực hiện với

nội dung chính như sau:

1 Xây dựng quy trình định lượng iod trong chế phẩm bổ sung iod bằng

phương pháp quang phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến dựa trên phản ứng

Moxon – Dixon

2 Ứng dụng phương pháp được xây dựng để định lượng iod trong một số

thực phẩm bổ sung iod hiện đang lưu hành trên thị trường

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về nguyên tố iod

1.1.1 Trạng thái tự nhiên của nguyên tố iod

Iod tên Hy lạp là Iodes, nghĩa là “tím”, sau này hiệp hội quốc tế về hóa lý thuyết và ứng dụng gọi là Iodine, là nguyên tố hóa học, ký hiệu là I, nguyên tử

số là 53

Iod thuộc nhóm VIIA (họ halogen), là nguyên tố ít hoạt động nhất, độ âm điện thấp nhất trong các halogen Iod dạng tự do thường ở dạng phân tử có công thức I2

Ở điều kiện thường, iod là chất rắn, có màu đen rắn Iod rắn có áp suất hơi lớn nên dễ bay hơi ở nhiệt độ thường và thăng hoa khi đun nóng nhanh, không nóng chảy Hơi iod có màu tím và hóa rắn khi được làm lạnh Trong kĩ thuật, người ta lợi dụng tính thăng hoa này để tinh chế iod [2]

Ngoài ra, iod có thể điều chế từ nguồn tảo bẹ, rong biển và một số loài cây bằng cách: lấy rong biên khô, đốt thành tro rồi hòa tan tro vào nước, sau đó lọc lấy dung dịch, cô dung dịch đến khi muối kết tinh lắng xuống (muối kết tinh là các muối clorua, sulfat); gạn lấy phần nước trong (có muối iod); dùng khí clo hay MnO2 và H2SO4 để oxi hóa I- trong dung dịch thành I2, cho I2 thăng hoa ta

Bảng 1.2 Một số đặc điểm vật lý của iod

2 1845,9 kJ/mol

3 3180 kJ/mol Iod tan trong các dung môi hữu cơ: dung môi hữu cơ là hợp chất không chứa oxy (CHCl3, CCl4, C6H6….) tạo thành dung dịch màu tím; nếu dung môi hữu cơ trong phân tử có chứa oxy (rượu, ete, ceton…) tạo thành dung dịch màu nâu [2]

Iod hòa tan ít trong nước (ở 25 oC độ tan là 0,34 g I2/L) tạo ra dung dịch màu vàng Iod tan nhiều trong dung dịch nước có chứa I- vì có phản ứng I2 + I- =

I-3, dung dịch I3

-có màu nâu và -có tính chất của một hỗn hợp gồm I2 và I- Iod có phản ứng với dung dịch hồ tinh bột loãng tạo thành dung dịch màu xanh, màu xanh sẽ biến mất khi đun nóng dung dịch, nhưng để nguội màu xanh

sẽ xuất hiện trở lại Dung dịch tinh bột loãng được dùng làm chỉ thị để nhận biết

và chuẩn độ tinh iod

1.2 Vai trò của iod với cơ thể

Iod là một nguyên tố vi lượng có vai trò cực kỳ quan trọng trong cơ thể Trên 75% iod trong cơ thể tập trung ở tuyến giáp, phần còn lại được phân bố trong dịch nước bọt, dịch tiêu hóa hay các mô tuyến vú

Chức năng quan trọng nhất của iod là tham gia cấu tạo hocmon T3 iodothyronin) và T4 (Tetra-iodothyroxin), đóng vai trò trong sự điều hòa sự phát triển của cơ thể, sự phát triển bình thường của não, làm tăng quá trình biệt hóa của tế bào não và tham gia vào chức năng của não bộ [23]

(Tri-Khi nhu cầu iod không đáp ứng, tuyến giáp tổng hợp hocmon suy yếu, dẫn đến suy giáp và một loạt các bất thường về chức năng phát triển cơ thể: gây rối loạn nội tiết, các rối loạn này được biểu hiện thành các chứng bệnh đần độn, thiểu năng tuyến giáp và bệnh bướu cổ

