Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu thảo dược để xác định một số kim loại nặng bằng phương pháp xử lý ướt trong hệ lò vi sóng

Phạm Thị Thu Hà và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 96(08): 75 - 79<br /> <br /> TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH XỬ LÝ MẪU THẢO DƯỢC<br /> ĐỂ XÁC ĐỊNH MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG<br /> BẰNG PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ƯỚT TRONG HỆ LÒ VI SÓNG<br /> Phạm Thị Thu Hà1*, Phạm Luận2<br /> 1<br /> <br /> 2<br /> <br /> Trường Đại học Khoa học – ĐH Thái Nguyên<br /> Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐH Quốc Gia Hà Nội<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành khảo sát 5 mẫu dược liệu. Mẫu đã được làm khô và nghiền<br /> thành bột mịn. Sau đó xử lý mẫu theo phương pháp vô cơ hóa ướt bằng hỗn hợp axit (HNO3 65%<br /> và H2O2 30%) trong hệ lò vi sóng. Qua việc khảo sát điều kiện đặt vào lò vi sóng, chúng tôi đã lựa<br /> chọn được điều kiện phù hợp để xử lý 5 mẫu dược liệu, và tiến hành xác định Cadimi (Cd), Chì<br /> (Pb) bằng phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS). Quy trình xử lý mẫu được kiểm tra<br /> lại bằng mẫu lặp và mẫu thêm chuẩn. Kết quả đo Cd, Pb bằng phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn<br /> lửa được so sánh với phương pháp ICP-MS.<br /> Từ khóa: Thảo dược, kim loại nặng, hệ lò vi sóng, GF-AAS, phương pháp ICP-MS.<br /> <br /> MỞ ĐẦU*<br /> Thuốc chữa bệnh đầu tiên của loài người là từ<br /> cây cỏ thiên nhiên (thảo dược). Việc nghiên<br /> cứu nâng cao chất lượng thuốc và tạo nguồn<br /> nguyên liệu làm thuốc là nhiệm vụ quan trọng<br /> của nghiên cứu khoa học công nghệ y dược<br /> góp phần tích cực vào sự nghiệp chăm sóc và<br /> bảo vệ sức khỏe nhân dân. Nhưng cùng với sự<br /> phát triển của khoa học kỹ thuật thì vấn đề ô<br /> nhiễm môi trường ảnh hưởng có hại đến chất<br /> lượng thảo dược làm thuốc cũng là vấn đề<br /> phải kiểm tra xem xét.<br /> Thảo dược có thể nhiễm một số kim loại nặng<br /> từ đất, nước và không khí. Vì vậy, trong giai<br /> đoạn phát triển mới của Ngành Dược liệu<br /> trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói<br /> riêng, chúng ta không chỉ quan tâm nghiên<br /> cứu các chất có hoạt tính sinh học sử dụng<br /> làm thuốc mà cần phải quan tâm nghiên cứu<br /> và kiểm tra khống chế các chất có hại, ảnh<br /> hưởng trực tiếp đến sức khỏe người sử dụng.