TỔNG QUAN
Tổng quan chung về thực phẩm
1.1.1 Định nghĩa chung về thực phẩm [15]
Thực phẩm, hay thức ăn, là bất kỳ vật phẩm nào mà con người có thể ăn hoặc uống, bao gồm các chất như cacbohydrat, lipit, protein và nước Mục đích chính của việc tiêu thụ thực phẩm là để thu nạp các chất dinh dưỡng nuôi dưỡng cơ thể, bên cạnh việc đáp ứng 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, sử dụng nguồn nước không đảm bảo và bị ảnh hưởng bởi việc lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật cùng thuốc kích thích tăng trưởng có thể thu hoạch khi vẫn còn dư lượng độc hại.
Việc sử dụng con giống không đảm bảo chất lượng trong chăn nuôi, cùng với nguồn thức ăn không sạch và lạm dụng thuốc kích thích tăng trưởng, đã dẫn đến thực phẩm kém chất lượng Điều này không chỉ ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng của sản phẩm mà còn tiềm ẩn nguy cơ gây hại cho sức khỏe con người nếu dư lượng hóa chất vượt quá mức 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 nâng cao tính thẩm mỹ của sản phẩm.
… tuy nhiên nếu lạm dụng quá sẽ gây nên tác hại cho người sử dụng.
TS.BS Vương Tuấn Anh từ Viện Vệ sinh dịch tễ trung ương cho biết, nhóm nghiên cứu đã 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 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 giếng gia đình Tại mỗi điểm, nhóm nghiên cứu chọn ngẫu nhiên 6 hộ gia đình trồng rau, chủ yếu là rau muống TS Vương Tuấn Anh cho biết, tại Hoàng Liệt, rau muống được thu hoạch vào buổi sáng và rửa tại kênh dẫn nước, sau đó được bán cho các chợ nội thành Trong khi đó, tại Long Biên, nông dân thu hoạch vào buổi chiều, rửa rau bằng nước giếng và để qua đêm trước khi mang ra chợ vào sáng hôm sau.
Một nghiên cứu độc lập được thực hiện tại chợ Hoàng Liệt, 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.
Tại Hoàng Liệt, đã thu thập 96 mẫu rau, trong khi Long Biên có 118 mẫu Tất cả các mẫu rau này được xét nghiệm tại Viện Vệ sinh dịch tễ trung ương, cho thấy chúng chứa nhiều vi khuẩn coliform và vi khuẩn gây bệnh đường ruột Đặc biệt, rau muống, rau húng, kinh giới và rau rút là những loại có mức vi khuẩn cao nhất.
Theo kết luận từ các đợt kiểm tra của Cục An toàn Vệ sinh Thực phẩm (Bộ Y tế) từ tháng 5 đến tháng 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 phát hiện chứa hóa chất độc hại Tại miền Bắc, tình trạng tương ớt bị nhuộm màu bằng hóa chất độc hại Rhodamine B cũng phổ biến Đặc biệt, có đến 15% mẫu bún, bánh phở, bánh giò, và mì ăn liền có chứa hàn the và phẩm màu, trong khi sản phẩm ớt tấm Thành Lộc, loại hũ 50g, cũng bị phát hiện vi phạm an toàn thực phẩm.
Quận Tân Bình, TP.HCM đã phát hiện sản phẩm mứt kaze lá dứa chứa chất rhodamin B, một chất gây ung thư, trong loại hũ 1kg sản xuất bởi Công ty TNHH một thành viên Mộc Thủy, có ngày sản xuất 20/10/2011 và hạn sử dụng 20/10/2012 Ngoài ra, sản phẩm này còn chứa malachite green, một loại chất nhuộm cực kỳ nguy hiểm chỉ được phép sử dụng trong công nghiệp Các cơ quan chức năng đã tiến hành thanh tra nhiều cơ sở sản xuất thực phẩm và phát hiện nhiều mẫu hạt dưa, ớt bột, tương ớt và gia vị lẩu không có nhãn mác, không ghi hạn sử dụng, và chủ sạp không thể chứng minh nguồn gốc hàng hóa, trong đó hạt dưa và ớt bột có 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 như rau muống, rau rút, rau cần và ngó sen, thường sinh trưởng trong vùng đất thấp, ao hồ và kênh rạch, 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, tập trung vào hàm lượng kim loại nặng trong bùn đáy, nước và một số loại rau thủy sinh.
