Nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích và đánh giá sơ bộ hàm lượng dioxin furan trong mẫu sữa bằng thiết bị sắc kí khí ghép nối khối phổ phân giải cao (HRGC HRMS)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Nguyễn Thị Xuyên

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH VÀ
ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ HÀM LƯỢNG DIOXIN/FURAN TRONG MẪU SỮA
BẰNG THIẾT BỊ SẮC KÍ KHÍ GHÉP NỐI KHỐI PHỔ PHÂN GIẢI CAO
(HRGC-HRMS)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2019


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Nguyễn Thị Xuyên

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH VÀ
ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ HÀM LƯỢNG DIOXIN/FURAN TRONG MẪU SỮA
BẰNG THIẾT BỊ SẮC KÍ KHÍ GHÉP NỐI KHỐI PHỔ PHÂN GIẢI CAO
(HRGC-HRMS)

Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 8440112.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Vũ Đức Nam
PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Mai

Hà Nội – 2019


Lời cảm ơn
Luận văn được hoàn thành với sự hỗ trợ một phần từ đề tài 104.04-2017.12 của Quĩ
phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia.
Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Vũ Đức Nam và PGS.TS.
Phạm Thị Ngọc Mai đã giao đề tài, truyền thụ cho em nhiều kiến thức và tận tình
hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp.
Em cũng xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trung tâm Nghiên cứu và Chuyển
giao Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cùng các anh chị
và các bạn trong Phòng thí nghiệm trọng điểm nghiên cứu về Dioxin đã giúp đỡ tận
tình và tạo mọi điều kiện tốt nhất để em hoàn thành luận văn này.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong khoa Hóa Học đặc biệt
là các thầy cô bộ môn Hoá phân tích lòng tri ân sâu sắc.
Hà Nội, tháng
năm 2019
Học viên cao học

Nguyễn Thị Xuyên


MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................ i
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. ii

MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.....................................................................................3
1.1.

Giới thiệu về các dioxin/furan .................................................................3

1.1.1.

Cấu trúc, phân loại, tên gọi ....................................................................3

1.1.2.

Tính chất vật lý, hóa học.........................................................................6

1.1.3.

Độc tính của dioxin và cơ chế gây độc ...................................................8

1.1.4.

Sự hình thành dioxin, furan ..................................................................10

1.1.5.

Các quy định về dioxin, furan ...............................................................13

1.2. Tổng quan về các phương pháp phân tích dioxin/furan ...........................16
1.2.1. Các phương pháp xử lý mẫu sữa ..............................................................16
1.2.2. Phương pháp phân tích dioxin, furan trên thiết bị ...................................19
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................24

2.1. Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu ........................................................24
2.1.1. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu ............................................................24
2.1.2. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................24
2.1.3. Phương pháp lấy mẫu, bảo quản mẫu và kết quả lấy mẫu ......................25
2.2. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị ...........................................................................26
2.2.1. Thiết bị ......................................................................................................26
2.2.2. Dụng cụ ....................................................................................................27
2.2.3. Hóa chất ...................................................................................................28
2.1.4. Các dung dịch chuẩn ................................................................................28
2.3. Phân tích dioxin, furan trên thiết bị HRGC/HRMS .................................30
2.4. Phương pháp xử lý mẫu sữa ........................................................................33
2.4.1. Chiết mẫu .................................................................................................33
2.4.2. Làm sạch dịch chiết mẫu ..........................................................................33
2.4.3. Làm giàu mẫu ...........................................................................................34


2.5. Tối ưu hóa phương pháp làm sạch và xác nhận giá trị sử dụng của
phương pháp ........................................................................................................34
2.5.1. Thí nghiệm với mẫu trắng ........................................................................34
2.5.2. Tối ưu hóa phương pháp làm sạch ...........................................................35
2.5.3. Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp phân tích .............................36
2.5.4. Tính toán kết quả ......................................................................................37
2.6. Quy trình phân tích mẫu ..............................................................................39
2.7. Ước tính liều lượng hấp thụ hằng ngày ......................................................40
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................41
3.1. Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình làm sạch .................................................41
3.1.1. Thí nghiệm với mẫu trắng ........................................................................41
3.1.2. Làm sạch trên cột silica gel ......................................................................42
3.1.3. Làm sạch trên cột than hoạt tính ..............................................................43
3.1.4. Đánh giá quy trình làm sạch ....................................................................44

