Luận văn Thạc sĩ Khoa học: 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

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

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

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

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

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

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

AOAC

Association of Official Analytical Chemists

Hiệp hội các nhà hoá phân tích chính thống

ASTM

American Society for Testing and Materials

Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ

NIOSH

Viện quốc gia về an toàn lao động và sức khỏe

National Institute for Occupational Safety and Health

GC-FID

Gas Chromatography Flame Ionization Detector

Sắc ký khí sử dụng detector ion hóa ngọn lửa

GC-NPD

Gas Chromatography Nitrogen Phophorus Detector

Sắc kí khí sử dụng detector nitơ, photpho

GC-MS

Sắc ký khí khối phổ

Gas Chromatography Mass Spectometry

DART-MS

Direct analysis in real time mass spectrometry

Phân tích trực tiếp trong phổ khối thời gian thực

FT-NIR

Fourier transform-Near Infrared Reflectance

Phổ hồng ngoại phản xạ gần biến đổi Fourier

UV-Vis

Ultraviolet Visible

Tử ngoại- Khả kiến

DAD

Diode Array Detector

Detector diode mảng

HPLC

Sắc ký lỏng hiệu năng cao

High performance liquid chromatography

IDL

Instrument detection limit

Giới hạn phát hiện của thiết bị

IQL

Instrument quantitation limit Giới hạn định lượng của thiết bị

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

Method detection limit

MDL

Giới hạn phát hiện của phương pháp

Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét

SEM

Short Term Exposure Limit Giới hạn tiếp xúc ngắn hạn

STEL

Quỹ nghiên cứu Đức

DFG

Deutsche Forschungsgemeinschaft (German Research Foundation)

Part per million

Nồng độ/hàm lượng phần triệu

ppm

Part per billion

Nồng độ/hàm lượng phần tỉ

ppb

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

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1.Công thức cấu tạo của Nicotine ....................................................................................... 2

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

DANH MỤC BẢNG

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.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về Nicotine

1.1.1. Giới thiệu về Nicotine

Nicotine là một ancaloit tìm thấy trong các cây họ Cà (Solanaceae), chủ yếu trong cây

thuốc lá có tên hóa học là 3-(1-methyl-2-pyrrolidinyl) được các nhà khoa học người Đức tìm

thấy đầu tiên vào năm 1828. Nicotine có trong thành phần cây thuốc lá với hàm lượng thay

đổi từ 0,05% đến 8%, thông thường hàm lượng này là 2-3% [4,6,9].

Hình 1.1. Công thức cấu tạo của Nicotine

Nicotine là chất lỏng như dầu không màu, hút ẩm và có thể trộn lẫn với nước khi

tồn tại ở dạng bazơ. Nicotine là một bazơ gốc nitơ nên có thể phản ứng với các axít tạo ra

muối, thông thường có dạng rắn và hòa tan được trong nước, chuyển thành màu nâu khi

cháy và có mùi thuốc khi tiếp xúc với không khí. Nicotine dạng bazơ tự do sẽ cháy ở nhiệt

độ thấp hơn điểm sôi của nó, và hơi của nó bắt cháy ở nhiệt độ 95°C trong không khí cho

dù có áp suất hơi thấp. Vì vậy, phần lớn nicotine bị cháy khi đốt thuốc lá [13].

1.1.2. Tính chất dược học, tác dụng và tác hại của nicotine

Nicotine nếu dùng ở liều lượng cho phép sẽ đem lại lợi ích nhất định. Lợi ích đầu

tiên là nicotine giúp con người thư giãn và sảng khoái hơn trong giây lát. Khi hút một điếu

thuốc, sẽ phải mất từ 10-12 giây để nicotine tới được não bộ. Trên thực tế, lợi ích này đã

được các chuyên gia y tế ứng dụng trong việc điều trị cho các bệnh nhân Alzheimer. Nghiên

cứu khoa học chứng minh rằng, người bị Alzheimer sử dụng miếng dán cao nicotine có thể

duy trì khả năng nhận thức lâu hơn, thậm chí có cơ hội phục hồi phần nào khả năng ghi

nhớ. Nicotine trong thuốc lá giúp an thần, tỉnh táo và trầm tĩnh hơn. Ở liều cao vừa phải,

nicotine đóng vai trò như một chất gây nghiện, được ứng dụng nhiều trong điều trị các bệnh

nhân bị trầm cảm nhẹ. Đối với tủy thượng thận, nicotine làm tăng dòng chảy của nội tiết

tố adrenaline và kích thích sự dẫn truyền xung thần kinh. Hệ quả là làm tăng nhịp tim,

huyết áp, hô hấp và lượng đường trong máu.

Đó là những lợi ích hữu hạn của nicotine mang lại. Thực tế hợp chất này chỉ nên

dùng với liều lượng nhỏ và dưới sự hướng dẫn của bác sĩ. Chủ yếu nicotine gây hại sức

khỏe con người.

Cơ quan Kiểm soát Dược và Thực phẩm Hoa Kỳ (FDA) xếp nicotine vào nhóm các

chất có tính chất dược lý gây nghiện chủ yếu, tương tự như các heroin và cocain. Nicotine

rất độc, trước hết nó là một chất độc thần kinh, ảnh hưởng lên các hệ thần kinh thực vật và

hệ thần kinh trung ương với sự có mặt của các thụ thể nicotine trên các cấu trúc não gây

kích thích và làm tê liệt hệ thần kinh [1].

Ngoài ra, nicotine còn ảnh hưởng đến hệ tuần hoàn như: thay đổi huyết áp, tăng thể

tích tim, gây tổn thương hệ tim mạch, tác động trực tiếp lên cơ tim, thành mạch. Ảnh hưởng

tới quá trình cấu tạo tế bào máu. Gây đột biến gen, biến đổi chromosomal, mạng lưới

chromatit và các axit nucleic trong tế bào lympho của máu ngoại vi [32]. Nicotine tác động

lên màng não làm thay đổi hoocmon adrenal gây tác hại khôn lường, một tác hại nghiêm

trọng không thể không kể đến là nguy cơ gây tử vong vì ung thư phổi.

Nicotine tác động lên các thụ thể ở hệ thống thần kinh với chất dẫn truyền thần kinh

dopamine. Dopamine là chất dẫn truyền thần kinh có chức năng tạo cảm hứng trong não,

điều chỉnh mong muốn sử dụng các chất gây nghiện, gây bài tiết adrenaline (nhịp tim

nhanh, co mạch ngoại vi, ức chế co bóp và chế tiết dịch vị dạ dày). Tuy nhiên trong cơ thể

nicotine sẽ nhanh chóng được chuyển hóa thành cotinin và thải ra nước tiểu [1].

Nicotine được hấp thụ qua da, miệng và niêm mạc mũi hoặc hít vào phổi. Người hút

thuốc trung bình đưa vào cơ thể 1 đến 2 mg nicotine mỗi điếu thuốc hút. Khi nicotine được

đưa vào cơ thể, nó được vận chuyển nhanh thông qua đường máu và có thể vượt qua hàng

rào máu-não. Kể từ khi hít vào nicotine mất 10-20 giây để chạy tới não. Thời gian bán

thải của nicotine trong cơ thể vào khoảng 2 giờ [13].

Hình 01.2. Ảnh hưởng của Nicotine tới các cơ quan trong cơ thể

Nicotine bị chuyển hóa ở gan bởi enzym cytochrome P450 (chủ yếu là CYP2A6, và

cũng có CYP2B6). Cotinin là một trong các chất chuyển hóa chính từ nicotine. Các chất

chuyển hóa chính khác gồm nicotine N'-oxit, nornicotine, nicotine isomethonium ion, 2-

hydroxynicotin và nicotine glucuronid. Trong một số điều kiện các chất khác có thể được

tạo thành như myosmine (hình 1.3 trang 6) [13].

Hình 0-1.3. Con đường chuyển hóa nicotine ở người

Nicotine làm tăng huyết áp và nhịp tim ở người. Nicotine cũng có thể gây tăng khả

năng xơ vữa (atherogenic genes) tế bào nội mô động mạch vành ở người. Tổn thương vi

mạch có thể xảy ra do tác động của nó lên các thụ thể nicotinic acetylcholin (nAChRs)

[13].

Nicotine còn gây ra các tác dụng trái ngược nhau trên hệ thần kinh giao cảm: Lúc

đầu kích thích hạch phó giao cảm gây giãn mạch, hạ huyết áp, làm chậm nhịp tim nhưng

chỉ trong một thời gian ngắn. Ngay sau đó lại kích thích hạch phó giao cảm và tuyến thượng

thận làm tăng adrealine, gây co mạch, tăng huyết áp, tăng nhịp tim, tăng tiết dịch vị, đồng

thời làm giãn đồng tử, tăng nhu động ruột. Cuối cùng, với liều cao sẽ làm khó thở, suy và

liệt hô hấp [13].

Nicotine xâm nhập vào cơ thể qua da, đường tiêu hóa và đường hô hấp. Thời gian hấp

thụ nicotine từ phổi đến não chỉ mất trung bình 7 giây. Độc tính của nicotine rất cao nên dễ

gây nhiễm độc nghiêm trọng hoặc tử vong. Nicotine được hấp thụ nhanh qua niêm mạc, qua

hô hấp, một phần bị phá hủy ở gan. Nó được đào thải qua nước tiểu, nước bọt, phổi, mồ hôi

nhưng không qua mật [6, 9].

Trong các tế bào bình thường, nicotine có thể kích thích các tính chất phù hợp với

sự chuyển đổi tế bào và giai đoạn sớm của sự hình thành ung thư, như gia tăng sự tăng lên

của tế bào, giảm sự phụ thuộc tế bào vào ma trận ngoại bào để sống sót, và sự ức chế tiếp

xúc giảm. Do đó, việc kích hoạt nAChRs trong phổi và các mô khác bởi nicotine có thể

thúc đẩy sự hình thành ung thư bằng cách gây ra sự đột biến DNA. Thông qua các tác động

của promoter khối u, nó hoạt động cùng với các chất gây ung thư khác từ khí thải ôtô hoặc

đốt gỗ, có thể rút ngắn thời kỳ khởi phát của bệnh ung thư [35].

Nicotine được tìm thấy có liên quan và tác động đến các bệnh và bộ phận: Ung thư

đường ruột-dạ dày, bệnh ung thư tuyến tuy, bệnh ung thư vú, ảnh hưởng hệ thống tim mạch,

hệ thống hô hấp, hệ tiêu hóa, hệ thống miễn dịch, hệ thống thị giác, hệ thống thận, hệ thống

sinh sản-giống đực, chu kỳ kinh nguyệt, tế bào trứng, phụ nữ mang thai [13].

1.1.3. Cơ chế xâm nhập của nicotine vào cơ thể.

Thông thường công nhân tiếp xúc nghề nghiệp với nicotine trong các nhà máy sản

xuất thuốc lá, trong quá trình công nghệ: chế biến, sấy khô, lên men, cuốn điếu, đóng

bao….

Nicotine xâm nhập vào cơ thể thông qua các con đường sau:

Đường tiêu hóa: qua quá trình ăn uống sau ca hoặc trong ca làm việc khi điều kiện vệ

sinh cá nhân của công nhân còn hạn chế. Người ta đã tiến hành thí nghiệm cho chuột uống

cotinin và thấy LD50 sau 48 giờ là 1.604 mg/kg thể trọng, trong khi đó tiêm vào mang bụng

thì LD50 là 930 mg/kg thể trọng [2].

Đường hô hấp: Trong một số nghiên cứu cho thấy nồng độ bụi thuốc lá ở một số vị

trí sản xuất (chọn lá, máy thái, máy sấy, cuốn điếu) của 2 nhà máy thuốc lá Thăng Long và

Bắc Sơn cao hơn giới hạn tối đa cho phép 4 - 5 lần (ở Việt Nam giới hạn tối đa cho phép

là 3 mg/m3). Lượng bụi hạt dưới 5µm ở nguyên liệu thuốc lá chiếm 40%. Như vậy, người

công nhân đã hít phải một số bụi thuốc lá vào phổi. Theo Parkes và cộng sự thì 25% lượng

bụi này bị giữ lại ở phổi và đọng lại ở đây đến 300 ngày. Ngoài việc tiếp xúc nghề nghiệp

với bụi thuốc lá người lao động còn phải hít thở nicotine ô nhiễm trong môi trường lao

động. Nồng độ nicotine trong không khí tại một số địa điểm: sấy sợi, đóng bao, sấy lại,

cuốn điếu khá cao (tương đương 3,3 - 4 µg/l; 4,4 µg/l; 1,3 - 4,0 µg/l; 2,8 - 8,0 µg/l; 1,3

µg/l) [2]. Vậy qua đường hô hấp, nicotine xâm nhập vào cơ thể trực tiếp hoặc qua lượng

nicotine chứa trong bụi.

Qua da: Công nhân làm việc trong điều kiện nóng, ra nhiều mồ hôi, bụi thuốc bám

vào da, nicotine có thể ngấm vào cơ thể, đặc biệt ở những công nhân thu hái thuốc lá [6].

Qua da, nhiễm độc nicotine xảy ra rất nhanh (sau 20 phút). Nhiều trường hợp tử vong được

ghi lại khi tiếp xúc qua da với các dung dịch nicotine 45%, 95% với diện tích tiếp xúc lớn.

Nicotine được hấp thụ qua da, miệng và niêm mạc mũi hoặc hít vào phổi. Ngoài ra

còn xâm nhập qua mắt. Khi hút một điếu thuốc lá, người hút thuốc đưa vào cơ thể 1 đến 3

mg nicotine. Hút thuốc lá là cách đưa nicotine đến não một cách nhanh chóng trong vòng

10 giây sau khi hít vào. Khi nicotine được đưa vào cơ thể, nó được vận chuyển nhanh thông

qua đường máu và có thể vượt qua rào cản giữa máu và não. Kể từ khi hít vào nicotine mất

trung bình 7 giây để chạy tới não. Thời gian bán phân rã của nicotine trong cơ thể vào

khoảng 2 giờ.

Nicotine nuốt vào dạ dày bị dịch vị axit ngăn cản sự hấp thụ, xuống ruột vào hệ thống

gan, nicotine bị phân rã trong gan bằng enzym cytochrome P450 (chủ yếu là CYP2A6, và

cũng có CYP2B6). Tại đây, 70% nó bị phá hủy ngay từ lần đầu đi qua. Cơ thể người có

thể đào thải nicotine ra nước tiểu dưới dạng cotinin với thời gian bán hủy kéo dài (20 giờ).

Có thể định lượng cotinin trong nước tiểu và trong nước bọt.

1.1.4. Khái quát về ngành công nghiệp thuốc lá ở Việt Nam

Hầu hết thuốc lá sản xuất tại Việt Nam được sản xuất bởi Tổng công ty Thuốc lá Việt

Nam (Vinataba) và các thành viên của Tổng công ty hiện đang sở hữu 11 trong số 17 nhà

máy của cả nước và sản xuất hơn 200 nhãn hiệu trên toàn quốc. Thành viên lớn nhất của

tập đoàn Vinataba là Công ty Thuốc lá Sài Gòn sản xuất 25 nhãn hiệu tại các nhà máy ở

Sài Gòn và Vĩnh Hội, khoảng 26 tỷ điếu mỗi năm hay 1,3 tỷ bao hai mươi điếu. Với sự

tăng trưởng mạnh mẽ thị phần nội tiêu trong những năm gần đây của Vinataba, đặc biệt là

từ năm 2015 đến nay với thị phần hơn 55% năm 2015, 60% năm 2016.