Trong giai đoạn 1999-2000, một nghiên cứu tại TP HCM cho thấy nhiều mẫu rau không đảm bảo an toàn thực phẩm, với mức độ ô nhiễm nghiêm trọng Cụ thể, hàm lượng kẽm trong rau muống tại Bình Chánh cao gấp 30 lần mức cho phép, trong khi tại Thạnh Xuân, mức độ này dao động từ 2-4 đến 12 lần Ngoài ra, hai mẫu rau rút ở Thạnh Xuân có hàm lượng chì vượt mức cho phép từ 8,4 đến 15,3 lần, rau muống tại đây có hàm lượng chì cao gấp 2,24 lần, trong khi rau muống ở Bình Chánh cao gấp 3,9 lần Đặc biệt, mẫu ngó sen ở Tân Bình có hàm lượng chì cao gấp 13,65 lần, và hàm lượng đồng tại một ruộng rau muống ở Thạnh Xuân cũng cao gấp 2 lần mức cho phép.
Theo GS-TS Nguyễn Thị Kê, Trưởng khoa Kiểm nghiệm trung tâm, Viện Vệ sinh Y tế công cộng, rau bị nhiễm kim loại nặng chủ yếu do trồng gần cơ sở sản xuất, nguồn nước ô nhiễm, và việc sử dụng phân bón hóa học không đúng cách Một số kim loại nặng có lợi cho cơ thể nhưng nếu vượt quá mức cho phép sẽ gây ngộ độc và ảnh hưởng đến thần kinh, tóc, răng, da, thậm chí có thể gây ung thư Ông Huỳnh Thanh Hùng, giảng viên khoa Nông học ĐH Nông lâm TP HCM, cho biết người trồng rau thường sử dụng phân chuồng từ lợn, gà, trong khi thức ăn cho gia súc này thường chứa nhiều khoáng vi lượng, dẫn đến kim loại trong phân xâm nhập vào đất trồng và tồn lưu trong nông sản, đặc biệt là rau ăn lá như cải ngọt, cải xanh và xà lách.
Viện Dinh dưỡng Quốc gia vừa công bố kết quả điều tra khẩu phần ăn của trẻ từ 24-36 tháng tuổi tại các phường thuộc 4 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 Cụ thể, xét nghiệm 12 mẫu thực phẩm cho thấy gạo, thịt lợn, rau muống, tôm dảo, cam và quýt là những thực phẩm có mức nhiễm chì vượt quá quy định của Bộ.
Y tế về cadimin nhiều nhất cũng có ở gạo, thịt lợn, thịt bò cadimin cũng xuất hiện tại các thực phẩm khác nhƣ trứng gà.
Nghiên cứu cho thấy, hàm lượng cadmium trong thực phẩm vượt quá mức cho phép hàng ngày cho trẻ dưới hai tuổi, với gạo chiếm 358%, sữa bột 31% và cam 15,6% Ngoài ra, thịt lợn có hàm lượng cadmium lên tới 177,5%, thịt bò 60,58%, tôm rảo 35,73% và thịt gà 6,84% so với mức 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 gây độc chủ yếu bằng cách ức chế hoạt động của enzym, thường thông qua sự tương tác với nhóm tiol của enzym hoặc làm mất đi cofactor kim loại cần thiết Một ví dụ điển hình là chì, khi nó gây ra sự mất kẽm trong enzym dehydratase của axit δ-aminolevulinic, dẫn đến hiệu ứng độc hại.
Kim loại nặng có thể gây độc bằng cách kìm hãm sự tổng hợp enzym, ví dụ như niken và platin ức chế enzym -aminolevulinic-synthetase Điều này dẫn đến việc ngăn chặn quá trình tổng hợp 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 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, nó 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 dưới tế bào có khả năng ảnh hưởng đến chuyển động của kim loại qua màng sinh học và thay đổi độc tính của chúng Một số protein trong bào tương, lysosome và nhân tế bào có thể liên kết với các kim loại độc hại như Cd, Pb, Hg, dẫn đến giảm hoạt tính sinh học của các protein này Ngoài ra, một số kim loại độc có thể làm hư hại cấu trúc của 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, do đó các enzym hô hấp của chúng dễ bị kìm hãm bởi các kim loại.
