ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Nguyễn Thị Xuyên

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH VÀ
ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ HÀM LƯỢNG DIOXIN/FURAN TRONG MẪU SỮA
BẰNG THIẾT BỊ SẮC KÍ KHÍ GHÉP NỐI KHỐI PHỔ PHÂN GIẢI CAO
(HRGC-HRMS)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2019


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Nguyễn Thị Xuyên

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH VÀ
ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ HÀM LƯỢNG DIOXIN/FURAN TRONG MẪU SỮA
BẰNG THIẾT BỊ SẮC KÍ KHÍ GHÉP NỐI KHỐI PHỔ PHÂN GIẢI CAO
(HRGC-HRMS)

Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 8440112.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.....................................................................................3
1.1.

Giới thiệu về các dioxin/furan .................................................................3

1.1.1.

Cấu trúc, phân loại, tên gọi ....................................................................3

1.1.2.

Tính chất vật lý, hóa học.........................................................................6

1.1.3.

Độc tính của dioxin và cơ chế gây độc ...................................................8

1.1.4.

Sự hình thành dioxin, furan ..................................................................10

1.1.5.

Các quy định về dioxin, furan ...............................................................13

1.2. Tổng quan về các phương pháp phân tích dioxin/furan ...........................16
1.2.1. Các phương pháp xử lý mẫu sữa ..............................................................16
1.2.2. Phương pháp phân tích dioxin, furan trên thiết bị ...................................19
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................24

3.2.5. Quy trình phân tích mẫu thực...................................................................45
3.2. Đánh giá điều kiện phân tích trên thiết bị ..................................................46
3.2.1. Sắc đồ tổng ion và thời gian lưu của các chỉ tiêu PCDD/F .....................46
3.2.2. Phương trình đường chuẩn, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của
thiết bị .................................................................................................................48
3.3. Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp ..............................................50
3.3.1. Hiệu suất thu hồi ......................................................................................50
3.3.2. Độ lặp lại và độ tái lặp của phương pháp ...............................................51
3.3.3. Giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phương pháp.....................53
3.4. Ứng dụng quy trình phân tích mẫu thực tế................................................54
3.4.1. Hàm ẩm và hàm lượng chất béo có trong mẫu sữa .................................54
3.4.2. Hàm lượng PCDD/F trong mẫu thực .......................................................55
KẾT LUẬN ..............................................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................59
PHỤ LỤC .................................................................................................................64


PHỤ LỤC 1: Nồng độ PCDD/F trong các dung dịch đường chuẩn gốc và dung
chuẩn thêm vào mẫu ..............................................................................................64
PHỤ LỤC 2: Đường chuẩn của một số chất phân tích ..........................................67
PHỤ LỤC 3: Một số sắc đồ phân tích PCDD/F ....................................................68


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt



Dioxin

PCDFs

Polychlorinated dibenzofurans

Furan

TEF

Toxic equivalent factor

Hệ số độc tương đương

TEQ

Toxic equivalent quantity

Độ độc tương đương

TDI

Tolerable daily intake

Ngưỡng tiêu thụ hằng ngày

SIM

Selected ion monitơring

Bảng 3.3. Thời gian lưu sắc kí của các chỉ tiêu PCDD/F và chất nội chuẩn ............ 47
Bảng 3.4. Phương trình đường chuẩn, giới hạn phát hiện (IDL) và giới hạn định
lượng (IQL) của thiết bị. ........................................................................................... 49
Bảng 3.5. Độ lặp lại của phương pháp phân tích ...................................................... 51
Bảng 3.6. Độ tái lặp của phương pháp ...................................................................... 52
Bảng 3.7. Giới hạn phát hiện (MDL) và giới hạn định lượng (MQL) của phương
pháp đối với dioxin, furan cho chất béo trong sữa .................................................... 53
Bảng 3.8. Hàm ẩm và hàm lượng chất béo trong mẫu sữa ....................................... 54
Bảng 3.9. Hàm lượng các PCDD/F trong các mẫu sữa (pg/g chất béo) ................... 55
Bảng 3.10. Hàm lượng TEQ pg/g chất béo trong một số nghiên cứu....................... 56

