phân tích benene trong nước giải khát và tìm hiểu cơ chế hình thành benzene

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
o

NGUYỄN HUỲNH HIỆP


Chuyên ngành: HÓA LÝ THUYẾT VÀ HÓA LÝ
Mã số: 60 44 31

PHÂN TÍCH BENENE TRONG
NƯỚC GIẢI KHÁT VÀ TÌM HIỂU
CƠ CHẾ HÌNH THÀNH BENZENE



LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS-TS. CHU PHẠM NGỌC SƠN




Thành Phố Hồ Chí Minh - 2010
MỤC LỤC Trang
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ
PHẦN 1 1
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI VÀ TỔNG QUAN 1

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 1
TỔNG QUAN 2
1.1 SƠ LƢỢC VỀ BENZENE 2
1.1.1. Nguồn gốc xuất hiện 2
1.1.2. Công thức hóa học và tính chất của benzene 3
1.1.2.1.Cấu trúc của benzene 3
1.1.2.2.Tính chất hóa lý của benzene 3
1.1.3. Nguồn benzene 4
1.1.4. Độc tính của benzene 4
1.1.5. Ứng dụng của benzene 8
1.1.6. Nguồn gốc benzene trong nƣớc giải khát 10
1.1.6.1.Sơ lược về sodium benzoate 10
1.1.6.2.Sơ lược về ascorbic acid 11
1.2. TÌNH HÌNH NHIỄM BENZENE TRONG NƢỚC GIẢI KHÁT 12
1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐỊNH LƢỢNG BENZENE TRONG NƢỚC GIẢI
KHÁT 14
1.3.1. Phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao đầu dò UV-VIS 14
1.3.1.1.Nguyên lý của phương pháp 14
1.3.1.2. Nhược điểm của phương pháp 14
1.3.2. Phƣơng pháp sắc ký khí ghép khối phổ–kỹ thuật Headspace 14
1.3.2.1.Nguyên lý của phương pháp 14
1.3.2.2.Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp 14
1.3.3. Phƣơng pháp sắc ký khí đầu dò khối phổ – kỹ thuật purge and trap 15
1.3.3.1.Nguyên lý của phương pháp 15
1.3.3.2.Ưu và nhược điểm của phương pháp 15
* Nhận xét và kết luận: 15
1.4. GIỚI THIỆU PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SẮC KÝ 16
1.4.1. Sơ lƣợc về phƣơng pháp sắc ký 16
1.4.1.1.Các thông số cơ bản của sắc ký 16
1.4.1.2. Phương pháp sắc ký khí 18

1.4.1.3.Phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ (GCMS) 20
1.4.2. Phân tích định lƣợng bằng GCMS 24
1.4.2.1. Kỹ thuật quét phổ (Scan Mode): 25
1.4.2.2. Kỹ thuật chọn lọc ion (SIM Mode) 27
PHẦN 2 29
PHƢƠNG PHÁP ĐỊNH LƢỢNG BENZENE TRONG NƢỚC GIẢI KHÁT-
KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN SỰ TẠO THÀNH BENZENE-
ĐỀ XUẤT CƠ CHẾ HÌNH THÀNH BENZENE 29
2.1. ĐỊNH LƢỢNG BENZENE TRONG NƢỚC GIẢI KHÁT 29
2.1.1. Thiết bị dụng cụ hóa chất 29
2.1.1.1. Thiết bị 29
2.1.1.2.Hóa chất 30
2.1.2. Tối ƣu hóa các thông số kỹ thuật cho hệ thống GCMS 33
2.1.2.1.Tối ưu hóa các thông số kỹ thuật cho hệ thống GC 33
2.1.2.2. Tối ưu hóa các thông số kỹ thuật của hệ thống MS 35
2.1.3. Phƣơng pháp xác định benzene trong nƣớc giải khát 36
2.1.3.1.Chuẩn bị mẫu: 36
2.1.3.2. Xây dựng đường chuẩn 37
2.1.3.3. Tóm tắt dạng sơ đồ qui trình phân tích benzene bằng kỹ thuật
Headspace 38
2.1.3.4.Thứ tự tiêm mẫu phân tích benzene bằng kỹ thuật Headspace-GCMS38
2.1.3.5.Tính toán kết quả phân tích 38
2.1.4. Khảo sát các điều kiện ảnh hƣởng đến qui trình phân tích Benzene
trong nƣớc giải khát 39
2.1.4.1. Khảo sát giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng đặc trưng của
phương pháp 39
2.1.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của lượng MeOH thêm vào 41
2.1.4.3.Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ mẫu trong bộ tiêm mẫu
headspace 42
2.1.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ủ mẫu trong bộ tiêm mẫu

headspace 43
2.1.4.5. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ủ mẫu 45
2.1.4.6. Khảo sát độ lặp lại của tín hiệu đo 46
2.1.4.7. Khảo sát độ thu hồi của phương pháp 48
2.1.4.8. Cải tiến qui trình phân tích cho mẫu có chứa khí CO
2
50
2.1.4.9. Khảo sát khoảng tuyến tính của đường chuẩn 53
2.1.4.10. Đánh giá độ chính xác của kết quả phân tích 58
2.1.5 . Phƣơng pháp phân tích benzoate và vitamin C
[7]
59
2.1.5.1. Điều kiện phân tích trên thiết bị Sắc Ký Lỏng Hiệu Năng Cao 59
2.1.5.2. Kết quả phân tích Ascorbic acid và Benzoate trên một số mẫu nước
giải khát (Tham khảo phụ lục 8) 60
2.2. TÌM HIỂU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN SỰ TẠO THÀNH
BENZENE 61
2.2.1. Tóm tắt cơ chế hình thành benzene 61
2.2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hình thành benzene 61
2.2.2.1. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến tốc độ phản ứng 61
2.2.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ benzoic và ascorbic acid lên sự tạo thành
benzene 63
2.2.2.3. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến sự tạo thành benzene 66
2.2.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tốc độ phản ứng 68
2.2.2.5. Ảnh hưởng của tia UV lên tốc độ phản ứng 69
2.2.2.6. Ảnh hưởng của ion kim loại lên tốc độ phản ứng 70
2.2.2.7. Ảnh hưởng của nồng độ H
2
O
2

