Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu phân tích và đánh giá hàm lượng chất chống oxi hóa butyl hydroxytoluen (BHT) và butyl hydroxyanisol (BHA) trong bao bì đóng gói

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:86

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn này được thực hiện nhằm mục đích đóng góp một phần vào công tác bảo vệ sức khỏe con người, một xu hướng mang tính thời đại của khoa học nói chung và ngành hóa học phân tích nói riêng. Chúng tôi hướng đến việc nghiên cứu qui trình phân tích BHT và BHA trong các đối tượng polyme làm bao bì đóng gói thực phẩm và hàng may mặc. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu phân tích và đánh giá hàm lượng chất chống oxi hóa butyl hydroxytoluen (BHT) và butyl hydroxyanisol (BHA) trong bao bì đóng gói

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------------- TRẦN THỊ THU PHƯƠNG NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG CHẤT CHỐNG OXI HOÁ BUTYL HYDROXYTOLUEN (BHT) VÀ BUTYL HYDROXYANISOL (BHA) TRONG BAO BÌ ĐÓNG GÓI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------------- TRẦN THỊ THU PHƯƠNG NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG CHẤT CHỐNG OXI HOÁ BUTYL HYDROXYTOLUEN (BHT) VÀ BUTYL HYDROXYANISOL (BHA) TRONG BAO BÌ ĐÓNG GÓI Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60440118 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Từ Bình Minh Hà Nội - 2015
LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan Luận văn thạc sỹ khoa học với đề tài “Nghiên cứu phân tích và đánh giá hàm lượng chất chống oxi hóa butyl hydroxytoluen (BHT) và butyl hydroxyanisol (BHA) trong bao bì đóng gói” là công trình nghiên cứu của bản thân. Các thông tin tham khảo dùng trong luận văn được lấy từ các công trình nghiên cứu có liên quan và được nêu rõ nguồn gốc trong danh mục tài liệu tham khảo. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kì công trình khoa học nào khác. Hà Nội, ngày 15 tháng 01 năm 2015 Học viên Trần Thị Thu Phương III
LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Từ Bình Minh đã định hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn và tạo những điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành Luận văn này! Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy, cô của Bộ môn Hóa học phân tích; đặc biệt là TS. Phạm Thị Ngọc Mai đã giúp đỡ, tạo điều kiện và cho tôi nhiều lời khuyên giá trị trong thời gian tôi thực hiện Luận văn! Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới ban lãnh đạo Viện Dệt may và các anh chị, các bạn công tác tại Trung tâm thí nghiệm Dệt may, Viện Dệt may đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được học tập và nghiên cứu. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn các anh chị, bạn bè của tập thể lớp cao học hoá K23, đặc biệt là những người bạn trong nhóm hoá phân tích K23 đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên, chia sẻ mọi khó khăn cùng tôi. Hà Nội, ngày 15 tháng 01 năm 2015 Học viên Trần Thị Thu Phương IV
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................... III LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. IV MỤC LỤC .................................................................................................................... V DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................... VII DANH MỤC HÌNH ..................................................................................................... VIII DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... IX LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................................ 4 1.1. GIớI THIệU Về CHấT CHốNG OXI HÓA HYDROXYTOLUENE BUTYLATED (BHT) VÀ BUTYLATED HYDROXYANISOLE ( BHA ) .................................................................... 4 1.1.1. Cấu tạo và tính chất lí hóa ............................................................................ 4 1.1.2. Độc tính và liều lượng cho phép .................................................................... 5 1.1.3. Sản xuất & sử dụng ....................................................................................... 7 1.2. GIớI THIệU SƠ LƯợC Về MẫU PHÂN TÍCH ................................................................. 