Cây thuốc lá được canh tác ở 27 trong số 64 tỉnh ở Việt Nam. Nông dân trồng thuốc

lá được nhận hỗ trợ của Vinataba bằng hạt giống, vốn và cơ sở hạ tầng nông thôn. Tính

đến 2006, ngành sản xuất thuốc lá sử dụng khoảng 18.000 công nhân, hay 0,05% lực lượng

lao động ở Việt Nam - một tỷ trọng khá ổn định theo thời gian [3].

Trong quá trình sản xuất thuốc lá đã làm thải ra một lượng khói và bụi thuốc lá đáng

kể gây ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động tại nơi sản xuất. Ở nước ta vấn đề về sức

khỏe của công nhân làm việc trong môi trường thuốc lá đã được nghiên cứu từ những năm

1960. Năm 1996, bệnh nhiễm độc nicotin được công nhận là bệnh nghề nghiệp. Tuy nhiên,

vẫn chưa có những nghiên cứu chuyên sâu về vấn đề này để đưa ra lời cảnh báo và biện

pháp giảm thiểu tác hại của khói thuốc lá trong khu vực sản xuất đến sức khỏe người lao

động.

1.1.5. Tác hại của hút thuốc lá thụ động

Hút thuốc lá sẽ gây ra nhiều bệnh và làm tăng tỷ lệ tử vong. Đáng báo động hơn là

hàng trăm ngàn người chưa bao giờ hút thuốc lá vẫn phải chết mỗi năm vì những bệnh do

hít phải khói thuốc lá của người khác (gọi là hút thuốc thụ động).

Trong 200 chất độc có trong khói thuốc lá, có đến 69 loại gây ung thư và tất cả chúng

đều xâm nhập cơ thể những người hút thuốc thụ động. Khói thuốc có thể tồn tại trong

không khí hơn 2 giờ, ngay cả khi không còn nhìn hoặc ngửi thấy nữa. Do đó, những người

thường xuyên sống hoặc làm việc cạnh người dùng thuốc lá có thể tiếp nhận lượng khói

thuốc tương đương việc hút 5 điếu mỗi ngày.

Báo cáo của cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (thuộc WHO) năm 2002 đã kết

luận: khói thuốc thụ động gây ung thư phổi, bệnh tim và các bệnh khác. Từ năm 2008 -

2010, nhóm nghiên cứu của Đại học Y Hà Nội, Đại học Y tế Cộng đồng Hà Nội và Dự án

Heath Bridge đã khẳng định: trẻ em dưới 6 tuổi trong gia đình có người hút thuốc mắc các

bệnh về đường hô hấp nhiều hơn 40% so với trẻ em sống trong các gia đình không có người

hút thuốc. Theo Hiệp hội Ung thư Mỹ, cứ mỗi giờ ở cùng phòng với một người hút thuốc

lá, nguy cơ mắc ung thư phổi cao gấp 100 lần so với việc sống 20 năm trong tòa nhà chứa

chất độc asen. Chỉ cần nửa giờ phơi nhiễm khói thuốc, tiểu cầu đã kết dính lại dưới thành

mạch máu, hệ miễn dịch đã bị ảnh hưởng. Chính vì vậy mà WHO khuyến cáo: không có

ngưỡng an toàn cho việc hút thuốc thụ động.

Khói thuốc thụ động là mối nguy cơ sức khoẻ cho tất cả những người tiếp xúc, dù chỉ

trong một thời gian ngắn và thậm chí cho cả những người bước vào phòng mà trước đó vừa

có người hút thuốc. Khói thuốc cũng là nguyên nhân gây ra bệnh tim mạch, đột quỵ, các

bệnh đường hô hấp, ung thư phổi và nhiều bệnh khác ở người hút thuốc thụ động. Trong

đó, trẻ em, phụ nữ, người già là những đối tượng đặc biệt nhạy cảm với khói thuốc. Khói

thuốc có thể gây ra hội chứng đột tử ở trẻ sơ sinh, các bệnh đường hô hấp, bệnh viêm tai

giữa, hen, chậm phát triển các chức năng phổi ở trẻ em. Ngoài ra, phụ nữ mang thai thường

xuyên hít phải khói thuốc thụ động có thể bị sảy thai, làm thai nhi chậm phát triển hoặc

sinh non. Không những thế, phơi nhiễm khói thuốc thụ động còn đem lại những tổn thất

kinh tế đối với cá nhân, doanh nghiệp và toàn xã hội nói chung. Tổn thất kinh tế này bao

gồm những chi phí y tế chữa trị các bệnh do hút thuốc lá bị động gây ra; tổn thất năng suất

lao động do ốm và tử vong.

Từ năm 2005, Việt Nam đã có Nghị định 45 quy định xử phạt hành chính những hành

vi hút thuốc lá nơi công cộng có hiệu lực từ ngày 17 tháng 3 năm 2005. Tuy nhiên, việc áp

dụng chưa triệt để, trên thực tế chưa xây dựng được hệ thống văn bản pháp luật chặt chẽ

về thuốc lá. Từ 01/01/2010, Chính phủ quy định nghiêm cấm hút thuốc lá ở các cơ sở y tế,

thư viện, rạp chiếu phim, nhà hát, nhà văn hóa, các khu vực sản xuất và nơi làm việc trong

nhà, nơi có nguy cơ cháy nổ cao và trên các phương tiện giao thông công cộng (bảng 1.1).

Đây là một phần nội dung kế hoạch thực hiện Công ước khung về kiểm soát thuốc lá mà

Việt Nam tham gia vào ngày 11/11/2004.

Bảng 1.1. Giá trị giới hạn quy định trong môi trường khu vực làm việc ở một số quốc gia trên thế giới

Tên quốc gia

Giá trị giới hạn trung bình 8h (TWA) (mg/m3) 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,1 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Giá trị giới hạn từng lần tối đa (STEL) (mg/m3) 2 1 1,5 1 1

0,5 1,5 Australia (Úc) Austria (Áo) Belgium (Bỉ) Canada Denmark (Đan Mạch) European Union (EU) Finland (Phần Lan) France (Pháp) Germany (Đức) Hungary Ireland Italy (Ý) Latvia New Zealand Poland (Ba Lan) Singapore South Korea (Hàn Quốc) Spain (Tây Ban Nha) Sweden (Thụy Điển) Switzerland (Thủy Sỹ) The Netherlands (Hà Lan) Viet Nam Turkey (Thổ Nhĩ Kỳ) USA (Mỹ) United Kingdom (Vương Quốc Anh)

1.2. Các phương pháp lấy mẫu

Hiện nay, phương pháp lấy mẫu nicotine trong không khí bao gồm phương pháp lấy

mẫu chủ động (XAD-2, XAD-4, Tenax, than hoạt tính) và thụ động (Ternax, ống giải hấp

phụ nhiệt, SPME, màng lọc tẩm).

1.2.1. Lấy mẫu chủ động

Thông thường, mẫu khí được lấy bởi một máy bơm hút thông qua một ống hút nhỏ

vào trong một bình nhỏ (ống chứa vật liệu hấp phụ hoặc bình chứa dung dịch hấp thụ).

Điều này làm tăng tốc độ không khí về phía bề mặt của vùng thu và tốc độ dòng chảy được

xác định bởi đường kính của ống hút. Các chất phân tích sẽ được giữ lại trên vật liệu lấy

mẫu. Vì khối lượng mẫu có thể được tính thông qua dòng lưu lượng và thời gian lấy mẫu,

nên kết quả sẽ mang tính định lượng.

Lấy mẫu chủ động có các ưu điểm sau:

- Kết quả mang tính định lượng.

- Chủ động trong thời gian, thể tích lấy mẫu.

- Quá trình vận hành có thể bán tự động

- Khả năng tích hợp với phần mềm giám sát môi trường.

Nhược điểm:

- Cần nguồn điện và các nguồn năng lượng vận hành thiết bị lấy mẫu.

- Thiết bị lấy mẫu phức tạp, cần hiệu chỉnh trước khi lấy mẫu.

- Chi phí lấy mẫu cao.

- Gặp khó khăn khi lấy mẫu trong các điều kiện khắc nghiệt hoặc yêu cầu cao về

an toàn cháy nổ.

Phương pháp lấy mẫu chủ động đã được các tiêu chuẩn công bố và áp dụng trên thế

giới cụ thể như sau:

Năm 1994, tiêu chuẩn NIOSH 2544 xác định nicotine bằng phương pháp chủ động

sử dụng vật liệu lấy mẫu XAD-2 với tốc độ lấy mẫu 1,0 lít/phút. Mẫu sau khi lấy được rửa

giải bằng 1 mL dung môi Ethyl acetate trong 30 phút và tiến hành phân tích mẫu trên máy

GC-NPD. Khoảng đo là 0,3 tới 1,2 mg/m3 với thể tích lấy mẫu 100 lít. Độ chính xác phương

pháp là ±12%. Độ chụm bằng 0,015 [30].

Xác định nicotine bằng phương pháp lấy mẫu chủ động sử dụng vật liệu XAD-4 với

tốc độ lấy mẫu 0,1 đến 1,5 lít/phút. Mẫu sau đó được rửa giải bằng 1 mL dung môi Ethyl

acetate chứa 0,01% triethylamin và tiến hành phân tích mẫu trên máy GC-NPD theo quy

trình đã được ban hành trong các tiêu chuẩn NIOSH 2551:1998, ASTM D5075-1:2001,

ISO 18145:2003. Trong đó, tiêu chuẩn NIOSH 2551:1998 có khoảng đo là 0,050 tới 20

µg/mẫu, giới hạn phát hiện LOD là 0,050 µg/mẫu [37].

Tiêu chuẩn ASTM D5075-1: 2001: tại tốc độ lấy mẫu 1,5 lít/phút có giới hạn phát

hiện LOD là 0,11 µg/m3 và giới hạn định lượng LOQ là 0,37 µg/m3 trong 1 giờ lấy mẫu và

LOD là 0,01 µg/m3, LOQ là 0,05 µg/m3 trong 8 giờ lấy mẫu. Trong khoảng nồng độ 0,40

đến 2,01 µg/mẫu có độ chụm là 0,057 và độ tái lặp là 0,126. Trong khoảng 0,05 tới 0,5

µg/mẫu, hiệu suất thu hồi là 100,1% và độ lệch chuẩn trung bình 2,2%. Tại nồng độ 5,1

µg/mẫu, hiệu suất thu hồi là 98,8% và độ lệch chuẩn trung bình 1,2% [15].

Tiêu chuẩn ISO 18145: 2003: tại tốc độ lấy mẫu 1,0 lít/phút có giới hạn phát hiện

LOD là 0,17 µg/m3 và giới hạn định lượng LOQ là 0,56 µg/m3 trong 1 giờ lấy mẫu và LOD

bằng 0,02 µg/m3, LOQ bằng 0,07 µg/m3 trong 8 giờ lấy mẫu. Hiệu suất thu hồi trên 100%.

Trong khoảng nồng độ 0,40 đến 2,01 µg/mẫu có độ chụm là 0,057 và độ tái lặp là 0,126

[16].

1.2.2. Lấy mẫu thụ động

Phương pháp lấy mẫu thụ động được đề xuất đầu tiên vào năm 1973, phát triển và

được ứng dụng thành phương pháp tiêu chuẩn trong quan trắc và phân tích môi trường tại

các nhiều nước phát triển như Hoa Kỳ, Nhật Bản và Châu Âu.

Lấy mẫu thụ động dựa trên nguyên lý khuếch tán theo định luật Fick I. Cấu tạo thiết

bị lấy mẫu thụ động gồm pha hấp thu là giấy tẩm chất hấp thu hoặc chất hấp phụ rắn. Tấm

cách ly cùng đầu giữ mẫu nhằm tạo khoảng cách khuếch tán giữa môi trường và pha hấp

thu. Chất cần lấy mẫu sẽ khuếch tán từ môi trường qua ngăn cách ly và bị bắt giữ ngay lập

tức trên pha hấp thụ nhờ phản ứng hóa học hay hấp phụ, do đó nồng độ chất cần phân tích

bằng không và tạo ra sự chênh lệch nồng độ trong ngăn cách ly dẫn đến hiện tượng khuếch

tán của chất từ môi trường đến pha hấp thụ.

Trên thế giới, phương pháp lấy mẫu thụ động đã được áp dụng rộng rãi với những

ưu điểm sau:

+ Đầu lấy mẫu nhỏ gọn, không phức tạp và không tốn kém

+ Không cần nguồn điện, không gây tiếng ồn

+ Không cần hiệu chỉnh, hiệu chuẩn thiết bị lấy mẫu

+ Thời gian lấy mẫu từ 8 giờ đến vài tuần

+ Có thể tiến hành thu mẫu trong các môi trường nguy hiểm hoặc yêu cầu cao về an

toàn cháy nổ.

+ Chi phí lấy mẫu thấp và cho phép lấy mẫu đồng thời số lượng lớn và nhiều vị trí.

Ngoài ra việc lấy mẫu thụ động có thể làm rõ vùng ô nhiễm cao hoặc theo dõi diễn biến

dài hạn của cả một khu vực.

+ Có thể lấy mẫu tiếp xúc cá nhân (đầu thu mẫu đặt trong vùng thở), có thể tiến hành

lấy mẫu trong nhà và ngoài trời hoặc nơi công cộng tiện lợi.

Tuy nhiên lấy mẫu thụ động cũng có các nhược điểm sau:

+ Chưa xác định được giá trị nồng độ tức thời (STEL)

+ Việc tính toán kết quả phức tạp hơn lấy mẫu chủ động

Năm 1992, Michael W. Ogden và Katherine C.Malolo đã thực hiện nghiên cứu so

sánh hệ thống lấy mẫu thụ động và chủ động đối với xác định nicotine và 3-ethenylpyridine

trong không khí. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành so sánh phương pháp lấy mẫu chủ động

sử dụng hai loại vật liệu là XAD-4 và màng lọc tẩm NaHSO4, còn phương pháp lấy mẫu

thụ động cũng sử dụng màng lọc tẩm NaHSO4. Tốc độ lấy mẫu thụ động được xác định là

31,5 mL/phút đối với nicotine. Kết quả lấy mẫu thụ động nicotine có sự tương đương với

hai cách lấy mẫu chủ động. Kết quả thu được đối với phương pháp lấy mẫu chủ động độ

chụm từ 4-5% và lấy mẫu thụ động 10-12% với nicotine. Sự tương quan giữa lấy mẫu chủ

động bằng XAD-4 và lấy mẫu thụ động màng có tốc độ lấy mẫu 31,5 ml/phút là R2= 0,995

trong khoảng 0-1,5 µg/mẫu. Còn đối với mẫu chủ động bằng màng và lấy mẫu thụ động

màng có tốc độ lấy mẫu 31,3 ml/phút là R2= 0,961 trong khoảng 0-1,5 µg/mẫu [27]. Kết

quả trên đã khẳng định sử dụng phương pháp lấy mẫu thụ động xác định được nicotine

trong không khí.

Năm 2006, Hyo Cher Kim và cộng sự đã tiến hành so sánh lấy mẫu nicotine bằng

phương pháp thụ động và XAD-4 trong khói thuốc lá. Những thử nghiệm được tiến hành

trong buồng thử và khu vực hút thuốc để so sánh. Tốc độ lấy mẫu là 40,5 ml/phút trong

buồng thử. Tốc độ hút mẫu thử nghiệm (40,5 ml/phút) được tiến hành nhiều hơn tốc độ lấy

mẫu lý thuyết (33,52 ml/phút). Độ giải hấp trung bình bằng 113,6 %. Độ chụm là 7,31%.

