yeulam_laiyeu_lailam_potay
New Member
Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
Luận văn ThS. Hóa học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2014
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu phép đo ICP-MS khi xác định năm đồng vị kẽm 64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn và 70Zn, bao gồm nghiên cứu tối ưu hóa các tham số hoạt động của máy ICP – MS, ảnh hưởng của môi trường dung dịch mẫu đo đến phép phân tích. Đánh giá các thông số đặc trưng của phương pháp phân tích như khoảng tuyến tính, giới hạn phát hiện LOD và giới hạn định lượng LOQ, độ chính xác (độ đúng và độ chụm) của phép đo trên thiết bị ICP-MS. Đánh giá hiệu suất thu hồi của quá trình xử lý mẫu huyết tương, nước tiểu và phân và hiệu suất thu hồi của phương pháp phân tích các đồng vị kẽm trên nền mẫu thực. Ứng dụng qui trình phân tích xây dựng được để phân tích thành phần đồng vị kẽm trong mẫu thực tế.
Mở đầu.............................................................................................................1
Chƣơng 1. Tổng quan....................................................................................3
1.1. Vai trò thiết yếu của vi lượng kẽm với sức khỏe và trong điều trị bệnh..2
1.2. Phương pháp phân tích và đánh giá thành phần đồng vị kẽm .................5
1.2.1. Phương pháp phân tích phổ khối plasma cảm ứng (ICP – MS)............5
1.2.1.1. Nguyên tắc của phép đo phổ khối ICP - MS......................................6
1.2.1.2. các nghiên cứu phân tích đồng vị kẽm bằng phương pháp ICP- MS.7
1.3. Phương pháp xử lý mẫu, làm sạch mẫu sinh học .................................... 9
Chƣơng 2. Thực nghiệm ............................................................................... 10
2.1. Hóa chất, thiết bị và công cụ thí nghiệm……......................................... 10
2.1.1.Hóa chất.................................................................................................. 10
2.1.2. Thiết bị................................................................................................... 11
2.1.3. Dụng cụ.................................................................................................. 12
2.2. Mẫu nghiên cứu ........................................................................................13
2.3. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................13
2.3.1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu đo ICP khi xác định
đồng vị ............................................................................................................13
2.3.1.1. Sơ đồ nguyên tắc của thiết bị ICP-MS ..............................................13
2.3.1.2. các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ phổ khối....................................14
2.3.1.3. khảo sát sự phụ thuộc cường độ tín hiệu của phép đo vào các tham
số hoạt động của plasma..................................................................................16
2.3.1.4. nghiên cứu lựa chọn axit dung làm môi trường dung dịch mẫu đo và
khảo sát nồng độ axit tối ưu............................................................................17
2.3.2. phương pháp sử lý mẫu phân tích..........................................................18
2.3.2.1. Xử lý mẫu huyết tương.......................................................................18
2.3.2.2 Xử lý mẫu nước tiểu ............................................................................19
2.3.2.3.Xử lý mẫu phân ...................................................................................20
2.3.3. Phương pháp thống kê sử lý số liệu phân tích.......................................20
2.3.3.1 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng đồng vị............................. 20
2.3.3.2. Khoảng tuyến tính của phép đo đồng vị …………………. ................21
2.3.3.3 Đánh giá phương pháp phân tích ........................................................22
Chƣơng 3 Kết quả nghiên cứu và thảo luận ...............................................25
3.1. Nghiên cứu lựa chọn điều kiện phân tích phù hợp trên thiết bị ICP-MS.25
3.1.1. Khảo sát và lựa chọn các tham số tối ưu của thiết bị đo .......................25
3.1.1.1. Ảnh hưởng của công suất cao tần.......................................................25
3.1.1.2. Ảnh hưởng của lưư lượng khí mang mẫu…………..…………..…...28
3.1.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của công suất cao tần khi cố định LV và NGF.29
3.1.1.4. Lựa chọn tham số tối ưu cho chế độ làm việc của Plasma.. ..............30
3.1.2. Ảnh hưởng của loại axit và nồng độ axit…...…..…….….…………….31
3.2. Đánh giá phương pháp phép đo ICP – MS...……………….……..…... .34
3.2.1. Đường chuẩn xác định đồng vị…... ………………..............................34
3.2.2. Kết quả xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượn.…....……..35
3.2.3. Đánh giá độ chính xác của phép đo xác định các đồng vị……….…….…….36
3.2.4. Đánh giá hiệu suất thu hồi……………………………...……………….……37
3.2.4.1. Đánh giá hiệu suất thu hồi của quá trình làm sạch cột………..……..37
3.2.4.2. Đánh giá hiệu suất thu hồi của quá trình xử lý mẫu phân. ……….... 39
3.2.4.3.Đánh giá hiệu suất thu hồi của quá trình xử lý mẫu huyết tương.........39
3.2.4.4. Đánh giá hiệu suất thu hồi của quá trình xử lý mẫu nước tiểu...........39
3.2.5. Phân tích mẫu thực tế..............................................................................43
3.2.5.1. Phân tích đồng vị kẽm trong viên thuốc...............................................43
3.2.5.2. Phân tích đồng vị kẽm trong mẫu phân................................................43
3.2.5. Phân tích đồng vị kẽm trong mẫu huyết tương.......................................43
3.2.5. Phân tích đồng vị kẽm trong mẫu nước tiểu...........................................43
Kết luận............................................................................................................51
Tài liệu tham khảo..........................................................................................52
Phụ lục
Viện nghiên cứu sức khỏe trẻ em Oakland- Hoa Kỳ tiến hành có nội dung đánh
giá mối liên hệ giữa bệnh lao và hàm lượng kẽm nội môi ở nhóm trẻ được điều
trị lao và nhóm trẻ khỏe mạnh đối chứng ghép cặp thông qua việc phân tích các
đồng vị bền của kẽm để xác định mức hấp thu kẽm của cơ thể theo đường bổ
sung kẽm uống hay tiêm.