9 1.2.1. Sơ lược về LDPE và HDPE ........................................................................... 9 1.2.2. Sự có mặt của các chất chống oxi hóa trong polyme ..................................... 11 1.3. MộT Số PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH BHT VÀ BHA .................................................. 12 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH .............................. 16 2.1. ĐốI TƯợNG VÀ MụC TIÊU NGHIÊN CứU ................................................................... 16 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CứU .................................................................................. 16 2.2.1. Nguyên tắc chung của phương pháp phân tích .............................................. 16 2.2.2 Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp .................................................... 19 2.3. QUY TRÌNH THựC NGHIệM..................................................................................... 23 2.3.1. Quy trình xử lý mẫu trên nền LDPE .............................................................. 23 2.3.1. Quy trình xử lý mẫu trên nền HDPE.............................................................. 24 2.4. THIếT Bị, HÓA CHấT .............................................................................................. 25 2.4.1. Thiết bị .......................................................................................................... 25 2.4.2. Dụng cụ......................................................................................................... 25 2.4.3. Hoá chất, Chất chuẩn ................................................................................... 25 2.5. CHUẩN Bị CÁC DUNG DịCH CHUẩN ......................................................................... 26 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 28 V
3.1 TốI ƯU HÓA CÁC ĐIềU KIệN PHÂN TÍCH HAI CHấT CHốNG OXI HÓA BHT VÀ BHA TRÊN Hệ THốNG GC-MS .............................................................................................. 28 3.1.1 Chọn điều kiện bơm mẫu, thông số cho hệ máy GC-MS ................................. 28 3.1.2 Khảo sát nhiệt độ cổng bơm mẫu ................................................................... 28 3.1.3 Khảo sát tốc độ dòng khí mang Heli ............................................................... 29 3.1.4 Khảo sát nhiệt độ buồng ion ........................................................................... 30 3.1.5 Chế độ quan sát chọn lọc ion ( Selected Ion Monitoring-SIM)........................ 31 3.1.6 Khảo sát thời gian lưu của các chất cần phân tích ......................................... 32 3.2. XÂY DựNG ĐƯờNG CHUẩN, XÁC ĐịNH LOD, LOQ CủA THIếT Bị.............................. 37 3.2.1 Khảo sát xây dựng đường chuẩn xác định BHT và BHA ................................. 37 3.2.2 Giới hạn phát hiện LOD và giới hạn định lượng LOQ của thiết bị đối với chất phân tích ......................................................................................................... 38 LOD của thiết bị được xác định như mục 2.2.2 ....................................................... 38 3.2.3 Độ lặp lại của thiết bị ..................................................................................... 38 3.3 KHảO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIềU KIệN TÁCH CHấT PHÂN TÍCH RA KHỏI NềN MẫU PHÂN TÍCH .................................................................................................................. 39 3.3.1 Phân tích trên nền mẫu LDPE ........................................................................ 40 3.3.2 Phân tích trên nền mẫu HDPE ...................................................................... 52 3.4. KếT QUả PHÂN TÍCH MộT Số MẫU THậT ................................................................... 62 3.4.1. Kết quả phân tích hàm lượng BHT và BHA trong mẫu bao bì đóng gói các sản phẩm dệt may ................................................................................................... 62 3.4.2. Kết quả phân tích một BHT và BHA trong một số sản phẩm bao gói thực phẩm ....................................................................................................................... 63 KẾT LUẬN .................................................................................................................. 64 PHỤ LUC ..................................................................................................................... 66 PHổ KHốI LƯợNG CủA BHT, BHA VÀ MM CHế Độ SIM .................................... 66 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................... 73 VI