Độ chính xác bằng 18,96%, giá trị này nằm trong giới hạn tiêu chuẩn NIOSH. Trong phòng

hút thuốc và khu vực hút thuốc, nồng độ trung bình của nicotine đo bởi hai phương pháp

là 8,29 µg/m3 (lấy mẫu chủ động) và 7,54 µg/m3 (lấy mẫu thụ động). Không có sự hồi quy

giữa lấy mẫu chủ động và lấy mẫu thụ động (R2=0,2397). Nhưng độ dốc, hệ số tương quan

là 1,017 và R2= 0,9292 sau khi loại các giá trị bất thường. Giá trị độ dốc (1,017) gần bằng

giá trị theo lý thuyết (1,0). Qua nghiên cứu này, phương pháp lấy mẫu thụ động để đánh

giá nồng độ nicotine trong không khí có thể thay thế lấy mẫu chủ động [19].

Hiện nay, việc áp dụng phương pháp lấy mẫu thụ động nicotine trong không khí vào

đánh giá tiếp xúc được áp dụng trong nhiều nghiên cứu.

Năm 2008, Khanh Huynh Cong cùng cộng sự đã thực hiện phát triển và áp dụng lấy

mẫu thụ động nicotine (MoNIC). Nghiên cứu đã thực hiện hơn 1500 mẫu thụ động để đánh

giá ô nhiễm khói thuốc lá ở Thụy Sỹ [22].

Năm 2013 và 2014, Sarah Rajkumar và cộng sự đã áp dụng phương pháp lấy mẫu

thụ động MoNIC để đánh giá tiếp xúc với khói thuốc thụ động trong nghiên cứu đánh giá

tác động của luật cấm thuốc lá [33, 34].

Năm 2015, Amagal và cộng sự đã tiến hành xác định tiếp xúc nicotine bằng phương

pháp lấy mẫu thụ động và phân tích trên thiết bị HPLC. Nhóm nghiên cứu đã lựa chọn

màng lọc Quartz (QR-100) được tẩm NaHSO4. Độ thu hồi thu được là 94 % với SD là

±11%. Tốc độ hút mẫu được tính là 9,03 ±0,63 mL/phút. Giới hạn phát hiện khi sử dụng

HPLC kết hợp detector DAD là 0,2 ng/mẫu và thời gian lưu của nicotine khoảng 4 phút.

Phương pháp đưa ra trong nghiên cứu đã đánh giá tiếp xúc nicotine với kết quả chính xác

và thời gian phân tích ngắn [12].

1.3. Các phương pháp xác định nicotine

1.3.1. Các phương pháp quang phổ

1.3.1.1. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis)

Phổ hấp thụ phân tử UV- Vis là phổ của tổ hợp sự chuyển mức của các điện tử liên

kết, sự quay và dao động phân tử, do sự tương tác của các điện tử hóa trị ở trong phân tử

hay nhóm phân tử khi bị chiếu chùm sáng kích thích. Vì thế nó là phổ đám, có các cực đại

và cực tiểu của phổ thường nằm trong những vùng sóng nhất định tùy theo cấu trúc và loại

liên kết của phân tử hay nhóm nguyên tử có trong hợp chất.

X N Wei, Y Liu và Y L Tang đã phân tích dữ liệu phổ của các loại thuốc lá được

sấy khô và xác định bằng máy quang phổ UV. Trước khi đo mẫu thuốc lá được sấy đến

khổi lượng không đổi ở 80oC. Sau đó mẫu được nghiền và sàng qua lưới 200µm. Mẫu 4mg

được đặt trong bình thủy tinh 10ml được hòa tan bằng ethanol 80% và rung khoảng 1 phút

để hòa tan hoàn toàn. Dung dịch được rửa và lọc vào bình định mức 25 ml với 80% ethanol.

Sau đó dung dịch được đưa vào cuvet thạch anh và đo phổ UV từ 190nm đến 1100 nm với

máy quang phổ UV Agilent 8543E. Mẫu trắng là ethanol 80%. Đỉnh hấp thụ đặc trưng từ

210-360 nm. Các mô hình dự đoán phổ của hàm lượng nicotine được thiết lập thông qua

phân tích tương quan giữa dữ liệu phổ và hàm lượng nicotine của thuốc lá sấy khô bằng

phương pháp hồi quy đa biến từng phần. Kết quả thống kê cho thấy hàm lượng nicotine

trong thuốc lá sấy khô tương quan đáng kể với phổ UV của chúng. Cũng có mối tương

quan đáng kể giữa giá trị dự đoán và thử nghiệm. Điều này cho thấy rằng có thể ước tính

hàm lượng nicotine trong mẫu thuốc lá đơn giản, thuận tiện, nhanh chóng bằng mô hình

quang phổ đề xuất nhưng đòi hỏi nhiều mẫu hơn để tăng độ chính xác [40].

1.3.1.2. Phương pháp quang phổ hồng ngoại

Jiang Jinfeng và các cộng sự đã sử dụng phương pháp quang phổ hồng ngoại gần

biến đổi Fourier FT-NIR để phân tích nhanh chóng 16 thành phần có trong thuốc lá như

nicotine, tổng lượng đường, tổng nitơ, kali, sunfat, tinh bột, xemlulo, polyphenol,…Đối

với mỗi thành phần, phổ của 578 đến 785 mẫu được sử dụng tương ứng như mẫu hiệu

chuẩn để xây dựng mô hình hình hiệu chuẩn. Các mẫu thuốc lá được sấy khô và nghiền

thành bột để đảm bảo tính đồng nhất. Phổ được quét từ 10.000 đến 3.800 cm-1 ở độ phân

giải 8 cm-1. Dữ liệu phổ của các mẫu được xứ lí sau đó kết hợp với phương pháp bình

phương tối thiểu từng phần (PLS) để hiệu chuẩn. Lỗi bình phương trung bình gốc của dự

đoán (RMSEP) cho nicotine là 0,170. Hàm lượng nicotine trong các mẫu thuốc lá được thử

nghiệm từ 0,65 -7,40%. Phương pháp FT-NIR là một thay thế khả thi cho các phương pháp

hóa học ướt truyền thống để phân tích nhanh chóng nhiều thành phần trong thuốc lá với

thời gian phân tích nhanh (khoảng 1 phút) và việc chuẩn bị, xử lí mẫu đơn giản [20].

1.3.1.3. Phân tích trực tiếp trong khối phổ thời gian thực (DART)

Các tác giả Ákos Kuki, Lajos Nagy và cộng sự đã phát hiện nicotine như một chỉ số

của khói thuốc lá bằng cách phân tích trực tiếp trong phổ khối thời gian thực (DART) song

song. Sự ô nhiễm khói thuốc lá còn sót lại (khói thuốc lá, THS) trên quần áo của người hút

thuốc đã được kiểm tra bằng cách phân tích trực tiếp trong phép đo khối phổ thời gian thực

(DART). DART-MS kích hoạt độ nhạy và phân tích chọn lọc nicotine là chỉ số ô nhiễm

khói thuốc lá. Các thí nghiệm đo khối phổ Tandem (MS/MS) cũng đã được thực hiện để

xác nhận việc xác định nicotine. Khói thuốc có nguồn gốc từ ngón tay của người hút thuốc

chuyển sang các vật thể khác cũng được phát hiện bởi DART. DART-MS/MS được sử

dụng để theo dõi khói thuốc lá thụ động (SHS) trong không khí của phòng thí nghiệm sử

dụng nicotine làm chỉ thị. Đây là báo cáo đầu tiên về ứng dụng của DART-MS và DART-

MS/MS để phát hiện khói thuốc lá và giám sát khói thuốc lá. Phân tích bán định lượng

được thực hiện để ước tính nồng độ bề mặt của nicotine lắng đọng trên bề mặt giấy bị ô

nhiễm bởi ngón tay của người hút thuốc. Giới hạn phát hiện ô nhiễm nicotine của DART-

MS được ước tính là 0,1 ng/cm2. Nồng độ nicotine bề mặt là 23 ng/cm2, cao hơn nhiều so

với giới hạn phát hiện của phương pháp [11].

Michelle R. Peace, Tyson R.Baird và cộng sự đã xác định nồng độ Nicotine và

Glycols trong 27 loại thuốc lá điện tử bằng phương pháp DART-MS. Phương pháp DART-

MS có thể xác định chính xác phân tử nicotine được proton hóa. Kết quả cho thấy 27 công

thức thuốc lá điện tử khác nhau được mua ở Hoa Kỳ có hàm lượng nicotine từ 6 đến 12

mg/L. Nồng độ Nicotine được xác định dao động từ 45-131% nồng độ ghi trên nhãn, với

18 trong số 27 loại có phương sai lớn hơn 10% [26].

1.3.2. Các phương pháp phân tích điện hóa

Các tác giả H. B. Suffredini, M.C. Santos và cộng sự đã nghiên cứu khả năng điện

hóa của nicotine trong môi trường kiềm sử dụng bề mặt kim cương pha boron (BDD) làm

điện cực làm việc. Để thiết lập sự phụ thuộc pH và để có được thông tin về sự chuyển khối,

các phép đo Von-ampe vòng đã được thực hiện trong dung dịch đệm 0,1 mol/L BR (Britton

‐ Robinson) với nồng độ nicotine là 1,0.10-3 mol/L. Giá trị pH tối ưu là 8 và sự chuyển khối

được kiểm soát bằng khuếch tán. Kỹ thuật đo điện áp sóng vuông được sử dụng để xác

định các thông số điện như tần số, biên độ và gia tăng quét. Giới hạn phát hiện và định

lượng thu được lần lượt là 0,50 và 1,66 mg/ L. Các tính toán lý thuyết chỉ ra rằng vị trí oxy

hóa có thể xảy ra trên nguyên tử nitơ được ký hiệu là “11N”. Phân tích trên mẫu thật (thuốc

lá điếu) cho hiệu suất thu hồi khoảng 4,3 mg/L trong 0,1 g thuốc lá [18].

Khả năng điện hóa của nicotine đã được Hailemariam Kassa và cộng sự nghiên cứu

bằng cách sử dụng kỹ thuật đo điện áp sóng vuông tuần hoàn. Kích hoạt điện hóa của điện

cực glassy carbon làm tăng đáng kể dòng oxy hóa đỉnh của nicotine so với điện cực glass

carbon trần. Khi sử dụng điện cực glassy carbon hoạt hóa, cho thấy đỉnh oxy hóa của

nicotine ở +838 mV (so với SCE) trong dung dịch đệm phốt phát pH = 7. Tại các điều kiện

tối ưu, khoảng tuyến tính là 1-200 µM (R2 = 0,998) và giới hạn phát hiện (3σ) của nicotine

là 0,7 µM. Phương pháp đã được áp dụng thành công để xác định nicotine trong hai nhãn

hiệu thuốc lá thương mại với độ thu hồi là 97-108% [17].

1.3.3. Các phương pháp sắc kí

1.3.3.1. Sắc kí lỏng

Sắc kí lỏng là một kỹ thuật tách chất dựa trên sự tổ hợp của nhiều quá trình vừa có

tính chất hóa học lại vừa có tính chất lý học. Nó là những cân bằng động xảy ra trong cột

sắc ký giữa pha tĩnh và pha động, là sự vận chuyển và phân bố liên tục của các chất tan

(hỗn hợp mẫu phân tích) theo từng lớp qua chất nhồi cột (pha tĩnh) từ đầu cột tách đến cuối

cột tách.[2] Một trong các phương pháp phổ biến để xác định nicotine là phương pháp sắc

kí lỏng hiệu năng cao (HPLC) sử dụng detector UV dựa trên khả năng hấp thụ quang của

chúng tại vùng bước sóng tử ngoại.

Mahima Bansal và cộng sự đã sử dụng phương pháp HPLC để phân tích hàm lượng

Nicotine trong chất lỏng của thuốc lá điện tử. Cột C18 (150×4,6 mm, kích thước hạt 5µm

và 100Å) đã được sử dụng. Pha động gồm Acetonitril (ACN)-Natri hydro cacbonat (pH

10,0; 0,03M) (20:80, v/v), tốc độ pha động 1ml/phút. Thể tích bơm mẫu là 10 µl. Nicotine

được phát hiện bằng detector UV ở bước sóng 259nm. Phương pháp phân tích tuyến tính

trong khoảng nồng độ 0,78-50 µg/mL. Độ chính xác của phương pháp trong phạm vi 100

± 1% và độ lặp lại cao với RSD< 2%. Phương pháp HPLC có thể định lượng nicotine từ

chất lỏng của thuốc lá điện tử, tách nicotine và các sản phẩm thoái hóa nhiệt [24].

Các tác giả Vinit V.Gholap, Leon Kosmider và cộng sự đã xác định hàm lượng

nicotine trong thuốc lá điện tử bằng phương pháp HPLC-UV với chế độ chạy gradient, tốc

độ pha động 0,8 ml/phút, thể tích mẫu bơm 10 uL, thời gian chạy 12 phút. Nicotine được

xác định ở bước sóng 260 nm với thời gian lưu 5,6 phút. Giới hạn phát hiện của nicotine

trong chất lỏng của thuốc lá điện tử là 0,07 µg/mL, khoảng tuyến tính từ 0,4-500 µg/ml.

Hiệu suất thu hồi cao từ 90-110% [39].

1.3.3.2. Sắc kí khí

Sắc ký khí là một phương pháp sắc ký mà pha động là chất khí hoặc ở dạng hơi và

pha tĩnh chứa trong cột là một chất rắn hoặc chất lỏng phủ trên bề mặt chất mang dạng rắn

hay phủ đều lên phía trong của cột tạo lớp màng phim mỏng. Các hợp chất hữu cơ được

tách khỏi nhau nhờ sự phân bố khác nhau giữa pha động và pha tĩnh trong cột. Pha động ở

dạng khí liên tục chạy qua pha tĩnh, các chất tách ra do sự tương tác khác nhau với pha tĩnh

[7].

Detector ion hóa ngọn lửa (FID) là một trong những detector có độ nhạy cao.

Nguyên tắc hoạt động của FID là khi các phân tử hữu cơ bị đốt cháy ở nhiệt độ cao của

ngọn lửa hidro-oxi, các ion hình thành. Đặt một hệ điện cực có điện áp cao ở gần ngọn lửa

sẽ làm cho các ion đi về các cực trái dấu tạo nên tín hiệu điện. Dòng điện trong mạch tỷ lệ

thuận với số nguyên tử cacbon trong hợp chất hữu cơ. Nhiên liệu cháy cho ngọn lửa trong

detector có ba thành phần: H2, O2 hoặc không khí và khí mang. Ngọn lửa hidro-oxi có nhiệt

độ rất cao khoảng 2500oC, ở nhiệt độ này các hợp chất bị nguyên tử hóa và ion hóa.

Detector rất nhạy với các hợp chất hữu cơ, các hidrocacbon.

Nitơ Phốt pho detector (NPD) là một detector ion hóa ngọn lửa như FID nhưng chỉ

khác ở một điểm: có chuỗi hạt gốm tẩm muối Rb hoặc Cs đốt nóng tới 800oC đặt ngay trên

ngọn lửa giữa cực góp và đầu đốt. Sự thay đổi này làm tăng đáp ứng của detector với hợp

chất có nitơ lên 50 lần và có photpho lên 500 lần. Sự ra tăng như trên tạo ưu thế về độ nhạy

và độ chọn lọc cho phân tích định lượng các hợp chất chứa nito và photpho. Đây là detector

chọn lọc.

Khối phổ (MS) là kỹ thuật phân tích đo phổ khối lượng của các phân tử tích điện

khi chúng di chuyển trong điện trường. Mẫu được ion hóa trở thành các phân tử tích điện

khác nhau và được phân tách dựa vào sự sai khác về giá trị m/z. Dữ liệu phổ khối được tự

động ghi lại và sử dụng để nhận dạng các chất. Một khối phổ kế là một thiết bị dùng cho

phương pháp phổ khối, cho ra phổ khối lượng của một mẫu để tìm ra thành phần của nó.

