Nghiên cứu chế tạo màng hấp phụ phục vụ đánh giá phơi nhiễm hơi nicotin bằng phương pháp lấy mẫu thụ động

109
Kết quả nghiên cứu KHCN
Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2020
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG HẤP PHỤ
PHỤC VỤ ĐÁNH GIÁ PHƠI NHIỄM HƠI NICOTIN
BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU THỤ ĐỘNG
Trần Phương Thảo, Thái Hà Vinh, Nguyễn Phương Hiên
Viện Khoa học An toàn và Vệ sinh lao động
I. MỞ ĐẦU
Theo báo cáo năm 2010 của Tổng hội Y khoaHoa Kỳ, khói thuốc lá chứa 7.000 hóachất, 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.
Nicotine được tìm thấy có liên quan và tác
động đến các bệnh và bộ phận: Ung thư đường
ruột-dạ dày, bệnh ung thư tuyến tụy, bệnh 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-
giống đực, chu kỳ kinh huyệt, tế bào trứng, phụ
nữ mang thai [2],[3].
Chính vì vậy, 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
[4],[5].
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 các vật liệu
này hấp thu mẫu một cách tự nhiên [6]. Các mẫu
này được phân tích bằng các thiết bị sắc ký GC-
Tóm tắt:
Thuốc lá là sản phẩm tiêu dùng hợp pháp duy nhất gây tử vong cho một nửa số người sử dụng
nó cùng hàng trăm nghìn người không hút thuốc lá khác. Theo số liệu của Tổ chức Y tế thế giới
(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. Nicotine
là thành phần chính trong thuốc lá và là nguyên nhân gây nghiện cho những người hút thuốc [1].
Trong nghiên cứu này 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 Nicotine 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 ở các thí nghiệm, tuy nhiên sự khác biệt không rõ
ràng. Màng lọc GF/A có khả năng lưu giữ mẫu lâu hơn, hệ số thu hồi sau 14 ngày thí nghiệm với
nồng độ tẩm NaHSO4 4% đạt trên 90%.
110
NPD, thiết bị sắc ký GC-MS và HPLC [7], [8], [9],
[10]. 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.
II. 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 [11]. 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 nicotine 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 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)
được mua thương mại của hãng Whatman
(GF/A, 25mm, Cat No.1820-025) và màng Quazt
25 mm 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%
- GA4: Màng lọc GF-A tẩm NaHSO4 4%
- GA10: Màng lọc GF-A tẩm NaHSO4 10%
- Q1: Màng lọc Quart tẩm NaHSO4 1%
- Q4: Màng lọc Quart tẩm NaHSO4 4%
- Q10: Màng lọc Quart tẩm NaHSO4 10%
Tiến hành thêm chuẩn nicotine nồng độ
5µg/mL và thực hiện quá trình phân tích tại các
thời điểm khác nhau: Ngày đầu tiên (sau khi
thêm chuẩn nicotine lên màng), sau thời gian 3
ngày, 7 ngày và 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 như
sau: màng được đặt trong túi nilon kín khí, tránh
ánh sáng mặt trời, điều kiện bảo quản mẫu 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
khoảng nồng độ khác nhau là 1%, 4%, 10%.
Chụp hình ảnh lớp vật liệu hấp phụ lên 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 nicotine.
III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khoảng tuyến tính
Từ dung dịch chuẩn của nicotine và chất nội
chuẩn quinoline pha thành dãy dung dịch chuẩn
nicotine có nồng độ từ 0,5-20µg/mL với nồng độ
chất nội chuẩn quinoline là 5µg/mL.
Kết quả nghiên cứu KHCN
Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2020
111
Kết quả nghiên cứu KHCN
Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2020
Hệ số tương quan R2= 0,9998 thỏa mãn điều
kiện 0,995≤ R2 ≤1 và độ chệch các điểm chuẩn
trong khoảng ±10% [12], đạt yêu cầu kỹ thuật
cho phân tích lượng vết nicotine trong không khí.
3.2. Hiệu suất thu hồi mẫu
Kết quả thí nghiệm loạt mẫu đánh giá hiệu
suất thu hồi trên hai loại màng nghiên cứu cho
thấy tất cả các mẫu đều cho hiệu suất thu hồi
trên 90%, trong đó ở dải nồng độ NaHSO4 4%
cho hiệu suất thu hồi trung bình cao nhất lần
lượt là 94,9% đối với màng GF/A và 96,6% đối
với màng Quartz.