lên tốc độ phản ứng 74
2.2.2.8. Sản phẩm khác của quá trình phản ứng 75
2.2.3. Hạn chế và loại trừ khả năng hình thành benzene 79
HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 81
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ THỰC HIỆN 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO 83
TIẾNG VIỆT 83
TIẾNG NƢỚC NGOÀI 83
PHỤ LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
o
C : Degree Celsius (độ C)
o
K : Degree Kelvin (độ K)
o
F : Degree Fahrenheit (độ F)
C
Benzene
(g/l) : Nồng độ (g/l)
CO
2
: Carbon dioxide
CuSO
4
: Copper Sulfate
C
6
H
6
: Benzene

C
6
D
6
: Beuterated Benzene (Đồng vị Benzene Durterium)
EPA : Environmental Protection Agency
EI : Electron Ionization (Ion hóa điện tử)
eV : Electron vôn
EDTA : Ethylenediaminetetraacetic acid
GC : Gas chromatography (Sắc ký khí)
H
3
PO
4
: Phosphoric acid
H
2
SO
4
: Sulfuric acid
HCl : Chlorhydric acid
H
2
O
2
: Hydrogen Peroxide
HS-GC/MS: Headspace-Gas chromatography/Mass Spectrometry (Sắc ký khí khối
phổ - headspace
IUPAC : International Union of Pure and Applied Chemistry
Kph : Không phát hiện

LD
50
: Liều độc gây chết 50% quần thể
LC
50
: Nồng độ gây chết 50% quần thể
LD : Nồng độ gây chết
IARC : International Agency of Research on Cancer
LOQ : Limit of Quatitation (Giới hạn định lượng)
LOD : Limit of detection (Giới hạn phát hiện)
MS : Mass Spectrometry (Khối phổ)
mg : Milligram
mg/l : Milligram/lit
g/l : Microgram/lit
mg/m
3
: Milligram/cubic meter
MeOH : Methanol
NaOH : Sodium Hydroxide
NIST : National Institute of Standards and Technology
ppb : Part per billion (phần tỉ)
ppm : Part per million (phần triệu)
pH : Độ pH
RSD(%) : Độ lệch chuẩn tương đối
S : Diện tích peak sắc ký
S
tb
: Diện tích trung bình peak sắc ký
S
n

: Độ lệch chuẩn
T : Nhiệt độ phản ứng
Tg : Thời gian phản ứng
UV-VIS : Ultraviolet-visible spectrophotomet (Quang phổ UV-VIS)
US.FDA : United States. Food and Drug Administration
WHO : World Health Organization

DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang
Bảng 1.1. Bảng LD
50
, LC
50
, LD của benzene một số thí nghiệm trên chuột 5
Bảng 1.2. Bảng độc tính theo Hodge and Sterner 6
Bảng 2.1. Tên tiếng Việt của một số quốc gia 31
Bảng 2.2. Kết quả LOD với phương pháp định lượng theo chế độ SIM 40
Bảng 2.3. Kết quả LOD với phương pháp định lượng theo chế độ Scan 40
Bảng 2.4. Ảnh hưởng của Methanol (MeOH) thêm vào lên tín hiệu phân tích 41
Bảng 2.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ mẫu trong bộ tiêm mẫu
headspace 43
Bảng 2.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ủ mẫu 44
Bảng 2.7. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ủ mẫu 45
Bảng 2.8. Kết quả độ lặp lại của diện tích peak chuẩn benzene 47
Bảng 2.9. Kết quả độ lặp lại của diện tích peak nội chuẩn benzene D
6
47
Bảng 2.10. Kết quả hiệu suất thu hồi trên nền mẫu có khí CO
2
49
Bảng 2.11. Hiệu suất thu hồi trên nền mẫu không có khí CO

2
49
Bảng 2.12. Hiệu suất thu hồi phương pháp phân tích Benzene không xử lý với
NaOH 52
Bảng 2.13. Hiệu suất thu hồi phương pháp phân tích Benzene có xử lý với NaOH . 52
Bảng 2.14. Kết quả khảo sát đường chuẩn Benzene trong nước 54
Bảng 2.15. Kết quả tính toán mức độ phù hợp của nồng độ benzene từ MS-Excel . 55
Bảng 2.16. Kết quả tính toán mức độ phù hợp của nồng độ benzene từ MS-Excel 56
Bảng 2.17. Kết quả tính toán mức độ phù hợp của nồng độ benzene từ MS-Excel 56
Bảng 2.18. Kết quả tính toán mức độ phù hợp của nồng độ benzene từ MS-Excel 57
Bảng 2.19. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của pH đến sự tạo thành benzene 62
Bảng 2 20. Kết quả ảnh hưởng của nồng độ ascorbic acid lên khả năng hình thành
benzene 64
Bảng 2.21. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của nồng độ benzoic acid lên khả năng
hình thành benzene 65
Bảng 2.22. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến sự tạo thành benzene 67
Bảng 2.23. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tốc độ phản ứng 68
Bảng 2.24. Ảnh hưởng của thời gian chiếu tia UV vào mẫu 69
Bảng 2.25. Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của nồng độ ion đồng (Cu
2+
) lên lượng
benzene tạo thành 71
Bảng 2.26. Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của ion đồng Cu
2+
lên tốc độ phản ứng
hình thành benzene 73
Bảng 2.27. Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của nồng độ H
2
O
2

