Nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích và đánh giá sơ bộ hàm lượng dioxin furan trong mẫu sữa bằng thiết bị sắc kí khí ghép nối khối phổ phân giải cao (HRGC HRMS)

Giới hạn phát hiện MDL và giới hạn định lượng MQL của phương pháp đối với dioxin, furan cho chất béo trong sữa .... Dioxin/Furans được hình thành một cách không chủ định trong quá trình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Thị Xuyên

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH VÀ

ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ HÀM LƯỢNG DIOXIN/FURAN TRONG MẪU SỮA BẰNG THIẾT BỊ SẮC KÍ KHÍ GHÉP NỐI KHỐI PHỔ PHÂN GIẢI CAO

(HRGC-HRMS)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2019

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Thị Xuyên

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH VÀ

ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ HÀM LƯỢNG DIOXIN/FURAN TRONG MẪU SỮA BẰNG THIẾT BỊ SẮC KÍ KHÍ GHÉP NỐI KHỐI PHỔ PHÂN GIẢI CAO

(HRGC-HRMS)

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 8440112.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Vũ Đức Nam

PGS.TS Phạm Thị Ngọc Mai

Lời cảm ơn

Luận văn được hoàn thành với sự hỗ trợ một phần từ đề tài 104.04-2017.12 của Quĩ

phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia

Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Vũ Đức Nam và PGS.TS

Phạm Thị Ngọc Mai đã giao đề tài, truyền thụ cho em nhiều kiến thức và tận tình

hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp

Em cũng xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trung tâm Nghiên cứu và Chuyển giao Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cùng các anh chị

và các bạn trong Phòng thí nghiệm trọng điểm nghiên cứu về Dioxin đã giúp đỡ tận tình và tạo mọi điều kiện tốt nhất để em hoàn thành luận văn này

Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong khoa Hóa Học đặc biệt

là các thầy cô bộ môn Hoá phân tích lòng tri ân sâu sắc

Hà Nội, tháng năm 2019

Học viên cao học

Nguyễn Thị Xuyên

MỤC LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT i

DANH MỤC BẢNG ii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu về các dioxin/furan 3

1.1.1 Cấu trúc, phân loại, tên gọi 3

1.1.2 Tính chất vật lý, hóa học 6

1.1.3 Độc tính của dioxin và cơ chế gây độc 8

1.1.4 Sự hình thành dioxin, furan 10

1.1.5 Các quy định về dioxin, furan 13

1.2 Tổng quan về các phương pháp phân tích dioxin/furan 16

1.2.1 Các phương pháp xử lý mẫu sữa 16

1.2.2 Phương pháp phân tích dioxin, furan trên thiết bị 19

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu 24

2.1.1 Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu 24

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu 24

2.1.3 Phương pháp lấy mẫu, bảo quản mẫu và kết quả lấy mẫu 25

2.2 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 26

2.2.1 Thiết bị 26

2.2.2 Dụng cụ 27

2.2.3 Hóa chất 28

2.1.4 Các dung dịch chuẩn 28

2.3 Phân tích dioxin, furan trên thiết bị HRGC/HRMS 30

2.4 Phương pháp xử lý mẫu sữa 33

2.4.1 Chiết mẫu 33

2.4.2 Làm sạch dịch chiết mẫu 33

2.4.3 Làm giàu mẫu 34

2.5 Tối ưu hóa phương pháp làm sạch và xác nhận giá trị sử dụng của

phương pháp 34

2.5.1 Thí nghiệm với mẫu trắng 34

2.5.2 Tối ưu hóa phương pháp làm sạch 35

2.5.3 Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp phân tích 36

2.5.4 Tính toán kết quả 37

2.6 Quy trình phân tích mẫu 39

2.7 Ước tính liều lượng hấp thụ hằng ngày 40

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41

3.1 Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình làm sạch 41

3.1.1 Thí nghiệm với mẫu trắng 41

3.1.2 Làm sạch trên cột silica gel 42

3.1.3 Làm sạch trên cột than hoạt tính 43

3.1.4 Đánh giá quy trình làm sạch 44

3.2.5 Quy trình phân tích mẫu thực 45

3.2 Đánh giá điều kiện phân tích trên thiết bị 46

3.2.1 Sắc đồ tổng ion và thời gian lưu của các chỉ tiêu PCDD/F 46

3.2.2 Phương trình đường chuẩn, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của thiết bị 48

3.3 Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp 50

3.3.1 Hiệu suất thu hồi 50

3.3.2 Độ lặp lại và độ tái lặp của phương pháp 51

3.3.3 Giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phương pháp 53

3.4 Ứng dụng quy trình phân tích mẫu thực tế 54

3.4.1 Hàm ẩm và hàm lượng chất béo có trong mẫu sữa 54

3.4.2 Hàm lượng PCDD/F trong mẫu thực 55

KẾT LUẬN 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

PHỤ LỤC 64

PHỤ LỤC 1: Nồng độ PCDD/F trong các dung dịch đường chuẩn gốc và dung chuẩn thêm vào mẫu 64 PHỤ LỤC 2: Đường chuẩn của một số chất phân tích 67 PHỤ LỤC 3: Một số sắc đồ phân tích PCDD/F 68

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

GC/MS Gas chromatography/mass

HRGC High Resolution Gas

Chromatography Sắc kí khí phân giải cao

PCBs Polychlorinated biphenyls Polyclo biphenyl

PCDDs Polychlorinated

PCDFs Polychlorinated dibenzofurans Furan

TEF Toxic equivalent factor Hệ số độc tương đương TEQ Toxic equivalent quantity Độ độc tương đương

TDI Tolerable daily intake Ngưỡng tiêu thụ hằng ngày

SIM Selected ion monitơring Chế độ quan sát chọn lọc

ion WHO World Health Organization Tổ chức y tế thế giới

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Số chất dioxin, furan phân loại theo số nguyên tử clo 3

Bảng 1.2 Công thức, tên gọi, kí hiệu của một số PCDD/F 4

Bảng 1.3 Tính chất vật lý của các dioxin và furan 7

Bảng 1.4 LD50 của 2,3,7,8-TCDD đối với một số loài động vật 9

Bảng 1.5 Hệ số độc tương đương của 17 đồng phân dioxin, furan 9

Bảng 1.6 Hàm lượng PCDD/F tối đa cho phép trong thực phẩm [35] 15

Bảng 1.7 Một số phương pháp xử lý mẫu sữa 17

Bảng 1.8 Điều kiện tách dioxin, furan bằng sắc kí 19

Bảng 2.1 Danh sách các mẫu sữa được thu thập 25

Bảng 2.2 Thiết bị sử dụng trong luận văn 27

Bảng 2.3 Dụng cụ sử dụng trong luận văn 28

Bảng 2.4 Hóa chất sử dụng 28

Bảng 2.5 Các dung dịch dựng đường chuẩn và chuẩn làm việc 29

Bảng 2.6 Điều kiện tách và phân tích dioxin, furan bằng HRGC/HRMS 30

Bảng 3.1 Hiệu suất thu hồi các chất chuẩn đồng vị của quá trình làm sạch 44

Bảng 3.2 Hiệu suất thu hồi các chất chuẩn PCDD/F của quá trình làm sạch 45

Bảng 3.3 Thời gian lưu sắc kí của các chỉ tiêu PCDD/F và chất nội chuẩn 47

Bảng 3.4 Phương trình đường chuẩn, giới hạn phát hiện (IDL) và giới hạn định lượng (IQL) của thiết bị 49