Ở nồng độ tẩm NaHSO4 10% ở 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% trên
màng lọc GF/A và màng lọc Quartz.
3.3. Khảo sát thời gian lưu mẫu
Sử dụng hiệu suất thu hồi qua các khoảng
thời gian lưu mẫu khác nhau để đánh giá khả
năng lưu giữ mẫu. Nhìn chung, sau thời gian lưu
mẫu 14 ngày trên hai loại màng lọc hiệu suất thu
hồi còn lại đạt trên 85%.
Ở cả ba khoảng nồng độ tẩm NaHSO4 khảo
sát, hiệu suất thu hồi của màng Quartz cao hơn
màng GF/A tuy nhiên không có sự khác biệt
đáng kể. Hiệu suất thu hồi giảm dần kể từ ngày
đầu tiên đến sau ngày thứ 14 của cả hai loại
màng lọc nghiên cứu. Kết quả hệ số góc đường
xu hướng 4%, 1%, 10% chất tẩm trên màng
Quartz có giá trị nghịch lớn hơn màng GF/A lần
lượt là -0,9003; -0,8241; -0,781 và -0,5547; -
0,6094; -0,7134 cho thấy xu hướng mất mẫu sau
14 ngày thí nghiệm của màng Quartz lớn hơn
màng GF/A (Hình 3).
Đối với màng Quartz diễn biến giảm hiệu suất
thu hồi từ ngày đầu tiên đến sau ngày thứ 14
của 3 khoảng nồng độ NaHSO4 1%; 4%; 10%
lần lượt là 10,9%; 11,5%; 12,5%. Đối với màng
GF/A diễn biến giảm hiệu suất thu hồi từ ngày
đầu tiên đến sau ngày thứ 14 của ba khoảng
nồng độ NaHSO4 1%; 4%; 10% lần lượt là 7,6%;
7,7%; 9,3%.
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 Conc. Ratio
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Area Ratio
Y = aX + b 
a = 0.487357 
b = -0.0273863 
R^2 = 0.9998790 
Hình 1. Đường chuẩn tuyến tính của nicotin với nội chuẩn Quinolin
93,2
94,9
91,3
93,7
96,6
92,9
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
GA1 GA4 GA10 Q1 Q4 Q10
%
Hình 2. Hiệu suất thu hồi trung bình của hai
loại màng GF/A và Quartz
chứng minh qua kết quả hiệu suất thu hồi trung
bình ở nồng độ này là lớn nhất. Đối với nồng độ
NaHSO4 1% cho thấy bề mặt các sợi thuỷ tinh có
mật độ các hạt NaHSO4 rất thưa thớt (Hình 4b)
điều này cũng được chứng minh bằng thực
nghiệm là hiệu suất thu hồi trung bình của nó ít
hơn ở nồng độ 4%. Đối với nồng độ NaHSO4 10%
qua hình ảnh chụp ở kích thước 10um và 500nm
(Hình 4d) cho thấy NaHSO4 bám thành từng
mảng lớn trên bề mặt màng GF/A đồng thời phủ
kín đều thành mảng trên bề mặt sợi không phải
dạng các hạt nên diện tích bề mặt bị giảm rất
nhiều so với nồng độ 1% và 4%, điều này cũng
được minh chứng qua hình 4 khi hiệu suất thu hồi
trung bình của nồng độ NaHSO410% là thấp nhất.
3.4. Kết quả đánh giá hình ảnh bề mặt chất
tẩm NaHSO4
Sau khi có kết quả đánh giá độ thu hồi trên
các loại màng lọc. Để đánh giá về mặt hình ảnh
trực quan của lớp chất hấp phụ NaHSO4 tẩm lên
màng GF/A ở cả 3 nồng độ, chúng tôi tiến hành
chụp phóng đại hình ảnh màng lọc trước khi tẩm
và sau khi tẩm bằng kính hiển vi điện tử quét.