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 phụ thuộc vào mức độ và thời gian nhiễm độc; mức độ nhiễm độc càng cao thì thời gian ảnh hưởng càng kéo dài và hiệu ứng độc càng lớn Việc thay đổi liều lượng và thời gian tiếp xúc 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 có thể dẫn đến rối loạn chức năng thận.
Dạng tồn tại hoá học
Dạng tồn tại hoá học của kim loại ảnh hưởng lớn đến độc tính của chúng, với thuỷ ngân là một ví dụ điển hình Khi ở dạng vô cơ, thuỷ ngân chủ yếu gây độc cho thận, trong khi ở dạng hữu cơ như metyl thuỷ ngân và etyl thuỷ ngân, nó 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, có thể gấp 4-5 lần so với người trưởng thành Nhiều nghiên cứu cho thấy trẻ em trước khi sinh cũng thường bị nhiễm kim loại như chì và thủy ngân ở mức độ cao hơn so với mẹ.
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, được xác định là tác nhân gây ung thư cho con người Ngoài ra, beri và cadimi cũng có khả năng gây ung thư Những kim loại này gây ra ung thư thông qua các cơ chế như thay thế Zn 2+ bằng Ni 2+, Co 2+ hoặc Cd 2+ trong các protein vận chuyển, hoặc gây tổn thương tế bào, ảnh hưởng đến tính chính xác của polymerase tham gia vào quá trình sinh tổng hợp ADN.
1.3.2.2 Giảm chức năng miễn dịch
Nhiễm độc kim loại nặng như chì, cadimi, niken, asen và metyl thuỷ ngân có thể kìm hãm chức năng miễn dịch, trong khi các kim loại như bari và platin lại có thể kích thích hệ miễn dịch, dẫn đến các phản ứng quá nhạy cảm hoặc dị ứng.
1.3.2.3 Ảnh hưởng hệ thần kinh
Hệ thần kinh nhạy cảm với kim loại do tính nhạy cảm lớn, khiến nó trở thành mục tiêu tấn công Dạng thức lí hoá của kim loại quyết định độc tính của chúng; ví dụ, hơi thuỷ ngân và metyl thuỷ ngân dễ dàng xâm nhập vào hệ thống thần kinh và gây độc, trong khi các dẫn xuất vô cơ ít có khả năng này Chất hữu cơ của chì chủ yếu là các chất độc thần kinh, trong khi các dẫn xuất vô cơ ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp hem và có thể gây bệnh não ở mức độ nhiễm cao Đặc biệt, trẻ em bị nhiễm chì ở mức vừa phải có thể gặp phải các rối loạn tâm thần.
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
ICP (Inductively Coupled Plasma) là ngọn lửa plasma được tạo ra bằng dòng điện tần số cao (MHz) từ máy phát Radio Frequency Power (RFP) Ngọn lửa này có nhiệt độ rất cao, giúp chuyển đổi các nguyên tố trong mẫu 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 ưu điểm vượt trội về hiệu suất so với các nguồn hồ quang và tia điện, ICP-MS đã được phát triển thành một công cụ phân tích mạnh mẽ Hai điểm nổi bật của ICP-MS là khả năng phân giải cao và khả năng tách biệt các nhiễu ảnh hưởng, cho phép phát hiện hầu hết các nguyên tố trong bảng tuần hoàn Phương pháp này dựa trên nguyên tắc bay hơi, phân tách và ion hóa của các nguyên tố khi được đưa vào môi trường plasma có nhiệt độ cao Các ion sau đó được phân tách theo tỷ số khối lượng / điện tích (m/Z) và được phân tích bằng thiết bị khối lượng có từ tính, giúp khuếch đại tín hiệu và đếm chính xác bằng 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 ra đám hơi ion với điện tích thường là +1 Khi dẫn dòng ion vào buồng phân cực để phân giải theo số khối (m/Z), ta sẽ thu được phổ khối của nguyên tử cần phân tích, được phát hiện bởi các detector thích hợp.