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Lượng vào hàng ngày có thể chấp ADI Acceptable Daily Intake nhận được American Society for Testing Hiệp hội Vật liệu và Thử nghiệm ASTM and Materials Mỹ BHA Butylated hydroxyanisole BHT Butylated hydroxytoluene CAS Chemical Abstracts Service Dịch vụ tóm tắt hoá chất CTCT Công thức cấu tạo CTPT Công thức phân tử EI Electron ionization Ion hóa va đập điện tử Food and Agriculture FAO Tổ chức Nông lương Organization Cục quản lý Thực phẩm và Dược FDA Food and Drug Administration phẩm Hoa Kỳ Gas chromatography – Mas GC-MS Sắc kí khí ghép nối khối phổ spectrometry IDL Instrument Detection Limit Giới hạn phát hiện của thiết bị IS Internal standard Chất nội chuẩn Joint FAO/WHO expert Ủy ban chuyên gia quốc tế về phụ JECFA committee on food additives gia thực phẩm KLPT Khối lượng phân tử LOQ Limit of Quantity Giới hạn định lượng MDL Method Detection Limit Giới hạn phát hiện của phương pháp MSD Mass spectrometry detector Detector khối phổ MM Methyl myristate Không phất hiện thấy (Nhỏ hơn giới ND Not detected hạn phát hiện của phương pháp) NCI Negative chemical ionization Ion hóa hóa học âm ppb Part per billion Nồng độ / hàm lượng phần tỉ ppm Part per million Nồng độ / hàm lượng phần triệu SIM Selected ion monitoring Chế độ quan sát chọn lọc ion United Nations Environment Chương trình môi trường Liên Hợp UNEP Programme Quốc United States Department of USDA Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ Agriculture WHO World Health Organization Tổ chức Y tế thế giới VII
DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo hệ sắc kí khí khối phổ ............................................................... 19 Hình 3.1. Sắc đồ sự ảnh hưởng của diện tích pic vào nhiệt độ cổng bơm mẫu ................ 29 Hình 3.2. Săc đồ sự ảnh hưởng của tốc độ dòng khí mang đến diện tích pic................... 30 Hình 3.3. Săc đồ sự ảnh hưởng của nhiệt độ buồng ion đến diện tích pic ....................... 31 Hình 3.4. Sắc đồ thời gian lưu của BHT, BHA và MM .................................................. 33 Hình 3.7. Phổ khối lượng của BHA chế độ scan ............................................................ 35 Hình 3.8. Phổ khối lượng của BHA chế độ SIM ............................................................ 35 Hình 3.9. Phổ khối lượng của MM chế độ scan.............................................................. 36 Hình 3.10. Phổ khối lượng của MM chế độ SIM ............................................................ 36 Hình 3.11. Đồ thị sự phụ thuộc của độ thu hồi vào thời gian chiết ................................. 40 Hình 3.12. Sự phụ thuộc của độ thu hồi vào thời gian chiết mẫu .................................... 45 Hình 3.13. Sự phụ thuộc của độ thu hồi vào thời gian chiết mẫu .................................... 48 Hình 3.14. Sự phụ thuộc của độ thu hồi vào thời gian chiết mẫu .................................... 52 Hình 3.15. Sự phụ thuộc của độ thu hồi vào thời gian chiết mẫu. ................................... 56 Hình 3.16. Sơ đồ tổng hợp các phương pháp chiết mẫu ................................................. 61 Hình 3.17. Phương pháp chiết tối ưu cho cả 2 nền mẫu .................................................. 62 VIII
