Nội dung chính của luận văn là nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích Phtalat trong nhựa bằng phương pháp chiết kết hợp sắc ký lỏng hiệu năng cao để phần nào đánh giá mức độ ô nhiễm phtalat. Để hiểu rõ hơn, mời các bạn tham khảo chi tiết nội dung luận văn này.
TỔNG QUAN
Khái quát chung về các hợp chất Phtalat
Phtalat là este dialkyl hoặc alkyl aryl của axit 1,2-benzendicacboxylic Công thức cấu tạo chung của phtalat nhƣ sau:
Tên gọi, công thức hóa học của một số phtalat thông dụng đƣợc thể hiện trong bảng 1.1 dưới đây
Bảng 1.1: Tên gọi, công thức hóa học của một số phtalat thông dụng [8]
Tên gọi Viết tắt Công thức hóa học M
3 Diallyl phthalate DAP C6H4(COOCH2CH=CH2)2 246
4 Di-n-propyl phthalate DPP C6H4[COO(CH2)2CH3]2 250
5 Di-n-butyl phthalate DBP C6H4[COO(CH2)3CH3]2 278
6 Diisobutyl phthalate DIBP C6H4[COOCH2CH(CH3)2]2 278
7 Butyl cyclohexyl phthalate BCP CH3(CH2)3OOCC6H4COOC6H11 304
8 Di-n-pentyl phthalate DNPP C6H4[COO(CH2)4CH3]2 306
10 Butyl benzyl phthalate BBP CH3(CH2)3OOCC6H4COOCH2C6H5 312
11 Di-n-hexyl phthalate DNHP C6H4[COO(CH2)5CH3]2 334
12 Diisohexyl phthalate DIHxP C6H4[COO(CH2)3CH(CH3)2]2 334
13 Diisoheptyl phthalate DIHpP C6H4[COO(CH2)4CH(CH3)2]2 362
14 Butyl decyl phthalate BDP CH3(CH2)3OOCC6H4COO(CH2)9CH3 362
DEHP DOP C6H4[COOCH2CH(C2H5)(CH2)3CH3]2 390
16 Di(n-octyl) phthalate DNOP C6H4[COO(CH2)7CH3]2 390
17 Diisooctyl phthalate DIOP C6H4[COO(CH2)5CH(CH3)2]2 390
18 n-Octyl n-decyl phthalate ODP CH3(CH2)7OOCC6H4COO(CH2)9CH3 418
19 Diisononyl DINP C6H4[COO(CH2)6CH(CH3)2]2 418
20 Diisodecyl phthalate DIDP C6H4[COO(CH2)7CH(CH3)2]2 446
21 Diundecyl phthalate DUP C6H4[COO(CH2)10CH3]2 474
22 Diisoundecyl phthalate DIUP C6H4[COO(CH2)8CH(CH3)2]2 474
23 Ditridecyl phthalate DTDP C6H4[COO(CH2)12CH3]2 530
24 Diisotridecyl phthalate DIUP C6H4[COO(CH2)10CH(CH3)2]2 530
Phtalat ở dạng tinh khiết là chất lỏng không màu hoặc vàng nhạt, có thể có mùi thơm nhẹ, với áp suất hơi từ thấp đến trung bình Chúng tan không đáng kể trong nước nhưng hòa tan tốt trong các dung môi hữu cơ như acetonitril, n-hexan, metanol và chất béo Khả năng hòa tan trong nước, áp suất hơi và hệ số phân tán octanol-nước (log Kow) tăng theo trọng lượng phân tử Ở 20°C, áp suất hơi dao động từ 3,4 x 10^-5 đến 9,7 x 10^-5 Pa, độ tan trong nước từ 3,81 x 10^-5 đến 10 mg/l và log Kow từ 4,11 đến 9,46 Tính chất lý hóa của một số phtalat được trình bày trong bảng 1.2.
Bảng 1.2: Tính chất lý hóa của một số phtalat [5]
Tính chất DBP BBP DEHP DINP DIDP
KLPT (g/mol) 278,34 312,4 390,6 420,6 446,68 Điểm nóng chảy ( o C) -69 -35 -55 -50 -45 Điểm sôi ( o C) 340 370 230 440 400 Áp suất hơi (Pa) 0,0097 0,00004 0,000034 0,00006 0,000051
Log Kow 4,57 4,84 7,5 8,8 8,8 Độ tan trong nước
Phtalat có khả năng bay hơi từ bề mặt đất ẩm và nước, đồng thời dễ dàng bị phân hủy dưới tác động của môi trường Do đó, phtalat được đánh giá là có mức độ bền vững và tích lũy sinh học thấp.
1.1.3 Ứng dụng của các hợp chất phtalat và nguồn gốc phát thải
1.1.3.1 Ứng dụng của các hợp chất phtalat
Phtalat là nhóm hóa chất phổ biến, đặc biệt trong ngành công nghiệp nhựa PVC, với gần 87% tổng lượng phtalat tại Mỹ vào năm 1994 được sử dụng làm chất hóa dẻo Các loại phtalat chủ yếu bao gồm DOP (DEHP), DBP, DINP, DIDP, BBP và DnOP, chúng có mặt trong hầu hết các sản phẩm ứng dụng công nghệ nhựa PVC Phtalat được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp để làm chất hóa dẻo, kết dính, sát khuẩn và dung môi Ngoài ra, chúng cũng xuất hiện trong nhiều loại mỹ phẩm như sơn móng tay, keo vuốt tóc, dầu gội, kem dưỡng da, thuốc nhuộm tóc, son môi và phấn.