ii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Công thức cấu tạo tống quát của PCDD và PCDF .....................................3
Hình 1.2. Phản ứng tạo thành dioxin và furan ..........................................................12
Hình 3.1. Sắc đồ phân tích mẫu trắng dung môi nonan ............................................41
Hình 3.2. Hiệu suất thu hồi của các chất chuẩn PCDD/F sau khi làm sạch trên cột
silica gel.....................................................................................................................42
Hình 3.3. Hiệu suất thu hồi của các chất chuẩn PCDD/F sau khi làm sạch trên cột
than hoạt tính. ............................................................................................................43
Hình 3.4. Quy trình phân tích mẫu sữa .....................................................................46
Hình 3.5. Sắc đồ tổng ion của dung dịch chuẩn MCS3 ............................................47
Hình 3.6. Hiệu suất thu hồi và độ lệch chuẩn tương đối của các chất chuẩn đánh dấu
đồng vị và chuẩn làm sạch trong quy trình xử lý mẫu sữa ......................................50

iii




Với mục đích xác nhận quy trình phân tích 17 đồng phân độc của dioxin/furan
trong các mẫu sữa tươi dựa trên phương pháp tiêu chuẩn US EPA 1613B, đồng thời
tối ưu hóa các điều kiện làm sạch mẫu từ đó ứng dụng quy trình phân tích mẫu sữa
tươi nhằm bước đầu đánh giá sơ bộ hàm lượng dioxin/furan trong các mẫu sữa thu
thập tại Hà Nội, chúng tôi thực hiện đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu xây dựng quy
trình phân tích và đánh giá sơ bộ hàm lượng Dioxin/Furan trong mẫu sữa bằng
thiết bị sắc kí khí ghép nối khối phổ phân giải cao (HRGC-HRMS)”.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về các dioxin/furan
1.1.1. Cấu trúc, phân loại, tên gọi
Dioxin là những chất độc hại được giải phóng trong môi trường do các quá
trình đốt cháy không hoàn toàn, bao gồm 75 đồng loại Policlo-Dibenzo-p-Dioxin
(PCDD) và 135 đồng loại Policlo-Dibenzofuran (PCDF) [11].

PCDD

PCDF

Hình 1.1. Công thức cấu tạo tống quát của PCDD và PCDF
Số lượng các chất dioxin, furan trong từng nhóm phân loại theo số nguyên tử
clo trong phân tử được đưa ra trong bảng dưới đây [15].
Bảng 1.1. Số chất dioxin, furan phân loại theo số nguyên tử clo
Số nguyên tử
clo thế



4

Tetrachloro-

22

38

5

Pentachloro-

14

28

6

Hexachloro-

10

16

7

Heptachloro-

2

2

12378PeCDD

3

123478HxCDD

4

123678HxCDD

5

123789HxCDD

6

1234678HpCDD

CTPT

CTCT

Tên gọi
2,3,7,8Tetrachlorodibenzo

C12H4Cl4O2

dioxin


7

OCDD

C12Cl8O2

8

2378TCDF

9

10

11

12

13

12378_
PeCDF

23478PeCDF

123478_
HxCDF

123678_

C12H2Cl6O

furan

1,2,3,6,7,8Hexachlorodibenzo

C12H2Cl6O

furan
2,3,4,6,7,8Hexachlorodibenzo

C12H2Cl6O

furan

5


TT

Kí hiệu

14

123789_
HxCDF

15

16


1,2,3,4,7,8,9Heptachlorodibenzo
furan

Octachlorodibenzo
furan

1.1.2. Tính chất vật lý, hóa học
Ở điều kiện thường, dioxin là chất rắn màu trắng, kết tinh rất mịn. Dioxin có
nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao nên đây là các hợp chất rất bền vững trong
môi trường tự nhiên. Đối với chất độc nhất trong nhóm này là 2,3,7,8-TCDD, một số
giá trị nhiệt độ được đưa ra sau đây chứng tỏ sự bền nhiệt của các dioxin: nhiệt độ
nóng chảy 305-306°C; nhiệt độ sôi 412,2°C; nhiệt độ tạo thành 750-900°C, thậm chí
quá trình tạo thành dioxin còn tồn tại ngay cả ở 1200°C; dioxin bị phân hủy hoàn toàn
trong khoảng nhiệt độ 1200-1400°C hoặc cao hơn. Các dioxin có áp suất bay hơi và
hằng số Henry thấp. Dioxin là các chất có độ phân cực rất thấp với giá trị logarit hệ
số phân bố giữa 2 pha n-octanol và nước (logKow) nằm trong khoảng 6 đến 9, trong
đó 2,3,7,8-TCDD có logKow = 6,4. Độ phân cực của dioxin rất thấp nên chúng gần
như không tan trong nước. Độ tan trong nước của các dioxin giảm khi khối lượng