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Cấu tạo và tính chất vật lý của BHT, BHA ...................................................................... 5 Bảng 1.2. Sản lượng BHT ở một số nước trên thế giới.................................................................... 8 Bảng 1.3. Một số lĩnh vực chính sử dụng BHT ................................................................................... 8 Bảng 1.4. Kí hiệu một số loại nhựa thông dụng .................................................................................. 9 Bảng 1.5. Một số đặc tính vật lí của nhựa LDPE và HDPE .......................................................... 10 Bảng 1.6. Một số phương pháp phân tích BHT, BHA ..................................................................... 14 Bảng 2.1. Cách chuẩn bị dung dịch chuẩn làm việc .......................................................................... 26 Bảng 2.2. Cách chuẩn bị các dung dịch để dựng đường chuẩn .................................................... 27 Bảng 3.1. Các mảnh phổ đặc trưng của BHT và BHA ................................................................... 31 Bảng 3.2: Các thông số tối ưu hóa cho quá trình chạy sắc kí........................................................ 32 Bảng 3.5. Chương trình nhiệt độ của GC cho phân tích BHT, BHA......................................... 32 Bảng 3.4. Thời gian lưu và độ rộng cửa sổ thời gian lưu của BHT,BHA và nội chuẩn MM.......................................................................................................................................................................... 33 Bảng 3.5. Đường chuẩn của BHT ............................................................................................................. 37 Bảng 3.6. Đường chuẩn của BHA............................................................................................................ 37 Bảng 3.7. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của các chất ............................................ 38 Bảng 3.8. Độ lặp lại của thiết bị ở nồng độ 0,5ppm .......................................................................... 38 Bảng 3.9. Độ lặp lại của thiết bị ở nồng độ 2,0ppm .......................................................................... 39 Bảng 3.10. Độ lặp lại của thiết bị ở nồng độ 5,0ppm ....................................................................... 39 Bảng 3.11. Khảo sát thời gian chiết mẫu ................................................................................................ 40 Bảng 3.12. Giới hạn phát hiện của BHT và BHA theo phương pháp lắc ................................ 41 Bảng 3.13. Độ chụm và độ đúng ở khoảng nồng độ thấp trên đường chuẩn ......................... 42 Bảng 3.14. Độ chụm và độ đúng ở khoảng nồng độ trung bình trên đường chuẩn ............. 42 Bảng 3.15. Độ chụm và độ đúng ở khoảng nồng độ cao trên đường chuẩn ........................... 43 Bảng 3.16. Khảo sát thời gian chiết .......................................................................................................... 44 Bảng 3.17. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của 2 chất phân tích .......................... 45 Bảng 3.18. Độ chụm và độ đúng ở khoảng nồng độ thấp trên đường chuẩn ......................... 46 Bảng 3.19. Độ chụm và độ đúng ở khoảng nồng độ trung bình trên đường chuẩn ............. 46 Bảng 3.20. Độ chụm và độ đúng ở khoảng nồng độ cao trên đường chuẩn ........................... 47 Bảng 3.21. Khảo sát thời gian siêu âm .................................................................................................... 48 Bảng 3.22. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của 2 chất phân tích .......................... 49 Bảng 3.23. Độ chụm và độ đúng ở khoảng nồng độ thấp trên đường chuẩn ......................... 49 Bảng 3.24. Độ chụm và độ đúng ở khoảng nồng độ trung bình trên đường chuẩn ............. 50 Bảng 3.25. Độ chụm và độ đúng ở khoảng nồng độ cao trên đường chuẩn ........................... 50 IX
