TỔNG QUAN
Tổng quan chung về thực phẩm
1.1.1 Định nghĩa chung về thực phẩm [15]
Thực phẩm, hay còn gọi là thức ăn, là bất kỳ vật phẩm nào mà con người có thể ăn hoặc uống, bao gồm chủ yếu các chất như carbohydrate, lipid, protein và nước Mục đích chính của việc tiêu thụ thực phẩm là để thu nạp các chất dinh dưỡng nhằm nuôi dưỡng cơ thể, bên cạnh đó còn phục vụ cho sở thích cá nhân.
Có rất nhiều cách phân loại thực phẩm:
Theo nguồn gốc: thực phẩm có nguồn gốc động vật (trên cạn, dưới nước, trên không…) , thực vật ( rau, củ, quả, hạt,hoa )
Theo cách bảo quản: thực phẩm tươi, đông lạnh, đóng hộp…
Theo cách chế biến : thực phẩm chƣa qua chế biến, thực phẩm đã qua chế biến …
Ngoài ra hiện nay còn xuất hiện nhiều loại thực phẩm mới do sự phát triển của xã hội :
Chất lượng nguồn thực phẩm ở nước ta hiện nay
1.2.1 Các yếu tố gây ô nhiễm nguồn thực phẩm
Trong quá trình sản xuất:
Các loại cây trồng trên đất ô nhiễm, tưới nước không đảm bảo và sử dụng nhiều thuốc bảo vệ thực vật cùng thuốc kích thích tăng trưởng có thể gây ra nguy cơ thu hoạch trong thời gian thuốc còn độc hại.
Các loại con giống như gia súc, gia cầm và thủy hải sản thường có chất lượng không đảm bảo Quá trình chăn nuôi sử dụng nguồn thức ăn không sạch và lạm dụng thuốc kích thích tăng trưởng đã dẫn đến chất lượng thực phẩm thấp.
4 còn có thể gây hại cho sức khỏe con người nếu dư lượng của chúng còn lại trong sản phẩm vƣợt quá quy định cho phép
Trong quá trình chế biến và bảo quản:
Trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm, nhiều hóa chất và phụ gia được sử dụng để kéo dài thời gian sử dụng, ngăn ngừa nấm mốc và cải thiện hình thức sản phẩm Tuy nhiên, việc lạm dụng các chất này có thể gây hại cho sức khỏe người tiêu dùng.
TS.BS Vương Tuấn Anh từ Viện Vệ sinh dịch tễ trung ương cho biết, nhóm nghiên cứu đã tiến hành khảo sát tại hai khu vực ven đô TP Hà Nội trong mùa mưa và mùa khô Điểm đầu tiên là phường Hoàng Liệt (Quận Hoàng Mai), nơi sử dụng nước tưới từ sông Tô Lịch và Kim Ngưu, hai con sông chứa nước thải lớn nhất thành phố Điểm thứ hai là Long Biên, với nguồn nước tưới chủ yếu từ ao chứa nước mưa, sông Hồng và nước giếng hộ gia đình Tại mỗi điểm, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn ngẫu nhiên 6 hộ gia đình tham gia trồng rau, với rau muống là loại rau nghiên cứu chính.
TS Vương Tuấn Anh cho biết rằng mỗi hộ gia đình thu hoạch 6 mẫu rau muống vào buổi sáng tại Hoàng Liệt, sau đó rửa rau tại kênh dẫn nước để giữ ẩm trước khi bán cho thương lái Tại Long Biên, nông dân thu hoạch rau vào buổi chiều, rửa bằng nước giếng và để qua đêm trước khi mang ra chợ vào sáng hôm sau.
Cùng thời điểm, một nghiên cứu độc lập được thực hiện tại chợ Hoàng Liệt, nơi gần khu vực nuôi trồng rau bằng nước thải, và chợ Hàng Bè, nơi tập trung rau từ nhiều khu vực sản xuất khác nhau Các loại rau chủ yếu được khảo sát bao gồm rau húng, rau mùi, kinh giới, rau muống và rau rút.
Nghiên cứu đã thu thập tổng cộng 96 mẫu rau từ Hoàng Liệt và 118 mẫu từ Long Biên, sau đó được gửi đi xét nghiệm tại Viện Vệ sinh dịch tễ trung ương Kết quả cho thấy các mẫu rau tại chợ chứa nhiều vi khuẩn coliform và vi khuẩn gây bệnh đường ruột, đặc biệt là ở các loại rau như rau muống, rau húng, kinh giới và rau rút.