Các quá trình xảy ra trong nguồn ICP:
Hóa hơi chất mẫu và nguyên tử hóa các phân tử là bước đầu tiên trong quá trình phân tích Sau đó, các nguyên tử được ion hóa, và các ion này sẽ được phân giải theo số khối, tạo ra phổ ICP-MS.
Phân li: MnXm(k) nM(k) + mX(k)
Hệ thống phân giải khối theo số khối ion được sử dụng để thu toàn bộ đám hơi ion của mẫu, sau đó lọc và phân ly chúng thành phổ Quá trình này bao gồm việc phát hiện các ion bằng detector và ghi lại phổ của chúng.
- Đánh giá định tính, định lƣợng phổ thu đƣợc.
Phổ ICP-MS thực chất là phổ của các nguyên tử ở trạng thái khí tự do, đã được ion hóa trong nguồn năng lượng cao tần ICP, 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 hiện đại, phát triển nhanh chóng và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Trong ngành hạt nhân, nó được sử dụng để sản xuất nhiên liệu và xác định đồng vị phóng xạ, chiếm khoảng 5% tổng ứng dụng Kỹ thuật này cũng đóng vai trò quan trọng trong phân tích nước uống, nước biển, đất, và các yếu tố ô nhiễm môi trường như Hg, As, Pb và Sn, với tỷ lệ lên tới 48% Ngoài ra, ICP-MS còn được áp dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn để kiểm tra chất nhiễm bẩn trong Si Wafers (33%), trong y tế để phân tích mẫu máu, tóc, huyết thanh và nước tiểu (6%), cũng như trong nghiên cứu địa chất và phân tích thực phẩm (2% và 1% tương ứng) Với những ưu điểm vượt trội, ICP-MS đã trở thành công cụ không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn.
Nguồn ICP là nguồn năng lượng kích thích phổ mạnh, cho phép phân tích hơn 70 nguyên tố từ Lithium (Li) đến Uranium (U) Công nghệ này có khả năng xác định đồng thời các nguyên tố với độ nhạy và độ chọn lọc cao, với giới hạn phát hiện từ ppb đến ppt cho tất cả các nguyên tố.
Khả năng phân tích bán định lượng vượt trội, không yêu cầu sử dụng mẫu chuẩn nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác cao Phương pháp này cho phép phân tích các đồng vị và tỷ lệ của chúng một cách hiệu quả.
Mặc dù có độ nhạy cao, nguồn ICP lại cung cấp một kích thích phổ 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 loại trừ.
Vùng tuyến tính trong phép đo ICP-MS vượt trội hơn hẳn các kỹ thuật phân tích khác, có thể lớn gấp hàng trăm lần Kỹ thuật này cho khả năng phân tích bán định lượng tốt mà không cần sử dụng mẫu chuẩn, vẫn đảm bảo độ chính xác tương đối cao.
- Ngoài ra ICP-MS còn đƣợc sử dụng nhƣ là một detector cho LC, CE, GC
Kỹ thuật phân tích ICP - MS nổi bật với nhiều ưu điểm vượt trội, được ứng dụng rộng rãi trong việc phân tích các đối tượng khác nhau Đặc biệt, phương pháp này rất quan trọng trong các lĩnh vực phân tích vết và siêu vết, phục vụ cho nghiên cứu và sản xuất vật liệu bán dẫn, vật liệu hạt nhân, cũng như nghiên cứu địa chất và môi trường.
Một số công trình nghiên cứu xác định kim loại nặng bằng phương pháp ICP-MS:
Peter Heiland và Helmut D Koster đã sử dụng phương pháp ICP-MS để xác định nồng độ vết của 30 nguyên tố như Cu, Pb, Zn, Cd trong mẫu nước tiểu của trẻ em và người trưởng thành.
Phương pháp xử lý mẫu thực phẩm
1.4.1 Nguyên tắc xử lý mẫu
Xử lý mẫu là quá trình làm tan và phá vỡ 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.