lên sự tạo thành
benzene 74
Bảng 2.28. Kết quả thực nghiệm sự tạo thành phenol trong phản ứng acid ascorbic
và sodium benzoate tại pH = 3 trong sự hiện diện của xúc tác đồng và H
2
O
2
76
Bảng 2.29. Kết quả thực nghiệm sự tạo thành biphenyl trong phản ứng acid
ascorbic và sodium benzoate tại pH = 3 trong sự hiện diện của xúc tác đồng và
H
2
O
2
77
Bảng 2.30. Ảnh hưởng của thuốc thử tạo phức trong sự hiện diện Cu
2+
78
Bảng 2.31. Kết quả thực nghiệm khả năng giảm-hạn chế-loại trừ sự tạo thành
benzene 80
DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ Trang
Hình 1.1. Cấu trúc lục giác của benzene 3
Hình 1.2. Ứng dụng của benzene trong ngành Polymer 9
Hình 1.3. Công thức phân tử của Sodium Benzoate 10
Hình 1.4. Công thức phân tử của ascorbic acid 11
Hình 1.5. Các thông số cơ bản của sắc ký 16
Hình 1.6. Mô hình thiết bị sắc ký khí 19
Hình 1.7. Mô hình sắc ký khí ghép khối phổ 20
Hình 1.10. Ion hóa hóa học dương tạo ion dương từ chất phân tích 23
Hình 1.11. Ion hóa hóa học âm 24

Hình 1.12. a. Sắc đồ full scan của benzene và benzene C
6
D
6
Hình 1.12.b. Sắc đồ
full scan của benzene và benzene C
6
D
6
chọn m/z = 78; 84 25
Hình 1.13. Sắc đồ của Benzene (Scan Mode) và khối phổ Benzene từ thư viện NIST
2005 26
Hình 1.14. Sắc đồ của Benzene và Benzene-d
6
(Scan Mode ) lấy lần lượt theo ion
m/z 78 của Benzene và ion m/z 84 của Benzene-d
6
26
Hình 1.15.a. Sắc đồ SIM của Benzene và Benzene C
6
D
6
27
Hình 1 16. SIM của Benzene(m/z =78) và Benzene D
6
(m/z=84) 27
Hình 2.1. Lược đồ tóm tắt qui trình phân tích benzene bằng kỹ thuật Headspace 38
Hình 2.2. Ảnh hưởng của Methanol (MeOH) lên tín hiệu đo 42
Hình 2 3. Ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ ủ mẫu 46
Hình 2.4. Không xử lý và có xử lý qui trình phân tích Benzene trong mẫu chứa CO

2
52
Hình 2.5. Đường chuẩn benzene nồng độ thấp hơn 15

g/l sử dụng nội chuẩn 54
Hình 2 6. Đường chuẩn benzene với nồng độ 0,5 >7000

g/l sử dụng nội chuẩn 55
Hình 2.7. Đường chuẩn benzene nồng độ thấp hơn 15

g/l theo diện tích peak
benzene 56
Hình 2.8. Đường chuẩn benzene với khoảng nồng độ 0,5 – 150; 0,5 – 7000

g/l
theo diện tích peak benzene 57
Hình 2.9. Ảnh hưởng của pH lên sự tạo thành benzene 63
Hình 2.10. Ảnh hưởng của Ascorbic acid đến sự tạo thành benzene 64
Hình 2.11. Ảnh hưởng của benzoic acid (benzoate) lên sự tạo thành benzene 66
Hình 2.12. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng lên sự hình thành benzene 67
Hình 2.13. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự hình thành benzene 68
Hình 2.14. Ảnh hưởng của thời gian chiếu tia UV lên sự tạo thành benzene 70
Hình 2.15. Ảnh hưởng của ion Cu
2+
lên sự tạo thành benzene 72
Hình 2.16. Ảnh hưởng của Cu
2+
lên sự hình thành benzene theo thời gian 73
Hình 2.17. a,b. Ảnh hưởng của H
2

O
2
lên sự hình thành benzene 75
Hình 2.18. Phức EDTA với ion kim loại 78
Hình 2.19. Ảnh hưởng của sự tạo thành benzene trong sự hiện diện của ion Cu
2+
và
ligand tạo phức(EDTA) 79


Trang 1



PHẦN 1
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI VÀ TỔNG QUAN
MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây, với nỗ lực không ngừng, ngành thực phẩm Việt
Nam nói chung đã và đang có nhiều chuyển biến rõ rệt cả về số lượng và chất
lượng, góp phần lớn vào sự tăng trưởng và phát triển về kinh tế của cả nước nói
chung và của ngành nói riêng.
Trong giai đoạn phát triển và hội nhập kinh tế hiện nay, với thuận lợi và
thách thức đan xen vào nhau, một trong những điều kiện của phát triển bền vững là
thực phẩm phải đạt yêu cầu cả về lượng và chất, đặc biệt quan trọng là phải an toàn
cho người sử dụng.
Tuy nhiên, nhìn một cách tổng quát, hiện nay việc kiểm soát vệ sinh an toàn
thực phẩm (VSATTP) chưa thật sự chủ động và đạt hiệu quả cao. Các phòng kiểm
nghiệm luôn bị động trước việc nhà sản xuất thực phẩm sử dụng tùy tiện vì mục
đích lợi nhuận hoặc do thiếu hiểu biết những hóa chất bị cấm hay cần hạn chế,
những hóa chất được phép sử dụng trong thực phẩm nhưng đã quá hạn, những hóa