6


phân tử tăng. Dioxin tan tốt hơn trong các dung môi hữu cơ như 1,2-dichlorobenzen,
chlorobenzen, chloroform, benzen,... và đặc biệt tan tốt trong dầu mỡ. Đặc tính ưa
dầu (lipophilic) và kị nước (hydrophobic) của dioxin liên quan chặt chẽ với độ bền
vững của chúng trong cơ thể sống cũng như trong tự nhiên. Hệ số phân bố của dioxin
trong các môi trường khác nhau đối với nước đều rất cao, ví dụ hệ số phân bố dioxin
giữa đất và nước là 23000, giữa sinh vật và nước là 11000. Các furan có tính chất vật
lí tương tự dioxin, chúng là chất rắn ở nhiệt độ thường, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt


6,6

1,2 × 10-4

1,07 × 10-4

HxCDD

5,9 × 10-11

7,3

4,4 × 10-6

1,83 × 10-3

HpCDD

3,2 × 10-11

8,0

2,4 × 10-6

5,14 × 10-4

OCDD

8,3 × 10-13


7,0

1,3 × 10-5

5,87 × 10-4

HpCDF

9,9 × 10-11

7,9

1,4 × 10-6

5,76 × 10-4

OCDF

3,8 × 10-12

8,8

1,4 × 10-6

4,04 × 10-5

Dioxin là các hợp chất rất bền vững, chúng không có phản ứng với các axit
mạnh, kiềm mạnh, chất oxi hóa mạnh khi không có chất xúc tác ngay cả ở nhiệt độ
cao. Các phản ứng hóa học của dioxin được quan tâm nghiên cứu nhằm mục đích

các bệnh nguy hiểm khác như bệnh sạm da, bệnh tiểu đường, bệnh đa u tủy, u lympho
ác tính, bệnh thần kinh ngoại vi,…có thể dẫn đến tử vong. Nguy hiểm hơn, 2,3,7,8TCDD còn gây thiểu năng sinh dục cho cả nam và nữ, sinh con quái thai, dị dạng.
2,3,7,8-TCDD được Tổ chức Nghiên cứu Ung thư Quốc tế – IARC xếp vào nhóm
độc loại 1 tức là nhóm gây ung thư dẫn đến tử vong đối với người. Độc tính của
dioxin được thể hiện qua giá trị liều gây chết trung bình (Median Lethal Dose – LD50),

8


tức là khối lượng chất độc trên một đơn vị thể trọng để làm chết 50% số vật thí
nghiệm. Giá trị LD50 phụ thuộc vào độc tính của chất, đặc trưng loài và con đường
tiếp xúc, nhìn chung LD50 càng thấp thì chất càng độc. LD50 thường được nghiên cứu
trên các loài động vật rồi sử dụng các hệ số chuyển đổi để ước tính cho con người.
LD50 của 2,3,7,8-TCDD đối với một số loài động vật được đưa ra trong Bảng 1.4.
Bảng 1.4. LD50 của 2,3,7,8-TCDD đối với một số loài động vật
STT

Loài

LD50 (mg/kg)

STT

Loài

LD50 (mg/kg)

1

Chuột đồng


70

4

Mèo

115

5

Thỏ

10 - 275

9

Người

60 - 70

Mức độ tương đối về độ độc của các PCDD/F được biểu thị thông qua một giá
trị được gọi là hệ số độc tương đương (Toxic Equivalent Factor – TEF), trong đó giá
trị TEF của 2,3,7,8-TCDD được quy định là 1. Giá trị TEF cho 7 đồng loại dioxin, 10
đồng loại furan theo quy định của Tổ chức Y tế Thế giới (World Health OrganizationTEF, WHO-TEF) [38] được đưa ra trong Bảng 1.5 sau đây:
Bảng 1.5. Hệ số độc tương đương của 17 đồng phân dioxin, furan
WHO-TEF

