ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
TẠ THỊ NGỌC ÁNH
NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH MỘT SỐ AMIN THƠM TRONG CÁC SẢN
PHẨM DA BẰNG PHƢƠNG PHÁP LC/MS/MS
CHUYÊN NGÀNH: HÓA PHÂN TÍCH MÃ SỐ: 60440118
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN VĂN RI
Hà Nội – Năm 2016
LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Văn Ri đã
tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành Luận văn này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các anh chị đồng nghiệp công tác tại Trung tâm Phân tích và Công nghệ Môi trƣờng – Viện Nghiên cứu Da giầy đã tạo điều
kiện tốt nhất cho tôi đƣợc học tập và nghiên cứu.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giảng dạy tại Khoa Hóa học –
Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội cùng tập thể lớp cao
học K24 đã giúp đỡ động viên tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại
trƣờng.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè – những ngƣời đã luôn
động viên, khuyến khích và cổ vũ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Hà Nội, tháng 12 năm 2016
Học viên
Tạ Thị Ngọc Ánh
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 10 CHƢƠNG 1: TổNG QUAN.......................................................................................... 12 1.1. Tổng quan về thuốc nhuộm azo ............................................................................. 12
1.1.1. Giới thiệu về thuốc nhuộm azo ..................................................................... 12
1.1.2. Sự chuyển hoá thuốc nhuộm azo thành các amin thơm ............................... 14
1.1.3. Ảnh hưởng của các amin thơm được giải phóng từ thuốc nhuộm azo đến
sức khoẻ con người .................................................................................................... 15
1.2. Tổng quan hiện trạng sử dụng thuốc nhuộm azo trong ngành thuộc da ................ 17
1.2.1. Hiện trạng sử dụng thuốc nhuộm azo trên thế giới ......................................... 17
1.2.2. Hiện trạng sử dụng thuốc nhuộm azo tại Việt Nam ..................................... 19
1.3. Tổng quan phƣơng pháp phân tích các amin thơm giải phóng ra từ thuốc nhuộm
azo ................................................................................. Error! Bookmark not defined.
1.3.1. Phương pháp sắc ký lỏng khối phổ ................ Error! Bookmark not defined.
1.3.2. Phương pháp phân tích các amin thơm trên thế giới và Việt NamError! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM ................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 2.1. Hóa chất – Thiết bị ................................................. Error! Bookmark not defined.
2.1.1. Hoá chất chuẩn ................................................ Error! Bookmark not defined.
2.1.2. Dung môi và hoá chất phụ trợ ......................... Error! Bookmark not defined.
2.1.3. Thiết bị phân tích ............................................. Error! Bookmark not defined.
2.1.4. Thiết bị phụ trợ ................................................ Error! Bookmark not defined.
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................ Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Phương pháp kế thừa ....................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.2. Phương pháp thực nghiệm ............................... Error! Bookmark not defined.
2.2.2.1. Khảo sát điều kiện tối ưu cho thiết bị sắc ký lỏng khối phổError! Bookmark not defined.
2.2.2.2. Xây dựng quy trình xử lý mẫu ..................... Error! Bookmark not defined.
2.2.2.3. Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp phân tíchError! Bookmark not defined.
2.2.2.4. So sánh phương pháp phân tích mới xây dựng với phương pháp tiêu
chuẩn ........................................................................ Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬNERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 3.1. Khảo sát điều kiện tối ƣu cho thiết bị sắc ký lỏng khối phổError! Bookmark not defined.
3.1.1 Khảo sát quá trình tách sắc ký ......................... Error! Bookmark not defined.
3.1.2 Khảo sát các thông số tối ưu cho đầu dò khối phổError! Bookmark not defined.
3.1.3 Khảo sát thời gian lưu của các chất amin thơmError! Bookmark not defined.
3.2. Khảo sát các điều kiện tối ƣu cho xử lý mẫu ......... Error! Bookmark not defined.
3.2.1. Các phương pháp xử lý mẫu da phân tích các amin thơmError! Bookmark not defined.
3.2.2. Ảnh hưởng của pH đến độ thu hồi của phương pháp chiết lỏng lỏngError! Bookmark not defined.
3.2.3. Ảnh hưởng của dung môi chiết ........................ Error! Bookmark not defined.
3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của số lần chiết .............. Error! Bookmark not defined.
3.2.6. Tổng hợp quy trình xử lý mẫu phân tích các amin thơm trong mẫu daError! Bookmark not defined.
3.3. So sánh phƣơng pháp phân tích mới xây dựng với phƣơng pháp tiêu chuẩn
(TCVN 7536: 2005 ) ..................................................... Error! Bookmark not defined.
3.4. Ứng dụng phƣơng pháp phân tích nghiên cứu vào phân tích một số sản phẩm da
đang lƣu hành trên thị trƣờng Việt Nam ....................... Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN ................................................................... Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. PHỤ LỤC ................................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. PHỤ LỤC 1: KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN TỐI ƢU XÁC ĐỊNH CÁC AMIN THƠM TRÊN DETECTOR MS/MS ...................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. PHỤ LỤC 2: ĐƢỜNG CHUẨN XÁC ĐỊNH CÁC AMIN THƠM BẰNG HỆ THỐNG HPLC-MS/MS ............................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. PHỤ LỤC 3: QUY TRÌNH PHÂN TÍCH 18 AMIN THƠM BẰNG HỆ THỐNG HPLC – MS/MS ......................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1: Chuyển hóa amin thơm từ thuốc nhuộm azo ........................................... 14
Hình 1. 2: Độ thu hồi của các phƣơng pháp xác định amin thơm từ mẫu da thật ................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2. 1: Hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao kết hợp đầu dò khối phổ HPLC – MS/MS ...................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2. 2: Các thông số cần tối ƣu hóa cho đầu dò khổi phổ để phân tích các amin thơm........................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2. 3: Khoảng tuyến tính của phƣơng pháp phân tíchError! Bookmark not defined.