Để phân tích các đồng vị bền, phương pháp phổ biến hiện nay là phân tích
phổ khối Plasma cảm ứng (ICP-MS) nhờ ưu điểm có tính chọn lọc và độ nhạy
cao trong khoảng hàm lượng siêu vết.
Mục tiêu của đề tài luận văn “Xác định đồng vị kẽm trong mẫu sinh hóa
bằng phương pháp khối phổ cao tần cảm ứng plasma ICP-MS” là nhằm xây
dựng qui trình phân tích các đồng vị bền của kẽm bằng phương pháp ICP-MS,
trong các đối tượng sinh học gồm mẫu huyết tương, nước tiểu và phân thu thập
từ các bệnh nhân nhi đang điều trị lao được uống bổ sung viên kẽm hay tiêm
tăng cường hiệu quả điều trị lao theo phác đồ khuyến cáo của WHO đối với trẻ
em Việt Nam.
Các nội dung nghiên cứu chính của luận văn gồm:
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu phép đo ICP-MS khi xác định
năm đồng vị kẽm 64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn và 70Zn, bao gồm nghiên cứu tối
ưu hóa các tham số hoạt động của máy ICP – MS, ảnh hưởng của môi
trường dung dịch mẫu đo đến phép phân tích.
Đánh giá các thông số đặc trưng của phương pháp phân tích như khoảng
tuyến tính, giới hạn phát hiện LOD và giới hạn định lượng LOQ, độ chính
xác (độ đúng và độ chụm) của phép đo trên thiết bị ICP-MS.
Đánh giá hiệu suất thu hồi của quá trình xử lý mẫu huyết tương, nước tiểu
và phân và hiệu suất thu hồi của phương pháp phân tích các đồng vị kẽm
trên nền mẫu thực.
Ứng dụng qui trình phân tích xây dựng được để phân tích thành phần
đồng vị kẽm trong mẫu thực tế.
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Vai trò thiết yếu của vi lƣợng kẽm với sức khỏe và trong điều trị bệnh
Kẽm là một chất khoáng vi lượng thiết yếu cho sinh vật và sức khỏe con
người [36]. Cơ thể người trưởng thành có khoảng 2–3 g kẽm, chiếm khoảng 0,1
% nhu cầu hàng ngày thiếu hụt.[21]. Thiếu kẽm ảnh hưởng đến khoảng 2 tỷ
người ở các nước đang phát triển và liên quan đến nguyên nhân một số bệnh
[9]. Ở trẻ em, thiếu kẽm gây ra chứng chậm phát triển, phát dục trễ, dễ nhiễm
trùng và tiêu chảy, gây thiệt mạng khoảng 800.000 trẻ em trên toàn thế giới mỗi
năm [36]. Các enzym liên kết với kẽm trong trung tâm phản ứng có vai trò sinh
hóa quan trọng như alcohol dehydrogenase ở người. Ngược lại việc tiêu thụ quá
mức kẽm có thể gây ra một số triệu chứng như hôn mê, bất động cơ và thiếu
đồng.
Kẽm đã được sử dụng theo kinh nghiệm để điều trị nhiều bệnh, kể cả tiêu
chảy, trong thế kỷ thứ 19. Vào những năm 1930, kẽm đã được coi là thiết yếu
đối với sự tăng trưởng của động vật và mức kẽm thấp đã được mô tả ở người
trưởng thành tại Trung Quốc, nhưng hội chứng thiếu kẽm ở người mãi đến
những năm 1960 mới được Prasad và cộng sự mô tả. Mức nhu cầu khuyến nghị
đối với kẽm mãi đến năm 1974 mới được Viện hàn lâm Khoa học Quốc gia đưa
ra. Bổ sung kẽm được Sachdev và cộng sự đánh giá là can thiệp điều trị đối với
bệnh tiêu chảy vào năm 1988, và trong những năm 1990, nhiều nghiên cứu đã
được tiến hành để đánh giá việc bổ sung kẽm đối với bệnh tiêu chảy, viêm phổi,
sốt rét, với tăng trưởng và phát triển của trẻ em. Theo nhu cầu dinh dưỡng
khuyến nghị cho người Việt Nam cũng như khuyến nghị của FAO/WHO 2002,
nhu cầu kẽm hàng ngày cho trẻ 4-6 tuổi là 3,1 - 10,3mg cho trẻ 7-9 tuổi là 3,3 -
11,3mg, cho trẻ nam 10-18 tuổi là 5,7 - 19,2mg và cho trẻ nữ 10-18 tuổi là 4,6 -
15,5mg tuỳ theo mức hấp thu tốt (giá trị sinh học kẽm tốt = 50%), mức hấp thu
vừa (giá trị sinh học kẽm trung bình = 30%) và mức hấp thu kẽm kém (giá trị
sinh học kẽm thấp = 15%). Theo đánh giá của tổ chức tư vấn quốc tế về kẽm,
kẽm trong khẩu phần của người Việt Nam có tỷ số phytate/kẽm = 21,6, thuộc
loại hấp thu trung bình. Năm 2004, Tổ chức y tế thế giới đã khuyến cáo bổ sung
kẽm là bắt buộc trong phòng và điều trị tiêu chảy trẻ em. Sử dụng kẽm (10-
20mg/ngày) trong vòng 14 ngày cho toàn bộ trẻ em dưới 5 tuổi bị tiêu chảy,
(10mg/ngày cho trẻ dưới 6 tháng tuổi, 20mg/ngày cho trẻ từ 6 tháng đến 5 tuổi).
Tuy nhiên, chưa có khuyến cáo bắt buộc với các loại bệnh nhiễm trùng khác.