Hiện nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học và ngành hóa học, các phương pháp và thiết bị xử lý mẫu phân tích đã được cải tiến đáng kể, mang lại nhiều tiện lợi và đáp ứng tốt yêu cầu phân tích Các kỹ thuật xử lý mẫu hiện đang được áp dụng bao gồm kỹ thuật vô cơ hóa khô, vô cơ hóa ướt, và phương pháp kết hợp giữa hai kỹ thuật này Ngoài ra, các kỹ thuật chiết như lỏng-lỏng, rắn-lỏng, rắn-khí và các kỹ thuật sắc ký cũng đang được sử dụng rộng rãi trong phân tích mẫu.
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 Để xác định các nguyên tố dễ bay hơi như Hg, việc kiểm soát nhiệt độ là rất quan trọng.
< 120 0 C, để phá các mẫu chứa nhiều SiO2 cần cho thêm HF….
Kỹ thuật xử lý mẫu ướt bằng axit đặc trong lò vi sóng hệ kín hiện nay đang trở nên phổ biến nhờ vào những ưu điểm nổi bật như thời gian xử lý ngắn, khả năng phá hủy mẫu triệt để mà không làm mất chất phân tích, cùng với hiệu suất xử lý mẫu cao.
Dưới tác động của axit và nhiệt năng, các hạt mẫu bị phá hủy và tan ra, nhờ vào quá trình khuếch tán, đối lưu và chuyển động nhiệt Sự va chạm giữa các hạt mẫu cũng dẫn đến hiện tượng bào mòn, khiến cho các hạt này bị tấn công và mòn dần từ bên ngoài vào trong, cuối cùng dẫn đến việc chúng tan hết.
Lò vi sóng hoạt động bằng cách phá vỡ cấu trúc hạt mẫu thông qua việc các phân tử nước hấp thụ hơn 90% năng lượng vi sóng, tạo ra động năng lớn khiến chúng chuyển động nhiệt mạnh mẽ, làm căng và xé các hạt mẫu Hệ thống xử lý mẫu kín với áp suất cao giúp nhiệt độ sôi tăng, từ đó tạo ra tác nhân phân huỷ mạnh mẽ, thúc đẩy quá trình phân huỷ từ bên trong ra ngoài Nhờ vậy, việc xử lý mẫu trong lò vi sóng chỉ cần thời gian ngắn 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
Nghiên cứu của M Lucila Lares, Gilberto Flores-Munozb, và Ruben Lara-Lara [31] đã đánh giá sự biến đổi theo thời gian của hàm lượng Cd, Al, Hg, Zn, và Mn trong trai và rong biển tại khu bờ đá Vịnh San Quintin, Baja California, Mexico Kết quả cho thấy mối liên hệ giữa điều kiện thời tiết, thủy văn và các bộ phận trong cơ thể con trai thông qua phân tích tương quan và phương pháp phân tích thành phần chính (PCA) Phương pháp xử lý mẫu bao gồm việc làm sạch mẫu trai, rửa bằng nước cất, sau đó sấy ở 70°C đến khi khối lượng không đổi Khoảng 1g mẫu khô được cân và xử lý bằng HNO3 để phân hủy, tiếp theo là H2O2 để loại bỏ hoàn toàn lipit khó tan Đối với việc xác định thủy ngân, mẫu được xử lý bằng hỗn hợp HNO3 và H2SO4 theo tỷ lệ 2:1, sau đó thêm 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 Hg, phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử hóa hơi lạnh (CV – AAS) được áp dụng với hỗn hợp H2SO4 và K2Cr2O7 Quy trình này cho thấy tính đơn giản, an toàn và hiệu quả trong việc phân hủy mẫu.
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 HNO3 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);
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 theo tỷ lệ 4:1 để phá mẫu lương thực như ngô, khoai tây, hành và đậu nhằm xác định nồng độ chì (Pb) và cadmium (Cd) Phương pháp ICP-MS được áp dụng để xác định nồng độ Cd trong khoảng từ 0,56 đến 3,9 ng/g và nồng độ Pb từ 0,6 đến 25,4 ng/g.
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 Cụ thể, lấy 5,00 g mẫu đã nghiền mịn, trộn đều vào bình Kendal, sau đó thêm 60 ml HNO3 65% và 5 ml H2O2 30% Tiếp theo, cắm phễu nhỏ vào bình Kendal, lắc đều và đun sôi nhẹ cho đến khi thu được dung dịch không màu.