chất không có trong danh mục được phép sử dụng. Hệ quả là một số thực phẩm lưu
hành không an toàn cho người tiêu dùng, không bán được, gây thiệt hại lớn cho sản
xuất và xuất khẩu trong thế hội nhập của đất nước.
Nhằm đảm bảo yêu cầu an toàn cho người tiêu dùng, tránh thiệt hại cho
doanh nghiệp, đảm bảo khả năng cạnh tranh đòi hỏi trước mắt và lâu dài, Việt Nam
phải có biện pháp kiểm soát hữu hiệu hóa chất độc hại có trong thực phẩm hoặc
sinh ra từ thực phẩm trong sản xuất, lưu hành và dự trữ. Vì thế, cần phải có trang
thiết bị, phương pháp kiểm tra thật chính xác, hiệu quả.
Gần đây, nhiều nguồn thông tin từ nước ngoài: trên báo, tạp chí, trên mạng…
cho biết nước giải khát có khả năng bị nhiễm độc chất benzen. Với nguồn nước giải
khát rất đa dạng từ sản xuất trong nước cũng như nhập từ nước ngoài, việc tìm hiểu

Trang 2



mức độ an toàn của nước giải khát đang lưu hành trên địa bàn TP Hồ Chí Minh là
cần thiết.
Xuất phát từ những yêu cầu thực tế trên, với sự hỗ trợ trang thiết bị của
Trung tâm Đào Tạo và Phát Triển Sắc Ký Thành Phố Hồ Chí Minh (EDC-HCM) và
dựa trên các công trình nghiên cứu liên quan đã được công bố ngoài nước, chúng tôi
thực hiện đề tài:“ Phân tích Benzene trong nước giải khát và tìm hiểu cơ chế hình
thành Benzene”. Mục đích là xây dựng được một quy trình ổn định đạt độ tin cậy
cao, độ nhạy thích hợp, đáp ứng yêu cầu quốc tế; có thể áp dụng cho các phòng thí
nghiệm trong nước; đồng thời qua hiểu biết cơ chế tạo benzene trong nước giải
khát, có thể thử đề xuất phương cách hạn chế sự hình thành không mong muốn
nầy.
TỔNG QUAN
1.1 SƠ LƢỢC VỀ BENZENE
[8],[9],[10],[11],[14]

1.1.1. Nguồn gốc xuất hiện
[11]

Năm 1825, benzene lần đầu tiên được nhà vật lý và hóa học người Anh
Michael Faraday cô lập khi thực hiện chưng cất khí từ dầu thô và đặt tên là
“bicarburet of hydrogene”.
Năm 1933, August Wilhelm Hofmann (nhà hóa học người Đức), qua chưng cất
nhựa benzoin trộn với calcium oxide đã thu được hợp chất tương tự và đặt tên là
bezoin. Sau đó hóa chất được gọi là benzine. Tuy nhiên, tên gọi này không được
chấp nhận vì có khả năng gây lẫn lộn với tên của họ alkaloid, ví dụ như quinine.
Năm 1836, Auguste Laurent, (nhà hóa học người Pháp) cũng phát hiện ra
một chất khí có khả năng thắp sáng và đặt tên là pheno theo tiếng Hy Lạp là
phanein có nghĩa là sáng chói. Tên này không được thừa nhận nhưng sau này gốc
C
6
H
5
từ benzene được gọi là phenyl.
Ngoài ra một số cách gọi tên khác được chấp nhận như benzol (tiếng Đức);
benzene (tiếng Pháp và tiếng Anh).

Trang 3



1.1.2. Công thức hóa học và tính chất của benzene
[8],[9],[11],[15],[16]

1.1.2.1.Cấu trúc của benzene

Cấu trúc lục giác (hexagonal) do nhà hóa học người Đức Friedrich August
Kekulé đề xuất

Hình 1.1. Cấu trúc lục giác của benzene
1.1.2.2.Tính chất hóa lý của benzene
- Tên UPAC : Benzene
- Tên khác : annulene, benzin, benzol, benzole,
benzolene, phenyl hydride, pyrobenzole, coal naphtha,
cyclohexatriene…
- Công thức nguyên : C
6
H
6

- Khối lượng phân tử : 78,01g/mol
- Nhiệt độ nóng chảy : 5,5
o
C
- Tỉ trọng ở 20
o
C : 0,87 g/cm
3

- Nhiệt độ sôi : 80,1
o
C (353
o
K, 176
o
F)

- Áp suất hơi ở 20
o
C : 9,95kPa
- Là chất lỏng trong, không màu ở nhiệt độ phòng, có vị ngọt, khả năng
bắt cháy cao
- Tan ít trong nước : 0,8 g/lít ở 25
o
C.
- Benzene tan trong hầu hết dung môi hữu cơ, carbon disulfide, acid acetic
đậm đặc và dầu.
- Độ nhớt : 0,652 cP ở 20 °C
- Giới hạn nổ trong không khí : 1,4-7,1 %