Bệnh lao ở trẻ em là một vấn đề sức khỏe chủ yếu cần quan tâm ở Việt Nam
[16]. Ước tính 75% số bệnh nhân lao xảy ra ở trên 22 quốc gia [23]. Việt Nam
cũng nằm trong số đó với 5,3% trường hợp bệnh nhân lao là ở trẻ dưới 15 tuổi
[13,17]. Biểu hiện bệnh lao có liên quan tới suy giảm nồng độ kẽm huyết thanh
ở cả người lớn và trẻ em [6,31], đồng thời nồng độ này cũng tăng lên ở những
trường hợp điều trị có hiệu quả [26]. Kẽm cần thiết về nhiều mặt trong chức
năng miễn dịch [21] và người ta đã thấy kẽm làm tăng quá trình sản xuất
cytokine trong đại thực bào phế nang ở những bệnh nhân bị lao phổi. Hơn thế
nữa, trẻ sau điều trị lao hấp thu kẽm từ khẩu phần ăn tốt hơn so với trẻ khỏe
thuộc nhóm biến chứng, điều này gợi ra là nhu cầu kẽm của trẻ bị bệnh lao lớn
hơn có thể do nhu cầu kẽm cao hơn của chính hệ miễn dịch. Vì thế bổ sung kẽm
có thể cải thiện hiệu quả điều trị lao. Mặc dù liều bổ sung đồng thời kẽm và
vitamin A đã làm rút ngắn thời gian diệt khuẩn trong đờm dãi và cải thiện vùng
tổn thương thấy trên chụp X quang ở điều trị bệnh nhân lao người lớn [22,11],
nhưng chưa thấy có nghiên cứu nào về khả năng kẽm làm tăng hiệu quả điều trị
lao ở trẻ em trên thế giới [14].
Để bổ sung kẽm vào cơ thể, có thể sử dụng viên kẽm dạng uống dưới
dạng thực phẩm chức năng, như viên kẽm gluconat 30 mg, 50 mg hay kẽm
sunfat. Tuy kẽm rất cần thiết cho cơ thể, nhưng nếu cơ thể thừa kẽm sẽ ảnh
hưởng tới sức khỏe, tổn thương tế bào gan, thiếu máu, giảm miễn dịch (người ta
không dùng kẽm khi bị nhiễm trùng). Do vậy cần nghiên cứu cụ thể hiệu quả
hấp thu và chuyển hóa kẽm trong cơ thể.
Huyết tương hay huyết thanh kẽm thường được sử dụng để đánh giá thiếu
hụt kẽm trong cơ thể. Hàm lượng kẽm trong huyết tương giảm sau khi ăn, có
liên quan giới tính và độ tuổi. Hàm lượng thấp nhất của kẽm trong huyết tương
khoảng 700 mg/L [36]. Sau khi dùng kẽm qua đường uống, kẽm xuất hiện trong
máu sau 15 phút và nồng độ đạt tối đa sau 2 - 4 giờ. Kẽm bài tiết chủ yếu qua
phân (10mg/ngày) và nước tiểu (0,5mg/ngày), qua mồ hôi (1 /1ml) và qua tóc,
móng.
Các nghiên cứu về hàm lượng các dạng đồng vị kẽm trong động thực vật còn
rất ít, thường mới chỉ tập trung vào mẫu chuẩn [7,12] công bố 66Zn dao động
trong khoảng 0 - 0,4% trong não chuột và [24]. cho biết 66Zn chiếm 0,8% trong
mô tế bào. Các nghiên cứu về đồng vị kẽm trong cơ thể người mới có thông tin
66Zn chiếm 0,07 - 0,46% trong máu [36] . Trong các đối tượng sinh học, bình
thường tỷ lệ các đồng vị bền cũng gần giống với trong tự nhiên. Ví dụ tỷ số hàm
lượng các dạng đồng vị kẽm 67Zn/66Zn trong sữa mẹ là 0,1472, trong máu là
0,1476 và trong huyết tương là 0,1475, gần với tỷ lệ các đồng vị trong tự nhiên
của dung dịch chuẩn là 0,1470. Các giá trị trên tương ứng với tỷ số hàm lượng
70
Zn/66Zn lần lượt là 0,0224; 0,0222; 0,0221 còn trong tự nhiên tỷ số này là
0,0222. [19] Sự thay đổi tỷ lệ hàm lượng các đồng vị có lên quan đến các phản
ứng bay hơi, ngưng tụ trong quá trình tinh chế kẽm hay các chuyển hóa sinh
học trong cơ thể sống [25].
1.2. Phƣơng pháp phân tích và đánh giá thành phần đồng vị kẽm
Trong tự nhiên, kẽm có năm đồng vị bền gồm 64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn và 70Zn
với phần trăm trung bình của mỗi dạng tương ứng là 48,63%, 27,90%, 4,10%,
18,75% và 0,72%. [30]
Trong nghiên cứu về đối tượng sinh học, sự thay đổi tỷ lệ các đồng vị cho biết
mức độ hấp thu và đào thải kẽm của cơ thể. Hai tỷ lệ đồng vị thường được sử
dụng để đánh giá là 67Zn/66Zn và 70Zn/66Zn. Tuy nhiên, cũng có các nghiên cứu
khác sử dụng các đồng vị 67Zn/64Zn hay 67Zn/68Zn.
Để xác định thành phần đồng vị có thể sử dụng các phương pháp phân tích
như kích hoạt nơtron, các phương pháp khối phổ dùng nguồn nhiệt. Tuy nhiên,
các phương pháp kích hoạt nơtron thường không đủ độ nhạy để phát hiện các
đồng vị kẽm trong mẫu sinh học và tốn thời gian chiết tách là giàu mẫu. Do vậy,
nhiều năm gần đây phổ biến nhất là phương pháp phân tích khối phổ plasma
cảm ứng (ICP – MS) [20].
1.2.1. Phƣơng pháp phân tích phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS)
Các phương pháp phân tích phổ khối xác định đồng vị (kể cả đồng vị
phóng xạ cũng như đồng vị bền) dựa trên tỷ số khối lượng/điện tích (m/z) của
chúng.
Phương pháp phân tích phổ khối ra đời khi Thompson nghiên cứu sự
chuyển động của các ion mang điện tích dương trong trường điện từ vào năm
1910. Vào năm 1919, Aston đã lần đầu tiên ghi được phổ khối trên giấy ảnh,
cũng từ đó Dempter đã thiết kế máy đo phổ khối đầu tiên với detector điện tử
[14,21].