Bảng 3.5 Độ lặp lại của phương pháp phân tích 51

Bảng 3.6 Độ tái lặp của phương pháp 52

Bảng 3.7 Giới hạn phát hiện (MDL) và giới hạn định lượng (MQL) của phương pháp đối với dioxin, furan cho chất béo trong sữa 53

Bảng 3.8 Hàm ẩm và hàm lượng chất béo trong mẫu sữa 54

Bảng 3.9 Hàm lượng các PCDD/F trong các mẫu sữa (pg/g chất béo) 55

Bảng 3.10 Hàm lượng TEQ pg/g chất béo trong một số nghiên cứu 56

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Công thức cấu tạo tống quát của PCDD và PCDF 3Hình 1.2 Phản ứng tạo thành dioxin và furan 12Hình 3.1 Sắc đồ phân tích mẫu trắng dung môi nonan 41Hình 3.2 Hiệu suất thu hồi của các chất chuẩn PCDD/F sau khi làm sạch trên cột silica gel 42Hình 3.3 Hiệu suất thu hồi của các chất chuẩn PCDD/F sau khi làm sạch trên cột than hoạt tính 43Hình 3.4 Quy trình phân tích mẫu sữa 46Hình 3.5 Sắc đồ tổng ion của dung dịch chuẩn MCS3 47Hình 3.6 Hiệu suất thu hồi và độ lệch chuẩn tương đối của các chất chuẩn đánh dấu đồng vị và chuẩn làm sạch trong quy trình xử lý mẫu sữa 50

MỞ ĐẦU

Dioxin/Furan là nhóm chất độc nhất trong 21 nhóm chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy bị cấm hoặc hạn chế sử dụng theo Công ước Stockholm do tác động cực kì nguy hại của chúng đến môi trường và thực phẩm Khi đi vào cơ thể người, các chất này có thể ảnh hưởng lớn tới hệ miễn dịch, gây ra các bệnh ung thư và nhiều bệnh nguy hiểm khác Dioxin/Furans được hình thành một cách không chủ định trong quá trình đốt cháy và trong quá trình sản xuất công nghiệp, trong đó các hợp chất 2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-dioxin (2378-TCDD) và 2,3,7,8-tetrachlorodibenzofunran (2378-TCDF) là các hợp chất có hệ số độ độc tương đương (Toxic Equyvalent Factor-TEF) lớn nhất Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng con người tiếp xúc với dioxin/furans chủ yếu qua đường ăn uống (90%) thông qua thịt, cá và các sản phẩm khác như sữa Giống như các hợp chất hữu cơ chứa clo khác, dioxin/furans thường được tích lũy trong các mô mỡ của động vật nên thường được gặp trong các sản phẩm như thịt, cá

và sữa

Sự ô nhiễm dioxin trong môi trường chủ yếu là do khí thải từ nhiều nguồn khác nhau (đốt chất thải và các quá trình nhiệt công nghiệp khác, sản xuất hóa chất, giao thông) phát tán trong không khí và lắng đọng Do tính chất vật lý, phần lớn dioxin, furan hấp phụ trong bụi và các hạt bồ hóng, những hạt này lắng đọng trên đất

và thảm thực vật Cỏ tươi, cỏ khô hoặc ủ chua là nguồn thức ăn chính của các động vật chăn thả như bò, dê, cừu… Đây có thể coi là nguồn gây nhiễm dioxin trong các

mô mỡ của động vật cũng như chất béo trong sữa của các loài động vật này Sữa và các sản phẩm từ sữa là những thực phẩm đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của con người Vì vậy, việc xác định các hợp chất độc hại trong sữa đặc biệt là nhóm chất nguy hiểm như dioxin/furan là rất cần thiết Hàm lượng dioxin/furan trong sữa và các sản phẩm từ sữa tuy nhỏ nhưng độc tính của chúng lại rất cao, do đó đòi hỏi một phương pháp phân tích có độ nhạy, độ chọn lọc cũng như đảm bảo tính chính xác cao Để đáp ứng được các yêu cầu này phương pháp phân tích được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là phương pháp sắc kí khí ghép nối khối phổ phân giải cao

Với mục đích xác nhận quy trình phân tích 17 đồng phân độc của dioxin/furan

trong các mẫu sữa tươi dựa trên phương pháp tiêu chuẩn US EPA 1613B, đồng thời

tối ưu hóa các điều kiện làm sạch mẫu từ đó ứng dụng quy trình phân tích mẫu sữa

tươi nhằm bước đầu đánh giá sơ bộ hàm lượng dioxin/furan trong các mẫu sữa thu

thập tại Hà Nội, chúng tôi thực hiện đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu xây dựng quy

trình phân tích và đánh giá sơ bộ hàm lượng Dioxin/Furan trong mẫu sữa bằng

thiết bị sắc kí khí ghép nối khối phổ phân giải cao (HRGC-HRMS)”

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về các dioxin/furan

1.1.1 Cấu trúc, phân loại, tên gọi

Dioxin là những chất độc hại được giải phóng trong môi trường do các quá trình đốt cháy không hoàn toàn, bao gồm 75 đồng loại Policlo-Dibenzo-p-Dioxin (PCDD) và 135 đồng loại Policlo-Dibenzofuran (PCDF) [11]

Hình 1.1 Công thức cấu tạo tống quát của PCDD và PCDF

Số lượng các chất dioxin, furan trong từng nhóm phân loại theo số nguyên tử clo trong phân tử được đưa ra trong bảng dưới đây [15]

Bảng 1.1 Số chất dioxin, furan phân loại theo số nguyên tử clo

Bảng 1.2 đưa ra công thức, tên gọi và kí hiệu của một số đồng phân dioxin, furan độc

Bảng 1.2 Công thức, tên gọi, kí hiệu của một số PCDD/F

TCDD C12H4Cl4O2

Tetrachlorodibenzo

2,3,7,8-dioxin

12378-PeCDD C12H3Cl5O2

Pentachlorodibenzo-p-dioxin

1,2,3,7,8-3

123478-HxCDD C12H2Cl6O2

Hexachlorodibenzo-p-dioxin

1,2,3,4,7,8-4

123678-HxCDD C12H2Cl6O2

Hexachlorodibenzo-p-dioxin

1,2,3,6,7,8-5

123789-HxCDD C12H2Cl6O2

Hexachlorodibenzo-p-dioxin

1,2,3,7,8,9-6

1234678-HpCDD C12HCl7O2

Heptachlorodibenzo-p-dioxin

1,2,3,4,6,7,8-TT Kí hiệu CTPT CTCT Tên gọi

7 OCDD C12Cl8O2

p-dioxin

2378-TCDF C12H4Cl4O

Tetrachlorodibenzo

2,3,7,8-furan

9 12378_

PeCDF C12H3Cl5O

Pentachlorodibenzo

1,2,3,7,8-furan

10 23478-

PeCDF C12H3Cl5O

Pentachlorodibenzo

2,3,4,7,8-furan

11 123478_

HxCDF C12H2Cl6O

Hexachlorodibenzo

1,2,3,4,7,8-furan

12 123678_

HxCDF C12H2Cl6O

Hexachlorodibenzo

1,2,3,6,7,8-furan

13 234678_

HxCDF C12H2Cl6O

Hexachlorodibenzo

2,3,4,6,7,8-furan

TT Kí hiệu CTPT CTCT Tên gọi

14 123789_

HxCDF C12H2Cl6O

Hexachlorodibenzo

1,2,3,7,8,9-furan

15 1234678_

HpCDF C12HCl7O

Heptachlorodibenzo

1,2,3,4,6,7,8-furan

16 1234789_

HpCDF C12HCl7O

Heptachlorodibenzo

số phân bố giữa 2 pha n-octanol và nước (logKow) nằm trong khoảng 6 đến 9, trong

đó 2,3,7,8-TCDD có logKow = 6,4 Độ phân cực của dioxin rất thấp nên chúng gần như không tan trong nước Độ tan trong nước của các dioxin giảm khi khối lượng