Theo kết luận từ các đợt kiểm tra từ tháng 5-10/2011 tại TP HCM và các tỉnh phía Nam, khoảng 300/440 mẫu sản phẩm như mì sợi tươi, thực phẩm chay, hoa chuối, bẹ chuối và măng chua đã được phát hiện có chứa hóa chất độc hại Tại miền Bắc, tình trạng tương ớt sử dụng hóa chất Rhodamine B để nhuộm màu cũng phổ biến Đặc biệt, 15% mẫu bún, bánh phở, bánh giò, bánh phu thê có chứa hàn the và phẩm màu độc hại Sản phẩm ớt tấm Thành Lộc và mứt kaze lá dứa cũng bị phát hiện chứa chất gây ung thư và chất nhuộm cực kỳ nguy hiểm Cơ quan chức năng đã thanh tra nhiều bếp ăn tập thể và phát hiện nhiều sản phẩm không rõ nguồn gốc, trong đó có hạt dưa và ớt bột chứa hóa chất độc hại.
1.2.2 Tình hình ô nhiễm kim loại nặng trong thực phẩm hiện nay [ 10, 12 ]
Các chuyên gia về vệ sinh an toàn thực phẩm cảnh báo rằng nhiều loại rau sinh trưởng trong vùng đất thấp và nguồn nước như rau muống, rau rút, rau cần, và ngó sen có nguy cơ tích tụ kim loại nặng như đồng, chì, kẽm và thủy ngân Những kim loại này thường xuất hiện do nước thải chưa được xử lý từ các nhà máy và cơ sở sản xuất Nghiên cứu của TS Bùi Cách Tuyến, Hiệu trưởng ĐH Nông Lâm TP HCM, thực hiện trong giai đoạn 1999-2000 tại TP HCM, đã chỉ ra rằng hàm lượng kim loại nặng trong bùn đáy và nước, cũng như trong một số loại rau thủy sinh, là mối quan ngại lớn về an toàn thực phẩm.
Nhiều mẫu rau được phân tích cho thấy mức độ ô nhiễm nghiêm trọng Cụ thể, hàm lượng kẽm trong rau muống ở Bình Chánh cao gấp 30 lần mức cho phép, trong khi tại các ao rau muống ở Thạnh Xuân, hàm lượng này cao gấp 2-4 đến 12 lần Hai mẫu rau rút ở Thạnh Xuân có hàm lượng chì vượt mức cho phép từ 8,4 đến 15,3 lần, trong khi rau muống ở Thạnh Xuân và Bình Chánh có hàm lượng chì cao gấp 2,24 và 3,9 lần tương ứng Đặc biệt, mẫu ngó sen ở Tân Bình có hàm lượng chì cao gấp 13,65 lần Ngoài ra, hàm lượng đồng tại một ruộng rau muống ở Thạnh Xuân cũng vượt mức cho phép gấp 2 lần.
Theo GS-TS Nguyễn Thị Kê, nguyên nhân chính khiến rau bị nhiễm kim loại nặng là do trồng gần các cơ sở sản xuất, nguồn nước ô nhiễm, vi lượng trong phân vượt mức cho phép, sử dụng phân hóa học và thời gian thu hoạch rau Mặc dù một số kim loại nặng ở mức độ nhất định có lợi cho cơ thể, nhưng nếu vượt quá ngưỡng cho phép sẽ gây ngộ độc và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe, bao gồm tác động đến thần kinh, tóc, răng, da và có thể gây ung thư Ông Huỳnh Thanh Hùng cũng chỉ ra rằng nhiều người trồng rau sử dụng phân chuồng từ lợn, gà, trong khi những gia súc này thường được nuôi bằng thức ăn tổng hợp chứa nhiều khoáng vi lượng, dẫn đến hàm lượng kim loại trong phân xâm nhập vào đất và tích tụ trong các loại nông sản, đặc biệt là rau ăn lá như cải ngọt, cải xanh và xà lách.
Viện Dinh dưỡng Quốc gia đã công bố kết quả điều tra khẩu phần ăn của trẻ từ 24-36 tháng tuổi tại bốn quận nội thành Hà Nội, bao gồm Ba Đình, Hoàn Kiếm, Đống Đa và Hai Bà Trưng Kết quả cho thấy 12 loại thực phẩm như gạo, thịt lợn và rau muống có tỷ lệ nhiễm chì và asen rất cao Trong số 12 mẫu thực phẩm được xét nghiệm, gạo, thịt lợn, rau muống, tôm dảo, cam và quýt là những thực phẩm hàng ngày có mức nhiễm chì cao nhất Ngoài ra, gạo, thịt lợn và thịt bò cũng vượt quá quy định của Bộ Y tế về cadmium, trong khi cadmium còn xuất hiện ở các thực phẩm khác như trứng gà.
Một nghiên cứu cho thấy, hàm lượng cadmium trong thực phẩm có thể vượt quá mức cho phép cho trẻ dưới hai tuổi Cụ thể, trong gạo, cadmium chiếm tới 358% lượng tối đa cho phép hàng ngày, trong sữa bột là 31%, và trong cam là 15,6% Đối với thịt, cadmium trong thịt lợn đạt 177,5%, thịt bò 60,58%, tôm rảo 35,73% và thịt gà 6,84% so với lượng tối đa cho phép hàng tuần.
Theo các bác sĩ, cần thay đổi chế độ ăn nhằm bổ sung thêm các chất sắt và kẽm để ngăn chặn tình trạng hấp thu chì [10]
Ảnh hưởng của kim loại nặng đến cơ thể sống
1.3.1 Cơ chế gây độc của kim loại nặng [4, 9]
Kim loại độc có khả năng ức chế hoạt động của enzym thông qua việc tương tác với nhóm tiol hoặc làm mất đi cofactor kim loại cần thiết Chẳng hạn, chì gây ra sự chuyển đổi mất kẽm trong enzym dehydratase của axit -aminolevulinic, dẫn đến hiệu ứng độc hại.
Một cơ chế gây độc khác của kim loại là kìm hãm sự tổng hợp của enzym
Niken và platin có tác dụng ức chế sự tổng hợp enzym -aminolevulinic-synthetase, từ đó ngăn chặn quá trình sản xuất hem, một thành phần thiết yếu của hemoglobin và cytochrom.
Các bào quan dưới tế bào
Hiệu ứng độc của kim loại chủ yếu là do phản ứng của chúng với các hợp phần nội bào Để gây độc, kim loại cần xâm nhập vào bên trong tế bào; những kim loại ưa béo như metyl thủy ngân có khả năng dễ dàng vượt qua màng tế bào Khi kim loại liên kết với protein, chúng sẽ được hấp thu qua đường nội thấm tế bào Sau khi xâm nhập, các kim loại sẽ tác động đến các bào quan trong tế bào.
Các bào quan trong tế bào có thể ảnh hưởng đến chuyển động của kim loại qua màng sinh học, làm tăng hoặc giảm tính độc của chúng Bên cạnh đó, một số protein trong bào tương, lysosome và nhân tế bào có khả năng liên kết với kim loại, góp phần điều chỉnh độc tính của chúng.
Các kim loại độc như Cd, Pb, và Hg làm giảm hoạt tính sinh học của protein, gây hư hỏng cấu trúc lưới nội thất Ti thể, với hoạt động trao đổi chất cao và khả năng vận chuyển qua màng mạnh mẽ, là bào quan chính bị ảnh hưởng, khiến các enzym hô hấp dễ dàng bị kìm hãm bởi các kim loại này.
1.3.1.2 Các yếu tố làm thay đổi độc tính
Mức độ và thời gian nhiễm độc
Tác dụng độc của kim loại nặng phụ thuộc vào mức độ và thời gian nhiễm độc; mức độ nhiễm độc càng cao, thời gian ảnh hưởng càng dài và hiệu ứng độc càng lớn Thay đổi liều lượng và thời gian nhiễm độc có thể làm thay đổi bản chất của tác dụng độc Chẳng hạn, việc tiêu thụ một lượng lớn cadmium (Cd) chỉ một lần có thể gây rối loạn dạ dày-ruột, trong khi hấp thụ một lượng nhỏ Cd trong thời gian dài lại dẫn đến rối loạn chức năng thận.
Dạng tồn tại hoá học
Dạng tồn tại hóa học của kim loại có ảnh hưởng lớn đến độc tính của chúng Ví dụ, thủy ngân khi ở dạng vô cơ chủ yếu gây độc cho thận, trong khi ở dạng hữu cơ như metyl thủy ngân hay etyl thủy ngân lại gây hại cho hệ thần kinh.
Các yếu tố sinh lý
Động vật non và động vật già thường nhạy cảm hơn với kim loại so với động vật trưởng thành Trẻ em, đặc biệt, rất nhạy cảm với chì do khả năng hấp thu qua đường tiêu hóa cao hơn gấp 4-5 lần so với người lớn Nhiều nghiên cứu cho thấy trẻ em ở giai đoạn trước khi sinh thường bị nhiễm các kim loại như chì và thủy ngân với mức độ lớn hơn so với mẹ của chúng.
1.3.2 Các tác dụng độc của kim loại [ 4, 9]
Nhiều kim loại được coi là tác nhân gây ung thư cho người hay cho động vật hoặc cả người và động vật
Asen và các hợp chất của nó, cùng với một số dẫn xuất của crom và niken, đều được biết đến là các tác nhân gây ung thư cho con người Ngoài ra, beri và cadimi cũng có thể là những yếu tố gây ung thư Các kim loại này gây ung thư thông qua các cơ chế như thay thế Zn²⁺ bằng Ni²⁺, Co²⁺ hoặc Cd²⁺ trong các protein vận chuyển, hoặc gây tổn thương tế bào, ảnh hưởng đến độ chính xác của polymerase trong quá trình tổng hợp ADN.
1.3.2.2 Giảm chức năng miễn dịch
Nhiễm một số kim loại nặng như chì, cadimi, niken, asen và metyl thuỷ ngân có thể kìm hãm chức năng miễn dịch, trong khi bari và platin lại có tác dụng kích thích miễn dịch Sự hiện diện của các kim loại này thường dẫn đến các phản ứng quá nhạy cảm hoặc dị ứng.
1.3.2.3 Ảnh hưởng hệ thần kinh
Hệ thần kinh rất nhạy cảm với kim loại, khiến nó trở thành mục tiêu tấn công chính của các chất này Độc tính của kim loại thường phụ thuộc vào dạng thức hóa học của chúng Hơi thủy ngân và metyl thủy ngân dễ dàng xâm nhập vào hệ thần kinh và gây độc, trong khi các dẫn xuất vô cơ lại ít khả năng xâm nhập và không được xem là chất độc thần kinh Chất hữu cơ của chì chủ yếu là độc thần kinh, trong khi các dẫn xuất vô cơ ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp hem và có thể gây bệnh não khi nhiễm ở mức cao Đặc biệt, trẻ em bị nhiễm chì ở mức vừa phải có thể gặp phải các rối loạn tâm thần nghiêm trọng.
Các kim loại khác nhƣ trietylen thiếc, vàng, liti…đều có tác dụng độc thần kinh
Thận là một bộ phận đào thải chính, do đó cũng là một trong những mục tiêu tấn công của kim loại
Cadmi ảnh hưởng tới các tế bào của các ống đầu gần gây ra bài tiết nước tiểu có protein phân tử lƣợng thấp, axit amin và glucose
Crom, platin và dẫn xuất vô cơ thuỷ ngân cũng là tác nhân gây thiệt hại các ống đầu gần
Bảng 1.1: Ngƣỡng giới hạn một số kim loại nặng
Kim loại (mg/kg) Cho người/ngày
Các phương pháp xác định lượng vết kim loại nặng
1.3.1 Phương pháp phổ khối lượng plasma cao tần cảm ứng ICP-MS
Thuật ngữ ICP (Inductively Coupled Plasma) đề cập đến ngọn lửa plasma được tạo ra từ dòng điện tần số cao (MHz) do máy phát Radio Frequency Power (RFP) cung cấp Ngọn lửa plasma này có nhiệt độ rất cao, giúp chuyển đổi các nguyên tố trong mẫu cần phân tích thành dạng ion.
MS (Mass Spectrometry) là phép ghi phổ theo số khối hay chính xác hơn là theo tỷ số giữa số khối và điện tích (m/Z)
Kể từ khi plasma cảm ứng ra đời với những tính năng vượt trội so với nguồn hồ quang và tia điện, một công cụ mới đã được phát triển thành tổ hợp ICP kết hợp với khối phổ kế Hai ưu điểm nổi bật của ICP là khả năng vận hành hiệu quả và độ chính xác cao trong phân tích.
MS có khả năng phân giải cao và dễ dàng tách biệt các nhiễu ảnh hưởng, cho phép phát hiện hầu hết các nguyên tố trong bảng tuần hoàn Phương pháp phân tích này mang lại độ chính xác cao trong việc xác định thành phần hóa học.
Quá trình này dựa trên nguyên tắc bay hơi, phân tách và ion hóa của các nguyên tố hóa học khi tiếp xúc với môi trường plasma có nhiệt độ cao Các ion sau đó được phân tách theo tỷ số khối lượng / điện tích (m/Z) bằng thiết bị phân tích khối lượng có từ tính và độ phân giải cao, giúp phát hiện, khuếch đại tín hiệu và đếm qua thiết bị điện tử kỹ thuật số.
Phương pháp ICP-MS, ra đời vào đầu những năm 80 của thế kỷ trước, đã chứng tỏ ưu điểm vượt trội so với các kỹ thuật phân tích khác như quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) và quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-AES hay ICP-OES) ICP-MS nổi bật với độ nhạy cao, độ lặp lại tốt và khả năng xác định đồng thời nhiều kim loại trong thời gian phân tích ngắn.
* Sự xuất hiện và bản chất của phổ ICP-MS
Dưới tác động của nguồn ICP, các phân tử trong mẫu phân tích được phân li thành nguyên tử tự do ở trạng thái hơi Trong môi trường kích thích năng lượng cao của phổ ICP, các nguyên tử này sẽ bị ion hóa, tạo thành đám hơi ion với điện tích +1 Khi dẫn dòng ion vào buồng phân cực để phân giải theo số khối (m/Z), sẽ thu được phổ khối của nguyên tử cần phân tích, được phát hiện nhờ các detector phù hợp.
Các quá trình xảy ra trong nguồn ICP:
Hóa hơi chất mẫu, nguyên tử hóa các phân tử, và ion hóa các nguyên tử là các bước quan trọng trong quy trình phân tích bằng ICP-MS Quá trình này dẫn đến sự phân giải của các ion theo số khối, tạo ra phổ ICP-MS, từ đó giúp xác định thành phần và nồng độ của các nguyên tố trong mẫu.
Thu toàn bộ đám hơi ion của mẫu, sau đó lọc và phân ly chúng thành phổ thông qua hệ thống phân giải khối theo số khối của ion Các ion được phát hiện bằng detector và ghi lại phổ.
- Đánh giá định tính, định lƣợng phổ thu đƣợc
Phổ ICP-MS là phổ của các nguyên tử ở trạng thái khí tự do, đã được ion hóa trong nguồn năng lượng cao tần ICP, và được phân tích theo số khối của các chất.
* Ưu điểm của phương pháp phân tích bằng ICP-MS
Phép đo phổ ICP - MS là một kỹ thuật phân tích hiện đại, ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm sản xuất nhiên liệu hạt nhân, phân tích môi trường, y tế và khoa học hình sự Cụ thể, kỹ thuật này được sử dụng để xác định đồng vị phóng xạ trong nước làm lạnh hạt nhân (5%), phân tích nước uống, nước biển và đất (48%), kiểm tra chất nhiễm bẩn trong ngành công nghiệp bán dẫn (33%), cũng như phân tích mẫu sinh học như máu và nước tiểu (6%) Ngoài ra, ICP - MS còn hỗ trợ nghiên cứu đồng vị phóng xạ trong địa chất (2%), hóa chất (4%), dấu vết đạn và chất độc trong khoa học hình sự (1%), cùng với phân tích thực phẩm (1%) Những ưu điểm nổi bật của phương pháp này bao gồm độ nhạy cao, khả năng phân tích nhiều nguyên tố đồng thời và độ chính xác trong kết quả.
Nguồn ICP là nguồn năng lượng kích thích phổ có năng lượng cao, cho phép phân tích hơn 70 nguyên tố từ Lithium (Li) đến Uranium (U) Phương pháp này có khả năng xác định đồng thời các nguyên tố với độ nhạy và độ chọn lọc rất cao, với giới hạn phát hiện từ ppb đến ppt cho tất cả các nguyên tố.
Khả năng phân tích bán định lượng nổi bật cho phép đạt độ chính xác cao mà không cần sử dụng mẫu chuẩn Phương pháp này có thể phân tích các đồng vị và tỷ lệ của chúng một cách hiệu quả.
Mặc dù độ nhạy cao, nguồn ICP lại cung cấp kích thích phổ rất ổn định, giúp phép đo ICP - MS đạt được độ lặp lại cao và sai số rất nhỏ.
Phổ ICP - MS có độ chọn lọc cao hơn so với phổ ICP - AES do ít vạch hơn, giúp giảm thiểu ảnh hưởng của thành phần nền Nếu có sự xuất hiện của thành phần nền, chúng thường rất nhỏ và dễ dàng được loại trừ.
Vùng tuyến tính trong phép đo ICP-MS vượt trội hơn hẳn các kỹ thuật phân tích khác, có thể cao gấp hàng trăm lần Kỹ thuật này cũng cho khả năng phân tích bán định lượng tốt, nhờ vào việc không cần sử dụng mẫu chuẩn mà vẫn đảm bảo kết quả tương đối chính xác.
- Ngoài ra ICP-MS còn đƣợc sử dụng nhƣ là một detector cho LC, CE, GC
Phương pháp xử lý mẫu thực phẩm
1.4.1 Nguyên tắc xử lý mẫu
Xử lý mẫu là quá trình hòa tan và phá hủy cấu trúc của chất mẫu ban đầu, nhằm giải phóng và chuyển các chất cần xác định về dạng đồng thể phù hợp với phương pháp đo đã chọn Qua đó, chúng ta có thể xác định hàm lượng chất mà mình mong muốn.
Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học, ngành hóa học và các lĩnh vực kỹ thuật, các phương pháp và trang thiết bị để xử lý mẫu phân tích đã được cải tiến và hoàn thiện, mang lại nhiều tiện lợi và đáp ứng tốt các yêu cầu phân tích Các kỹ thuật xử lý mẫu hiện tại và trong tương lai đang được áp dụng ngày càng rộng rãi.
Kỹ thuật vô cơ hóa khô và ướt là hai phương pháp xử lý quan trọng trong lĩnh vực phân tích Kỹ thuật vô cơ hóa khô (xử lý khô) và kỹ thuật vô cơ hóa ướt (xử lý ướt) có thể được kết hợp để nâng cao hiệu quả phân tích Ngoài ra, các kỹ thuật chiết xuất như lỏng-lỏng, rắn-lỏng, và rắn-khí, cùng với các kỹ thuật sắc ký, đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Khi xử lý mẫu để xác định kim loại thì người ta thường xử lý mẫu theo 3 phương pháp đầu (khô, ướt và khô ướt kết hợp)
Căn cứ vào trang thiết bị thì người ta chia thành:
Phương pháp này đơn giản, không cần dụng cụ phức tạp và cho kết quả khá chính xác
Trong quy trình phân tích mẫu hệ hở, các axit như HF, HCl, H2SO4 và HClO4 được sử dụng tùy thuộc vào loại mẫu và nguyên tố cần phân tích, nhằm đảm bảo quy trình phân tích phù hợp và hiệu quả.
Ví dụ nhƣ để xác định các nguyên tố dễ bay hơi nhƣ Hg thì cần khống chế nhiệt độ
< 120 0 C, để phá các mẫu chứa nhiều SiO2 cần cho thêm HF…
Hiện nay, kỹ thuật xử lý mẫu ướt bằng axit đặc trong lò vi sóng hệ kín đang trở nên phổ biến nhờ vào nhiều ưu điểm nổi bật Phương pháp này cho phép rút ngắn thời gian xử lý mẫu, phá hủy mẫu một cách triệt để mà không làm mất chất phân tích, đồng thời nâng cao hiệu suất xử lý mẫu.
Dưới tác động của axit và năng lượng nhiệt, các hạt mẫu bị phá hủy và tan rã Quá trình khuếch tán, đối lưu, chuyển động nhiệt và va chạm giữa các hạt mẫu khiến chúng bị bào mòn dần Các tác nhân này tấn công từ bên ngoài vào, dẫn đến sự mòn dần và cuối cùng là sự tan rã hoàn toàn của các hạt mẫu.
Trong lò vi sóng, năng lượng vi sóng được phân tử nước hấp thụ (> 90%), gây ra sự phá vỡ từ bên trong hạt mẫu do chuyển động nhiệt mạnh mẽ Việc xử lý mẫu trong hệ kín tạo ra áp suất cao, làm tăng nhiệt độ sôi, từ đó thúc đẩy quá trình phân huỷ mạnh mẽ từ bên trong ra ngoài Nhờ đó, quá trình xử lý mẫu chỉ mất từ 50 đến 90 phút và đạt hiệu quả triệt để.
1.4.2 Một số phương pháp xử lý mẫu thực phẩm xác định hàm lượng kim loại nặng
Tác giả M Lucila Lares, Gilberto Flores-Munozb, Ruben Lara-Lara [31] đã nghiên cứu đánh giá những biến đổi theo thời gian về hàm lƣợng Cd, Al, Hg, Zn,
Nghiên cứu về mn theo các tháng trong trai và rong biển đã được thực hiện tại khu bờ đá Vịnh San Quintin, Baja California, Mexico Kết quả chỉ ra mối liên quan giữa các yếu tố môi trường và sự phát triển của trai và rong biển trong khu vực này.
Nghiên cứu này phân tích mối tương quan giữa 23 yếu tố thời tiết, thủy văn và các bộ phận trong cơ thể con trai bằng phương pháp phân tích thành phần chính (PCA) Tác giả mô tả quy trình xử lý mẫu, bắt đầu bằng việc làm sạch và rửa mẫu trai bằng nước cất, sau đó sấy khô ở 70°C đến khi đạt khối lượng không đổi Khoảng 1g mẫu khô được cân và thêm HNO3 để phân hủy, tiếp theo là H2O2 để phá hủy hoàn toàn lượng lipid khó tan Đối với việc xác định hàm lượng thủy ngân, mẫu được xử lý bằng hỗn hợp HNO3 và H2SO4 theo tỷ lệ 2:1, sau đó bổ sung hỗn hợp KMnO4 và H2O2.
Tác giả Locatelli [30] đã sử dụng hỗn hợp H2SO4 và HNO3 để phân hủy mẫu trai, ốc, cá nhằm xác định các vết kim loại thông thường Để xác định thủy ngân (Hg), phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử hóa hơi lạnh (CV – AAS) được áp dụng với hỗn hợp H2SO4.
K 2 Cr 2 O 7 đƣợc sử dụng Quy trình tỏ ra đơn giản, an toàn , mẫu phân hủy tốt
M.G.M Alam, E.T.Snow, A Tanaka đã phá mẫu các loại rau nhƣ bí ngô, khoai môn, đu đủ để xác định các kim loại nặng trong mẫu đƣợc trồng ở làng Samta, Bangladesh bằng HNO 3 và HF Mẫu sau khi phân huỷ được xác định bằng phương pháp ICP-MS thu đƣợc các kết quả về nồng độ trung bình các kim loại nặng (μg/g) là: As (0,17);Cd (0,023); Cr (0,07); Cu (3,5); Co (0,02); Fe (12,7); Mn (34,70; Pb (4,5); Zn (25,2) [ 33]
Các tác giả F Queirolo, S Stegen, M Restovic, M Paz, P Ostapczuk, M J Schwuger và L Munoz đã sử dụng hỗn hợp HNO3 đặc và HClO4 đặc với tỷ lệ 4:1 để phân hủy các mẫu lương thực như ngô, khoai tây, hành và đậu nhằm xác định nồng độ chì (Pb) và cadmium (Cd) Sau khi phân hủy, các mẫu được phân tích bằng phương pháp ICP-MS để thu được nồng độ các kim loại nặng.
Cd từ 0,56 -3,9 ng/g và của Pb là từ 0,6-25,4 ng/g.[23]
Để xác định các kim loại nặng như Cd, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn trong mẫu rau quả, tiến hành xử lý mẫu bằng hỗn hợp axit HNO3 và H2O2 trong bình Kendal Đầu tiên, lấy 5,00 g mẫu đã nghiền mịn và trộn đều với 60 ml HNO3 65% và 5 ml H2O2 30% Sau đó, cắm phễu nhỏ vào bình Kendal, lắc đều và đun sôi nhẹ cho đến khi mẫu phân hủy hoàn toàn, đạt được dung dịch không màu (thời gian xử lý từ 6 đến 8 giờ tùy loại mẫu) Tiếp theo, chuyển dung dịch vào cốc 250 ml, làm bay hơi hết axit bằng đèn IR cho đến khi còn muối ẩm, để nguội và định mức bằng dung dịch axit HCl 2% thành 25 ml Trong quá trình này, các nguyên tố kim loại sẽ chuyển đổi thành các hợp chất có thể phân tích.
Axit đặc có khả năng oxy hóa các chất hữu cơ trong mẫu rau quả, làm cho 24 chất cơ kim bị chuyển đổi thành các muối vô cơ tan trong dung dịch nước Quá trình hóa học này là rất quan trọng trong việc hiểu sự biến đổi của các hợp chất trong thực phẩm.
Mẫu +HNO 3 + H 2 O 2 → Me(NO 3 )m + H 2 O + CO 2 + NO 2
(muối tan của kim loại )
Tro hóa khô mẫu rau quả để xác định các kim loại (Na, K, Ca, Mg, Cd, Co,
Để xác định các nguyên tố như Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn, cân 5,00 g mẫu đã nghiền mịn vào chén thạch anh và sấy từ từ cho đến khi mẫu khô đen Sau đó, nung ở nhiệt độ 450 oC và nâng lên 550 oC cho đến khi mẫu chuyển thành tro trắng Tro này được hòa tan trong 12 – 15 ml dung dịch HCl 18% và 0,5 ml HNO3, đun nhẹ cho tan hết, loại bỏ axit dư đến khi còn muối ẩm và định mức thành 25 ml bằng dung dịch HCl 2% Lưu ý rằng các nguyên tố Cd, Cu, Pb, Zn có thể bị mất một ít (10-15%) trong quá trình nung, phương pháp này thích hợp cho việc xác định các kim loại kiềm, kiềm thổ và Fe, Mn, Ni.
NGHIỆM
Hóa chất, thiết bị và dụng cụ
2.1 Đối tƣợng và nội dung nghiên cứu
Trong bản luận văn này, chúng tôi nghiên cứu các mẫu rau, củ, quả, thịt và nội tạng động vật Do không thể phân tích mẫu đại diện, chúng tôi chỉ tiến hành phân tích các mẫu ngẫu nhiên được mua từ chợ Phân tích tổng hàm lượng kim loại nặng được thực hiện trên toàn bộ mẫu sau khi đã loại bỏ các phần không ăn được.