Phương pháp phân tích khối phổ bao gồm các quy trình: nạp mẫu, hóa hơi
và nguyên tử hóa, phân mảnh hóa và ion hóa các chất cần phân tích, tạo ra các
ion dương 1 của chất phân tích dạng M1+ . Phân giải và tách các ion theo giá trị
m/z của chúng để tạo ra phổ khối của tất cả các chất phân tích và cuối cùng là
phát hiện từng ion có giá trị m/z riêng. Các số liệu thu được sau khi tiến hành
phân tích giúp chúng ta định tính cũng như định lượng được các chất cần phân
tích trong mẫu [1,2].
1.2.1.1. Nguyên tắc của phép đo phổ khối ICP – MS
ICP-MS là một phương pháp phân tích các chất vô cơ dựa trên sự ghi đo
phổ theo tỷ số m/z của nguyên tử các nguyên tố và đồng vị cần phân tích. ICP
(Inductively Coupled Plasma) là ngọn lửa plasma tạo thành bằng dòng điện cao
tần (cỡ MHz ) được cung cấp bằng một máy phát cao tần (RF). Ngọn lửa plasma
có nhiệt độ cao có tác dụng chuyển các nguyên tố có trong mẫu cần phân tích
thành dạng ion. MS (Mass Spectrometry) là phép ghi phổ theo tỷ số m/z.
ICP-MS được phát triển vào đầu những năm 80 của thế kỷ trước, là sự kết
hợp thành công của hai thiết bị phân tích là ICP và MS. Có thể nói đây là một
trong những phương pháp phân tích hiện đại nhất hiện nay và ngày càng chứng
tỏ được ưu điểm vượt trội so với các phương pháp phân tích khác trong nghiên
cứu xác định lượng vết và siêu vết các nguyên tố cũng như thành phần đồng vị
của chúng [3].
Phương pháp phân tích phổ khối ICP-MS dựa trên nguyên tắc của sự hóa
hơi, nguyên tử hóa, ion hóa các nguyên tố hóa học khi chúng được đưa vào môi
trường plasma, sau đó các ion này được tách ra khỏi nhau theo tỷ số m/z của
chúng bằng thiết bị phân tách khối rồi được phát hiện, khuếch đại và đếm bằng
thiết bị điện tử kỹ thuật số [3]. Vì thế muốn thực hiện các công việc phân tích
như trên chúng ta phải thực hiện theo trình tự sau [2].
- Trước tiên phải chuyển mẫu phân tích về dạng dung dịch đồng nhất
- Dẫn dung dịch vào hệ tạo sol khí, để tạo sol khí mẫu
- Dẫn thể sol khí vào ngọn lửa ICP (ICP Plasma Torch)
- Trong plasma Torch ICP, các chất sẽ hóa hơi các chất mẫu, nguyên tử hóa
(phân ly thành nguyên tử tự do), ion hóa các nguyên tử của nguyên tố có
trong chất mẫu.
- Các quá trình xảy ra trong plasma ICP được biểu diễn như sau:
- Bay hơi: MnXm (l) MnXm (r)+ Nồng độ và loại axit trong dung dịch mẫu đo phổ không dồng nhất,
+ Thành phần hoá học của mẫu phân tích,
+ Trạng thái, cấu trúc và dạng (loại) liên kết hóa học của chất phân tích,
+ Chất nền của mẫu và nồng độ của nó,
+ Yếu tố ảnh hưởng của một số cation và anion khác có trong mẫu phân
tích (nguyên tố thứ ba),
+ Kỹ thuật chuẩn bị và xử lý mẫu phân tích
Nhóm thứ 6: Là kiến thức và trình độ tay nghề của nguời làm phân
tích.
Trong phạm vi luận văn, chúng tui tập trung khảo sát ảnh hưởng của 3 yếu tố
sau:
- Thế thấu kính ion - thuộc nhóm ảnh hưởng 1
- Công suất RF- thuộc nhóm ảnh hưởng 2
- Lưu lượng khí mang - thuộc nhóm ảnh hưởng 2
Với nhóm ảnh hưởng số 3; 4; 5 và 6, do đối tượng mẫu phân tích là mẫu
huyết tương, nước tiểu và phân nên chỉ tiến hành khảo sát ảnh hưởng của môi
trường mẫu đo và nồng độ axit, một số ảnh hưởng trùng khối và sử dụng số khối
mặc định cho 5 đồng vị kẽm để phân tích.
2.3.1.3. Khảo sát sự phụ thuộc cƣờng độ tín hiệu của phép đo vào các tham
số hoạt động của Plasma.
Máy khối phổ plasma cảm ứng là một thiết bị hiện đại, phức tạp, có nhiều
tham số hoạt động ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhạy và độ chọn lọc khi phân tích
tổng hàm lượng cũng như thành phần đồng vị của nguyên tố. Các tham số thuộc
về hệ thấu kính ion, hệ tứ cực, detector và các tham số thuộc về chế độ làm việc
của plasma như công suất cao tần (radio frequency power-RFP), lưu lượng khí
mang (carrier gas flow rate -CGFR), độ sâu mẫu (Sample depth -SDe), tốc độ
bơm dẫn mẫu (peripump rate-PR)… cần đươc ̣ tối ưu để phép đo có độ nhạy cao ,
đồng thời sự hình thành các mảnh oxit và hidroxit thấp nhất, nhỏ hơn 1% và sự
hình thành các ion đa nguyên tử nhỏ hơn 3%. Các yếu tố ảnh hưởng không lớn
có thể tối ưu hóa một cách tự động hay có thể thay đổi theo phương pháp biến
thiên từng yếu tố sao cho phù hợp với từng đối tượng mẫu khác nhau và chọn
điều kiện đo sao cho đạt độ nhạy tốt và độ ổn định với phép đo cả 5 đồng vị
kẽm.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Luận văn ThS. Hóa học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2014
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu phép đo ICP-MS khi xác định năm đồng vị kẽm 64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn và 70Zn, bao gồm nghiên cứu tối ưu hóa các tham số hoạt động của máy ICP – MS, ảnh hưởng của môi trường dung dịch mẫu đo đến phép phân tích. Đánh giá các thông số đặc trưng của phương pháp phân tích như khoảng tuyến tính, giới hạn phát hiện LOD và giới hạn định lượng LOQ, độ chính xác (độ đúng và độ chụm) của phép đo trên thiết bị ICP-MS. Đánh giá hiệu suất thu hồi của quá trình xử lý mẫu huyết tương, nước tiểu và phân và hiệu suất thu hồi của phương pháp phân tích các đồng vị kẽm trên nền mẫu thực. Ứng dụng qui trình phân tích xây dựng được để phân tích thành phần đồng vị kẽm trong mẫu thực tế.