Bệnh bướu cổ là biểu hiện rõ ràng nhất của tình trạng rối loạn thiếu iod Bướu cổ là kết quả của sự tăng kích thích tuyến giáp bởi việc tăng hocmon TSH

để tối ưu hóa sử dụng iod trong cơ thể [1]

Nếu thiếu iod trong giai đoạn quan trọng nhất của sự phát triển não bộ (từ giai đoạn bào thai đến tháng thứ ba sau sinh) sẽ gây ra hiện tượng sảy thai liên tiếp, thai chết lưu hoặc đến giai đoạn tái sinh suy tuyến giáp sẽ dẫn đến những thay đổi không thể hồi phục cảu não bộ: đứa trẻ sinh ra bị đần độn do não bị tổn thương vĩnh viễn, thần kinh, trí tuệ và thể chất kém phát triển, có thể gây ra câm điếc, lùn, khả năng tư duy học tập kém…

Thiểu năng tuyến giáp do cơ thể không nhận đủ hocmon tuyến giáp do lượng hocmon tuyến giáp trong máu thấp, sinh ra bệnh với những biểu hiện châm chạp, lờ đờ, buồn ngủ, da khô và táo bón

Iod thường được dùng làm thuốc khử trùng trong y học và các đồng vị iod

tạo hình ảnh và xét nghiệm hoạt động của tuyến giáp, đồng thời để điều trị ung

thư tuyến giáp

1.3 Tình trạng thiếu iod trên thế giới và Việt Nam

1.3.1 Nguồn gốc, phân bố iod trong tự nhiên

Trong môi trường, hàm lượng iod phân bố không đồng đều: Những khu càng xa đại dương càng có nguy cơ thiếu hụt iod (vùng núi cao, có khi vùng lũ lụt hoặc đồng bằng các sông lớn)

Vòng tuần hoàn của iod trong môi trường: iod dễ bị rửa trôi từ đất, sau đó

đi vào các nguồn nước rồi ra biển Từ nước biển, iod theo nước bốc hơi vào không khí Một phần iod được trở lại đất theo nước mưa Tuy nhiên, lượng iod được bổ sung theo mưa không đủ, vì vậy đặc biệt là các vùng núi cao hay xảy ra tình trạng thiếu iod [4]

Các sản phẩm nông nghiệp (lương thực, thực phẩm, gia súc chăn nuôi …) ở các vùng này cũng mang dấu ấn thiếu iod Con người sinh sống bằng các loại sản phẩm đó cũng chịu hậu quả thiếu iod, mắc chứng bệnh chung là bướu cổ

1.3.2 Tình trạng iod trên thế giới và ở Việt Nam

Theo báo cáo của tổ chức y tế thế giới (WHO) năm 2003, ước tính có 35% dân số trên thế giới thiếu iod và sống trong các vùng thiếu iod [23] Kết quả khảo sát được tiến hành trên 126 quốc gia, thuộc 6 khu vực khác nhau về tình trạng thiếu iod ở trẻ em cho thấy: một phần ba trẻ em ở độ tuổi đi học (6 –

12 tuổi) không được cung cấp đủ iod cho cơ thể và có nồng độ iod niệu (UI) <

100 µg/L (bảng 1.3)

Bảng 1.3 Tỷ lệ dân số thiếu iod năm 2003

Lượng iod đưa vào cơ thể (UI < 100 µg/L)

Khu vực

Tỷ lệ (%)

Tổng số ( triệu người)

Tỷ lệ (%)

Tổng số ( triệu người)

1.3.3 Biện pháp phòng chống rối loạn do thiếu hụt iod

Kiểm soát rối loạn thiếu hụt iod (IDD) được đề xuất chủ yếu dựa trên bổ sung iod vào thực phẩm được sử dụng hằng ngày theo hướng dẫn của WHO (bảng 1.4)

Bảng 1.4 Lượng iod cần bổ sung theo WHO [22]