phân tử tăng Dioxin tan tốt hơn trong các dung môi hữu cơ như 1,2-dichlorobenzen, chlorobenzen, chloroform, benzen, và đặc biệt tan tốt trong dầu mỡ Đặc tính ưa dầu (lipophilic) và kị nước (hydrophobic) của dioxin liên quan chặt chẽ với độ bền vững của chúng trong cơ thể sống cũng như trong tự nhiên Hệ số phân bố của dioxin trong các môi trường khác nhau đối với nước đều rất cao, ví dụ hệ số phân bố dioxin giữa đất và nước là 23000, giữa sinh vật và nước là 11000 Các furan có tính chất vật

lí tương tự dioxin, chúng là chất rắn ở nhiệt độ thường, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt

độ sôi cao, áp suất hơi và hằng số định luật Henry thấp, giá trị logKow cao nên các furan cũng tan rất ít trong nước và tan tốt trong dầu mỡ Bảng 1.3 thống kê các tính chất vật lý cơ bản của các đồng phân dioxin, furan [15]

Bảng 1.3 Tính chất vật lý của các dioxin và furan

Tác động của nhiệt độ và hóa chất: Dioxin bay hơi hoàn toàn ở 800°C và phân hủy ở 1200°C đến 1400°C Dùng chất xúc tác có thể giúp hạ nhiệt độ phản ứng phân hủy xuống 300°C Ở nhiệt độ khoảng 250°C, dioxin bị các axit vô cơ có tính oxi hoá mạnh phân huỷ hoàn toàn thành những chất không độc Dưới tác dụng của kiềm đặc, nhiệt độ và áp suất cao, các nguyên tử clo bị thay thế dần bằng các nhóm hydroxyl

để trở hành hợp chất ít độc

Tác động của các bức xạ điện từ: Ánh sáng mặt trời và tia tử ngoại phân huỷ dioxin theo hướng đề clo hoá, sinh ra các sản phẩm thế clo thấp hơn hoặc không chứa clo Sự quang phân TCDD, ngoài tác dụng trực tiếp của ánh sáng mặt trời còn cần phải có các chất cung cấp hidro Ngoài ra, để xử lí dioxin trong nước, người ta bổ sung ozon vào nước trước khi chiếu tia tử ngoại, tốc độ quá trình phân hủy tăng nhanh, đồng thời cho sản phẩm phân hủy là CO2 và các muối vô cơ

Tác động của vi sinh vật: Vi sinh vật phân hủy dioxin với tốc độ chậm Trong

số các vi sinh vật có sẵn trong đất, nước, không khí, chỉ có dòng vi sinh vật nào sản sinh ra hidro mới có khả năng phân huỷ hết dioxin Vi sinh vật tiết ra các enzym cắt dioxin thành các phần tử nhỏ rồi hút vào, sau đó là một loạt các phản ứng sinh hóa phức tạp, tuy nhiên quá trình khử độc xảy ra rất chậm chạp

1.1.3 Độc tính của dioxin và cơ chế gây độc

Độc tính:

Dioxin là một trong những hợp chất độc nhất mà con người biết đến Trong nhóm DRCs thì 2,3,7,8-TCDD là chất độc nhất, nó là chất gây ung thư cho người (ung thư tổ chức phần mềm, ung thư tiền liệt tuyến, ung thư đường hô hấp như ung thư phổi, phế quản, khí quản, thanh quản), ngoài ra nó còn là tác nhân gây ra một loạt các bệnh nguy hiểm khác như bệnh sạm da, bệnh tiểu đường, bệnh đa u tủy, u lympho

ác tính, bệnh thần kinh ngoại vi,…có thể dẫn đến tử vong Nguy hiểm hơn, TCDD còn gây thiểu năng sinh dục cho cả nam và nữ, sinh con quái thai, dị dạng 2,3,7,8-TCDD được Tổ chức Nghiên cứu Ung thư Quốc tế – IARC xếp vào nhóm độc loại 1 tức là nhóm gây ung thư dẫn đến tử vong đối với người Độc tính của dioxin được thể hiện qua giá trị liều gây chết trung bình (Median Lethal Dose – LD50),

2,3,7,8-tức là khối lượng chất độc trên một đơn vị thể trọng để làm chết 50% số vật thí nghiệm Giá trị LD50 phụ thuộc vào độc tính của chất, đặc trưng loài và con đường tiếp xúc, nhìn chung LD50 càng thấp thì chất càng độc LD50 thường được nghiên cứu trên các loài động vật rồi sử dụng các hệ số chuyển đổi để ước tính cho con người

LD50 của 2,3,7,8-TCDD đối với một số loài động vật được đưa ra trong Bảng 1.4

Bảng 1.4 LD 50 của 2,3,7,8-TCDD đối với một số loài động vật

Bảng 1.5 Hệ số độc tương đương của 17 đồng phân dioxin, furan

1

1 0,1 0,1 0,1 0,01

Dibenzofuran (PCDF)

0,1 0,05 0,5 0,1 0,1 0,1

0,1 0,03 0,3 0,1 0,1 0,1

Tên hợp chất WHO-TEF Tên hợp chất WHO-TEF

1,2,3,4,6,7,8-HpCDF 1,2,3,4,7,8,9-HpCDF OCDF

0,1 0,01 0,01 0,0001

0,1 0,01 0,01 0,0003

Cơ chế gây độc:

Điều khác biệt giữa dioxin và các chất độc môi trường khác là dioxin có khả năng gây ảnh hưởng ngay cả ở những liều tiếp xúc rất nhỏ và ảnh hưởng có thể kéo dài từ thế hệ này sang thế hệ khác Nghiên cứu về cơ chế gây độc đã chỉ ra rằng dioxin

có khả năng ảnh hưởng tới quá trình sao mã các thông tin di truyền và tổng hợp protein tại nhân tế bào Việc tổng hợp protein một cách không kiểm soát của cơ thể

là nguyên nhân gây ra những tai biến về sức khỏe ví dụ như bệnh ung thư Thêm vào

đó, việc gây nhiễu loạn trong quá trình sao mã cũng dẫn tới hậu quả làm thay đổi các thông tin di truyền và gây ra những đột biến về gen di truyền từ thế hệ này sang thế

hệ khác

Dioxin kết hợp với chất thụ cảm nhân thơm AHR (Aryl Hydrothan Receptor), cặp phức chất này tương tác tiếp với phối tử chuyển nhân ARNT (Aryl Hydrothan Nuclear Translocator) và di chuyển vào nhân tế bào Tại đây dioxin trong phức chất tương tác với một đoạn gen đặc hiệu trong chuỗi ADN có tên gọi là AHRE (Aryl Hydrothan Response Element), hoặc còn được gọi là DRE (Dioxin Response Element), kết quả dẫn tới sự sao mã sai lệch của mRNA và gây ra sự tổng hợp của nhiều gen và enzim khác nhau [2]