Trong ngành mỹ phẩm, phtalat giúp tạo độ tươi mới, mịn màng và hấp dẫn cho sản phẩm, đồng thời làm cho sơn móng tay sáng bóng và bền lâu hơn Chất DEP được sử dụng như một chất định hương trong nước hoa, giúp giữ mùi lâu và ổn định trong các điều kiện thời tiết khác nhau Ngoài ra, DEP còn có mặt trong ngành vật liệu xây dựng như ván sàn, vòi hoa sen và sơn tường, cũng như trong đồ gia dụng như rổ rá và bình sữa Trong lĩnh vực giải trí, nó được sử dụng trong đồ chơi trẻ em, và trong thực phẩm, như thạch rau câu và nước ngọt Trong ngành y tế, DEP được dùng cho các dụng cụ như túi nhựa đựng máu và ống thông tiểu Đặc biệt, DEP còn được áp dụng trong dược phẩm như một chất trị bệnh ghẻ nhờ tính diệt khuẩn, và mặc dù nó được sử dụng làm chất hóa dẻo trong bao phim viên thuốc, lượng tiếp xúc hàng ngày là rất nhỏ, nên không đáng kể.
Bảng 1.3 dưới đây trình bày lượng sản xuất, tiêu thụ và xuất nhập khẩu hàng năm của một số phthalat tại EU, trong khi bảng 1.4 cho thấy tỷ lệ sử dụng cho các ứng dụng cụ thể của những phthalat này trong cùng một năm ở EU.
Bảng 1.3: Mức độ sản xuất, tiêu thụ, xuất nhập khẩu của một số Phtalat (tấn/năm) ở
Hợp chất Sản xuất Tiêu thụ Nhập khẩu Xuất khẩu Năm
Bảng 1.4: Tỉ lệ cho các ứng dụng cụ thể của một số Phtalat trong một năm ở EU
Phtalat được thải ra môi trường từ nhiều nguồn như phát thải công nghiệp, chất thải rắn đô thị và các sản phẩm chứa phtalat Chúng có khả năng di chuyển vào không khí, thực phẩm và môi trường, dẫn đến việc xâm nhập vào cơ thể con người cả trực tiếp lẫn gián tiếp Phtalat dễ dàng xâm nhập vào thực phẩm trong quá trình chế biến và đóng gói bằng nhựa Qua thời gian, chúng có thể bay hơi và phát tán vào không khí, hoặc được phát thải khi tiếp xúc với bề mặt nhựa, đặc biệt là trong các hoạt động có tác dụng cơ học mạnh như nhai hoặc ngậm nhựa PVC.
Việc sử dụng phtalat trong sản xuất nhựa, sản phẩm chăm sóc cá nhân và vật liệu đóng gói thực phẩm dẫn đến sự tiếp xúc rộng rãi với hóa chất này trong cộng đồng Con người có thể tiếp xúc với phtalat qua việc sử dụng sản phẩm chứa phtalat do thôi nhiễm, chẳng hạn như bao bì thực phẩm hoặc dịch truyền tĩnh mạch, cũng như do ô nhiễm môi trường.
9 trường xung quanh.Nuốt phải, hít phải, tiêm tĩnh mạch và sự hấp thụ da là các con đường tiềm năng tiếp xúc phtalat [5]
Nuốt phải : tuyến đường tiếp xúc này có thể bắt nguồn từ
Phtalat có thể xâm nhập vào thực phẩm từ hộp nhựa khi được sử dụng trong lò vi sóng Ngoài ra, thực phẩm cũng có thể hấp thu phtalat từ môi trường trong quá trình canh tác hoặc do tiếp xúc với các thiết bị chế biến và vật liệu đóng gói.
Nước: Phthalates được tìm thấy trong nước ngầm và nước uống.Từ năm
Từ năm 1987 đến 1993, theo thống kê của EPA về phát thải chất độc hóa học, DEHP đã giải phóng ra hơn 500.000 lbs vào đất và nước, trong đó khoảng 5% là trong nước.
Sữa: một nghiên cứu đã phát hiện MBP và MEHP có trong sữa với hàm lƣợng 0,6 – 3,9 àg/l (với MBP) và 5,6 – 9,9 àg/l (với MEHP)
Thuốc và thực phẩm bổ sung dinh dưỡng có thể chứa phtalat, một hợp chất thường được sử dụng trong lớp phủ của các chế phẩm dược nhằm điều trị bệnh đường tiêu hóa như viêm loét đại tràng và ung thư đại trực tràng Lớp polyme này giúp thuốc được đưa trực tiếp đến đại tràng và ruột non Ngoài ra, một số loại thuốc khác như kháng sinh, kháng histamin và thuốc nhuận tràng cũng có thể có phtalat trong lớp phủ của chúng Chế phẩm thảo dược và thực phẩm bổ sung dinh dưỡng cũng không ngoại lệ khi có thể chứa hợp chất này.