Hình 3. 1: Phân tách sắc ký các chất amin thơm trên cột Hypersil Gold C18 .. Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 2: Phân tách sắc ký các chất amin thơm trên cột Hypersil Gold aQ .... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 3: Phân tách sắc ký các chất amin thơm trên cột Hypersil Gold PFP .. Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 4: Phân tách các chất amin thơm trên cột C18 với pha động A-H2O (0,1% FA) và B-MeOH ....................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 5: Phân tách các chất amin thơm trên cột C18 với pha động A- H2O(CH3COONH4 25mM) và B-MeOH .................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 6: Phân tách các chất amin thơm trên cột C18 với pha động A-H2O và B- MeOH ........................................................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 7: Tối ƣu hóa các thông số cho nguồn ion hóa ESIError! Bookmark not defined.
Bookmark
Hình 3. 8: Phổ khối tiêu biểu của NTA quét ở chế độ FullscanError! not defined.
Hình 3. 9: Phổ khối tiêu biểu của NTA chạy ở chế độ Fullscan – product ...... Error! Bookmark not defined.
Bookmark not
Hình 3. 10: Tối ƣu hóa năng lƣợng bắn phá của NTAError! defined.
Hình 3. 11: Ảnh hƣởng của pH đến độ thu hồi (pH=8,93)Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 12: Ảnh hƣởng của pH đến độ thu hồi (pH=4,13)Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 13: So sánh độ thu hồi khi sử dụng các dung môi chiết khác nhau ..... Error! Bookmark not defined.
Bookmark not
Hình 3. 14: Ảnh hƣởng của số lần chiết đến độ thu hồiError! defined.
Hình 3. 16: Quy trình xử lý mẫu da phân tích các amin thơm trên HPLC-MS/MS ................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 15: : Quy trình xử lý mẫu da phân tích các amin thơm trên HPLC-MS/MS ................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 17: Độ chọn lọc của phƣơng pháp phân tích đối với chất TDA .......... Error! Bookmark not defined.
Bookmark
Hình 3. 18: Độ thu hồi của phƣơng pháp chiết các amin thơmError! not defined.
Hình 3. 19: Đƣờng chuẩn của ASD trong khoảng hàm lƣợng 1,0 – 10 mg/kg Error! Bookmark not defined.
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1: Danh sách các amin thơm trong thuốc nhuộm bị EU cấm sử dụng [22] . 13
Bảng 1. 2: Phân tích đánh giá phản ứng của 6 amin thơmError! Bookmark not defined.
Bảng 1. 3: Độ thu hồi trung bình của các amin thơm trong quá trình khử (n=3) ................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 1. 4: Các phƣơng pháp phân tích xác định thuốc nhuộm azo bị cấm trong sản phẩm tiêu dùng .......................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 1. 5: Thông số tối ƣu cho quá trình phân tích MS/MSError! Bookmark not defined.
Bảng 1. 6: Đƣờng chuẩn và giới hạn phát hiện của các amin (trung bình lặp lại) ................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 1. 7: Độ thu hồi của hỗn hợp chuẩn amin thơm trong sợi không nhuộm (trung bình lặp lại) ............................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 1: Thông số thiết lập cho HPLC/DAD ........ Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 2: Các thông số thiết lập cho nguồn ion hóa ESIError! Bookmark not defined.
Bảng 3. 3: Tổng hợp mảnh phổ của các hợp chất amin và năng lƣợng bắn phá tối ƣu ................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Bookmark not
Bảng 3. 4: Tổng hợp thời gian lƣu của 21 amin thơmError! defined.
not
Bảng 3. 5: Hằng số pKa và logKow của các amin thơmError! Bookmark defined.
Bảng 3. 6: Độ lặp lại của phƣơng pháp phân tích amin thơm trong da thuộc (n=6) ................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 7: Đánh giá giới hạn phát hiện của phƣơng pháp phân tích da thuộc . Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 8: Kết quả tính toán độ chụm và độ đúng theo phƣơng pháp tiêu chuẩn .. Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 9: Kết quả tính toán độ chụm và độ đúng theo phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 10: Kết quả phân tích thuốc nhuộm azo trong mẫu da thuộc trên thị trƣờng ................................................................................... Error! Bookmark not defined.
