Tổng quan nghiên cứu

Hexabromocyclododecan (HBCD) là nhóm hợp chất chống cháy chứa brom được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu từ cuối những thập niên 1960 với tổng sản lượng ước tính đạt khoảng 31.000 tấn vào năm 2011. Do đặc tính khó phân hủy sinh học, khả năng tích lũy sinh học cao và độc tính mạn tính trên tuyến giáp và gan, HBCD đã chính thức được đưa vào Phụ lục A của Công ước Stockholm về các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy (POPs) từ năm 2013. Các nghiên cứu dịch tễ học chỉ ra rằng con đường phơi nhiễm HBCD chính ở người trưởng thành bắt nguồn từ thực phẩm, chiếm tới 70% tổng lượng hấp thu hàng ngày (tương đương 200 đến 250 ng/ngày đối với người nặng 70 kg). Thủy sản và các sản phẩm chế biến từ thủy sản là nhóm thực phẩm có nguy cơ tích lũy HBCD cao nhất do hệ số phân bố octanol-nước cao (logP đạt xấp xỉ 5,6) và cơ chế lắng đọng của chất ô nhiễm tại trầm tích tầng đáy thủy vực.

Tại Việt Nam, các phương pháp phân tích HBCD truyền thống chủ yếu dựa trên kỹ thuật chiết Soxhlet kéo dài 8 giờ, tiêu tốn hơn 170 mL dung môi hữu cơ độc hại và quy trình làm sạch phức tạp qua nhiều giai đoạn sắc ký thẩm thấu gel (GPC) hoặc cột silicagel đa tầng. Nhằm khắc phục hạn chế này, nghiên cứu của học viên Nguyễn Song Toàn tại Trường Đại học Dược Hà Nội (thực hiện từ tháng 01 đến tháng 02 năm 2025) đã xây dựng và thẩm định thành công phương pháp định lượng đồng thời ba đồng phân lập thể α-, β- và γ-HBCD trong thủy sản bằng kỹ thuật sắc ký lỏng khối phổ hai lần (LC-MS/MS) kết hợp chiết tách QuEChERS cải tiến. Phương pháp đạt độ nhạy vượt trội với giới hạn định lượng (LOQ) chỉ 0,4 µg/kg, độ thu hồi đạt từ 91,4% đến 108,0% và độ chụm trung gian RSD dưới 4,1%. Kết quả nghiên cứu không chỉ thiết lập một công cụ phân tích hiện đại, tiết kiệm chi phí mà còn tạo cơ sở khoa học quan trọng phục vụ công tác giám sát an toàn thực phẩm quốc gia.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng hóa học phân tích hiện đại và hóa học các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy, tập trung vào ba khung lý thuyết then chốt:

  1. Lý thuyết cấu trúc và đồng phân lập thể HBCD: Hợp chất HBCD thương mại ($C_{12}H_{18}Br_6$, khối lượng phân tử 641,7 g/mol) bao gồm 16 đồng phân lập thể lý thuyết, trong đó ba đồng phân phổ biến nhất trong tự nhiên gồm γ-HBCD (chiếm 75% đến 89%), α-HBCD (chiếm 10% đến 13%) và β-HBCD (chiếm 1% đến 12%). Dưới tác động nhiệt độ trên 190°C trong quá trình sản xuất hoặc phân tích, có hiện tượng chuyển dịch đồng phân nhiệt động lực học chủ yếu sang dạng α-HBCD bền vững hơn (lên tới 78%). Độ tan trong nước giữa các đồng phân chênh lệch rõ rệt (α-HBCD đạt 48,8 µg/L; β-HBCD đạt 14,7 µg/L; γ-HBCD chỉ đạt 2,1 µg/L), dẫn đến sự khác biệt về độc tính và tốc độ tích lũy sinh học.
  2. Lý thuyết ion hóa khối phổ và phân tách sắc ký pha đảo: Phân tích HBCD không thể thực hiện bằng sắc ký khí (GC) do hiện tượng đồng phân hóa nhiệt trong buồng tiêm mẫu, vì vậy kỹ thuật sắc ký lỏng ghép nối khối phổ hai lần (LC-MS/MS) với nguồn ion hóa phun điện tử âm (ESI-) là lựa chọn bắt buộc. Cơ chế phân tách dựa trên tương tác kỵ nước giữa khung cyclododecan thế brom với pha tĩnh C18, cho phép tách chọn lọc ba đồng phân lập thể.
  3. Nguyên lý chiết QuEChERS và hiệu ứng pha loãng đồng vị (Isotope Dilution): Quy trình tách chiết kết hợp hiệu ứng muối析 (salting-out) để tách pha hữu cơ chứa acetonitril khỏi nước, kết hợp làm sạch bằng pha rắn phân tán nhằm loại bỏ lipid. Việc bổ sung chuẩn nội đồng vị cacbon-13 ($^{13}C_{12}$-HBCD) ở nồng độ 0,5 ng/mL ngay từ giai đoạn xử lý mẫu giúp bù trừ triệt để tổn thất phân tích và triệt tiêu ảnh hưởng của nền mẫu (Matrix Effect - ME%), duy trì hệ số ME% dưới ngưỡng quy chuẩn ±15%.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu và cỡ mẫu: Khảo sát thực nghiệm được tiến hành trên 20 mẫu thực tế thu thập ngẫu nhiên tại các chợ dân sinh và siêu thị trên địa bàn Hà Nội trong giai đoạn tháng 01 đến tháng 02 năm 2025. Cỡ mẫu gồm 10 mẫu thủy sản tươi sống (cá nục, cá trứng, cá trắm, cá rô, cá chép, cá rô phi, ốc, ngao, nghêu, hến) và 10 mẫu sản phẩm thủy sản chế biến (chả ốc, chả tôm, tôm hùm đất ăn liền, chả mực, chả tôm thịt, ruốc tôm, thanh cua, chả cá, mực rim me, chả hải sản). Mẫu được lọc lấy phần thịt, da, mỡ ăn được, đồng nhất hóa và bảo quản ở nhiệt độ -4°C.
  • Quy trình xử lý mẫu tối ưu: Cân chính xác 5,0 g mẫu đã đồng nhất vào ống ly tâm 50 mL, thêm 10 mL nước khử ion và 10 mL dung môi chiết acetonitril (ACN), lắc xoáy đều trong 1 phút. Bổ sung hỗn hợp muối chiết không đệm gồm 4,0 g $MgSO_4$ khan và 1,0 g NaCl để kích hoạt quá trình tách pha, lắc 1 phút và ly tâm 6000 vòng/phút trong 5 phút. Hút 1,8 mL dịch chiết hữu cơ, thêm 0,2 mL nước, sau đó cho qua cột chiết pha rắn EMR-Lipid để loại bỏ triệt để chất béo với tốc độ dòng 2 đến 4 giây/giọt, thu lấy dịch trong suốt để nạp vào hệ thống phân tích.
  • Điều kiện phân tích thiết bị: Sử dụng hệ thống HPLC Shimadzu 20 AXL ghép nối đầu dò khối phổ ba tứ cực AB SCIEX Triple Quad 5500. Cột phân tích là Kinetex Core-Shell C18 kích thước 150 mm x 2,1 mm, cỡ hạt 2,6 µm. Pha động gồm kênh A (đệm amoni format 10 mM chứa 0,1% acid formic) và kênh B (Methanol), chạy theo chương trình gradient dung môi với tốc độ dòng 0,5 mL/phút, thể tích tiêm mẫu 10 µL.
  • Thẩm định phương pháp: Tiến hành kiểm chứng toàn diện theo hướng dẫn của Hiệp hội Hóa học Phân tích Chính thức (AOAC 2016) và Quyết định Thực thi của Ủy ban Châu Âu (EC) số 2021/808 về độ đặc hiệu, độ tuyến tính, giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ), độ thu hồi và độ chụm nội bộ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình tối ưu hóa và thẩm định phương pháp định lượng HBCD bằng LC-MS/MS đã mang lại 4 phát hiện quan trọng:

  • Tối ưu hóa khối phổ và sắc ký: Các ion phân tích được giám sát qua hai chuyển dịch khối lượng đặc trưng trong chế độ ion hóa âm: $m/z$ 640,7 $\to$ 80,9 (ion định lượng) và $m/z$ 640,7 $\to$ 78,8 (ion định tính). Đối với chuẩn nội $^{13}C_{12}$-HBCD, các cặp chuyển dịch tương ứng là $m/z$ 652,6 $\to$ 80,8 và $m/z$ 652,6 $\to$ 78,8. Tổng số điểm nhận dạng (IP) theo tiêu chuẩn EC đạt 5,0 điểm (vượt mức yêu cầu tối thiểu là 4,0 điểm). Khi khảo sát pha động, hỗn hợp dung môi Methanol : Nước (90:10) cho độ phân giải sắc ký giữa các peak β-HBCD và γ-HBCD đạt $R_s = 2,48$, vượt trội hơn so với dung môi Acetonitril ($R_s = 2,18$) đồng thời rút ngắn thời gian lưu và tăng độ nhọn của pic sắc ký.
  • Hiệu năng chiết xuất vượt bậc của QuEChERS: So sánh với kỹ thuật chiết Soxhlet cổ điển kéo dài 8 giờ, phương pháp chiết QuEChERS rút ngắn thời gian xử lý xuống dưới 30 phút, giảm lượng dung môi sử dụng hơn 85% và làm tăng cường độ tín hiệu phân tích từ 10% đến 30%. Quy trình làm sạch bằng cột EMR-Lipid chứng minh ưu thế vượt trội khi loại bỏ chọn lọc acid béo mạch thẳng mà không làm thất thoát khung vòng phân tử của HBCD, cho tín hiệu cao hơn đáng kể so với kỹ thuật d-SPE C18 và vi chiết lỏng-lỏng phân tán (DLLME).
  • Thông số thẩm định đạt chuẩn quốc tế: Phương pháp thể hiện tính tuyến tính xuất sắc trong khoảng nồng độ 0,2 đến 20 ng/mL (tương đương 0,4 đến 40 µg/kg trên mẫu thực) với hệ số tương quan $R^2 \ge 0,9995$ và độ chệch nồng độ chuẩn chỉ từ -10,6% đến 6,0%. Giới hạn phát hiện (LOD) đạt 0,2 µg/kg và giới hạn định lượng (LOQ) đạt 0,4 µg/kg ($S/N = 10 - 20$). Độ thu hồi trung bình trên cả hai nền mẫu thủy sản tươi và sản phẩm chế biến ở ba mức nồng độ kiểm tra (0,2 ng/mL; 10 ng/mL; 20 ng/mL) dao động từ 91,4% đến 108,0%. Độ lặp lại có hệ số biến thiên RSD từ 1,3% đến 3,4% và độ chụm trung gian RSD từ 2,8% đến 4,1%, hoàn toàn đáp ứng tiêu chuẩn khắt khe của AOAC (độ thu hồi 80% - 110%, RSD < 15%).
  • Kết quả khảo sát mẫu thực tế tại Hà Nội: Phân tích 20 mẫu thủy sản và sản phẩm thủy sản thương mại ghi nhận 100% mẫu khảo sát đều có hàm lượng HBCD nằm dưới giới hạn phát hiện (< 0,2 µg/kg).