<br /> Để đảm bảo chất lượng dược liệu, dược điển<br /> nhiều nước có quy định giới hạn cho phép đối<br /> với kim loại nặng như BP 2001, USP 26[3,<br /> 6]. Trong dược điển Việt Nam III [1] qui định<br /> chỉ tiêu giới hạn kim loại nặng và As đối với<br /> phần lớn các hóa dược, nhưng chưa có quy<br /> *<br /> <br /> Tel: 0972 998955, Email: hpthuha410@gmail.com<br /> <br /> định về giới hạn kim loại nặng độc đối với thảo<br /> dược cũng như phương pháp kiểm tra chúng.<br /> Hội nghị các chuyên gia khu vực Đông Nam<br /> Á về phương pháp ngoài dược điển (1995)<br /> [4] đã xem xét và thông qua tiêu chuẩn và<br /> phương pháp xác định chì, asen và thủy ngân<br /> trong thảo dược và phương thuốc cổ truyền.<br /> Gần đây ở Việt Nam, một số tác giả bước đầu<br /> đã nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích<br /> một số kim loại như chì, thủy ngân, asen<br /> trong dược liệu [2].<br /> Xử lý mẫu thảo dược để xác định các kim loại<br /> nặng là giai đoạn đầu tiên trong quy trình<br /> phân tích, nhưng đóng vai trò rất quan trọng,<br /> quyết định kết quả phân tích. Vì thế, chúng<br /> tôi nghiên cứu để tìm ra điều kiện tối ưu cho<br /> giai đoạn xử lý mẫu bằng hệ lò vi sóng, để<br /> mẫu được xử lý triệt để mà không bị mất chất<br /> phân tích hoặc nhiễm bẩn chất phân tích.<br /> THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP<br /> NGHIÊN CỨU<br /> Hóa chất và thiết bị nghiên cứu<br /> + Các dung dịch chuẩn: Cd(II), Pb(II) được<br /> pha từ dung dịch chuẩn gốc nồng độ<br /> 1000mg/l của hãng Merck.<br /> + Các axit đặc HCl 36%, HNO3 65%, H2O2<br /> 30% Merck, và muối tinh khiết Mg(NO3)2<br /> Merk.<br /> 75<br /> <br /> Phạm Thị Thu Hà và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> + Hệ thống xử lý mẫu bằng lò vi sóng O-IAnalytical (Mỹ).<br /> + Hệ thống máy quang phổ hấp thụ và phát xạ<br /> nguyên tử Model AA 6800 (hãng Shimadzu,<br /> Nhật). Đi kèm còn có bình khí nén Axetilen<br /> và Argon tinh khiết (99,999%).<br /> Xử lý mẫu<br /> Mẫu dược liệu được lấy từ viện kiểm nghiệm.<br /> Mẫu đã được làm khô, sau đó nghiền thành<br /> bột mịn.<br /> Mẫu được vô cơ hóa theo phương pháp xử lý<br /> ướt bằng axit trong hệ lò vi sóng.<br /> Cân 0,5 gam mẫu cho vào ống teflon, sau đó<br /> tẩm ướt bằng 1ml H2O cất, cho tiếp 5ml<br /> HNO3 đặc (65%) và 1ml H2O2 (30%) rồi<br /> đóng kín và đưa vào hệ lò vi sóng, thực hiện<br /> chương trình xử lý mẫu trong lò vi sóng, để<br /> nguội ở nhiệt độ phòng trước khi mở ra, sau<br /> đó cô đuổi axit dư đến còn muối ẩm và định<br /> mức để đo phổ GF-AAS.<br /> Mẫu Blank bao gồm 1ml H2O cất, 5ml HNO3<br /> đặc (65%) và 1ml H2O2 (30%).<br /> KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> Thông số đo phổ của Cd2+, Pb2+<br /> Qua khảo sát và tìm hiểu tài liệu [5], chúng<br /> tôi tiến hành đo phổ GF-AAS của Cd2+, Pb2+<br /> với các điều kiện như trong bảng 1 và 2.<br /> Bảng 1. Các điều kiện đo phổ GF-AAS<br /> Nguyên tố<br /> Các yếu tố<br /> Vạch phổ hấp<br /> thụ (nm)<br /> Khe đo (nm)<br /> Cường độ<br /> dòng đèn<br /> Khí môi<br /> trường<br /> Chiều cao của<br /> burner<br /> Thành phần<br /> Nồng độ<br /> mẫu<br /> HNO3 (%)<br /> Thông số<br /> máy<br /> <br /> Lượng mẫu nạp (µl)<br /> <br /> 76<br /> <br /> Cd<br /> <br /> Pb<br /> <br /> 228,8<br /> <br /> 217,0<br /> <br /> 0,5<br /> <br /> 0,5<br /> <br /> 8 mA<br /> <br /> 10 mA<br /> <br /> Argon<br /> <br /> Argon<br /> <br /> Auto<br /> <br /> Auto<br /> <br /> 2<br /> <br /> 2<br /> <br /> 20<br /> <br /> 20<br /> <br /> 96(08): 75 - 79<br /> <br /> Bảng 2. Chương trình nguyên tử hóa mẫu<br /> Cd<br /> <br /> Nguyên tố<br /> Các yếu tố<br /> 1. Sấy mẫu<br /> 2. Tro hóa<br /> Có RAMP<br /> 3. Nguyên tử<br /> hóa đo phổ<br /> 4. Làm sạch<br /> cuvet<br /> <br /> T<br /> (oC)<br /> 120<br /> 250<br /> <br /> Pb<br /> T<br /> (s)<br /> 20<br /> 10<br /> 22<br /> 10<br /> <br /> T<br /> (oC)<br /> 120<br /> 250<br /> <br /> 1900<br /> <br /> 3<br /> <br /> 1700<br /> <br /> 3<br /> <br /> 2400<br /> <br /> 2<br /> <br /> 2400<br /> <br /> 2<br /> <br /> 400<br /> <br /> 600<br /> <br /> T<br /> (s)<br /> 20<br /> 10<br /> 22<br /> 10<br /> <br /> Tối ưu hóa điều kiện xử lý mẫu<br /> Tiến hành xử lý 5 mẫu dược liệu ở áp suất<br /> 140psi, 160psi và 180 psi, với chương trình<br /> phá mẫu đặt vào lò vi sóng. Kết quả xử lý<br /> mẫu như sau:<br /> Bảng 3. Kết quả khảo sát xử lý mẫu<br /> STT<br /> <br /> Mẫu thảo<br /> dược<br /> <br /> 140<br /> psi<br /> -<br /> <br /> Kết quả xử lý<br /> 160<br /> 180<br /> psi<br /> psi<br /> +<br /> +<br /> +<br /> +<br /> +<br /> +<br /> +<br /> +<br /> +<br /> +<br /> <br /> 1<br /> Bạch Thược<br /> 2<br /> Phụ Tử<br /> 3<br /> Cát Cánh<br /> 4<br /> Liên Nhục<br /> 5<br /> Xa Sâm<br /> Ghi chú:<br /> Dấu + : mẫu sau khi xử lý thu được dung dịch<br /> trong suốt, không màu hoặc màu rất nhạt, chứng tỏ<br /> mẫu đã bị phân hủy hết.<br /> Dấu –: mẫu sau khi xử lý dung dịch thu được vẫn<br /> còn chất rắn, dung dịch thu được còn nhiều vẩn đục,<br /> tức là mẫu chưa bị phân hủy hết.<br /> <br /> Từ kết quả khảo sát cho thấy, ở áp suất 140<br /> psi mẫu không phân hủy hết, còn ở áp suất<br /> 160 psi và 180 psi thì mẫu phân hủy hoàn<br /> toàn. Do đó chọn điều kiện để xử lý các mẫu<br /> thảo dược là áp suất 160 psi để đặt vào lò vi<br /> sóng, thời gian min 27 phút và thời gian max<br /> 33 phút.<br /> ST<br /> T<br /> <br /> 1<br /> 2<br /> 3<br /> 4<br /> 5<br /> 6<br /> <br /> Bảng 4. Chương trình chạy lò vi sóng<br /> Công<br /> Áp<br /> Thời<br /> Thời<br /> suất<br /> suất<br /> gian<br /> gian<br /> (%)<br /> (psi)<br /> min<br /> max<br /> (phút)<br /> (phút)<br /> 30<br /> 60<br /> 3<br /> 4<br /> 30<br /> 80<br /> 3<br /> 4<br /> 50<br /> 100<br /> 2<br /> 3<br /> 60<br /> 120<br /> 2<br /> 3<br /> 70<br /> 140<br /> 2<br /> 3<br /> 80<br /> 160<br /> 15<br /> 16<br /> <br /> Phạm Thị Thu Hà và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Hình 1. Biến thiên áp suất trong bình xử lý<br /> <br /> Nhìn vào hình biến thiên áp suất trong bình<br /> xử lý, cho thấy sau khoảng 10 phút áp suất<br /> trong bình đạt 160 psi, thời gian còn lại là duy<br /> trì ở áp suất 160 psi và sau 27 phút mẫu phân<br /> hủy hoàn toàn.<br /> Mẫu sau khi phân hủy trong lò vi sóng được<br /> cô đuổi bớt axit đến thành muối ẩm và định<br /> mức bằng dung dịch HNO3 2% đo phổ GFAAS của Cadmi, Chì. Kết quả thu được theo<br /> bảng 3. Kết quả này là kết quả trung bình của<br /> 3 lần đo và đã trừ mẫu blank và quy về mẫu<br /> khô ban đầu.<br /> <br /> 96(08): 75 - 79<br /> <br /> Đánh giá quá trình xử lý mẫu<br /> Đánh giá độ ổn định<br /> Để đảm bảo quá trình xử lý mẫu đã chọn<br /> được ở trên có độ ổn định và lặp lại. Chúng<br /> tôi tiến hành chọn một số mẫu thảo dược<br /> đại diện ở trên, để tiến hành xử lý lặp lại 3<br /> lần như ở trên. Kết quả thu được theo bảng<br /> 6 (kết quả đã trừ mẫu blank và quy về mẫu<br /> khô ban đầu).<br /> Qua kết quả thu được cho thấy %RSD của ba<br /> lần xử lý mẫu dưới 10%, như vậy phương<br /> pháp xử lý mẫu bằng axit trong hệ kín lò vi<br /> sóng cho kết quả ổn định và lặp lại.<br /> Đánh giá hiệu suất thu hồi<br /> Để đánh giá quá trình xử lý mẫu ở phù hợp<br /> cho việc xác định các kim loại nặng, cho kết<br /> quả chính xác, không bị mất chất phân tích<br /> cũng như nhiễm bẩn chất phân tích. Chúng tôi<br /> chọn một mẫu dược liệu (mẫu Xa Sâm) trong<br /> mười mẫu trên để làm mẫu thêm chuẩn và xử<br /> lý mẫu như ở trên. Thêm vào những lượng<br /> nhất định CdII và PbII trước khi xử lý theo<br /> bảng 7.<br /> Sau khi xử lý, cô về muối ẩm và định mức<br /> bằng HNO3 2%, đo phổ GF-AAS của Cd2+,<br /> Pb2+ và xác định hiệu suất thu hồi trong từng<br /> trường hợp. Kết quả thu được trong bảng 8.<br /> <br /> Bảng 5. Kết quả xác định định Cd, Pb<br /> STT<br /> 1<br /> 2<br /> 3<br /> 4<br /> 5<br /> <br /> Mẫu dược liệu<br /> Bạch Thược<br /> Phụ Tử<br /> Cát Cánh<br /> Liên Nhục<br /> Xa Sâm<br /> <br /> Hàm lượng Cd2+ (µ<br /> µg/g)<br /> 0,07± 0,0057<br /> 0,06± 0,0020<br /> 0,10± 0,0022<br /> 0,09± 0,0030<br /> 0,20± 0,0053<br /> <br /> Hàm lượng Pb2+ (µ<br /> µg/g)<br /> 0,11± 0,0055<br /> 0,31± 0,0049<br /> 0,22± 0,0072<br /> 0,23± 0,0058<br /> 0,20± 0,0032<br /> <br /> Bảng 6. Kết quả đối với các mẫu lặp<br /> STT<br /> <br /> 1<br /> <br /> 2<br /> <br /> Mẫu dược liệu<br /> Bạch Thược-L1<br /> Bạch Thược-L2<br /> Bạch Thược-L3<br /> Trung bình<br /> %RSD<br /> Cát Cánh-L1<br /> Cát Cánh-L2<br /> Cát Cánh-L3<br /> Trung bình<br /> %RSD<br /> <br /> Hàm lượng Cd2+ (µg/g)<br /> 0,07<br /> 0,07<br /> 0,07<br /> 0,07<br /> 0<br /> 0,10<br /> 0,10<br /> 0,11<br /> 0,10<br /> 0,05<br /> <br /> Hàm lượng Pb2+ (µg/g)<br /> 0,10<br /> 0,12<br /> 0,11<br /> 0,11<br /> 9,09<br /> 0,22<br /> 0,22<br /> 0,22<br /> 0,22<br /> 0<br /> <br /> 77<br /> <br /> Phạm Thị Thu Hà và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Bảng 10. Kết quả so sánh đối với Pb2+<br /> <br /> Bảng 7. Mẫu thêm chuẩn<br /> STT Mẫu<br /> 1 XS<br /> XSt1<br /> XSt2<br /> XSt3<br /> <br /> Thành phần<br /> Mẫu Xa Sâm không thêm chất<br /> phân tích Pb2+, Cd2+<br /> Mẫu XS +10 ppb Pb2+ + 0,5 ppb<br /> Cd2+<br /> Mẫu XS + 30 ppb Pb2+ + 2,5 ppb<br /> Cd2+<br /> Mẫu XS + 60 ppb Pb2+ + 4 ppb<br /> Cd2+<br /> <br /> Bảng 8. Hiệu suất thu hồi<br /> Lượng<br /> thêm<br /> STT Mẫu<br /> vào<br /> (ppb)<br /> XSt1 0,5<br /> 1<br /> Cd2+ XSt2 2,5<br /> XSt3 4,0<br /> XSt1 10<br /> 2<br /> Pb2+ XSt2 30<br /> XSt3 60<br /> <br /> Lượng Hiệu suất<br /> tìm được thu được<br /> (ppb)<br /> (%)<br /> 0,46<br /> 2,38<br /> 3,65<br /> 9,22<br /> 27,62<br /> 54,38<br /> <br /> 91,20<br /> 95,16<br /> 91,25<br /> 92,20<br /> 92,07<br /> 90,06<br /> <br /> Qua kết quả thu được cho thấy hiệu suất thu<br /> hồi Cd và Pb đều lớn hơn 91% . Như vậy, xử<br /> lý mẫu bằng hệ kín lò vi sóng cho hiệu suất<br /> rất cao.<br /> So sánh kết quả đo với phép đo ICP-MS<br /> Để khẳng định phép đo Cd và Pb đã chọn<br /> đảm bảo độ chính xác và lặp lại, chúng tôi<br /> tiến hành xử lý một số mẫu và xác định hàm<br /> lượng Pb, Cd bằng hai phương pháp là GFAAS và ICP-MS để so sánh. Kết quả thu<br /> được trong bảng 9 và 10.<br /> Bảng 9. Kết quả so sánh đối với CdII<br /> <br /> STT<br /> <br /> Các mẫu<br /> thảo dược<br /> <br /> 1<br /> 2<br /> 3<br /> 4<br /> <br /> Cát cánh<br /> Bạch thược<br /> Phụ tử<br /> Liên nhục<br /> <br /> 78<br /> <br /> 96(08): 75 - 79<br /> <br /> Nồng độ Cd2+ đo được<br /> (ppb)<br /> Sai số<br /> GFICP- giữa hai<br /> AAS<br /> MS<br /> phép đo<br /> (%)<br /> 0,40<br /> 0,41<br /> 2,50<br /> 0,22<br /> 0,25<br /> 12,00<br /> 0,24<br /> 0,27<br /> 14,81<br /> 0,36<br /> 0,40<br /> 11,11<br /> <br /> STT<br /> <br /> Các mẫu<br /> thảo dược<br /> <br /> 1<br /> 2<br /> 3<br /> 4<br /> <br /> Cát cánh<br /> Bạch thược<br /> Phụ tử<br /> Liên nhục<br /> <br /> Nồng độ Pb2+ đo được<br /> (ppb)<br /> Sai số<br /> GFICP- giữa hai<br /> AAS<br /> MS phép đo<br /> (%)<br /> 4,44<br /> 4,25<br /> 4,28<br /> 2,43<br /> 2,29<br /> 6,11<br /> 6,20<br /> 5,80<br /> 6,45<br /> 4,60<br /> 4,40<br /> 4,35<br /> <br /> Qua kết quả thu được cho thấy sai số giữa hai<br /> phép đo xác định Cd nhỏ 15%, và xác định Pb<br /> nhỏ hơn 10% cùng nằm trong khoảng sai số<br /> cho phép (nhỏ hơn 15%), vì vậy phép đo GF<br /> – AAS đã nghiên cứu cho kết quả chính xác.<br /> KẾT LUẬN<br /> Đã lựa chọn được áp suất phù hợp cho<br /> chương trình xử lý mẫu trong lò vi sóng là<br /> 160 psi.<br /> Đã đánh giá được độ ổn định và hiệu suất thu<br /> hồi của quá trình xử lý mẫu. Hiệu suất thu hồi<br /> hơn 91%.<br /> Phép đo GF-AAS lựa chon để nghiên cứu đã<br /> được so sánh với phép đo ICP-MS, sai số<br /> giữa hai phép đo nhỏ hơn 15%.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Dược điển Việt Nam III (2002), Bộ Y tế ban<br /> hành.<br /> [2]. Bùi Thị Hòa, Nguyễn Văn Hà, Trịnh Văn Lẩu<br /> (2003),’’ Xác định hàm lượng Asen trong một số<br /> thuốc đông dược bằng phương pháp F-AAS’’, Tạp<br /> chí kiểm nghiệm,1, tr. 23-27.<br /> [3]. BP 2001, Dược điển châu Âu 4 (2002).<br /> [4]. Report of the inter-counting experts meeting<br /> to consider and a dopt non-pharmacopoeial<br /> analytical methods (Kuala Lampur 12/1995).<br /> [5]. Shimadzu corporation (1875), Atomic<br /> Absorption Spectrophotometry cookbook, Kyoto,<br /> Japan.<br /> [6]. USP 26, Dược điển Mỹ (2003).<br /> <br /> Phạm Thị Thu Hà và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 96(08): 75 - 79<br /> <br /> SUMMARY<br /> OPTIMIZING THE PROCESS OF PREPARING HERB SAMPLES<br /> TO DETERMINE SOME HEAVY METALS<br /> BY THE WET TREATMENT METHOD IN MICROWAVE SYSTEMS<br /> Pham Thi Thu Ha1*, Pham Luan2<br /> 1<br /> <br /> 2<br /> <br /> College of Sciences – TNU<br /> University of Science - VNU<br /> <br /> In this paper, we investigated 5 samples of pharmaceutical materials. Samples were dried and<br /> ground into fine powder. Then, the samples were processed by wet treatment method with a<br /> mixture of acids H2O2 (30%) and HNO3 (65%) in microwave systems. Base on investigating the<br /> conditions of parameters of the microwave, we have selected the condition of agreement to process<br /> 5 samples above, and determination of heavy metals of cadimi (Cd), lead (Pb) by Graphite Furnace<br /> Atomic Absorption Spectrometry (GF-AAS). This process has been confirmed by repeat sample<br /> and more standard sample. The results of measurement Cd, Pb by GF-AAS were compared with<br /> ICP-MS method.<br /> Key words: Herbs, heavy metals, microwave systems, GF-AAS, ICP-MS method<br /> <br /> *<br /> <br /> Tel: 0972 998955, Email: hpthuha410@gmail.com<br /> <br /> 79<br /> <br />