Từ ảnh chụp SEM có thể nhận thấy với nồng
độ tẩm NaHSO4 4% cho bề mặt chất hấp phụ
phân tán đều và không quá dày đặc trên bề mặt
màng lọc, các hạt NaHSO4 bám thành chùm nhỏ
trên bề mặt sợi thuỷ tinh (Hình 4c) tạo được diện
tích bề mặt hấp phụ lớn nhất. Điều này được
Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2020
Kết quả nghiên cứu KHCN
112
Hình 3. KӃW TXҧ ÿiQK JLi NKҧ QăQJ OѭX PүX FӫD FiF ORҥL Pàng 
100,2
99,6
97,9
88,7
92,2 91,2
80
82
84
86
88
90
92
94
96
98
100
102
N gày ÿҫu tiên Sau 3 ngày Sau 7 ngày Sau 14 ngày
KӃt quҧ khҧ năng lѭu mүu cӫa màng Quartz 
Q1 Q4 Q10
%
98,5
96
94,2
90,8
95,8
93,9
88,7
86,6
80
82
84
86
88
90
92
94
96
98
100
N gày ÿҫu tiên Sau 3 ngày Sau 7 ngày Sau 14 ngày
KӃt quҧ khҧ năng lѭu mүu cӫa màng GF/A
GA1 GA4 GA10
%
y = -0,8241x + 98,825
R² = 0,76438
y = -0,9003x + 102,23
R² = 0,92996
y = -0,781x + 97,806
R² = 0,71177
85
87
89
91
93
95
97
99
101
103
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Xu hѭӟng giҧm hiӋu suҩt thu hӗi cӫa màng Quartz
Q1 Q4 Q10
Linear (Q1) Linear (Q4) Linear (Q10)
%
y = -0,6094x + 96,984
R² = 0,93956
y = -0,5547x + 98,342
R² = 0,96553
y = -0,7134x + 95,709
R² = 0,89992
84
86
88
90
92
94
96
98
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Xu hѭӟng giҧm hiӋu suҩt thu hӗi cӫa màng GF/A
GA1 GA4 GA10
Linear (GA1) Linear (GA4) Linear (GA10)
%
Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2020
Kết quả nghiên cứu KHCN
113
a. Màng lӑF
FKѭD WҭP
b. Màng lӑF WҭP
NaHSO41% 
c. Màng lӑF WҭP
NaHSO44% 
d. Màng lӑF WҭP
NaHSO410% 
Hình 4. Ảnh chụp SEM của vật liệu GF-A chưa tẩm và tẩm NaHSO4 ở các nồng độ khác nhau
114
IV. KẾT LUẬN
Qua kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất
thu hồi của cả hai loại màng lọc thí nghiệm
không có sự khác biệt nhau đáng kể, đều đáp
ứng các yêu cầu kỹ thuật cho quan trắc hàm
lượng vết nicotin trong không khí. Tuy nhiên, kết
quả thí nghiệm chỉ ra sự mất mẫu sau 14 ngày
thí nghiệm trên màng Quartz lớn hơn màng
GF/A. Ngoài ra giá thành của màng Quartz lớn
hơn màng GF/A rất nhiều. Chính vì thế chúng tôi
lựa chọn màng lọc GF/A cho các thí nghiệm thiết
kế chế tạo công cụ lấy mẫu hơi nicotin thụ động.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. US Department of Health and Human
Services, Mental Health, Available from:
h t t p : / / w w w . s a m h s a . g o v / d a t a / 2 k 1 2 /
MHUS2010/MHUS-2010.pdf. [Last accessed on
2014 Sep].
[2]. 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.
[3]. 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.
[4]. Đặng Ngọc Trúc, Phạm Đắc Thủy, Phạm
Kết quả nghiên cứu KHCN
Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2020
Minh Khôi (1997), “Hướng dẫn giám định 21
bệnh nghề nghiệp được bả hiểm”, Viện giám
định y khoa, Bộ Y Tế, tr.128-134,320-326.
[5]. LêTrung (1987), “Nhiễm độc Nicotin nghề
nghiệp, Bệnh nghề nghiệp”, tập I, Nhà xuất bản
Y học, tr.241-250.
[6]. Khanh Huynh C1, Moix JB, Dubuis A, (2008),
“Development and application of the passive
smoking monitor MoNIC, Rev Med Suisse,
4(144):430-3”.
[7]. Nicotine: “method NIOSH 2544. Manual of
analytical method (NMAM): fourth edition”, 1994.
[8]. Nicotine: “method NIOSH 2551. Manual of
analytical method (NMAM): fourth edition”, 1998
[9]. ASTM D5075-01:2001: “Standard test
method for nicotine and 3-ethenylpyridine in
indoor air”.
[10]. ISO 18145:2003: “Environmental tobacco
smoke-Determinaiton of vapour phase nicotine
and 3-ethenylpyridine in air- Gas chroatographic
method”.
[11]. 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.
[12]. AOAC International (2016), appendix F:
“Guidelines for standard method performance
requirements”.
Ảnh minh họa. Nguồn: Internet