Phân tích hàm lượng thuỷ ngân trong hải sản bằng kỹ thuật HG AAS_word

Một số hải sản chứa hàm lượng thủy ngân cao có thể gây nên những thương tổn cho trung tâm thần kinh với các triệu chứng như run rẩy, khó khăn trong diễn đạt, giảm sút trí nhớ, nặng hơn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BÁO CÁO SEMINAR MÔN HỌC: HÓA PHÂN TÍCH DỤNG CỤ

Đề tài PHÂN TÍCH THUỶ NGÂN TRONG THỦY HẢI SẢN

BẰNG KỸ THUẬT HG – AAS (HYDRIDE

GENERATION ATOMIC ABSORPION

SPECTROMETRY)

GVHD: Phùng Thị Cẩm Hồng

SVTH: 1 Nguyễn Thị Mỹ Xuyên - Mssv: 18139230

2 Nguyễn Thị Tú Quyên - Mssv: 18139160

3 Nguyễn Kiều Ngoan - Mssv: 18139113

4 Nguyễn Tấn Đạt - Mssv: 18139021

5 Phùng Ngọc Bảo Nhi - Mssv: 18139134

6 Tô Thị Huỳnh Như - Mssv: 18139142

7 Trương Thị Bích Ngân - Mssv: 18139109

I TỔNG QUAN:

1 Đặt vấn đề:

Trong giai đoạn hiện nay, hàng loạt các vụ ngộ độc thực phẩm liên quan đến các loại gia cầm, gia súc đã làm mọi người hoang mang Và giờ hải sản là ưu tiên hàng đầu được nhiều người tiêu dùng lựa chọn Các thực phẩm hải sản không chỉ đa dạng

mà trong hải sản còn chứa hàm lượng protein cao, các dưỡng chất thiết yếu, các axit béo Omega-3, hàm lượng chất béo bão hoà thấp Thật vậy, với chế độ ăn uống cân bằng gồm nhiều loại hải sản có thể bảo đảm cho trái tim khoẻ mạnh ở người lớn, giúp trẻ em tăng trưởng nhanh và phát triển hợp lý Với phụ nữ và đặc biệt là trẻ em, cần đưa hải sản vào thực đơn hàng ngày vì chúng mang lại nhiều lợi ích về dinh dưỡng

Tuy nhiên, do môi trường bị ô nhiễm làm cho các nguồn hải sản đang bị đe dọa Mặt khác, hải sản có khả năng tích tụ các chất ô nhiễm, đặc biệt là kim loại nặng Vì vậy tình trạng nhiễm kim loại, đặc biệt là thủy ngân trong hải sản đang trở nên báo động Một số hải sản chứa hàm lượng thủy ngân cao có thể gây nên những thương tổn cho trung tâm thần kinh với các triệu chứng như run rẩy, khó khăn trong diễn đạt, giảm sút trí nhớ, nặng hơn là gây tê liệt, nói lắp, tổn thương não, gan, thậm chí còn dẫn đến tử vong Nguy hiểm đối với phụ nữ có thai, trẻ sơ sinh, trẻ nhỏ bởi vì một lượng lớn thủy ngân có thể gây hại lớn cho não bộ đang phát triển Do đó, việc xác định hàm lượng thủy ngân trong thủy hải sản là vô cùng cần thiết

Hàm lượng thủy ngân xác định được là vi lượng, mà thủy ngân lại là kim loại có thể bay hơi ở nhiệt độ thường nên quá trình xử lí mẫu rất quan trọng vì nếu phương pháp xử lí mẫu không phù hợp sẽ làm mất một lượng thủy ngân đáng kể làm cho phép phân tích không chính xác, dẫn đến kết luận không chính xác

Một trong những phương pháp phân tích thủy ngân nhạy nhất hiện nay, đang được sử dụng phổ biến là kỹ thuật phân tích phổ hấp thu nguyên tử với bộ hydrua hóa kim loại (HG-AAS)

2 Tổng quan về thủy ngân

2.1 Tác hại của thủy ngân

Thủy ngân là kim loại lỏng khó phân hủy trong môi trường và tích lũy sinh học trong chuỗi thức ăn Thủy ngân ít độc, nhưng hơi, các hợp chất và muối của nó rất độc, có thể gây tổn thương hệ thần kinh, tiêu hóa, hô hấp, hệ thống miễn dịch và thận Cho dù ít độc hơn so với các hợp chất của nó nhưng thủy ngân vẫn tạo ra sự ô nhiễm đáng kể đối với môi trường vì nó tạo ra các hợp chất hữu cơ trong cơ thể sinh vật

