Đã đánh giá lựa chọn loại màng lọc làm vật liệu mang và tối ưu hoá nồng độ hoá chất tẩm NaHSO4 để đạt hiệu suất thu hồi mẫu nicotin theo yêu cầu phân tích lượng vết bằng phương pháp lấy mẫu thụ động. Đã chế tạo được hai loại màng hấp phụ trên cơ sở màng lọc Quartz và màng lọc sợi thuỷ tinh loại A (GF/A). Kết quả thí nghiệm cho thấy màng lọc Quartz có hiệu suất thu hồi cao hơn màng lọc GF/A, nhưng không đáng kể. Màng lọc GF/A có khả năng lưu giữ mẫu lâu hơn, hệ số thu hồi sau 14 ngày ở nồng độ tẩm NaHSO4 4% đạt trên 90%. Chế tạo bộ lấy mẫu thụ động (gọi là VnNIC) và được kiểm chứng độ tương quan so với bộ lấy mẫu chủ động XAD-4 theo phương pháp chuẩn của Viện sức khỏe nghề nghiệp Hoa kỳ (NIOSH), hệ số tương quan đạt R2=0,9592.
1. MỞ ĐẦU
Theo số liệu của WHO cuối tháng 5/2017, mỗi năm thế giới có khoảng 7 triệu người tử vong do các bệnh liên quan đến hút thuốc lá và 600.000 người chết do phơi nhiễm với khói thuốc lá thụ động. Báo cáo năm 2010 của Tổng hội Y khoa Hoa Kỳ, khói thuốc lá chứa 7.000 hóa chất, trong đó có 69 chất gây ung thư. Một số chất độc hại điển hình trong khói thuốc lá gồm: nicotine, tar, CO, benzene, nitrosamines, ammonia, formaldehyde… Nicotine là thành phần chính có trong thuốc lá và là tác nhân gây nghiện cho những người hút thuốc.
Nicotin được tìm thấy có liên quan và tác động đến các bệnh và bộ phận: ung thư đường ruột-dạ dày, ung thư tuyến tụy, ung thư vú, ảnh hưởng hệ thống tim mạch, hệ thống hô hấp, hệ tiêu hóa, hệ thống miễn dịch, hệ thống thị giác, hệ thống thận, hệ thống sinh sản nam giới, chu kỳ kinh huyệt, tế bào trứng, phụ nữ mang thai [4],[5].
Nicotine là thành phần chính trong thuốc lá, là nguyên nhân gây nghiện cho những người hút thuốc [1] và là yếu tố tiếp xúc nghề nghiệp đặc trưng trong các cơ sở sản xuất thuốc lá. Ở Việt nam có hơn 17 nhà máy sản xuất và trên 18 nghìn người lao động đang làm việc trong ngành công nghiệp thuốc lá [2]. Năm 1997, nước ta đã công nhận bệnh nhiễm độc nicotin là bệnh nghề nghiệp được bảo hiểm [3]. Việc xác định nồng độ nicotine trong không khí khu vực làm việc là giải pháp dự phòng đầu tiên có cơ sở khoa học để ngăn ngừa sự ảnh hưởng tới sức khỏe của người lao động [6],[7].
Trên thế giới, phương pháp phân tích và đánh giá nicotine trong không khí bao gồm phương pháp lấy mẫu chủ động bằng cách sử dụng một bơm hút thu mẫu có tốc độ hút biết trước, hút một lượng không khí nhất định qua ống hấp phụ chứa vật liệu hấp phụ (XAD-2, XAD-4, Tenax hoặc than hoạt tính) và phương pháp thụ động bằng cách treo đầu lấy mẫu chứa vật liệu hấp phụ trong không khí để hấp thu mẫu một cách tự nhiên [8]. Các mẫu này được phân tích bằng các thiết bị sắc ký GC-NPD, thiết bị sắc ký GC-MS và HPLC [9,10,11,12]. Bài báo này tập trung nghiên cứu vật liệu mang và tỉ lệ chất hấp phụ nhằm nâng cao hiệu suất và độ tin cậy cho phương pháp lấy mẫu hơi nicotin thụ động, đồng thời đánh giá so sánh mối tương quan với phương pháp chuẩn (lấy mẫu chủ động) để xác định khả năng áp dụng trong thực tế.