1.1.4 Sự hình thành dioxin, furan

Sự hình thành trong môi trường:

Một phần nhỏ dioxin có thể được tạo thành do các quá trình cháy trong tự nhiên nhưng nguồn chủ yếu là sản phẩm phụ của các hoạt động sản xuất công nghiệp cũng như dân sinh [20]

Dioxin được phát thải ra môi trường chủ yếu qua các hoạt động đốt rác, sản xuất sắt thép, đốt nhiên liệu (than đá, dầu mỏ và khí thiên nhiên) và một số quá trình công nghiệp có sự tham gia của các hợp chất chứa Clo hay sản xuất các hợp chất cơ Clo (clophenols) như các nhà máy giấy hay nhà máy sản xuất thuốc diệt cỏ và thuốc trừ sâu Ngoài ra một lượng nhỏ PCDD/F cũng được phát hiện trong khói thuốc lá, các hệ thống sưởi và các động cơ chạy bằng chì và dầu diesel Dioxin/furan được hình thành trong quá trình đốt cháy và quá trình nhiệt thông qua 3 cơ chế sau đây:

 Sự phá hủy không hoàn toàn các hợp chất dioxin đã có sẵn trong thành phần của các vật liệu đốt như nhiên liệu, chất thải,…Nếu quá trình đốt không hiệu quả, công nghệ đốt và các hệ thống kiểm soát ô nhiễm trong quá trình vận hành lò đốt kém, không đảm bảo các điều kiện cần thiết cho quá trình cháy hoàn toàn, bao gồm nhiệt độ cháy, thời gian lưu cháy và độ trộn lẫn với oxy (Temperature, Time and Turbulance – 3T) thì dioxin/furan chưa bị phá hủy sẽ thoát ra môi trường theo các nguồn thải của lò đốt

 Sự hình thành dioxin trong lò đốt thông qua phản ứng hóa học giữa các hợp chất tiền dioxin Các hợp chất tiền dioxin thường là các chất hữu cơ có nhân thơm và

dị tố clo, ví dụ như các clobenzen, clophenol và clobiphenyl Nếu quá trình cháy xảy

ra không hoàn toàn do chưa đủ các điều kiện 3T, các tiền chất nói trên thể được hình thành như là những sản phẩm trung gian Trong điều kiện đó, sự có mặt của clo sẽ dẫn đến phản ứng giữa tiền chất với clo để hình thành dioxin và furan

 Sự hình thành dioxin do phản ứng tổng hợp từ đầu (de novo synthesis) Dioxin được hình thành bởi sự oxy hóa và chuyển hóa của cacbon dạng cao phân tử (như than, than củi, muội) thành các hợp chất mạch vòng rồi kết hợp với clo và hydro Yếu

tố ảnh hưởng đến sự tổng hợp dioxin theo cơ chế này gồm: (1) nhiệt độ 250 – 400°C,

ở 1000°C các phản ứng vẫn có thể xảy ra; (2) nguồn cacbon từ tro bay của khí thải; (3) oxy trong khí thải, đây là điều kiện thiết yếu, hàm lượng oxy càng cao sẽ càng dễ hình thành dioxin/furan; (4) nguồn hydro và clo chủ yếu từ các hợp chất vô cơ liên kết với các hạt cacbon rắn; (5) ion Cu2+ xúc tác mạnh mẽ cho quá trình này; và (6)

yếu tố ngăn cản hoặc ức chế quá trình này là sự làm nguội nhanh dòng khí thải và sự

có mặt của một số chất phụ gia

Hình 1.2 Phản ứng tạo thành dioxin và furan

Một nguyên nhân khác tạo ra các nguồn phát thải dioxin chính là các quá trình đốt cháy hở (open burning) mà ví dụ điển hình là các đám cháy tại các bãi rác thải sinh hoạt

Sự hình thành trong thực phẩm:

Thực phẩm được xác định là con đường chính tiếp xúc với con người với Dioxin (PCDD) và Furan (PCDF) Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng 90-95% lượng dioxin hấp thụ vào cơ thể là do tiêu thụ thực phẩm bị nhiễm dioxin [13,33] Sự ô nhiễm có thể khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc của thực phẩm Thịt, trứng, sữa, cá nuôi và các sản phẩm thực phẩm khác có thể do bị ô nhiễm dioxin từ thức ăn chăn nuôi, có thể do mức độ ô nhiễm môi trường địa phương cao (từ lò đốt rác thải địa phương)

Các ô nhiễm môi trường bởi dioxin chủ yếu là do sự di chuyển và lắng đọng của khí thải từ nhiều nguồn khác nhau (đốt rác thải, sản xuất hóa chất, giao thông, v.v.) Đây cũng là nguyên nhân chính dẫn đến sự ô nhiễm dioxin trong các loại lá cây, đồng cỏ và thức ăn thô Lá và cỏ là nguồn thức ăn chính của động vật chăn thả hoặc

được con người cắt sau đó được bảo quản dạng khô hay ủ chua Dioxin là hợp chất kém hòa tan trong nước nhưng lại được hấp phụ lên các hạt khoáng hoặc hữu cơ ở lớp huyền phù trong nước Dioxin phát thải trong không khí và lắng đọng trên bề mặt biển sau đó tập trung dọc theo chuỗi thức ăn của thủy hải sản Trong cơ thể động vật, dioxin không được chuyển hóa và thải ra ngoài trong phân hay nước tiểu mà tập trung trong các mô mỡ của thịt bò và bò sữa, gia cầm, thịt lợn hoặc hải sản Về mặt lý thuyết, tuổi thọ của động vật càng dài thì tiềm năng tích lũy Dioxin trong mô mỡ của

nó càng cao [8] Khi con người tiêu thụ thịt, mỡ, sữa và các sản phẩm từ thịt, sữa động vật thì sẽ có nguy cơ bị phơi nhiễm với dioxin

1.1.5 Các quy định về dioxin, furan

Hệ thống Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường bao gồm các quy định

về chất lượng môi trường xung quanh và tiêu chuẩn về chất thải (giới hạn phát thải vào các thành phần môi trường không khí, nước mặt, nước dưới đất, nước biển ven

bờ, đất, trầm tích, sinh học, chất thải rắn,…) Cùng với các Quy chuẩn quy định về giới hạn nồng độ các chất, còn có các Tiêu chuẩn về phương pháp đo kèm theo

