Tổng quan nghiên cứu

Crom là một nguyên tố vi lượng phổ biến trong môi trường và thực phẩm, tồn tại chủ yếu dưới hai dạng hóa trị Cr(III) và Cr(VI) với tính chất sinh học và độc tính khác biệt rõ rệt. Cr(III) có vai trò quan trọng trong chuyển hóa đường và protein, hỗ trợ điều tiết insulin, trong khi Cr(VI) là tác nhân gây độc, đột biến gen và ung thư. Nhu cầu hàng ngày của cơ thể với crom dao động khoảng 50 – 200 µg, tuy nhiên sự phơi nhiễm Cr(VI) qua thực phẩm và môi trường có thể gây nguy hại sức khỏe nghiêm trọng. Do đó, việc phân tích chính xác hàm lượng và dạng tồn tại của crom trong thực phẩm, đặc biệt là thực phẩm dành cho trẻ em như sữa bột công thức, là rất cần thiết.

Nghiên cứu tập trung ứng dụng kỹ thuật chiết điểm mù (Cloud Point Extraction - CPE) để tách và làm giàu các dạng crom trong mẫu thực phẩm, kết hợp với phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) nhằm nâng cao độ nhạy và độ chính xác trong phân tích. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện trên các mẫu sữa bột công thức lưu hành tại Hà Nội trong năm 2019. Kỹ thuật CPE được lựa chọn do ưu điểm thân thiện môi trường, sử dụng lượng dung môi ít, chi phí thấp và phù hợp với điều kiện trang thiết bị phòng thí nghiệm hiện nay tại Việt Nam.

Mục tiêu chính của luận văn là xây dựng quy trình phân tích hiệu quả, xác định các điều kiện tối ưu của kỹ thuật chiết điểm mù để phân tích Cr(III), Cr(VI) và tổng crom trong thực phẩm, đồng thời đánh giá độ lặp lại, độ thu hồi và giới hạn phát hiện của phương pháp. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao khả năng kiểm soát an toàn thực phẩm, bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng, đặc biệt là trẻ em.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

  • Lý thuyết về dạng tồn tại của crom: Crom tồn tại chủ yếu ở hai dạng Cr(III) và Cr(VI) với tính chất hóa học và sinh học khác biệt. Cr(III) có vai trò sinh học tích cực, trong khi Cr(VI) có tính độc cao, gây ung thư và đột biến gen. Sự phân biệt và xác định chính xác các dạng này trong thực phẩm là cần thiết để đánh giá nguy cơ sức khỏe.

  • Mô hình kỹ thuật chiết điểm mù (CPE): Dựa trên hiện tượng tách pha của chất hoạt động bề mặt không ion khi đạt đến nhiệt độ điểm mù (cloud point). Phức crom với thuốc thử 1,5-diphenylcarbazide (DPC) được chiết vào pha giàu chất hoạt động bề mặt Triton X-100, tạo điều kiện làm giàu và tách biệt crom khỏi mẫu phức tạp.

  • Khái niệm và nguyên lý quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS): Phương pháp xác định nguyên tố dựa trên sự hấp thụ bức xạ đặc trưng của nguyên tử trong trạng thái hơi tự do. F-AAS sử dụng ngọn lửa để nguyên tử hóa mẫu, đo cường độ hấp thụ tại bước sóng đặc trưng của crom (357,89 nm).

  • Các khái niệm chính: Điểm mù (Cloud Point), nồng độ mixen tới hạn (CMC), hiệu suất chiết, giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ), độ lặp lại, độ thu hồi.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Mẫu nghiên cứu là các mẫu sữa bột công thức dành cho trẻ em được thu thập tại các siêu thị và cửa hàng trên địa bàn Hà Nội trong tháng 3 năm 2019. Mẫu được bảo quản và xử lý theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6400 – 2010.

  • Phương pháp phân tích:

    • Xử lý mẫu bằng phương pháp vô cơ hóa ướt, chuyển mẫu về dạng dung dịch.
    • Tách chiết và làm giàu crom bằng kỹ thuật chiết điểm mù sử dụng chất hoạt động bề mặt Triton X-100 và thuốc thử DPC.
    • Xác định hàm lượng Cr(III), Cr(VI) và tổng crom bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) với bước sóng 357,89 nm.
    • Đánh giá các thông số kỹ thuật như giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng, độ lặp lại và độ thu hồi.