2. PHƯƠNG PHÁP
2.1. Xác định hơi nicotin bằng thiết bị GC/NPD
Nguyên lý của phương pháp: Hơi nicotine được hấp thu một cách thụ động lên vật liệu hấp phụ, sau đó Nicotine trên lớp hấp phụ được chiết tách chuyển thành dạng dung dịch và được định tính, định lượng bằng thiết bị sắc ký khí ghép nối detector NPD. Detector nitơ-phốt pho (NPD) chọn lọc cho các hợp chất hữu cơ có chứa nitơ hoặc phốt pho. NPD cũng đáp ứng phân tích hydrocarbon bình thường, nhưng ít hơn khoảng 100.000 lần so với các hợp chất chứa nitơ hoặc phốt pho [13]. Do tính chọn lọc và độ nhạy của nó, NPD thường được sử dụng để phát hiện các hợp chất vi lượng có chứa N, P khác nhau.
Mẫu nicotin trên màng được chuyển sang dạng nicotin tự do khi thêm dung dịch NaOH vào mẫu và lắc đều. Dùng n-Heptane và chiết lỏng để tách pha nicotine từ dung dịch NaOH vào n-Heptane. Định lượng Nicotin trong mẫu từ đường chuẩn sử dụng phương pháp nội chuẩn với Quinoline. Sử dụng thiết bị GC/NPD Shimadzu 2010 Plus với cột tách GC HP-FFAP 25m, 0,32mm, 0,5µm; nhiệt độ cổng bơm mẫu: 230oC; nhiệt độ lò cột 120oC; nhiệt độ NPD: 220oC; tốc độ dòng khí mang: 3,6ml/phút; thể tích bơm mẫu: 1,0µl.
2.2. Thí nghiệm lựa chọn màng tẩm
Tiến hành khảo sát trên hai loại vật liệu mang là màng lọc làm bằng sợi thủy tinh loại A (GF/A) của hãng Whatman (GF/A, 25mm, Cat No.1820-025) và màng Quazt 25mm của hãng SKC (225-1824, 25mm, 1,2µm).
Trước khi tẩm chất hấp phụ NaHSO4, các màng lọc được chiết Soxhlet bằng methanol trong vòng 24h. Màng lọc được để khô trong bình hút ẩm có chứa silica gel sạch. Sau đó tiến hành tẩm NaHSO4 ở ba nồng độ khác nhau là 1%, 4% và 10% cho mỗi loại màng, thí nghiệm lặp lại 5 mẫu tại mỗi nồng độ. Ký hiệu các thí nghiệm như sau:
|
GA1: Màng lọc GF/A tẩm NaHSO4 1% |
Q1: Màng lọc Quart tẩm NaHSO4 1% |
|
GA4: Màng lọc GF-A tẩm NaHSO4 4% |
Q4: Màng lọc Quart tẩm NaHSO4 4% |
|
GA10: Màng lọc GF-A tẩm NaHSO4 10% |
Q10: Màng lọc Quart tẩm NaHSO4 10% |
Tiến hành thêm chuẩn nicotin nồng độ 5µg/mL và thực hiện quá trình phân tích tại các thời điểm khác nhau: ngày đầu tiên, sau 3 ngày, sau 7 ngày và sau 14 ngày. Ở mỗi nồng độ cho mỗi loại màng chuẩn bị đủ loạt 20 mẫu cho bốn khoảng thời gian khảo sát. Tổng số mẫu thí nghiệm là 120 mẫu. Điều kiện bảo quản: màng được đặt trong túi nilon kín khí, tránh ánh sáng mặt trời ở nhiệt độ phòng. Tất cả các loại màng sau khi được tẩm chất hấp phụ, để khô và được bảo quản trong chai kín, tối màu.