Có thể ion hóa mẫu và tách các ion của nó với các khối lượng khác nhau và lưu lại thông

tin dựa vào việc đo đạc cường độ dòng ion. Một khối phổ kế thông thường gồm 3 phần:

phần nguồn ion, phần phân tích khối lượng và phần đo đạc.

Jun Dai, Ki-Hyun Kim và cộng sự đã phát triển một phương pháp để định lượng

song song nicotine (Nic) và hai dung môi chính (propylene glycol (PG) và glycerin thực

vật (VG)) trong chất lỏng thuốc lá điện tử (EC) trước khi hút và từ sol khí sau khi hút. Để

phân tích các dung dịch EC, các mẫu được pha loãng khoảng 100 lần trong methanol. Sau

đó đem phân tích trên thiết bị GC-FID. Độ thu hồi phương pháp của Nic, PG và VG trong

các mẫu chất lỏng lần lượt là 96,0 ± 1,0, 96,0 ± 1,2 và 101,4 ± 6,9%, trong khi với các mẫu

khí thấp hơn một chút ở mức 94,7 ± 5,6, 85,5 ± 3.0 và 91,4 ± 15,7%, tương ứng. Các giá

trị giới hạn phát hiện (ng) là 0,36 (Nic), 0,72 (PG) và 8,15 (VG) cho các mẫu chất lỏng và

0,51 (Nic), 0,96 (PG) và 3,99 (VG) cho các mẫu sol khí. Nhìn chung, phương pháp này đủ

tin cậy để xác định từng thành phần trong cả mẫu chất lỏng và bình xịt [21].

Các tác giả Otto Grubner, Melvin W và Gary L. Huber đã phân tích Nicotine trong

không khí, nước và huyết tương bằng phương pháp GC-NPD. Để ức chế hiện tượng hấp

phụ nicotine trong quá trình chuẩn bị mẫu, bổ sung NH4OH để có được kết quả đáng tin

cậy ở nồng độ pg/mL. Lượng thấp nhất phát hiện được là 2-5 pg nicotine được bơm vào

cột và đường chuẩn tuyến tính tới 2000 ng/ml [31].

Trong MAK Phần III, Phương pháp theo dõi không khí 2013 của DFG, mô tả

phương pháp xác định nồng độ nicotine do tiếp xúc với khói thuốc lá trong không khí xung

quanh nơi làm việc, tính trung bình trong khoảng thời gian lấy mẫu với lấy mẫu cá nhân

hoặc lấy mẫu cố định. Hút một thể tích không khí xác định qua ống XAD-4 bằng máy bơm.

Sau đó, khử lượng nicotine được hấp phụ bằng hỗn hợp ethyl acetate và methanol và phân

tích bởi GC-NPD. Giới hạn định lượng của nicotine là 0,1 ug/m3 cho mẫu không khí có thể

tích 240L (tốc độ lấy mẫu 1 l/p, thời gian lấy mẫy 4h), dung dịch mẫu 1 mL và thể tích

tiêm 1 µL. Phạm vi đo của nicotine là 0,13-65 µg/m3 [23].

Todd Pagano và cộng sự đã xác định nicotine trong thuốc lá điện tử bằng phương

pháp GC-MS. Nicotine được phân tích trong cả hai phần chất lỏng và khói thuốc của năm

nhãn hiệu thuốc lá điện tử khác nhau. Chất lỏng chứa nicotine được chiết xuất bằng

methanol; khói thuốc được sol khí hóa và thu thập trên các tấm lọc, tấm lọc được chiết xuất

sau đó được phân tích trên thiết bị GC-MS. Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng

nicotine trong phần chất lỏng là 5,2-24,6 mg/E-Cig và trong khói thuốc là 1,09-5,41

mg/ECig [38].

Ahmad El-Hellani, Rachel El-Hage và cộng sự đã phát triển một phương pháp phân

tích dựa trên chiết lỏng lỏng khai thác sự khác biệt tương đối về độ hòa tan của Nic và

NicH + trong toluene và nước để tách hai dạng nicotine này thành các pha riêng biệt, kết

hợp với phân tích GC-MS để đánh giá lượng Nic và NicH+ tương ứng. Phương pháp này

lần đầu tiên được xác minh trên các dung dịch kiểm soát pH (5

áp dụng phân tích chất lỏng trong thuốc lá điện tử và bình xịt được tạo ra bằng máy hút

thuốc. Phương pháp cho thấy độ lặp lại và hiệu quả cao, kết quả phù hợp với dự đoán lý

thuyết dựa trên giá trị pH đo được của các dung dịch nicotine tiêu chuẩn. Chất lỏng ECIG

và sol khí chứa cả Nic và NicH+, và tỷ lệ tương đối của chúng rất khác nhau. Nicotine gốc

tự do đã được tìm thấy chiếm 18-95% tổng lượng nicotine tùy thuộc vào sản phẩm được

đề cập [10].

Các tác giả Spaiuc D, Spac AF và cộng sự đã xác định nicotine trong các sản phẩm

từ thuốc lá bằng phương pháp GC-MS cho kết quả tốt. Sử dụng hệ thống máy GC Agilent

Technologies 7890A, cột DB 5 MS (30 m x 0.25 mm, 0.25 µm). Chương trình nhiệt độ bắt

đầu từ 100oC và tăng dần lên 280oC, không đổi trong 5 phút. Nhiệt độ của nguồn là 230oC

và nhiệt độ của tứ cực là 150oC. Phương pháp nghiên cứu tuyến tính trong 1,01-201,8

µg/ml, giới hạn định lượng của nicotine là 10,8 µg/ml và RSD nhỏ (<5%, n=9), độ thu hồi

trung bình là 100,28% trong phạm vi 99,08-100,96 µg/ml [36].

M. Aragón, R.M. Marcé, F. Borrull xác định N-nitrosamine và nicotine dựa trên

chiết xuất chất lỏng điều áp (PLE) và sắc ký khí- (ion hóa hóa học) bẫy quang phổ khối

song song (GC-(CI) MS/MS) trong mẫu bụi từ không khí đô thị và bến cảng. Phân tích sắc

ký cho phép xác định các hợp chất này với thời gian ít hơn 13 phút với sự phân tách hoàn

toàn và độ phân giải tốt giữa các hợp chất. Độ thu hồi cao hơn 80% đối với hầu hết các hợp

chất và độ lặp lại của phương pháp là dưới 18% (5 ng/m3, RSD%, n=4). MDL nằm trong

khoảng 0,1 ng/m3 (NMor và NPip) và 2 ng/m3 (NMEA). NMor, NPyr, NPip và nicotine là

những hợp chất thường gặp nhất trong các mẫu đô thị và bến cảng tại nồng độ trong khoảng

0,3-0,13 ng/m3 (NPyr) và 3,8-12,5 ng/m3 (nicotine) [25].

1.3.4. Cảm biến sinh học

N. Cennamo và cộng sự đã phát triển một cảm biến sinh học dựa trên polymer in

chìm phân tử (MIP) hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR) và sử dụng sợi quang

nhựa (POF) để đánh dấu trực tiếp và chọn lọc các chất có trọng lượng phân tử thấp. Thiết

bị đã được thử nghiệm để phân tích cho L-nicotine ((-)-1-methyl-2-(3-pyridyl) pyrrolidine,

MW = 162,24). Hệ thống cảm biến giúp phát hiện L-nicotine nhanh chóng và chọn lọc, chi

phí thấp, dễ thực hiện và khối lượng mẫu nhỏ. Cảm biến có thể phân biệt giữa L- và D-

nicotine. Phạm vi tuyến tính là từ 0 đến 10−3 M và độ nhạy phụ thuộc rất nhiều vào đặc

tính của sợi hình côn, dao động từ 1,3 × 104 nm/M, đối với tỷ lệ côn 1,8 đến 1,7.103 nm -

tức là sợi không thon. Giới hạn phát hiện đạt được thường thấp hơn cho chất lỏng thuốc lá

điện tử hoặc các sản phẩm y tế phun, trong đó nồng độ L-nicotine thường vượt quá 0,07

M. LOD thu được cho phép pha loãng nên giảm thiểu các hiệu ứng dung môi và nền. Nồng

độ L-nicotine trong chất lỏng sinh học có thể thấp hơn nhiều, xung quanh 10−8 M, do đó

cần phải cải thiện độ nhạy. Điều này có thể thu được bằng cách sử dụng các polymer in

chìm có ái lực cao hơn cho mẫu. Hằng số ái lực của MIP ở đây được tổng hợp với L-

nicotine là khoảng 10-3 M, nhưng nó có thể tăng lên bằng cách tối ưu hóa thành phần

polymer [29].

1.4. Phương pháp GC-NPD

Sắc kí khí được phát triển từ năm 1970, là phương pháp có ưu điểm nổi bật do hiệu

quả tách cao, giá thành tương đối thấp. Phương pháp đặc biệt thích hợp với các hợp chất

dễ bay hơi, các hỗn hợp khí.

Detector NPD có thiết kế tương tự FID, ngoại trừ nó sử dụng hạt NPD nhiệt để tạo

ra các ion trong hydro và plasma không khí. Giống như FID, NPD sử dụng đầu phun bằng

thép không gỉ để đưa khí mang và khí hydro mang mẫu đến detector, và một điện cực góp

tích điện dương cũng đóng vai trò lỗ thoát khí của detector. Các hạt NPD được định vị giữa

đầu phun và điện cực góp (hình 1.4).

Hình 0.1.4. Cấu tạo detector NPD

Đầu phun của NPD hơi khác so với đầu phun FID. Bên trong thân detector NPD,

hạt nhiệt điện được làm nóng bằng điện (hạt NPD) đặt ở giữa đầu phun và điện cực góp.

Các hạt được phủ một kim loại kiềm thúc đẩy quá trình ion hóa các hợp chất có chứa nitơ

hoặc phốt pho. Các luồng khí hydro và không khí tạo ra một plasma hydro xung quanh hạt

NPD nóng. Khi các phân tử chứa nitơ hoặc phốt pho đi vào plasma từ cột và đầu phun,

chúng trải qua một phản ứng hóa học bề mặt xúc tác, tạo ra các electron nhiệt. Kết quả các

ion này bị hút vào cực góp tích điện dương, sau đó được khuếch đại và xuất ra hệ thống dữ

liệu. Dựa vào tỷ lệ hydro với không khí để duy trì ngọn lửa, do đó giảm thiểu quá trình ion

hóa hydrocarbon và góp phần vào sự chọn lọc của detetor NPD.

Hình 01.5. Cấu tạo bên trong của detector NPD

Các chất phân tích chứa N, bị rửa giải ra khỏi cột qua các ống đốt quartz sau đó trộn

với lượng nhỏ hydrogen. Các cấu tử sau đó va chạm với kim loại kiềm nóng đỏ.

Các phản ứng khác nhau xảy ra ở bề mặt và xung quanh kim loại kiềm nóng đỏ này, trở

thành gốc CN* sau phân huỷ nhiệt trên bề mặt của kim loại kiềm (Rb) bị đốt nóng. Gốc

CN* được cung cấp electron phát ra từ bề mặt của của kim loại kiềm và trở thành anion CN- trong khi kim loại kiềm trở thành cation. Khi kết hợp với H2 ion kim loại kiềm sau đó trở lại kim loại còn H2 trở thành cation. Các phản ứng xảy ra như sau:

C + N  CN* Rb + CN*  Rb+ + CN- 1/2 H2 + Rb+ + CN-  H+ + CN- + Rb Chính sự hình thành anion và cation này, dưới tác dụng của điện trường, phát sinh

dòng điện và sau đó tín hiệu được ghi lại.

Detector nitơ-phốt pho (NPD) chọn lọc cho các hợp chất hữu cơ có chứa nitơ hoặc

phốt pho. NPD cũng đáp ứng hydrocarbon bình thường, nhưng ít hơn khoảng 100.000 lần

so với các hợp chất chứa nitơ hoặc phốt pho. Do tính chọn lọc và độ nhạy, NPD được sử

dụng trong phân tích các dược phẩm, dư lượng hoá chất bảo vệ thực vật như các loại thuốc

chứa gốc cacbamat hay photphat trong nông nghiệp, lượng vết của các hợp chất N và P

như nitrosamin, trimetylamin, acrylonitril trong nhựa. Nitơ là khí mang được lựa chọn cho

detector NPD, nhưng khí heli thường được sử dụng, đặc biệt là khi các detector khác cũng

được cài đặt trên cùng một máy GC với NPD.

Mỗi phương pháp phân tích Nicotine đểu có những ưu nhược điểm riêng. Các

phương pháp quang (UV-Vis, hồng ngoại) thường có kinh phí phân tích mẫu thấp hơn,

chuẩn bị và xử lí mẫu đơn giản, thời gian phân tích nhanh nhưng phổ thu được là phổ đám

không có tính chọn lọc cao nên để tính toán được kết quả phải kết hợp với các phương

pháp hồi quy đa biến hoặc phải xây dựng mô hình hiệu chuẩn phức tạp. Các phương pháp

điện hóa chọn lọc hơn phương pháp quang nhưng tiến hành phức tạp hơn và điện cực chỉ

thị là loại đặc biệt mới có thể xác định được nicotine (bề mặt kim cương pha boron BDD,

điện cực glassy carbon, …), hơn nữa các phương pháp điện hóa chịu ảnh hưởng rất nhiều

từ nền mẫu. Các phương pháp sắc kí có độ nhạy, độ chọn lọc cao và thời gian phân tích

tương đối nhanh nhưng chi phí phân tích mẫu cao hơn. Trong luận văn này chúng tôi lựa

chọn phương pháp phân tích GC-NPD 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 làm việc.

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của luận văn là ứng dụng phương pháp GC-NPD và phương pháp lấy mẫu

hấp thu thụ động để xác định Nicotine trong môi trường lao động.

2.1.2. Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu trên, luận văn tiến hành thực hiện các nội dung

nghiên cứu sau:

2.1.2.1. Đánh giá khả năng sử dụng phương pháp trên thiết bị GC-NPD

- Xây dựng đường chuẩn, đánh giá độ ổn định của tín hiệu.

- Xác định giới hạn phát hiện (IDL) và giới hạn định lượng (IQL) của thiết bị.

2.1.2.2. Khảo sát vật liệu hấp phụ.

- Khảo sát vật liệu hấp phụ.

- Khảo sát nồng độ chất tẩm NaHSO4.

- Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu mẫu.

2.1.2.3. Khảo sát các điều kiện xử lí mẫu

- Khảo sát ảnh hưởng của dung môi chiết, thời gian lắc, thời gian quay chiết.

2.1.2.4. Đánh giá phương pháp nghiên cứu.

- Xây đựng đường chuẩn trên nền mẫu.

- Xác định giới hạn phát hiện (MDL) và giới hạn định lượng (MQL) của phương

pháp.

- Đánh giá độ chụm, độ thu hồi

2.1.2.5. Áp dụng phân tích một số mẫu thực tế lấy tại khu vực làm việc của nhà máy sản

xuất thuốc lá.

2.2. Hóa chất và thiết bị

2.2.1. Hóa chất

Các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu đều thuộc loại tinh khiết phân tích (P.A)

2.2.1.1. Chất chuẩn

- Nicotine, Merck

- Quinoline, Merck

- n-Heptan, Merck

- Methanol, HPLC, Merck

- Natri hydroxyd (NaOH), Merck

- Natri bisunfat (NaHSO4), Sigma.

- Nước deion (DI)

2.2.1.2. Chuẩn bị các dung dịch hóa chất

- NaOH 5M: Cân 100g NaOH pha trong 500 ml nước cất.

- NaOH 10M: Cân 200g NaOH pha trong 500 mL nước cất.

- Dung dịch NaHSO4 4%: Cân 4g NaHSO4 pha trong 100 ml nước cất.

