Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ Hóa học với đề tài "Phân tích hàm lượng một số dạng crom, mangan trong lá chè trên địa bàn huyện Mộc Châu và huyện Bắc Yên tỉnh Sơn La" do nghiên cứu sinh Lê Sỹ Bình thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Vũ Đức Lợi và PGS. Đào Văn Bảy, bảo vệ tại Học viện Khoa học và Công nghệ thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam năm 2021 (Chuyên ngành: Hóa phân tích, Mã số: 9.18). Công trình được hoàn thành với sự phối hợp nghiên cứu tại Viện Hóa học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) và Trường Đại học Tây Bắc.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Cây chè (Camellia Sinensis) là cây trồng công nghiệp phổ biến và cung cấp thức uống cho hơn bốn tỉ người trên thế giới. Trong lá chè, ngoài các hợp chất hữu cơ có hoạt tính sinh học như polyphenol, flavonoid, catechin và ancaloit, còn tồn tại nhiều nguyên tố khoáng vi lượng, trong đó mangan (Mn) và crom (Cr) giữ vai trò sinh học quan trọng. Tác động của Mn và Cr đối với sức khỏe con người phụ thuộc vào trạng thái oxy hóa và dạng liên kết hóa học của chúng.

Trong nước chè, mangan tồn tại ở hai dạng chính là Mn(II)-flavonoid và Mn(II)-tự do; trong đó dạng liên kết Mn(II)-flavonoid có tác dụng sinh học tích cực hơn. Đối với crom, dạng Cr(III) là nguyên tố vi lượng thiết yếu tham gia vào quá trình chuyển hóa glucose thông qua insulin, trong khi dạng Cr(VI) (ở dạng anion $\text{CrO}_4^{2-}$ hoặc $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$) có tính oxy hóa mạnh, gây tổn thương DNA, đột biến và độc tính cao cho cơ thể người. Do đó, việc chỉ xác định tổng hàm lượng Mn và Cr là chưa phản ánh đầy đủ giá trị dinh dưỡng cũng như mức độ an toàn vệ sinh thực phẩm.

Tỉnh Sơn La là vùng nguyên liệu chè trọng điểm của vùng Tây Bắc Bộ, nổi bật với vùng chè huyện Mộc Châu (với khoảng 325 ha đến 1.748 ha diện tích chè sản xuất tập trung) và vùng chè đặc sản Shan tuyết cổ thụ Tà Xùa thuộc huyện Bắc Yên (khoảng 110 ha). Tuy nhiên, trước thời điểm thực hiện luận án, các nghiên cứu trong nước chủ yếu tập trung vào phân tích tổng hàm lượng kim loại bằng phương pháp vô cơ hóa truyền thống, chưa có công trình nào nghiên cứu một cách có hệ thống về phân tích dạng tồn tại của Mn và Cr trong mẫu chè tại tỉnh Sơn La.

Mục tiêu nghiên cứu

  1. Phát triển kỹ thuật chiết điểm mù kết hợp với quang phổ hấp thụ nguyên tử (CPE-AAS) để xây dựng phương pháp xác định một số dạng Mn và Cr trong nước chè.
  2. Ứng dụng phương pháp xây dựng được để xác định một số dạng Mn, Cr trong chè thu hái tại huyện Mộc Châu và huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La.