Mở đầu.............................................................................................................1
Chƣơng 1. Tổng quan....................................................................................3
1.1. Vai trò thiết yếu của vi lượng kẽm với sức khỏe và trong điều trị bệnh..2
1.2. Phương pháp phân tích và đánh giá thành phần đồng vị kẽm .................5
1.2.1. Phương pháp phân tích phổ khối plasma cảm ứng (ICP – MS)............5
1.2.1.1. Nguyên tắc của phép đo phổ khối ICP - MS......................................6
1.2.1.2. các nghiên cứu phân tích đồng vị kẽm bằng phương pháp ICP- MS.7
1.3. Phương pháp xử lý mẫu, làm sạch mẫu sinh học .................................... 9
Chƣơng 2. Thực nghiệm ............................................................................... 10
2.1. Hóa chất, thiết bị và công cụ thí nghiệm……......................................... 10
2.1.1.Hóa chất.................................................................................................. 10
2.1.2. Thiết bị................................................................................................... 11
2.1.3. Dụng cụ.................................................................................................. 12
2.2. Mẫu nghiên cứu ........................................................................................13
2.3. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................13
2.3.1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu đo ICP khi xác định
đồng vị ............................................................................................................13
2.3.1.1. Sơ đồ nguyên tắc của thiết bị ICP-MS ..............................................13
2.3.1.2. các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ phổ khối....................................14
2.3.1.3. khảo sát sự phụ thuộc cường độ tín hiệu của phép đo vào các tham
số hoạt động của plasma..................................................................................16
2.3.1.4. nghiên cứu lựa chọn axit dung làm môi trường dung dịch mẫu đo và
khảo sát nồng độ axit tối ưu............................................................................17
2.3.2. phương pháp sử lý mẫu phân tích..........................................................18
2.3.2.1. Xử lý mẫu huyết tương.......................................................................18
2.3.2.2 Xử lý mẫu nước tiểu ............................................................................19
2.3.2.3.Xử lý mẫu phân ...................................................................................20
2.3.3. Phương pháp thống kê sử lý số liệu phân tích.......................................20
2.3.3.1 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng đồng vị............................. 20
2.3.3.2. Khoảng tuyến tính của phép đo đồng vị …………………. ................21
2.3.3.3 Đánh giá phương pháp phân tích ........................................................22
Chƣơng 3 Kết quả nghiên cứu và thảo luận ...............................................25
3.1. Nghiên cứu lựa chọn điều kiện phân tích phù hợp trên thiết bị ICP-MS.25
3.1.1. Khảo sát và lựa chọn các tham số tối ưu của thiết bị đo .......................25
3.1.1.1. Ảnh hưởng của công suất cao tần.......................................................25
3.1.1.2. Ảnh hưởng của lưư lượng khí mang mẫu…………..…………..…...28
3.1.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của công suất cao tần khi cố định LV và NGF.29
3.1.1.4. Lựa chọn tham số tối ưu cho chế độ làm việc của Plasma.. ..............30
3.1.2. Ảnh hưởng của loại axit và nồng độ axit…...…..…….….…………….31
3.2. Đánh giá phương pháp phép đo ICP – MS...……………….……..…... .34
3.2.1. Đường chuẩn xác định đồng vị…... ………………..............................34
3.2.2. Kết quả xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượn.…....……..35
3.2.3. Đánh giá độ chính xác của phép đo xác định các đồng vị……….…….…….36
3.2.4. Đánh giá hiệu suất thu hồi……………………………...……………….……37
3.2.4.1. Đánh giá hiệu suất thu hồi của quá trình làm sạch cột………..……..37
3.2.4.2. Đánh giá hiệu suất thu hồi của quá trình xử lý mẫu phân. ……….... 39
3.2.4.3.Đánh giá hiệu suất thu hồi của quá trình xử lý mẫu huyết tương.........39
3.2.4.4. Đánh giá hiệu suất thu hồi của quá trình xử lý mẫu nước tiểu...........39
3.2.5. Phân tích mẫu thực tế..............................................................................43
3.2.5.1. Phân tích đồng vị kẽm trong viên thuốc...............................................43
3.2.5.2. Phân tích đồng vị kẽm trong mẫu phân................................................43
3.2.5. Phân tích đồng vị kẽm trong mẫu huyết tương.......................................43
3.2.5. Phân tích đồng vị kẽm trong mẫu nước tiểu...........................................43
Kết luận............................................................................................................51
Tài liệu tham khảo..........................................................................................52
Phụ lục
Viện nghiên cứu sức khỏe trẻ em Oakland- Hoa Kỳ tiến hành có nội dung đánh
giá mối liên hệ giữa bệnh lao và hàm lượng kẽm nội môi ở nhóm trẻ được điều
trị lao và nhóm trẻ khỏe mạnh đối chứng ghép cặp thông qua việc phân tích các
đồng vị bền của kẽm để xác định mức hấp thu kẽm của cơ thể theo đường bổ
sung kẽm uống hay tiêm.