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
4-Cresidine
4,4-Diaminodiphenylmethane 3,3'-Dimethoxybenzidine 3,3-Dimetylbenzidine 3,3-Dimethyl-4,4 diaminodiphenylmethane 3,3'-Diclobenzidine 2,4-Diaminotoluen Electron Spray Ionization European Economic Community European Commission
TT 1 4-Aminobiphenyl 2 O-Anisidine 3 Atomic Absorption Spectrophotometric 4 Association of Official Agricultural Chemists 5 Benzidine 6 Bureau Veritas Quality International 7 4-Chloroaniline 8 4-Chloro-o-toluidine Comité Européen de Normalisation 9 10 Consumer Product Safety Improvement Act 11 12 Deutsches Institut für Normung 13 Diode Array Detector 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Gas Chromatography 24 High Performance Liquid Chromatography 25 High Performance Capillary Electrophoresis Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry 26 International Standard Organization 27 International Union of Pure and Applied Chemistry 28 Limit of Detector 29 30 Limit of Quantitation 31 Mass Spectrography 32 Method Detector Limit 33 34 4,4'-Metylen-bis-(2-cloaniline) 2-Naphthylamine Tên viết tắt ABP ASD AAS AOAC BZD BVQI CAN COT CEN CPSIA CSD DIN DAD DDM DTB DBD DPM DBZ DAT ESI EEC EC GC HPLC HPCE ICP-MS ISO IUPAC LOD LOQ MS MDL MTB NTA
35 Organisation for Economic Co-operation and Development OECD
Từ viết tắt
4,4'-Oxydianiline
TT 36 37 Recovery Standard Deviation 38 Registration Evaluation Authorization Restriction Shoe and Allied Trades Research Association 39 Tiêu chuẩn Việt Nam 40 Thin Layer Chromatography 41 4,4'-Thiodianiline 42 o-Toluidine 43 44 2,4,5-Trimethylaniline 45 Ultraviolet–visible spectroscop 46 Văn phòng Công nhận Chất lƣợng Tên viết tắt ODA RSD REACH SATRA TCVN TCL TDA TLD TMA UV-Vis BoA
MỞ ĐẦU
Từ nửa cuối thế kỷ 19, thuốc nhuộm azo đƣợc sử dụng rộng rãi trong các nhiều lĩnh
vực công nghiệp. Trong sản xuất đồ da và dệt may, các thuốc nhuộm azo đƣợc sử dụng trong
công đoạn nhuộm (có tới 90% thuốc nhuộm dùng trong thuộc da là thuốc nhuộm azo). Một
số thuốc nhuộm azo có khả năng giải phóng ra các hợp chất amin thơm có thể gây bệnh ung
thƣ. Qua nhiều năm, các nghiên cứu dịch tễ học đã đƣa thêm nhiều bằng chứng rằng việc tiếp
xúc lâu dài trong môi trƣờng làm việc với các hợp chất amin thơm nhƣ benzidine, 4-
aminobiphenyl và 2-naphtyamin đƣợc sử dụng trong công nghiệp nhuộm làm tăng nguy cơ
phát triển bệnh ung thƣ [19], [23].
Từ đầu những năm 70 thế kỷ trƣớc, một vài nƣớc thành viên OECD đã thông qua các
biện pháp giới hạn tồn dƣ của nhiều loại chất độc, bao gồm cả thuốc nhuộm azo trong hàng
tiêu dùng nhƣ đồ chơi, dệt may, quần áo, giầy dép. Vào tháng 7 năm 1994, Chính phủ Cộng
hòa liên bang Đức đã đƣa ra bản sửa đổi lần thứ hai về pháp lệnh hàng hóa tiêu dùng, pháp
lệnh này đã cấm việc sử dụng một số chất tạo màu azo trong các loại hàng hóa mà có tiếp
xúc trực tiếp, lâu dài với da ngƣời hay qua đƣờng miệng nhƣ: Giầy dép, găng tay, túi xách,
ví, va ly, ghế tựa, đồ chơi bằng da hay dệt may [12]. Nhận thức về nguy cơ của việc tiếp xúc
với các thuốc nhuộm azo gây nguy hại tới sức khỏe ngƣời tiêu dùng, liên minh châu Âu đã
ban hành các Chỉ thị 76/769/EEC, 2002/61/EC và 2004/21/EC cấm sử dụng các thuốc
nhuộm azo mà trong các điều kiện khử tạo ra bất cứ các hợp chất amin thơm nào trong số 22
chất có danh sách kèm theo trong các sản phẩm dệt may và bằng da mà có thể tiếp xúc trực
tiếp và kéo dài với da ngƣời hoặc qua đƣờng miệng. Luật REACH do liên minh EU ban
hành bắt đầu có hiệu lực vào tháng 6/2007, trong đó cấm bán và sử dụng các thuốc nhuộm
azo nguy hại [14], [15], [16].
Liên quan đến phƣơng pháp xác định các amin thơm bị cấm có trong các sản phẩm
bằng da, Việt Nam đã ban hành tiêu chuẩn TCVN 7536:2005 quy định phƣơng pháp xác
định 18 amin thơm bị cấm bằng các kỹ thuật sắc ký mao quản, sắc ký lỏng hiệu năng cao
kết nối detector chuỗi diode, điện di mao quản và sắc ký lớp mỏng [9]. Tiêu chuẩn này
đƣợc dịch từ tiêu chuẩn ISO/TS 17324: 2003. Hiện nay, đã ban hành thêm TCVN 9557-
1: 2013 xác định các amin thơm với nội dung tƣơng tự TCVN 7536:2005 [13]. Tuy
nhiên, phƣơng pháp này có nhiều bất cập nhƣ độ chính xác và độ lặp lại kém, tốn thời
gian, sử dụng các dung môi hữu cơ độc hại có hại cho sức khỏe và gây ô nhiễm môi
trƣờng. Hiện nay, Việt Nam chƣa có một nghiên cứu nào về xây dựng phƣơng pháp xác
định đồng thời các amin thơm bị cấm trong các sản phẩm da sử dụng phƣơng pháp sắc ký
lỏng hiệu năng cao ghép nối detector khối phổ kép (HPLC-MS/MS).