3.2.5. Quy trình phân tích mẫu thực...................................................................45
3.2. Đánh giá điều kiện phân tích trên thiết bị ..................................................46
3.2.1. Sắc đồ tổng ion và thời gian lưu của các chỉ tiêu PCDD/F .....................46
3.2.2. Phương trình đường chuẩn, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của
thiết bị .................................................................................................................48
3.3. Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp ..............................................50
3.3.1. Hiệu suất thu hồi ......................................................................................50
3.3.2. Độ lặp lại và độ tái lặp của phương pháp ...............................................51
3.3.3. Giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phương pháp.....................53
3.4. Ứng dụng quy trình phân tích mẫu thực tế................................................54
3.4.1. Hàm ẩm và hàm lượng chất béo có trong mẫu sữa .................................54
3.4.2. Hàm lượng PCDD/F trong mẫu thực .......................................................55
KẾT LUẬN ..............................................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................59
PHỤ LỤC .................................................................................................................64


PHỤ LỤC 1: Nồng độ PCDD/F trong các dung dịch đường chuẩn gốc và dung
chuẩn thêm vào mẫu ..............................................................................................64
PHỤ LỤC 2: Đường chuẩn của một số chất phân tích ..........................................67
PHỤ LỤC 3: Một số sắc đồ phân tích PCDD/F ....................................................68


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

GC/MS

Gas chromatography/mass
spectrometry

Sắc kí ghép nối khối phổ

HRGC

High Resolution Gas
Chromatography

Sắc kí khí phân giải cao

HRMS

High Resolution Mass
Spectrometry

Khối phổ phân giải cao

PCBs

Polychlorinated biphenyls

Polyclo biphenyl

PCDDs

Polychlorinated dibenzo-pdioxins

Dioxin

PCDFs

Polychlorinated dibenzofurans

Furan

TEF

Toxic equivalent factor

Hệ số độc tương đương

TEQ

Toxic equivalent quantity

Độ độc tương đương

TDI

Tolerable daily intake

Ngưỡng tiêu thụ hằng ngày

SIM

Selected ion monitơring

Chế độ quan sát chọn lọc
ion

WHO

World Health Organization

Tổ chức y tế thế giới

i


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Số chất dioxin, furan phân loại theo số nguyên tử clo ............................... 3
Bảng 1.2. Công thức, tên gọi, kí hiệu của một số PCDD/F ........................................ 4
Bảng 1.3. Tính chất vật lý của các dioxin và furan ..................................................... 7
Bảng 1.4. LD50 của 2,3,7,8-TCDD đối với một số loài động vật ............................... 9
Bảng 1.5. Hệ số độc tương đương của 17 đồng phân dioxin, furan ........................... 9
Bảng 1.6. Hàm lượng PCDD/F tối đa cho phép trong thực phẩm [35] .................... 15
Bảng 1.7. Một số phương pháp xử lý mẫu sữa ......................................................... 17
Bảng 1.8. Điều kiện tách dioxin, furan bằng sắc kí .................................................. 19
Bảng 2.1. Danh sách các mẫu sữa được thu thập ...................................................... 25
Bảng 2.2. Thiết bị sử dụng trong luận văn ................................................................ 27
Bảng 2.3. Dụng cụ sử dụng trong luận văn ............................................................... 28
Bảng 2.4. Hóa chất sử dụng ...................................................................................... 28
Bảng 2.5. Các dung dịch dựng đường chuẩn và chuẩn làm việc .............................. 29
Bảng 2.6. Điều kiện tách và phân tích dioxin, furan bằng HRGC/HRMS. .............. 30
Bảng 3.1. Hiệu suất thu hồi các chất chuẩn đồng vị của quá trình làm sạch. ........... 44
Bảng 3.2. Hiệu suất thu hồi các chất chuẩn PCDD/F của quá trình làm sạch .......... 45