Trang 4



- Benzene tồn tại trong không khí chủ yếu pha hơi. Nồng độ của benzene
trong không khí phụ thuộc vào điều kiện môi trường khí hậu và mức độ ô
nhiễm.
1.1.3. Nguồn benzene
[12],[17]
Từ công nghiệp:
- Là thành phần tự nhiên trong dầu thô và dầu hỏa. Benzene chiếm khoảng
1 - 4% về thể tích và được sử dụng cho tổng hợp ethylbenzene, phenol,
cyclohexane và một số hợp chất thơm khác.
- Benzene được sinh ra từ những lò đốt than.
Từ những nguồn ô nhiễm khác:
- Hàm lượng benzene trong môi trường không khí tăng lên chủ yếu do
hoạt động của con người: khói thải từ thuốc lá, nhiên liệu từ động cơ xe,

do đốt gỗ, đốt rừng, từ những nhà máy thép, do bay hơi trong quá trình
chưng cất và dự trữ dầu hỏa …và một phần từ hoạt động của thiên nhiên
như phun trào của núi lửa.
- Vết của benzene sinh ra do đốt cháy không hoàn toàn các vật liệu hữu cơ
giàu carbon.
- Vết của benzene sinh ra từ thực phẩm trong một số điều kiện chế biến
nhất định.
- Benzene trong đất sẽ giải phóng một phần vào không khí do hóa hơi, một
phần rất nhỏ vào nước mặt và nước ngầm. Benzene trong không khí có
thể quay trở lại đất, nước theo nước mưa.
- Benzene trong nước giải khát theo tài liệu được hình thành do phản ứng
giữa vitamin C và phụ gia bảo quản sodium benzoate có trong nước.
1.1.4. Độc tính của benzene
[13][15][34]

Benzene được tổ chức quốc tế nghiên cứu về ung thư (International Agency
for Research on Cancer, viết tắt là IARC) xếp vào loại hợp chất gây ung thư ở
người. Điều này cũng được khẳng định tại ở hội nghị về vệ sinh công nghiệp của

Trang 5



Mỹ (American Conference of Governmental Industrial Hygienists, viết tắt là
ACGIH)
Độc tính cấp tính của benzene thể hiện qua các trị số LD, LD50, LC50
- LD50 : Liều độc gây chết 50% quần thể
- LC50 : Nồng độ gây chết 50% quần thể
- LD : Nồng độ gây chết
Bảng 1.1. Bảng LD

50
, LC
50
, LD của benzene một số thí nghiệm trên chuột
Thử nghiệm
Vật thí nghiệm
LD
50

LC
50

LD
Đơn vị/thể trọng
Đường miệng (Oral)
chuột (14 ngày tuổi)
3000


mg/kg
chuột (nhỏ)
3300


mg/kg
chuột (trưởng thành)
4900


mg/kg

chuột (rat)
8100


mg/kg
Đường hô hấp
(Inhalation)
chuột (rat) (4h)

44660

mg/m
3

chuột (rat) (7h)

32660

mg/m
3

chuột (mouse) (2h)


61125
mg/m
3

Tiêm qua bụng
(Intraperitoneal

Injection)
chuột (rat)
2940


mg/kg
chuột (mouse)
300


mg/kg

Cách qui đổi đơn vị:
1 ppm = 3,2 mg/m
3

1 mg/m
3
= 0,31 ppm
Công thức chuyển đổi dựa trên điều kiện nhiệt độ là 25
o
C, áp suất 1 atm.

KKmollatm
atmmolgMppmX
mmgY
oo
w
298*)/(082.0
)(1*)/(*)(

)/(
3




)(1*)/(
298*)/(082.0*)/(
)(
3
atmmolgM
KKmollatmmmgY
ppmX
w
oo



 Bảng 1.2 sẽ cho thấy độc tính cấp tính của benzene

Trang 6



Bảng 1.2. Bảng độc tính theo Hodge and Sterner
Cấp độ
độc

LD50
(qua miệng)

(Oral)
LC50
(qua hô hấp)
(Inhalation)
LD50
(qua da)
(Dermal)
Dự đoán
Vật thí nghiệm
Chuột
Chuột
Thỏ
Người
Mức độ độc
mg/kg
ppm
tiếp xúc 4 giờ
mg/kg
Liều lượng
1
Cực kỳ độc
≤ 1
≤ 10
≤ 5
1giọt
2
Độc tính cao
1-50
10-100
5-43

4 ml
3
Độc tính trung bình
50-500
100-1000
44-340
30 ml
4
Độc tính yếu
500-5000
1000-10.000
350-2810
600 ml
5
Không độc
5000-15.000
10,000-100.000
2820-22.590
1 lít
6
Vô hại (tương đối)
≥15.000
100.000
≥ 22.600
1 lít

Như vậy theo bảng độc tính theo Hodge and Sterner thì benzene thuộc loại
độc tính cấp tính trung bình.
Benzene vào cơ thể người thông qua đường hô hấp, qua da và qua đường ăn
uống. Trong đó, hô hấp là con đường chính đưa benzene trong môi trường không

khí vào cơ thể người và động vật.
Nhiều kết quả nghiên cứu về hô hấp trên người cho thấy: trong môi trường
có nồng độ benzene 160 đến 320 mg/m
3
(tương đương 50 đến 100 ppm) thì 30%
đến 50% được giữ lại khi hít vào. Benzene đi vào cơ thể và những mô nhiều béo,
tủy xương và nước tiểu là nơi chứa nhiều benzene nhất, cao hơn trong máu khoảng
20 lần.
Triệu chứng cấp tính:
Việc tiếp xúc với benzene có ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe. Hít thở
trong điều kiện môi trường không khí ô nhiễm với nồng độ benzene cao trên
65000mg/m
3
có thể làm tim ngừng đập, gây chết nhanh và đột ngột trong vài phút.
Với môi trường không khí có nồng độ benzene thấp 20000-30000 mg/m
3
có thể gây
ra một số triệu chứng như ngủ gật, chóng mặt, choáng váng, rùng mình, tim đập
nhanh, rối loạn thần kinh hoặc bất tỉnh.