Để phân tích các đồng vị bền, phương pháp phổ biến hiện nay là phân tích
phổ khối Plasma cảm ứng (ICP-MS) nhờ ưu điểm có tính chọn lọc và độ nhạy
cao trong khoảng hàm lượng siêu vết.
Mục tiêu của đề tài luận văn “Xác định đồng vị kẽm trong mẫu sinh hóa
bằng phương pháp khối phổ cao tần cảm ứng plasma ICP-MS” là nhằm xây
dựng qui trình phân tích các đồng vị bền của kẽm bằng phương pháp ICP-MS,
trong các đối tượng sinh học gồm mẫu huyết tương, nước tiểu và phân thu thập
từ các bệnh nhân nhi đang điều trị lao được uống bổ sung viên kẽm hay tiêm
tăng cường hiệu quả điều trị lao theo phác đồ khuyến cáo của WHO đối với trẻ
em Việt Nam.
Các nội dung nghiên cứu chính của luận văn gồm:
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu phép đo ICP-MS khi xác định
năm đồng vị kẽm 64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn và 70Zn, bao gồm nghiên cứu tối
ưu hóa các tham số hoạt động của máy ICP – MS, ảnh hưởng của môi
trường dung dịch mẫu đo đến phép phân tích.
Đánh giá các thông số đặc trưng của phương pháp phân tích như khoảng
tuyến tính, giới hạn phát hiện LOD và giới hạn định lượng LOQ, độ chính
xác (độ đúng và độ chụm) của phép đo trên thiết bị ICP-MS.
Đánh giá hiệu suất thu hồi của quá trình xử lý mẫu huyết tương, nước tiểu
và phân và hiệu suất thu hồi của phương pháp phân tích các đồng vị kẽm
trên nền mẫu thực.
Ứng dụng qui trình phân tích xây dựng được để phân tích thành phần
đồng vị kẽm trong mẫu thực tế.
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Vai trò thiết yếu của vi lƣợng kẽm với sức khỏe và trong điều trị bệnh
Kẽm là một chất khoáng vi lượng thiết yếu cho sinh vật và sức khỏe con
người [36]. Cơ thể người trưởng thành có khoảng 2–3 g kẽm, chiếm khoảng 0,1
% nhu cầu hàng ngày thiếu hụt.[21]. Thiếu kẽm ảnh hưởng đến khoảng 2 tỷ
người ở các nước đang phát triển và liên quan đến nguyên nhân một số bệnh
[9]. Ở trẻ em, thiếu kẽm gây ra chứng chậm phát triển, phát dục trễ, dễ nhiễm
trùng và tiêu chảy, gây thiệt mạng khoảng 800.000 trẻ em trên toàn thế giới mỗi
năm [36]. Các enzym liên kết với kẽm trong trung tâm phản ứng có vai trò sinh
hóa quan trọng như alcohol dehydrogenase ở người. Ngược lại việc tiêu thụ quá
mức kẽm có thể gây ra một số triệu chứng như hôn mê, bất động cơ và thiếu
đồng.
Kẽm đã được sử dụng theo kinh nghiệm để điều trị nhiều bệnh, kể cả tiêu
chảy, trong thế kỷ thứ 19. Vào những năm 1930, kẽm đã được coi là thiết yếu
đối với sự tăng trưởng của động vật và mức kẽm thấp đã được mô tả ở người
trưởng thành tại Trung Quốc, nhưng hội chứng thiếu kẽm ở người mãi đến
những năm 1960 mới được Prasad và cộng sự mô tả. Mức nhu cầu khuyến nghị
đối với kẽm mãi đến năm 1974 mới được Viện hàn lâm Khoa học Quốc gia đưa
ra. Bổ sung kẽm được Sachdev và cộng sự đánh giá là can thiệp điều trị đối với
bệnh tiêu chảy vào năm 1988, và trong những năm 1990, nhiều nghiên cứu đã
được tiến hành để đánh giá việc bổ sung kẽm đối với bệnh tiêu chảy, viêm phổi,
sốt rét, với tăng trưởng và phát triển của trẻ em. Theo nhu cầu dinh dưỡng
khuyến nghị cho người Việt Nam cũng như khuyến nghị của FAO/WHO 2002,
nhu cầu kẽm hàng ngày cho trẻ 4-6 tuổi là 3,1 - 10,3mg cho trẻ 7-9 tuổi là 3,3 -
11,3mg, cho trẻ nam 10-18 tuổi là 5,7 - 19,2mg và cho trẻ nữ 10-18 tuổi là 4,6 -
15,5mg tuỳ theo mức hấp thu tốt (giá trị sinh học kẽm tốt = 50%), mức hấp thu
vừa (giá trị sinh học kẽm trung bình = 30%) và mức hấp thu kẽm kém (giá trị
sinh học kẽm thấp = 15%). Theo đánh giá của tổ chức tư vấn quốc tế về kẽm,
kẽm trong khẩu phần của người Việt Nam có tỷ số phytate/kẽm = 21,6, thuộc
loại hấp thu trung bình. Năm 2004, Tổ chức y tế thế giới đã khuyến cáo bổ sung
kẽm là bắt buộc trong phòng và điều trị tiêu chảy trẻ em. Sử dụng kẽm (10-
20mg/ngày) trong vòng 14 ngày cho toàn bộ trẻ em dưới 5 tuổi bị tiêu chảy,
(10mg/ngày cho trẻ dưới 6 tháng tuổi, 20mg/ngày cho trẻ từ 6 tháng đến 5 tuổi).
Tuy nhiên, chưa có khuyến cáo bắt buộc với các loại bệnh nhiễm trùng khác.