  • Timeline nghiên cứu:

    • Tháng 1-2/2019: Thu thập mẫu và chuẩn bị hóa chất, thiết bị.
    • Tháng 3-4/2019: Khảo sát và tối ưu các điều kiện chiết điểm mù (pH, nồng độ DPC, Triton X-100, nhiệt độ, thời gian đun cách thủy, thời gian ly tâm).
    • Tháng 5/2019: Xây dựng đường chuẩn, đánh giá độ nhạy và độ chính xác của phương pháp.
    • Tháng 6/2019: Phân tích mẫu thực tế, tổng hợp kết quả và hoàn thiện luận văn.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Lấy tối thiểu 100 g mỗi mẫu sữa bột, lựa chọn ngẫu nhiên tại các điểm bán lẻ nhằm đảm bảo tính đại diện.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Điều kiện tối ưu của kỹ thuật chiết điểm mù:

    • pH tối ưu để tạo phức DPC-Cr(VI) là khoảng 2,0 – 3,0, đảm bảo hiệu suất chiết đạt trên 95%.
    • Nồng độ DPC 0,1% (w/v) và Triton X-100 2% (v/v) được xác định là phù hợp để tạo phức và pha giàu chất hoạt động bề mặt.
    • Nhiệt độ đun cách thủy tối ưu là 65°C trong 15 phút, thời gian ly tâm 15 phút cho hiệu suất chiết trên 90%.
    • Giới hạn phát hiện (LOD) của phương pháp đạt khoảng 0,01 µg/L cho Cr(VI), giới hạn định lượng (LOQ) khoảng 0,03 µg/L.

  2. Độ lặp lại và độ thu hồi:

    • Độ lặp lại của phương pháp với 7 lần đo lặp lại mẫu chuẩn Cr(VI) 0,1 µg/g cho kết quả sai số chuẩn tương đối dưới 3%.
    • Độ thu hồi của phương pháp trong mẫu sữa bột đạt từ 92% đến 98%, chứng tỏ độ chính xác và khả năng tái tạo cao.

  3. Kết quả phân tích mẫu thực tế:

    • Hàm lượng Cr tổng trong các mẫu sữa bột dao động từ 0,05 đến 0,15 µg/g.
    • Hàm lượng Cr(VI) rất thấp, dưới giới hạn phát hiện hoặc chỉ chiếm dưới 5% tổng crom, phù hợp với tiêu chuẩn an toàn thực phẩm.
    • So sánh với các phương pháp khác như ICP-MS, sai số không vượt quá 5%, khẳng định tính tin cậy của phương pháp CPE-F-AAS.

Thảo luận kết quả

Kỹ thuật chiết điểm mù đã chứng minh hiệu quả cao trong việc tách và làm giàu các dạng crom trong mẫu thực phẩm phức tạp như sữa bột công thức. Việc lựa chọn Triton X-100 làm chất hoạt động bề mặt không ion và DPC làm thuốc thử tạo phức giúp tăng độ chọn lọc và nhạy của phương pháp. Các điều kiện tối ưu được xác định phù hợp với đặc tính hóa học của crom và tính chất mẫu, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng của các yếu tố nhiễu.

So với các phương pháp truyền thống như chiết lỏng-lỏng hoặc sắc ký, CPE có ưu điểm về chi phí, thân thiện môi trường và thao tác đơn giản. Kết quả phân tích mẫu thực tế cho thấy hàm lượng Cr(VI) trong sữa bột công thức rất thấp, đảm bảo an toàn cho trẻ em, phù hợp với các tiêu chuẩn quốc tế về giới hạn kim loại nặng trong thực phẩm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh hiệu suất chiết theo pH, nồng độ DPC, Triton X-100 và nhiệt độ đun cách thủy, cũng như bảng tổng hợp kết quả phân tích mẫu thực tế và so sánh với các phương pháp khác để minh họa tính ưu việt của phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng rộng rãi kỹ thuật chiết điểm mù trong phân tích thực phẩm: Khuyến khích các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm thực phẩm sử dụng kỹ thuật CPE kết hợp F-AAS để phân tích các dạng crom, nhằm nâng cao độ chính xác và giảm chi phí phân tích trong vòng 6-12 tháng tới.

  2. Xây dựng quy trình chuẩn và đào tạo kỹ thuật viên: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật chiết điểm mù và vận hành thiết bị F-AAS cho cán bộ phòng thí nghiệm nhằm đảm bảo quy trình phân tích được thực hiện đồng nhất và hiệu quả trong 1 năm.

  3. Mở rộng nghiên cứu ứng dụng cho các loại thực phẩm khác: Nghiên cứu áp dụng phương pháp cho các mẫu thực phẩm khác như rau củ, thịt, thủy sản để đánh giá mức độ phơi nhiễm crom, dự kiến thực hiện trong 2 năm tới.

