HÀ tiến lưỢng phân tích xáC ĐỊnh hàm lưỢng pb, Cd VÀ Zn trong sữa bằng phưƠng pháp pha loãng đỒng vị icp-ms luận văn thạc sĩ khoa họC

- Mẫu sữa tươi phân hủy 10 mL và định mức 25 mL

Bảng 3.12 chỉ ra: Thành phần chính của sữa bột có các nguyên tố với hàm lượng đáng kể là Ca, Mg, Na, Sr. Thành phần chính của sữa nước có các nguyên tố với hàm lượng đáng kể là Ca, Mg, Na, Ba, Sr

Sau khi có số liệu về các thành phần chính có khả năng ảnh hưởng đến phép xác định Pb, Cd và Zn chúng tôi tiến hành thí nghiệm sau: Không thêm và thêm lần lượt các mức 0,5mL, 2mL, 3mL và 4mL dung dịch ảnh hưởng chứa Na 10000ppm, Ca 3000ppm, Mg 200ppm, Sr 2ppm, Ba và Zr 1ppm; Sn 0,5ppm, Mo 0,3ppm, Ni và Ti 0,2ppm; Ce 0,1ppm; Pd, Th và W 0,05ppm vào 5mL dung dịch chuẩn hỗn hợp Pb 0,012ppm; Cd 0,002ppm và Zn 0,4ppm. Thể tích định mức cuối cùng là 10mL và thêm vào đó 10µL dung dịch chẩn hỗn hợp đồng vị ²⁰⁷Pb 2ppm, ¹¹⁰Cd 1ppm và ⁶⁸Zn 100ppm sau đó đem đo trên thiết bị ICP-MS, kết quả được trình bày trong bảng 3.13, bảng 3.14 và ở hình 3.8 sau đây:

nồng độ của Pb nồng độ của Cd

Từ bảng 3.14 và hình 3.8 cho thấy, khi nồng độ các ion kim loại tăng thì hàm lượng của Pb, Cd và Zn cũng có sự thay đổi. Trong đó sự thay đổi hàm lượng của Zn là lớn hơn cả, nhưng với hàm lượng Zn cỡ 200 ppb thì sự thay đổi này là không đáng kể. Hơn nữa, trong mẫu thực thì hàm lượng của các ion kim loại trong mẫu nhỏ hơn hàm lượng mà chúng tôi đã khảo sát rất nhiều nên có thể khẳng định rằng các ion kim loại trong nền mẫu không gây ảnh hưởng đáng kể đến việc xác định hàm lượng của Pb, Cd và Zn.

Phương pháp pha loãng đồng vị có ưu điểm là không phải xây dựng đường chuẩn (khoảng 5 đến 7 điểm chuẩn) mà thêm vào mẫu cần phân tích một hàm lượng chất đồng vị của nguyên tố đó đã được biết trước, sau đó xác định mẫu cho thêm chất đồng vị. Kết quả sẽ được tính toán theo công thức toán học:

* Với nguyên tố Pb: Trong tự nhiên Pb có 4 đồng vị là ²⁰⁴Pb (1,42%); ²⁰⁶Pb (24,14%); ²⁰⁷Pb (22,08%) và ²⁰⁸Pb (52,34%). Trong một mẫu bất kỳ, tỷ lệ đồng vị ²⁰⁷Pb/²⁰⁸Pb được xác định trên ICP-MS là 0,422, khi ta thêm một lượng đồng vị ²⁰⁷Pb là b vào mẫu này thì tỷ lệ ²⁰⁷Pb/²⁰⁸Pb được xác định trên ICP-MS là c. Từ đó ta có thể xác định được hàm lượng Pb theo công thức sau:

²⁰⁷Pb/²⁰⁸Pb = 0,422 (1)

(²⁰⁷Pb + b)/²⁰⁸Pb = c (2)

Từ (1) và (2) ta có: ²⁰⁷Pb/²⁰⁸Pb + b/²⁰⁸Pb = c (3)

Từ (1) và (3) ta có: 0,422 + b/²⁰⁸Pb = c (4)

Trong phương trình (4) thì: b, c là các giá trị đã biết từ đó xác định được hàm lượng đồng vị ²⁰⁸Pb và tính được hàm lượng Pb trong mẫu là: .

* Với nguyên tố Cd:

- Tỉ lệ đồng vị trong tự nhiên của ¹¹⁰Cd là 12,39%

- Tỉ lệ đồng vị trong tự nhiên của ¹¹⁴Cd là 28,86%

Ta có: ¹¹⁰Cd/¹¹⁴Cd = 0,429 (5).

Khi thêm một lượng đồng vị ¹¹⁰Cd là x vào mẫu thì tỉ lệ (¹¹⁰Cd +x)/¹¹⁴Cd = y (6).

Từ (5) và (6) có: 0,429 + x/¹¹⁴Cd = y (7).

Từ (7) xác định được hàm lượng đồng vị ¹¹⁴Cd và tính được hàm lượng của Cd trong mẫu là: .

* Vơi nguyên tố Zn:

- Tỉ lệ đồng vị trong tự nhiên của ⁶⁶Zn là 27,81%

- Tỉ lệ đồng vị trong tự nhiên của ⁶⁸Zn là 18,56%

Ta có: ⁶⁸Zn/⁶⁶Zn = 0,667 (8).

Khi thêm một lượng đồng vị ⁶⁸Zn là u vào mẫu thì tỉ lệ (⁶⁸Zn+u)/⁶⁶Zn = v (9).