- Dung dịch nội chuẩn Quinoline 1 (mg/ml) hay 1000 (mg/L) (I): Cân 100mg

Quinoline (cân nặng chính xác) pha trong bình định mức 100 ml. Thêm nước DI

tới vạch.

- Dung dịch nội chuẩn Quinoline 100 mg/L hay 100ng/uL (II): Pha loãng dung

dịch Quinoline (I) 10 lần bằng cách hút 10 ml dung dịch Quinoline (I) cho vào

bình định mức 100ml cùng với 50ml NaOH 10M. Thêm nước DI tới vạch.

- Dung dịch Nicotine 1 (mg/ml) hay 1000 (mg/L) (I): Cân 100mg Nicotine (cân

nặng chính xác) pha trong bình định mức 100 ml. Thêm nước DI tới vạch.

- Dung dịch Nicotine 100 (mg/L) hay 100 (ng/uL) (II): Pha loãng dung dịch

Nicotine (I) 10 lần bằng cách hút 10 ml dung dịch Nicotine (I) pha trong bình

định mức 100ml. Thêm nước DI tới vạch.

- Dung dịch Nicotine 10 (mg/L) hay 10 (ng/uL) (III): Pha loãng dung dịch

Nicotine (II) 10 lần bằng cách hút 10 ml dung dịch Nicotine (II) pha trong bình

định mức 100ml. Thêm nước DI tới vạch.

2.2.2. Thiết bị dụng cụ

2.2.2.1. Thiết bị

- Hệ thống máy sắc kí GC-NPD, Shimadzu.

- Cột tách GC HP-FFAP 25m, 0,32mm, 0,5µm.

- Máy quay chiết, Phoenix RS-RD 5.

- Máy quay li tâm, Hermle Z323K.

- Máy lắc, VELP ZX4.

- Cân phân tích, Mettler Toledo AE240.

2.2.2.2. Dụng cụ

- Dụng cụ thủy tinh: bình định mức, ống nghiệm, cốc thủy tinh.

- Micropipet với các dung tích khác nhau.

- Các xilanh dung tích khác nhau.

- Pipet Pasteur.

- Đầu lấy mẫu (chứa vật liệu hấp phụ) bằng nhựa để lấy mẫu thụ động.

- Bình hút ẩm (dessicator)

- Màng lọc làm bằng sợi thủy tinh loại A (GF/A), Whatman (GF/A, 25 mm, CAT

No.1820-025)

- Màng Quartz 25 mm của hãng SKC (225-1824, 25 mm, 1,2 µm)

- Các dụng cụ thông thường khác của phòng thí nghiệm.

2.3. Phương pháp lấy mẫu, xử lí và phân tích mẫu

2.3.1. Chuẩn bị vật liệu lấy mẫu - Màng lọc được chiết Soxhlet trong 24 giờ bằng methanol.

- Làm khô trong bình hút ẩm (dessicator).

- Cất vào lọ thủy tinh kín.

- Tẩm màng lọc vào dung dịch NaHSO4 4% trong khoảng 30-60 giây, vớt màng lọc ra để

trong khay thủy tinh hoặc giấy nhôm đặt trong bình hút ẩm có chứa silicagel sạch.

- Sau khi màng lọc khô bảo quản trong chai kín, tối màu.

2.3.2. Lấy mẫu và bảo quản mẫu

- Mẫu lấy theo phương pháp hấp thu thụ động: Lấy mẫu cá nhân-đầu lấy mẫu được đeo

trên ve áo hoặc các điểm treo trong vùng hô hấp của người lao động (vùng hô hấp là khoảng

không gian cách khứu giác 30 cm)

- Cách lấy mẫu cá nhân: Lấy mẫu theo từng chức danh công việc. Lấy mẫu tại các vị trí

người lao động làm việc và các vị trí có thể ảnh hưởng đến người lao động trong quá trình

làm việc.

- Xác định số lượng mẫu cần lấy: Số lượng mẫu cần lấy tại mỗi công đoạn, khu vực tối

thiểu phải biểu thị được mức độ ô nhiễm và sự tiếp xúc trong thời gian và không gian lao

động tại công đoạn và khu vực đó. Công đoạn có nhiều công nhân lao động sẽ lấy số lượng

mẫu nhiều hơn.

- Lấy mẫu trong thời gian cơ sở đang hoạt động bình thường. Ghi thời gian bắt đầu và kết

thúc việc lấy mẫu.

- Mẫu được đựng trong hộp nhựa hoặc túi zip.

- Bảo quản trong tối và bảo quản lạnh.

2.3.3. Xử lí mẫu phân tích.

- Mẫu sau khi lấy được đựng trong hộp nhựa, bảo quản lạnh trong bóng tối.

- Mẫu phân tích được thêm 950 µl NaOH 5M và 50 µl Quinoline (II) 100 mg/L, lắc trong

vòng 1 phút. Sau đó thêm vào mẫu phân tích 1 ml n-heptan. Chiết lỏng- lỏng 10 phút (quay

chiết) để chuyển nicotine sang pha hữu cơ. Sau khi quay chiết, tiếp tục quay li tâm 3 phút

(2000 vòng/phút). Lấy phần dung môi bên trên (n-heptan) để đo trên thiết bị GC-NPD.

2.3.4. Xây dựng đường chuẩn.

Xây dựng đường chuẩn với 7 điểm có nồng độ lần lượt là 0,5; 1,0; 2,0; 5,0, 10,0;

15,0 và 20,0 ppm và nồng độ chất nội chuẩn Quinoline 5 ppm như bảng 2.1.

Bảng 2.1. Xây dựng đường chuẩn nicotine

STT

Dung dịch chuẩn

Nồng độ (ppm)

Dung dịch nội chuẩn

Dung dịch NaOH 5M

Tổng thể tích

200 µL Nicotine (II)

50 µL Quinoline (II)

750 µL

1000 µL

150 µL Nicotine (II)

50 µL Quinoline (II)

800 µL

1000 µL

100 µL Nicotine (II)

50 µL Quinoline (II)

850 µL

1000 µL

5,0

50 µL Nicotine (II)

50 µL Quinoline (II)

900 µL

1000 µL

2,0

200 µL Nicotine (III) 50 µL Quinoline (II)

750 µL

1000 µL

1,0

100 µL Nicotine (III) 50 µL Quinoline (II)

850 µL

1000 µL

0,5

50 µL Nicotine (III)

50 µL Quinoline (II)

900 µL

1000 µL

Sau khi xây dựng đường chuẩn như trên trong dung môi (khảo sát thiết bị), tiến hành

dựng đường chuẩn trên nền mẫu thực (nền mẫu giống mẫu thực và không chứa chất phân

tích). Thực hiện lắc mẫu trong vòng 1 phút, thêm vào mẫu phân tích 1 ml n-heptan. Chiết

lỏng- lỏng 10 phút (quay chiết) để chuyển nicotine sang pha hữu cơ. Sau khi quay chiết,

tiếp tục quay li tâm 3 phút (2000 vòng/phút). Dùng pipet hút phần dung môi bên trên (n-

heptan) để đo trên thiết bị GC-NPD.

2.3.5. Điều kiện phân tích nicotine trên thiết bị GC-NPD

Các điều kiện phân tích nicotine trên thiết bị GC-NPD được đưa ra trong bảng 2.2

Bảng 32.2. Điều kiện phân tích nicotine trên thiết bị GC-NPD

TT Thông số

1 Điều kiện A. Sắc kí khí Cột tách Cột tách GC HP-FFAP 20m, 0,32mm, 0,25µm.

2 Chất phủ polyethylen glycol biến tính với axit nitrorephthalic

3 Nhiệt độ injector 2300C

4 Chế độ bơm mẫu Chia dòng tỉ lệ 1/10

5 Thể tích bơm mẫu 1 µL

6 Khí mang Heli, độ tinh khiết 99,999%

7 Tốc độ dòng khí mang 4,5 mL/phút

8 Chương trình nhiệt độ Bắt đầu từ 80°C (giữ 1 phút), tăng đến 220°C (tốc độ

cho cột tăng 40°C/phút, giữ 2 phút).

9 Thời gian phân tích 6,5 phút (không kể thời gian cân bằng nhiệt)

B. Detector

1 Nhiệt độ detector 250oC

2.4. Các thông số đánh giá độ tin cậy của phương pháp phân tích

2.4.1. Đánh giá độ ổn định của tín hiệu

Để đánh giá độ ổn định của tín hiệu phân tích trong ngày và liên ngày, dung dịch

chuẩn được phân tích lặp ba lần trong một ngày và tiến hành liên tục trong 4 ngày. Tỉ số

diện tích pic của chất phân tích so với chất nội chuẩn được tính toán. Độ ổn định của tín

hiệu phân tích được đánh giá thông qua độ lệch chuẩn tương đối.

2.4.2. Xác định giá trị sử dụng của đường chuẩn

Để xác nhận giá trị sử dụng của đường chuẩn, các dung dịch có nồng độ xác định

được phân tích lặp ba lần, sử dụng các giá trị phân tích thống kê P và Pvalue để đánh giá

đường chuẩn. Đồng thời các giá trị P < 0,05 đối với chất phân tích chứng tỏ x và y có quan

hệ tuyến tính. Khi so sánh a với giá trị 0 thấy Pvalue> 0,05 chứng tỏ a khác 0 không có nghĩa

và phương pháp không mắc sai số hệ thống, đường chuẩn đã được lập xác định được nồng

độ thực tế của chất phân tích trên thiết bị.

2.4.3. Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng

Đối với phương pháp phân tích sắc kí nói chung, việc xác định giới hạn phát hiện

(IDL) và giới hạn định lượng (IQL) của thiết bị bằng cách sử dụng mẫu trắng hay dựa trên

phương trình hồi quy của đường chuẩn là không phù hợp do công thức tính toán phức tạp

và tốn nhiều thời gian. Do đó cách tính đơn giản theo hướng dẫn của ISO/WD 13530 được

lựa chọn, theo cách này IDL được định nghĩa là nồng độ của chất phân tích cho tỉ lệ tín

hiệu / nhiễu bằng 3 (S/N=3). IQL thường được lấy bằng 3 lần IDL hay là nồng độ chất

phân tích cho tỉ lệ tín hiệu / nhiễu bằng 10 (S/N=10). Trong đó, S là chiều cao pic và N là

tín hiệu nhiễu trên đường nền.

Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của thiết bị và phương pháp phân tích

- Giới hạn phát hiện (LOD)

Đối với các quá trình sắc ký, LOD là nồng độ nhỏ nhất mà cho tín hiệu/nhiễu (S/N)

bằng 3. Để xác định LOD, trước tiên cần phân tích mẫu (mẫu thực, mẫu thêm chuẩn hoặc

mẫu chuẩn) ở nồng độ thấp còn có thể xuất hiện tín hiệu của chất phân tích và xác định tỉ

lệ tín hiệu chia cho nhiễu.

Trong đó: S là chiều cao tín hiệu của chất phân tích

N là nhiễu đường nền

Trong thực tế thường gặp giới hạn phát hiện của thiết bị (IDL) và giới hạn phát hiện

của phương pháp (MDL) [10]. IDL xác định với dung dịch chuẩn còn MDL xác định trên

nền mẫu thực.

LOD, LOQ được tính theo cách sau:

IDL, MDL =3.S (2.1)

IQL, MQL =10.S (2.2)

Trong đó : S là độ lệch chuẩn của 10 lần phân tích lặp lại mẫu thử

- xi là kết quả phân tích lần thứ i

- là kết quả phân tích trung bình của 10 lần lặp lại.

- N là số lần phân tích

2.4.4. Độ chụm của phương pháp

Độ chụm (độ lặp lại) của phương pháp được xác định qua độ lệch chuẩn (SD) và độ

lệch chuẩn tương đối (RSD%). Công thức tính SD và RSD% như sau:

∑(𝑆𝑖−𝑆𝑡𝑏)2 𝑛−1

SD=√ (2.3)

𝑆𝐷 𝑆𝑡𝑏

RSD (%) = ×100 (2.4)

Trong đó:

Si là diện tích của pic sắc ki thứ i

Stb là diện tích trung bình của n lần phân tích

n là số lần phân tích lặp (n =7)

2.4.5. Độ đúng của phương pháp

Độ đúng được xác định là mức độ gần nhau giữa giá trị trung bình của một dãy lớn

các kết quả thí nghiệm và các giá trị quy chiếu được chấp nhận. Do đó, thước đo độ đúng

thường đánh giá qua sai số tương đối hay bằng cách xác định độ thu hồi qua thêm chuẩn

[10].

Độ thu hồi (H): H ═ × 100 (2.5)

Trong đó:

• H là hiệu suất thu hồi (%)

• Ctt: Nồng độ thực tế của chất phân tích thu được (tính theo đường chuẩn)

• Clt: Nồng độ lý thuyết của chất phân tích tính toán từ lượng chuẩn thêm vào.

Nếu chất chuẩn được thêm vào mẫu từ trước khi xử lý mẫu thì ta có độ đúng của

phương pháp.

Nếu chất chuẩn được thêm vào trước khi bơm vào thiết bị ta có độ thu hồi của thiết

bị.

Độ lặp lại và độ thu hồi đối với nicotine được xác định trên nền mẫu giống với mẫu

thực nhưng không chứa chất phân tích. Mẫu thử được chuẩn bị bằng cách thêm chuẩn

nicotine ở 3 mức nồng độ 1,0; 2,0 và 5,0 µg/mẫu. Mẫu thử được đo lặp lại 10 lần và lấy

giá trị trung bình.

2.5. Tính kết quả

Phương pháp thụ động: Thể tích lấy mẫu được tính với tốc độ trung bình tương đương

(10± 1,8 ml/phút) và tổng thời gian lấy mẫu.

2.5.1. Nồng độ Nicotine (ug/mẫu)

Tổng lượng nicotine phân tích cho mỗi mẫu được tính nhờ công thức :

C mẫu = C đo x V dd (2.6)

lượng nicotine trong mẫu (µg)

C mẫu : C đo : Hàm lượng Nicotine tính theo đường chuẩn (ppm, µg/mL) V dd: thể tích mẫu (mL)

2.5.2. Nồng độ nicotine theo mg/m3

Cmg/m3 = C / V khí (2.7)

Trong đó :

Cmg/m3 : Nồng độ nicotine theo mg/m3 C : lượng nicotine trong mẫu (µg)

thể tích khí lấy (L) V khí :

2.5.3. Hàm lượng nicotine theo ppm

Để có kết quả theo ppm (v/v), sử dụng công thức sau

Cppm = (Cmg/m3 x 24,45 x 1013 x T ) / (Mc x P x 298,16) (2.8)

3: Nồng độ theo mg/m3

Trong đó: Cppm: Nồng độ theo ppm

Cmg/m

24,45: mật độ (dm3 hoặc L) ở 25°C

1013: Áp suất theo mbar ở 25 °C.

298,16: nhiệt độ 25°C theo °K

Mc: trọng lượng phân tử nicotine = 162,23 g/mol

T: Nhiệt độ (° K)

P: Áp suất (mbar)

1013 mbar = 760 mmHg x 1,333224

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Đánh giá phương pháp trên thiết bị GC-NPD

3.1.1. Sắc kí đồ của Nicotine

Với các điều kiện tách sắc kí và phân tích bằng detector NPD được đưa ra ở chương

2-bảng 2.2, dung dịch chuẩn nicotine 2 ppm và quinoline 5 ppm được tiến hành phân tích

lần lượt. Sắc đồ của nicotine và chất nội chuẩn được đưa ra trong hình 3.1.

Hình 63.1. Sắc đồ tách nicotine và quinoline trên cột HP-FFAP

Từ sắc đồ, ta có thời gian lưu của Nicotine là 3,96 phút và Quinoline (IS) là 4,20 phút,

các pic thu được tách khỏi nhau rõ nét, pic đối xứng tốt. Ngoài ra đường nền cũng rất

phẳng, không nhiễu.