Từ những thực tế nhƣ trên, việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu phân tích một số
amin thơm trong các sản phẩm da bằng phƣơng pháp LC/MS/MS” góp phần đƣa ra
một trong các công cụ để đánh giá khả năng đáp ứng quy định quốc tế về thuốc nhuộm
azo trong một số sản phẩm da và ứng dụng quy trình xác định trên vào phân tích một số
mẫu da đang lƣu hành trên thị trƣờng Việt Nam. Từ đó giúp các cơ quan chức năng đƣa
các biện pháp nhằm kiểm soát việc sử dụng các thuốc nhuộm azo nguy hại trong sản
phẩm da, bảo vệ sức khỏe ngƣời tiêu dùng và môi trƣờng.
CHƢƠNG 1: TổNG QUAN
1.1. Tổng quan về thuốc nhuộm azo
1.1.1. Giới thiệu về thuốc nhuộm azo
Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất định của
quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu trong những điều kiện
nhất định (tính gắn màu). Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp.
Hiện nay, con ngƣời hầu nhƣ chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp. Đặc điểm nổi bật của
các loại thuốc nhuộm là độ bền màu - tính chất không bị phân hủy bởi những điều kiện,
tác động khác nhau của môi trƣờng, đây vừa là yêu cầu với thuốc nhuộm lại vừa là vấn
đề với xử lý nƣớc thải dệt nhuộm. Màu sắc của thuốc nhuộm có đƣợc là do cấu trúc hóa
học của nó: một cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và
nhóm trợ màu. Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử
π linh động nhƣ >C=C<, >C=N-, >C=O, -N=N-... Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho
hoặc nhận điện tử, nhƣ -SOH, -COOH, -OH, NH2..., đóng vai trò tăng cƣờng màu của
nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng lƣợng của hệ điện tử [31]. Thuốc nhuộm
tổng hợp rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc, phạm vi sử dụng.
Thuốc nhuộm azo là chất tạo màu hữu cơ tổng hợp, đặc trƣng bởi các nhóm azo
mang màu (-N=N-) trong phân tử. Thuốc nhuộm azo là những chất màu có chứa ít nhất
một nhóm azo (-N=N-) trong cấu trúc phân tử của chúng. Amin thơm là dẫn xuất amino
của các hidrocacbon thơm, trong đó có một hay nhiều nguyên tử H của nhóm chức amino
đƣợc thay thế bằng một hay nhiều gốc R với ít nhất một gốc R là hydrocarbon thơm. Tùy
theo số nguyên tử H đƣợc thay thế mà tạo thành amin thơm bậc 1, bậc 2 hay bậc 3.
Các hợp chất amin thơm đa số ở trạng thái rắn trừ Toluidin, ít tan trong nƣớc, độ
tan tăng theo số nhóm –NH2. Chúng không có tính bazơ mạnh, tuy nhiên có khả năng tạo
thành muối khi tƣơng tác với các axit.
Bảng 1. 1: Danh sách các amin thơm trong thuốc nhuộm bị EU cấm sử dụng [22]
Tên amin
STT 1 2 2,4-Diaminoanisol 2,4-Diaminotoluen Số CAS 615-05-4 95-80-7
3 o-Anisidine 90-04-0
4 o-Toluidine 99-55-8
5 Benzidine 92-87-5
6 4,4'-Oxydianiline 101-80-4
7 4-Chloroaniline 106-47-8
8 2-Amino-4-nitrotoluene 99-55-8
9 4-Cresidine 120-71-8
10 4,4-diaminodiphenylmethane 101-77-9
11 3,3'-dimethoxybenzidine 119-90-4
12 3,3-dimetylbenzidine 119-93-7
13 4,4'-thiodianiline 139-65-1
14 2-naphthylamine 91-59-8
15 4-Chloro-o-toluidine 95-69-2
16 Trimethylaniline 137-17-7
17 3,3-dimethyl-4,4 diaminodiphenylmethane 838-88-0
18 4-Aminobiphenyl 92-67-1
19 3,3'-Diclobenzidine 91-94-1
20 4-Aminoazobenzene 60-09-3
21 22 4,4'-metylen-bis-(2-cloanilin) o_aminoazotuluen 101-14-4 97-56-3
Amin thơm có tính bazơ do H+ của phân tử nƣớc có thể kết hợp vào cặp điện tử tự do của nguyên tử N, đồng thời tạo thành ion OH-. Khả năng kết hợp với proton H+ càng
cao thì tính bazơ càng mạnh. Thông thƣờng amin mạch hở có tính bazơ mạnh hơn NH3
(nhất là các amin đầu dãy có chứa nhóm alkyl (-CH3, -C2H5…) do tác dụng hiệu ứng cảm, mật độ điện tử trên nguyên tử N tăng cao, khả năng kết hợp với proton H+ vì thế
mạnh hơn. Với các amin thơm, tính bazơ yếu hơn NH3, đó là vì cặp electron tự do của
nguyên tử N chuyển về phía nhân thơm. Do đó, mật độ điện tử của N giảm đi, khả năng kết hợp với H+ vì thế mà giảm đi.
Các hợp chất amin thơm để lâu sẽ bị oxi hoá chuyển từ màu vàng sang nâu sẫm.