Bảng 3.3. Thời gian lưu sắc kí của các chỉ tiêu PCDD/F và chất nội chuẩn ............ 47
Bảng 3.4. Phương trình đường chuẩn, giới hạn phát hiện (IDL) và giới hạn định
lượng (IQL) của thiết bị. ........................................................................................... 49
Bảng 3.5. Độ lặp lại của phương pháp phân tích ...................................................... 51
Bảng 3.6. Độ tái lặp của phương pháp ...................................................................... 52
Bảng 3.7. Giới hạn phát hiện (MDL) và giới hạn định lượng (MQL) của phương
pháp đối với dioxin, furan cho chất béo trong sữa .................................................... 53
Bảng 3.8. Hàm ẩm và hàm lượng chất béo trong mẫu sữa ....................................... 54
Bảng 3.9. Hàm lượng các PCDD/F trong các mẫu sữa (pg/g chất béo) ................... 55
Bảng 3.10. Hàm lượng TEQ pg/g chất béo trong một số nghiên cứu....................... 56

ii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Công thức cấu tạo tống quát của PCDD và PCDF .....................................3
Hình 1.2. Phản ứng tạo thành dioxin và furan ..........................................................12
Hình 3.1. Sắc đồ phân tích mẫu trắng dung môi nonan ............................................41
Hình 3.2. Hiệu suất thu hồi của các chất chuẩn PCDD/F sau khi làm sạch trên cột
silica gel.....................................................................................................................42
Hình 3.3. Hiệu suất thu hồi của các chất chuẩn PCDD/F sau khi làm sạch trên cột
than hoạt tính. ............................................................................................................43
Hình 3.4. Quy trình phân tích mẫu sữa .....................................................................46
Hình 3.5. Sắc đồ tổng ion của dung dịch chuẩn MCS3 ............................................47
Hình 3.6. Hiệu suất thu hồi và độ lệch chuẩn tương đối của các chất chuẩn đánh dấu
đồng vị và chuẩn làm sạch trong quy trình xử lý mẫu sữa ......................................50

iii

MỞ ĐẦU
Dioxin/Furan là nhóm chất độc nhất trong 21 nhóm chất ô nhiễm hữu cơ khó
phân hủy bị cấm hoặc hạn chế sử dụng theo Công ước Stockholm do tác động cực kì
nguy hại của chúng đến môi trường và thực phẩm. Khi đi vào cơ thể người, các chất
này có thể ảnh hưởng lớn tới hệ miễn dịch, gây ra các bệnh ung thư và nhiều bệnh
nguy hiểm khác. Dioxin/Furans được hình thành một cách không chủ định trong quá
trình đốt cháy và trong quá trình sản xuất công nghiệp, trong đó các hợp chất 2,3,7,8Tetrachlorodibenzo-p-dioxin (2378-TCDD) và 2,3,7,8-tetrachlorodibenzofunran
(2378-TCDF) là các hợp chất có hệ số độ độc tương đương (Toxic Equyvalent FactorTEF) lớn nhất. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng con người tiếp xúc với dioxin/furans
chủ yếu qua đường ăn uống (90%) thông qua thịt, cá và các sản phẩm khác như sữa.
Giống như các hợp chất hữu cơ chứa clo khác, dioxin/furans thường được tích lũy
trong các mô mỡ của động vật nên thường được gặp trong các sản phẩm như thịt, cá
và sữa.
Sự ô nhiễm dioxin trong môi trường chủ yếu là do khí thải từ nhiều nguồn
khác nhau (đốt chất thải và các quá trình nhiệt công nghiệp khác, sản xuất hóa chất,
giao thông) phát tán trong không khí và lắng đọng. Do tính chất vật lý, phần lớn
dioxin, furan hấp phụ trong bụi và các hạt bồ hóng, những hạt này lắng đọng trên đất
và thảm thực vật. Cỏ tươi, cỏ khô hoặc ủ chua là nguồn thức ăn chính của các động
vật chăn thả như bò, dê, cừu… Đây có thể coi là nguồn gây nhiễm dioxin trong các
mô mỡ của động vật cũng như chất béo trong sữa của các loài động vật này. Sữa và
các sản phẩm từ sữa là những thực phẩm đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống
hàng ngày của con người. Vì vậy, việc xác định các hợp chất độc hại trong sữa đặc
biệt là nhóm chất nguy hiểm như dioxin/furan là rất cần thiết. Hàm lượng dioxin/furan
trong sữa và các sản phẩm từ sữa tuy nhỏ nhưng độc tính của chúng lại rất cao, do đó
đòi hỏi một phương pháp phân tích có độ nhạy, độ chọn lọc cũng như đảm bảo tính
chính xác cao. Để đáp ứng được các yêu cầu này phương pháp phân tích được sử
dụng phổ biến nhất hiện nay là phương pháp sắc kí khí ghép nối khối phổ phân giải
cao.