Đồ chơi polymer dẻo chứa phtalat, đặc biệt là DINP, là nguồn tiềm năng gây tiếp xúc bằng miệng ở trẻ em Năm 1999, Liên minh châu Âu đã tạm thời cấm tiếp thị đồ chơi có chứa DEHP, DBP và BBP cho trẻ em, cũng như các đồ chơi chứa DINP, DnOP và DIDP dành cho trẻ dưới 3 tuổi Tại Mỹ, DINP là phtalat chủ yếu được sử dụng trong đồ chơi, với ước tính trẻ em tiếp xúc từ 5,7 đến 44 µg/kg/ngày thông qua hoạt động ngậm đồ chơi.
Không khí trong nhà và bụi nhà chứa phthalates, với nguồn gốc từ vật liệu xây dựng, đồ nội thất và nước hoa Nghiên cứu ở Na Uy cho thấy trung bình có 960 mg tổng phthalates trên mỗi gram bụi, trong đó DEHP chiếm nồng độ cao nhất với 640μg/g Các nhà nghiên cứu ước tính rằng người lớn hít phải khoảng 0,76 mg DEHP mỗi ngày từ bụi nhà Thêm vào đó, một nghiên cứu khác chỉ ra mối tương quan giữa nồng độ phthalates trong nước tiểu và bụi trong nhà, cho thấy rằng hít phải bụi nhà có thể là một nguồn quan trọng dẫn đến tiếp xúc với phthalates có trọng lượng phân tử thấp.
Thiết bị y tế: Một số phtalat nhƣ DEHP, có thể đƣợc chuyển thành dạng hơi trong ống dẫn khí hô hấp
Để tạo hình đất sét, người ta sử dụng hỗn hợp phtalat, giúp đất sét trở nên mềm dẻo ở nhiệt độ thường Quá trình nung đất sét sẽ làm phtalat bay hơi và khuếch tán vào không khí.
Trong tĩnh mạch: phtalat trong nhựa PVC làm túi, ống truyền dịch,…có thể bị thôi nhiễm, theo đường truyền và đi vào cơ thể
Sự hấp thu qua da xảy ra khi sử dụng các sản phẩm chăm sóc thẩm mỹ chứa phthalate, bao gồm kem dưỡng da, dầu gội, nước hoa, sơn móng tay và thuốc xịt tóc Điều này có thể dẫn đến độc tính, gây ra những tác động tiêu cực đến sức khỏe người dùng.
- Tác động lên con người
Phtalat, một chất phổ biến trong sản xuất nhựa và chất dẻo, đang trở thành mối quan tâm lớn do khả năng gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người Các loại phtalat như DEHP, DBP, BBzP và các chất chuyển hóa như mono-butyl phtalat (MBP), mono-benzyl phtalat (mBzP), và mono-(2-etylhexyl) phtalat (mEHP) đã được chứng minh là có khả năng gây ung thư gan ở động vật gặm nhấm và gây quái thai ở động vật.
Các hợp chất thay thế phtalat
Trung tâm Lowell tại Đại học Massachusetts chuyên về sản xuất bền vững cung cấp cái nhìn tổng quát về các lựa chọn thay thế phtalat, chất làm dẻo được sử dụng trong nhiều sản phẩm nhựa polyvinyl clorua (PVC), với sự chú trọng đặc biệt đến các sản phẩm dành cho trẻ em.
Một số chất hoá dẻo thay thế đã được xác định, bao gồm citrat, sebacat, adipat, và phốt phát Những hợp chất này được sử dụng để thay thế phtalat trong các sản phẩm truyền thống như đồ chơi và thiết bị y tế Ngoài ra, chúng cũng được áp dụng làm chất thay thế để làm dẻo nhựa PVC, cũng như làm dung môi và chất kìm hãm trong mỹ phẩm, mực in, chất kết dính, và nhiều sản phẩm tiêu dùng khác.
Hầu hết các chất dẻo thay thế vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ về ảnh hưởng tiềm tàng đến sức khỏe con người và môi trường, mặc dù có nhiều lựa chọn hiện có.
Các chất dẻo thay thế hiện đang được sử dụng trong sản phẩm trẻ em và tiêu dùng khác có tiềm năng ứng dụng hứa hẹn, nhưng cũng có thể gây ra các ảnh hưởng xấu đến sức khỏe như kích ứng mắt, da và đường hô hấp Bên cạnh đó, chúng có thể ảnh hưởng đến các cơ quan như thận, gan, lá lách, tinh hoàn và tử cung Hầu hết các bằng chứng về tác động sức khỏe đến con người chủ yếu đến từ các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và một số nghiên cứu dịch tễ học Ngoài ra, một số chất dẻo thay thế có thể gây hại cho sinh vật dưới nước và không phân hủy trong môi trường Bảng 1.5 liệt kê các chất thay thế làm chất hóa dẻo đang được sử dụng và tiềm năng ảnh hưởng đến sức khỏe và môi trường của chúng.
Bảng 1.5: Các chất hóa dẻo thay thế [7]
Chức năng / sản phẩm Mối quan tâm sức khỏe con người
Mối quan tâm về môi trường
Chất này chủ yếu được sử dụng làm chất làm dẻo trong nhiều sản phẩm, bao gồm mỹ phẩm, đồ chơi, nhựa vinyl, chất kết dính, thiết bị y tế, lớp phủ tablet dược phẩm, bao bì thực phẩm, hương liệu thực phẩm, mực in và nhựa trong bê tông.
- Cũng đƣợc sử dụng nhƣ một chất bôi trơn bề mặt
Tiếp xúc với tĩnh mạch có ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương và lưu lượng máu trong động vật thí nghiệm, có thể gây ra tác dụng kích thích nhẹ cho đôi mắt và làm tăng trọng lượng gan.