Nhiệm vụ nghiên cứu

  1. Phân tích hàm lượng Cr, Mn tổng số trong một số mẫu chè thu hái tại huyện Mộc Châu và huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La.
  2. Phát triển kỹ thuật chiết điểm mù kết hợp với AAS để xây dựng phương pháp xác định một số dạng Mn và Cr trong nước chè.
  3. Ứng dụng phương pháp xây dựng được để xác định dạng Mn(II)-flavonoid và dạng Mn(II)-tự do trong nước chè.
  4. Ứng dụng phương pháp xây dựng được để xác định dạng Cr(III) và dạng Cr(VI) trong nước chè.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Mẫu lá chè búp khô, chè xanh và dịch nước chè pha; các dạng tồn tại hóa học gồm tổng Mn, tổng Cr, Mn(II)-flavonoid, Mn(II)-tự do, Cr(III) và Cr(VI).
  • Phạm vi không gian: Các vùng thu hái chè tại huyện Mộc Châu (gồm các mẫu chè nông trường, tiểu khu như CĐ-NT, S89-NT, BM-PL, SK-PL, BH1-TL, BH2-TL, TK7-CS, TK2-CS) và huyện Bắc Yên (chè Shan tuyết cổ thụ tại xã Tà Xùa gồm các điểm CT1, CT2, TXA, TXC, BB, MV), tỉnh Sơn La.
  • Phạm vi thời gian và địa điểm thực nghiệm: Mẫu được thu thập và phân tích tại Phòng Hóa phân tích - Viện Hóa học và Trung tâm Thực hành - Thí nghiệm thuộc Trường Đại học Tây Bắc; công trình hoàn thành và nộp năm 2021.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trong và ngoài nước

Trong tổng quan y văn, tác giả hệ thống hóa các nghiên cứu về thành phần hóa thực vật, hàm lượng nguyên tố vô cơ trong cây chè, cũng như các kỹ thuật tách chiết và phân tích dạng hóa học của Mn và Cr:

  • Nghiên cứu về thành phần hữu cơ trong lá chè: C. Cabrera và cộng sự sử dụng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) phân tích hàm lượng EGCG, EGC, ECG, EC, gallic acid và caffeine trong 45 mẫu chè quốc tế. L.S. Lee và cộng sự xác định các catechin trong chè xanh Hàn Quốc. Tại Việt Nam, Phạm Thành Quân và cộng sự khảo sát hàm lượng catechin trong chè Lâm Đồng bằng phương pháp trích ly vi sóng kết hợp HPLC; Giang Trung Khoa và cộng sự khảo sát chè Trung du; Nguyễn Thị Thanh Mai và cộng sự khảo sát hàm lượng polyphenol (trên 15%) của chè xanh Mộc Châu, Phú Thọ, Thái Nguyên; Gholap (2015) xác định tổng catechin trong chè Ethiopia và Sri Lanka bằng trắc quang.
  • Nghiên cứu về hàm lượng kim loại trong chè: Milani và cộng sự sử dụng phổ khối nguồn plasma cảm ứng cao tần (ICP-MS) xác định Al, As, Ba, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Se, Zn trong chè xanh và chè đen. Mesbaul Alam và cộng sự phân tích các thành phần khoáng trong 17 thương hiệu chè đen ở Băng-la-đét. Zhong và cộng sự phân tích Pb, Cd, Cr, Cu, Ni trong 25 mẫu chè Trung Quốc bằng GFAAS. Võ Trần Quang Thái và cộng sự xác định nguyên tố đất hiếm trong chè Lâm Đồng; Nguyen Thi Thao và Tran Thi Mai dùng ICP-OES và AAS phân tích các nguyên tố đa lượng và vi lượng trong chè Tuyên Quang và Yên Bái.
  • Các kỹ thuật tách chiết dạng kim loại:
    • Chiết lỏng - lỏng (LLE): Được Tarafder và cộng sự, Ehirim và cộng sự, Ouejhani và cộng sự, Mane và cộng sự áp dụng để tách Mn(II), Cr(VI), Cr(III), nhưng có nhược điểm tiêu tốn lượng lớn dung môi hữu cơ độc hại.
    • Điện di mao quản (CE): Michalke và cộng sự (kết hợp ICP-MS phân tích Mn trong gan), Mallah và cộng sự (tách Cr(III) và Cr(VI) bằng thuốc thử APPT).
    • Sắc ký rây phân tử (SEC): Wuilloud và cộng sự (2004) xác định dạng liên kết của Zn, Ni, Cu, Mn trong các loại hạt.
    • Chiết pha rắn (SPE): Tobiasz và cộng sự (SPE-FAAS phân tích dạng Mn); Leśniewska và cộng sự (SPE-FAAS phân tích Cr(III)); Đặng Ngọc Định và cộng sự (dùng vỏ trấu biến tính diphenylcarbazit phân tích Cr).
    • Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC): Szymanko và cộng sự (HPLC-ICP-MS phân tích dạng Mn); Lésniewska và cộng sự (IP-RP-HPLC-ICP-MS phân tích Cr(III) và Cr(VI)).
    • Chiết điểm mù (CPE): Bắt nguồn từ các công trình đầu tiên của Watanabe và cộng sự (thập niên 1980) và nghiên cứu của Hinze. K. Pytlakowska và cộng sự tổng kết tần suất sử dụng các chất hoạt động bề mặt (Triton X-114 chiếm 71%, Triton X-100 chiếm 9%) và thuốc thử tạo phức (thuốc nhuộm azo chiếm 29%, dithiocacbamat chiếm 16%, 8-HQ và dẫn xuất chiếm 9%). Các phương pháp phân tích kết hợp gồm CPE-UV-Vis (Yang, Nekouei, Masrournia), CPE-ICP-OES (Burnecka, Li, Yamini), CPE-ICP-MS (Peng), CPE-FAAS (Arain, Rod, Bezerra, Lemos, Farajzadeh, Yalçin, Yildiz, Ulusoy, Shemirani), CPE-GFAAS (Meeravali, Ezoddin, Sun). Rahnama và cộng sự phát triển CPE không dùng chất tạo phức để làm giàu Pb.
  • Tình hình nghiên cứu CPE tại Việt Nam: Nguyễn Thị Hiên và cộng sự (2014) ứng dụng CPE-FAAS (thuốc thử 8-HQ, surfactant Triton X-100) phân tích dạng Mn trong chè Thái Nguyên; Nguyễn Xuân Trung và Lê Thị Hạnh áp dụng CPE-AAS xác định vết $\text{Pb}^{2+}$, $\text{Cd}^{2+}$ trong nước hồ tại Hà Nội; Trần Thị Hoài Linh và cộng sự dùng CPE-UV-Vis xác định Zn trong rau Đà Lạt.