Thảo luận kết quả

Nền mẫu thủy sản chứa hàm lượng lipid và acid béo cao, dễ gây ức chế hoặc tăng cường ion hóa bất thường trong buồng ion hóa khối phổ. Trong thực nghiệm, khi dựng đường chuẩn không sử dụng chuẩn nội, hệ số ảnh hưởng nền mẫu (ME%) lên tới 135,0% đối với α-HBCD; 24,5% đối với β-HBCD và -18,6% đối với γ-HBCD. Tuy nhiên, nhờ bổ sung chuẩn nội đồng vị $^{13}C_{12}$-HBCD, tỷ lệ tín hiệu giữa chất phân tích và chuẩn nội đã giúp triệt tiêu hoàn toàn sai lệch, đưa ME% về mức -2,2% (α-HBCD), -11,7% (β-HBCD) và -1,6% (γ-HBCD). Điều này cho phép phòng kiểm nghiệm sử dụng trực tiếp đường chuẩn pha trong dung môi hữu cơ tinh khiết để định lượng thay vì phải dựng đường chuẩn phức tạp trên dịch chiết nền mẫu trắng.

Các dữ liệu thực nghiệm trong nghiên cứu có thể được minh họa trực quan thông qua biểu đồ cột so sánh tỷ lệ diện tích peak giữa các phương pháp xử lý mẫu (Soxhlet so với QuEChERS) và biểu đồ phân tán kiểm soát độ thu hồi qua các nồng độ thêm chuẩn. Sắc ký đồ MRM tách biệt hoàn toàn ba pic đồng phân α, β, γ-HBCD với đường nền phẳng, không xuất hiện pic nhiễu tại thời gian lưu của chất phân tích.

So sánh với các công bố quốc tế, LOQ 0,4 µg/kg của đề tài tương đương với nghiên cứu của các tác giả tại Châu Âu (dao động từ 0,1 đến 1,0 µg/kg) và thấp hơn rất nhiều so với ngưỡng liều phơi nhiễm có thể gây ảnh hưởng sức khỏe trên người ước tính khoảng 0,75 mg/kg thể trọng do Cơ quan An toàn Thực phẩm Châu Âu (EFSA) công bố. Việc 20 mẫu thực phẩm tại Hà Nội không phát hiện HBCD phản ánh tình trạng ô nhiễm HBCD trong chuỗi phân phối thực phẩm nội địa hiện tại chưa ở mức đáng báo động, phù hợp với đặc điểm địa bàn Hà Nội không tập trung nhiều cơ sở tái chế rác thải điện tử công nghiệp lớn.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nâng cao hiệu quả quản trị rủi ro ô nhiễm hóa chất hữu cơ khó phân hủy trong chuỗi thực phẩm, các giải pháp cụ thể được đề xuất như sau:

  • Ban hành Tiêu chuẩn Quốc gia (TCVN) về kiểm nghiệm HBCD: Bộ Khoa học và Công nghệ phối hợp cùng Viện Kiểm nghiệm An toàn vệ sinh thực phẩm Quốc gia xây dựng và chuẩn hóa quy trình phân tích HBCD bằng LC-MS/MS theo phương pháp QuEChERS - EMR-Lipid thành Tiêu chuẩn Quốc gia trong giai đoạn 2026-2027, giúp đồng bộ hóa năng lực kiểm nghiệm giữa các phòng thử nghiệm trọng điểm trên toàn quốc.
  • Thiết lập mức giới hạn dư lượng tối đa (MRL): Bộ Y tế và Cục An toàn Thực phẩm cần tiến hành nghiên cứu đánh giá nguy cơ toàn diện để ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia quy định ngưỡng dư lượng HBCD tối đa cho phép trong thủy hải sản (khuyến nghị dưới mức 5,0 µg/kg), hoàn thành trước năm 2028 nhằm bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng.
  • Mở rộng phạm vi phân tích đa dư lượng (Multi-residue): Các viện nghiên cứu phân tích độc chất cần tiếp tục phát triển quy trình chiết tách QuEChERS để tích hợp định lượng đồng thời HBCD với các hợp chất chống cháy brom hóa khác như tetrabromobisphenol A (TBBPA), polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) và polychlorinated biphenyls (PCBs) trên cùng một hệ thống phân tích, mục tiêu giảm 50% chi phí hóa chất và nâng cao 40% năng suất phân tích trong lộ trình 2026-2028.
  • Triển khai chương trình giám sát chủ động tại vùng nguy cơ cao: Cục Quản lý Chất lượng Nông lâm sản và Thủy sản cần chủ trì mở rộng quy mô lấy mẫu giám sát định kỳ lên trên 200 mẫu hàng năm tại các khu vực ven biển tập trung nuôi trồng thủy sản xuất khẩu và các vùng lân cận làng nghề tái chế phế liệu, rác thải điện tử trong giai đoạn 2026-2030.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị thực tiễn và học thuật cho 4 nhóm đối tượng chính:

  1. Kiểm nghiệm viên và chuyên viên phân tích độc chất: Các cán bộ làm việc tại các trung tâm kiểm nghiệm dược phẩm, thực phẩm và môi trường có thể trực tiếp áp dụng quy trình chuẩn (SOP) chiết QuEChERS kết hợp cột EMR-Lipid và bộ thông số tối ưu LC-MS/MS để triển khai xét nghiệm thường quy dư lượng HBCD với độ chính xác cao.
  2. Cơ quan quản lý an toàn thực phẩm và hoạch định chính sách: Cục An toàn Thực phẩm, Chi cục Quản lý Chất lượng Nông Lâm sản và Thủy sản sử dụng các dữ liệu độc tính, số liệu khảo sát thực tế và phương pháp thẩm định để làm căn cứ khoa học xây dựng văn bản quy phạm pháp luật, thiết lập rào cản kỹ thuật kiểm soát thực phẩm nhập khẩu.
  3. Doanh nghiệp chế biến và xuất khẩu thủy sản: Đội ngũ quản lý chất lượng (QA/QC) tại các nhà máy chế biến cá, tôm, nhuyễn thể xuất khẩu sang các thị trường khó tính như Liên minh Châu Âu, Hoa Kỳ, Nhật Bản sử dụng tài liệu để kiểm soát dư lượng POPs, đáp ứng các tiêu chuẩn chứng nhận quốc tế.
  4. Giảng viên, học viên sau đại học và nghiên cứu sinh ngành Hóa phân tích - Kiểm nghiệm thuốc: Tài liệu tham khảo hữu ích về phương pháp luận nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện sắc ký khối phổ, kỹ thuật xử lý mẫu xanh và quy trình thẩm định phương pháp phân tích vết theo các tiêu chuẩn quốc tế AOAC và EC.

Câu hỏi thường gặp

HBCD xâm nhập vào chuỗi thực phẩm và tích lũy trong thủy sản qua những con đường nào?
HBCD phát thải ra môi trường trong quá trình sản xuất, sử dụng và phá dỡ các công trình chứa vật liệu cách nhiệt xốp EPS/XPS hoặc vải dệt chống cháy. Hạt bụi chứa HBCD theo nước mưa lắng đọng xuống trầm tích đáy sông biển. Do tính kỵ nước mạnh (logP đạt 5,6), HBCD hấp phụ vào sinh vật phù du và tích lũy sinh học theo chuỗi thức ăn vào các mô mỡ của cá, tôm, nhuyễn thể.

Tại sao không thể sử dụng kỹ thuật sắc ký khí (GC-MS) để định lượng riêng biệt các đồng phân HBCD?
Dưới nhiệt độ cao trên 190°C trong buồng tiêm mẫu của thiết bị sắc ký khí, các đồng phân β-HBCD và γ-HBCD bị chuyển dịch cấu trúc nhiệt động học không thể đảo ngược thành đồng phân α-HBCD. Hiện tượng này làm sai lệch tỷ lệ phân bố tự nhiên của các đồng phân, do đó bắt buộc phải sử dụng sắc ký lỏng pha đảo (LC-MS/MS) ở nhiệt độ phòng để phân tách nguyên vẹn ba đồng phân.