Một số Tiêu chuẩn quốc gia (TCVN) về dioxin được Bộ Khoa học và Công nghệ ban hành như: TCVN 8183:2009: Ngưỡng dioxin trong đất và trầm tích; TCVN 7556-1:2005: Lò đốt chất thải rắn y tế - Xác định nồng độ khối lượng PCDD/PCDF – Phần 1: Lấy mẫu; TCVN 7556-2:2005: Lò đốt chất thải rắn y tế - Xác định nồng độ khối lượng PCDD/PCDF – Phần 2: Chiết và làm sạch; TCVN 7556-3:2005: Lò đốt chất thải rắn y tế - Xác định nồng độ khối lượng PCDD/PCDF – Phần 3: Định tính

và định lượng Phương pháp lấy mẫu, phân tích dioxin trong các đối tượng khác chủ yếu được tham khảo từ phương pháp tiêu chuẩn của các tổ chức uy tín trên thế giới như US EPA

Một số Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN) về dioxin được Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành như:

 QCVN 07:2009/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại, ban hành kèm theo Thông tư số 25/2009/TT-BTNMT, có hiệu lực thi hành

từ ngày 01/01/2010

 QCVN 41:2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về đồng xử lí chất thải nguy hại trong lò nung xi măng, ban hành kèm theo Thông tư số 44/2011/TT-BTNMT, có hiệu lực thi hành từ ngày 01/03/2012

 QCVN 45:2012/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn cho phép của dioxin trong một số loại đất, ban hành kèm theo Thông tư số 13/2012/TT-BTNMT, có hiệu lực thi hành từ ngày 25/12/2012

 QCVN 02:2012/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về lò đốt chất thải rắn

y tế, ban hành kèm theo Thông tư số 27/2012/TT-BTNMT, có hiệu lực thi hành từ ngày 01/03/2013

 QCVN 30:2012/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về lò đốt chất thải công nghiệp, ban hành kèm theo Thông tư số 27/2012/TT-BTNMT, có hiệu lực thi hành

từ ngày 01/03/2013

 QCVN 51:2013/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp sản xuất thép, ban hành kèm theo Thông tư số 32/2013/TT-BTNMT, có hiệu lực thi hành từ ngày 01/01/2014

Hiện tại, Việt Nam chưa có đủ các Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia quy định hàm lượng tối đa cho phép của tổng PCDD/PCDF trong các đối tượng chất thải của các ngành công nghiệp có khả năng phát thải dioxin cũng như các đối tượng môi trường như nước và không khí xung quanh, đây là một trong những trở ngại lớn cho việc kiểm soát, hạn chế và loại bỏ dioxin trong các hoạt động sản xuất công nghiệp nói riêng và trong công tác bảo vệ môi trường nói chung

Đối với nền mẫu thực phẩm, Việt Nam cũng chưa có quy định về hàm lượng tối đa cho phép của tổng PCDD/F Hiện nay, ủy ban châu Âu EU [35] có đưa ra ngưỡng hàm lượng tối đa cho phép của WHO-PCDD/F-TEQ đối với một số nền mẫu thực phẩm trong bảng 1.6 Mức tối đa thể hiện trên chất béo không áp dụng cho thực phẩm chứa <2% chất béo Đối với thực phẩm chứa ít hơn 2% chất béo, mức tối đa áp dụng là mức trên cơ sở sản phẩm tương ứng với mức trên sản phẩm cơ sở cho thực phẩm chứa 2% chất béo, được tính từ mức tối đa được thiết lập trên cơ sở chất béo,

sử dụng công thức sau: Mức tối đa được biểu thị trên cơ sở sản phẩm đối với thực phẩm chứa ít hơn 2% chất béo = mức tối đa được biểu thị trên chất béo cho thực phẩm

đó x 0,02

Bảng 1.6 Hàm lượng PCDD/F tối đa cho phép trong thực phẩm [35]

3 Cơ thịt của cá, thủy sản sản phẩm và các

4

Cơ thịt của cá nước ngọt đánh bắt tự

nhiên (trừ loài cá diadromous) và các sản

phẩm của chúng

3,5 pg/g trọng lượng ướt

5 Dầu (dầu cá, dầu gan cávà dầu của các

sinh vật biển khác con người sử dụng) 1,75 pg/g chất béo

6 Sữa tươi và các sản phẩm từ sữa, bao

10 Dầu thực vật và chất béo từ thực vật 0,75 pg/g chất béo

11 Thức ăn cho trẻ sơ sinh và trẻ em 0,1 pg/g trọng lượng ướt

Hiện nay, các quy định quốc tế về dioxin chủ yếu tập trung về ngưỡng tiếp xúc

và tiếp nhận của dioxin đối với con người Tổ chức Y tế thế giới (WHO 1998) quy định lượng tiêu thụ dioxin chấp nhận hàng ngày là 1– 4 pg WHO-TEQ/kg trọng lượng

cơ thể/ngày Ủy ban Chuyên gia về phụ gia thực phẩm (JECFA 2001) quy định liều lượng dioxin chấp nhận hàng ngày, hàng tuần, hàng tháng lần lượt là 2,3 pg TEQ/kg

trọng lượng cơ thể/ngày; 16,1 pg TEQ/kg trọng lượng cơ thể/tuần và 70 pg TEQ/kg trọng lượng cơ thể/tháng

1.2 Tổng quan về các phương pháp phân tích dioxin/furan

1.2.1 Các phương pháp xử lý mẫu sữa

Qua tham khảo một số nghiên cứu về các phương pháp phân tích dioxin, furan trong mẫu sữa có thể thấy một số điểm đáng chú ý sau đây:

Các phương pháp điển hình để tách chiết các hợp chất dioxin/furan ra khỏi nền mẫu sữa gồm: chiết lỏng-lỏng (đối với mẫu sữa tươi); chiết Soxhlet, chiết gia tốc dung môi (ASE), chiết bằng hệ thống chiết chất lỏng cao áp và chiết nhanh (đối với mẫu sữa khô) và một số phương pháp khác Tùy vào mục đích và điều kiện phòng thí nghiệm mà áp dụng các kỹ thuật chiết phù hợp Trong đó một phương pháp cổ điển chiết được với hiệu suất khá cao nên được ưa dùng là phương pháp chiết Soxhlet, nhưng phương pháp này có nhược điểm là khá tốn thời gian (khoảng 8h-48h) và sử dụng nhiều dung môi gây ảnh hưởng đến môi trường Phương pháp chiết nhanh bằng thiết bị E914/E916 là một phương pháp mới nhằm tách các hợp chất hữu cơ ra khỏi các nền mẫu rắn và bán rắn dựa vào áp suất, nhiệt độ cao tăng hiệu quả chiết So với phương pháp chiết truyền thống (chiết Shoxhlet), phương pháp này có ưu điểm là thời gian chiết ngắn (khoảng 2h-4h tùy vào nền mẫu) và lượng dung môi được hạn chế tối đa, vì vậy chi phí phân tích sẽ giảm đi đáng kể cũng như giảm thiểu lượng dung môi thải ra môi trường Dung môi sử dụng trong các phương pháp chiết mẫu sữa là các dung môi phân cực như ethanol, methanol nhằm chiết chất béo ra khỏi nền mẫu, ngoài ra các dung môi toluen, diclometan chiết các chất phân tích ra khỏi mẫu