2.3. Đánh giá hình ảnh vật liệu hấp phụ trên màng tẩm.
Tiến hành tẩm NaHSO4 lên màng lọc ở 3 nồng độ khác nhau là 1%, 4%, 10%. Chụp hình ảnh lớp vật liệu hấp phụ trên màng bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM - Scanning Electron Microscope) để xác định mật độ và khả năng phân bố chất hấp phụ trên màng.
Đánh giá hiệu quả hấp thu mẫu qua hiệu suất thu hồi khi tiến hành phân tích đánh giá độ thu hồi qua các loạt mẫu thêm chuẩn nicotin.
2.4. Đánh giá mối tương quan
Mẫu hơi nicotin trong buồng mẫu được tạo bằng hệ thống tạo mẫu chuẩn Dynacalibrator Model 500, hãng Valco Instruments. Tiến hành thu mẫu đồng thời theo từng khoảng thời gian như nhau. Dùng bơm Sibata MP∑30N hút mẫu trong buồng mẫu qua ống XAD-4 (80/40mg) với lưu lượng 0,1L/ph, thời gian hút mẫu bằng thời gian treo VnNIC trong buồng mẫu. Tổng số mẫu thí nghiệm là 60. Tốc độ hấp thu mẫu của VnNIC được tính toán theo công thức sau:
U = (m × 1000) / (t × C) (1)
Trong đó:
U: Tốc độ hấp thu mẫu, L/ph
m: Lượng nicotin trên VnNIC, µg
t: Thời gian lấy mẫu, phút
C: Nồng độ chuẩn nicotin, µg/mL.
Tiến hành đánh giá so sánh tương quan giữa các kết quả xác định nồng độ nicotin trong thực tế sản xuất theo phương pháp lấy mẫu thụ động VnNIC và phương pháp lấy mẫu chủ động XAD-4. Ở mỗi vị trí tại các khu vực sản xuất thuốc lá như: sấy, phân loại lá, thái cuộng, cuốn điếu, đóng bao... thực hiện lấy mẫu đồng thời bằng hai phương pháp. Thời gian lấy mẫu là 8 tiếng (ca làm việc). Tổng số mẫu là 116.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Hiệu suất thu hồi mẫu
Kết quả thí nghiệm cho thấy tất cả các mẫu đều cho hiệu suất thu hồi trên 90%, trong đó, ở nồng độ tẩm NaHSO4 4%, hiệu suất thu hồi trung bình là cao nhất, tương ứng 94,9% đối với màng GF/A và 96,6% đối với màng Quartz.
Hình 1. Hiệu suất thu hồi trung bình của hai loại màng GF/A và Quartz
Ở nồng độ tẩm NaHSO4 10%, cả hai loại màng lọc đều cho hiệu suất thu hồi trung bình thấp nhất. Hiệu suất thu hồi trung bình ở nồng độ tẩm còn lại lần lượt là 93,2% và 93,7% (xem Hình 1).
3.2. Khảo sát thời gian lưu mẫu
Sử dụng hiệu suất thu hồi theo thời gian lưu mẫu để đánh giá khả năng lưu mẫu. Nhìn chung, sau 14 ngày lưu mẫu, hiệu suất thu hồi còn lại trên cả 2 màng lọc đạt trên 85%.
Ở cả ba khoảng nồng độ tẩm NaHSO4, hiệu suất thu hồi của màng Quartz cao hơn màng GF/A, nhưng không đáng kể. Hiệu suất thu hồi của cả hai loại màng lọc giảm dần. Xu hướng mất mẫu sau 14 ngày thí nghiệm của màng Quartz lớn hơn màng GF/A (xem Hình 2).