Tuỳ theo tác nhân oxi hoá đƣợc sử dụng, amin thơm sẽ tạo thành các sản phẩm oxi hoá
khác nhau, ví dụ với tác nhân oxi hoá là clorua vôi, anilin sẽ chuyển sang màu tím thẫm,
với tác nhân là (K2Cr2O7 + H2SO4) thì đầu tiên anilin có màu xanh tối, sau khi đun nóng
sẽ chuyển sang màu đen.
1.1.2. Sự chuyển hoá thuốc nhuộm azo thành các amin thơm
Trong quá trình sản xuất, sử dụng và thải bỏ, thuốc nhuộm azo sẽ đƣợc thải bỏ vào
môi trƣờng nƣớc, đất và không khí theo các con đƣờng khác nhau. Các nguồn thải bỏ bao
gồm: da phế phẩm, thuốc nhuộm rơi vãi trong quá trình sản xuất, bao bì đựng thuốc
nhuộm…Sau khi xâm nhập vào môi trƣờng, thuốc nhuộm azo sẽ chuyển hóa thành các
amin thơm khi gặp điều kiện thuận lợi.
Dƣới tác dụng của tác nhân khử nhƣ hỗn hống natri hay kẽm trong kiềm hoặc dƣới
tác dụng của các tác nhân khử mạnh nhƣ iothidric, thiếc clorua, natri dithionit có mặt chất
xúc tác, các sản phẩm màu azo sẽ chuyển hóa thành các amin bậc một. Hầu hết các hợp
chất azo đều có thể chuyển hóa thành các amin bậc một trong điều kiện tƣơng ứng với
điều kiện của sự khử hóa các hợp chất nitro thơm.
Hình 1. 1: Chuyển hóa amin thơm từ thuốc nhuộm azo
Trong phản ứng chuyển hoá có thể sử dụng khá nhiều tác nhân khử, ví dụ nhƣ
dùng hỗn hợp thiếc kim loại (dạng hạt nhỏ) và axit HCl khá đậm đặc. Quá trình khử đƣợc
tiến hành trong thời gian khoảng 40 – 60 phút ở nhiệt độ 60 – 70oC. Một tác nhân khử
khác có thể sử dụng là NaBH4 (Natri tetrahiđroborat), tiến hành trong môi trƣờng HCl ở
nhiệt độ thƣờng, quá trình khử diễn ra nhanh chóng và sản phẩm chuyển hoá đƣợc chiết
bằng ete. Tác nhân khử mạnh khác thƣờng đƣợc sử dụng trong công nghiệp là natri
dithionit, đây là tác nhân khử mạnh, trong môi trƣờng nƣớc chúng chuyển thành NaHSO3
cung cấp H mới sinh cho quá trình chuyển hoá. Sau khi đi vào môi trƣờng, các amin tồn
tại trong nƣớc, đất, bụi và cơ thể sinh vật. Amin thơm có khả năng vận chuyển từ môi
trƣờng này sang môi trƣờng khác thành một chu trình khép kín.
1.1.3. Ảnh hưởng của các amin thơm được giải phóng từ thuốc nhuộm azo đến
sức khoẻ con người
Các amin thơm sau khi xâm nhập vào môi trƣờng sẽ làm ô nhiễm đất, nguồn nƣớc
và không khí. Hàm lƣợng các amin trong các môi trƣờng là khác nhau, trong đó môi
trƣờng đất và khí cao hơn môi trƣờng nƣớc. Khi môi trƣờng khí bị ô nhiễm amin thơm thì
các amin thơm xâm nhập qua đƣờng hô hấp khi hít phải hơi và bụi, qua mắt khi tiếp xúc
với hơi và bụi, qua da khi tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm có chứa amin thơm. Ngoài ra,
các amin thơm sẽ theo nguồn nƣớc và gió làm ô nhiễm vùng nƣớc, đất và không khí ở
vùng lân cận. Khi đất và nƣớc bị ô nhiễm các amin thơm, các amin thơm sẽ qua nƣớc
hoặc chuỗi thức ăn đi vào cơ thể sinh vật và gây hại cho sức khỏe của chúng. Sau khi đi
vào cơ thể, các amin sẽ đi vào phổi, một lƣợng nhỏ dễ hòa tan thì đi vào máu, phần còn
lại đƣợc tích lũy tại các mô mỡ. Cụ thể là nhiễm độc các amin thơm sẽ làm tổn thƣơng
thận, gan, máu… của các loài sinh vật. Ngoài ra, theo nghiên cứu của Xenopus laevis,
bốn amin thơm acridine, anilin, pyridin và quinoline gây quái thai ở động vật lƣỡng cƣ.
Mức độ gây độc của các amin đối với các sinh vật khác nhau là khác nhau và LD50 của
các amin khác nhau đối với một loài sinh vật là khác nhau. Ví dụ, LD50 trên chuột của
TLD là 940 mg/Kg, CAN là 30 mg/Kg, DAA là 460 mg/kg, DPM là 880 mg/kg [7].