Bệnh lao ở trẻ em là một vấn đề sức khỏe chủ yếu cần quan tâm ở Việt Nam
[16]. Ước tính 75% số bệnh nhân lao xảy ra ở trên 22 quốc gia [23]. Việt Nam
cũng nằm trong số đó với 5,3% trường hợp bệnh nhân lao là ở trẻ dưới 15 tuổi
[13,17]. Biểu hiện bệnh lao có liên quan tới suy giảm nồng độ kẽm huyết thanh
ở cả người lớn và trẻ em [6,31], đồng thời nồng độ này cũng tăng lên ở những
trường hợp điều trị có hiệu quả [26]. Kẽm cần thiết về nhiều mặt trong chức
năng miễn dịch [21] và người ta đã thấy kẽm làm tăng quá trình sản xuất
cytokine trong đại thực bào phế nang ở những bệnh nhân bị lao phổi. Hơn thế
nữa, trẻ sau điều trị lao hấp thu kẽm từ khẩu phần ăn tốt hơn so với trẻ khỏe
thuộc nhóm biến chứng, điều này gợi ra là nhu cầu kẽm của trẻ bị bệnh lao lớn
hơn có thể do nhu cầu kẽm cao hơn của chính hệ miễn dịch. Vì thế bổ sung kẽm
có thể cải thiện hiệu quả điều trị lao. Mặc dù liều bổ sung đồng thời kẽm và
vitamin A đã làm rút ngắn thời gian diệt khuẩn trong đờm dãi và cải thiện vùng
tổn thương thấy trên chụp X quang ở điều trị bệnh nhân lao người lớn [22,11],
nhưng chưa thấy có nghiên cứu nào về khả năng kẽm làm tăng hiệu quả điều trị
lao ở trẻ em trên thế giới [14].
Để bổ sung kẽm vào cơ thể, có thể sử dụng viên kẽm dạng uống dưới
dạng thực phẩm chức năng, như viên kẽm gluconat 30 mg, 50 mg hay kẽm
sunfat. Tuy kẽm rất cần thiết cho cơ thể, nhưng nếu cơ thể thừa kẽm sẽ ảnh
hưởng tới sức khỏe, tổn thương tế bào gan, thiếu máu, giảm miễn dịch (người ta
không dùng kẽm khi bị nhiễm trùng). Do vậy cần nghiên cứu cụ thể hiệu quả
hấp thu và chuyển hóa kẽm trong cơ thể.
Huyết tương hay huyết thanh kẽm thường được sử dụng để đánh giá thiếu
hụt kẽm trong cơ thể. Hàm lượng kẽm trong huyết tương giảm sau khi ăn, có
liên quan giới tính và độ tuổi. Hàm lượng thấp nhất của kẽm trong huyết tương
khoảng 700 mg/L [36]. Sau khi dùng kẽm qua đường uống, kẽm xuất hiện trong
máu sau 15 phút và nồng độ đạt tối đa sau 2 - 4 giờ. Kẽm bài tiết chủ yếu qua
phân (10mg/ngày) và nước tiểu (0,5mg/ngày), qua mồ hôi (1 /1ml) và qua tóc,
móng.
Các nghiên cứu về hàm lượng các dạng đồng vị kẽm trong động thực vật còn
rất ít, thường mới chỉ tập trung vào mẫu chuẩn [7,12] công bố 66Zn dao động
trong khoảng 0 - 0,4% trong não chuột và [24]. cho biết 66Zn chiếm 0,8% trong
mô tế bào. Các nghiên cứu về đồng vị kẽm trong cơ thể người mới có thông tin
66Zn chiếm 0,07 - 0,46% trong máu [36] . Trong các đối tượng sinh học, bình
thường tỷ lệ các đồng vị bền cũng gần giống với trong tự nhiên. Ví dụ tỷ số hàm
lượng các dạng đồng vị kẽm 67Zn/66Zn trong sữa mẹ là 0,1472, trong máu là
0,1476 và trong huyết tương là 0,1475, gần với tỷ lệ các đồng vị trong tự nhiên
của dung dịch chuẩn là 0,1470. Các giá trị trên tương ứng với tỷ số hàm lượng
70
Zn/66Zn lần lượt là 0,0224; 0,0222; 0,0221 còn trong tự nhiên tỷ số này là
0,0222. [19] Sự thay đổi tỷ lệ hàm lượng các đồng vị có lên quan đến các phản
ứng bay hơi, ngưng tụ trong quá trình tinh chế kẽm hay các chuyển hóa sinh
học trong cơ thể sống [25].
1.2. Phƣơng pháp phân tích và đánh giá thành phần đồng vị kẽm
Trong tự nhiên, kẽm có năm đồng vị bền gồm 64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn và 70Zn
với phần trăm trung bình của mỗi dạng tương ứng là 48,63%, 27,90%, 4,10%,
18,75% và 0,72%. [30]
Trong nghiên cứu về đối tượng sinh học, sự thay đổi tỷ lệ các đồng vị cho biết
mức độ hấp thu và đào thải kẽm của cơ thể. Hai tỷ lệ đồng vị thường được sử
dụng để đánh giá là 67Zn/66Zn và 70Zn/66Zn. Tuy nhiên, cũng có các nghiên cứu
khác sử dụng các đồng vị 67Zn/64Zn hay 67Zn/68Zn.
Để xác định thành phần đồng vị có thể sử dụng các phương pháp phân tích
như kích hoạt nơtron, các phương pháp khối phổ dùng nguồn nhiệt. Tuy nhiên,
các phương pháp kích hoạt nơtron thường không đủ độ nhạy để phát hiện các
đồng vị kẽm trong mẫu sinh học và tốn thời gian chiết tách là giàu mẫu. Do vậy,
nhiều năm gần đây phổ biến nhất là phương pháp phân tích khối phổ plasma
cảm ứng (ICP – MS) [20].
1.2.1. Phƣơng pháp phân tích phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS)
Các phương pháp phân tích phổ khối xác định đồng vị (kể cả đồng vị
phóng xạ cũng như đồng vị bền) dựa trên tỷ số khối lượng/điện tích (m/z) của
chúng.
Phương pháp phân tích phổ khối ra đời khi Thompson nghiên cứu sự
chuyển động của các ion mang điện tích dương trong trường điện từ vào năm
1910. Vào năm 1919, Aston đã lần đầu tiên ghi được phổ khối trên giấy ảnh,
cũng từ đó Dempter đã thiết kế máy đo phổ khối đầu tiên với detector điện tử
[14,21].