Bảng 3.26. Tổng kết 3 phương pháp chiết đối với mẫu LDPE..................................................... 51 Bảng 3.27. Khảo sát thời gian siêu âm .................................................................................................... 52 Bảng 3.28. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của 2 chất phân tích .......................... 53 Bảng 3.29. Độ chụm và độ đúng ở khoảng nồng độ thấp trên đường chuẩn ......................... 54 Bảng 3.30. Độ chụm và độ đúng ở khoảng nồng độ trung bình trên đường chuẩn ............. 54 Bảng 3.31. Độ chụm và độ đúng ở khoảng nồng độ cao trên đường chuẩn ........................... 55 Bảng 3.32. Khảo sát thời gian siêu âm .................................................................................................... 56 Bảng 3.33. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của 2 chất phân tích .......................... 57 Bảng 3.34. Độ chụm và độ đúng ở khoảng nồng độ thấp trên đường chuẩn ......................... 58 Bảng 3.35. Độ chụm và độ đúng ở khoảng nồng độ trung bình trên đường chuẩn ............. 58 Bảng 3.36. Độ chụm và độ đúng ở khoảng nồng độ cao trên đường chuẩn ........................... 59 Bảng 3.37. Tổng kết 3 phương pháp chiết đối với mẫu LDPE..................................................... 60 Bảng 3.38: Hàm lượng BHT và BHA trong mẫu bao bì áo sơ mi .............................................. 62 Bảng 3.39 : Hàm lượng BHT và BHA trong mẫu bao gói thực phẩm ...................................... 63 X
LỜI MỞ ĐẦU Polyme được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của cuộc sống hiện đại, bao gồm trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, y tế, đồ gia dụng, bao gói các sản phẩm như thực phẩm, quần áo…Để nâng cao tính chất, tuổi thọ sử dụng, hạn chế sự suy giảm về chất lượng …của polyme người ta thường cho thêm các chất phụ gia như hoá dẻo, chống cháy, chống oxi hoá và nhiều loại chất phụ gia khác trong quá trình chế tạo polyme. Việc lựa chọn phụ gia loại nào là phụ thuộc vào từng loại polyme và mục đích sử dụng của chúng. Tất cả các polyme thiên nhiên hay tổng hợp đều có phản ứng với oxi. Dưới nhiều tác nhân khác nhau như ánh sáng, nhiệt, tác nhân hoá học, tác nhân sinh học…các phản ứng oxi hoá xảy ra gây ra hiện tượng lão hoá polyme. Chính sự oxi hoá này làm giảm tính chất polyme, giảm khả năng sử dụng của chúng. Các nhóm chất chống oxi hoá thường được sử dụng trong polyme là nhóm phenolic, nhóm photphit hữu cơ và nhóm dẫn xuất amin. Trong đó nhóm phenolic là được sử dụng phổ biến hơn cả. Hai hợp chất điển hình trong nhóm chất chống oxi hoá này là butyl hydroxytoluene (BHT) và butyl hydroxyanisole (BHA). Bên cạnh những lợi ích mà những hoá chất này mang lại thì việc sử dụng chúng không có kiểm soát cũng là vấn đề đáng lo ngại đối với sức khoẻ của chính chúng ta, những người tiếp xúc trực tiếp, thường xuyên với những sản phẩm có thể có chứa hàm lượng gây hại của chúng. Đặc biệt là đối với những vật liệu polyme được dùng để bao gói thực phẩm, đồ uống, là những thứ sẽ trực tiếp đi vào cơ thể. Liều lượng BHT cao ở các loài vật được thử nghiệm gây ra các ảnh huởng như sau: làm tăng sự hấp thu iot ở tuyến giáp, tăng trọng lượng của tuyến trên thận, giảm khối lượng của lá lách, làm chậm quá trình vận chuyển các axit hữu cơ, gây tổn thương thận. Một số lượng lớn các nghiên cứu đã được tiến hành trên một vài loài để xác định độc tính đối với sự sinh sản và phát triển. Những nghiên cứu về các chất sinh ung thư cũng được tiến hành trên chuột. Kết quả cho thấy, BHT có thể là tác nhân xúc tiến cho một vài chất sinh ung thư hóa học; tuy nhiên, tính xác đáng cho những ảnh hưởng này đối với con người thì chưa rõ ràng và vẫn đang là vấn đề gây tranh cãi đối với các nhà khoa học. 1
BHA hấp thụ qua thành ruột non, tham gia quá trình trao đổi chất, cũng là chất nghi ngờ gây dị ứng và ung thư. Theo JECFA (Joint FAO/WHO expert committee on food additives-Ủy ban chuyên gia quốc tế về phụ gia thực phẩm) thì ADI (Acceptable Daily Intake-Lượng vào hàng ngày có thể chấp nhận được) cho BHT là dưới 0,125mg/kg thể trọng trong một ngày (mg/kg bw/day) còn BHA là dưới 0,5mg/k bw/day. Theo FDA (Food and Drug Administration-Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ) và USDA (United States Department of Agriculture-Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ) thì hàm lượng tối đa cho phép của BHT, BHA trong thực phẩm là 0,02% và 0,01% tính theo phần trăm khối lượng chất béo. Ngoài những tác hại về sức khoẻ như đã kể trên thì việc sử dụng không có sự kiểm soát chặt chẽ BHT sẽ gây ra những thiệt hại to lớn về kinh tế đặc biệt trong nghành may mặc thời trang vì lí do sau. Các sản phẩm may mặc thường được lưu giữ, bảo quản trong các bao gói polyme, nếu các bao gói này