Đối với màng Quartz, hiệu suất thu hồi ở nồng độ tẩm NaHSO4 1%; 4%; 10% lần lượt giảm 10,9%; 11,5%; 12,5%. Đối với màng GF/A, hiệu suất thu hồi ở nồng độ tẩm NaHSO4 1%; 4%; 10% lần lượt giảm 7,6%; 7,7%; 9,3%.
3.3. Kết quả đánh giá hình ảnh bề mặt chất tẩm NaHSO4
Để đánh giá hình ảnh trực quan của lớp chất hấp phụ NaHSO4 trên màng GF/A ở cả 3 nồng độ, các tác giả đã chụp màng lọc trước và và sau khi tẩm bằng kính hiển vi điện tử quét (xem Hình 3).
Từ ảnh chụp SEM có thể nhận thấy ở nồng độ tẩm NaHSO4 4%, bề mặt chất hấp phụ phân tán đều và không quá dày, các hạt NaHSO4 bám thành chùm nhỏ trên bề mặt sợi thuỷ tinh (Hình 3c) tạo được diện tích bề mặt hấp phụ lớn nhất. Điều này được chứng minh qua hiệu suất thu hồi trung bình là lớn nhất. Ở nồng độ NaHSO4 1%, mật độ các hạt NaHSO4 rất thưa thớt (Hình 3b), hệ quả là hiệu suất thu hồi trung bình thấp hơn. Ở nồng độ NaHSO4 10%, các hạt NaHSO4 bám thành từng mảng lớn nên diện tích bề mặt bị giảm rất nhiều, dẫn đến hiệu suất thu hồi trung bình là thấp nhất.
3.4. Mối tương quan
3.4.1. Xác định tốc độ hấp thu
Mẫu chuẩn nicotin được tạo ra trong thí nghiệm ở 2 nồng độ 5µg/L và 8µg/L. Ở nồng độ 5µg/L lượng nicotin trung bình thu được trên VnNIC là 20,7µg/mẫu (từ 18,4µg/mẫu đến 23,1µg/mẫu). Ở nồng độ 8µg/L, lượng nicotin trung bình thu được là 33,5µg/mẫu (từ 30,8µg/mẫu đến 35,6µg/mẫu). Với thời gian lấy mẫu 480 phút, theo công thức (1), tính toán được tốc độ hấp thu mẫu của VnNIC là 8,66±0,12mL/ph – đây được coi là tốc độ lấy mẫu tương đương của VnNIC dùng để tính nồng độ hơi nicotin như trong lấy mẫu chủ động.
3.4.2. Mối tương quan nồng độ nicotin trong mẫu thực tế
Mẫu hơi nicotin lấy đồng thời bằng VnNIC và XAD-4 tại 58 vị trí làm việc. Theo phương pháp XAD-4 cho thấy nồng độ dao động từ 0,059mg/m3 đến 2,307mg/m3, số mẫu vượt giá trị cho phép (0,5mg/m3) theo QCVN 03:2019/BYT là 33/58 mẫu, chiếm 56,9%.Theo phương pháp VnNIC, nồng độ dao động từ 0,061mg/m3 đến 1,949mg/m3, số mẫu vượt giá trị cho phép là 31/58 mẫu, chiếm 53,4%.
Xây dựng quan hệ giữa các giá trị nồng độ nicotin xác định được theo 2 phương pháp lấy mẫu VnNIC và XAD-4 (xem Hình 4).
Hình 4. Đánh giá mối tương quan tuyến tính nồng độ Nicotin thu được
Từ Hình 4, thấy rằng, nồng độ nicotin xác định được theo 2 phương pháp lấy mẫu có tính tương quan đồng biến tuyến tính,với hệ số tương quan R2=0,9592. Điều này có thể khẳng định phương pháp lấy mẫu thụ động VnNIC cho kết quả đủ tin cậy và tương đương với phương pháp chuẩn – lấy mẫu chủ động, sử dụng XAD-4 và bơm hút ở tốc độ 0,1L/ph.