3.1.2. Đường chuẩn xác định Nicotine

Từ dung dịch chuẩn của nicotine, chất nội chuẩn quinoline và dung môi n-heptan

pha thành dãy dung dịch chuẩn nicotine có nồng độ từ 0,5-20 mg/L với nồng độ chất nội

chuẩn quinoline là 5 mg/L. Mỗi dung dịch được bơm 3 lần. Tỉ lệ diện tích pic của nicotine

và quinoline trung bình của các lần đo lặp lại (n=3) là số liệu để dựng đường chuẩn sự phụ

thuộc của tỉ lệ diện tích pic vào nồng độ. Tỷ lệ diện tích pic của các chất được biểu diễn

trong bảng 3.1 và hình 3.2.

Bảng 43.1. Sự phụ thuộc tỉ lệ diện tích pic vào nồng độ Nicotine

STT

Nồng độ (ppm)

Tỷ lệ diện tích pic TB

0,5

0,1669

1,0

0,4212

2,0

0,8581

5,0

2,3058

10,0

4,7523

15,0

6,9377

20,0

9,3363

Đường chuẩn nicotine

10.0000

8.0000

c p

y = 0.4697x - 0.0502 R² = 0.9998

6.0000

h c í t

n ệ d

4.0000

ệ

l ỷ T

2.0000

0.0000

10 Nồng độ (mg/l)

Hình 3.2. Đồ thị sự phụ thuộc của diện tích pic vào nồng độ nicotine

Các thông số tính được từ phần mềm Excel cho phương trình của đường chuẩn thu được

như sau:

a = -0,0502 Sa = 0,0314 Pvalue = 0,171

b = 0,4697 Sb = 0,0030

Sy = 0,0563

Tra bảng chuẩn t với bậc tự do f = 6, độ tin cậy 95%, tbảng = 2,447 kết hợp với các

giá trị a, b, Sa, Sb, Sy ở trên thu được phương trình hồi quy đầy đủ xác định Nicotine có

dạng

Y= (0,4697 ±0,0074) X – (0,0502 ± 0,0769)

Trong đó:

Y là tỷ lệ diện tích pic

X là nồng độ của nicotine (ppm).

Phương trình hồi quy thu được có hệ số tương quan tốt R2 = 0,9998 chứng tỏ X và Y

có mối quan hệ tuyến tính.

Trong phương trình hồi quy Y = a + bX, trường hợp lý tưởng xảy ra khi a = 0 (khi

không có chất phân tích thì không có tín hiệu đo). Tuy nhiên, trong thực tế các số liệu phân

tích thường mắc sai số gồm: sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên. Nếu a khác “0” có ý

nghĩa thống kê thì phương pháp phân tích mắc sai số hệ thống. Vì vậy, trước khi sử dụng

đường chuẩn cho chất phân tích công cụ cần kiểm tra xem sự khác nhau giữa giá trị a và

giá trị “0” có ý nghĩa thống kê không.

Khi so sánh a với giá trị 0 ta có Pvalue> 0,05 (Pvalue = 0,171) chứng tỏ a khác 0 không

có nghĩa thống kê và ở độ tin cậy 95% phương pháp phân tích không mắc sai số hệ thống,

có thể xác định được nicotine trên thiết bị GC-NPD.

3.1.3. Giới hạn phát hiện (IDL) và giới hạn định lượng (IQL) của thiết bị

Chuẩn bị 10 mẫu chuẩn chỉ xây dựng trên nền dung môi có nồng độ nicotine 0,3

mg/L. Dựa vào độ lệch chuẩn S xác định giá trị giới hạn phát hiện (IDL) và giới hạn định

lượng (IQL) của thiết bị theo công thức (2.1) và (2.2). Kết quả như bảng 3.2.

STT

Nồng độ spike

0,300 mg/L

Mẫu 1

0,286

Mẫu 2

0,297

Mẫu 3

0,284

Mẫu 4

0,309

Mẫu 5

0,306

Mẫu 6

0,296

Mẫu 7

0,299

Mẫu 8

0,275

Mẫu 9

0,302

Mẫu 10

0,282

0,294

Bảng 53.2. Kết quả xác định IDL, IQL của thiết bị

TB

97,9

H%

0,0112

S

3,83

RSD%

0,034

IDL

0,112

IQL

9,25

TB/IDL

Từ kết quả bảng 3.2, giới hạn phát hiện của thiết bị (IDL) là 0,034 mg/L, IDL thỏa

𝑋𝑡𝑟𝑢𝑛𝑔 𝑏ì𝑛ℎ 𝐿𝑂𝐷

mãn yêu cầu: 5 < < 20 của AOAC và giới hạn định lượng của thiết bị (IQL) là

0,112 mg/L.

3.1.4. Độ lặp và độ tái lặp của tín hiệu phân tích

Để đánh giá độ lặp và độ tái lặp của tín hiệu phân tích trong ngày và giữa các ngày,

dung dịch chuẩn được phân tích lặp ba lần trong một ngày và tiến hành liên tục trong 4

ngày (phụ lục 1 phần PL1.1a và PL1.1b). Tính Tỉ lệ diện tích pic của chất phân tích so với

chất nội chuẩn, độ lệch chuẩn tương đối của tín hiệu phân tích trong ngày và giữa các ngày

được biểu diễn trong bảng 3.3.

Bảng 63.3. Độ lệch chuẩn tương đối của tín hiệu đo trong ngày và giữa các ngày

Chất phân tích RSD (%)

Độ lặp lại trong ngày (n=3) Độ lặp lại giữa các ngày (n=12)

Nicotine 1,00 5,44

Giá trị độ lệch chuẩn tương đối của tín hiệu phân tích trong ngày và liên ngày dao

động trong khoảng từ 1,00 % đến 5,44 %, đáp ứng yêu cầu cho phép của RSD ở mức nồng

độ 100ppb-10ppm là nhỏ hơn 10% theo AOAC International, cho thấy phương pháp GC-

NPD sử dụng trong nghiên cứu có độ ổn định và có độ lặp lại cao.

3.2. Khảo sát vật liệu hấp phụ

3.2.1. Khảo sát vật liệu mang

Để tách chọn lọc và hiệu quả nicotine từ mẫu không khí, trước hết khảo sát loại vật

liệu màng hấp phụ bao gồm màng Quartz và GF-A (kí hiệu mẫu GA). Mỗi lô phân tích

gồm 5 mẫu giấy lọc mỗi loại, được tẩm NaHSO4 với nồng độ 1%, 4% và 10%. Sau đó thêm

chuẩn 2 ug nicotine/mẫu lên mỗi loại vật liệu, tiến hành phân tích và đánh giá hiệu suất thu

hồi. Mẫu blank là vật liệu đã tẩm NaHSO4 và không thêm chuẩn. Kết quả thu được như

trong bảng 3.4 và 3.5, hình 3.3 và hình 3.4.

Màng lọc

Ngày đầu

Sau 3 ngày

Sau 7 ngày

Sau 14 ngày

95,8

94,5

84,2

96,5

GA 1%

94,3

87,6

86,3

93,2

96,2

90,2

84,2

96,8

95,4

90,8

84,9

95,5

1,002

3,485

1,212

1,997

98,7

88,5

84,2

96,4

GA 4%

97,5

89,2

85,4

95,7

Bảng 73.4. Kết quả khảo sát màng GF-A

99,2

96,0

86,4

82,4

98,5

96,0

88,0

84,0

0,874

0,351

1,457

1,510

98,4

98,2

88,7

84,7

GA 10%

99,6

95,3

84,3

97,3

97,4

88,4

88,6

98,4

97,0

87,1

85,9

1,150

1,498

2,458

2,376

KS màng GF-A

105

GA 1%

GA 4%

GA 10%

100

98.5

95.8

94.2

96 93.9

% H

90.8

88.7

86.6

Ngày đầu

Sau 3 ngày

Sau 7 ngày

Sau 14 ngày

Thời gian lưu mẫu

Hình 73.3. Kết quả khảo sát màng GF-A

Màng lọc

Ngày đầu

Sau 3 ngày

Sau 7 ngày

Sau 14 ngày

95,1

96,5

89,3

84,2

Q 1%

98,6

95,2

87,6

86,3

96,2

97,3

85,2

84,2

96,6

96,3

87,4

84,9

1,790

1,060

2,060

1,212

98,7

96,4

88,5

84,2

Q 4%

97,5

95,7

84,4

85,4

Bảng 3.5. Kết quả khảo sát màng Quartz

99,0

97,1

86,4

86,2

98,4

96,4

86,4

85,3

0,794

0,700

2,050

1,007

98,4

98,2

88,7

84,7

Q 10%

99,6

95,3

84,3

97,3

97,4

88,4

88,6

98,4

97,0

87,1

85,9

1,150

1,498

2,458

2,376

KS màng Quartz

Q 1%

Q 4%

Q 10%

100

99.9

99.6

97.9

96.5

92.2

% H

91.2 89.3

89 88.7 87.9

Ngày đầu

Sau 3 ngày

Sau 7 ngày

Sau 14 ngày

Thời gian lưu mẫu

Hình 83.4. Kết quả khảo sát màng Quartz

Qua kết quả khảo sát cho thấy độ thu hồi của cả ba nồng độ tẩm sau thời gian lưu

mẫu 2 tuần đều >80%. Không có sự khác nhau nhiều về độ thu hồi giữa màng lọc Quartz

và màng lọc GF-A. Do vật liệu Quartz có giá thành cao hơn nhiều so với GF-A nên lựa

chọn GF-A là vật liệu mang cho các nghiên cứu tiếp theo.

3.2.2. Khảo sát nồng độ chất tẩm NaHSO4

Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất tẩm NaHSO4 trên màng GF-A bằng cách thay đổi nồng độ NaHSO4 là 1%, 4% và 10%. Hiệu suất thu hồi tương ứng với 3 nồng độ NaHSO4 tẩm khác nhau khi phân tích trong ngày, sau 3 ngày, sau 1 tuần và sau 2 tuần được cho trong bảng 3.6 và hình 3.5.

Bảng 83.6. Kết quả khảo sát nồng độ chất tẩm trên màng GF-A

Màng lọc

Ngày đầu Sau 3 ngày

Sau 7 ngày

Sau 14 ngày

97,0

93,6

89,3

84,2

GA 1%

97,3

95,4

88,3

86,0

98,0

90,3

93,6

82,3

97,4

93,1

90,4

84,2

0,513

2,587

2,816

1,850

99,2

96,4

93,2

87,2

GA 4%

99,3

94,3

92,5

89,2

97,0

95,2

95,6

86,7

98,5

95,3

93,8

87,7

1,300

1,054

1,626

1,323

Màng lọc

94,6

92,2

91,2

80,2

96,2

86,2

85,2

GA 10%

95,0

90,1

88,7

84,3

95,3

92,8

88,7

83,2

0,833

3,099

2,500

2,665

Khảo sát nồng độ chất tẩm

98.5

100.0

97.4

95.3

93.8

95.0

93.1

92.8

90.4

88.7

90.0

87.7

% H

84.2

83.2

85.0

80.0

75.0

Ngày đầu

Sau 3 ngày

Sau 7 ngày

Sau 14 ngày

GA 1%

GA 4%

GA 10%

Hình 93.5. Đồ thị phụ thuộc của hiệu suất thu hồi vào nồng độ chất tẩm

Qua kết quả khảo sát, chúng tôi thấy độ thu hồi đối với tất cả các nồng độ NaHSO4

tẩm sau thời gian lưu mẫu 2 tuần đều >80%. Tuy nhiên nồng độ 4% cho kết quả tốt nhất

với hiệu suất thu hồi khi phân tích ngay ngày đầu tiên đạt 98,5%, và sau 2 tuần lưu mẫu

hiệu suất vẫn đạt 87,7%, với độ lệch chuẩn thấp và tương đối ổn định. Vì vậy chúng tôi lựa

chọn nồng độ chất hấp phụ này để tẩm vật liệu lấy mẫu.

3.2.3. Bề mặt các màng GF/A qua ảnh chụp SEM

Để đánh giá về mặt hình ảnh trực quan của lớp chất tẩm NaHSO4 trên màng GF-A.

Tiến hành chụp ảnh SEM màng lọc GF-A đã tẩm NaHSO4 ở ba nồng độ và màng lọc GF-

A không tẩm để thấy sự khác biệt trên bề mặt vật liệu (hình 3.6).

a. GF-A

không

tẩm

NaHSO4

b. GF-A

tẩm

NaHSO4

c. GF-A

tẩm

NaHSO4

d. GF-A

tẩm

NaHSO4

10%

Hình 103.6. Ảnh chụp SEM của vật liệu GF-A chưa tẩm và tẩm NaHSO4 ở các nồng độ

khác nhau.

Từ ảnh chụp SEM, có thể nhận thấy ở nồng độ tẩm NaHSO4 nhỏ 1% (hình 3.6b), các

hạt NaHSO4 phân bố rất thưa thớt, còn ở nồng độ NaHSO4 lớn 10% (hình 3.6d), các hạt

NaHSO4 lại phân tán quá dày đặc, tạo thành các mảng lớn làm giảm diện tích tiếp xúc với

nicotine. Đây là nguyên nhân dẫn đến việc hiệu suất thu hồi nicotine khi sử dụng màng lọc

tẩm NaHSO4 ở các nồng độ này là thấp. Ở nồng độ 4% (hình 3.6-c), các hạt NaHSO4, phân

tán đều và không quá dày đặc trên bề mặt vật liệu GF-A, các hạt NaHSO4 bám thành chùm

nhỏ trên bề mặt sợi thủy tinh, tạo độ xốp trên bề mặt màng lọc nhờ vậy tăng diện tích tiếp

xúc với chất phân tích. Điều này được chứng minh qua kết quả hiệu suất thu hồi trung bình

ở nồng độ này là lớn nhất.

3.2.4. Khảo sát thời gian lưu mẫu

Khảo sát thời gian lưu mẫu trên màng GF-A tẩm NaHSO4 4% bằng cách phân tích

mẫu ở các thời điểm khác nhau: ngay trong ngày, sau 3 ngày, sau 1 tuần và sau 2 tuần lưu

mẫu với các nồng độ thêm chuẩn 0,5 µg, 1,0 và 2,0 ug nicotine /mẫu. Kết quả hiệu suất thu

hồi tương ứng với các thời gian lưu mẫu khác nhau được thể hiện trên hình 3.7.

Khảo sát thời gian lưu mẫu

100.0

95.8

95.0

97.8 96.5 94.8

91.6

90.0

89.9 88.2

88.1

85.9

85.2

% H

85.0

82.9 80.4

80.0

75.0

Ngày đầu

Sau 3 ngày

Sau 7 ngày

Sau 14 ngày

0.5 ug

1 ug

2 ug

Hình 113.7. Đồ thị phụ thuộc của hiệu suất thu hồi vào thời gian lưu mẫu.

Với cả 3 nồng độ nicotine, hiệu suất thu hồi đều giảm sau 2 tuần lưu mẫu, tuy vẫn đạt trên 80%. Với nồng độ chất phân tích càng thấp, hiệu suất thu hồi sau 2 tuần càng giảm.

Để đảm bảo hiệu suất thu hồi cao, nên phân tích mẫu sau khi lấy về càng nhanh càng tốt và không để quá 2 tuần lưu mẫu (hiệu suất tại 0,5 ug nicotine/ mẫu còn 80% sau 2 tuần).

