Những kim loại trong thực phẩm tồn đọng do ô nhiễm hóa chất, dư lượng thuốc trừ sâu, phân bón, phụ gia thực phẩm, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và ô nhiễm môi trường.

Những vi lượng như Cu, Zn… cần thiết cho cơ thể nhưng vượt mức sẽ gây ra bệnh cho cơ thể. Do đó, trong thực phẩm người ta ứng dụng phương pháp pha loãng đồng vị ICP-MS để đo mức độ những kim loại này. Trong ngành sữa, người ta dùng một số thiết bị có độ chính xác cao như AAS, AES, ICP-AES, UV-VIS, ICP-MS.

Phương pháp ICP-MS có những ưu điểm như phân tích nhanh chóng nồng độ kim loại có trong mẫu, phân tích đồng thời các nguyên tố kim loại ở dạng vết trong cùng một mẫu với độ chính xác cao, ít bị ảnh hưởng bởi các nguyên tố khác.

Cùng tìm hiểu đôi chút về kim loại Pb, Cd, và Zn

Chì là kim loại có màu xám thẫm, mềm. Chì có 18 đồng vị, trong đó có 4 đồng vị thiên nhiên là ²⁰⁴Pb (1,48%), ²⁰⁶Pb (23,6%), ²⁰⁷Pb(22,6%) và ²⁰⁸Pb (52,3%). Đồng vị phóng xạ bền nhất của chì là ²⁰²Pb có chu kỳ bán hủy là 3.105 năm.
 
Cadimi là kim loại mầu trắng bạc, mềm, có thể cắt bằng dao, dễ dát mỏng và dễ mất ánh kim trong môi trường không khí ẩm do tạo màng oxit. Cadimi có 19 đồng vị, trong đó có 8 đồng vị gặp trong thiên nhiên ¹⁰⁶Cd (1,215%), ¹⁰⁸Cd (0,875%), ¹¹⁰Cd (12,39%), ¹¹¹Cd (12,7%), ¹¹²Cd (24,07%), ¹¹³Cd (12,26%), ¹¹⁴Cd (28,86%), và ¹¹⁶Cd (7,58%). Trong các đồng vị phóng xạ thì đồng vị ¹⁰⁰Cd có chu kỳ bán hủy 470 ngày đêm là bền nhất.
 
Kẽm là kim loại mầu trắng bạc, mềm. Ở trong không khí bị phủ lớp màng hidroxit– cacbonat bền. Kẽm có 15 đồng vị, trong đó có 5 đồng vị thiên nhiên là ⁶⁴Zn (48,89%), ⁶⁶Zn (27,81%), ⁶⁷Zn (4,11%), ⁶⁸Zn (18,56%) và ⁷⁰Zn (0,62%). Trong các đồng vị phóng xạ thì động vị ⁶⁵Zn bền nhất có chu kỳ bán hủy 245 ngày đêm.

Mức giới hạn cho phép của một số kim loại nặng (WHO và FAO 1999)

Kim loại	Giới hạn rủi ro(ug/Kg trọng lượng cơ thể/ngày)
Cd	0.5
Pb	3.6
Cu	140
Zn	500

 
Các phương pháp phân tích lượng vết kim loại nặng
 
Có nhiều phương pháp phân tích, xác định lượng vết kim loại nặng như các phương pháp điện hóa, trắc quang, quang phổ hấp thụ nguyên tử (F-AAS, GF-AAS, CV-AAS), huỳnh quang tia X (XRF), kích hoạt nơtron (NAA), quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-AES), quang phổ plasma ghép nối khối phổ (ICP – MS)...Các phương pháp được sử dụng tùy thuộc theo từng đối tượng mẫu phân tích, mức hàm lượng kim loại nặng trong mẫu, điều kiện cụ thể của phòng thí nghiệm và yêu cầu mức độ tin cậy của kết quả phân tích.

Phương pháp phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS)
 
Thuật ngữ ICP (Inductively Coupled Plasma) dùng để chỉ ngọn lửa plasma tạo thành bằng dòng điện có tần số cao (cỡ MHz) được cung cấp bằng một máy phát Radio Frequency Power (RFP). Ngọn lửa plasma có nhiệt độ rất cao có tác dụng chuyển các nguyên tố trong mẫu cần phân tích thành dạng ion. MS (Mass Spectrometry) là phép ghi phổ theo số khối hay chính xác hơn là theo tỷsố giữa số khối và điện tích (m/Z). Từ khi xuất hiện plasma cảm ứng với các tính năng và ưu điểm về vận hành hơn hẳn các nguồn hồ quang và tia điện thì một công cụ mới đã dần dần được phát triển thành một tổ hợp ICP ghép với một khối phổ kế.

Hai ưu điểm nổi bật của ICP-MS là có độ phân giải cao và dễ tách các nhiễu ảnh hưởng lẫn nhau do đó có thể phát hiện được hầu hết các nguyên tố trong bảng tuần hoàn.

Phương pháp phân tích này dựa trên các nguyên tắc của sự bay hơi, phân tách, ion hóa của các nguyên tố hóa học khi chúng được đưa vào môi trường plasma có nhiệt độ cao. Sau đó các ion này được phân tách ra khỏi nhau theo tỷ số khối lượng / điện tích (m/z) của chúng, bằng thiết bị phân tích khối lượng có từ tính và độ phân giải cao phát hiện, khuyếch đại tín hiệu và đếm bằng thiết bị điện tử kĩ thuật số.

Phương pháp ICP – MS ra đời vào đầu những năm 80 của thế kỉ trước và ngày càng chứng tỏ là kĩ thuật phân tích có ưu điểm vượt trội so với các kĩ thuật phân tích khác như quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-AES hay ICP-OES)...Phương pháp ICP-MS hơn hẳn các kĩ thuật phân tích kim loại nặng khác ở các điểm sau: có độ nhạy cao, độ lặp lại cao, xác định đồng thời được hàng loạt các kim loại trong thời gian phân tích ngắn.

Sự xuất hiện và bản chất của phổ ICP-MS

Dưới tác dụng của nguồn ICP, các phân tử trong mẫu phân tích được phân li thành các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi. Các phần tử này khi tồn tại trong môi trường kích thích phổ ICP năng lượng cao sẽ bị ion hóa, tạo ra đám hơi ion của chất mẫu (thường có điện tích +1). Nếu dẫn dòng ion đó vào buồng phân cực để phân giải chúng theo số khối (m/Z) sẽ tạo ra phổ khối của nguyên tử chất cần phân tích và được phát hiện nhờ các detector thích hợp. ICP-MS sư dụng nguồn năng lượng cao tần, nhiệt địên lên đến 6.000- 100000C cho phép hóa hơi, nguyên tử hóa và ion hóa tất cả các chất với hiệu suất cao và ổn định. Tách loại các ion nhờ hệ từ trường tứ cực.
 
Các quá trình xảy ra trong nguồn ICP:
 
- Hóa hơi chất mẫu, nguyên tử hóa các phân tử, ion hóa các nguyên tử, sự phân giải của các ion theo số khối sẽ sinh ra phổ ICP-MS:
Hóa hơi: M_nX_m(r) -> M_nx_m(k)
Phân li: M_nX_m(k) -> nM(k) + mX(k)
Ion hóa: M(k)⁰+ Enhiệt -> M(k)⁺
 
- Thu toàn bộ đám hơi ion của mẫu, lọc và phân ly chúng thành phổ nhờ hệ thống phân giải khối theo số khối của ion, phát hiện chúng bằng detector, ghi lại phổ.
 
- Đánh giá định tính, định lượng phổ thu được. Như vậy thực chất phổ ICP - MS là phổ của các nguyên tử ở trạng thái khí tự do đã bị ion hóa trong nguồn năng lượng cao tần ICP theo số khối các chất.
 
Ưu điểm của phương pháp phân tích bằng ICP-MS
 
Phép đo phổ ICP - MS là một kỹ thuật mới, ra đời cách đây không lâu nhưng được phát triển rất nhanh và sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như :quá trình sản xuất nhiên liệu hạt nhân, xác định đồng vị phóng xạ, nước làm lạnh sơ cấp trong ngành hạt nhân (chiếm tỷ trọng 5%); phân tích nước uống, nước biển, nước bề mặt, đất, bùn, đất hoang, phân tích định dạng Hg, As, Pb và Sn trong nghiên cứu và bảo vệ môi trường (48%); quá trình hoá học, chất nhiễm bẩn trong Si Wafers trong công nghiệp sản xuất chất bán dẫn (33%); máu, tóc, huyết thanh, nước tiểu, mô trong y tế (6%); đất, đá, trầm tích, nghiên cứu đồng vị phóng xạ độc trong khoa học hình sự (1%) và phân tích thực phẩm (1%)...trong địa chất(2%); hóa chất (4%); dấu vết đạn; đặc trưng vật liệu



- Nguồn ICP là nguồn năng lượng kích thích phổ có năng lượng cao, nó cho phép phân tích hơn 70 nguyên tố từ Li – U và có thể xác định đồng thời chúng với độ nhạy và độ chọn lọc rất cao (giới hạn phát hiện từ ppb-ppt đối với tất cả các nguyên tố).
 
- Khả năng phân tích bán định lượng rất tốt do không cần phải dùng mẫu chuẩn mà vẫn đạt độ chính xác cao; có thể phân tích các đồng vị và tỷ lệ của chúng.
 
- Tuy có độ nhạy cao nhưng nguồn ICP lại là nguồn kích thích phổ rất ổn định, nên phép đo ICP - MS có độ lặp lại cao và sai số rất nhỏ.
 
- Phổ ICP - MS ít vạch hơn phổ ICP - AES nên có độ chọn lọc cao, ảnh hưởng thành phần nền hầu như ít xuất hiện, nếu có thì cũng rất nhỏ, dễ loại trừ.
 
- Vùng tuyến tính trong phép đo ICP - MS rộng hơn hẳn các kỹ thuật phân tích khác, có thể gấp hàng trăm lần và khả năng phân tích bán định lượng rất tốt do không cần dùng mẫu chuẩn mà vẫn cho kết quả tương đối chính xác.
 
- Ngoài ra ICP-MS còn được sử dụng như là một detector cho LC, CE, GC...
Với nhiều ưu điểm vượt trội, kỹ thuật phân tích ICP - MS được ứng dụng rộng rãi để phân tích nhiều đối tượng khác nhau đặc biệt là trong các lĩnh vực phân tích vết và siêu vết phục vụ nghiên cứu sản xuất vật liệu bán dẫn, vật liệu hạt nhân, nghiên cứu địa chất và môi trường ... Ở Việt Nam, thiết bị ICP-MS đã được lắp đặt và sử dụng trong một số viện nghiên cứu như Viện xạ hiếm, Viện nghiên cứu địa chất-khoáng sản, Viện công nghệmôi trường, Khoa Hóa hoc̣-Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, ...
 
 Các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo ICP-MS
 
- Nồng độ muối ảnh hưởng từ 0,1 – 0,4%.
- Đồng vị của các nguyên tố khác nhau có số khối trùng nhau. Sự kết hợp giữa các nguyên tử tạo ra một phân tử mới có số khối trùng với số khối của nguyên tố cần phân tích.
 
- Các nguyên tử khi ion hóa bậc 1 hoặc bậc 2 sẽ cho các số khối khác nhau trùng với số khối của nguyên tố cần phân tích.
 
- Ảnh hưởng của mẫu phân tích trước.
 
 Một số công trình nghiên cứu xác định kim loại nặng bằng phương pháp ICP-MS
Các tác giả Trần Tứ Hiếu, Lê Hồng Minh, Nguyễn Viết Thức đã xác định được lượng vết của 6 kim loại nặng: Cu, Zn, As, Ag, Cd, Pb bằng phương pháp ICP-MS trong các loài trai, ốc ở Hồ Tây-Hà Nội với mẫu đông khô và mẫu tươi. Căn cứ theo cách phân loại chất lượng môi trường nước dựa trên hàm lượng các kim loại vết trong trai, ốc các tác giả kết luận nước Hồ Tây bị ô nhiễm nhẹ bởi đồng, bạc, asen, cacdimi, bị ô nhiễm ở mức bình thường bởi các nguyên tố như kẽm, chì .
 
Tác giả Nguyễn Thị Nga đã xác định 11 kim loại nặng: Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Hg, Pb trong các mẫu rau, củ, quả và mẫu thịt bằng phương pháp ICP-MS. Kết quả phân tích cho thấy Pb và Hg là 2 kim loại nhiễm ở nhiều mẫu nhất so với các kim loại khác. Cu và Zn không bị quá ở bất cứ mẫu nào. Các kim loại khác bị nhiễm ở một số mẫu .
 
Peter Heiland và Helmut D. Koster [48] ứng dụng phương pháp ICP-MS để xác định lượng vết 30 nguyên tố Cu, Pb, Zn, Cd, As, Cr, ... trong mẫu nước tiểu của trẻ em và người trưởng thành.
Marcos Pérez-López và cộng sự  phân tích Pb, Cd, Zn và As có trong thịt một số loài chim hoang dã ở vùng Galicia (Tây Bắc Tây Ban Nha) bằng phương pháp ICP-MS. Kết quả cho thấy hàm lượng Zn trong khoảng 1,47 -2,98ppm, hàm lượng As trong khoảng 1,21 đến 6,88ppm. Hàm lượng Pb và Cd trong đó tương đối cao, có mẫu lên tới trên 18ppm Pb, và hàm lượng Cd cao nhất thu được lên tới 39ppm.
 
Mohamed Maanan , trường đại học Nates, Pháp đã sử dụng phương pháp ICP-MS để phân tích Hg và Pd trong các động vật thân mềm ở vùng biển. Kết quả chothấy hàm lượng Pb là 9,6 mg.kg−1 và hàm lượng Hg là 0,6 mg.kg−1
 
Simone Griesel và cộng sự [50] đã sử dụng phương pháp ICP-MS để xác định hàm lượng của 23 kim loại (Be, Al, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Rb, Sr, Mo, Pd, Cd, Sn, Pt, Pb) trong máu của hải cẩu ở vùng biển Wadden, Đức và đảo Danish. Kết quả chỉ ra rằng hàm lượng một số nguyên tố như As, Cr, Mn, Mo, Se, V trong máu hải cẩu cao hơn so với trong máu người. Một số nguyên tố như Al, Mn, Cu, vàPt khác nhau đáng kể trong máu hải cẩu ở hai vùng địa lí khác nhau. Sự khác biệt này có thể do ảnh hưởng của nguồn thức ăn.
 
A.T.Townsend và I.Snape [27] đã tiến hành xác định hàm lượng Pb trong các mẫu trầm tích ở cửa sông thuộc nam Australia bằng phương pháp ICP-MS. Các mẫu trầm tích ở Brown Bay hàm lượng Pb trong khoảng 18–215 mg.kg− 1, còn ở vùng Broken Hill vàMt Isa Australian hàm lượng Pb lần lượt từ 35,5 đến 36 và từ 16,0 đến 16,1 mg.kg-1. Cònở khu vực Wilkes Station hàm lượng Pb được xác định trong khoảng 13–40 mg.kg− 1.
 
Wenling Hu, Fei Zheng và Bin Hu  tách và xác định hàm lượng của As(III),As(V), Cr(III), Cr(VI) trong nước tự nhiên sử dụng kỹ thuật sol-gel và ICP-MS. Giới hạn phát hiện của phương pháp là 0,7 và 18 ng/L với As(V) và Cr(VI); 3,4 và 74 ng/L với As(III) và Cr(III). Độ lệch chuẩn là 3,1; 4,0; 2,8 và 3,9% (C= 1 ng.mL-1) tương ứng với As(V), As(III), Cr(VI) và Cr(III). Với nước máy và nước hồ hiệu suất thu hồi đạt được từ 94 đến 105%.

Kỹ thuật pha loãng đồng vị
 
Kỹ thuật pha loãng đồng vị là một kỹ thuật mới dựa vào các tỉ số của các đồng vị để xác định một nguyên tố trong mẫu bằng cách thêm một hàm lượng đồng vị đã biết trước nồng độ vào mẫu cần phân tích. Sau khi thêm, tỉ lệ giữa các đồng vị sẽ không còn là hằng số. Giả sử trong tự nhiên nguyên tố X có hai đồng vị: A1X là x1% và A2X là x2%.
 
Trong một mẫu bất kỳ, tỷ lệ đồng vị A2X/A1X được xác định trên ICP-MS là a, khi ta thêm một lượng đồng vị A2X là b vào mẫu này thì tỷ lệ A2X/A1X được xác định trên ICP-MS là c. Từ đó ta có thể xác định được hàm lượng nguên tố X theo công thức sau:

^A2X/^A1X = a(1)
(^A2X + b)/^A1X= c (2)
Từ (1) và (2) ta có: ^A2X/^A1X + b/^A1X = c (3)
Từ (1) và (3) ta có: a + b/^A1X = c (4)
 
Trong phương trình (4) thì: a, b, c là các giá trị đã biết từ đó xác định được hàm lượng đồng vị ^A1X và tính được hàm lượng X trong mẫu là:



Phương pháp ID-ICP-MS được chứng minh là có độ chính xác cao trong việc xác điṇh nồng đô ̣tổng số môṭ số kim loaị trong các nền mâũ khác nhau . Phương pháp này có ưu điểm hơn môṭ số phương pháp đường chuẩn truyền thống khác . Viêc̣ mất nguyên tố sau khi thêm đồng vi ̣là không ảnh hưởng tới đô ̣chính xác . Môṭ số cản trở vâṭ lý và các cản trở hóa học là giống nhau đối với các đồng vị của cùng một nguyên tố .

Tỷ lệ củađồng vi ̣có thể đo đươc̣ bằng thiết bi ̣ICP -MS với đô ̣chính xác cao , RSD <0,25%. Điṇh lươṇg trưc̣ tiếp bằng phương trình toán hoc̣ từtỷ lê ̣đồng vi ̣đo đươc̣ và lươṇg đồng vi ̣thêm vào, không phu ̣thuôc̣ đường chuẩn và đô ̣thu hồi của mâũ . Tuy nhiên, phương pháp ID-ICP-MS yêu cầu sự đồng nhất giữa đồng vi ̣thêm vàovà đồng vị tự nhiên .

Đồng vị thêm vào và mẫu có thể ở dạng khác nhau và chỉ có dạng tổng số đươc̣ xác điṇh . Vì vậy, ID-ICP-MS yêu cầu mâũ phải đươc̣ phân hủy về daṇg đồng nhất, tất cả các đồng vi ̣đều ở cùng traṇ g thái oxi hóa . Các mẫu lỏng như nước sạch có thể thêm đồng vị trực tiếp vào và phân tích .

Các mẫu nước thải, mâũ rắn, mâũ thức ăn cần phân hủy về traṇ g thái đồng nhất trước khi phân tích. Trong số các nguyên tố Pb ,Cd và Zn thì Pb có 4 đồng vi, ̣ trong đó 3 đồng vi ̣là ²⁰⁶Pb,²⁰⁷Pb và²⁰⁸Pb không bi ̣ảnh hưởngvà chiếm tỷ lệ lớn nên đều có thể sử dụng cho nghiên cứu .

Trong đề tài này tỷ lê ̣²⁰⁷Pb/²⁰⁸Pb đươc̣ nghiên cứu, trong đó ²⁰⁷Pb là đồng vi ̣thêm vào mâũ ; đối với Zn thì ⁶⁴Zn tuy chiếm tỷ lê ̣lớn (48,63%) nhưng laị bi ̣ảnh hưởng của CaO , ArMg (Ca, Mg thường cómăṭ trong sữa) nên không đươc̣ lưạ choṇ . Hai đồng vi ̣⁶⁷Zn và ⁶⁹Zn có tỷ lê ̣thấp (4,1% và 0,62%) và bị ảnh hưởng của ClO 2 nên không đươc̣ choṇ .

Hai đồng vi ̣⁶⁶Zn và ⁶⁸Zn có tỷ lê ̣tương đối trong tự nhiên (27,9% và 18,75%) và ít bị ảnh hưởng của nền mẫu được lựa chọn trong đó đồng vị ⁶⁸Zn (chiếm 18,75%) làm đồng vị thêm vào mẫu ; Đối với Cd, có 6 đồng vi ̣¹¹⁰Cd, ¹¹¹Cd, ¹¹²Cd, ¹¹³Cd, ¹¹⁴Cd và ¹¹⁶Cd đều có thể khảo sát . Tuy nhiên, tỷ lệ¹¹⁰Cd/¹¹⁴Cd hoăc̣ ¹¹¹Cd/¹¹⁴Cd hay đươc̣ lưạ choṇ . Trong đề tài này, tỷ lệ 110Cd/114Cd đươc̣ sử duṇg. Như vậy, phương pháp pha loãng đồng vị có ưu điểm là không phải xây dựng đường chuẩn (khoảng 5 đến 7 điểm chuẩn) mà thêm vào mẫu cần phân tích một hàm lượng chất đồng vị của nguyên tố đó đã được biết trước, sau đó xác định hai mẫu không cho thêm và cho thêm chất đồng vị. Kết quả sẽ được tính toán theo công thức toán học.
 
Ưu điểm của phương pháp là không cần phải xây dựng đường chuẩn, mẫu phân tích trên cùng một nền mẫu nên kết quả đo có độ lặp lại và chính xác rất cao. Nhược điểm của phương pháp này là chỉ những nguyên tố nào có từ 2 đồng vị trở lên mới có thể áp dụng được .

Nguyên tố	Đồng vị	Tỷ lệ đồng vị	Yếu tố ảnh hưởng do trúng số khối
Zn	63.9291	48.63	Ni,SO2, TiO, PO2,CaO, ArMg, ArCO
	65.926	27.9	TiO, VO, SO2, Ba++, ArMg,
	66.9271	4.1	ArP, ClO2,VO, TiO, Ba++
	67.9249	18.75	ArS, TiO, SO2, VO, ClO2, Ba++
	69.9253	0.62	Ce++ ,Ge, ArS, ClO2, Pr++, Ce++
Cd	105.907	1.25	Pd, SrO, ZrO, YO
	107.904	0.89	Pd, SrO, MoO
	109.903	12.49	Pd, MoO, ZrO
	110.904	12.8	MoO
	111.903	24.13	Sn, ZrO, MoO
	112.905	12.22	In, MoO
	113.904	28.73	Sn, MoO
	115.905	7.49	Sn, MoO, Th++
Pb	203.937	1.4	Hg, WO
	205.975	24.1
	206.976	22.1
	2077.98	52.4

 
Nội dung nghiên cứu
 
 Nghiên cứu các điều kiện tối ưu trong quá trình phân tích mẫu trên thiết bị ICP-MS (điều kiện chuẩn hóa máy, tốc độ khí mang cho bộ tạo sol khí, nguồn năng lượng,thế điều khiển thấu kính điện tử, thời gian phân tích mẫu, thời gian rửa sạch mẫu).
 
- Chuẩn hóa số khối được tiến hành bằng cách sử dụng dung dịch chứa các nguyên tố với số khối bao toàn bộ khoảng số khối của các nguyên tố phân tích. Tiến hành chuẩn hóa số khối với dung dịch có nồng độ 10 ppb của Mg, Rh, Ce, Pb và U. Số khối được chuẩn hóa sao cho tất cả các nguyên tố trong dải đều thu được với độ chính xác ±0,05 đơn vị.
 
- Tối ưu tốc độ khí mang tạo sol khí, sử dụng dung dịch Ce có nồng độ 10 ppb cho việc khống chế tốc độ khí mang dựa vào tỉ số CeO/Ce, tốc độ khí mang hợp lí nhất sẽ cho tín hiệu Ce cao nhất nhưng tỉ số CeO/Ce nhỏ hơn 0,03 để đảm bảo lượng oxit trong quá trình phân tích không quá lớn.
 
- Tối ưu nguồn năng lượng ICP, để khảo sát nguồn năng lượng của ICP-MS, ta phân tích dung dịch Rh có nồng độ 10 ppb và thay đổi công suất của máy phát cao tần RF từ 700 đến 1200 W với thay biên độ thay đổi 25W một lần. Công suất của máy phát cao tần RF tối ưu đạt được khi tín hiệu của Rh cao nhất.
 
- Tối ưu thế điều khiển thấu kính điện tử - ion. Bằng cách phân tích dung dịch Rh 10 ppb và thay đổi thế điều khiển đặt vào hệ thấu kính với các bước 0,2 vôn/lần ta thu được tín hiệu của Rh. Thế điều khiển thấu kính là tối ưu khi cường độ tín hiệu của Rh là cao nhất.
 
- Thời gian phân tích mẫu được khảo sát với dung dịch mẫu của U với nồng độ 10 ppb, khi tín hiệu thu được lớn nhất và ổn định thì kết quả mới có giá trị và thời gian từ khi bắt đầu phân tích cho tới khi thu được tín hiệu lớn nhất và ổn định gọi là thời gian phân tích.
 
- Thời gian rửa sạch mẫu được khảo sát với dung dịch mẫu của U với nồng độ cao 100ppm. Thời gian mẫu được rửa bằng nước cất để tín hiệu của chất phân tích trở về trạng thái trước khi phân tích mẫu là thời gian rửa mẫu.
  +Nghiên cứu các điều kiện tối ưu trong quá trình xử lý mẫu.
Khảo sát lượng đồng vị thêm vào phù hợp
 
 + Nghiên cứu các ảnh hưởng do trùng số khối của các thành phần chính trong mẫu sữa.
 + Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện và định lượng của các nguyên tố trên thiết bị ICP-MS dựa trên các điều kiện tối ưu đã khảo sát.
 + Đánh giá độ lập lại, độ lệch chuẩn và độ thu hồi của phương pháp.
 + Nghiên cứu, đánh giá phương pháp. So sánh kết quả với các phương pháp khác.
 + Xây dựng quy trình phân tích xác định Pb, Cd và Zn trong mẫu sữa.
Đánh giá phƣơng pháp phân tích
 
Khoảng tuyến tính và đường chuẩn
 
Phương pháp pha loãng đồng vị có ưu điểm là không phải xây dựng đường chuẩn (khoảng 5 đến 7 điểm chuẩn) mà thêm vào mẫu cần phân tích một hàm lượng chất đồng vị của nguyên tố đó đã được biết trước, sau đó xác định mẫu cho thêm chất đồng vị. Kết quả sẽ được tính toán theo công thức toán học:
 
* Với nguyên tố Pb: Trong tự nhiên Pb có 4 đồng vị là 204Pb (1,42%); 206Pb (24,14%); 207Pb (22,08%) và 208Pb (52,34%). Trong một mẫu bất kỳ, tỷ lệ đồng vị 207Pb/208 Pb được xác định trên ICP-MS là 0,422, khi ta thêm một lượng đồng vị 207Pb là b vào mẫu này thì tỷ lệ 207Pb/208
Pb được xác định trên ICP-MS là c. Từ đó ta có thể xác định được hàm lượng Pb theo công thức sau:
²⁰⁷Pb/²⁰⁸Pb = 0,422 (1)
(²⁰⁷Pb + b)/²⁰⁸Pb = c (2)
Từ (1) và (2) ta có: ²⁰⁷Pb/²⁰⁸Pb + b/²⁰⁸Pb = c (3)
 
Từ (1) và (3) ta có: 0,422 + b/²⁰⁸Pb = c (4)
 
Trong phương trình (4) thì: b, c là các giá trị đã biết từ đó xác định được hàm lượng đồng vị 208Pb và tính được hàm lượng Pb trong mẫu là:



* Với nguyên tố Cd:
- Tỉ lệ đồng vị trong tự nhiên của ¹¹⁰Cd là 12,39%
- Tỉ lệ đồng vị trong tự nhiên của ¹¹⁴Cd là 28,86%
Ta có:
¹¹⁰Cd/¹¹⁴Cd = 0,429 (5).
Khi thêm một lượng đồng vị 110Cd là x vào mẫu thì tỉ lệ (¹¹⁰Cd +x)/¹¹⁴Cd = y (6).
Từ (5) và (6) có: 0,429 + x/¹¹⁴Cd = y (7).
Từ (7) xác định được hàm lượng đồng vị ¹¹⁴Cd và tính được hàm lượng của Cd trong mẫu là:
 
¹¹⁴Cd Cd= x10028,86
 
 
 
* Vơi nguyên tố Zn:
 
- Tỉ lệ đồng vị trong tự nhiên của ⁶⁶Zn là 27,81%
- Tỉ lệ đồng vị trong tự nhiên của ⁶⁸Zn là 18,56%
Ta có: ⁶⁸Zn/⁶⁶Zn = 0,667 (8).
Khi thêm một lượng đồng vị 68Zn là u vào mẫu thì tỉ lệ (68Zn+u)/66Zn = v (9).
Từ (8) và (9) có: 0,6674 + u/⁶⁶Zn = v (10).
Từ (10) xác định được hàm lượng đồng vị ⁶⁶Zn và tính được hàm lượng của Zn trong mẫu là
 

         
Giới hạn phát hiện (LOD) hay giới hạn định tính được định nghĩa là nồng độ nhỏ nhất của chất phân tích mà thiết bị phân tích còn cho tín hiệu phân tích khác với tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu nền.
Giới hạn định lượng (LOQ) là nồng độ nhỏ nhất mà thiết bị đo cho phép định lượng được với độ chính xác trên 95%.
Đối với hệ thống ICP-MS, LOD và LOQ có thể được tính theo các công thức

 
 Như vậy để xác định LOD và LOQ của phép đo, ta tiến hành đo lặp lại mẫu trắng 10 lần rồi tính độ lệch chuẩn theo công thức:
 

 
Để xác định giới hạn phát hiện của phương pháp đối với kim loại chì, cadimi và kẽm chúng tôi pha các dung dịch chuẩn có nồng độ Pb 0,2 ppb, Cd 0,1 ppb và Zn 5,0 ppb từ dung dịch chuẩn gốc Pb 1000 ppm, Cd 1000 ppm và Zn 1000 ppm. Tiến hành đo lặp 07 lần trên thiết bị ICP-MS cùng với 07 mẫu trắng thu được các tín hiệu cường độ (cps).
 
Tính số đếm trung bình rồi thay số liệu vào các công thức (1), (2), (3) ta tính được các giá trị LOD và LOQ. Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.9:



Kết quả tính toán cho thấy giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) của phép đo ICP-MS đối các nguyên tố rất nhỏ (cỡ 10-12g/ml). Như vậy phương pháp này hoàn toàn phù hợp cho việc phân tích lượng vết và siêu vết.
 
Đánh giá hiệu suất thu hồi và độ lập lại của phƣơng pháp
 
Nhằm đánh giá độ đúng và độ chính xác của quy trình phân tích, chúng tôi tiến hành khảo sát hiệu suất thu hồi và độ lặp lại của phương pháp. Hiệu suất thu hồi và độ lập lại của phương pháp được thực hiện bằng cách thêm 25uL dung dịch chuẩn hỗn hợp Pb 5,0 ppm, Cd 0,5 ppm và Zn 100 ppm vào nền mẫu sữa Physiolac (Sd16) rồi tiến hành sử lý mẫu bằng hỗn hợp axit HNO3 đặc và H2O2 trong lò vi sóng, thể tích định mức cuối cùng là 25 mL, sau đó đo lập 07 lần bằng phương pháp pha loãng đồng vị trên ICP-MS.

- Hiệu suất thu hồi được tính theo công thức sau:
 
H(%)= 100%(C_{có thêm chuẩn} - C_nền)/C_{chuẩn được thêm vào}

- Độ lập lại được đánh giá thông qua độ lệch chuẩn tương đối theo công thức sau:



Kết quả khảo sát được tóm tắt trong bảng 3.16 và bảng 3.17 như sau:
 
Bảng 3.16. Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi của phương pháp


 
Như vậy, bảng 3.16 và 3.17 cho thấy hiệu suất thu hồi của phương pháp là cao (86-104%) ứng với mức nồng độ từ 0,5 đến 100μg/L, độ lặp lại tốt (RSD < 5%). Phương pháp có độ đúng và độ chính xác cao.
 
Kết luận: Các kết quả khảo sát đã chỉ ra rằng, phương pháp pha loãng đồng vị trên thiết bị đo ICP-MS có giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng rất nhỏ, khoảng tuyến tính rộng và độ ổn định cao. Vì thế phương pháp pha loãng đồng vị trên thiết bị ICP-MS (ID – ICP - MS) là một phương pháp rất tốt để phân tích, xác định hàm lượng vết và siêu vết các kim loại nặng trong mẫu sữa.

Thông tin liên hệ mua chất chuẩn AAS, ICP, ICP-MS
SBC Scientific
Hotline: 0945677929
Email: info@sbc-vietnam.com