Tên hợp chất



1,2,3,7,8-PeCDD

1

1

1,2,3,7,8-PeCDF

0,05

0,03

1,2,3,4,7,8-HxCDD

0,1

0,1

2,3,4,7,8-PeCDF

0,5

0,3

1,2,3,6,7,8-HxCDD

0,1

0,1


9


Tên hợp chất

WHO-TEF
1998

OCDD

Tên hợp chất

2005

WHO-TEF
1998

0,0001 0,0003 1,2,3,7,8,9-HxCDF

0,1

2005
0,1

1,2,3,4,6,7,8-HpCDF 0,01

0,01

1,2,3,4,7,8,9-HpCDF 0,01

10


Dioxin được phát thải ra môi trường chủ yếu qua các hoạt động đốt rác, sản
xuất sắt thép, đốt nhiên liệu (than đá, dầu mỏ và khí thiên nhiên) và một số quá trình
công nghiệp có sự tham gia của các hợp chất chứa Clo hay sản xuất các hợp chất cơ
Clo (clophenols) như các nhà máy giấy hay nhà máy sản xuất thuốc diệt cỏ và thuốc
trừ sâu. Ngoài ra một lượng nhỏ PCDD/F cũng được phát hiện trong khói thuốc lá,
các hệ thống sưởi và các động cơ chạy bằng chì và dầu diesel. Dioxin/furan được
hình thành trong quá trình đốt cháy và quá trình nhiệt thông qua 3 cơ chế sau đây:
 Sự phá hủy không hoàn toàn các hợp chất dioxin đã có sẵn trong thành phần
của các vật liệu đốt như nhiên liệu, chất thải,…Nếu quá trình đốt không hiệu quả,
công nghệ đốt và các hệ thống kiểm soát ô nhiễm trong quá trình vận hành lò đốt
kém, không đảm bảo các điều kiện cần thiết cho quá trình cháy hoàn toàn, bao gồm
nhiệt độ cháy, thời gian lưu cháy và độ trộn lẫn với oxy (Temperature, Time and
Turbulance – 3T) thì dioxin/furan chưa bị phá hủy sẽ thoát ra môi trường theo các
nguồn thải của lò đốt.
 Sự hình thành dioxin trong lò đốt thông qua phản ứng hóa học giữa các hợp
chất tiền dioxin. Các hợp chất tiền dioxin thường là các chất hữu cơ có nhân thơm và
dị tố clo, ví dụ như các clobenzen, clophenol và clobiphenyl. Nếu quá trình cháy xảy
ra không hoàn toàn do chưa đủ các điều kiện 3T, các tiền chất nói trên thể được hình
thành như là những sản phẩm trung gian. Trong điều kiện đó, sự có mặt của clo sẽ
dẫn đến phản ứng giữa tiền chất với clo để hình thành dioxin và furan.
 Sự hình thành dioxin do phản ứng tổng hợp từ đầu (de novo synthesis). Dioxin
được hình thành bởi sự oxy hóa và chuyển hóa của cacbon dạng cao phân tử (như
than, than củi, muội) thành các hợp chất mạch vòng rồi kết hợp với clo và hydro. Yếu
tố ảnh hưởng đến sự tổng hợp dioxin theo cơ chế này gồm: (1) nhiệt độ 250 – 400°C,
ở 1000°C các phản ứng vẫn có thể xảy ra; (2) nguồn cacbon từ tro bay của khí thải;
(3) oxy trong khí thải, đây là điều kiện thiết yếu, hàm lượng oxy càng cao sẽ càng dễ
hình thành dioxin/furan; (4) nguồn hydro và clo chủ yếu từ các hợp chất vô cơ liên

lớp huyền phù trong nước. Dioxin phát thải trong không khí và lắng đọng trên bề mặt
biển sau đó tập trung dọc theo chuỗi thức ăn của thủy hải sản. Trong cơ thể động vật,
dioxin không được chuyển hóa và thải ra ngoài trong phân hay nước tiểu mà tập trung
trong các mô mỡ của thịt bò và bò sữa, gia cầm, thịt lợn hoặc hải sản. Về mặt lý
thuyết, tuổi thọ của động vật càng dài thì tiềm năng tích lũy Dioxin trong mô mỡ của
nó càng cao [8]. Khi con người tiêu thụ thịt, mỡ, sữa và các sản phẩm từ thịt, sữa
động vật thì sẽ có nguy cơ bị phơi nhiễm với dioxin.
1.1.5. Các quy định về dioxin, furan
Hệ thống Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường bao gồm các quy định
về chất lượng môi trường xung quanh và tiêu chuẩn về chất thải (giới hạn phát thải
vào các thành phần môi trường không khí, nước mặt, nước dưới đất, nước biển ven
bờ, đất, trầm tích, sinh học, chất thải rắn,…). Cùng với các Quy chuẩn quy định về
giới hạn nồng độ các chất, còn có các Tiêu chuẩn về phương pháp đo kèm theo.
Một số Tiêu chuẩn quốc gia (TCVN) về dioxin được Bộ Khoa học và Công
nghệ ban hành như: TCVN 8183:2009: Ngưỡng dioxin trong đất và trầm tích; TCVN
7556-1:2005: Lò đốt chất thải rắn y tế - Xác định nồng độ khối lượng PCDD/PCDF
– Phần 1: Lấy mẫu; TCVN 7556-2:2005: Lò đốt chất thải rắn y tế - Xác định nồng độ
khối lượng PCDD/PCDF – Phần 2: Chiết và làm sạch; TCVN 7556-3:2005: Lò đốt
chất thải rắn y tế - Xác định nồng độ khối lượng PCDD/PCDF – Phần 3: Định tính
và định lượng. Phương pháp lấy mẫu, phân tích dioxin trong các đối tượng khác chủ
yếu được tham khảo từ phương pháp tiêu chuẩn của các tổ chức uy tín trên thế giới
như US EPA.
Một số Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN) về dioxin được Bộ Tài nguyên và Môi
trường ban hành như:
 QCVN 07:2009/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất thải
nguy hại, ban hành kèm theo Thông tư số 25/2009/TT-BTNMT, có hiệu lực thi hành
từ ngày 01/01/2010.