Sau khi các hợp chất dioxin/furan được tách chiết ra khỏi nền mẫu, các bước làm sạch rất cần thiết để loại bỏ các hợp chất có thể gây cản trở trong quá trình phân tích Kỹ thuật sử dụng cột silica gel thường, silica gel đa lớp, cột than hoặt tính, cột nhôm thường được sử dụng để loại nền cản trở Dung môi rửa giải thường được sử dụng là n-hexan, toluen hay hỗn hợp với các tỉ lệ khác nhau của n-hexan/DCM Tùy thuộc vào mục tiêu tách chất mà sử dụng cột tách và dung môi tối ưu

Bảng 1.7 tóm tắt một số phương pháp xử lý mẫu sữa của một số tác giả

Bảng 1.7 Một số phương pháp xử lý mẫu sữa

và 1g Na2SO4kh, 0,5g silica gel, 1g Na2SO4kh (cột dưới)

-Rửa giải bằng 50 mL hỗn hợp diclometan/ hexane 25% và

100 ml toluene

- LOD: 0,1 ppb -LOQ: 0,3 ppb -Hiệu suất thu hồi: 2,3,7,8 TCDF (82-86%); 2,3,4,7,8

methanol (5/2/1, v/v/v) trong 2 chu kì 5 phút tại P=10 MPa, t°= 100°C

Đối tượng Chiết Làm sạch Thông số phân tích TLTK

ethanol (5/2/1, v/v/v) tại áp suất 1700psi, nhiệt độ 120°C

-Cô quay, xác định hàm lượng chất béo

-Làm sạch trên cột silica gel đa lớp và cột than hoạt tính

- LOD (2,3,7,8-TCDD):

0,06 pg/g chất béo

- Hiệu suất thu hồi: 13PCDD/F (82 ± 10%), 37Cl-2,3,7,8-TCDD (85 ± 9%), chất chuẩn: 60−120%

độ 100°C

-Xác định hàm lượng chất béo

-Làm sạch bằng hệ thống MIURA GO-4HT bằng cách ghép nối các cột làm sạch: cột bạc nitrat, cột axit sunfuric, cột than hoạt tính và cột nhôm

- Xác định hàm lượng chất béo

- Làm sạch trên cột than hoạt tính, cột axit-bazơ và cột nhôm

- LOD: 2,3,7,8-TCDD (0,1 pg/g chất béo), 1,2,3,7,8-PeCDD (0,2 pg/g chất béo) [3]

1.2.2 Phương pháp phân tích dioxin, furan trên thiết bị

Tách các hợp chất dioxin, furan bằng sắc kí khí

Dioxin, furan chứa nhiều đồng phân hoặc đồng loại có cấu trúc tương tự do đó phổ khối của đồng phân của chúng (ví dụ, tetra dioxin) về cơ bản là giống hệt nhau Ngoài ra, đồng loại của mức độ halogen hóa cao hơn có thể phân mảnh trong phổ khối để hình thành các ion gây nhiễu ở tỷ lệ khối lượng-điện tích của các mức halogen hóa thấp hơn tương ứng của chúng Phần lớn các đồng phân dioxin và furan không được coi là độc hại, vì vậy yêu cầu đặt ra là phải có một cột sắc ký hoặc kết hợp các cột có thể tách riêng 17 đông phân độc hại ra khỏi 193 đồng phân còn lại [29] Việc đồng rửa giải của các đồng phân không độc hại hoặc những yếu tố bên ngoài khác có thể dẫn đến kết quả sai lệch, ví dụ PCB có thể ảnh hưởng đến dioxin [4]

Các yếu tố cơ bản quyết định phép tách sắc kí các hợp chất dioxin, furan 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 Điều kiện cụ thể trong một số tài liệu được tổng hợp trong Bảng 1.8

Bảng 1.8 Điều kiện tách dioxin, furan bằng sắc kí Chất phân

DB-5MS (60 m × 0,25

mm × 0,25 μm)

120°C trong 3 phút, tăng lên

170 °C (tốc độ 20°C/phút);

tăng đến 260°C (tốc độ 3°C/phút); tiếp tục tăng đến 300°C (25°C/phút), giữ trong 3 phút

Tổng thời gian phân tích: 43 phút

90°C trong 1,5 phút; tăng lên 180°C (tốc độ 25°C/phút); tăng đến 260°C (tốc độ 3°C/phút và giữ trong 25 phút

[39]

Tổng thời gian phân tích:

56,8 phút Dioxin,

Furan

He (1mL /phút)

RTX-200 (30 m

× 0,25 mm × 0,25 μm)

150°C trong 1 phút; tăng lên 200°C (tốc độ 10°C/phút);

tiếp tục tăng đến 310°C (5°C/phút), giữ trong 5 phút

Tổng thời gian phân tích: 33 phút

[32]

Dioxin,

furan

He (1mL /phút)

DB-5MS (60 m × 0,32 mm

× 0,25 μm)

120°C trong 1 phút; tăng lên 220°C (tốc độ 20°C/phút), giữ 20 phút; tăng đến 300°C (tốc độ 5°C/phút và giữ trong 18 phút

Tổng thời gian phân tích: 60 phút

[16]

Dioxin,

furan

Heli (1,5mL /phút)

Rtx-Dioxin2 (60

m × 0,25 mm × 0,2 μm)

130°C trong 1,5 phút; tăng lên 260°C (tốc độ 30°C/phút); tăng đến 305°C (tốc độ 5°C/phút) và giữ trong 20 phút; tiếp tục tăng đến 310°C (tốc độ 20°C/phút và giữ trong 15 phút

Tổng thời gian phân tích:

biến nhất là cột DB-5MS Ngoài ra cột Rtx cũng được sử dụng khá nhiều trong phân tích dioxin Để phân tích được các PCDD/F cần dùng cột có chiều dài lớn thường là

60 m, lớp phim pha tĩnh thường dày 0,25 μm Phân tích Dioxin bằng GC-HRMS sử dụng cột có pha tĩnh chứa 5% phenyl-dimethyl thông thường, kích thước cột 60 m × 0,25 mm×0,25 mm thời gian phân tích thường khoảng 50 phút Trước khi phân tích mẫu, thiết bị phải được điều chỉnh đến độ phân giải 10.000 và sau đó được hiệu chuẩn

Độ phân giải (ΔM/M) 10.000 là điều kiện cân bằng tốt nhất giữa độ chọn lọc (loại

bỏ hầu hết các hợp chất gây nhiễu không được loại bỏ bằng cách chuẩn bị mẫu) và

độ nhạy trên thiết bị điện từ

Nếu sử dụng cột microbore có đường kính trong nhỏ hơn và màng mỏng hơn (đường kính trong <0,20 mm và độ dày màng <0,18 μm) có thể làm giảm đáng kể thời gian phân tích Nếu tỷ lệ pha (tỷ lệ độ dày màng với đường kính trong cột) không đổi, thời gian lưu tương đối không thay đổi Khi đường kính trong và độ dày giảm và

tỷ lệ của chúng được giữ không đổi, thời gian lưu giảm và đỉnh pic sẽ hẹp hơn và cao hơn Cột microbore có số đĩa lý thuyết nhiều hơn và chiều cao thấp hơn (HETP) so với cột cổ điển dẫn đến số đĩa lý thuyết tăng đáng kể trên mỗi mét, cho phép sử dụng cột ngắn hơn Cột microbore yêu cầu áp lực đầu cột cao hơn, lưu lượng cao hơn và tốc độ tăng nhiệt độ cao hơn có thể giảm thời gian phân tích lên đến dẫn đến giảm thời gian chạy phân tích lên tới 50% và tăng chiều cao pic lên đến 5 lần [18,23,24,30]