Bảng tổng hợp các nghiên cứu CPE-FAAS xác định dạng Mn trong y văn

Nguồn tham khảo Chất tạo phức Chất hoạt động bề mặt LOD ($\mu\text{g/L}$) Hệ số làm giàu Đối tượng mẫu
Arain và cộng sự (2014) PAN Triton X-114 0,097 46 Mẫu sinh học
Rod và cộng sự (2006) PAN Triton X-114 0,39 49,1 Nước sông, sữa bò
Bezerra và cộng sự (2006) TAR Triton X-114 0,60 9 Nước thải nhà máy lọc dầu
Lemos và cộng sự (2010) Me-BTABr Triton X-114 0,7 17 Gạo, ngô, đậu nành, yến mạch
Farajzadeh và cộng sự (2006) 8-HQ Triton X-114 0,033 100 Nước hồ, nước thải, nước cất
Yalçin và cộng sự (2012) 8-HQ Triton X-100 1,9 10 Mẫu chè, nước máy, nước hồ
Nguyễn Thị Hiên và cộng sự (2014) 8-HQ Triton X-100 63 10 Mẫu chè Thái Nguyên

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Luận án kế thừa và phát triển quy trình của S. Yalçin và Nguyễn Thị Hiên, nhưng tiến hành khảo sát lại toàn diện các yếu tố ảnh hưởng (loại thuốc thử tạo phức, loại và nồng độ chất hoạt động bề mặt, pH, lực ion, nhiệt độ, thời gian ủ, thời gian ly tâm, tác nhân khử) nhằm tối ưu hóa hiệu suất chiết đồng thời cho cả hai nguyên tố Mn và Cr; giải quyết hạn chế về trang thiết bị đắt tiền của kỹ thuật HPLC-ICP-MS bằng sự kết hợp CPE-AAS phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm trong nước.


Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

  • Cơ chế chiết điểm mù (Cloud Point Extraction - CPE): Dựa trên hiện tượng tách pha đẳng hướng của dung dịch chất hoạt động bề mặt không ion khi tăng nhiệt độ đến điểm mù (Cloud Point) hoặc thay đổi lực ion. Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt vượt nồng độ mixen tới hạn (CMC), các phân tử kết tụ tạo thành mixen có lõi kỵ nước. Các phức chất trung hòa điện tích hình thành giữa ion kim loại ($\text{Mn}^{2+}$, $\text{Cr}^{3+}$) với phối tử hữu cơ (hoặc phức tự nhiên giữa Mn và flavonoid) được hòa tan chọn lọc vào pha mixen kỵ nước. Sau khi ly tâm, dung dịch phân tách thành pha giàu chất hoạt động bề mặt có thể tích nhỏ chứa chất phân tích và pha nước có thể tích lớn. Pha giàu chất hoạt động bề mặt sau đó được hòa tan trong môi trường axit loãng để đo phổ.
  • Nguyên lý quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS): Dựa trên hiện tượng đám hơi nguyên tử tự do ở trạng thái cơ bản hấp thụ bức xạ cộng hưởng đơn sắc đặc trưng phát ra từ đèn catot rỗng (HCL). Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (FAAS) sử dụng ngọn lửa không khí - axetylen ($\text{C}_2\text{H}_2$) được dùng để định lượng Mn; quang phổ hấp thụ nguyên tử lò graphit (GFAAS) với chương trình nhiệt độ hóa hơi và nguyên tử hóa phân đoạn được dùng để định lượng Cr ở nồng độ lượng vết.

Phương pháp thực nghiệm

  • Hóa chất và thuốc thử: 8-Hydroxyquinoline (8-HQ), 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol (PAN), Triton X-100, Triton X-114, NaCl, chất khử hydroxylamin ($\text{NH}_2\text{OH}$) và axit ascorbic ($\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_6$), $\text{HNO}_3$, $\text{HCl}$.
  • Thiết bị sử dụng: Hệ thống quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS ZEEnit 700 (Analytik Jena, Đức), máy ly tâm, bể điều nhiệt cách thủy, cân phân tích có độ chính xác 0,1 mg.
  • Quy trình xử lý mẫu:
    1. Phân tích tổng Mn, tổng Cr trong lá chè: Áp dụng kỹ thuật vô cơ hóa ướt (VCHU) sử dụng hỗn hợp axit để chuyển toàn bộ kim loại về dạng ion vô cơ, sau đó định lượng bằng FAAS (đối với Mn) và GFAAS (đối với Cr).
    2. Hãm nước chè: Chiết mẫu lá chè khô bằng nước cất đun sôi theo tỷ lệ và thời gian quy định để thu dịch nước chè.
    3. Phân tích dạng Mn: Tách dạng Mn(II)-flavonoid bằng CPE trực tiếp (không thêm 8-HQ, mixen hòa tan phức Mn-flavonoid tự nhiên); phân tích tổng Mn chiết bằng CPE sau khi thêm 8-HQ để tạo phức toàn bộ $\text{Mn}^{2+}$; hàm lượng Mn(II)-tự do được tính bằng hiệu giữa tổng Mn chiết và Mn(II)-flavonoid.
    4. Phân tích dạng Cr: Xác định Cr(III) bằng CPE sử dụng 8-HQ; xác định tổng Cr bằng CPE sau khi sử dụng chất khử ($\text{NH}_2\text{OH}$ hoặc $\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_6$) để chuyển toàn bộ Cr(VI) về Cr(III); hàm lượng Cr(VI) được tính theo hiệu số giữa tổng Cr chiết và Cr(III).
  • Thẩm định phương pháp: Đánh giá khoảng tuyến tính, phương trình hồi quy tuyến tính của đường chuẩn, hệ số tương quan ($R^2$), độ lệch chuẩn tương đối (RSD), hiệu suất thu hồi ($R%$), giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ).