Tại Việt Nam, chương trình phòng chống rối loạn do thiếu hụt iod đã được diễn ra dưới sự phối hợp của tổ chức UNICEF (quỹ nhi đồng liên hợp quốc) và bệnh viện nội Trung Ương vào năm 2005 Hơn 90% hộ gia đình ở Việt nam sử dụng muối iod đủ tiêu chuẩn phòng bệnh và mức độ trung vị nồng độ iod niệu ở phụ nữ có con dưới 5 tuổi nằm trong ngưỡng cho phép Tuy nhiên, năm 2008 – 2009 mức độ bao phủ muối iod đạt chuẩn giảm xuống còn 70% và trung vị nồng độ iod niệu cho thấy lượng iod ăn vào hằng ngày trong khẩu phần

đã bị giảm Do vậy, chương trình phòng chống rối loạn iod đã được bắt đầu lại

từ năm 2013 [4]

1.4 Các phương pháp định lượng iod

Các phương pháp định lượng iod trong thực phẩm bổ sung iod được trình bày tóm tắt trong bảng 1.5

Bảng 1.5 Các phương pháp định lượng iod trong các mẫu nước và thực phẩm

[3]

LOD: 10 μg/L

Với giọt kích thước 9:

LOD: 2,5 μg/L

+ Khoảng thế: - 700 ÷ - 1300 mV + Biên độ xung: 50 mV

+ Thời gian áp xung: 40 ms + Tốc độ quét: 13 mV/s

+ Khoảng thời gian lấy mẫu giữa các lần: 14s + Thời gian rửa: 1s

Khoảng tuyến tính:

0,1 – 200,0 mg/L LOD: 0,049 mg/L LOQ: 0,164 mg/L

Độ thu hồi:

80,48% - 118,1 %

thực phẩm, muối, thực vật

[16]

5 Quang phổ

UV

Dựa trên phản ứng Sandell-Kolthoff là phản ứng trắc quang động học xúc tác dựa trên phản ứng oxi-hóa khử giữa Ce(IV) và As(III) trong môi trường acid

2Ce4+ + 2I- → 2Ce3+ + I2

As3+ + I2 → As5+ + 2I- Hàm lượng iod trong mẫu được xác định bằng sự giảm mật

độ quang của dung dịch trước và sau phản ứng - sau thời gian cố định khi có mặt chất xúc tác iodid tại bước sóng λ=

405 nm,

(ΔA) tỷ lệ với nồng độ iodid trong dung dịch

Khoảng tuyến tính:

0,51 – 5,1 mol/L

LOD: 0,2 μmol/L ( 3,3 mg KI/ kg muối)

Dung dịch sau phản ứng đem đo quang tại bước sóng

λ = 556 nm

Khoảng tuyến tính:

0 – 2,6 ug/ mL LOD: 7,10 ng/mL

Độ thu hồi:

96,2 – 99,2%

Tảo, khoai tây, nước máy, nước mưa

[18]

7 Quang phổ

UV

Nuclear fast red (NFR) hay còn gọi là Kernechtrot, là muối natri của một thuốc nhuộm monosulfonated aminoanthraquinon Xác định iodid dựa trên phản ứng iodid

là chất xúc tác cho quá trình oxi-hóa NFR bởi iodat trong môi trường acid

Sau thời gian 3 phút phản ứng, đo quang ở bước sóng λ =

516 nm

Khoảng tuyến tính:

7-70 ng /mL LOD:

Khoảng tuyến tính:

2 – 35 ng/mL LOD = 1,2 ng/mL

Nước, nước tiểu, muối

và một số thuốc

Khoảng tuyến tính:

0,5 – 190,0 μg/ L LOD: 0,12 μg/ L

Mẫu thực phẩm (bơ, sữa, trứng, khoai tây, táo, )

[12]

10 Quang phổ

UV

Iodid là chất xúc tác trong phản ứng oxi hóa khử giữa Indigo carmin (chất màu) và iodat

Đo sự giảm hấp thụ của của Indigo carmin ở bước sóng λ =

612 nm trong 0,5 – 2,5 phút kể từ khi bắt đầu phản ứng

Khoảng tuyến tính: 40,0-200,0 ng/mL

Cl- + 2BrO3- + 12H+ = Cl2 + Br2 + 6 H2O

Đo sự hấp thụ màu của methyl dacam ở bước sóng λ = 525

nm

Khoảng tuyến tính:

2,0 10-6 – 1,3 10

-4

mol/L LOD : 1,5 x 10-7 mol/L

đo ở bước sóng λ = 550 nm

Khoảng tuyến tính:

2 - 30 μg/ 10 mL

LOD : 0,25 μg/ 10 mL

13 Quang phổ

UV

Bromat phản ứng với Cl- trong môi trường acid tạo ra Br2 và

Cl2 làm mất màu methyl da cam Hydrazin (N2H4) ức chế phản ứng trên bằng cách tác dụng với X2.

Hydrazin phản ứng với iodat Đo sự giảm hấp thụ của methyl da cam khi có mặt iodat ở bước sóng λ = 525 nm trong thời gian 30 -180s kể từ khi bắt đầu phản ứng

Khoảng tuyến tính:

0,03 – 1,2 μg/ mL LOD :

0,02 μg/ mL

UV

Iodid xúc tác phản ứng oxi hóa khử chlorpromazine bởi

hấp thụ cực đại ở bước sóng λ = 525 nm

Khoảng tuyến tính: 0,2 -10 µg/L LOD= 0,2 µg/L

1-15 µg/10mL

Muối, chế phẩm dược

nước biển

[14]

Khoảng tuyến tính: 0 – 12 µg/L LOQ: 2,5 µg/L

Thực phẩm (thịt gà, thịt

bò, rau)

[11]

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng, nguyên liệu và trang thiết bị

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

Bảng 2.1 Các loại thực phẩm bổ sung iod đang lưu hành trên thị trường

Bột canh I-ốt Hải Châu

Nhà sản xuất: Công ty cổ phần bánh kẹo Hải Châu (Nhà máy bánh kẹo Hải Châu)

Số XNCB: 20601/2016/ATTP-XNCB

Số đăng ký Quyền tác giả: 4881/2013/QTG Ngày sản xuất: 01/03/2019

Hạn sử dụng: 01/12/2019 Hạt nêm 3 miền

(bổ sung i-ốt )

Nhà sản xuất: Công ty cổ phần UNIBEN

Số XNCB: 8781/2016/ATTP-XNCB Ngày sản xuất: 26/12/2018

Hạn sử dụng: 26/12/2019 Nước tương MAGGI

(nước tương đậu nành

đậm đặc)

Nhà sản xuất: Công ty TNHH Nestle Việt Nam

Số XNCB: 18260/2013/ATTP-XNCB Ngày sản xuất: 13/08/2018

Hạn sử dụng: 01/02/2020

2.1.2 Nguyên liệu và trang thiết bị

Nguyên liệu

 NaCl, KSCN, NaNO2, HNO3: đạt tinh khiết phân tích

 (NH4)Fe(SO4)2.12H2O (AR ≥ 99,0% - Trung Quốc)

 Bể điều nhiệt WaterBath (Trung Quốc)

 Máy đo quang: U – 5100 UV/VIS spectrophotometer của Hitachi High – Tech Science Corporation, Tokyo, Japan

 Cuvet: thủy tinh bề dày 1 cm

 Máy siêu âm: Ultrasonic LC 60H (ALOKA, Đức)

 Cân phân tích: Sartorius (Sartorius, Đức)

 Máy lắc xoáy Labinco L46 (Đài Loan)

2.2 Phương pháp nghiên cứu

 Kiểm tra và lựa chọn điều kiện thích hợp cho phản ứng Moxon –Dixon để định lượng iod trong thực phẩm bổ sung iod (sử dụng phần mềm MODDE Pro12.1)

 Khảo sát độ lặp lại của phương pháp

thực phẩm bổ sung iod đang lưu hành trên thị trường

2.3 Xử lý kết quả thực nghiệm

Sự phụ thuộc tuyến tính của nồng độ và sự hấp thụ của dung dịch tương ứng được thiết lập bằng phương pháp bình phương tối thiểu với hệ số xác định