Có khả năng tích lũy và phân hủy sinh học, trong đó 80% là bị suy thoái trong một quá trình phân hủy sinh học tiêu chuẩn Tuy nhiên, kết quả từ một thử nghiệm chuẩn về suy thoái cho thấy những thông tin quan trọng này.
Trong sản xuất hàng kim loại có liên quan đến thực phẩm, nghiên cứu cho thấy rằng bis(2-etylhexyl) ức chế sự tăng sinh của các tế bào bạch cầu Hiện tại, dữ liệu về ảnh hưởng của môi trường kỵ khí vẫn chưa được công bố, trong khi đó, tác động của môi trường aerobic chậm chạp cũng cần được xem xét.
Chất làm dẻo được sử dụng rộng rãi trong nhiều sản phẩm như đồ chơi nhựa PVC, nắp chai, cửa, lớp phủ vải, kết nối điện, và các sản phẩm nhựa vinyl khác, bao gồm cả nhựa copolymer PVC/VA.
- Không tìm thấy dữ liệu
- Không tìm thấy dữ liệu
Chất làm dẻo được sử dụng rộng rãi trong nhiều sản phẩm như đồ chơi, sàn vinyl, dây và cáp điện, văn phòng phẩm, bề mặt gỗ, vải bọc, găng tay, ống, giả da, giày, keo và thảm đệm.
Chất này cũng được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp, bao gồm việc sử dụng trong các bộ phim, vật liệu đóng gói thực phẩm, chất độn, sơn và sơn bóng, keo dán, nhựa trong bê tông, cũng như các sản phẩm cao su.
- Độc hại nhẹ khi tiêm tĩnh mạch trong nghiên cứu động vật
- Có thể sản xuất thay đổi phụ thuộc vào liều trong cơ thể
- Độc cho tảo, động vật giáp xác và cá
- Dữ liệu mãn tính trên động vật giáp xác cho thấy ảnh hưởng xấu đến sinh sản
- Không phải là một chất tích tụ sinh học
Chất này chủ yếu được sử dụng như một chất chống cháy trong các sản phẩm có nhu cầu chống cháy cụ thể Ngoài ra, nó còn được sử dụng như một chất làm dẻo trong các sản phẩm PVC, thường thấy trong các khu vực bệnh viện, bao bì, dây cáp, cũng như sàn và tường phủ.
- Ở người, hít phải gây ra sự mệt mỏi, dễ bị kích thích và đau đầu
- Nguyên nhân kích ứng mắt và bỏng da mức độ đầu tiên và thứ hai Báo cáo là ăn mòn da và mắt ở thỏ
- Có tiềm năng tích lũy sinh học thấp.
Các phương pháp xác định phtalat
1.3.1 Phương pháp HPLC – UV xác định phtalat
Do cấu trúc và tính chất tương tự của các hợp chất phtalat, việc xác định đồng thời các hợp chất này đòi hỏi một phương pháp mạnh mẽ để tránh sự chen lẫn phổ Phương pháp HPLC với detector UV có khả năng định tính và định lượng phtalat, nhưng phổ hấp thụ của các phtalat lại khá giống nhau và không có bước sóng hấp thụ đặc trưng Vì vậy, cần một phương pháp mạnh hơn để kiểm chứng trong phân tích mẫu thực tế Đối với các mẫu phân tích có nền không quá phức tạp, HPLC – UV trở thành phương pháp ưu việt nhờ vào quy trình xử lý đơn giản, kết quả tin cậy và chi phí thấp.
Silvia Marten (2010) đã phát triển quy trình tách 08 loại Phtalat, bao gồm BB, BBP, DBP, DHP, DEHP, DNOP, DINP và DIDP, sử dụng hệ RP – HPLC với cột Eurospher II 100-3 C18 H, kích thước 250 x 3 mm Hệ dung môi được sử dụng là ACN – H2O, trong đó kênh A là H2O/ACN với tỉ lệ 15/85 (v/v) và kênh B là ACN Quy trình gradient diễn ra từ 0-3 phút với 0% kênh B, sau đó từ 3,0-6,5 phút tăng dần từ 0% đến 100% kênh B, và duy trì ở 100% kênh B từ phút thứ 6,5 đến 19,5 phút.
B Tốc độ dòng 0,6 ml/phút, nhiệt độ cột 30 o C, detector UV đặt ở bước sóng 225 nm Kết quả cho thứ tự của các chất ra khỏi cột là BB-BBP-DBP-DHP-DEHP- DNOP-DINP-DIDP Tổng thời gian chạy một mẫu là 21 phút
A.G.Huesgen (2013) [13] cũng tách 09 Phtalat trên hệ UHPLC sử dụng cột tỏch Agilent ZORBAX RRHT Eclipse Plus Phenyl Hexyl, 3 ì 100 mm, 1.8 àm, p/n959964-312 với ba kênh A là H2O, kênh B là ACN, kênh C là MeOH Gradient ở 0 phút là 5 % B và 5 % C, ở 10 phút là 45 % B và 45 % C, ở 12,45 phút là 45 % B và 45 % C, ở 12,5 phút là 90 % B, ở 14 phút 5 % B và 5 % C Tốc độ dòng 1,0 ml/phút, nhiệt độ cột 40 o C, detector UV đặt ở bước sóng 228 nm Thứ tự các chất ra khỏi cột là MMP, DMP, DEP, BB, BBP, DBP, DEHP, DNOP và DIDP Tổng thời gian chạy một mẫu là 15 phút
Tác giả đã sử dụng hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao Hitachi (model L-7100, Tokyo) kết hợp với hệ bơm mẫu tự động (model L-7200) và detector nối với hệ ghép nối Hitachi model D-7000 để tách 05 phthalate gồm DEHP, DEP, DBP, BBP và DNHP Quá trình tách sắc ký được thực hiện bằng cột C18 Supelcosil có kích thước 250 mm x 4,6 mm.