Trang 7



Ăn hoặc uống thực phẩm nhiễm hàm lượng benzene lớn có thể gây ói, đau
bao tử, choáng váng, buồn ngủ, ngủ gật, rối loạn và tử vong.
Bên cạnh đó, benzene cũng cho thấy tác động mãn tính với mức độ độc cực
cao.
Triệu chứng mãn tính:
Khi vào máu, benzene có thể gây ra các bệnh kinh niên, mãn tính…

Rối loạn tiêu hóa: ăn uống kém ngon, xung huyết niêm mạc miệng, nôn, hơi
thở có mùi benzene.
Rối loạn thần kinh: chóng mặt, nhức đầu, dễ cáu giận, chuột rút, cảm giác
kiến bò, tê cóng…
Rối loạn huyết học: Benzene là tác nhân làm giảm hệ thống miễn dịch, tăng
nguy cơ lây nhiễm, gây hại cho tủy sống, làm giảm hồng cầu trong máu dẫn đến
bệnh thiếu máu, đặc biệt là bệnh bạch cầu và các bệnh ung thư máu khác.
Benzene đi vào gan, thận, tim, não làm biến đổi cấu trúc DNA, nhiễm sắc thể
và có thể truyền qua nhau thai. Sự ôxi hóa benzene trong cơ thể người xảy ra chủ
yếu ở thận qua hệ thống tế bào sắc tố (cytochrome P-450 2E1 system). Sản phẩm
chủ yếu của sự chuyển hóa này là phenol, catechol, hydroquinone và được tìm thấy
trong tủy xương của những động vật thí nghiệm. Nghiên cứu chỉ ra rằng phenol
được chuyển hóa nhiều hơn ở người và thải ra nước tiểu dưới dạng muối sulfate
hoặc kết hợp với glucoronide. Ở chuột, thực nghiệm xác nhận sự biến đổi benzene
thành dạng ít độc nhiều hơn dạng độc tính cao.
Ngoài ra, theo kết quả của nhiều nghiên cứu, ở nồng độ cao hơn 32 mg/m
3

hoặc 10 ppm thì có sự tương quan giữa lượng phenol tạo thành và mức độ tiếp xúc.
Đối với nồng độ thấp hơn thì benzene chủ yếu thải ngược ra qua hô hấp.
Thời gian bán hủy trung bình của benzene trong cơ thể người khoảng 28 giờ.
Benzene gây bệnh ung thư ở con người và cả động vật.
Những báo cáo đầu tiên vào những năm 1920 cho rằng benzene là tác nhân
gây ung thư cho người không được ngành công nghiệp hóa học thừa nhận cho đến
khi có nhiều báo cáo y học kết luận ung thư ở con người có liên quan đến benzene.

Trang 8

Nhiều trường hợp tử vong vì bệnh bạch cầu xảy ra trên những người làm việc và
tiếp xúc benzene ở mức độ cao.
Nghiên cứu tác động của benzene trên động vật trong quá trình mang thai,
nếu cho tiếp xúc hoặc ngửi nhiều benzene thì con sinh ra bị thiếu cân, xương chậm
phát triển, hoặc sự phát triển bất thường ở xương tủy.
Nghiên cứu tác động của benzene trên người cho thấy, phụ nữ tiếp xúc nhiều
với benzene hoặc trong môi trường có nồng độ benzene cao có chu kỳ kinh nguyệt
không đều và bất thường, giảm khả năng rụng trứng, giảm kích thước buồng trứng.
Tuy vậy, người ta vẫn chưa biết benzene ảnh hưởng như thế nào lên quá trình
phát triển quái thai trong quá trình mang thai ở phụ nữ và vô sinh ở nam giới.
Nồng độ benzene trong không khí giảm xuống do phản ứng với các gốc tự do
như hydroxy, alkoxy, peroxy, ôxi nguyên tử hay ozone. Sản phẩm chủ yếu của quá
trình này là phenol, nitrobenzene, nitrophenol, các hợp chất dicarbonyl mở vòng
khác.
Benzene trong nước mặt và nước ngầm giảm xuống do vi sinh trong cả điều
kiện hiếu khí và kị khí. Trong cả hai điều kiện này, benzene giảm xuống do sự tạo
thành hai sản phẩm chủ yếu là catechol và cis-1,2-dihydroxy- 1,2-dihydrobenzene.
1.1.5. Ứng dụng của benzene
[12],[14]

Benzene là một hợp chất tự nhiên trong dầu thô nên nó giữ vai trò quan trọng
trong ngành công nghiệp nhiên liệu chất đốt, là phụ gia anti-knocking rất hiệu quả
cho động cơ xe (trước đây), đồng thời làm tăng chỉ số octane cho nhiên liệu.
Là nguồn nguyên liệu quan cực kỳ trọng các ngành công nghiệp khác đặc
biệt như sản xuất polymer, chế tạo bột giặt, xà phòng, mực in, thuốc nhuộm, dầu
nhờn, thuốc trừ sâu, dược phẩm…

