Luận văn Xác định nicotine trong không khí môi trường lao động bằng phương pháp GC-NPD sử dụng phương pháp lấy mẫu hấp thu thụ động

Nội dung tài liệu: Luận văn Xác định nicotine trong không khí môi trường lao động bằng phương pháp GC-NPD sử dụng phương pháp lấy mẫu hấp thu thụ động

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------------ TRẦN PHƯƠNG THẢO XÁC ĐỊNH NICOTINE TRONG KHÔNG KHÍ MÔI TRƯỜNG LAO ĐỘNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP GC-NPD SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU HẤP THU THỤ ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2020
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------------ TRẦN PHƯƠNG THẢO XÁC ĐỊNH NICOTINE TRONG KHÔNG KHÍ MÔI TRƯỜNG LAO ĐỘNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP GC-NPD SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU HẤP THU THỤ ĐỘNG Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 8440112.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. PHẠM THỊ NGỌC MAI Hà Nội – 2020
3. LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin trân trọng cảm ơn PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Mai đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, chỉ bảo để em hoàn thành luận văn này. Em xin cảm ơn Ban lãnh đạo, đặc biệt là Th.S Thái Hà Vinh cùng các anh chị em trong Trạm quan trắc và phân tích môi trường lao động, Viện Khoa học An toàn và Vệ sinh lao động đã tạo điều kiện, khích lệ em trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu vừa qua. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Hóa phân tích, các anh, chị, em và các bạn trong bộ môn Hóa phân tích đã luôn nhiệt tình giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Em cũng gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và những người thân yêu đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận văn. . Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Học viên Trần Phương Thảo
4. MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................................... 2 1.1. Tổng quan về Nicotine ......................................................................................................... 2 1.1.1. Giới thiệu về Nicotine ..................................................................................................... 2 1.1.2. Tính chất dược học, tác dụng và tác hại của nicotine ................................................... 2 1.1.3. Cơ chế xâm nhập của nicotine vào cơ thể. .................................................................... 6 1.1.4. Khái quát về ngành công nghiệp thuốc lá ở Việt Nam .................................................. 7 1.1.5. Tác hại của hút thuốc lá thụ động ................................................................................. 8 1.2. Các phương pháp lấy mẫu .................................................................................................. 10 1.2.1. Lấy mẫu chủ động........................................................................................................ 10 1.2.2. Lấy mẫu thụ động ........................................................................................................ 12 1.3. Các phương pháp xác định nicotine ................................................................................... 14 1.3.1. Các phương pháp quang phổ ...................................................................................... 14 1.3.2. Các phương pháp phân tích điện hóa .......................................................................... 16 1.3.3. Các phương pháp sắc kí .............................................................................................. 17 1.3.4. Cảm biến sinh học ....................................................................................................... 21 1.4. Phương pháp GC-NPD ....................................................................................................... 21 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM .................................................................................................... 25 2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ....................................................................................... 25 2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................... 25 2.1.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................... 25 2.2. Hóa chất và thiết bị............................................................................................................. 26 2.2.1. Hóa chất ...................................................................................................................... 26 2.2.2. Thiết bị dụng cụ ........................................................................................................... 27 2.3. Phương pháp lấy mẫu, xử lí và phân tích mẫu ................................................................... 27 2.3.1. Chuẩn bị vật liệu lấy mẫu ............................................................................................ 27 2.3.2. Lấy mẫu và bảo quản mẫu ........................................................................................... 28 2.3.3. Xử lí mẫu phân tích. .................................................................................................... 28 2.3.4. Xây dựng đường chuẩn. ............................................................................................... 28 2.3.5. Điều kiện phân tích nicotine trên thiết bị GC-NPD .................................................... 29 2.4. Các thông số đánh giá độ tin cậy của phương pháp phân tích ........................................... 30