Nhiệt độ cổng bơm mẫu phải đủ cao để đảm bảo hóa hơi được toàn bộ mẫu, thông thường nhiệt độ này khoảng 290oC, có thể đến 325oC Đối với các hỗn hợp PCDD/F thì chương trình nhiệt độ cho lò cột được chia thành nhiều giai đoạn phức tạp, tốc độ tăng nhiệt độ của từng giai đoạn phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp cần tách

Định tính và định lượng bằng HRMS:

Sau khi được tách bằng sắc kí khí, các hợp chất dioxin, furan được xác định bằng detector khối phổ Thiết bị phổ khối phân giải cao (HRMS) được sử dụng lần đầu tiên vào đầu nhưng năm 1970s và là thiết bị có độ nhạy và chọn lọc nhất đối với phân tích dioxin [6,7,10] Các phương pháp tiêu chuẩn US EPA 1613B, 8290A

[36,37] cũng như các nghiên cứu về dioxin đã công bố hầu hết sử dụng thiết bị HRMS

để định tính và định lượng dioxin, furan bằng phương pháp pha loãng đồng vị Các

ưu điểm của HRMS và phương pháp pha loãng đồng vị và nội chuẩn là: độ nhạy cao,

độ chọn lọc cao (chế độ quan sát nhiều phản ứng – MRM), độ chính xác cao (do sử dụng chất đồng hành là hợp chất đánh dấu đồng vị 13C12 của các chất phân tích, các hợp chất này không có trong mẫu phân tích và có tính chất hoàn toàn tương tự với các chất phân tích nên có tương tác giống với chất phân tích trong toàn bộ quá trình phân tích), hơn nữa vẫn có thể định tính và định lượng dioxin, furan một cách chính xác ngay cả khi quá trình sắc kí không tách được các chất ra khỏi nhau hoàn toàn Mỗi đồng loại dioxin, furan 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 hợp chất đánh dấu đồng vị tương ứng 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 được ứng dụng trong phân tích dioxin, furan 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 cột sắc kí sẽ được chuyển vào một chùm electron có năng lượng động học khoảng 70 eV hoặc thấp hơn Khi sử dụng chế độ quan sát SIM, số lượng các ion tạo ra nên càng ít càng tốt vì vậy để giảm mức độ phân mảnh và ion quan sát được là ion phân tử, năng lượng của dòng electron thường được sử dụng là 35 eV Năng lượng dòng electron giảm làm giảm mức độ phân mảnh và tăng cường tín hiệu ion phân tử nhờ đó tăng độ nhạy

Ion hóa hóa học ion âm bắt giữ điện tử (ECNI) là một dạng ion hóa hóa học

âm (NCI) sử dụng khí thử như metan để hấp thụ năng lượng từ các electron và dễ dàng gắn vào các phân tích Độ nhạy của hầu hết các hợp chất đa halogen như PCDD/PCDF tăng khi mức độ clo hóa trong ECNI tăng lên và đối với hầu hết các đồng loại, độ nhạy trong NCI lớn hơn nhiều so với EI Tuy nhiên, riêng đối với 2,3,7,8-TCDD, anion Cl- [17] là pic cơ sở dẫn đến anion phân tử 2,3,7,8-TCDD trong NCI có cường độ NCI thấp hơn nhiều so với ion phân tử trong EI Do sự hiện diện

của nhiều hợp chất clo hóa khác trong hầu hết các dịch chiết mẫu, anion Cl xuất hiện phổ biến, do đó việc quan sát Cl là không chọn lọc Ion hóa hóa học sử dụng O2 làm khí thử cũng đã được nghiên cứu [9] Phương pháp này có thể được sử dụng để phân biệt các đồng loại khác nhau, nhưng khó sử dụng hơn EI rất nhiều và không đủ nhạy

để sử dụng cho mục đích phân tích siêu vết với các nguồn chân không ion hóa hóa học thông thường

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu

2.1.1 Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu gồm ứng dụng và phát triển phương pháp phân tích tiêu chuẩn US EPA 1613B nhằm xây dựng qui trình phân tích các PCDD/F bằng phương pháp HRGC-HRMS và áp dụng để xác định trong các mẫu sữa

Đối tượng phân tích

Luận văn này nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích 17 chỉ tiêu dioxin/furan 2,3,7,8-TCDD; 1,2,3,7,8-PeCDD; 1,2,3,4,7,8-HxCDD; 1,2,3,6,7,8-HxCDD; 1,2,3,7,8,9-HxCDD; 1,2,3,4,6,7,8-HpCDD; OCDD; 2,3,7,8-TCDF; 1,2,3,7,8-PeCDF; 2,3,4,7,8-PeCDF; 1,2,3,4,7,8-HxCDF; 1,2,3,6,7,8-HxCDF; 2,3,4,6,7,8-HxCDF; 1,2,3,7,8,9-HxCDF; 1,2,3,4,6,7,8-HpCDF; 1,2,3,4,7,8,9-HpCDF và OCDF Đây là các chỉ tiêu được đưa ra trong phương pháp tiêu chuẩn US EPA Method 1613 cũng như nhiều nghiên cứu đã công bố khác Chúng tôi lựa chọn 17 đồng loại này để nghiên cứu do đây là các đồng loại độc hại, bền vững trong môi trường cũng như căn

cứ vào các quy định hiện có về dioxin/furan

Đối tượng mẫu

Đối tượng mẫu được nghiên cứu trong luận văn là các mẫu sữa tươi (sữa bò) thành phẩm được thu thập trên địa bàn thành phố Hà Nội trong khoảng thời gian tháng

4 năm 2018

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu

Trong quy trình phân tích này, chúng tôi sử dụng phương pháp sắc kí khí ghép nối khối phổ phân giải cao (HRGC/HRMS) sử dụng nội chuẩn và chất chuẩn đánh dấu đồng vị 13C12 Đây là phương pháp mang lại độ chính xác cao, nhất là những phương pháp phân tích có nền mẫu phức tạp Chất nội chuẩn là một lượng xác định các chất không phải chất phân tích được thêm vào mẫu phân tích, mẫu trắng, hay mẫu chuẩn khi phân tích Các dung dịch này được pha loãng với cùng thể tích và đo tín

hiệu các mẫu Cơ sở của việc định lượng này là dựa vào: tỉ lệ tín hiệu của chất chuẩn/chất nội chuẩn bằng tỉ lệ nồng độ của chất chuẩn/chất nội chuẩn

Chất nội chuẩn được sử dụng ở đây là 13C12-1,2,3,4-TCDD và 13C121,2,3,7,8,9-HxCDD Ngoài ra, ưu điểm lớn nhất của phương pháp là không cần phải

-có một thể tích chính xác của dịch cô trước khi bơm lên máy vì các tính toán dựa vào

tỉ lệ tín hiệu và khối lượng tuyệt đối của các chất nội chuẩn thêm vào mà không tính toán trên nồng độ

2.1.3 Phương pháp lấy mẫu, bảo quản mẫu và kết quả lấy mẫu

• Lấy mẫu và bảo quản mẫu sữa:

Mẫu sữa tươi được thu thập tại các siêu thị có mức tiêu thụ hằng ngày lớn, tập trung khu dân cư lớn tại Hà Nội trong tháng 4 năm 2018 Các mẫu được dán nhãn với đầy

đủ thông tin về tên mẫu, mã mẫu, địa điểm lấy mẫu, loại mẫu, ngày lấy mẫu Sau khi đưa mẫu về phòng thí nghiệm, mẫu được bảo quản trong tủ lạnh ở 4°C đến khi phân tích

• Phương pháp lấy mẫu

PCDD/F phát thải vào môi trường xung quanh thông qua các con đường như nước, không khí, đất, trầm tích và tích lũy trong chuỗi thức ăn của cá loài động vật chăn thả, trong đó có các loài động vật ăn cỏ và cho sữa như bò, dê, cừu… Sữa bò là nguồn cung cấp dinh dưỡng cho con người, được con người sử dụng thường xuyên đặc biệt là các loại sữa đã qua thanh, tiệt trùng Do đó chúng tôi nghiên cứu việc phân tích dioxin trong các mẫu sữa đóng hộp được phân phối tại các siêu thị lớn, có mức

độ tiêu thụ cao Tám mẫu sữa thu thập được liệt kê thông tin trong bảng 2.5 dưới đây

Bảng 2.1 Danh sách các mẫu sữa được thu thập STT

Kí

hiệu

mẫu

1 M1 Mộc Châu 2 chai 1L

Siêu thị Fivimart, Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội

- Sữa tươi không đường

- Sữa bò tươi:

STT

Kí

hiệu

mẫu

100%

Truemilk 2 chai 1L

Siêu thị Fivimart, Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội

- Sữa tươi không đường

- Sữa bò tươi: 100%

3 M3 President 2 chai 1L

Siêu thị Fivimart, Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội

Sữa tươi không đường

4 M4 Royal Miller 2 chai 1L

Siêu thị Fivimart, Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội

- Sữa tươi nguyên kem

- Sữa bò tươi: 100%

(100%) 2 chai 1L

Siêu thị Vinmart, Trần Đăng Ninh, Cầu Giấy, HN

- Sữa tươi không đường

- Sữa bò tươi: 99.8%

Siêu thị Vinmart, Trần Đăng Ninh, Cầu Giấy, HN

- Sữa tươi không đường

- Sữa tươi 100% nguyên chất từ Goulburn (Australia)

7 M7 Dutch Lady 2 chai 1L

Siêu thị Vinmart, Trần Đăng Ninh, Cầu Giấy, HN

Sữa tươi không đường

Siêu thị Vinmart, Trần Đăng Ninh, Cầu Giấy, HN

- Sữa tươi không đường

- Sữa bò tươi: 100%

2.2 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị

2.2.1 Thiết bị

Thông tin về các thiết bị được dùng trong quá trình nghiên cứu được nêu trong bảng sau:

Bảng 2.2 Thiết bị sử dụng trong luận văn

Cột tách TG-Dioxin, Thermo Scientific, Mỹ với các thông số:

 Kích thước: chiều dài cột 60 m; đường kính trong 0,25 mm; chiều dày lớp phim pha tĩnh 0,25

μm

 Nhiệt độ tối đa: 340°C Thiết bị đông khô mẫu Eyela, Nhật Bản

Máy rung Vortex mixer VX – 200, Labnet International, USA

Tốc độ rung tối đa 3400 vòng/phút

Thiết bị cô quay chân

 Vial chứa mẫu: 240 mL

 Khí nitơ: độ tinh khiết 99,99%

Bể rung siêu âm Elmasonic S100, GmbH&Co.KG, Đức

Lò nung Nabertherm B180, Đức Nhiệt độ 30-3000oC

Bộ chiết pha rắn Supelco, Mỹ

Cân phân tích Pioneer®, Ohaus, USA Độ đọc 0,0001g

2.2.2 Dụng cụ

Các dụng cụ dùng trong quá trình nghiên cứu được nêu trong Bảng 2.2:

Bảng 2.3 Dụng cụ sử dụng trong luận văn

Xy lanh 10 µL, 50 µL, 100 µL, 250 µL, 500 µL (Hamilton, Mỹ) Ống nghiệm chia vạch 10mL; vạch chia 0,01 mL, Nhật Bản

Vial Vial thủy tinh 1,5 mL tối màu, nắp vặn có lớp lót teflon,

glass insert 200 μL (Agilent Technologies, USA)

Cốc thủy tinh 100 mL, 250 mL

Các dụng cụ khác Đũa, phễu thủy tinh, Pipet Pasteur,…

Dụng cụ thủy tinh trước và sau khi sử dụng được rung siêu âm với nước xà phòng trong bể siêu âm 10 phút, tráng sạch bằng nước máy, tráng nước cất, để khô tự

nhiên hoặc sấy ở 80°C, trước khi sử dụng tráng bằng axeton hoặc n-hexan

2.2.3 Hóa chất

Các hóa chất cần dùng trong quá trình nghiên cứu phải có độ tinh khiết dùng cho phân tích hoặc chuyên dùng cho sắc ký khí GC, sắc ký lỏng LC, HPLC và được nêu trong bảng 2.3:

Bảng 2.4 Hóa chất sử dụng

Chất khí

 Khí mang: Heli, độ tinh khiết 99,999%

 Khí mang cho máy chiết nhanh, cô đuổi dung môi: Nitơ, độ tinh khiết 99,99%

Dung môi Axeton, diclometan, toluen, n-hexan, nonan, ethanol

(Merk, Đức)

Cột làm sạch silica

Cột than hoạt tính Supelco, Mỹ

Na2SO4 Merck, Đức (được hoạt hóa ở 400°C trong 4h trước khi sử

dụng) Các chất khác Màng parafilm; phoi nhôm

2.1.4 Các dung dịch chuẩn

- Dung dịch chuẩn đồng vị đánh dấu (Labeled Compound Standard, kí hiệu: 1613; nồng độ : 100-200 pg/µL

LS Dung dịch chuẩn làm sạch (CleanLS up Standard), kí hiệu: CLS_1613; nồng độ 0,8 pg/µL

- Dung dịch nội chuẩn (Internal Standard Spiking), kí hiệu: IS_1613, nồng độ

200 pg/µL

Các dung dịch dựng đường chuẩn và chuẩn làm việc

Từ dung dịch chuẩn gốc, tiến hành pha loãng thành các dung dịch đường chuẩn

và chuẩn làm việc tương ứng với loại chất chuẩn Các dung dịch chuẩn này đều được bảo quản lạnh Nồng độ các đồng phân trong dung dịch chuẩn được trình bày trong bảng 2.4

Bảng 2.5 Các dung dịch dựng đường chuẩn và chuẩn làm việc

Dung dịch dựng đường chuẩn

chuẩn vào mẫu

2.3 Phân tích dioxin, furan trên thiết bị HRGC/HRMS

Các điều kiện tách và phân tích dioxin, furan bằng HRGC/HRMS sau khi tiến hành các khảo sát được cho dưới Bảng 2.6

Bảng 2.6 Điều kiện tách và phân tích dioxin, furan bằng HRGC/HRMS

Sắc kí khí

1 Cột tách TG-Dioxin, kích thước 60 m × 0,25 mm × 0,25

μm