13



14


Bảng 1.6. Hàm lượng PCDD/F tối đa cho phép trong thực phẩm [35]
STT

Hàm lượng tối đa cho phép

Loại thực phẩm

WHO-PCDD/F-TEQ

Thịt và các sản phẩm từ thịt:
1

-

Bò và cừu
Gia cầm
Lợn

-

2,5 pg/g chất béo
1,75 pg/g chất béo
1,0 pg/g chất béo

2


gồm cả bơ béo

2,5 pg/g chất béo

7

Trứng gà và sản phẩm trứng

2,5 pg/g chất béo

Mỡ của các động vật:
8

-

Bò và cừu
Gia cầm
Lợn

-

2,5 pg/g chất béo
1,75 pg/g chất béo
1,0 pg/g chất béo

9

Hỗn hợp mỡ động vật

1,5 pg/g chất béo

dung môi (ASE), chiết bằng hệ thống chiết chất lỏng cao áp và chiết nhanh (đối với
mẫu sữa khô) và một số phương pháp khác. Tùy vào mục đích và điều kiện phòng thí
nghiệm mà áp dụng các kỹ thuật chiết phù hợp. Trong đó một phương pháp cổ điển
chiết được với hiệu suất khá cao nên được ưa dùng là phương pháp chiết Soxhlet,
nhưng phương pháp này có nhược điểm là khá tốn thời gian (khoảng 8h-48h) và sử
dụng nhiều dung môi gây ảnh hưởng đến môi trường. Phương pháp chiết nhanh bằng
thiết bị E914/E916 là một phương pháp mới nhằm tách các hợp chất hữu cơ ra khỏi
các nền mẫu rắn và bán rắn dựa vào áp suất, nhiệt độ cao tăng hiệu quả chiết. So với
phương pháp chiết truyền thống (chiết Shoxhlet), phương pháp này có ưu điểm là
thời gian chiết ngắn (khoảng 2h-4h tùy vào nền mẫu) và lượng dung môi được hạn
chế tối đa, vì vậy chi phí phân tích sẽ giảm đi đáng kể cũng như giảm thiểu lượng
dung môi thải ra môi trường. Dung môi sử dụng trong các phương pháp chiết mẫu
sữa là các dung môi phân cực như ethanol, methanol nhằm chiết chất béo ra khỏi nền
mẫu, ngoài ra các dung môi toluen, diclometan chiết các chất phân tích ra khỏi mẫu.
Sau khi các hợp chất dioxin/furan được tách chiết ra khỏi nền mẫu, các bước
làm sạch rất cần thiết để loại bỏ các hợp chất có thể gây cản trở trong quá trình phân
tích. Kỹ thuật sử dụng cột silica gel thường, silica gel đa lớp, cột than hoặt tính, cột
nhôm thường được sử dụng để loại nền cản trở. Dung môi rửa giải thường được sử
dụng là n-hexan, toluen hay hỗn hợp với các tỉ lệ khác nhau của n-hexan/DCM. Tùy
thuộc vào mục tiêu tách chất mà sử dụng cột tách và dung môi tối ưu.
Bảng 1.7 tóm tắt một số phương pháp xử lý mẫu sữa của một số tác giả.

16