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1. Giới thiệu về Mn, Cr

Chương 1 trình bày tổng quan lý thuyết về vai trò sinh học, độc học của mangan và crom; nguồn gốc phân loại thực vật học của cây chè (Camellia Sinensis), các hợp chất hóa thực vật chính (catechin: EGCG, ECG, EC, EGC; alkaloid: caffeine, theobromine, theanine), các nguyên tố khoáng đa lượng và vi lượng; tổng kết các kỹ thuật tách chiết hiện đại (LLE, CE, SEC, SPE, HPLC, CPE) và các phương pháp trắc quang, phổ nguyên tử ghép nối.

Chương này cũng tổng thuật tình hình nghiên cứu CPE tại Việt Nam và phân tích các đặc điểm điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của huyện Mộc Châu (diện tích 108.166 ha, độ cao 1.050 m, 1.748 ha chè) và huyện Bắc Yên (độ cao trung bình 1.000 - 1.400 m, vùng cao Tà Xùa khí hậu mát quanh năm, định hướng phát triển chè đặc sản Shan tuyết cổ thụ lên 258 ha vào năm 2020).

Bảng số liệu phân bố các dạng Mn trong chè Thái Nguyên trích từ y văn (Nguyễn Thị Hiên, 2014)

STT Mẫu chè Mn trong lá chè (mg/kg) Mn tổng chiết (mg/kg) Mn(II)-flavonoid (mg/kg) Mn(II)-tự do (mg/kg)
1 Hồng Thái - Tân Cương 1399,1 344,02 17,21 326,81
2 Nam Thái - Tân Cương 693,9 173,40 8,46 164,94
3 Nam Tân - Tân Cương 899,2 230,54 10,97 219,57
4 Phúc Trìu - Thái Nguyên 1424,2 374,83 19,03 355,80
5 Mỹ Yên - Đại Từ 1532,4 390,10 18,58 371,52
6 Ký Phú - Đại Từ 751,7 190,92 9,27 181,65
7 La Bằng - Đại Từ 997,3 255,70 11,05 244,65
8 Trại Cài - Đồng Hỉ 1150,0 249,21 12,15 237,06
9 Hóa Thượng - Đồng Hỉ 712,3 190,45 9,20 181,25
10 Minh Lập - Đồng Hỉ 1156,4 290,80 14,01 276,79

Ghi chú từ văn bản: Tỷ lệ Mn chiết từ lá chè vào nước chè đạt từ 21,7% đến 26,7%. Dạng Mn(II)-flavonoid chiếm tỷ lệ khoảng 5%, trong khi dạng Mn(II)-tự do và phức yếu chiếm khoảng 95% tổng lượng Mn chiết.


CHƯƠNG 2. ĐIỀU KIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

Chương 2 mô tả chi tiết:

  • Thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS ZEEnit 700 và các thông số vận hành phân tích Mn bằng kỹ thuật ngọn lửa (FAAS) và Cr bằng kỹ thuật lò graphit (GFAAS) có kiểm soát chương trình nhiệt độ (sấy, tro hóa, nguyên tử hóa, làm sạch cuvet).
  • Sơ đồ thu thập mẫu tại huyện Mộc Châu và vùng chè cổ thụ Tà Xùa (huyện Bắc Yên); quy trình làm sạch, sấy khô, nghiền đồng nhất và bảo quản mẫu.
  • Thiết kế các bước thực nghiệm khảo sát tối ưu hóa CPE: khảo sát đồng thời pH và thuốc thử tạo phức (8-HQ và PAN), khảo sát nồng độ 8-HQ, khảo sát loại và nồng độ chất hoạt động bề mặt (Triton X-100 và Triton X-114), khảo sát nhiệt độ ủ, thời gian ủ, nồng độ muối NaCl (lực ion), thời gian ly tâm, lựa chọn chất khử chuyển Cr(VI) thành Cr(III) ($\text{NH}_2\text{OH}$ và $\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_6$), khảo sát ảnh hưởng xen lấn của các cation ngoại lai ($\text{Mg}^{2+}$, $\text{Ca}^{2+}$, $\text{Al}^{3+}$, $\text{Zn}^{2+}$, $\text{Fe}^{3+}$, $\text{Pb}^{2+}$, $\text{Cu}^{2+}$, $\text{Ni}^{2+}$).
  • Các bước xây dựng đường chuẩn, đánh giá độ chệch, tính toán giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) theo tiêu chuẩn phân tích.

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm đạt được:

  • Tối ưu hóa các điều kiện CPE: Xác định thuốc thử 8-HQ cho hiệu suất tạo phức và chiết pha mixen tối ưu hơn PAN cho cả Mn(II) và Cr(III) ở vùng pH khảo sát; làm rõ ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt động bề mặt (Triton X-114 và Triton X-100), nhiệt độ ủ, thời gian ủ, hàm lượng muối NaCl tăng cường phân tách pha và thời gian ly tâm.
  • Khảo sát chất khử và ion cản trở: So sánh hiệu quả khử Cr(VI) thành Cr(III) giữa $\text{NH}_2\text{OH}$ và $\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_6$; đánh giá độ bền của phép chiết trước sự hiện diện của các ion $\text{Mg}^{2+}$, $\text{Ca}^{2+}$, $\text{Al}^{3+}$, $\text{Zn}^{2+}$, $\text{Fe}^{3+}$, $\text{Pb}^{2+}$, $\text{Cu}^{2+}$, $\text{Ni}^{2+}$ và xác lập giới hạn nồng độ cho phép không gây cản trở phép đo.
  • Hiệu suất thu hồi và thẩm định phương pháp: Đánh giá độ đúng và độ lặp lại thông qua hiệu suất thu hồi ($R%$) của quy trình CPE phân tích Mn và Cr. Xây dựng đường chuẩn phân tích tổng Mn, tổng Cr trong nền axit ($\text{HNO}_3$) và đường chuẩn CPE-FAAS/CPE-GFAAS cho các dạng Mn, Cr; xác định khoảng tuyến tính, LOD và LOQ.
  • Phân tích hàm lượng thực tế trong các mẫu chè Sơn La:
    • Định lượng hàm lượng tổng Mn và tổng Cr trong lá chè Mộc Châu và chè cổ thụ Tà Xùa.
    • So sánh kết quả xác định tổng Mn, tổng Cr trong nước chè bằng kỹ thuật vô cơ hóa ướt (VCHU) và kỹ thuật chiết điểm mù (CPE), chứng minh sự tương đồng và độ tin cậy của quy trình CPE.
    • Đánh giá động học chiết tổng Mn, tổng Cr vào nước hãm theo thời gian chiết.
    • Xác định tỷ lệ phân bố giữa dạng Mn(II)-flavonoid và Mn(II)-tự do trong nước chè tại các tiểu khu Mộc Châu (CĐ-NT, S89-NT, BM-PL, SK-PL, BH1-TL, BH2-TL, TK7-CS, TK2-CS) và Tà Xùa - Bắc Yên (CT1, CT2, TXA, TXC, BB, MV).
    • Xác định hàm lượng và tỷ lệ phân bố giữa Cr(III) và Cr(VI) trong nước chè của hai khu vực nghiên cứu.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học và phương pháp luận

  1. Luận án đã nghiên cứu một cách có hệ thống các điều kiện tối ưu cho kỹ thuật chiết điểm mù (CPE) đối với Mn(II) và Cr(III) sử dụng chất tạo phức 8-hydroxyquinoline (8-HQ) và chất hoạt động bề mặt không ion; thiết lập quy trình phân tích dạng Mn và Cr trong dịch nước chè kết hợp với phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (CPE-FAAS cho Mn) và quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa lò graphit (CPE-GFAAS cho Cr).
  2. Quy trình CPE-AAS được chuẩn hóa có ưu điểm giảm thiểu việc sử dụng dung môi hữu cơ độc hại, quy trình thao tác đơn giản, hệ số làm giàu cao, độ chọn lọc và độ nhạy đáp ứng phân tích lượng vết, phù hợp với định hướng hóa học xanh.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  1. Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm toàn diện đầu tiên về hàm lượng tổng số và hàm lượng các dạng hóa học của mangan [Mn(II)-flavonoid, Mn(II)-tự do] và crom [Cr(III), Cr(VI)] trong các mẫu chè tại hai vùng nguyên liệu huyện Mộc Châu và huyện Bắc Yên (chè Shan tuyết cổ thụ Tà Xùa), tỉnh Sơn La.
  2. Cung cấp cơ sở khoa học phục vụ việc đánh giá chất lượng dinh dưỡng, giá trị sinh học và mức độ an toàn của sản phẩm chè Sơn La đối với sức khỏe người tiêu dùng.

Kiến nghị và đề xuất

  • Ứng dụng quy trình phân tích CPE-AAS đã thiết lập vào công tác kiểm nghiệm định kỳ các dạng kim loại vi lượng độc hại và có ích trong chè thương phẩm và các sản phẩm nông sản chế biến.
  • Khuyến nghị các cơ sở sản xuất và địa phương duy trì quản lý chất lượng vùng nguyên liệu chè Mộc Châu và Tà Xùa dựa trên các chỉ tiêu dạng hóa học của nguyên tố vi lượng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

  • Phạm vi nghiên cứu thực địa giới hạn tại hai huyện Mộc Châu và Bắc Yên thuộc tỉnh Sơn La; chưa mở rộng khảo sát sang toàn bộ các vùng trồng chè khác của tỉnh Sơn La và khu vực Tây Bắc.
  • Đối tượng dạng hóa học tập trung vào các dạng chính gồm Mn(II)-flavonoid, Mn(II)-tự do, Cr(III) và Cr(VI), chưa thực hiện phân lập sâu từng phân đoạn phức chất cụ thể của mangan với từng phân tử catechin đơn lẻ (như EGCG, ECG, EC).

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Mở rộng ứng dụng quy trình CPE-AAS để phân tích dạng của các nguyên tố kim loại nặng và vi lượng khác ($\text{Pb}$, $\text{Cd}$, $\text{Cu}$, $\text{Zn}$, $\text{Ni}$) trong chè và các đối tượng thực phẩm, môi trường.
  • Khảo sát sự biến đổi hàm lượng các dạng Mn và Cr theo các mùa vụ thu hái khác nhau trong năm và qua các công đoạn chế biến chè (chè xanh, chè đen, chè ôlong).

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên và giảng viên chuyên ngành Hóa phân tích, Hóa môi trường: Luận án cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về phương pháp luận tối ưu hóa kỹ thuật chiết điểm mù (CPE), cơ chế tạo phức mixen và quy trình thẩm định phương pháp phân tích phổ nguyên tử (FAAS, GFAAS).
  • Đối với các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm an toàn thực phẩm: Chương 2 và Chương 3 cung cấp quy trình phân tích dạng Mn và Cr thực nghiệm có thể ứng dụng trực tiếp trên các thiết bị AAS thông dụng mà không cần trang bị hệ thống ghép nối HPLC-ICP-MS chi phí cao.
  • Đối với các cơ quan quản lý nông nghiệp và doanh nghiệp sản xuất chè tại Sơn La: Dữ liệu phân bố dạng Mn và Cr cung cấp thông tin khoa học tin cậy để nâng cao tiêu chuẩn chất lượng và quảng bá sản phẩm chè đặc sản Mộc Châu và chè cổ thụ Tà Xùa.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần xác định dạng hóa học của Mn và Cr trong nước chè thay vì chỉ phân tích hàm lượng tổng số?

Tác dụng sinh học và độc tính của Mn và Cr phụ thuộc trực tiếp vào dạng tồn tại hóa học của chúng. Trong nước chè, dạng Mn(II)-flavonoid có tác dụng sinh học tích cực hơn dạng Mn(II)-tự do. Đối với crom, Cr(III) là nguyên tố vi lượng thiết yếu hỗ trợ chuyển hóa glucose bằng insulin, trong khi Cr(VI) là chất có tính oxy hóa mạnh, gây tổn thương DNA và tiềm ẩn nguy cơ gây ung thư. Do đó, phân tích dạng là yêu cầu bắt buộc để đánh giá đúng giá trị dinh dưỡng và độ an toàn của chè.

2. Kỹ thuật chiết điểm mù (CPE) có ưu điểm gì so với chiết lỏng - lỏng (LLE) và HPLC-ICP-MS?

So với chiết lỏng - lỏng truyền thống, CPE sử dụng lượng rất nhỏ chất hoạt động bề mặt thân thiện môi trường thay vì dung môi hữu cơ độc hại, quy trình tiến hành đơn giản và đạt hệ số làm giàu cao. So với kỹ thuật ghép nối HPLC-ICP-MS hay HPLC-AAS, CPE kết hợp AAS sử dụng trang thiết bị phổ biến trong các phòng thí nghiệm, chi phí đầu tư và phân tích thấp hơn nhiều nhưng vẫn đảm bảo độ chọn lọc và độ nhạy cần thiết.

3. Những thuốc thử tạo phức và chất hoạt động bề mặt chính nào đã được tác giả khảo sát trong quy trình CPE?

Luận án khảo sát hai thuốc thử tạo phức là 8-hydroxyquinoline (8-HQ) và 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol (PAN), cùng hai chất hoạt động bề mặt không ion là Triton X-100 và Triton X-114. Kết quả thực nghiệm lựa chọn 8-HQ là chất tạo phức tối ưu cho cả Mn(II) và Cr(III).

4. Luận án phân tích những dạng hóa học cụ thể nào của mangan và crom trong nước chè?

Trong dịch nước chè, luận án tiến hành phân tích và định lượng:

  • Đối với mangan: Dạng Mn(II)-flavonoid (phức liên kết hữu cơ) và dạng Mn(II)-tự do (bao gồm ion tự do và phức yếu).
  • Đối với crom: Dạng Cr(III) và dạng Cr(VI) (xác định thông qua tổng Cr chiết sau khi khử và phép trừ hàm lượng Cr(III)).

5. Y văn trong luận án ghi nhận tỷ lệ chiết Mn và phân bố dạng Mn trong chè Thái Nguyên như thế nào?

Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Hiên và cộng sự (2014) được trích dẫn trong luận án, tỷ lệ mangan chiết từ lá chè vào nước chè đạt khoảng 21,7% đến 26,7%. Trong tổng lượng Mn chiết vào nước chè, dạng Mn(II)-flavonoid chiếm tỷ lệ nhỏ khoảng 5%, còn lại khoảng 95% tồn tại ở dạng Mn(II)-tự do và phức yếu.


Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Lê Sỹ Bình đã phát triển và chuẩn hóa thành công quy trình phân tích dạng mangan [Mn(II)-flavonoid, Mn(II)-tự do] và crom [Cr(III), Cr(VI)] trong nước chè bằng kỹ thuật chiết điểm mù kết hợp quang phổ hấp thụ nguyên tử (CPE-FAAS và CPE-GFAAS). Công trình đã tối ưu hóa toàn diện các điều kiện thực nghiệm, đạt độ nhạy, độ chọn lọc và hiệu suất thu hồi cao theo định hướng hóa học xanh. Kết quả phân tích thực tế trên các mẫu chè tại huyện Mộc Châu và huyện Bắc Yên (chè Shan tuyết cổ thụ Tà Xùa) cung cấp nguồn dữ liệu khoa học có hệ thống đầu tiên về phân bố dạng Mn và Cr tại tỉnh Sơn La, đóng góp thiết thực cho nghiên cứu hóa phân tích và kiểm soát chất lượng nông sản.