có chứa BHT với hàm lượng đáng kể thì cùng với sự có mặt của nitơ đioxit, độ ẩm cao do việc lưu trữ thường là trong các nhà kho, có thể sinh ra nitrobenzen hoặc quinon là những hợp chất có màu vàng, hợp chất này tiếp xúc với hàng dệt may lâu ngày sẽ dẫn đến tình trạng ố vàng cho sản phẩm dẫn đến những thiệt hại kinh tế đáng kể. Để tránh những tổn thất về kinh tế cũng như về sức khoẻ như đã kể trên, việc kiểm tra hàm lượng BHT, BHA trong các sản phẩm polyme trước khi đưa vào sử dụng là điều hết sức cần thiết. Hiện nay, ở nước ta mới tập trung nghiên cứu về các chất chống oxi hoá tổng hợp BHT và BHA trong đối tượng mẫu thực phẩm. Tuy nhiên, chưa có nhiều các nghiên cứu sâu trong đối tượng mẫu là các polyme bao gói thực phẩm nói riêng và polyme làm bao bì đóng gói nói chung. Do đó, chúng tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu phân tích và đánh giá hàm lượng chất chống oxi hóa butyl hydroxytoluen (BHT) và butyl hydroxyanisol (BHA) trong bao bì đóng gói” Luận văn này được thực hiện nhằm mục đích đóng góp một phần vào công tác bảo vệ sức khỏe con người, một xu hướng mang tính thời đại của khoa học nói chung và ngành hóa học phân tích nói riêng. Chúng tôi hướng đến việc nghiên cứu qui trình phân tích BHT và BHA trong các đối tượng polyme làm bao bì đóng gói thực phẩm và hàng may mặc. Việc tối ưu hóa một qui trình phân tích đáng tin cậy đối với các chất 2
này sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm tra hàm lượng trong các đối tượng bao bì, và hạn chế sự phơi nhiễm trong cơ thể người. Đây là một chỉ tiêu phân tích tương đối mới và trên đối tượng phân tích chưa được quan tâm nhiều trong các nghiên cứu trước đây tại Việt Nam. Phương pháp phân tích được chúng tôi sử dụng là phương pháp sắc kí khí khối phổ, đây là phương pháp có độ nhạy, độ chọn lọc và độ chính xác cao dùng cho phân tích lượng vết và siêu vết các chất hữu cơ trong nền mẫu phức tạp. Trong khuôn khổ luận văn này, tôi nghiên cứu về cách xác định hàm lượng BHT, BHA trong hai nền là nhựa LDPE (Low- density polyethylene) và HDPE (High-density polyethylene ) trên thiết bị GC-MS. 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về chất chống oxi hóa hydroxytoluene butylated (BHT) và butylated hydroxyanisole ( BHA ) Hàng ngày, chúng ta đều chịu tác động của các hợp chất hoá học, chúng có trong không khí mà chúng ta hít thở, trong nước mà chúng ta uống, thực phẩm mà chúng ta ăn, đồ vật mà chúng ta tiếp xúc. Hoá chất hiện diện ở khắp mọi nơi. Nhóm phenolic là một loại hợp chất hoá học được xem là phụ gia quan trọng đóng vai trò là chất chống oxi hoá cho nhiều ngành công nghiệp như công nghiệp hoá chất, sản xuất nhựa, dược phẩm, thực phẩm, mỹ phẩm…Hai hợp chất quan trọng nhất, được sử dụng nhiều nhất trong nhóm phenolic này là BHT và BHA. 1.1.1. Cấu tạo và tính chất lí hóa BHT còn được gọi là 2,6-bis (1,1-dimethylethyl)-4-methylphenol; 2,6-di-tert- butyl-p-cresol hay 2,6-di-tert-butyl-4-methylpheno. BHT có công thức phân tử là C15H24O. Các tính chất vật lý của chất này sẽ được trình bày trong bảng 1.1 [17,18]. BHA là hỗn hợp của 2 đồng phân là 3-tert-butyl-4-hydroxyanisole và 2-tert- butyl-4-hydroxyanisole. Cũng được biết đến với tên gọi là BOA, tert-butyl-4- hydroxyanisole, (1,1-dimethylethyl)-4-methoxyphenol, tert-butyl-4-methoxyphenol, antioxyne B, và còn nhiều tên thương mại khác. 4
Bảng 1.1. Cấu tạo và tính chất vật lý của BHT, BHA Chất BHT BHA CTPT C15H24O C11H16O2 KLPT 220,35gmol-1 180,24gmol-1 2,6-di-tert-butyl-p-cresol Tên hóa học Butylated hydroxyanisole Hydroxytoluene butylated CTCT Trạng thái tồn tại Bột màu trắng Dạng sáp rắn, đôi khi hơi vàng o o o o Nhiệt độ nóng chảy 70 C - 73 C 60 C - 65 C o o o Nhiệt độ sôi 265 C 264 C - 270 C Không tan trong nước. Tan kém trong nước, độ tan o Tan tốt trong dầu, mỡ, etanol và 1,1mg/l ở 20 C. Khả năng tan các dung môi hữu cơ khác như Tan vô hạn trong etanol, propylen glycol, ete, xăng, tan toluen, xeton, axeton. hơn 50% trong rượu. BHT có tính chất tương tự như BHA nhưng có tính bền nhiệt hơn. Tuy nhiên, cấu trúc không gian của BHT cồng kềnh hơn BHA ( do trong phân tử của BHT có 2 nhóm tert – butyl xung quanh nhóm – OH). 1.1.2. Độc tính và liều lượng cho phép 1.1.2.1. BHT BHT được thử nghiệm trên loài gặm nhấm, chuột và người cho thấy khi BHT đi vào cơ thể qua đường miệng sẽ được hấp thụ nhanh chóng qua dạ dày, ruột, sau đó sẽ được thải ra ngoài theo nước tiểu và phân. Ở người, sự bài tiết BHT thông qua thận cũng được thử nghiệm khi cho ăn với khẩu phần có chứa 40mg/kg thể trọng. Nghiên cứu cho thấy 50% liều lượng này được bài tiết ra ngoài trong 24 giờ đầu, và 25% liều lượng còn lại được bài tiết trong 10 ngày tiếp theo. Sự chuyển hóa thông qua con đường oxy hóa; trong đó sự oxy hóa nhóm methyl trội ở loài gặm nhấm, thỏ và khỉ, còn sự oxy hóa nhóm tert – butyl thì trội ở người. 5