Trang 9

Hình 1.2. Ứng dụng của benzene trong ngành Polymer

Benzene được sử dụng như một dung môi trong phòng thí nghiệm trước đây
nhưng hiện nay lượng dùng trong phòng thí nghiệm bị hạn chế hoặc giảm đi rất
nhiều vì liên quan đến ung thư.
Theo báo cáo của Global Industry Analysts Inc, nhu cầu sử dụng benzene
như là một nguyên liệu ban đầu cho công nghiệp hóa chất trên phạm vi toàn cầu đặc
biệt tăng và tăng nhanh hơn 10 năm trở lại đây: 27,2 triệu tấn năm 1996, 32,0 triệu
tấn năm 2000, 35,1 triệu tấn 2005, 40 triệu tấn năm 2007. Dự đoán đến năm 2012,
nhu cầu sử dụng benzene vượt quá 54 triệu tấn. Như vậy, tính từ năm 1999-2007
nhu cầu sử dụng benzene tăng khoảng 47% và tốc độ tăng trưởng mỗi năm vào
khoảng 4,2%. Theo dự đoán, trong tương lai tốc độ sử dụng benzene tăng 35% đến
2012 và tăng 7% mỗi năm.
Mặc dù benzene có độc tính cao, là tác nhân gây ung thư mạnh (IARC:
International Agency of Research on Cancer xếp vào nhóm I) nhưng vẫn còn được
sử dụng rộng rãi vì lợi ích thương mại của nó mang lại vô cùng lớn. Tuy nhiên, vì
liên quan đến sức khỏe con người mà ngày nay người ta hạn chế sử dụng benzene ở

Trang 10



mức có thể chấp nhận và có luật, qui định rất chặt chẽ về hàm lượng cho phép của
benzene trong nhiên liệu, trong nước cũng như trong thực phẩm.
1.1.6. Nguồn gốc benzene trong nƣớc giải khát
[18,[19],[20],[21],[22],[23],[29]

Theo nhiều nghiên cứu trước đây (Gardner and Lawrence 1993; McNeal et

al. 1993; Chang and Ku 1993; Barshick et al. 1995), benzene hình thành là do sự
khử nhóm COO
-
của sodium benzoate hoặc nhóm COOH của benzoic acid dưới sự
hiện diện của vitamin C (ascorbic acid) có trong nước giải khát.
1.1.6.1.Sơ lược về sodium benzoate
- Là muối natri của acid benzoic và tồn tại ở dạng này khi hòa tan vào
nước.
- Trong tự nhiên, có thể tìm thấy ở cây quất, mận đỏ, mận xanh, cây quế,
đinh hương, táo… Trong một số loại trái cây nồng độ benzoate chiếm xấp xỉ nồng
độ cho phép theo tiêu chuẩn của Mỹ (0.1%).
- Nồng độ benzoate cho phép trong thực phẩm theo tiêu chuẩn Việt Nam
là không vượt quá 1g/kg.
- Trong ngành công nghiệp thực phẩm, sodium benzoate được sử dụng
làm chất bảo quản vì có hoạt tính kháng khuẩn và nấm mốc trong môi trường acid
(pH < 7) và được sử dụng nhiều nhất trong nhiều loại thực phẩm có tính acid như
salad trộn giấm, nước uống có CO
2
, mức, nước trái cây, syrô…Khi sử dụng sodium
benzoate trong thực phẩm người ta phải khai báo trên nhãn và ký hiệu bắt buộc đối
với nó là E 211.
Công thức phân tử

Hình 1.3. Công thức phân tử của Sodium Benzoate
Tên theo UPAC : Sodium Bennzoate
Công thức phân tử : NaC
6
H
5
CO

2

Khối lượng nguyên : 144,11g/mol

Trang 11



Khối lượng riêng : 1,44 g/cm
3

Nhiệt độ nóng chảy : > 300
o
C
- Giới hạn cho phép theo cơ quan thực phẩm và thuốc của Mỹ (US.FDA)
là 0.1 % theo khối lượng.
- Giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) đối với nước giải
khát 400 ppm theo khối lượng.
1.1.6.2.Sơ lược về ascorbic acid

Hình 1.4. Công thức phân tử của ascorbic acid
Tên theo IUPAC : (5R)-[(1S)-1,2-dihydroxyethyl]- 3,4-
dihydroxyfuran-2(5H)-one
Khối lượng nguyên : 176,12 g/mol
Khối lượng riêng : 1,65 g/cm
3

Nhiệt độ nóng chảy : 190 – 192
o
C

Độ tan trong nước : 33 g/100 ml
- Ascorbic acid bị ôxi hóa nên được sử dụng làm chất bảo quản chống ôxi
hóa. Vì nhạy với nhiệt, ánh sáng, ôxi nên ascorbic aicd phải được bảo quản trong lọ
kín, tránh tiếp xúc với ánh sáng và vật chứa không phải là kim loại.
- Dạng muối của ascorbic acid như sodium, potasium, calcium ascorbate
được sử dụng làm chất bảo quản chống ôxi hóa. Vì những dạng này tan trong nước
nên chúng không có tác dụng bảo vệ acid béo khỏi bị ôxi hóa. Người ta sử dụng
ester của ascorbic acid gắn với mạch hữu cơ dài như ascorbyl palmitate hay
ascorbyl stearate như là chất bảo quản trong thực phẩm.
- Theo chương trình quốc tế về an toàn hóa học (The International
Programme on Chemical Safety), hàm lượng ascorbic trong thực phẩm được phép
sử dụng ở mức an toàn cho người là 647-825 mg trên một kg thể trọng.