Những amin nói trên đều là những amin thơm ở dạng rắn ở nhiệt độ phòng, không
màu và một số có mùi đặc trƣng. Dễ bị oxi hoá khi để ngoài không khí ngay cả trong
bóng tối. Có tính bazơ mạnh, yếu tuỳ thuộc vào nhóm thế. Tan rất ít trong nƣớc, tan tốt
trong t- butyl methylether (MTBE), methanol (MeOH)... Tính độc hại của các amin thơm
đã trở thành mối lo ngại cho việc nghiên cứu bởi vì cả hai tác động cấp tính và mãn tính
của nó. Mối nguy hiểm chủ yếu đối với các amin thơm đó là bệnh methemhemoglobin và
gây ung thƣ. Đó chính là quá trình tạo những sản phẩm của sự chuyển hoá hay oxi hoá
thông thƣờng trong cơ thể ngƣời. Các amin thơm bị cấm đi vào cơ thể qua hít thở hoặc
tiếp xúc trực tiếp qua da dẫn đến thiếu oxi trong máu, bởi vì chúng làm suy yếu hệ thống
vận chuyển oxi trong máu. Khi có mặt các amin gây hại thì nguyên tử sắt bị oxi hoá từ
Fe(II) thành Fe(III), kết quả là chúng không kết hợp đƣợc với O2 hay CO2. Sự phát triển
của bệnh sau khi bị nhiễm thƣờng xảy ra chậm; có thể sau hàng giờ triệu chứng mới phát
hiện nhƣ: nhức đầu, mặt tái xanh khi mức độ hemoglobin bị khử tăng tới 15%, ở mức
40% sức khoẻ kém, hoa mắt chóng mặt thƣờng xảy ra, lớn hơn 70% hôn mê và có thể
gây tử vong. Các amin thơm ở nồng độ cao có khả năng gây ung thƣ. Những nghiên
cứu chủ yếu của nó là khả năng gây ung thƣ trên ngƣời trong những môi trƣờng
công nghiệp. Những nghi ngờ đầu tiên về các amin này đó là bệnh ung thƣ bàng
quang của một công nhân thuốc nhuộm ngƣời Thuỵ Sỹ vào năm 1895. Từ đó đến nay
các nhà nghiên cứu vẫn đang tìm ra và phát triển lý thuyết cho việc xác định những
chất gây ung thƣ , dƣ̣a vào ki ểu cấu trúc nhƣ là những hệ vòng thơm, vị trí nhóm amin
trên vòng, sự có mặt và vị trí những nhóm thế khác là những vấn đề chủ yếu. Bản chất tác
động gây ung thƣ là do sự phá huỷ DNA, dẫn đến sự tạo thành các khối u. Những amin
thơm chính là s ản phẩm của các phản ứng chuyển hoá, nó đã phá huỷ DNA. Những chất
này có ái lực điện tử và liên kết đồng hoá trị với những axit bazơ nucleic của DNA.
Những nhân tố cấu trúc trên amin thơm thuận lợi tạo Cation (ví dụ nhƣ những nhóm thế
đẩy electron trên vị trí otho và para về vị trí nhóm NH2) làm tăng khả năng gây ung thƣ
[27] .
Các amin thơm đƣợc phân loại thành:
- Nhóm III A1: Các amin thơm gây ung thƣ cho ngƣời bao gồm: BZD, COT,
NTA, ABP.
- Nhóm III A2: Các amin bị nghi ngờ có khả năng gây ung thƣ (mới thử nghiệm
trên động vật) gồm: TLD, ASD, CAN, DBZ,…
Hai nhóm này có tất cả 12 amin trong số 22 amin nói trên. Sự phân loại này dƣ̣a
trên sự nguy hiểm ở nơi làm việc đối với những ngƣời làm việc trực tiếp với amin. Trong
quá trình sản xuất và đóng gói, các amin và thuốc nhuộm, chúng có thể tồn tại ở dạng
những hạt bụi trong không khí và những công nhân có thể hít thở vào trong lá phổi, dạ
dày, bàng quang và thận. Bên cạnh đó ngƣời tiêu dùng cũng bị ảnh hƣởng nhƣng ở
mức độ nhỏ, sau mô ̣t thờ i gian chú ng tích lũy dần lƣơ ̣ng amin đô ̣c ha ̣i trong cơ thể ngƣờ i. Sự nguy hiểm của các amin thơm đƣợc khảo sát đến sức khoẻ con ngƣời, mức độ và biểu
hiện bệnh trạng phụ thuộc vào liều lƣợng và thời gian nhiễm độc chất này [7].
1.2. Tổng quan hiện trạng sử dụng thuốc nhuộm azo trong ngành thuộc da
1.2.1. Hiện trạng sử dụng thuốc nhuộm azo trên thế giới
Hiện nay, ngành công nghiệp da của các nƣớc trên thế giới phát triển không đồng
đều. Trung Quốc là nhà sản xuất hàng đầu với sản lƣợng chiếm tới gần 60% sản lƣợng da
giầy toàn cầu. Ấn độ, Braxin, Việt Nam, Indonesia…là các trung tâm sản xuất da giầy
lớn tiếp theo. Tuy nhiên, việc sử dụng hóa chất nói chung và thuốc nhuộm azo nói riêng
không tƣơng ứng với sản lƣợng da của các nƣớc. Trên thế giới tồn tại 3 nhóm quốc gia
tƣơng ứng với trình độ hiện đại về công nghệ sản xuất và mức độ an toàn của hóa chất sử
dụng. Ba nhóm quốc gia này bao gồm: các quốc gia có ngành công nghiệp da hiện đại,
phát triển và kém phát triển [2], [33].