Thử nghiệm trên động vật cho thấy, liều lượng BHT cao khi đưa vào cơ thể trong 40 ngày hoặc hơn sẽ gây độc cho các cơ quan trong cơ thể. Gây kích ứng da và mắt khi tiếp xúc. Ví dụ: khi cho chuột ăn khẩu phần có 0,58% BHT trong 40 ngày sẽ gây xuất huyết nhiều ở các cơ quan. Tuy nhiên, ảnh hửơng này không xảy ra ở tất cả các loài, sự xuất huyết khi ăn một liều lượng lớn BHT chỉ xảy ra ở một vài giống chuột, heo; còn ở chuột đồng, chó, thỏ và chim cút thì không thấy có hiện tượng này. Đó là sự nhạy cảm khác nhau ở các loài. Liều lượng BHT cao ở các loài vật được thử nghiệm cũng gây ra các ảnh huởng sau: Làm tăng sự hấp thu iốt ở tuyến giáp, tăng trọng lượng của tuyến trên thận, giảm khối lượng của lá lách, làm chậm quá trình vận chuyển các acid hữu cơ, gây tổn thương thận, trầm cảm. Một số lượng lớn các nghiên cứu đã được tiến hành trên một vài loài để xác định độc tính đối với sự sinh sản và phát triển. Thử nghiệm trên chuột cho thấy tỷ lệ sinh sản giảm hơn 10 lần khi cho chuột ăn thức ăn có chưa 100mgBHT/kg/ngày. Các thử nghiệm trên một số loài động vật cho thấy BHT cũng không là chất độc có khả năng di truyền. Những nghiên cứu về các chất sinh ung thư cũng được tiến hành trên chuột. Kết quả cho thấy, BHT có thể là tác nhân xúc tiến cho một vài chất sinh ung thư hóa học; tuy nhiên, tính xác đáng cho những ảnh hưởng này đối với con người thì không rõ ràng [30]. Theo JECFA thì ADI cho BHT là dưới 0,125mg/kg thể trọng trong một ngày (mg/kg bw/day). Theo FDA và USDA thì hàm lượng tối đa cho phép của BHT trong thực phẩm là 0,02% và 0,01% tính theo phần trăm khối lượng chất béo [13, 16, 38]. Ngoài ra sự có mặt của BHT trong bao bì lưu trữ có thể ảnh hưởng đến sự nhuốm màu lên vải thông qua ví dụ sau: BHT+NOx=Không màu Sợi PA Phức màu vàng 6
1.1.2.2. BHA BHA với liều lượng 50 – 100 mg/kg thể trọng sẽ được chuyển hóa và đưa ra khỏi cơ thể ở dạng nước tiểu, ở dạng glucuronit hay sulfat. Là chất nghi ngờ gây ung thư, dị ứng, ngộ độc…gây rối loạn cơ thể của một loạt động vật thí nghiệm như khỉ, chó, chuột, mèo. Tác dụng gây độc mãn tính của BHA cũng được thử nghiệm ở chuột, chó và khỉ. Người ta cho các động vật này ăn khẩu phần có vài phần trăm BHA (gấp vài ngàn lần liều lượng mà con người đưa vào cơ thể) trong hai năm; và nhận thấy rằng BHA không bị xem là mối nguy đối với sự sinh sản và phát triển. Đối với sự hình thành khối u, năm 1982, người ta đã tìm thấy khối u ác tính ở chuột khi được cho ăn ở liều lượng 2% trong khẩu phần (gần 0, 8g/kg thể trọng một ngày) trong hai năm. Tuy nhiên, khối u ác tính không hình thành khi cho ăn ở liều lượng 0, 5% trong cùng điều kiện. Ngoài ra, các thử nghiệm cũng cho thấy BHA gây kích ứng da,mắt khi tiếp xúc. Gây kích ứng phổi nếu hít phải. Gây hại cho các cơ quan trong cơ thể khi tiếp xúc lâu ngày. Theo JECFA thì ADI cho BHA là dưới 0,5mg/kg thể trọng trong một ngày (mg/kg bw/day). Theo FDA và USDA thì hàm lượng tối đa cho phép của BHA trong thực phẩm là 0,02% và 0,01% tính theo phần trăm khối lượng chất béo [18,19,21]. 1.1.3. Sản xuất & sử dụng 1.1.3.1. BHT BHT được tạo thành do phản ứng của para – cresol (4-methylphenol) với isobutylen (2-methylpropene) xúc tác bởi acd sulfuric. CH3(C6 H4)OH + 2 CH2=C(CH3)2 → ((CH3)3C)2CH3C6H2OH Ngoài ra, BHT được lấy từ 2,6-di-tert-butylphenol hydroxymethylation hoặc aminomethylation trong phản ứng thuỷ phân. Một nghiên cứu đã phát hiện ra rằng thực vật phù du, bao gồm tảo lục, Botryococcus braunii, cũng như ba loài cyanobacteria khác (Cylindrospermopsis raciborskii, Microcystis aeruginosa và Oscillatoria sp.) có khả năng sản xuất hợp chất này. Việc xác nhận đã được thực hiện thông qua phân tích sắc ký khí khối phổ. 7