Trang 12



- Đây là hai thành phần được sử dụng rộng rãi trên thị trường, cho nhiều
chủng loại sản phẩm, thực phẩm…
1.2. TÌNH HÌNH NHIỄM BENZENE TRONG NƢỚC GIẢI KHÁT
[18],[23],[31],[32],[33],[34],[35],[36],[37]

Theo báo cáo nghiên cứu ở thập niên 90 thế kỷ trước về mức độ không an
toàn của benzene trong nước uống ở Hoa Kỳ, cơ quan an toàn về thuốc và thực
phẩm (Food and Drug Administratives viết tắt là FDA) xác nhận rằng có sự hình
thành benzene trong nước ngọt khi sử dụng vitamin C và chất bảo quản sodium
benzoate.
Tháng 12 năm 2005, cơ quan đánh giá rủi ro của cộng hòa liên bang Đức
(Germany's Federal Institute for Risk Assessment) đã xuất bản tạp chí nói về sự hình
thành benzene trong nước giải khát.

Tháng 3 năm 2006 cơ quan tiêu chuẩn thực phẩm Anh (United Kingdom's
Food Standards Agency) công bố kết quả kiểm tra 150 mẫu nước ngọt trong đó 43
mẫu bị nhiễm benzene và có 4 mẫu vượt quá mức độ an toàn theo tiêu chuẩn nước
uống của tổ chức sức khỏe thế giới WHO (World Health Organization) là 10 ppb.
Tháng 5 năm 2006, cơ quan thuốc và thực phẩm của Hàn Quốc (Korea Food
and Drug Administration viết tắt là KFDA) công bố kết quả kiểm tra benzene trên
30 mẫu nước giải khát giàu vitamin C trong đó có 27 mẫu nhiễm benzene từ 5,7-
87,8 ppb.
Tháng 6 năm 2006, cơ quan sức khỏe Canada (Health Canada) công bố kết
quả nghiên cứu benzene trong nước giải khát trong đó có 4 mẫu vượt quá qui định
an toàn cho phép là 5 ppb.
* Tình hình nhiễm benzene trong nước giải khát và vấn đề kiểm soát tại
Việt Nam
Cho đến nay, tại TP Hồ Chí Minh và trong cả nước, ngoài nghiên cứu của
chúng tôi, chưa có phòng thí nghiệm nào có báo cáo về phân tích benzene trong
nước giải khát trong khi đó, có không ít loại nước giải khát có vitamin C và chất
bảo quản sodium benzoate đang lưu hành trên thị trường. Trong điều kiện khí hậu

Trang 13



nóng, nắng, các loại nước giải khát này nếu bảo quản không tốt có nhiều khả năng
sinh ra benzene.
Lưu ý: hiện nay vẫn chưa có tiêu chuẩn benzene trong nước giải khát, chỉ có
tiêu chuẩn benzene trong nước uống
- 5 µg/L theo tiêu chuẩn EPA Mỹ và Canada
- 10 µg/L theo tiêu chuẩn WHO,
- 1µg/L theo tiêu chuẩn MAC của Châu Âu (Maximum Acceptable
Concentration, Council Directive 98/83/EC, 3/11/1998),

- 10 µg/L theo tiêu chuẩn Việt Nam (Tiêu chuẩn Vệ sinh nước ăn uống
kèm theo QĐ Bộ trưởng Bộ Y tế số 1329/2002/BYT/QĐ ngày
18/4/2002, Tiêu chuẩn TCVN 5502:2003 về nước cấp sinh hoạt).

Trang 14



1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐỊNH LƢỢNG BENZENE TRONG NƢỚC
GIẢI KHÁT
[19],[25],[33],[36],[39]

Tùy thuộc vào vào tính chất mẫu, yêu cầu, mục đích và điều kiện trang thiết
bị mà có thể áp dụng các phương pháp sắc ký lỏng đầu dò UV-VIS, sắc ký khí-
purge trap, sắc ký khí-headspace, sắc ký khí-purge trap ghép khối phổ, sắc ký khí-
headspace ghép khối phổ để định lượng benzene.
Tuy nhiên, theo yêu cầu giới hạn phát hiện phải đạt được của tiêu chuẩn về
nước uống của Việt nam cũng như của thế giới (như đã giới thiệu ở trên) nên chúng
tôi chỉ đề cập đến phương pháp phù hợp, đáp ứng khả năng phân tích vết benzene
trong nước giải khát.
1.3.1. Phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao đầu dò UV-VIS
1.3.1.1.Nguyên lý của phương pháp
Benzene tách khỏi các thành phần khác khi qua cột sắc ký lỏng pha đảo
(Reverse phase C8 Cartridge) và định lượng tại bước sóng λ = 204 nm với đầu dò
UV-VIS.
1.3.1.2. Nhược điểm của phương pháp
Có thể dùng để xác định benzene có hàm lượng tương đối thấp nhưng chịu
ảnh hưởng nền rất lớn vì tiêm trực tiếp nền mẫu nước giải khát vào thiết bị.
1.3.2. Phƣơng pháp sắc ký khí ghép khối phổ–kỹ thuật Headspace
1.3.2.1.Nguyên lý của phương pháp

Một thể tích xác định pha hơi được lấy và tiêm vào thiết bị GC. Dựa vào ái
lực của các thành phần pha hơi với cột sắc ký khí mà benzene được tách ra khỏi các
cấu tử trong pha hơi đó. Sau đó, các cấu tử phân tích được đưa vào đầu dò khối phổ.
Tại đây, các cấu tử bị ion hóa và phân thành các mảnh ion. Trên cơ sở này, các cấu
tử sẽ được nhận danh và định lượng chính.
1.3.2.2.Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp
Phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ–kỹ thuật Headspace (HS-GC/MS) có
ưu điểm lớn là tránh được đáng kể ảnh hưởng của nền mẫu phức tạp.