  4. Phát triển hệ thống giám sát an toàn thực phẩm: Sử dụng kết quả phân tích để xây dựng cơ sở dữ liệu về hàm lượng crom trong thực phẩm, hỗ trợ cơ quan quản lý trong việc kiểm soát và ban hành tiêu chuẩn an toàn thực phẩm trong vòng 3 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa phân tích và Hóa môi trường: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật chiết điểm mù và ứng dụng trong phân tích kim loại vi lượng, hỗ trợ phát triển nghiên cứu và học thuật.

  2. Phòng thí nghiệm kiểm nghiệm thực phẩm: Cung cấp quy trình phân tích hiệu quả, chi phí thấp, phù hợp với điều kiện trang thiết bị hiện có, giúp nâng cao chất lượng kiểm nghiệm và đảm bảo an toàn thực phẩm.

  3. Cơ quan quản lý nhà nước về an toàn thực phẩm và môi trường: Thông tin về hàm lượng và dạng tồn tại của crom trong thực phẩm giúp xây dựng chính sách, tiêu chuẩn và giám sát ô nhiễm kim loại nặng.

  4. Doanh nghiệp sản xuất và kinh doanh thực phẩm: Hỗ trợ kiểm soát chất lượng sản phẩm, đảm bảo tuân thủ quy định an toàn, nâng cao uy tín và bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Kỹ thuật chiết điểm mù là gì và ưu điểm của nó so với các phương pháp khác?
    Kỹ thuật chiết điểm mù (CPE) dựa trên hiện tượng tách pha của chất hoạt động bề mặt không ion khi đạt nhiệt độ điểm mù, giúp làm giàu và tách chất phân tích hiệu quả. Ưu điểm gồm sử dụng dung môi ít độc hại, chi phí thấp, thao tác đơn giản và thân thiện môi trường so với chiết lỏng-lỏng truyền thống.

  2. Tại sao cần phân biệt các dạng Cr(III) và Cr(VI) trong thực phẩm?
    Cr(III) có vai trò sinh học tích cực, hỗ trợ chuyển hóa, trong khi Cr(VI) rất độc, gây ung thư và đột biến gen. Phân biệt giúp đánh giá chính xác nguy cơ sức khỏe và đảm bảo an toàn thực phẩm.

  3. Phương pháp F-AAS có độ nhạy như thế nào trong phân tích crom?
    F-AAS có độ nhạy cao, với giới hạn phát hiện khoảng 0,01 µg/L cho Cr(VI) khi kết hợp với kỹ thuật chiết điểm mù, đủ để phân tích hàm lượng siêu vết trong thực phẩm.

  4. Quy trình xử lý mẫu sữa bột như thế nào để phân tích crom?
    Mẫu được vô cơ hóa ướt bằng hỗn hợp axit, chuyển thành dung dịch, sau đó chiết tách crom bằng CPE với DPC và Triton X-100, cuối cùng xác định bằng F-AAS.

  5. Phương pháp này có thể áp dụng cho các loại thực phẩm khác không?
    Có, kỹ thuật chiết điểm mù kết hợp F-AAS có thể áp dụng cho nhiều loại mẫu thực phẩm và môi trường khác nhau, tuy nhiên cần tối ưu điều kiện phù hợp với từng loại mẫu.

Kết luận

  • Kỹ thuật chiết điểm mù kết hợp với phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa là phương pháp hiệu quả, nhạy và thân thiện môi trường để phân tích các dạng crom trong thực phẩm.
  • Các điều kiện tối ưu của CPE được xác định rõ, đảm bảo hiệu suất chiết trên 90%, giới hạn phát hiện thấp, phù hợp với yêu cầu phân tích vi lượng.
  • Phương pháp có độ lặp lại và độ thu hồi cao, kết quả phân tích mẫu sữa bột công thức cho thấy hàm lượng Cr(VI) rất thấp, đảm bảo an toàn cho trẻ em.
  • Nghiên cứu góp phần nâng cao năng lực kiểm soát an toàn thực phẩm và cung cấp cơ sở khoa học cho các cơ quan quản lý và doanh nghiệp.
  • Đề xuất mở rộng ứng dụng phương pháp cho các loại thực phẩm khác và xây dựng hệ thống giám sát hàm lượng crom trong thực phẩm trong tương lai gần.

Quý độc giả và các nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng và phát triển phương pháp này nhằm nâng cao chất lượng phân tích và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.