BHT được sản xuất khoảng 62000 tấn/năm bởi hơn 20 nhà sản xuất trên thế giới theo thống kê năm 2000, số liệu thống kê được cho trong bảng 1.2 [30]. Bảng 1.2. Sản lượng BHT ở một số nước trên thế giới Số nhà Sản lượng TT Nước sản (tấn/năm) xuất 1 Mỹ 2 7000 2 Nhật Bản 3 15000 3 Tây Âu 4 25000 4 Nga 1 5000 5 Ấn Độ 1 1000 6 Trung Quốc 8 9000 BHT được sử dụng làm chất chống oxi hoá cho thực phẩm, thức ăn cho động vật, các sản phẩm từ dầu, cao su tổng hợp, nhựa, các loại dầu động vật và thực vật, xà phòng. Theo số liệu thống kê năm 2000, phần trăm sử dụng BHT trên thế giới trong các lĩnh vực khác nhau được đưa ra trong bảng 1.3 [30]. Bảng 1.3. Một số lĩnh vực chính sử dụng BHT TT Lĩnh Vực Phần trăm sử dụng 1 Cao su 27% 2 Nhựa 27% Phụ gia cho nhiên liệu và dầu 3 17% khoáng Thực phẩm, dược phẩm, mỹ 4 12% phẩm Thức ăn cho động vật và vật 5 11% nuôi 6 Mực in/ những đối tượng khác 6% 8
1.1.3.2. BHA BHA chủ yếu được sử dụng làm phụ gia và chất bảo quản hay có trong bao gói bảo quản thực phẩm, các loại thực phẩm như ngũ cốc hay dầu ăn, các loại mỹ phẩm đặc biệt là son môi hay kẻ mắt, cao su, các sản phẩm từ dầu hoả, dược phẩm, nhựa. Về tình hình sản xuất và sử dụng BHA chúng tôi chưa thấy có những thống kê cụ thể. 1.2. Giới thiệu sơ lược về mẫu phân tích Hiệp hội các ngành công nghiệp nhựa (SPI) thành lập một hệ thống phân loại vào năm 1988 để cho phép người tiêu dùng và các nhà tái chế có thể tái chế và xử lý đúng cách các loại nhựa khác nhau và vẫn có giá trị cho đến nay. Mỗi một loại nhựa sẽ có một mã nhất định và thường được các nhà sản xuất in trên sản phẩm. Bảng 1.4 sau đây đưa ra một số loại nhựa phổ biến và kí hiệu của chúng trên thị trường. Bảng 1.4. Kí hiệu một số loại nhựa thông dụng Ký hiệu Loại Các loại PET HDPE PVC LDPE PP PS nhựa còn lại Trong đó, LDPE và HDPE được ứng dụng nhiều trong việc sản xuất các loại túi nhựa, bao gói các sản phẩm về thực phẩm cũng như nhiều mặt hàng khác trong đó có hàng dệt may 1.2.1. Sơ lược về LDPE và HDPE Polyetylen mật độ thấp (Low-density polyethylene - LDPE) là một loại nhựa nhiệt dẻo được tạo thành từ các monome etylen. Nó là lớp nhựa đầu tiên của polyetylen, được sản xuất năm 1933 bởi Imperial Chemical Industries (ICI) bằng cách trùng hợp các gốc tự do ở áp suất cao. EPA ước tính khoảng 5,7% LDPE được tái chế. Mặc dù ngày nay ra đời rất nhiều loại polyme hiện đại hơn nhưng LDPE vẫn là một phân lớp nhựa vô cùng quan trọng. Năm 2009, lượng LDPE tiêu thụ lên đến 22,2 tỉ US. 9
Đặc tính : Bán cứng, mờ đục, dai, chịu được thời tiết, khả năng kháng hoá chất cao, hấp thụ nước kém, dễ dàng xử lý bởi hầu hết các phương pháp này, giá thành thấp. Trong các ứng dụng của LDPE thì việc sử dụng nó để làm bao gói là một trong những ứng dụng lớn nhất do giá thành thấp, bao kín dễ dàng và bảo vệ sản phẩm tốt. LDPE là PE có mật độ khoảng 0.917–0.930 g/cm3. Nó không phản ứng ở nhiệt độ phòng, ngoại trừ trường hợp có tác nhân oxi hoá mạnh và một vài dung môi gây ra sự trương nở (swelling). Nó có thể chịu được nhiệt độ 80°C và tiếp tục đến 95 °C trong một thời gian ngắn. Nó khá dai và bền. LDPE có nhiều nhánh hơn HDPE (khoảng 2% số nguyên tử cacbon), vì vậy lực liên phân tử của nó yếu hơn, sức căng thấp hơn, khả năng phục hồi cao hơn. LDPE có nhiều ứng dụng trong cuộc sống, ví dụ như làm chai, đồ chơi, túi mang, cách nhiệt cao tần, lót thùng chứa hóa chất, các loại bao bì, ống dẫn khí và nước. Polyetylen mật độ cao( High-density polyethylene - HDPE) là một polyethylene nhiệt dẻo làm từ dầu mỏ. HDPE được sử dụng trong sản xuất chai nhựa , ống chống ăn mòn, màng địa kĩ thuật và gỗ nhựa và một trong những ứng dụng điển hình của HDPE là sản xuất các màng phim (film) để làm các loại túi mang, lớp lót thùng carton chứa thực phẩm như thịt, ngũ cốc và các sản phẩm khác. HDPE có khả năng được tái chế cao và thường được tái sử dụng. Trong năm 2007, thị trường HDPE toàn cầu đạt đến hơn 30 triệu tấn. Bảng 1.5. Một số đặc tính vật lí của nhựa LDPE và HDPE Thông số LDPE HDPE Mật độ 0.917 - 0.930 g/cm3 0,940-0,970 g/cm3 Lực căng 0.20 - 0.40 N/mm² Từ vài đến vài chục N/mm2 Nhiệt độ sử dụng tối đa 65°C 120°C Hệ số giãn nở nhiệt 100 - 220 x 10-6 m/m°C 120 x 10-6m/m°C 10