Kỹ thuật xử lý mẫu QuEChERS mang lại ưu điểm gì vượt trội so với phương pháp chiết Soxhlet?
Phương pháp QuEChERS rút ngắn thời gian chiết từ 8 giờ xuống dưới 30 phút, cắt giảm lượng dung môi hữu cơ độc hại từ 170 mL xuống còn 10 mL acetonitril cho mỗi mẫu phân tích. Đồng thời, kỹ thuật này hạn chế tối đa việc đồng chiết chất béo nặng, nâng cao tỷ lệ thu hồi chất phân tích thêm từ 10% đến 30% và cải thiện độ an toàn cho kiểm nghiệm viên.

Vai trò then chốt của chất chuẩn nội đồng vị 13C trong phương pháp phân tích này là gì?
Chuẩn nội đồng vị $^{13}C_{12}$-HBCD có tính chất hóa lý và thời gian lưu sắc ký tương đồng với chất phân tích nhưng có khối lượng phân tử lớn hơn ($m/z$ ion mẹ 652,6). Việc thêm chuẩn nội giúp bù trừ chính xác mọi thất thoát trong quá trình chiết tách và triệt tiêu hiệu ứng nền mẫu (ME% giảm từ 135,0% xuống dưới -11,7%), giúp kiểm nghiệm viên định lượng tin cậy bằng đường chuẩn dung môi.

Vì sao 20 mẫu thực phẩm khảo sát tại Hà Nội đều ghi nhận kết quả không phát hiện HBCD?
Hà Nội không phải là khu vực tập trung các nhà máy sản xuất vật liệu chống cháy hoặc bãi tập kết rác thải điện tử lớn, do đó mức phát thải HBCD ra nguồn nước mặt nội đô còn thấp. Tuy nhiên, để có bức tranh toàn cảnh, cần mở rộng phạm vi lấy mẫu tới các vùng nuôi trồng ven biển hoặc khu vực hạ lưu các khu công nghiệp chế biến nhựa trong các nghiên cứu tiếp theo.

Kết luận

  • Xây dựng thành công phương pháp tiên tiến: Thiết lập hoàn chỉnh quy trình định lượng đồng thời 3 đồng phân lập thể α-, β- và γ-HBCD trong thủy sản bằng kỹ thuật chiết QuEChERS - EMR-Lipid kết hợp đo trên hệ thống LC-MS/MS hiện đại.
  • Đạt hiệu năng phân tích vượt trội: Phương pháp đạt độ nhạy cao với LOQ là 0,4 µg/kg, khoảng tuyến tính rộng 0,2 đến 20 ng/mL ($R^2 \ge 0,9995$), độ thu hồi đạt từ 91,4% đến 108,0% và độ chụm nội bộ rất cao với RSD dưới 4,1%.
  • Đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn quốc tế: Phương pháp thỏa mãn toàn diện các yêu cầu kỹ thuật khắt khe của AOAC 2016 và đạt 5,0 điểm nhận dạng theo Quyết định số 2021/808/EC của Ủy ban Châu Âu.
  • Đánh giá sơ bộ mẫu thực tế: Khảo sát 20 mẫu thủy sản tươi và sản phẩm chế biến tại thị trường Hà Nội năm 2025 cho thấy hàm lượng tồn dư HBCD đều nằm dưới ngưỡng phát hiện (< 0,2 µg/kg), bước đầu phản ánh mức độ an toàn của nguồn thực phẩm thương mại.
  • Định hướng phát triển tương lai: Tạo tiền đề kỹ thuật vững chắc để mở rộng phân tích đa dư lượng các hợp chất POPs (PBDE, TBBPA, PCB) và mở rộng mạng lưới quan trắc chất lượng thực phẩm quy mô lớn trên toàn quốc trong giai đoạn 2026-2030.