Rửa giải được thực hiện ở nhiệt độ 20 ± 2 o C với pha động là hỗn hợp acetonitril và dung dịch đệm 0,08% trietylamin, điều chỉnh pH 2,8 bằng axít photphoric 1M theo tỷ lệ 88:12 (v/v) Quá trình chạy đẳng dòng diễn ra với tốc độ 0,7 ml/phút trong thời gian 50 phút.
1.3.2 Các phương pháp khác xác định phtalat
Ngoài HPLC, phương pháp GC-MS cũng rất phổ biến trong việc xác định các phthalate Sắc ký khí có thể kết hợp với các detector như detector bắt điện tử (ECD) hoặc ion hóa ngọn lửa (FID) để nhận diện các phthalate một cách hiệu quả.
Theo nghiên cứu của Yun Zou và Min Cai (2013), phthalates đã được xác định trong đồ chơi trẻ em bằng phương pháp GC-MS Hai mẫu được phân tích bao gồm một món đồ chơi và một núm vú cho trẻ sơ sinh, cả hai đều được cắt nhỏ dưới 3 mm x 3 mm Mẫu 1g được chiết xuất bằng phương pháp Soxhlet với 120 ml DCM trong 6 giờ ở nhiệt độ 60-80°C Dịch chiết sau đó được cô đặc còn khoảng 10 ml bằng máy cất chân không và được pha loãng với DCM đến 25 ml.
Để phân tích phthalate, nồng độ cao (ví dụ 45%) có thể được pha loãng để đạt nồng độ chuẩn Các mẫu thêm chuẩn được thực hiện theo quy trình đã đề ra Chương trình chạy máy GC-MS sử dụng cột Agilent J&W DB-5ms Ultra Inert capillary column, kích thước 30 m x 0.25 mm x 0.25 µm, với tốc độ dòng ban đầu là 1 ml/phút và dòng chảy liên tục bằng khí He Van tiêm mẫu hoạt động ở nhiệt độ 290°C, áp suất 35 psi, giữ ở 50°C trong 1 phút, sau đó tăng nhiệt độ 30°C/phút đến 280°C, và tiếp tục tăng 15°C/phút.
310 0 C, giữ trong 4 phút Thu được thời gian lưu của các chất DBP (m/z"3), BBP (m/z 6), DEHP (m/z'9) ở 7,25 phút và của DNOP (m/z'9) ở 8,7 phút và DINP (m/z)3) ra sau phút 9,0 [28]
Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) với các detector mạnh hơn detector UV đã được ứng dụng để phân tích các phthalate trong nhiều loại mẫu như đất, trầm tích, thực phẩm và mẫu nền sinh học Nghiên cứu của Bart Tienpont cho thấy các phthalate chủ yếu được phân tích là dạng mono-este của axit phthalic, chẳng hạn như mono-2-ethylhexyl phthalate, thông qua cơ chế phân mảnh ESI hoặc APCI Hệ thiết bị Agilent 1100 LC sử dụng cột 25 cm với đường kính 4,6 mm và hệ dung môi gồm hai kênh: kênh A chứa 0,5% đệm amoni axetat trong nước và kênh B là metanol, với tỷ lệ chạy 50%/50% B về thể tích và tốc độ dòng 0,5 ml/phút Các thông số kỹ thuật khác bao gồm van bơm mẫu 50 µL, thế phân cực 70 V, nhiệt độ 325 °C, và tốc độ khí N2 là 5 l/phút, cho phép phát hiện các mảnh ion như M +1 = 277 (DEHP), 281 (MEHP), 291 (MiNP).
305 (MiDP) Mẫu đƣợc chiết các phtalat ra khỏi nền bằng chiết lỏng – lỏng và làm giàu bằng chiết pha rắn
1.3.3 Phương pháp chiết tách các phtalat ra khỏi nền mẫu thực
Trước khi phân tích hàm lượng phthalat trong mẫu bằng hệ HPLC, mẫu cần được đồng nhất và chuyển đổi về dạng lỏng Các phthalat sẽ được hòa tan trong dung môi ACN hoặc MeOH, sau đó được đưa vào đầu cột tách để hấp thu và rửa giải qua cột.