Bảng 13.7. 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

Phương trình

Y= -4,17 X + 102,78

0,969

2,0 ug

Y= -4.42 X + 100,83

0,993

1,0 ug

Y= -4,60 X + 98,63

0,978

0,5 ug

Phương trình biểu diễn hiệu suất thu hồi vào thời gian lưu mẫu được cho trong Bảng

3.7. Kết quả cho thấy hệ số góc tăng dần khi nồng độ giảm. Hệ số góc đều mang dấu (-)

chứng tỏ hàm lượng mẫu càng ngày càng giảm theo thời gian lấy mẫu. Mẫu càng để lâu,

khi phân tích càng bị mất chất, mẫu có nồng độ thấp sẽ có xu hướng mất mẫu nhiều hơn

mẫu có hàm lượng cao.

3.3. Khảo sát quy trình xử lí mẫu

3.3.1. Khảo sát dung môi chiết

Tiến hành khảo sát nồng độ NaOH thích hợp để chuyển nicotine sang nicotine tự do

với hiệu suất cao nhất. Tiến hành khảo sát nồng độ NaOH như sau: 12 mẫu nicotine được

tẩm có hàm lượng 2 µg/mẫu. Sau đó cho 950 µL NaOH mỗi loại NaOH 1M, 2M, 5M và

10 M mỗi nồng độ có 3 mẫu thử). Nồng độ NaOH được lựa chọn sẽ là nồng độ tại đó có

hiệu suất chuyển hóa sang nicotine tự do là tốt nhất. Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ

của dung dịch chiết thu được như bảng 3.8 và hình 3.8.

Bảng 23.8. Hiệu suất thu hồi của nicotine khi thay đổi nồng độ NaOH

NaOH 1M

NaOH 2M

NaOH 5M

NaOH 10M

Hiệu suất thu hồi (%)

71,9

79,5

99,6

87,7

5,29

11,35

9,90

8,39

120

100

99.6

87.7

79.5

71.9

% H

NaOH 1M

NaOH 2M

NaOH 5M

NaOH 10M

Nồng độ NaOH

Hình 123.8. Hiệu suất thu hồi nicotine khi thay đổi nồng độ NaOH

Từ kết quả trên cho thấy khả năng chuyển nicotine sang dạng tự do tốt nhất là khi sử

dụng dung dịch NaOH 5M với hiệu suất 99,6% và độ lệch chuẩn 9,90. Vì vậy lựa chọn

NaOH 5M để xử lí mẫu.

3.3.2. Khảo sát thời gian lắc

Để tìm được thời gian lắc mẫu phù hợp để chuyển được hết nicotine từ giấy tẩm ra

dung dịch NaOH, tiến hành lắc mẫu ở các thời gian 1 phút, 3 phút, 5 phút với các mẫu có

hàm lượng 2 µg/L được lưu trong 1 ngày, 3 ngày, 7 ngày và 14 ngày. Hiệu suất thu hồi

tương ứng với các thời gian lắc khác nhau được biểu diễn trong Hình 3.9.

Khảo sát thời gian lắc

98.7

98.4

100.0

97.0

96.4

96.3

95.0

90.0

87.4

87.1

86.4

85.9

85.3

% H

84.9

85.0

80.0

75.0

Ngày đầu

Sau 3 ngày

Sau 7 ngày

Sau 14 ngày

1 phút

3 phút

5 phút

Hình 133.9. Kết quả khảo sát thời gian lắc

Kết quả khảo sát thời gian lắc cho thấy với tất cả các mẫu, hiệu suất thu hồi trung bình

đối với các thời gian lắc 1 phút, 3 phút và 5 phút không khác nhau nhiều, cho thấy thời

gian lắc 1 phút đã đủ để chuyển hết nicotine từ giấy tẩm ra dung dịch NaOH. Vì vậy để tiết

kiệm thời gian phân tích lựa chọn thời gian lắc mẫu là 1 phút.

3.3.3. Khảo sát thời gian quay chiết

Quay chiết nhằm mục đích chuyển pha của nicotine từ NaOH sang n-heptan để đo

trên thiết bị GC-NPD. Tiến hành khảo sát thời gian chiết lỏng- lỏng tương tự như khảo sát

thời gian lắc, với thời gian quay chiết thay đổi từ 5 phút, 10 phút đến 15 phút. Các điều

kiện khác được giữ nguyên và tính toán hiệu suất thu hồi. Kết quả thu được như hình 3.10.

Khảo sát thời gian quay-chiết

98.1

98.0

100.0

96.8

95.6

95.2

93.5

95.0

90.0

87.5

86.7

86.0

85.2

84.9

83.0

85.0

% H

80.0

75.0

70.0

Ngày đầu

Sau 3 ngày

Sau 7 ngày

Sau 14 ngày

5 phút

10 phút

15 phút

Hình 143.10. Kết quả khảo sát thời gian quay chiết

Từ kết quả hình 3.10 cho thấy hiệu suất thu hồi trung bình của các mẫu dao động từ

83,0 đến 98,1 %. Trong đó thời gian quay chiết 5 phút cho hiệu suất thu hồi thấp hơn hai

thời gian quay chiết còn lại. Hiệu suất thu hồi nicotine ở 10 phút và 15 phút không chênh

lệch nhau nhiều. Vì vậy, chúng tôi lựa chọn thời gian quay chiết là 10 phút để rút ngắn hơn

tổng thời gian phân tích mẫu.

Từ quá trình khảo sát thu được quy trình xử lí mẫu như hình 3.11.

Hình 153.11. Sơ đồ khối quy trình xử lí mẫu nicotine

3.4. Đánh giá phương pháp trên nền mẫu khí

3.4.1. Kết quả các thí nghiệm với mẫu trắng

Mẫu trắng thiết bị: bơm 1 µL dung môi n-heptan vào hệ thống GC-NPD để kiểm

tra đường nền. Nếu đường nền cao và không ổn định hoặc xuất hiện các pic lạ thì kéo dài

thời gian duy trì nhiệt độ cột ở 250oC trong 7 phút. Lặp lại thao tác bơm 1 µL dung môi n-

heptan và kiểm tra đến khi đường nền ổn định mới có thể bơm các mẫu khác.

Mẫu trắng quá trình: mẫu được làm kèm theo trong tất cả các đợt phân tích. Mẫu

trắng quá trình là mẫu không chứa chất phân tích, chỉ được thêm chất nội chuẩn và được

phân tích theo quy trình khảo sát độ thu hồi hoặc phân tích mẫu thật để loại bỏ sự nhiễm

bẩn của môi trường, dụng cụ, hóa chất…Đối với mẫu trắng lấy ở các cơ sở sản xuất, lấy ở

khu vực xung quanh hoặc văn phòng mà không có các nguồn phát sinh chất phân tích. Thời

gian và các điều kiện khác tương tự lấy mẫu thực.

Sắc đồ mẫu trắng thiết bị và mẫu trắng quá trình thu được đều không có sự xuất hiện

của các pic của chất phân tích và đường nền tương đối ổn định (phụ lục 1 phần PL1.2a và

PL1.2b). Đối với thiết bị phân tích, cột tách là cột mới được sử dụng nên yếu tố nhiễm bẩn

rất hạn chế, đồng thời kéo dài thời gian phân tích khoảng 3 phút ở nhiệt độ khoảng 250oC

sau khi các chất phân tích đã ra hết để loại bỏ các tạp chất gây nhiễm bẩn còn sót lại trên

cột. Các dung môi sử dụng trong quy trình xử lí mẫu đều có độ tinh khiết cao, đồng thời

các dung môi và hóa chất đều được mua từ các hãng sản xuất uy tín trên thế giới nên rất

đáng tin cậy. Các dụng cụ thủy tinh đều được rửa sạch bằng cách rung siêu âm với xà

phòng, rửa lại bằng nước, tráng nước cất, để khô và tráng bằng n-heptan trước khi sử dụng

để phân tích mẫu để đảm bảo độ sạch cho mẫu.

3.4.2. Xây dựng đường chuẩn

Xây dựng dãy mẫu chuẩn có nồng độ nicotine từ 0,5-20 mg/L và nồng độ chất nội

chuẩn quinoline là 5 mg/L bằng cách thêm chất chuẩn và chất nội chuẩn vào nền mẫu

không chứa chất phân tích (tẩm vào màng hấp phụ). Mỗi dung dịch được bơm 3 lần. Tỷ lệ

diện tích pic trung bình của các lần đo lặp lại (n=3) là số liệu để dựng đường chuẩn sự phụ

thuộc của tỷ lệ diện tích pic vào nồng độ nicotine. Kết quả thu được trong bảng 3.9.

STT

Tỷ lệ diện tích pic TB

Nồng độ (mg/L)

0,5

0,1713

1,0

0,4111

2,0

0,8645

5,0

2,2120

10,0

4,5731

15,0

6,6965

20,0

8,9890

Bảng 3.9. Sự phụ thuộc diện tích pic vào nồng độ nicotine

Đường chuẩn nicotine mẫu khí

10.0000

8.0000

c p

y = 0.4517x - 0.0354 R² = 0.9998

6.0000

h c í t

n ệ d

4.0000

ệ

l ỷ T

2.0000

0.0000

10 Nồng độ (mg/l)

Hình 163.12. Đồ thị sự phụ thuộc của diện tích pic vào nồng độ nicotine

Các thông số của phương trình đường chuẩn tính được từ phần mềm Excel như sau:

a = -0,0354 Sa = 0,0261 Pvalue = 0,232

b = 0,4517 Sb = 0,0025

Tra bảng chuẩn t với bậc tự do f = 6, độ tin cậy 95% có tbảng = 2,447 kết hợp với các

Sy = 0,0467

giá trị a, b, Sa, Sb, Sy ở trên thu được phương trình hồi quy đầy đủ xác định Nicotine:

Y= (0,4517 ± 0,0061) X - (0,0354 ± 0,0638)

Trong đó:

Y là tỷ lệ diện tích pic

X là nồng độ của nicotine (ppm).

Phương trình hồi quy thu được có hệ số tương quan tốt R2 =0,9998 chứng tỏ X và Y

tuyến tính với nhau.

Khi so sánh a với giá trị 0 ta có Pvalue> 0,05 (Pvalue = 0,232) chứng tỏ a khác 0 không

có nghĩa thống kê và ở độ tin cậy 95% phương pháp phân tích không mắc sai số hệ thống,

có thể dùng phương pháp này xác định được nicotine trong mẫu thực.

Từ kết quả của mục 3.1.2 và mục 3.4.2, ta thấy 2 hệ số góc của 2 phương trình đường

chuẩn xây dựng với dung môi và trên nền mẫu trắng khác nhau không đáng kể, tỉ lệ = 1,04

cho thấy nền mẫu không ảnh hưởng nhiều đến kết quả xác định nicotine. Do đó khi phân

tích xác định hàm lượng nicotine trong mẫu không khí có thể sử dụng đường chuẩn xây

dựng với dung môi.

3.4.3. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp

Thêm chuẩn một loạt 10 mẫu có nồng độ nicotine 0,4 mg/L (tương đương 0,4

ug/mẫu) lên màng lọc GF-A đã tẩm NaHSO4 4%. Dựa vào độ lệch chuẩn S xác định được

qua phân tích nồng độ nicotine trong 10 mẫu ta tính toán giá trị giới hạn phát hiện (LOD)

và giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp theo công thức (2.1) và (2.2). Kết quả như

bảng 3.10.

STT

Nồng độ spike

0,400 (µg/mẫu)

Mẫu 1

0,316

Mẫu 2

0,319

Mẫu 3

0,327

Mẫu 4

0,354

Mẫu 5

0,353

Mẫu 6

0,356

Mẫu 7

0,378

Mẫu 8

0,380

Mẫu 9

0,369

Mẫu 10

0,325

0,348

86,9

0,0243

RSD%

6,99

LOD

0,073

LOQ

0,243

TB/LOQ

5,07

Bảng 3.10. Kết quả xác định LOD và LOQ của phương pháp

Từ kết quả bảng 3.10 ta có giới hạn phát hiện của phương pháp (MDL) là 0,073

𝑋𝑡𝑟𝑢𝑛𝑔 𝑏ì𝑛ℎ 𝐿𝑂𝐷

mg/L hay 0,073 µg/mẫu. LOD thỏa mãn yêu cầu: 5 < < 20 theo AOAC. Tương

ứng ta có giới hạn định lượng của phương pháp (MQL) là 0,243 µg/mẫu.

3.4.4. Độ lặp và độ thu hồi của phương pháp

Độ lặp lại và độ thu hồi đối với nicotine được xác định trên nền mẫu giống với mẫu

thực nhưng không chứa chất phân tích. Các mẫu được lấy lặp tại cùng một ví trí trong cùng

một khoảng thời gian. Mẫu thử được chuẩn bị bằng cách thêm chuẩn nicotine ở 3 mức

nồng độ 1,0; 2,0 và 5,0 µg/mẫu. Mẫu thử được đo lặp lại 10 lần và lấy giá trị trung bình.

Kết quả thu được như bảng 3.11.

Bảng 3.11. Kết quả xác định độ lặp và độ thu hồi của phương pháp

1 (µg/mẫu)

2 (µg/mẫu)

5 (µg/mẫu)

0,971

2,068

5,109

1,101

1,749

5,02

1,056

2,047

5,068

0,944

1,994

5,169

1,028

1,931

4,961

1,024

2,029

5,204

0,926

2,006

4,836

1,123

1,895

5,045

1,109

1,878

5,109

L10

1,122

1,988

4,986

S

0,074

0,097

0,107

TB

1,040

1,959

5,051

H%

104,0

97,9

101,0

RSD %

7,144

4,943

2,127

Kết quả thu được ở bảng 3.11 cho thấy độ lệch chuẩn tương đối thấp dao động từ 2,1

đến 7,1 %, độ thu hồi tương đối tốt từ 97,9% đến 104,0 %. Như vậy, phương pháp có độ

chụm và độ đúng tốt phù hợp với AOAC.

3.5. Phân tích mẫu thực tế

Quy trình phân tích được áp dụng phân tích 43 mẫu nicotine lấy tại một số cơ sở sản

xuất thuốc lá bằng phương pháp lấy mẫu cá nhân và hấp phụ thụ động trong 4h. Nếu thể

tích lấy mẫu được tính với tốc độ trung bình tương đương (10± 1.8 ml/phút) thì tổng thể

tích mẫu thu được trong 4h là 2,4 ± 0,4 lít. Kết quả phân tích mẫu thu được như bảng 3.12

và hình 3.13 và hình 3.14.

Bảng 43.12. Kết quả phân tích nicotine trong mẫu thực tế

Mẫu

ug/mẫu

mg/m3

Vị trí lấy mẫu

0,337

0,140

May bao ZBU3A

0,589

0,245

Khu may bao

0,309

0,129

May bao

15,363

Máy xe điếu-PXS

6,401

16,267

Máy xe điếu-PXS

6,778

9,640

Sấy sợi-PXS

4,017

6,523

Sấy sợi-PXS

2,718

3,552

Tách sợi-PXS

1,480

3,360

Tách sợi-PXS

1,400

M10

3,008

Phơi sợi-PXS

1,253

M11

3,050

Phơi sợi-PXS

1,271

M12

3,508

Phơi sợi-PXS

1,462

M13

1,590

Hút sợi-PXS

0,663

M14

2,324

Hút sợi-PXS

0,968

M15

1,596

Hút sợi-PXS

0,665

M16

2,043

Phân xưởng sợi

0,851

M17

3,547

Phân xưởng sợi

1,478

M18

5,123

Phân xưởng sợi

2,135

M19

4,507

Phân xưởng sợi

1,878

M20

2,050

Phân xưởng sợi

0,854

M21

5,556

Phân xưởng sợi

2,315

M22

3,304

Phân xưởng sợi

1,377

Phân xưởng sợi

M23

3,479

1,450

Phân xưởng sợi

M24

1,807

0,753

Phân xưởng sợi

M25

2,610

1,088

Cuốn điếu

M26

0,405

0,169

Cuốn điếu

M27

0,724

0,302

Cuốn điếu

M28

0,866

0,361

Máy cuốn điếu YJ14

M29

0,121

0,050

Cuốn 37

M30

0,723

0,301

Cuốn 4

M31

0,468

0,195

Cuốn 8

M32

0,885

0,369

Máy cuốn Molins

M33

0,562

0,234

Cuốn 4

M34

1,791

0,330

Máy cuốn

M35

0,708

0,295

Máy cuốn

M36

0,849

0,354

Cuốn xì gà

M37

1,033

0,430

Máy 02

M38

3,734

1,556

Máy 47

M39

1,973

0,822

Máy 45

M40

1,595

0,665

Hút sợi

M41

0,561

0,234

Cửa số 3

M42

2,155

0,898

TQ3

M43

1,573

0,655

Kết quả cho thấy hàm lượng Nicotine trong 43 mẫu đã lấy dao động trong khoảng

0,12- 15,36 µg/mẫu. Trong đó có 23 mẫu có hàm lượng nicotine từ 1,0-5,0 µg/mẫu chiếm

53%, 6 mẫu từ 5,0-15,4 µg/mẫu chiếm 14% và 14 mẫu < 1 µg/mẫu chiếm 33%.