. Châu Châu Âu là mô ̣t thi ̣ trƣờ ng quan tro ̣ng trong ngành công nghiê ̣p da thế giớ i
Âu chiếm khoảng 25% sản lƣợng da của thế giới và là thị trƣờng tiêu dùng lớn . Ở khối
các nƣớc EU này có hơn 3000 công ty về lĩnh vƣ̣c da gi ầy. Sản phẩm của họ nổi tiếng trên toàn cầu và đƣơ ̣c đánh giá cao về chất lƣơ ̣ng , kiểu dáng và đô ̣ an toàn sinh thái và sƣ́ c khỏe con ngƣờ i . Tất cả các công ty nổi tiếng này đã sƣ̉ du ̣ng dây chuyền công nghê ̣ sạch và hiện đại thế giới , đồng thờ i ho ̣ cũng thay thế hóa chất đô ̣c ha ̣i bằng hóa chất thân thiê ̣n vớ i môi trƣờ ng . Và đƣợc kiểm soát chă ̣t chẽ , triê ̣t để hóa chất đô ̣c ha ̣i trong ngành Da – Giầy bở i các chỉ thi ̣ 76/769/EEC, 2002/61/EC và 2004/21/EC cấm sử dụng các thuốc nhuộm azo mà trong các điều kiện khử tạo ra bất cứ các hợp chất amin thơm nào
trong số 22 chất có danh sách kèm theo [15], [16].
Trung Quốc là mô ̣t quốc gia lớ n và cũng là quốc gia xuất khẩu da giầy lớ n nhất thế giớ i, nhƣng viê ̣c sƣ̉ du ̣ng hóa chất củ a nƣớ c này cũng rất đa da ̣ng và có sƣ̣ phân cấp . Đối vớ i nhƣ̃ng công ty lớ n hàng đầu Trung Quốc , chuyên sản xuất hàng xuất khẩu sang các , vớ i nhƣ̃ng hóa chất thân thị trƣờng lớn nhƣ EU và Mỹ có công nghệ sản xuất hiện đại rên. Trong khi thiê ̣n môi trƣờ ng đã đáp ƣ́ ng đƣơ ̣c nhu cầu và yêu cầu củ a các thi ̣ trƣờ ng t
đó nhƣ̃ng công ty nhỏ và vƣ̀ a , các công xƣởng gia công gi ầy da vớ i các thi ̣ trƣờ ng nô ̣i đi ̣a hoă ̣c xuất khẩu sang Đông Nam Á và Châu Phi thì chƣa đƣơ ̣c quản lý về viê ̣c sƣ̉ du ̣ng thuốc nhuô ̣m azo có thể giải phóng ra các amin thơm, cũng nhƣ các hóa chất độc hại khác
các sản phẩm có thể gây hại tới sức khỏe con ngƣời . Điều này cũng đƣơ ̣c chính các nhà
chƣ́ c tránh Trung Quốc cảnh báo [1], [32].
Ấn Độ là quốc gia có ngành công nghiệp thuộc da lớ
n, đƣ́ ng thƣ́ hai thế giớ i về sản xuất giày dép . Chỉ riêng Ấn Độ đã cung cấp 10% lƣơ ̣ng da thuô ̣c cho toàn thế giớ i . Và thị trƣờng ch ủ yếu vẫn là Châu Âu và Mỹ . Công nghiê ̣p da đang là ngành mũi nho ̣n
và đƣợc chính phủ Ấn Độ quản lý chặt chẽ và quy hoạch vào những khu công nghiệp lớn .
Các doanh nghiệp Ấn Độ sử dụng công nghiệp sản xuất hiện đại , vớ i hóa chất thân thiê ̣n vớ i môi trƣờ ng và có hê ̣ thống kiểm soát ô nhiễm . Ấn Độ nổi tiếng trên thế giớ i là quốc gia có nguồn thƣ̣c vâ ̣t phong phú và đa da ̣ng . Chính vì thế , họ đã tận dụng nguồn thuốc
nhuô ̣m tƣ̀ thiên nhiên thay thế thuốc nhuô ̣m azo thông thƣờ ng và không gây ha ̣i tớ i sƣ́ c khỏe ngƣời sử dụng.
Đối với các nƣớ c nhƣ Thái Lan , Indonexia, Viê ̣t Nam , Mexico…có 3 hình thức
sản xuất là công ty trách nhiệm hữu hạn , các công ty có vốn đầu tƣ nƣớc ngoài , và các cơ
sở sản xuất nhỏ thuô ̣c làng nghề . Cùng với đó là việc sử dụng hóa chấ t nhuô ̣m màu da
cũng có sự phát triển không đồng đều . Và hiện vẫn chƣa có một quy định rõ ràng nào về
kiểm soát hóa chất sƣ̉ du ̣ng trong ngành.
Cuối cùng là những quốc gia có ngành công nghiệp da chƣa phát triển. Nhóm này
chủ yếu là các nƣớc Châu Phi, chiếm 20% tổng số gia sú c thế giớ i nhƣng chỉ sản xuất 14,9% sản lƣợng da và xuất khuẩu chƣa đến 10% tổng lƣơ ̣ng da sản xuất đƣơ ̣c . Tại các
quốc gia này chủ yếu tồn ta ̣i các cơ sở sản xuất thủ công và sƣ̉ d ụng hóa chất có xuất xứ tƣ̀ Trung Quốc. Thuốc nhuô ̣m azo sƣ̉ du ̣ng nhiều và không đƣơ ̣c kiểm soát chặt chẽ [7].
1.2.2. Hiện trạng sử dụng thuốc nhuộm azo tại Việt Nam
Trước thập kỷ 1990:
Ngành công nghiệp thuộc da chủ yếu sử dụng công nghệ truyền thống, thủ công,
thiết bị thô sơ lạc hậu, hóa chất đa phần tự pha chế từ nguyên liệu trong nƣớc (chất thuộc
crôm, các loại dầu, tanin thực vật, hóa chất trau chuốt,...) hoặc nhập khẩu từ Trung Quốc.