Thủy ngân giải phóng từ chất thải có chứa thủy ngân tồn tại trong môi trường (đất, nước, không khí, trầm tích, thực vật ) hoặc tích tụ trong chuỗi thức ăn và vào

cơ thể con người thông qua tiêu thụ cá và hải sản, hoặc hơi thủy ngân trực tiếp hoặc được hấp thụ trên tóc của con người Để giám sát mức độ thủy ngân trong môi trường do chất thải thủy ngân cần phân tích các mẫu khác nhau, như các mẫu sinh học (cá và tôm, cua, sò, hến), mẫu môi trường (nước, trầm tích, đất và không khí), mẫu thực vật và con người (tóc, máu và nước tiểu)

Các ảnh hưởng độc hại của thủy ngân đã được biết khá rõ Hơi thủy ngân ảnh hưởng đến hệ thống thần kinh trung ương và ngoại biên, phổi, thận, da, và mắt Nó cũng ảnh hưởng đến hệ thống miễn dịch và gây đột biến Khi bị nhiễm nặng và thủy ngân tích tụ lâu ngày trong cơ thể, thận bị hư, cột sống cũng bị ảnh hưởng, bị bệnh Alzheimer và tuyến giáp trạng bị liệt, hệ thống miễn dịch bị nhiễu loạn Được tổ chức WHO liệt kê vào danh sách một trong những loại hóa chất có ảnh hưởng nghiêm trọng nhất đến sức khỏe của con người

Một trong những chất độc nhất của nó là dimetyl thủy ngân, độc đến mức chỉ vài µL rơi vào da có thể gây tử vong

2.2 Thủy ngân trong môi trường

Hàm lượng thủy ngân trong không khí nằm trong khoảng từ 2 – 10ng/m3

Hàm lượng thủy ngân trong nước mưa dao động từ 5 – 100ng/L

Hàm lượng thủy ngân tự nhiên trong nước ngầm và nước bề mặt thường < 0,5μg/L

Thực phẩm là nguồn hấp thu thủy ngân chính của con người (không kể các nguồn tiếp xúc nghề nghiệp) Cá được cho là nguồn thực phẩm chứa hàm lượng thủy ngân hữu cơ cao nhất, cá hấp thụ methyl thủy ngân này từ nước khi chúng ăn các sinh vật sống trong nước Những con cá sống lâu hơn, lớn hơn, thức ăn của chúng là các con

cá khác sẽ tích tụ lượng methyl thủy ngân cao nhất Lượng hấp thu thủy ngân hàng ngày từ thực phẩm dao động từ 2 - 20μg/L nhưng có thể cao hơn ở những vùng nước bị nhiễm thủy ngân Quá trình chế biến và nấu nướng thức ăn không làm giảm lượng thủy ngân này

Hình 1 Vòng luân chuyển của thủy ngân trong tự nhiên

2.3 Nguyên nhân cá bị nhiễm thủy ngân

Cá bị nhiễm thủy ngân là do sống trong môi trường ô nhiễm thủy ngân Các vi

sinh vật có thể chuyển thủy ngân (Hg) thành hợp chất metyl thủy ngân CH3Hg+ thông qua quá trình tích lũy sinh học metyl thủy ngân nằm trong chuỗi thức ăn và tích lũy dần trong cơ thể cá Các loại cá lớn có lượng nhiễm cao hơn

3 Tiêu chuẩn hàm lượng thủy ngân

CÁC

TIÊU

CHUẨN

Quyết định số 867/1998/Qđ-BYT của Bộ Trưởng Bộ Y Tế ngày 4/4/1998

Santes Canada FDA Hoa Kỳ NỒNG

4 Các phương pháp xác định thủy ngân

4.1 Định tính

 Tạo hỗn hống với đồng kim loại: Phản ứng này được làm trực tiếp trên mẫu thử chưa vô cơ hóa

 Phản ứng với Cu2I2

 Phản ứng với Dithizon: Các muối thủy ngân (II) tạo với dithizon một hợp chất phức màu cam bền vững ở pH 0.5-1