Theo Dr Gregory Olufemi Adewuyi (2012) quy trình xử lý mẫu đƣợc thực hiện bằng cách: Tất cả các mẫu đồ chơi bằng nhựa PVC đƣợc cắt thành những
Các mẫu PVC được chuẩn bị bằng cách cắt thành miếng nhỏ hơn 2 mm, sau đó nghiền thành bột Khoảng 10 g bột được bọc trong giấy lọc Whatman 12,5 mm trước khi chiết Soxhlet với 100 ml diclometan (DCM) trong 7 giờ ở 60°C Dịch chiết được cô đặc còn khoảng 2 ml bằng máy cất quay chân không ở 30°C Sau đó, mẫu được làm sạch và tách sơ bộ trên cột sắc ký với silicagel và Na2SO4 Cột sắc ký được hoạt hóa bằng n-hexan, sau đó dịch chiết mẫu được chuyển vào cột và rửa giải các cấu tử không phân cực bằng hexan, tiếp theo là rửa giải phtalat bằng etyl acetat Dịch rửa được cô đặc và 1 ml ACN được bổ sung vào mẫu để phân tích bằng TLC và HPLC.
Quy trình xử lý mẫu phthalat theo phương pháp CPSC-CH-C1001-09.1 được thực hiện bằng cách nghiền sản phẩm tiêu dùng và chiết xuất phthalat từ mẫu nghiền Đầu tiên, cân 0,05 g mẫu nghiền cho vào lọ thủy tinh và thêm 5 ml THF, sau đó lắc cho đến khi mẫu hòa tan hoàn toàn trong khoảng 30 phút đến 2 giờ Polyme được kết tủa bằng 10 ml hexan hoặc metanol trong điều kiện làm mát Khi polyme ổn định, dung dịch sẽ được lọc qua màng lọc 0,45 µm PTFE và sau đó pha loãng với ACN trước khi tiến hành phân tích bằng HPLC, tùy thuộc vào nồng độ phthalat trong mẫu.
Chúng tôi đã lựa chọn phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao pha đảo của Shimadzu, kết hợp với detector PDA và cột C18 inertsil ODS-3 (250mm x 2,1mm x 5µm, s/n 7GI5008) Hệ thống được điều khiển bởi SCL 10A, sử dụng lò cột CTO-10AS, bộ trộn dung môi và bơm cao áp LC-10Advp, cùng với detector SPD-M10A (detector D2 và W) Vũng nạp mẫu có dung tích 25µl Tất cả các điều kiện phân tích trên máy và quy trình xử lý mẫu đã được khảo sát và tối ưu hóa trước khi thực hiện phân tích mẫu.
THỰC NGHIỆM
Mục tiêu và đối tƣợng nghiên cứu
Phân tích định lượng các phthalat trong mẫu nhựa được thực hiện bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) sử dụng cột tách pha đảo (RP-HPLC) và detector PDA Phương pháp này cho phép xác định đồng thời nhiều loại phthalat, đảm bảo độ chính xác và tin cậy trong kết quả phân tích.
Đồ chơi trẻ em thường chứa một lượng phtalat đáng kể để tăng độ mềm và độ bền, với tỷ lệ lên tới vài chục phần trăm Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã chọn một số mẫu đồ chơi có chất nhựa mềm được mua tại chợ Đồng Xuân, Hoàn Kiếm, Hà Nội Thông tin chi tiết về các mẫu này được trình bày trong bảng 2.1.
Bảng 2.1: Thông tin về mẫu được chọn phân tích
STT Kí hiệu mẫu Loại mẫu Xuất xứ
2 P2 Mẫu búp bê Trung Quốc
Chất chuẩn, hóa chất, thiết bị
Các chất chuẩn phthalat được mua từ hãng Sigma Aldrich dưới dạng lỏng, với độ tinh khiết đạt ≥ 98% Các dung dịch chuẩn gốc được cân khối lượng và pha chế theo các nồng độ được chỉ định trong bảng 2.2.
Bảng 2.2: Nồng độ các dung dịch chuẩn phtalat
STT Tên viết tắt Khối lƣợng cân (g) Nồng độ (ppm) Cách pha
1 DPP 0,0080 8000 Định mức đến 1ml bằng ACN
Các dung dịch chuẩn gốc cần được bảo quản trong tủ lạnh với nhiệt độ dưới 4°C Dung dịch chuẩn làm việc được pha chế hàng ngày từ dung dịch gốc, tùy thuộc vào nồng độ sử dụng.
Các dung môi cho sắc ký lỏng hiệu năng cao: ACN (Merck – Đức)
Nước cất được sử dụng là nước cất 2 lần đã được deion hóa
- Hệ thống HPLC Shimadzu 10Avp với detector PDA Shimadzu SPD – M10Avp
- Cột pha đảo cột C18 inertsil ODS-3 250mm ì 2,1mm ì 5àm s/n 7GI5008
- Cân phân tích Scientech SA 210, độ chính xác 0,0001 g
- Máy rung siêu âm, có gia nhiệt
- Máy cất quay chân không
- Bình định mức: 10, 25, 50 ml, cùng hãng
- Pipetman cỏc loại từ 0 – 1000àl
Tất cả dụng cụ thủy tinh cần được rửa sạch và tráng bằng nước cất, sau đó tiếp tục tráng bằng metanol và để khô Tiếp theo, tráng bằng n-hexan ba lần và sấy ở 105 độ C trong một giờ Cuối cùng, để dụng cụ nguội trước khi sử dụng.