Từ (8) và (9) có: 0,6674 + u/⁶⁶Zn = v (10).

Từ (10) xác định được hàm lượng đồng vị ⁶⁶Zn và tính được hàm lượng của Zn trong mẫu là: .

3.5.2. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng

Giới hạn phát hiện (LOD) hay giới hạn định tính được định nghĩa là nồng độ nhỏ nhất của chất phân tích mà thiết bị phân tích còn cho tín hiệu phân tích khác với tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu nền.

Để xác định giới hạn phát hiện của phương pháp đối với kim loại chì, cadimi và kẽm chúng tôi pha các dung dịch chuẩn có nồng độ Pb 0,2 ppb, Cd 0,1 ppb và Zn 5,0 ppb từ dung dịch chuẩn gốc Pb 1000 ppm, Cd 1000 ppm và Zn 1000 ppm. Tiến hành đo lặp 07 lần trên thiết bị ICP-MS cùng với 07 mẫu trắng thu được các tín hiệu cường độ (cps). Tính số đếm trung bình rồi thay số liệu vào các công thức (1), (2), (3) ta tính được các giá trị LOD và LOQ. Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.9:

Kết quả tính toán cho thấy giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) của phép đo ICP-MS đối các nguyên tố rất nhỏ (cỡ 10^-12g/ml). Như vậy phương pháp này hoàn toàn phù hợp cho việc phân tích lượng vết và siêu vết.

3.5.3. Đánh giá hiệu suất thu hồi và độ lập lại của phương pháp

Nhằm đánh giá độ đúng và độ chính xác của quy trình phân tích, chúng tôi tiến hành khảo sát hiệu suất thu hồi và độ lặp lại của phương pháp.

Hiệu suất thu hồi và độ lập lại của phương pháp được thực hiện bằng cách thêm 25L dung dịch chuẩn hỗn hợp Pb 5,0 ppm, Cd 0,5 ppm và Zn 100 ppm vào nền mẫu sữa Physiolac (Sd16) rồi tiến hành sử lý mẫu bằng hỗn hợp axit HNO₃ đặc và H₂O₂ trong lò vi sóng, thể tích định mức cuối cùng là 25 mL, sau đó đo lập 07 lần bằng phương pháp pha loãng đồng vị trên ICP-MS.

- Hiệu suất thu hồi được tính theo công thức sau:

H(%)= 100%(C_{có thêm chuẩn} - C_nền)/C_{chuẩn được thêm vào} [20]

- Độ lập lại được đánh giá thông qua độ lệch chuẩn tương đối theo công thức sau:

Với: S: độ lệch chuẩn

C_i: hàm lượng chất phân tích quan sát được của lần phân tích thứ i

: hàm lượng trung bình chất phân tích quan sát sau n lần lặp lại

Nếu RSD càng nhỏ thì phương pháp có độ lặp lại càng tốt.

Kết quả khảo sát được tóm tắt trong bảng 3.16 và bảng 3.17 như sau:

Bảng 3.16. Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi của phương pháp

Nguyên tố	Nồng độ (ppb)								Độ lệch chuẩn (S)	Độ lệch chuẩn tương đối RSD (%)
	C1	C2	C3	C4	C5	C6	C7
Pb	4,9	4.8	4,9	5,0	5,0	4,8	4,9	4,9	0,082	1,67
Cd	0,41	0,41	0,40	0,39	0,40	0,41	0,40	0,40	0,0075	1,87
Zn	881,00	923,58	915,8	887,31	886,21	908,71	907,77	901,43	6,852	0,76

Như vậy, bảng 3.16 và 3.17 cho thấy hiệu suất thu hồi của phương pháp là cao (86-104%) ứng với mức nồng độ từ 0,5 đến 100μg/L, độ lặp lại tốt (RSD < 5%). Phương pháp có độ đúng và độ chính xác cao.

Kết luận: Các kết quả khảo sát đã chỉ ra rằng, phương pháp pha loãng đồng vị trên thiết bị đo ICP-MS có giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng rất nhỏ, khoảng tuyến tính rộng và độ ổn định cao. Vì thế phương pháp pha loãng đồng vị trên thiết bị ICP-MS (ID – ICP - MS) là một phương pháp rất tốt để phân tích, xác định hàm lượng vết và siêu vết các kim loại nặng trong mẫu sữa.

3.6. So sánh các kết quả phân tích mẫu chuẩn và mẫu thực giữa ba kỹ thuật

Chuẩn bị 07 mẫu chuẩn có nồng độ như nhau: Mẫu chuẩn có nồng độ các nguyên tố như sau: 0,002 mg/L Pb; 0,001 mg/L Cd và 0,005 mg/L Zn.

Phương pháp phân tích	Nguyên tố	Nồng độ chuẩn (ppb)	Nồng độ xác định được (ppb)	Sai số tương đối (%)	Độ lệch chuẩn tương đối RSD (%)
ID -ICP-MS	Pb	2,0	1,94	- 3,0	0,19
	Cd	1,0	0,98	- 2,0	0,21
	Zn	5,0	5,2	+ 4,0	0,24
ICP-MS	Pb	2,0	2,12	+ 6,0	3,3
	Cd	1,0	0,95	- 5,0	3,6
	Zn	5,0	5,6	+12,0	5,8
GF-AAS	Pb	2,0	2,5	+ 25,0	6,3
	Cd	1,0	0,92	- 8,0	5,8
	Zn	5,0	6,7	+ 34,0	7,3