(6 – 8 giờ tùy loại mẫu) Chuyển mẫu sang cốc 250 ml, làm bay hơi hết axit bằng đèn
Trong quá trình xử lý mẫu rau quả, các hợp chất cơ kim chứa kim loại sẽ bị oxy hóa bởi dung dịch axit HCl 2% để tạo thành muối vô cơ tan trong nước Để thực hiện, cần chuẩn bị 25 ml dung dịch axit và đảm bảo mẫu được làm nguội trước khi định mức Quá trình này giúp chuyển đổi các nguyên tố kim loại thành dạng dễ hòa tan, tạo điều kiện cho việc phân tích tiếp theo.
Mẫu +HNO3 + H2O2 → Me(NO3)m + H2O + CO2+ NO2
(muối tan của kim loại ) Tro hóa khô mẫu rau quả để xác định các kim loại (Na, K, Ca, Mg, Cd, Co, Cr,
Để phân tích các kim loại như Cu, Fe, Mn, Ni, Pb và Zn, cân 5,00 g mẫu đã nghiền mịn vào chén thạch anh Tiến hành sấy từ từ cho đến khi mẫu khô và chuyển sang màu đen, sau đó nung ở nhiệt độ 450 oC và nâng lên 550 oC cho đến khi mẫu không còn than đen, tạo thành tro trắng Cuối cùng, hòa tan tro thu được trong vòng 12 giờ.
Để chuẩn bị dung dịch, hòa tan 15 ml dung dịch HCl 18% và 0,5 ml HNO3, đun nhẹ cho đến khi tất cả các axit dư được loại bỏ, chỉ còn lại muối ẩm Sau đó, định mức dung dịch này thành 25 ml bằng dung dịch HCl 2% Các nguyên tố Cd sẽ được phân tích trong quá trình này.
Cu, Pb, Zn sẽ bị mất một ít (10-15%) khi nung Cách này thích hợp cho xác định các kim loại kiềm, kiềm thổ và Fe, Mn, Ni.
NGHIỆM
Hóa chất, thiết bị và dụng cụ
Trong 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 đã tiến hành phân tích các mẫu ngẫu nhiên được mua từ chợ Tổng hàm lượng kim loại nặng trong toàn bộ mẫu được phân tích 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 sử dụng trong nghiên cứu đều đạt tiêu chuẩn tinh khiết phân tích (PA) hoặc tinh khiết thuốc thử (PR), và được pha chế bằng nước cất hai lần để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy cao trong các thí nghiệm.
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 các ion của các nguyên tố cần phân tích (trừ Hg) với nồng độ 10 ppm trong môi trường axit HNO3 2% Đồng thời, cũng có dung dịch chuẩn đơn để phục vụ cho các phân tích.
Hg 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: HNO3, HCl, H2SO4 và H2O2 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
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 phân tích ICP-MS được sử dụng để phân tích mẫu tại Khoa Hóa, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Lấy mẫu, bảo quản mẫu
Trong nghiên cứu này chúng tôi tiến hành xác định hàm lƣợng kim loại trong 3 đối tƣợng.
+ 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 ở phần 2.3.2 dưới đây.
2.3.2 Xử lý mẫu sơ bộ và bảo quản mẫu.
Mẫu rau, củ, quả cần được nhặt bỏ những phần không ăn được và rửa sạch bằng nước máy Sau đó, tráng lại bằng nước cất một lần và nước cất hai lần để loại bỏ tạp chất Tiếp theo, để ráo nước và hong khô cho hết nước bám Cuối cùng, đem sấy khô ở nhiệt độ 60°C cho đến khi đạt khối lượng không đổi trong tủ sấy.
Mẫu thịt và gan lợn: mua về rửa sạch và tráng bằng nước cất 1 lần rồi nước cất
2 lần, thấm khô nước Sau đó xay nhỏ rồi đem sấy tới khối lượng không đổi trong tủ sấy ở nhiệt độ 60 o 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 dw% = (sdw × 100) / sww.
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 (%)