Phương pháp nghiên cứu – phương pháp RP-HPLC
2.3.1 Nguyên tắc chung của phương pháp HPLC
Sắc ký lỏng là một kỹ thuật tách chất dựa trên sự kết hợp giữa các quá trình hóa học và lý học, diễn ra qua sự cân bằng động giữa pha tĩnh và pha động trong cột sắc ký Trong quá trình này, các chất tan trong mẫu phân tích được phân bố liên tục giữa hai pha khi pha động chảy qua cột với tốc độ và thành phần nhất định Mỗi phân tử chất tan di chuyển từ pha này sang pha kia nhiều lần, tuy nhiên, tốc độ di chuyển của chúng khác nhau do cấu trúc và tính chất riêng biệt Khi ở pha động, chất tan di chuyển theo dòng chảy, còn khi ở pha tĩnh, chúng bị giữ lại trong cột một khoảng thời gian tùy thuộc vào bản chất của cột và pha động Kết quả là quá trình tách các chất diễn ra trên cột sắc ký, với một số chất tan bị lưu giữ lâu hơn và một số ít hơn.
Quá trình sắc ký có thể xảy theo 3 cơ chế sau:
- Tương tác trao đổi ion
- Tương tác theo cơ chế rây phân tử
Tương tác với 3 cơ chế trên có 3 phương pháp tiến hành tách khác nhau:
- Sắc ký hấp phụ (chất hấp phụ pha thường NP-HPLC) và hấp phụ pha ngược RP- HPLC)
- Sắc ký trao đổi ion (EX-HPLC)
- Sắc ký rây phân tử (Gel-HPLC)
Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) là kỹ thuật tách chất dựa trên sự chuyển dịch của các chất tan trong cột tách chứa chất nhồi kích thước nhỏ Các chất tan di chuyển với tốc độ khác nhau, phụ thuộc vào hệ số phân bố của chúng Chất nhồi cột có kích thước nhỏ giúp tăng hiệu quả tách sắc ký Thành phần pha động có thể được điều chỉnh để tối ưu hóa lực rửa giải Sau khi hoàn thành quá trình tách, các chất sẽ được chuyển đến detector để phát hiện, với loại detector được lựa chọn dựa trên bản chất của chất tan.
Sơ đồ tổng quát của một hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao đƣợc tóm tắt nhƣ sau:
Hình 2.1 Sơ đồ chức năng của thiết bị HPLC
1 Bộ phận cấp dung môi (pha động) 2 Bơm cao áp
3 Van bơm mẫu 4 Cột tách (pha tĩnh)
5 Detector 6 Máy ghi tín hiệu
7 Bơm mẫu tự động 8 Phần điều khiển, xử lý kết quả
2.3.2 Phương pháp định tính và định lượng
- Phương pháp phân tích định tính:
Nguyên tắc của phân tích định tính dựa vào yếu tố đặc trưng của tín hiệu để nhận diện các cấu tử Trong sắc kí lỏng, yếu tố đặc trưng được sử dụng là thời gian lưu, cho phép so sánh với thời gian lưu của chất chuẩn Phương pháp HPLC – UV không chỉ nhận diện các cấu tử qua thời gian lưu mà còn thông qua việc so sánh cực đại hấp thụ đặc trưng của chất cần phân tích với chất chuẩn.
- Phương pháp phân tích định lượng:
Trong sắc ký, có hai phương pháp chính để định lượng chất phân tích là phương pháp ngoại chuẩn và phương pháp nội chuẩn Phương pháp ngoại chuẩn dựa trên việc so sánh trực tiếp độ lớn tín hiệu (diện tích hoặc chiều cao pic) của mẫu chưa biết với dung dịch chuẩn Đầu tiên, cần bơm dung dịch chuẩn với các nồng độ thích hợp để xây dựng đường chuẩn có dạng y = a + bx Sau đó, đo diện tích (hoặc chiều cao) pic của chất cần phân tích (giá trị y) và áp dụng vào đường chuẩn để tính nồng độ cấu tử cần phân tích (giá trị x) Để đảm bảo độ chính xác, các thông số làm việc của máy như nhiệt độ và tốc độ dòng cần được duy trì ổn định, và các lần bơm mẫu phải có độ lặp lại cao.
Phương pháp phân tích
2.4.1 Phương pháp xử lý mẫu
Mẫu phân tích trước khi xử lý được làm sạch bằng nước cất và cắt nhỏ cỡ 2 mm 2 bằng dao cạo
Mẫu được cân với khối lượng khoảng 0,05 g chính xác tới 0,0001 g trên cân phân tích và chuyển vào ống thủy tinh 20 ml Thêm 5 ml THF và rung siêu âm từ 30 phút đến 2 giờ ở 40 oC cho đến khi mẫu tan hoàn toàn Sau đó, cho 5 ml n-hexan vào để kết tủa polyme kết hợp làm mát, khi kết tủa ổn định thì lọc bỏ kết tủa và thu dịch lọc.
Hai mươi bốn cô quay chân không ở nhiệt độ 40 độ C để loại bỏ THF và n-hexan dư thừa Dịch thu được hòa tan trong 1 ml ACN, sau đó pha loãng đến nồng độ thích hợp và lọc qua màng lọc 0,45 µm trước khi tiến hành phân tích HPLC Mẫu chuẩn cũng được thực hiện theo quy trình tương tự để xác định hiệu suất thu hồi của quá trình xử lý mẫu.
Phép phân tích các phthalat được thực hiện bằng hệ sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) của Shimadzu, bao gồm các thành phần như hệ bơm 4 kênh, bộ điều khiển, lò cột, bộ trộn dung môi và detector photo-diode-array (PDA) hoạt động ở bước sóng 224 nm Các điều kiện chạy máy được tóm tắt một cách rõ ràng và chi tiết.