 Phản ứng với dd kaliiodua: Các muối thủy ngân (II) cho kết tủa màu đỏ HgI2 với dung dịch KI ở môi trường trung tính hay acid và tan trong thuốc thử thừa

 Phản ứng với thiếc (II) clorua: Cho kết tủa trắng (ở pH 2.5) rồi chuyển thành màu xám

4.2 Định lượng

 Phương pháp so màu với đồng (I) iodua: phương pháp dựa trên cơ sở phản ứng của Hg2+ với kaliiodua tạo thủy ngân iodua tạo phức màu hồng Cu2[HgI4] , so màu với thang chuẩn

 Sử dụng huỳnh quang phát hiện thủy ngân trong cá: sử dụng chất huỳnh quang phát ánh sáng xanh khi xúc tác với thủy ngân bị oxi hóa Cường độ ánh sáng cho thấy khối lượng thủy ngân có trong mẫu nghiên cứu

 Phương pháp chiết đo quang với thuốc thử Dithizon: tạo dithizon với thủy ngân rồi so màu với dãy chuẩn

 Phương pháp phổ hấp thu nguyên tử với bộ hydrua hóa (HG-AAS) -> Đây là phương pháp phát hiện thủy ngân phổ biến hiện nay vì giới hạn phát hiện của nó nhỏ (µg/l)

II KĨ THUẬT PHÂN TÍCH THỦY NGÂN BẰNG HG-AAS

1 Nguyên tắc của phép đo AAS:

Chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do và chiếu chùm tia sáng bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử Các nguyên tử của nguyên tố cần phân tích trong đám hơi đó sẽ hấp thu những tia bức xạ nhất định và tạo ra vạch phổ hấp thu Nhờ một hệ thống máy quang phổ mà ta thu được toàn bộ chùm sáng phân li và chọn một vạch phổ hấp thu của nguyên tố cần nghiên cứu để đo cường độ

2 Cấu tạo máy đo phổ hấp thu nguyên tử

Gồm 4 phần:

Phần 1: Nguồn tia phát xạ cộng hưởng (vạch phổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích) để chiếu vào môi trường hấp thu chứa các nguyên tử tự do của nguyên tố, đó là các đen catot rỗng (HCL), các đèn phóng điện không điện cực (EDL), hay nguồn phát xạ liên tục đã được biến điệu

Phần 2: Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích Hệ thống này được chế tạo theo hai loại kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu:

Kĩ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa đèn khí (F-AAS)

- Bộ phận dẫn mẫu vào buồng aerosol hóa và thưc hiện quá trình aerosol hóa mẫu (tạo thể sol khí)

- Đèn để nguyên tử hóa mẫu để đốt cháy hỗn hợp khí có chứa mẫu ở dạng sol khí

Ngược lại trong kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa (ETA-AAS), người ta thường dụng một lò nung nhỏ bằng graphit hay thuyền Tangtan để nguyên tử hóa mẫu nhờ nguồn năng lượng điện có hiệu điện thế thấp (nhỏ hơn 12V) nhưng nó có cường độ dòng điện rất cao (50-800A)

Phần 3: Là máy quang phổ, đó là bộ đơn sắc, có nhiệm vụ thu, phân ly và chọn tia sáng (vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện để phát tín hiệu hấp thu AAS của vạch phổ

Phần 4: Là hệ thống chỉ thị tín hiệu hấp thu của vạch phổ (tức là cường độ của vạch phổ hấp thu hay nồng đọ nguyên tố phân tích) Hệ thống này có thể là một điện kế, hay là một máy tự ghi peak của vạch phổ, hoặc bộ hiện số digital, hay bộ printer Với một máy hiện đại còn có thêm một microcomputer hay microprocessor Máy này có nhiệm vụ xử lí kết quả đo và lập chương trình điều khiển bốn phần trên

3 Xác định thủy ngân bằng phổ hấp thu nguyên tử với bộ hydrua hóa (HG-AAS)

3.1 Nguyên tắc:

Giải phóng thủy ngân tự do từ nước hoặc các loại mẫu bằng sự khử, tiếp theo làm bay hơi và đưa hơi thủy ngân vào máy nhờ một dòng khí Dung dịch NaBH4

được dùng làm tác nhân khử Đo cường độ hấp thu của thủy ngân ở bước sóng 253.7 nm