Kết quả hàm lượng nicotine (%)

< 1 ug

01-05 ug

5-15 ug

Hình 173.13. Kết quả nicotine trong môi trường lao động của một số nhà máy sản xuất thuốc lá.

3 m / g m

Mẫu

Hình 183.14. Kết quả phân tích 43 mẫu nicotine ở một số nhà máy sản xuất thuốc lá

Kết quả phân tích cho thấy có 27/43 (chiểm 62,8%) mẫu có hàm lượng nicotine

trung bình cao hơn 0,5 mg/m3 (giới hạn quy định nicotine trong môi trường khu vực làm

việc ở Việt Nam và một số quốc gia trên thế giới). Trong đó hàm lượng nicotine cao ở phân

xưởng sợi, khu vực xe điếu có hàm lượng cao nhất (>6 mg/m3) cao gấp 12 lần quy chuẩn

quy định (QCVN 03:2019/BYT). Phân xưởng sợi diễn ra quá trình thái sợi lá thuốc lá, sau

đó làm ẩm và sấy sợi. Quá trình sấy có phần gia nhiệt sẽ làm bay hơi và phát tán nicotine

nhiều hơn các quy trình sản xuất khác. Để hạn chế được nicotine tích tụ trong phân xưởng

có thể làm thông thoáng không khí nhờ hệ thống quạt hút thông gió hoặc khoanh vùng, che

chắn những quá trình phát sinh nhiều nicotine và lắp hệ thống hút không khí tại khu vực

đó ra khu xử lí khí thải.

KẾT LUẬN

Qua quá trình nghiên cứu, tiến hành thí nghiệm, xử lí và đánh giá các kết quả, luận

văn đã đạt được những kết quả cơ bản sau:

1. Đã đánh giá phương pháp xác định nicotin trên thiết bị GC-NPD: IDL=0,034

mg/l, IQL=0,112 mg/l và RSD% <10% (từ 1,00-5,44%)

2. Đã khảo sát vật liệu hấp thu và tìm được vật liệu tối ưu là màng lọc GF/A tẩm

NaHSO4 4%.

3. Đã khảo sát được quy trình xử lí mẫu: Chiết bằng NaOH 5M để chuyển nicotine

sang nicotine tự do, lắc trong vòng 1 phút. Sau đó thêm vào mẫu phân tích 1 ml

n-heptan. Chiết lỏng- lỏng 10 phút (quay chiết) để chuyển nicotine sang pha hữu

cơ. Sau khi quay chiết, tiếp tục quay li tâm 3 phút (2000 vòng/phút), lấy phần

dung môi bên trên (n-heptan) để đo trên thiết bị GC-NPD.

4. Phương pháp sắc kí khí GC-NPD được ứng dụng để xác định nicotine có giới hạn

phát hiện 0,073 µg/ mẫu (0,030 mg/m3) và giới hạn định lượng là 0,243 µg/ mẫu

(0,101 mg/m3) với độ chính xác và độ lặp lại tốt, độ thu hồi từ 97,9% đến 104,0

%, RSD từ 2,1 đến 7,1 %.

5. Đã phân tích 43 mẫu thực tế. Kết quả cho thấy hàm lượng nicotine nằm trong

khoảng 0,1- 15,4 µg/mẫu (tương đương 0,04-6,42 mg/m3), có 62,8% mẫu

nicotine có hàm lượng >0,5 mg/m3. Trong cùng địa điểm lấy mẫu thì phân xưởng

sợi cho kết quả nicotine cao hơn các khu vực khác.

Kết quả nghiên cứu của luận văn chứng tỏ phương pháp GC-NPD phù hợp để xác

định nicotine trong không khí khu vực lao động bằng phương pháp lấy mẫu hấp thu thụ

động.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Lê Huy Bá (2008), Độc chất môi trường, NXB Khoa học và kỹ thuật. 2. Hà Huy Kỳ (1996), Nghiên cứu một số khía cạnh bệnh học bệnh nghề nghiệp và bổ sung danh mục bệnh nghề nghiệp được bảo hiểm, Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ, tr.

21-25.

3. Hà Huy Kỳ, Vũ Khánh Vân (2001), Nghiên cứu ứng dụng phương pháp định lượng cotinin trong nước tiểu. Xác định hàm lượng cotinin ở những người tiếp xúc nghề nghiệp trong sản xuất thuốc lá và những người không tiếp xúc, Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ.

4. Đặng Ngọc Trúc, Phạm Đắc Thủy, Phạm Minh Khôi (1997), Hướng dẫn giám định 21 bệnh nghề

nghiệp được bảo hiểm. Viện giám định y khoa, Bộ Y Tế, tr. 128-134, 320-326.

5. Lại Thị Thu Trang (2017), Bài giảng sắc ký lỏng hiệu năng cao, Trường Đại học Y Thái Bình 6. Lê Trung (1987) “Nhiễm độc Nicotin nghề nghiệp”, Bệnh nghề nghiệp, tập I, Nhà xuất bản Y

học, tr. 241 - 250.

7. Nguyễn Văn Ri (2014), Các phương pháp tách, Giáo trình giảng dạy dành cho sinh viên chuyên

ngành Hóa Phân tích, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội.

8. Tạ Thị Thảo (2013), Bài giảng chuyên đề thống kê trong hóa phân tích, Giáo trình giảng dạy dành cho sinh viên chuyên ngành Hóa Phân tích, Trường ĐH Khoa học Tự Nhiên Hà Nội. 9. Viện Y học lao động và Vệ sinh môi trường - Bộ Y Tế (1997), 21 bệnh nghề nghiệp được bảo

hiểm, tr. 399 - 416.

Tiếng Anh 10. Ahmad El-Hellani, Rachel El-Hage, Rima Baalbaki, Soha Talih, Alan Shihadeh, Najat Saliba (2015) “Quantification of free- base and protonated nicotine in electronic cigarette liquids and aerosol emissions”, Chem Res Toxicol, 28(8), 1532-1537.

11. Ákos Kuki, Lajos Nagy, Tibor Nagy, Miklós Zsuga, Sándor Kéki (2015) “Detection of nicotine as an indicator of tobacco smoke by direct analysis in real time (DART) tandem mass spectrometry”, Atmospheric Environment 100, 74-77.

12. Amagai T, Bai H, Wang Q, Miyake Y, Noguchi M and Nakai S (2015) “ Determination of nicotine exposure using passive sampler and high performanve liquid chromatography’’, Pharm Anal Acta 2015, Volume 6, issue 7, 1000399.

13.

14.

Aseem Mishra, Pankaj Chaturvedi, Sourav Datta, Snita Sinukumar, Poonam Joshi, Apurva Garg (2015) “Harmful effect of nicotine”, India J Med Paediatr Oncol, 36 (1), 24-31. Institute for Occupational Safety and Health of the German Social Accident Insurance http://limitvalue.ifa.dguv.de/WebForm_gw2.aspx

15. ASTM D5075- 01 : 2001: Standard test method for nicotine and 3-ethenylpyridine in indoor air.

16. ISO 18145 : 2000: Environmental tobacco smoke-Determinaiton of vapour phase nicotine and

3-ethenylpyridine in air- Gas chromatographic method.

17. Hailemariam Kassa, Alenmnew Geto, Shimelis Admassie (2013) “Voltammetric determination of nicotine in cigarette tobacco at electrochemically activated glassy carbon electrode”, Chemical

Society of Ethiopia, 27(3), 321-328.

18. H.B.Suffredini, M.C.Santos, D. De Souza, L.Codognoto, P. Homem-de-Mello, K.M. Honorio (2013) “Electrochemical behavior of nicotine studied by voltammetric techniques at Boron- Doped diamond electrodes”, Analytical letters, 38:10, 1587-1599.

19. Hyo Cher Kim, Namm Won Paik, Kyung Suk Lee, Wom Kim (2006) “A comparision of nicotine diffusive and XAD-4 tube for determination of nicotine in ETS’’, Kor. J.Env. Hlth, Vol.

32, No 5, 485-491.

20. Jiang Jinfeng, Zhao Mingyue, Liu Quan (2013) “Rapid analysis of multiple compmonents in

tobacco using the antaris II FT-NIR analyzer”, Thermo scientific, Note: 51370.

21. Jun Dai, Ki-Hyun Kim, Jan E. Szulejko, Sang-Hee Jo (2017) “A simple method for the parallel quantìication of nicotine and major solvent components om electronic cigarette liquids and vaped aerosols” Microchemical Journal 133, 237-245.

22. Khanh Huynh C1, Moix JB, Dubuis A (2008) ‘‘Development and application of the passive

smoking monitor MoNIC’’, Rev Med Suisse; 4(144):430-3.

23. “Method for the determination of nicotine in tobacco smoke in the ambient air” (2013), The

MAK-Collection Part III, Air Monitoring Methods.

24. Mahima Bansal, Manisha Sharma, Chris Bullen, Darren Svirskis (2018) “A stability indiating HPLC method to determine actual content and stability of nicotine within electronic cigarette

liquids”, International journal of Environmental Research and Public Health, 15, 1737. 25. M. Aragón, R.M.Marcé, F.Borrull (2013) “Determination of N-Nitrosamines and nicotine in air particulate matter samples by presurised liquid extraction and gas chromatography-ion trap tandem mass spectrometry”, Talanta 115, 896-901.

26. Michelle R. Peace, Tyson R.Baird, Nathaniel Smith, Carl E.Wolf, Junstin L.Poklis, Alphonse Poklis (2016) “Concentration of Nicotine and Glycols in 27 Electronic Cigarette

Formulations”, Joumal of Analytical Toxicology, 40, 403-407.

27. Michael Wogden and Katherine C. Malolo (1992) ‘‘Comparative evaluation of diffusive and active sampling systems for determining airborne nicotine and 3-ethennulpyrine’’ Envion.Sci. Technol, 26, 1226-1234.

28. Miki Nakajima and Tsuyohi Yokoi (2005) “Interindividual variability in nicotine metabolism

C-Oxidation and glucuronidation”, Drug Metab, Pharmacokinet 20(4), 227-235.

29. N.Cennamo, G.D’Agostino, M.Pesavento, L.Zeni (2014) “High selectivity and sensitivity sensor based on MIP and SPR in tapered plastic optical fiber for the detection of L-nicotine”,

Sensors and Actuators B 191, 529-536.

30. Nicotine: method NIOSH 2544 (1994). Manual of analytical method (NMAM): fourth

edition.

31. Otto Grubner, Melvin W. First, Gary L.Huber (1980) “Gas choromatographic determination of nicotine in gases and liquids with suppression of adsorption effects” Analytical chemistry, Vol.52, No.11.

32. Tina M.Hernandez, Boussard and Pierr Hainaut (1998), Specific Spectrum of p53. Mutation in lang cancer from smokers: Review of Mutations Compiled in the IARC p.53 databases,

Environmental health perspectives, p. 385-391.

33. Sarah Rajkumar, Cong Khanh Huynh, Georg F Bauer, Susanne Hofmann, Martin Roosli (2013) “Impact of a smoking ban in hospitaliy venues on second hand smoke exposure: a comparison of exposure assessment methods’’, BMC public health 2013, 13:536.

34. Sarah Rajkumar, Daiana Stolz, Jurg Hammer, Alexander Moeller, Georg F. Bauer, Cong Khanh Huynh, Martin Roosli (2014) “Effect of a smoking ban on respiratory health in

nonsmoking hospitality workers’’, JOEM, Volume 56, number 10.

35. Slotkin TA, Seidler FJ, Spindel ER (2011) “Prenatal nicotine exposure in rhesus monkeys compromises development of brainstem and cardiac monoamine pathways involved in perinatal adaptation and sudden infant death syndrome: Amelioration by vitamin C”

Neurotoxicol Teratol; 33:431-4.

36. Spaiuc D, Spac AF, Agoroaei L, Dorneanu V, Butnaru E (2012) “Development and validation of a GC-MS method for determination of nicotine in tobacco” Rev Med Chir Soc Med Nat Iasi, 116(2):611-6.

37. Stepanov I, Carmella SG, Briggs A, Hertsgaard L, Lindgren B, Hatsukami D (2009), et al. Presence of the carcinogen N'-nitrosonornicotine in the urine of some users of oral nicotine

replacement therapy products. Cancer Res 69: 8236-40.

38. Todd Pagano, Susan Smith Pagano, Risa Robinson (2015) “Analysis of nicotine in electronic cigarettes using gas chromatoghaphy-mass Spectrometry”, Rochester Institute of Technology Rochester, New York.

39. Vinit V.Gholap, Leon Kosmider, Matthew S. Halquist (2018) “ A standardized approach to quantitative analysis of nicotine in e-liquids based on peak purity criteria using High-

perfomance liquid chromatography”, Journal of Analytical Methods in Chemistry, Vol 2018, ID 1720375.

40. X N Wei, Y Liu, Y L Tang (2018) “Nicotine content of tobacco leaf estimated by UV spectrum” 4th International Conference on Agricultural and Biological Sciences, Series:

Earth and Environmental Science 185, 012017.

Phụ lục 1. Một số sắc đồ phân tích nicotine

PL1.1. Sắc đồ thí nghiệm đánh giá độ lặp lại và độ tái lặp của tín hiệu trong ngày và giữa các ngày

a. Sắc đồ đánh giá độ lặp lại của tín hiệu trong ngày (n=3) của mẫu có nồng độ 1 mg/l

và 5 mg/l.

b. Sắc đồ đánh giá độ lặp lại của tín hiệu trong các ngày (n=12) của mẫu có nồng độ 1

mg/l và 5 mg/l.

PL1.2. Sắc đồ phân tích mẫu trắng thiết bị và mẫu trắng quá trình

a. Sắc đồ mẫu trắng thiết bị

b. Sắc đồ mẫu trắng quá trình

PL1.3. Sắc đồ của đường chuẩn

PL1.4. Sắc đồ phân tích một số mẫu nicotine thực tế

Phụ lục 2. Một số hình ảnh về quy trình phân tích nicotine

a. Tẩm giấy

b. Làm khô trong bình dessicator

d. Máy quay chiết, Phoenix RS-RD 5

c. Máy lắc, VELP ZX4

f. Hệ thống máy sắc kí GC-NPD

e. Máy quay li tâm, Hermle Z323K.

Phụ lục 3. Kết quả tính toán trên phần mềm Minitab và excel

Tính toán đường chuẩn khảo sát thiết bị (trong Excel)

Tính toán đường chuẩn trên nền mẫu khí (trong Excel)