+ Tối ưu hoá điều kiện phân tích đồng thời các kim loại nặng bằng phương pháp ICP-MS
+ Nghiên cứu xây dựng quy trình xử lý mẫu thực phẩm để phân tích hàm lƣợng các kim loại nặng
+ Phân tích đánh giá hàm lƣợng kim loại nặng trong một số mẫu thực phẩm
2.2 Hóa chất, thiết bị và dụng cụ
Tất cả các hóa chất được sử dụng đều là loại tinh khiết phân tích (PA) hoặc tinh khiết thuốc thử (PR), và chúng được pha chế bằng nước cất hai lần.
Nước sạch cấp thuốc thử, hay còn gọi là nước siêu sạch, là nước cất được xử lý qua hệ thống trao đổi ion hoặc thiết bị lọc đạt tiêu chuẩn ICP-MS và LC, với trở kháng nhỏ hơn 18MΩ.
Dung dịch chuẩn gốc chứa đồng thời các ion của các nguyên tố cần phân tích (ngoại trừ Hg) với nồng độ 10 ppm trong môi trường axit HNO3 2% Đồng thời, dung dịch chuẩn đơn của Hg cũng có nồng độ 10 ppm trong môi trường axit HNO3 2%.
Các dung dịch chuẩn có nồng độ nhỏ hơn đƣợc pha loãng từ dung dịch chuẩn gốc trong môi trường HNO3 2%
+ Các loại axit đặc, tinh khiết: HNO 3 , HCl, H 2 SO 4 và H 2 O 2 đặc
+ Các loại hoá chất cơ bản khác
2.2.2 Thiết bị và dụng cụ
+ Hệ thống ICP – MS (Model ELAN 9000 – Perkin Elmer) và các thiết bị phụ trợ (hình 2)
+ Tủ sấy, tủ hút, bếp điện
+ Cân phân tích có độ chính xác 0,0001 gam; cân kỹ thuật có độ chính các 0,1 gam
+ Bộ dụng cụ phá mẫu bằng ống teflon có bọc inox ở ngoài (sẽ trình bày chi tiết ở chương 3)
+ Máy nước cất 1 lần, 2 lần
+ Bình Kendal các loại 50; 100 ml
+ Bình định mức các loại: 25; 50; 100 ml
Hệ trang bị của phép đo ICP-MS
Hệ máy đo ICP-MS bao gồm các bộ phận chính sau, và đƣợc chỉ ra trên hình 2.1:
Hình 2.1: Hệ trang bị ICP-MS
4 Van ngăn cách giữa vùng chân không cao của phổ kế và vùng ion
Thiết bị ICP-MS được sử dụng tại Khoa Hóa, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội để phân tích mẫu.
Lấy mẫu, bảo quản mẫu
Trong nghiên cứu này chúng tôi tiến hành xác định hàm lƣợng kim loại trong
+ Rau xanh và một số loại củ quả + Thịt : thịt gà và thịt lợn
Vào ngày 15 tháng 9 năm 2011, chúng tôi đã mua gan lợn tại chợ Vạn Kiếp, quận Hoàn Kiếm, thành phố Hà Nội Sau khi mua, gan lợn được xử lý sơ bộ và bảo quản theo quy trình được trình bày trong phần 2.3.2.
2.3.2 Xử lý mẫu sơ bộ và bảo quản mẫu
Mẫu rau, củ, quả cần được xử lý đúng cách: trước tiên, nhặt bỏ những phần không ăn được, sau đó rửa sạch bằng nước máy Tiếp theo, tráng lại bằng nước cất một lần và nước cất hai lần, cuối cùng để ráo nước để đảm bảo vệ sinh.
28 hong cho hết nước bám vào Sau đó đem sấy khô tới khối lượng không đổi trong tủ sấy ở nhiệt độ 60 o C
Mẫu thịt và gan lợn cần được rửa sạch, tráng qua nước cất một lần và sau đó là nước cất hai lần Sau khi thấm khô, mẫu được xay nhỏ và sấy khô đến khi đạt khối lượng không đổi trong tủ sấy ở nhiệt độ 60 độ C.
Sau khi sấy khô, các mẫu được nghiền thành bột mịn và bảo quản trong bình hút ẩm Để xác định hàm lượng nước trong mẫu, sử dụng công thức: sww dw sdw 100.
Trong đó : dw % là hàm lƣợng khô của mẫu sdw là khối lƣợng của mẫu sau khi sấy khô ( g ) sww là khối lượng của mẫu tươi ( g )
Ta có bảng hệ số dw% của các mẫu nhƣ sau
Bảng 2.1: Hệ số dw% của các mẫu
STT Mẫu sww (g) sdw (g) dw (%)