Phương pháp phân tích khối phổ bao gồm các quy trình: nạp mẫu, hóa hơi
và nguyên tử hóa, phân mảnh hóa và ion hóa các chất cần phân tích, tạo ra các
ion dương 1 của chất phân tích dạng M1+ . Phân giải và tách các ion theo giá trị
m/z của chúng để tạo ra phổ khối của tất cả các chất phân tích và cuối cùng là
phát hiện từng ion có giá trị m/z riêng. Các số liệu thu được sau khi tiến hành
phân tích giúp chúng ta định tính cũng như định lượng được các chất cần phân
tích trong mẫu [1,2].
1.2.1.1. Nguyên tắc của phép đo phổ khối ICP – MS
ICP-MS là một phương pháp phân tích các chất vô cơ dựa trên sự ghi đo
phổ theo tỷ số m/z của nguyên tử các nguyên tố và đồng vị cần phân tích. ICP
(Inductively Coupled Plasma) là ngọn lửa plasma tạo thành bằng dòng điện cao
tần (cỡ MHz ) được cung cấp bằng một máy phát cao tần (RF). Ngọn lửa plasma
có nhiệt độ cao có tác dụng chuyển các nguyên tố có trong mẫu cần phân tích
thành dạng ion. MS (Mass Spectrometry) là phép ghi phổ theo tỷ số m/z.
ICP-MS được phát triển vào đầu những năm 80 của thế kỷ trước, là sự kết
hợp thành công của hai thiết bị phân tích là ICP và MS. Có thể nói đây là một
trong những phương pháp phân tích hiện đại nhất hiện nay và ngày càng chứng
tỏ được ưu điểm vượt trội so với các phương pháp phân tích khác trong nghiên
cứu xác định lượng vết và siêu vết các nguyên tố cũng như thành phần đồng vị
của chúng [3].
Phương pháp phân tích phổ khối ICP-MS dựa trên nguyên tắc của sự hóa
hơi, nguyên tử hóa, ion hóa các nguyên tố hóa học khi chúng được đưa vào môi
trường plasma, sau đó các ion này được tách ra khỏi nhau theo tỷ số m/z của
chúng bằng thiết bị phân tách khối rồi được phát hiện, khuếch đại và đếm bằng
thiết bị điện tử kỹ thuật số [3]. Vì thế muốn thực hiện các công việc phân tích
như trên chúng ta phải thực hiện theo trình tự sau [2].
- Trước tiên phải chuyển mẫu phân tích về dạng dung dịch đồng nhất
- Dẫn dung dịch vào hệ tạo sol khí, để tạo sol khí mẫu
- Dẫn thể sol khí vào ngọn lửa ICP (ICP Plasma Torch)
- Trong plasma Torch ICP, các chất sẽ hóa hơi các chất mẫu, nguyên tử hóa
(phân ly thành nguyên tử tự do), ion hóa các nguyên tử của nguyên tố có
trong chất mẫu.
- Các quá trình xảy ra trong plasma ICP được biểu diễn như sau:
- Bay hơi: MnXm (l) MnXm (r)+ Nồng độ và loại axit trong dung dịch mẫu đo phổ không dồng nhất,
+ Thành phần hoá học của mẫu phân tích,
+ Trạng thái, cấu trúc và dạng (loại) liên kết hóa học của chất phân tích,
+ Chất nền của mẫu và nồng độ của nó,
+ Yếu tố ảnh hưởng của một số cation và anion khác có trong mẫu phân
tích (nguyên tố thứ ba),
+ Kỹ thuật chuẩn bị và xử lý mẫu phân tích
Nhóm thứ 6: Là kiến thức và trình độ tay nghề của nguời làm phân
tích.
Trong phạm vi luận văn, chúng tui tập trung khảo sát ảnh hưởng của 3 yếu tố
sau:
- Thế thấu kính ion - thuộc nhóm ảnh hưởng 1
- Công suất RF- thuộc nhóm ảnh hưởng 2
- Lưu lượng khí mang - thuộc nhóm ảnh hưởng 2
Với nhóm ảnh hưởng số 3; 4; 5 và 6, do đối tượng mẫu phân tích là mẫu
huyết tương, nước tiểu và phân nên chỉ tiến hành khảo sát ảnh hưởng của môi
trường mẫu đo và nồng độ axit, một số ảnh hưởng trùng khối và sử dụng số khối
mặc định cho 5 đồng vị kẽm để phân tích.
2.3.1.3. Khảo sát sự phụ thuộc cƣờng độ tín hiệu của phép đo vào các tham
số hoạt động của Plasma.
Máy khối phổ plasma cảm ứng là một thiết bị hiện đại, phức tạp, có nhiều
tham số hoạt động ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhạy và độ chọn lọc khi phân tích
tổng hàm lượng cũng như thành phần đồng vị của nguyên tố. Các tham số thuộc
về hệ thấu kính ion, hệ tứ cực, detector và các tham số thuộc về chế độ làm việc
của plasma như công suất cao tần (radio frequency power-RFP), lưu lượng khí
mang (carrier gas flow rate -CGFR), độ sâu mẫu (Sample depth -SDe), tốc độ
bơm dẫn mẫu (peripump rate-PR)… cần đươc ̣ tối ưu để phép đo có độ nhạy cao ,
đồng thời sự hình thành các mảnh oxit và hidroxit thấp nhất, nhỏ hơn 1% và sự
hình thành các ion đa nguyên tử nhỏ hơn 3%. Các yếu tố ảnh hưởng không lớn
có thể tối ưu hóa một cách tự động hay có thể thay đổi theo phương pháp biến
thiên từng yếu tố sao cho phù hợp với từng đối tượng mẫu khác nhau và chọn
điều kiện đo sao cho đạt độ nhạy tốt và độ ổn định với phép đo cả 5 đồng vị
kẽm.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