4. KẾT LUẬN
Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất thu hồi của cả hai loại màng lọc thí nghiệm không khác nhau đáng kể, đều đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của quan trắc nồng độ vết nicotin trong không khí. Tuy nhiên, kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng sự mất mẫu sau 14 ngày của màng Quartz lớn hơn so với màng GF/A. Ngoài ra, giá thành của màng Quartz lớn hơn rất nhiều so với màng GF/A. Vì vậy, màng lọc GF/A được lựa chọn cho để thiết kế, chế tạo công cụ lấy mẫu hơi nicotin thụ động VnNIC. Phương pháp lấy mẫu thụ động VnNIC là tương đương với phương pháp chuẩn - lấy mẫu chủ động XAD-4 (hệ số tương quan R2 = 0,9592), tốc độ thu mẫu là 8,66±0,12 mL/ph, đảm bảo đủ tin cậy để xác định nồng độ vết nicotin trong không khí.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. US Department of Health and Human Services, Mental Health, Available from: http://www.samhsa.gov/data/2k12/ MHUS2010/MHUS-2010.pdf. [Last accessed on 2014 Sep].
[2]. Hà Huy Kỳ, Vũ Khánh Vân (2001), "Nghiên cứu ứng dụng phương pháp định lượng cotinin trong nước tiểu. Xác định hàm lượng cotinin ở những người tiếp xúc nghề nghiệp trong sản xuất thuốc lá và những người không tiếp xúc", Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ.
[3]. Quyết định số 167-BYT/QĐ ngày 04/2/1997 về việc ban hành bổ sung 5 bệnh nghề nghiệp vào danh mục các loại bệnh nghề nghiệp được bảo hiểm.
[4]. Aseem Mishra, Pankaj Chaturvedi, Sourav Datta, Snita Sinukumar, Poonam Joshi, Apurva Garg (2015), "Harmful effect of nicotine", India J Med Paediatr Oncol, 36 (1), 24-31.
[5]. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, (2004), "Tobacco smoke and involuntary smoking", IARC Monogr Eval Carcinog Risks Hum; 83:1-1438.
[6]. Đặng Ngọc Trúc, Phạm Đắc Thủy, Phạm Minh Khôi (1997), "Hướng dẫn giám định 21 bệnh nghề nghiệp được bảo hiểm", Viện giám định y khoa, Bộ Y Tế, tr.128-134,320-326.
[7]. Lê Trung(1987), "Nhiễm độc Nicotin nghề nghiệp",Bệnh nghề nghiệp tập I, Nhà xuất bản Y học, tr.241-250.
[8]. Khanh Huynh C1, Moix JB, Dubuis A, (2008), "Development and application of the passive smoking monitor MoNIC", Rev Med Suisse, 4(144):430-3.
[9]. "Nicotine: method NIOSH 2544", (1994). Manual of analytical method (NMAM): fourth edition.
[10]. "Nicotine: method NIOSH 2551", (1998). Manual of analytical method (NMAM): fourth edition.
[11]. ASTM D5075-01:2001: "Standard test method for nicotine and 3-ethenylpyridine in indoor air".
[12]. ISO 18145:2003: "Environmental tobacco smoke-Determinaiton of vapour phase nicotine and 3-ethenylpyridine in air- Gas chroatographic method".
[13]. Nguyễn Văn Ri, (2014), "Các phương pháp tách", Giáo trình giảng dạy dành cho sinh viên chuyên ngành Hóa Phân tích, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội.
[14]. AOAC International (2016), appendix F: "Guidelines for standard method performance requirements".
Thái Hà Vinh
Trạm Quan trắc và Phân tích môi trường lao động - Viện Khoa học An toàn và Vệ sinh lao động