Mẫu được vô cơ hóa, thủy ngân trong dd mẫu bị hydrit hóa bằng dòng khí hidro Hydrit thủy ngân dễ bay hơi bị cuốn theo dòng khí hidro và được bơm vào hệ thống quang phổ hấp thụ nguyên tử Tại đây, hidrit thủy phân bị phân hủy thành hơi thủy ngân và được xác định theo phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không dùng ngọn lửa

Các phản ứng xảy ra trong hệ thống bay hơi nguyên tử hydrit:

NaBH4 + HCl = NaCl + BH2 + 2H

4H + HgCl2 = HgH2 + 2HCl

HgH2 = Hg + H2

3.2 Các yếu tố ảnh hưởng:

a Nhóm ảnh hưởng về phổ

- Ảnh hưởng của sự hấp thụ nền: phụ thuộc rất nhiều vào thành phần nền

- Ảnh hưởng sự chen lấn của vạch phổ: Nguyên tố thứ ba ở trong mẫu phân tích có nồng độ lớn và đó thường là nguyên tố cơ sở của mẫu Tuy nguyên tố này có vạch phổ không nhạy, nhưng nồng độ lớn nên vạch phổ của nó rộng, nếu nó nằm cạnh vạch phổ phân tích nên chen lấn

- Sự hấp thụ của các hạt rắn

b Nhóm ảnh hưởng vật lý

- Độ nhớt và sức căng bề mặt của dung dịch mẫu, nó ảnh hưởng tới tốc độ

dẫn mẫu vào buồng aerosol hóa

- Hiệu ứng lưu lại: một lượng nhỏ chất phân tích không bị nguyên tử hóa lưu lại trên bề mặt cuvet, tích tụ dần

- Sự phát xạ của nguyên tố phân tích

c Các yếu tố hóa học

- Thành phần nền của mẫu:

+ Do sự tồn tại của các hợp chất hữu cơ bền nhiệt trong môi trường hấp thụ

+ Tăng nhiệt độ nguyên tử hóa hay thêm phụ gia

- Ảnh hưởng dung môi hữu cơ (DMHC): DMHC có thể tăng độ nhạy lên 2-3 lần, nếu không tinh khiết có thể gây bẩn mẫu

- Nồng độ axit và loại axit trong dung dịch mẫu: chúng ảnh hưởng qua tốc độ dẫn mẫu, khả năng hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu

- Ảnh hưởng cation trong mẫu

- Ảnh hưởng anion trong mẫu

Ở phương pháp này, các ion đồng, niken, sắt, vàng, bạc, các kim loại nhóm platin

và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi có phổ phân tử ở vùng bước sóng 250nm gây nhiễu Các phương pháp loại trừ sự nhiễu là quan trọng trong sự xác định thủy ngân trong nền hữu cơ Hai phương pháp cải tiến được sử dụng để loại bỏ sự nhiễu bởi hơi hữu cơ: một là, phương pháp hỗn hống vàng để tinh chế hơi thủy ngân; hai là, phương pháp hiệu chỉnh quang học cho phép đo phổ

3.3 Điều kiện tối ưu của thiết bị

 Cường độ đèn : 3mA

 Thời gian đọc: 3s

 Độ rộng khe : 0.5 nm

 Bước sóng :ʎ= 253,7 nm

 Tốc độ dòng axit HCl: 6-8ml/phút

 Tốc độ khí mang argon: 30 ml/phút

 Tốc độ hút mẫu: 8-10 ml/phút

 Tốc độ dòng chất khử NaBH4: 6-8ml/phút

3.4 Xây dựng đường chuẩn và xác định giới hạn phát hiện

Pha dd thủy ngân chuẩn 100ppb

- Hút 5ml chuẩn Hg 1000ppm bình định mức 50ml Định mức bằng nước cất

2 lần lên tới vạch ta thu được chuẩn Hg 100ppm

- Hút 5ml chuẩn Hg 100ppm, bình định mức 250ml Định mức bằng nước cất

2 lần lên tới vạch ta được chuẩn Hg 2ppm

- Hút 5ml chuẩn Hg 2ppm, bình định mức 100ml Định mức bằng nước cất 2 lần lên tới vạch ta được chuẩn Hg 100ppb

Dãy chuẩn được chuẩn bị và được xác định độ hấp thu theo thứ tự bảng sau:

Hóa chất Số bình định mức

Chuẩn Hg 100

HNO3 0,05N định

Độ hấp thu của dãy

Kết luận: đường chuẩn có hệ số tương quan R=1, điều này có thể nói trong

khoảng nồng độ 1-15ppb độ hấp thu Abs tuyến tính với nồng độ thủy ngân Đường chuẩn này được sử dụng xác định hàm lượng thủy ngân trong những thí nghiệm khảo sát hiệu suất của các phương pháp xử lí mẫu và khảo sát hàm lượng thủy ngân trong các mẫu thật

Giới hạn phát hiện được xác định bằng cách đo độ hấp thu của mẫu chuẩn có

nồng độ 10 µg/L và mẫu Blank

Công thức tính:

Trong đó:

+ Sblank: độ lệch chuẩn của độ hấp thu mẫu Blank

+ CHg: Nồng độ của chuẩn Hg dùng để xác định giới hạn phát hiện, ở đây

CHg = 10 µg/L

+ AHg: độ hấp thu trung bình của chuẩn Hg dùng để xác định giới hạn phát hiện

Trong đó:

+ RSD: Hệ số biến động

+ SHg: độ lệch của chuẩn Hg dùng để xác định giới hạn phát hiện

Số lần

đo

Độ hấp thu của chuẩn Hg 10 (µg/L)

(A Hg )

Độ hấp thu của mẫu Blank

s 0,001524 0,002025

Bảng 1 Kết quả độ hấp thu để xác định giới hạn phát hiện

4 Ưu và nhược điểm cuả phương pháp

4.1 Ưu điểm

- Đây là phương pháp xác định thủy ngân được sử dụng phổ biến hiện nay, vì

giới hạn phát hiện nhỏ ( µg /l )

- Phép đo phổ nguyên tử có độ nhạy và độ chọn lọc cao, tốn ít mẫu phân tích, thời gian phân tích nhanh Các động tác thực hành thực hiện nhẹ nhàng, nhanh chóng Bằng phương pháp này ta có thể xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu Kết quả phân tích ổn định, sai số nhỏ

4.2 Nhược điểm

- Muốn đo phổ hấp thụ nguyên tử cần phải có một hệ thống máy móc tương đối đắt tiền

- Do cần có độ nhạy cao nên sự nhiễm bẩn có ý nghĩa lớn đối với kết quả phân tích hàm lượng Môi trường không khí phòng thí nghiệm phải không có bụi Các dụng cụ và hóa chất dùng trong phép đo phải có độ tinh khiết cao

- Vì có độ nhạy cao nên các trang bị máy móc là khá tinh vi và phức tạp, do đó cần phải có kĩ sư lành nghề để bảo dưỡng và chăm sóc

- Nhược điểm chính là chỉ cho ta biết thành phần nguyên tố của chất phân tích

có trong mẫu phân tích, mà không chỉ ra được trạng thái liên kết, cấu trúc của nguyên tố có trong mẫu

III Mở rộng

Số liệu tham khảo

- Hàm lượng thuỷ ngân trong cá đã được FDA phân tích được (năm 2006)

 Cá thu: 0.73 ppm

 Cá ngừ: 0.118 ppm

 Cá hồi: 0.014 ppm

 Cá bơ: 0.058 ppm

 Cá đối: 0.046 ppm

- Ngoài ra còn một số loại thuỷ sản khác

+ Mực: 0.07 ppm

Thủy hải sản là những thực phẩm giàu dinh dưỡng và là nhu cầu đáp ứng không thể thiếu cho cơ thể mỗi người Tuy nhiên, việc chọn những thực phẩm này không những chỉ chọn những thực phẩm tươi, ngon mà còn phải chú trọng đến vấn đề kiểm định chất lượng, nhất là hàm lượng kim loại nặng (đặc biệt là thủy ngân) trong thực phẩm để đảm bảo sức khỏe Do đó, việc xác định hàm lượng thủy ngân trong các loại thủy hải sản là rất cần thiết và kỹ thuật phân tích bằng phổ hấp thu nguyên

tử với bộ hydrua hóa kim loại (HG – AAS) được sử dụng phổ biến hiện nay, có thể xác định hàm lượng thủy ngân trong một số loại thủy sản nhằm giúp cho người tiêu dùng an tâm khi sử dụng, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng