Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Trong lĩnh vực quan trắc môi trường và kiểm nghiệm thực phẩm, các phương pháp phân tích truyền thống thường chỉ xác định tổng hàm lượng nguyên tố mà chưa cung cấp thông tin về các dạng tồn tại hóa học cụ thể (chemical speciation). Mức độ độc tính, khả năng hấp thu, tích lũy sinh học và con đường chuyển hóa của một nguyên tố phụ thuộc trực tiếp vào dạng hóa học của nó.

Đối với arsen (As), các hợp chất vô cơ như arsenit [As(III)] và arsenat [As(V)] có độc tính cao (chất độc bảng A, có khả năng gây ung thư), trong khi các dạng hợp chất hữu cơ như arsenobetain (AsB) hay arsenocholin (AsC) lại tương đối bền và ít độc đối với cơ thể sống. Đối với selen (Se), đây là nguyên tố vi lượng thiết yếu nhưng có khoảng cách hẹp giữa liều có lợi (50–200 µg/ngày) và liều gây độc (>400 µg/ngày); các dạng vô cơ như selenat [Se(VI)] và selenit [Se(IV)] có độc tính cao hơn đáng kể so với các dạng selen hữu cơ sinh học như selenomethionin (SeMet) và Se-methyl-selenocystein (SeMeCys).

Tại Việt Nam, nhiều phòng thí nghiệm đã trang bị các thiết bị phân tích hiện đại như sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), khối phổ plasma cảm ứng cao tần (ICP-MS), sắc ký lỏng ghép khối phổ (LC-MS), sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS). Tuy nhiên, phần lớn các thiết bị này vận hành độc lập. Việc kết nối trực tiếp hệ thống tách sắc ký lỏng với detector khối phổ plasma cảm ứng cao tần (HPLC-ICP-MS) nhằm xác định đồng thời các dạng As và Se còn gặp nhiều rào cản kỹ thuật. Vì vậy, nghiên cứu này được thực hiện nhằm xây dựng và chuẩn hóa quy trình phân tích dạng As và Se bằng hệ thống ghép nối HPLC-ICP-MS sẵn có trong nước.

Mục tiêu nghiên cứu

  1. Nghiên cứu phát triển phương pháp phân tích xác định đồng thời 5 dạng arsen bao gồm AsB, As(III), axit monomethylarsonic (MMAA), axit dimethylarsonic (DMAA), As(V) và bước đầu nghiên cứu phân tích 4 dạng selen bao gồm Se(IV), Se(VI), SeMet, SeMeCys bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép nối khối phổ plasma cảm ứng cao tần (HPLC-ICP-MS).
  2. Ứng dụng phương pháp đã hoàn thiện để xác định hàm lượng các dạng arsen trong các đối tượng mẫu nước, nước mắm, cá, gạo, nước tiểu, huyết thanh; đồng thời phân tích các dạng selen trong mẫu thuốc, nấm men và thực phẩm chức năng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng phân tích:
    • 5 dạng hợp chất arsen: arsenobetain (AsB), arsenit [As(III)], axit monomethylarsonic (MMAA), axit dimethylarsonic (DMAA), arsenat [As(V)].
    • 4 dạng hợp chất selen: selenit [Se(IV)], selenat [Se(VI)], seleno-DL-methionin (SeDLMet/SeMet), Se-methyl-selenocystin (SeMeCys).
  • Đối tượng mẫu thực tế:
    • Mẫu môi trường: Nước giếng khoan, nước sau hệ thống lọc cát.
    • Mẫu thực phẩm: Gạo, cá biển, nước mắm, các sản phẩm bổ sung selen (thuốc, thực phẩm chức năng, nấm men).
    • Mẫu sinh học: Tóc, nước tiểu, huyết thanh người tại khu vực nghiên cứu phơi nhiễm.
  • Phạm vi không gian và thời gian: Thực nghiệm được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Hóa Phân tích, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội. Khảo sát thực địa và thu thập mẫu sinh học, môi trường được thực hiện tại xã Nhật Tân, tỉnh Hà Nam; luận án hoàn thành năm 2022.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu tiền nhiệm

Luận án đã tổng thuật chi tiết các hệ thống kỹ thuật phân tích dạng arsen và selen trên thế giới:

  • HPLC-UV-HG-AFS: Hệ thống sắc ký lỏng kết hợp bộ phản ứng quang hóa UV, hydrua hóa hơi và quang phổ huỳnh quang nguyên tử. Kỹ thuật này đạt độ nhạy cao; tác giả I. Polyi và cộng sự đã phân tích 4 dạng Se (SeCys, SeMet, SeEt, Se(IV)) với giới hạn phát hiện lần lượt là 18, 70, 96 và 16 µg/L. Tuy nhiên, phương pháp bị ảnh hưởng bởi tính đơn sắc và hiệu ứng nền khi đo mẫu thực.
  • HPLC-HG-AAS: Sắc ký lỏng ghép nối quang phổ hấp thụ nguyên tử hydrua hóa. L. Kozak và cộng sự xác định Se(VI) và Se(IV) với LOD đạt 10 ng/mL. Phương pháp này không xác định được AsB và AsC do hai hợp chất này không bị khử thành hơi asin bằng hydro nguyên tử.
  • Điện di mao quản CE-UV: Kỹ thuật tách dựa trên độ tích điện và kích thước phân tử dưới điện trường cao (15–30 kV). Marko Stojkovic và cộng sự áp dụng để tách các hợp chất arsen trong mẫu nước quặng thiếc. Nhược điểm chính là LOD còn cao (~0,05 mg/L), không đủ độ nhạy để phân tích dạng As trong nước tiểu người bình thường.
  • HPLC-ICP-AES: Ghép nối sắc ký lỏng với nguồn phát xạ plasma nguyên tử, cho phép tách và xác định As(III), As(V), MMAA, DMAA trên cột pha đảo C18.
  • HPLC-ICP-MS: Kỹ thuật kết hợp khả năng tách của sắc ký lỏng với độ nhạy và độ chọn lọc khối phổ plasma cao tần. Tín hiệu khối phổ không phụ thuộc vào trạng thái liên kết hóa học ban đầu mà phụ thuộc vào tốc độ chuyển khối của sol khí vào ngọn lửa plasma nhiệt độ cao (5000–10000 °C).
+---------------------------------------------------------------------------------------+
|                 SO SÁNH CÁC KỸ THUẬT PHÂN TÍCH DẠNG ARSEN VÀ SELEN                     |
+---------------------+-------------------------------+---------------------------------+
| Phương pháp         | Dạng chất phân tích           | Hạn chế chính                   |
+---------------------+-------------------------------+---------------------------------+
| HPLC-HG-AAS         | As(III), As(V), MMAA, DMAA    | Không phân tích được AsB, AsC   |
| HPLC-UV-HG-AFS      | SeCys, SeMet, SeEt, Se(IV)    | Nhiễu nền quang phổ             |
| CE-UV               | As(III), As(V), DMAA          | Giới hạn phát hiện cao (LOD kém)|
| HPLC-ICP-AES        | As(III), As(V), MMAA, DMAA    | Độ nhạy thấp hơn ICP-MS         |
| HPLC-ICP-MS         | Phân tích đa dạng As và Se    | Đòi hỏi tối ưu hóa ghép nối     |
+---------------------+-------------------------------+---------------------------------+

Quy định và tiêu chuẩn hiện hành

Luận án dẫn chứng các quy định pháp lý và ngưỡng giới hạn:

  • QCVN 8-2:2011/BYT: Quy định giới hạn ô nhiễm arsen tổng số trong thực phẩm (dầu mỡ: 0,1 mg/kg; sữa: 0,5 mg/kg; rau quả khô, chè, cà phê: 1,0 mg/kg; gia vị: 5,0 mg/kg; nước đóng chai: 0,01 mg/kg; nước chấm: 1,0 mg/kg).
  • Khuyến cáo quốc tế: WHO quy định giới hạn As tổng trong nước uống là 10 µg/L; FAO/WHO quy định lượng tiêu thụ hàng tuần có thể chấp nhận được (PTWI) là 15 µg As vô cơ/kg thể trọng; FDA khuyến cáo As vô cơ trong gạo dưới 0,1 mg/kg; Liên minh Châu Âu (EU, 2015) quy định As vô cơ trong gạo trắng là 0,2 mg/kg, bánh gạo 0,3 mg/kg, thực phẩm cho trẻ nhỏ 0,1 mg/kg.
Tên thực phẩm theo QCVN 8-2:2011/BYT Hàm lượng As tổng cho phép (mg/kg)
Nước đóng chai 0,01
Dầu và mỡ động vật / thực vật 0,1
Các sản phẩm sữa bột, sữa lỏng, phomat, sữa lên men 0,5
Muối ăn 0,5
Các sản phẩm rau khô, quả khô, chè, cà phê, cacao, đường 1,0
Nước chấm 1,0
Gia vị 5,0

Khoảng trống nghiên cứu luận án giải quyết

Hầu hết các quy chuẩn kỹ thuật tại Việt Nam thời điểm nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở chỉ tiêu arsen tổng, chưa có quy định cụ thể cho từng dạng hợp chất vô cơ và hữu cơ. Luận án giải quyết khoảng trống thực nghiệm trong nước bằng việc thiết lập quy trình ghép nối trực tiếp hệ HPLC Shimadzu với ICP-MS ELAN 9000 (Perkin Elmer) thông qua van bơm mẫu sau cột, giải quyết vấn đề hiệu ứng nền gradient pha động và chuẩn hóa phương pháp định lượng các dạng As và Se trên các nền mẫu sinh học, thực phẩm phức tạp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết

  1. Hóa học và cơ chế chuyển hóa của Arsen:

    • Trong tự nhiên, arsen tồn tại ở các trạng thái oxy hóa -3, 0, +3, +5. Dạng vô cơ tồn tại ở dạng axit arsenơ ($H_3AsO_3$, $H_2AsO_3^-$, $HAsO_3^{2-}$) và axit arsenic ($H_3AsO_4$, $H_2AsO_4^-$, $HAsO_4^{2-}$, $AsO_4^{3-}$).
    • Cơ chế gây độc: As(III) có ái lực cao với nhóm thiol (-SH) của protein và enzym (như lipoic acid, coenzyme A), ức chế khoảng 200 enzym tái tạo năng lượng; As(V) có cấu trúc tương tự photphat ($PO_4^{3-}$), cạnh tranh và thay thế gốc photphat tạo thành 1-arseno-3-photphoglycerat thay vì 1,3-bisphosphoglycerat, làm gián đoạn quá trình tổng hợp ATP.
    • Quá trình chuyển hóa sinh học: Khử As(V) thành As(III) nhờ enzym arsenat reductase, sau đó methyl hóa liên tiếp nhờ methyltransferase tạo thành MMAA và DMAA để đào thải qua nước tiểu.

  2. Hóa học và chuyển hóa của Selen:

    • Selen tồn tại ở các trạng thái oxy hóa -2, 0, +4, +6. Các dạng phổ biến gồm selenit ($SeO_3^{2-}$), selenat ($SeO_4^{2-}$), selenua ($Se^{2-}$), selenomethionin (SeMet), selenocystin (SeCys), Se-methyl-selenocystin (SeMeCys).
    • Chu trình Allaway mô tả sự chuyển hóa selen trong đất: trong đất kiềm, Se(VI) là dạng hòa tan chính; trong đất axit và trung tính, Se(IV) bị hấp phụ bởi $Fe(OH)_3$ tạo phức khó tan, cây trồng khó hấp thụ.
    • Vai trò sinh học: Selen là thành phần cofactor của enzym glutathion peroxidase (GSH-Px) giúp khử hydroperoxit bảo vệ màng tế bào ($2GSH + H_2O_2 \xrightarrow{GSH-Px} GSSG + 2H_2O$) và enzym deiodinase chuyển hóa hoóc môn tuyến giáp ($T_4 \rightarrow T_3$).
Dạng hợp chất của Selen Ký hiệu / Viết tắt Công thức hóa học Liều gây chết trên chuột ($LD_{50}$)
Hydro selenua $H_2Se$ $H_2Se$ 0,02 mg/L
Selenit Se(IV) $SeO_3^{2-}$ 3,5 mg/kg
Seleno-DL-methionin SeMet / SeDLMet $CH_3Se(CH_2)_2CH(NH_2)COOH$ 4,3 mg/kg
Selenat Se(VI) $SeO_4^{2-}$ 5,9 mg/kg
Selenocystin SeCys $[HO_2CCH(NH_2)CH_2Se]_2$ 35,8 mg/kg
Trimetylselen $TMSe^+$ $(CH_3)_3Se^+$ 49 mg/kg
Dimethylselenit DMSe $(CH_3)_2Se$ 1600 mg/kg

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

  • Hệ thống thiết bị:
    • Sắc ký lỏng HPLC: Bơm cao áp Shimadzu, van bơm mẫu tự động.
    • Khối phổ ICP-MS: Thiết bị ELAN 9000 (Perkin Elmer), ngọn lửa cảm ứng plasma Argon, bộ tán sương và buồng phun sương thạch anh.
    • Cột sắc ký: Cột trao đổi anion mạnh Hamilton PRP-X100 ($250 \times 4,1$ mm, kích thước hạt 10–20 µm hoặc $150 \times 4,6$ mm).
  • Hóa chất và pha động:
    • Chuẩn các dạng As: AsB, As(III), MMAA, DMAA, As(V).
    • Chuẩn các dạng Se: Se(IV), Se(VI), SeMet, SeMeCys.
    • Hệ đệm rửa giải: Đệm amoni cacbonat $(NH_4)_2CO_3$ (nồng độ 10–50 mM, pH 8,0–9,0) có bổ sung EDTA và metanol (MeOH 2%) cho phân tích dạng As; đệm amoni axetat $CH_3COONH_4$ (nồng độ 25–250 mM, pH 8,0) có bổ sung EDTA và MeOH cho phân tích dạng Se.
  • Kỹ thuật xử lý mẫu:
    • Mẫu nước: Lọc qua màng 0,45 µm, bảo quản lạnh, phân tích trực tiếp hoặc pha loãng.
    • Mẫu sinh học (nước tiểu, huyết thanh): Pha loãng bằng pha động hoặc nước khử ion, lọc qua màng lọc thích hợp để tránh làm biến tính phân bố dạng oxy hóa khử.
    • Mẫu mô động thực vật (gạo, cá): Chiết xuất phân đoạn dạng nhẹ bằng hỗn hợp dung môi (nước/metanol hoặc axit loãng), ly tâm tách dịch trong.
  • Thẩm định phương pháp:
    • Đánh giá khoảng tuyến tính, hệ số tương quan ($R^2$), giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ), độ lặp lại (CV%).
    • Đánh giá độ đúng thông qua mẫu chuẩn đối chứng quốc tế (CRM): DORM-2, DORM-3, DORM-4, BCR 627 (đối với nền mẫu cá); ERM-BC211 (đối với nền mẫu gạo). Các nền mẫu không có CRM được đánh giá bằng phương pháp thêm chuẩn thu hồi (spiking recovery).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về hai nguyên tố As và Se:

  • Khái quát về Arsen: Trình bày nguồn gốc, hàm lượng trong vỏ trái đất (chiếm 0,001%, trung bình 2 mg/kg trong đá trầm tích), trầm tích, nước biển (1–8 µg/L), nước ngầm tự nhiên (1–2 µg/L) và các khu vực ô nhiễm trên thế giới (>50 µg/L tại Bangladesh, Ấn Độ, Việt Nam). Mô tả các dạng As trong tự nhiên, sự tích lũy sinh học trong chuỗi thức ăn biển (tảo hấp thụ arsenat tổng hợp thành arsenosugar, vi khuẩn chuyển hóa thành arsenobetain) và cơ chế hấp thụ As của cây lúa từ đất, nước tưới. Phân tích độc tính phân tử của As đối với chu trình axit citric và quá trình phosphoryl hóa tạo ATP.
  • Khái quát về Selen: Trình bày sự phân bố selen trong khoáng vật sunfit, chu trình chuyển hóa Allaway trong các loại đất kiềm/axit, giản đồ thế oxy hóa khử ($E_h$) - pH của Drever. Trình bày chi tiết tính chất hai mặt của selen (chất dinh dưỡng vi lượng thiết yếu ở liều 55 µg/ngày; gây ngộ độc selenosis khi vượt quá 400 µg/ngày), các biểu hiện lâm sàng khi thiếu hụt (bệnh Keshan gây hoại tử cơ tim, bệnh Kashin-Beck gây thoái hóa mô sụn) hoặc thừa selen.
  • Tổng quan các phương pháp phân tích: Đánh giá ưu nhược điểm của các hệ thống HPLC-UV-HG-AFS, HPLC-HG-AAS, CE-UV, HPLC-ICP-AES và HPLC-ICP-MS, chỉ ra rằng HPLC-ICP-MS là công cụ có độ nhạy và tính vạn năng cao nhất để phân tích đồng thời các dạng hợp chất vô cơ và hữu cơ của As và Se.

Chương 2. Đối tượng và nội dung nghiên cứu. Phân tích dạng Arsen và Selen

Chương 2 trình bày chi tiết hóa chất, thiết bị và các bước thực nghiệm:

  • Thiết bị và dụng cụ: Cấu hình hệ thống sắc ký lỏng Shimadzu ghép nối ICP-MS ELAN 9000 (Perkin Elmer); bố trí bộ van bơm mẫu sau cột (post-column injector) để khảo sát ảnh hưởng của nền pha động gradient đến độ ổn định của tín hiệu ICP-MS.
  • Điều kiện phân tích: Thiết lập các thông số ngọn lửa plasma (công suất RF, tốc độ dòng khí mang Nebulizer, tốc độ dòng khí phụ trợ Auxiliary, thấu kính ion Lens Voltage) cho phép đo tổng As, Se và đo dạng.
  • Tiền xử lý và quy trình chiết mẫu:
    • Quy trình chiết bảo toàn dạng cho mẫu rắn (gạo, cá) nhằm tránh quá trình oxy hóa giữa As(III) và As(V) hoặc phân hủy AsB.
    • Quy trình xử lý mẫu lỏng (nước giếng, nước mắm, nước tiểu, huyết thanh).
    • Quy trình xử lý mẫu nấm men, thuốc và thực phẩm chức năng bổ sung selen.
  • Quy chuẩn đánh giá: Sử dụng các tiêu chuẩn LOD ($3\sigma$), LOQ ($10\sigma$), độ lặp lại và phân tích mẫu chuẩn đối chứng được chứng nhận (CRM) quốc tế.

Chương 3. Kết quả và thảo luận

Chương 3 tập trung công bố các kết quả tối ưu hóa và số liệu phân tích mẫu thực tế:

  • Tối ưu hóa điều kiện ICP-MS: Khảo sát độ nhạy của tín hiệu $^{75}As^+$, $^{78}Se^+$ và $^{82}Se^+$ theo công suất RF và lưu lượng khí mang, chọn các thông số vận hành tối ưu cho detector khối phổ.
  • Tối ưu hóa điều kiện HPLC tách 5 dạng Arsen:
    • Lựa chọn cột trao đổi anion mạnh Hamilton PRP-X100.
    • Tối ưu hóa pha động: Khảo sát hệ đệm $(NH_4)_2CO_3$ ở các dải nồng độ từ 10 mM đến 50 mM, pH 8,0 đến 9,0, bổ sung 0,01%–2% EDTA và 2% MeOH. Thiết lập chương trình rửa giải gradient để tách hoàn toàn 5 dạng AsB, As(III), DMAA, MMAA, As(V) trong một lần tiêm mẫu ($100$ µL), thời gian phân tích dưới 15 phút.
    • Đánh giá ảnh hưởng của ion $Cl^-$ (nhiễu đồng khối $^{40}Ar^{35}Cl^+$ trên m/z 75): Đã chứng minh pic clorua tách rời hoàn toàn khỏi pic của các dạng As trên cột sắc ký.
  • Tối ưu hóa điều kiện HPLC tách 4 dạng Selen:
    • Khảo sát các hệ pha động đệm amoni cacbonat và amoni axetat ($CH_3COONH_4$). Hệ đệm $CH_3COONH_4$ gradient từ 25 mM đến 250 mM (pH 8,0; 2% MeOH; 0,01% EDTA) cho khả năng tách sắc ký tốt nhất đối với 4 dạng Se(IV), Se(VI), SeMet, SeMeCys ở tốc độ dòng 0,4–0,5 mL/phút.
  • Thẩm định phương pháp:
    • Đánh giá độ đúng trên mẫu chuẩn CRM cá (DORM-2, DORM-3, DORM-4, BCR 627) và CRM gạo (ERM-BC211) cho thấy độ thu hồi của các dạng phân tích đạt yêu cầu định lượng theo chuẩn quốc tế.
    • Đo độ lặp lại tín hiệu và đánh giá hiệu quả khi sử dụng nội chuẩn so với không sử dụng nội chuẩn.
+---------------------------------------------------------------------------------------+
|                    KẾT QUẢ KHẢO SÁT MẪU THỰC TẾ TRONG LUẬN ÁN                         |
+---------------------+-------------------------------+---------------------------------+
| Loại mẫu thực tế    | Dạng nguyên tố chính phát hiện| Ghi chú / Đặc điểm phân bố      |
+---------------------+-------------------------------+---------------------------------+
| Nước giếng khoan    | As(III), As(V)                | Ô nhiễm As vô cơ vượt QCVN      |
| Nước lọc cát gia đình| As vô cơ                      | Giảm đáng kể so với nước thô    |
| Gạo                 | As(III), As(V), DMAA          | As vô cơ chiếm tỷ lệ đáng kể    |
| Cá biển             | AsB (Arsenobetain)            | AsB chiếm ưu thế (>80%), ít độc |
| Nước mắm            | AsB, DMAA, một phần nhỏ vô cơ | Chủ yếu là dạng hữu cơ AsB      |
| Nước tiểu / Huyết th.| As(III), As(V), MMAA, DMAA    | Tỷ lệ DMA/MMA phản ánh giải độc |
| Thuốc / TPCN / Men  | Se(IV), Se(VI), SeMet, SeMeCys| Đúng dạng công bố trên nhãn     |
+---------------------+-------------------------------+---------------------------------+
  • Kết quả phân tích mẫu thực tế:
    • Mẫu môi trường và sinh học tại xã Nhật Tân, tỉnh Hà Nam: Phân tích hàm lượng As tổng và các dạng As trong nước giếng khoan chưa lọc, nước qua bể lọc cát gia đình, mẫu tóc, nước tiểu và huyết thanh của hai nhóm dân cư (nhóm uống trực tiếp và nhóm tắm giặt). Kết quả xác lập mối tương quan giữa hàm lượng As trong nước ngầm với hàm lượng tích lũy trong tóc và đào thải qua nước tiểu. Tỷ lệ DMAA/MMAA trong nước tiểu và huyết thanh được sử dụng để đánh giá mức độ methyl hóa giải độc arsen trong cơ thể người.
    • Mẫu thực phẩm: Trong mẫu cá biển và nước mắm, dạng As chiếm ưu thế tuyệt đối là arsenobetain (AsB) không độc; trong khi trong mẫu gạo, arsen tồn tại chủ yếu ở dạng vô cơ [As(III), As(V)] và một phần DMAA.
    • Mẫu bổ sung Selen: Xác định định lượng chính xác 4 dạng Se vô cơ và hữu cơ trong các mẫu thuốc thương phẩm, thực phẩm chức năng và sinh khối nấm men bổ sung selen trên thị trường.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp về mặt khoa học

  1. Xây dựng thành công quy trình phân tích đồng thời 5 dạng arsen [AsB, As(III), MMAA, DMAA, As(V)] trong các nền mẫu phức tạp (nước ngầm, gạo, nước mắm, cá, nước tiểu, huyết thanh) bằng hệ ghép nối HPLC (Shimadzu) – ICP-MS (ELAN 9000 Perkin Elmer).
  2. Xây dựng hoàn chỉnh quy trình phân tích đồng thời 4 dạng selen [Se(IV), Se(VI), SeMet, SeMeCys] trong các nền mẫu thuốc, nấm men và thực phẩm chức năng trên cùng hệ thiết bị HPLC-ICP-MS.
  3. Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp (method validation) một cách hệ thống: xác định đầy đủ khoảng tuyến tính, phương trình hồi quy, LOD, LOQ, độ lặp lại (khi có và không có nội chuẩn), độ đúng được kiểm chứng bằng 5 loại mẫu chuẩn đối chứng quốc tế (CRM DORM-2, DORM-3, DORM-4, BCR 627, ERM-BC211) và phương pháp thêm chuẩn.

Đóng góp về mặt thực tiễn

  1. Làm chủ kỹ thuật ghép nối và tối ưu hóa hệ thống HPLC-ICP-MS trên nền tảng trang thiết bị sẵn có tại phòng thí nghiệm Việt Nam, mở rộng năng lực phân tích vết và phân tích dạng các nguyên tố độc hại/vi lượng.
  2. Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm về hàm lượng các dạng arsen trong nước ăn uống, thực phẩm (gạo, nước mắm, cá) và mức độ phơi nhiễm, tích lũy, chuyển hóa trong cơ thể người (tóc, huyết thanh, nước tiểu) tại khu vực nguồn nước ngầm nhiễm arsen (xã Nhật Tân, Hà Nam).
  3. Đưa ra bằng chứng phân tích khẳng định sự khác biệt bản chất giữa As hữu cơ không độc trong hải sản, nước mắm (AsB) và As vô cơ độc hại trong nước ngầm, gạo; cung cấp cơ sở khoa học hỗ trợ các cơ quan quản lý trong việc hoàn thiện quy chuẩn kiểm soát an toàn thực phẩm theo dạng hợp chất thay vì chỉ kiểm soát As tổng số.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Quy trình phân tích các dạng selen mới bước đầu tập trung ứng dụng trên các nền mẫu sản phẩm thương mại (thuốc, thực phẩm chức năng, nấm men), chưa mở rộng khảo sát trên các nền mẫu sinh học lâm sàng (huyết thanh, nước tiểu) hoặc chuỗi dinh dưỡng tự nhiên phức tạp.
    • Kỹ thuật chiết mẫu bảo toàn dạng đòi hỏi điều kiện kiểm soát nghiêm ngặt về nhiệt độ, pH và thời gian để tránh sự chuyển đổi oxy hóa giữa As(III)/As(V) hoặc Se(IV)/Se(VI).
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng phương pháp để phân tích thêm các dạng arsen hữu cơ khác như arsenosugar, arsenolipid trong sinh vật biển.
    • Ứng dụng quy trình HPLC-ICP-MS để theo dõi động học chuyển hóa và phân bố các dạng selen trong các mẫu mô sinh học động vật và người trong các nghiên cứu độc chất học chuyên sâu.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên khảo trong các lĩnh vực:

  • Nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Hóa phân tích, Hóa môi trường: Tham khảo chi tiết về kỹ thuật ghép nối HPLC-ICP-MS, cách xử lý hiệu ứng nền gradient, kỹ thuật triệt tiêu nhiễu đồng khối ($^{40}Ar^{35}Cl^+$ trên $^{75}As^+$) và quy trình thẩm định phương pháp phân tích dạng theo chuẩn quốc tế.
  • Cán bộ kiểm nghiệm tại các trung tâm đo lường, an toàn thực phẩm và quan trắc môi trường: Ứng dụng quy trình chiết mẫu và thông số sắc ký để phân tích thực tế dạng As trong gạo, cá, nước mắm và dạng Se trong thực phẩm chức năng.
  • Các nhà quản lý chính sách y tế và môi trường: Sử dụng số liệu thực nghiệm làm cơ sở xây dựng, sửa đổi các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (như QCVN 8-2:2011/BYT), hướng tới việc quy định ngưỡng giới hạn tối đa cho phép dựa trên dạng hóa học cụ thể.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án phân tích định lượng đồng thời những dạng hợp chất cụ thể nào của Arsen và Selen?

Luận án xác định đồng thời 5 dạng hợp chất của arsen gồm: Arsenobetain (AsB), Arsenit [As(III)], Axit monomethylarsonic (MMAA), Axit dimethylarsonic (DMAA), Arsenat [As(V)]; và 4 dạng hợp chất của selen gồm: Selenit [Se(IV)], Selenat [Se(VI)], Seleno-DL-methionin (SeMet), Se-Methyl-selenocystin (SeMeCys).

2. Hệ thống thiết bị và cột sắc ký nào được sử dụng để tối ưu hóa quá trình phân tách?

Tác giả sử dụng hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC của hãng Shimadzu ghép nối trực tiếp với khối phổ plasma cảm ứng cao tần ICP-MS model ELAN 9000 của Perkin Elmer, sử dụng cột trao đổi anion mạnh Hamilton PRP-X100 kết hợp hệ pha động đệm amoni cacbonat $(NH_4)_2CO_3$ (cho As) và amoni axetat $CH_3COONH_4$ (cho Se) có bổ sung EDTA và MeOH.

3. Độ đúng của quy trình phân tích dạng As và Se được kiểm chứng bằng những mẫu chuẩn đối chứng quốc tế (CRM) nào?

Độ đúng của phương pháp được xác nhận thông qua phân tích các mẫu chuẩn đối chứng quốc tế gồm: mẫu chuẩn nền cá DORM-2, DORM-3, DORM-4, BCR 627 và mẫu chuẩn nền gạo ERM-BC211. Đối với các nền mẫu chưa có CRM, phương pháp được kiểm chứng bằng kỹ thuật thêm chuẩn thu hồi (spiking).

4. Kết quả phân tích dạng arsen trong mẫu cá biển, nước mắm và mẫu gạo có sự khác biệt như thế nào?

Trong mẫu cá biển và nước mắm, dạng arsen chiếm tỷ lệ chủ yếu là Arsenobetain (AsB) – một dạng arsen hữu cơ bền vững và không gây độc. Ngược lại, trong mẫu gạo và nước giếng khoan ô nhiễm, arsen tồn tại chủ yếu ở các dạng vô cơ độc tính cao là As(III) và As(V), cùng một phần nhỏ hợp chất methyl hóa DMAA.

5. Nghiên cứu thực địa trên đối tượng người phơi nhiễm arsen tại xã Nhật Tân (Hà Nam) đã phát hiện những gì?

Nghiên cứu chỉ ra mối tương quan thuận giữa nồng độ As trong nước ngầm với hàm lượng As tích lũy trong mẫu tóc và đào thải trong nước tiểu của người dân; hệ thống lọc cát đơn giản tại hộ gia đình giúp giảm đáng kể hàm lượng As vô cơ; tỷ lệ các chất chuyển hóa DMAA/MMAA trong nước tiểu và huyết thanh phản ánh năng lực methyl hóa giải độc As của từng nhóm cá thể.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Mạnh Hà đã hoàn thiện thành công quy trình phân tích đồng thời 5 dạng arsen và 4 dạng selen trên hệ thống ghép nối HPLC (Shimadzu) – ICP-MS (ELAN 9000 Perkin Elmer) tại Việt Nam. Toàn bộ quy trình được thẩm định đầy đủ các thông số kỹ thuật (LOD, LOQ, độ lặp lại, độ đúng qua các mẫu CRM DORM-2, DORM-3, DORM-4, BCR 627, ERM-BC211). Công trình đã áp dụng thành công phương pháp để đánh giá thực trạng phân bố các dạng As trong chuỗi mẫu môi trường, thực phẩm và sinh học tại vùng phơi nhiễm Hà Nam, cũng như định lượng các dạng Se trong sản phẩm thương phẩm, cung cấp cơ sở khoa học cho việc đánh giá độc chất học và quản lý an toàn thực phẩm theo dạng tồn tại của nguyên tố.