5. 2.4.1. Đánh giá độ ổn định của tín hiệu ................................................................................ 30 2.4.2. Xác định giá trị sử dụng của đường chuẩn ................................................................. 30 2.4.3. Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng ................................................... 30 2.4.4. Độ chụm của phương pháp .......................................................................................... 31 2.4.5. Độ đúng của phương pháp .......................................................................................... 32 2.5. Tính kết quả ........................................................................................................................ 32 2.5.1. Nồng độ Nicotine (ug/mẫu) ......................................................................................... 32 2.5.2. Nồng độ nicotine theo mg/m3....................................................................................... 33 2.5.3. Hàm lượng nicotine theo ppm ..................................................................................... 33 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................................ 33 3.1. Đánh giá phương pháp trên thiết bị GC-NPD .................................................................... 34 3.1.1. Sắc kí đồ của Nicotine ................................................................................................. 34 3.1.2. Đường chuẩn xác định Nicotine .................................................................................. 34 3.1.3. Giới hạn phát hiện (IDL) và giới hạn định lượng (IQL) của thiết bị .......................... 36 3.1.4. Độ lặp và độ tái lặp của tín hiệu phân tích ................................................................. 37 3.2. Khảo sát vật liệu hấp phụ ................................................................................................... 38 3.2.1. Khảo sát vật liệu mang ................................................................................................ 38 3.2.2. Khảo sát nồng độ chất tẩm NaHSO4 ........................................................................... 40 3.2.3. Bề mặt các màng GF/A qua ảnh chụp SEM ................................................................ 42 3.3. Khảo sát quy trình xử lí mẫu .......................................................................................... 45 3.3.1. Khảo sát dung môi chiết .............................................................................................. 45 3.3.2. Khảo sát thời gian lắc.................................................................................................. 46 3.3.3. Khảo sát thời gian quay chiết ...................................................................................... 47 3.4. Đánh giá phương pháp trên nền mẫu khí ....................................................................... 49 3.4.1. Kết quả các thí nghiệm với mẫu trắng......................................................................... 49 3.4.2. Xây dựng đường chuẩn ................................................................................................ 50 3.4.4. Độ lặp và độ thu hồi của phương pháp ....................................................................... 53 3.5. Phân tích mẫu thực tế ..................................................................................................... 54 KẾT LUẬN ................................................................................................................................... 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................ 59 PHỤ LỤC
6. DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt WHO World Health Organization Tổ chức y tế thế giới Association of Official Hiệp hội các nhà hoá phân tích AOAC Analytical Chemists chính thống American Society for Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm ASTM Testing and Materials Hoa Kỳ National Institute for Viện quốc gia về an toàn lao NIOSH Occupational Safety and động và sức khỏe Health Gas Chromatography Flame Sắc ký khí sử dụng detector ion GC-FID Ionization Detector hóa ngọn lửa Gas Chromatography Nitrogen Sắc kí khí sử dụng detector nitơ, GC-NPD Phophorus Detector photpho Gas Chromatography Mass GC-MS Sắc ký khí khối phổ Spectometry Direct analysis in real time Phân tích trực tiếp trong phổ DART-MS mass spectrometry khối thời gian thực Fourier transform-Near Phổ hồng ngoại phản xạ gần biến FT-NIR Infrared Reflectance đổi Fourier UV-Vis Ultraviolet Visible Tử ngoại- Khả kiến DAD Diode Array Detector Detector diode mảng High performance liquid HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao chromatography IDL Instrument detection limit Giới hạn phát hiện của thiết bị IQL Instrument quantitation limit Giới hạn định lượng của thiết bị IS Internal standard Chất nội chuẩn LOD Limit of Detection Giới hạn phát hiện LOQ Limit of Quantitation Giới hạn định lượng RSD Relative standard deviation Độ lệch chuẩn tương đối
7. Giới hạn phát hiện của phương MDL Method detection limit pháp SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét STEL Short Term Exposure Limit Giới hạn tiếp xúc ngắn hạn Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG Quỹ nghiên cứu Đức (German Research Foundation) ppm Part per million Nồng độ/hàm lượng phần triệu ppb Part per billion Nồng độ/hàm lượng phần tỉ
8. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1.Công thức cấu tạo của Nicotine ....................................................................................... 2 Hình 1.2. Ảnh hưởng của Nicotine tới các cơ quan trong cơ thể. .................................................. 4 Hình 1.3. Con đường chuyển hóa nicotine ở người ........................................................................ 5 Hình 1.4. Cấu tạo detector NPD ................................................................................................... 22 Hình 1.5. Cấu tạo bên trong của detector NPD............................................................................. 23 Hình 3.1. Sắc đồ tách nicotine và quinoline trên cột HP-FFAP ................................................... 34 Hình 3.2. Đồ thị sự phụ thuộc của diện tích pic vào nồng độ nicotine ......................................... 35 Hình 3.3. Kết quả khảo sát màng GF-A........................................................................................ 39 Hình 3.4. Kết quả khảo sát màng Quartz ...................................................................................... 40 Hình 3.5. Đồ thị phụ thuộc của hiệu suất thu hồi vào nồng độ chất tẩm ...................................... 41 Hình 3.6. Ảnh chụp SEM của vật liệu GF-A chưa tẩm và tẩm NaHSO4 ở các nồng độ khác nhau ..................................................................................................................................... 43 Hình 3.7. Đồ thị phụ thuộc của hiệu suất thu hồi vào thời gian lưu mẫu. .................................... 44 Hình 3.8. Hiệu suất thu hồi nicotine khi thay đổi nồng độ NaOH ............................................... 46 Hình 3.9. Kết quả khảo sát thời gian lắc ....................................................................................... 47 Hình 3.10. Kết quả khảo sát thời gian quay chiết ......................................................................... 48 Hình 3.11. Sơ đồ khối quy trình xử lí mẫu nicotine ..................................................................... 49 Hình 3.12. Đồ thị sự phụ thuộc của diện tích pic vào nồng độ nicotine ....................................... 51 Hình 3.13. Kết quả hàm lượng nicotine trong môi trường lao động của một số nhà máy sản xuất thuốc lá. ....................................................................................................................... 56 Hình 3.14. Kết quả phân tích 43 mẫu nicotine ở một số nhà máy sản xuất thuốc lá .................... 56
9. DANH MỤC BẢNG Bảng 1. 1.Giá trị giới hạn quy định trong môi trường khu vực làm việc ở một số quốc gia trên thế giới ................................................................................................................................. 9 Bảng 2.1. Xây dựng đường chuẩn nicotine................................................................................... 29 Bảng 2.2.Điều kiện phân tích nicotine trên thiết bị GC-NPD ...................................................... 29 Bảng 3.1. Sự phụ thuộc tỉ lệ diện tích pic vào nồng độ Nicotine ................................................. 35 Bảng 3.2. Kết quả xác định IDL, IQL của thiết bị ........................................................................ 37 Bảng 3.3. Độ lệch chuẩn tương đối của tín hiệu đo trong ngày và giữa các ngày. ....................... 38 Bảng 3.4. Kết quả khảo sát màng GF-A ....................................................................................... 38 Bảng 3.5. Kết quả khảo sát màng Quartz ...................................................................................... 38 Bảng 3.6. Kết quả khảo sát nồng độ chất tẩm trên màng GF-A ................................................... 41 Bảng 3.7. Sự phụ thuộc của hiệu suất thu hồi vào thời gian lưu mẫu ở ba hàm lượng 0,5; 1,0 và 2,0 µg/mẫu .........................................45 Bảng 3.8. Hiệu suất thu hồi của nicotine khi thay đổi nồng độ NaOH ......................................... 45 Bảng 3.9. Sự phụ thuộc diện tích pic vào nồng độ Nicotine. ....................................................... 50 Bảng 3.10. Kết quả xác định LOD và LOQ của phương pháp ..................................................... 52 Bảng 3.11. Kết quả xác định độ lặp và độ thu hồi của phương pháp ........................................... 53 Bảng 3.12. Kết quả phân tích nicotine trong mẫu thực tế ............................................................. 54
10. MỞ ĐẦU Thuốc lá là một trong những sản phẩm có số người sử dụng nhiều trên thế giới. Việc sản xuất thuốc lá tuy không được khuyến khích nhưng ngày càng phát triển và mở rộng cùng với sự gia tăng mạnh về thị trường tiêu thụ. Ngành công nghiệp thuốc lá đã mang lại lợi ích không nhỏ về kinh tế cũng như xã hội cho nhiều quốc gia. Thuốc lá là sản phẩm tiêu dùng hợp pháp duy nhất có khả năng gây bệnh dẫn tới tử vong cho một nửa số người sử dụng nó cùng hàng trăm nghìn người không hút thuốc lá khác. Theo số liệu của WHO cuối tháng 5/2017, mỗi năm thế giới có khoảng 7 triệu người tử vong do các bệnh liên quan đến hút thuốc lá và 600.000 người chết do phơi nhiễm với khói thuốc lá thụ động. Cũng theo dự báo của Tổ chức Y tế thế giới, nếu các biện pháp phòng, chống tác hại của thuốc lá không được thực hiện thì đến năm 2030, con số này sẽ tăng lên thành 8 triệu người một năm, trong đó 80% các ca tử vong là ở các nước đang phát triển. Theo báo cáo năm 2010 của Tổng hội Y khoa Hoa Kỳ, khói thuốc lá chứa 7.000 hóa chất, trong đó có 69 chất gây ung thư. Một số chất độc hại điển hình trong khói thuốc lá gồm: Nicotine, Tar, CO, benzene, nitrosamines, ammonia, formaldehyde Nicotine là thành phần chính có trong thuốc lá và là nguyên nhân gây nghiện cho những người hút thuốc, ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe của những người hút thuốc lá thụ động; những người lao động trong các cơ sở sản xuất thuốc lá cũng chịu ảnh hưởng tương tự. Tại Việt Nam, nhiễm độc Nicotine đã được quy định là bệnh nghề nghiệp theo quyết định 167/BYT/QĐ- 1997. Vì vậy, việc xác định nicotine trong môi trường lao động là quan trọng và cần thiết. Hiện nay sử dụng các phương pháp phân tích nicotine như: phương pháp UV-Vis, quang phổ hồng ngoại, phương pháp điện hóa và được sử dụng phổ biến nhất là phương pháp sắc kí bao gồm sắc kí lỏng (HPLC-UV) và sắc kí khí (GC-FID, GC-NPD, GC-MS). Trong luận văn sử dụng phương pháp GC-NPD để xác định nicotine trong môi trường lao động bằng phương pháp lấy mẫu hấp thu thụ động. Phương pháp sắc kí khí cho hiệu quả tách tốt, thời gian phân tích nhanh, detector NPD xác định các chất có thành phần N và P cho độ nhạy, độ chọn lọc cao phù hợp với việc xác định hàm lượng nicotine trong không khí. 1