Đặc biệt, thuốc nhuộm azo chiếm trên 90% tổng lƣợng thuốc nhuộm đƣợc sử dụng. Các
sản phẩm da thuộc có chất lƣợng thấp và phục vụ chủ yếu cho quốc phòng, công nghiệp.
Các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ sản lƣợng thấp, tập trung thành làng nghề (làng nghề
Phú Thọ Hoà thành phố Hồ Chí Minh, làng nghề Phố Nối, Hƣng Yên...), những cơ sở
khác nằm rải rác ở các vùng trong cả nƣớc. Hoạt động hợp tác quốc tế, quan hệ giao lƣu
với nƣớc ngoài còn rất hạn chế.
Từ năm 1990 đến nay:
Sau năm 1990, ngành công nghiệp thuộc da Việt Nam mới thực sự phát triển
mạnh. Các nhà máy và cơ sở thuộc da trong nƣớc có điều kiện tiếp xúc, quan hệ với nƣớc
ngoài, đặc biệt là chuyên gia công nghệ, các hãng hóa chất và thiết bị của các nƣớc trên
thế giới. Do đó, chất lƣợng da thuộc ngành càng đƣợc nâng cao và các hóa chất độc hại
giảm đi đáng kể.
Hiện nay, ngành công nghiệp da giầy có 812 doanh nghiệp, bao gồm 516 doanh
nghiệp sản xuất giầy dép, 263 doanh nghiệp sản xuất cặp túi ví và nguyên phụ liệu ngành
giầy, 33 doanh nghiệp thuộc da. Trong đó, doanh nghiệp nhà nƣớc chiếm 1,8%, doanh
nghiệp ngoài nhà nƣớc chiếm 74,6% và doanh nghiệp có vốn đầu tƣ nƣớc ngoài chiếm
23,6%. Công nghệ sản xuất và hóa chất sử dụng của các loại hình doanh nghiệp rất khác
nhau [2].
- Nhóm các doanh nghiệp có vốn đầu tƣ nƣớc ngoài (FDI):
Nhóm này nằm trong các khu công nghiệp và chủ yếu nằm ở phía nam. Đây cũng
chính là nguồn lực xuất khẩu lớn nhất trong cả nƣớc. Tổng sản phẩm xuất khẩu chiếm
90% của cả nƣớc. Một số công ty có đầu tƣ nƣớc ngoài tiêu biểu nhƣ: Công ty Green
Tech (Hàn Quốc), Công ty Prime Asia Việt Nam (Hồng Kông), Samwoo (Hàn Quốc),
Tong Hong Việt Nam, Perin Rostaning, Sài Gòn Tantech (Đức)...Các doanh nghiệp này
đều sử dụng công nghệ hiện đại của Đài Loan, Hàn Quốc, Ý...,100% hóa chất sử dụng là
nhập khẩu từ các hãng hóa chất có chất lƣợng cao đƣợc nhập từ Đức, Ý, Singapore, Hàn
Quốc có nhãn mác ghi rõ tên, thành phần, ngày sản xuất, hạn sử dụng và có giấy chứng
nhận không gây độc hại với môi trƣờng của nhà cung cấp. Thị trƣờng tiêu thụ sản phẩm
của các công ty này chủ yếu là nƣớc ngoài, trong đó bao gồm cả các thị trƣờng lớn và
khó tính nhƣ EU, Mỹ và Nhật. Chính vì lý do này nên các hóa chất đƣợc sử dụng bị quản
lý rất chặt chẽ. Các hóa chất độc hại nói chung và thuốc nhuộm azo có thể giải phóng ra
các amin nói riêng không còn đƣợc sử dụng nữa. Thay thế cho các hóa chất này là những
hóa chất thân thiện với môi trƣờng.
- Nhóm các Công ty cổ phần, trách nhiệm hữu hạn:
Nhóm này bao gồm các công ty: Công ty thuộc da Đặng Tƣ Ký, Công ty cổ phần
da Sài Gòn, Công ty cổ phần da Tây Đô, Công ty da Đông Hải, cơ sở thuộc da Huynh đệ
Hƣng Thái...Các doanh nghiệp trên có sử dụng công nghệ sạch, tuy nhiên chỉ thực hiện ở
một số công đoạn. Hóa chất sử dụng phần lớn có chất lƣợng vừa phải nhƣng giá rẻ và
đƣợc nhập khẩu từ Thổ Nhĩ Kỳ, Trung Quốc, Malayxia... Trong đó, vẫn có một số công
ty sử dụng thuốc nhuộm chứa nhóm azo gây độc.
- Nhóm các cơ sở sản xuất tƣ nhân:
Bên cạnh công ty thuộc da lớn, nhỏ tồn tại một cách độc lập hoặc hoạt động trong các khu công nghiệp, không thể không nói đến làng nghề thuộc da vì vai trò và vị trí quan trọng của nó trong ngành da giầy Việt Nam. Có thể nói việc phát triển làng nghề đã làm cho bộ mặt nông thôn đổi mới, nhƣng kèm theo đó là hiện tƣợng ô nhiễm môi trƣờng ở nhiều nơi đã đến mức báo động. Làng nghề ở nƣớc ta phần lớn tổ chức