- Hệ pha động gồm 2 kênh Kênh A là nước Kênh B là ACN
Chế độ gradient tỉ lệ thành phần pha động được thực hiện như sau: từ 0 đến 8 phút, sử dụng hệ pha động ACN/H2O với tỉ lệ 70/30 Sau đó, tăng tỉ lệ ACN lên 100% trong 2 phút từ phút thứ 8 đến phút thứ 10 và giữ tỉ lệ này trong 12 phút tiếp theo Cuối cùng, giảm tỉ lệ pha động xuống 70/30 như ban đầu trong 2 phút và duy trì tỉ lệ này trong 6 phút Tổng thời gian chạy một mẫu là 30 phút, với tốc độ pha động được giữ ổn định ở mức 0,5 ml/phút.
Thực nghiệm
2.5.1 Khảo sát điều kiện tối ưu
Các điều kiện tối ưu cho hệ máy và quá trình xử lý mẫu đã được khảo sát kỹ lưỡng Đầu tiên, tỉ lệ thành phần pha động của hai dung môi ACN/H2O được lựa chọn trong khoảng từ 70/30 đến 85/15 Sau khi xác định được tỉ lệ pha động phù hợp, chúng tôi tiếp tục khảo sát tốc độ dòng pha động, với các mức lựa chọn từ 0,4 đến 0,8 ml/phút.
2.5.2 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của thiết bị
Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của thiết bị được xác định thông qua sai số giữa các lần bơm dung dịch có nồng độ nhỏ của chất phân tích Đối với thiết bị sắc kí, dung dịch hỗn hợp chuẩn Phtalat có nồng độ khoảng 10 àg/ml (10 ppm) được sử dụng Quá trình bơm dung dịch này được thực hiện từ 8-10 lần với thể tích bơm mẫu là 25 àl Độ lệch chuẩn được tính toán theo công thức cụ thể.
SD: độ lệch chuẩn xi: hàm lƣợng chất phân tích trong mẫu lặp i x: hàm lƣợng trung bình chất phân tích trong mẫu lặp
Giới hạn phát hiện (LOD) là nồng độ tối thiểu của chất phân tích mà hệ thống vẫn có thể cung cấp tín hiệu phân tích khác biệt với tín hiệu mẫu trắng hoặc tín hiệu nền LOD được xác định thông qua một công thức cụ thể.
Giới hạn định lượng (LOQ) là nồng độ thấp nhất của chất phân tích mà có thể được xác định với tín hiệu phân tích có ý nghĩa định lượng so với tín hiệu của mẫu trắng hoặc tín hiệu nền, được tính theo một công thức cụ thể.
2.5.3 Xây dựng đường chuẩn Để phù hợp với thiết bị sắc kí lỏng HPLC – UV nên chúng tôi xây dựng các đường chuẩn của các hợp chất phtalat với nồng độ từ 10 – 480 ppm
Thông tin về các đường chuẩn của các hợp chất phtalat được trình bày trong phần kết quả
2.5.4 Đánh giá phương pháp phân tích
Phương pháp phân tích để xác định tính đúng đắn cần thể hiện độ lặp lại của hệ thống Trong nghiên cứu, chúng tôi đã khảo sát độ lặp lại của hệ thiết bị HPLC sau khi tối ưu hóa các điều kiện Đánh giá độ lặp được thực hiện dựa trên diện tích và thời gian lưu của các cấu tử trong dung dịch Mẫu có nồng độ xác định nằm trong giới hạn tuyến tính của đường chuẩn các phthalat đã chọn Mẫu được bơm vào hệ thống ba lần, sau đó thu thập diện tích pic và thời gian lưu trung bình để tính giá trị % RSD, từ đó đánh giá độ lặp cần khảo sát.
Sau khi đảm bảo các điều kiện tối ưu, chúng tôi đã tiến hành xây dựng đường chuẩn cho 05 phthalat, thu được 05 phương trình đường chuẩn Để đánh giá sai số hệ thống, các hệ số trong phương trình hồi quy được phân tích bằng các chuẩn Student và Fisher Cuối cùng, một phương trình đường chuẩn mới đã được xác định, từ đó tiến hành phân tích mẫu thực tế.
Trong quá trình phân tích mẫu thực, độ lặp lại của quy trình xử lý mẫu được khảo sát và đánh giá kỹ lưỡng Cùng một mẫu được cân với khối lượng tương tự và xử lý dưới cùng một điều kiện Mỗi mẫu sau khi xử lý sẽ được bơm ba lần để thu được hàm lượng trung bình Các giá trị trung bình này được sử dụng để đánh giá độ lặp lại của phương pháp xử lý mẫu, trong đó giá trị % RSD cũng được áp dụng để xác định độ lặp lại của phương pháp.
Mẫu thêm chuẩn được sử dụng để đánh giá hiệu quả thu hồi của phương pháp xử lý mẫu, trong đó một lượng nhất định các phthalat chuẩn được thêm vào mẫu thực.
Để đảm bảo tổng hàm lượng các phthalat sau khi xử lý không vượt quá giới hạn cho phép, cần xác định 3 mức nồng độ phù hợp Mẫu cần được xử lý theo quy trình đã chọn, sau đó phân tích trên hệ thống để xác định hàm lượng các chất đã thêm vào và đánh giá độ thu hồi của phương pháp xử lý mẫu.