1

Với mục đích xác nhận quy trình phân tích 17 đồng phân độc của dioxin/furan
trong các mẫu sữa tươi dựa trên phương pháp tiêu chuẩn US EPA 1613B, đồng thời
tối ưu hóa các điều kiện làm sạch mẫu từ đó ứng dụng quy trình phân tích mẫu sữa
tươi nhằm bước đầu đánh giá sơ bộ hàm lượng dioxin/furan trong các mẫu sữa thu
thập tại Hà Nội, chúng tôi thực hiện đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu xây dựng quy
trình phân tích và đánh giá sơ bộ hàm lượng Dioxin/Furan trong mẫu sữa bằng
thiết bị sắc kí khí ghép nối khối phổ phân giải cao (HRGC-HRMS)”.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về các dioxin/furan
1.1.1. Cấu trúc, phân loại, tên gọi
Dioxin là những chất độc hại được giải phóng trong môi trường do các quá
trình đốt cháy không hoàn toàn, bao gồm 75 đồng loại Policlo-Dibenzo-p-Dioxin
(PCDD) và 135 đồng loại Policlo-Dibenzofuran (PCDF) [11].

PCDD

PCDF

Hình 1.1. Công thức cấu tạo tống quát của PCDD và PCDF
Số lượng các chất dioxin, furan trong từng nhóm phân loại theo số nguyên tử
clo trong phân tử được đưa ra trong bảng dưới đây [15].
Bảng 1.1. Số chất dioxin, furan phân loại theo số nguyên tử clo
Số nguyên tử
clo thế

Nhóm

1

Số chất
Dioxin

Furan

Monochloro-

2

4

2

Dichloro-

10

16

3

Trichloro-

14

28

4

Tetrachloro-

22

38

5

Pentachloro-

14

28

6

Hexachloro-

10

16

7

Heptachloro-

2

4

8

Octachloro-

1

1

75

135

Tổng

3


Bảng 1.2 đưa ra công thức, tên gọi và kí hiệu của một số đồng phân dioxin, furan
độc.
Bảng 1.2. Công thức, tên gọi, kí hiệu của một số PCDD/F
TT

1

Kí hiệu
2378TCDD

2

12378PeCDD

3

123478HxCDD

4

123678HxCDD

5

123789HxCDD

6

1234678HpCDD

CTPT

CTCT

Tên gọi
2,3,7,8Tetrachlorodibenzo

C12H4Cl4O2

dioxin

C12H3Cl5O2

1,2,3,7,8Pentachlorodibenzop-dioxin

C12H2Cl6O2

1,2,3,4,7,8Hexachlorodibenzop-dioxin

C12H2Cl6O2

1,2,3,6,7,8Hexachlorodibenzop-dioxin

C12H2Cl6O2

1,2,3,7,8,9Hexachlorodibenzop-dioxin

C12HCl7O2

1,2,3,4,6,7,8Heptachlorodibenzo
-p-dioxin

4


TT

Kí hiệu

CTPT

7

OCDD

C12Cl8O2

8

2378TCDF

9

10

11

12

13

12378_
PeCDF

23478PeCDF

123478_
HxCDF

123678_

HxCDF

234678_
HxCDF

CTCT

Tên gọi

Octachlorodibenzop-dioxin

2,3,7,8Tetrachlorodibenzo

C12H4Cl4O

furan
1,2,3,7,8Pentachlorodibenzo

C12H3Cl5O

furan

2,3,4,7,8Pentachlorodibenzo

C12H3Cl5O

furan

1,2,3,4,7,8Hexachlorodibenzo

C12H2Cl6O

furan

1,2,3,6,7,8Hexachlorodibenzo

C12H2Cl6O

furan
2,3,4,6,7,8Hexachlorodibenzo

C12H2Cl6O

furan

5


TT

Kí hiệu

14

123789_
HxCDF

15

16

17

1234678_
HpCDF

CTPT

CTCT

Tên gọi
1,2,3,7,8,9Hexachlorodibenzo

C12H2Cl6O

furan
1,2,3,4,6,7,8Heptachlorodibenzo

C12HCl7O

furan

1234789_
HpCDF

C12HCl7O

OCDF

C12Cl8O

1,2,3,4,7,8,9Heptachlorodibenzo
furan

Octachlorodibenzo
furan

1.1.2. Tính chất vật lý, hóa học
Ở điều kiện thường, dioxin là chất rắn màu trắng, kết tinh rất mịn. Dioxin có
nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao nên đây là các hợp chất rất bền vững trong
môi trường tự nhiên. Đối với chất độc nhất trong nhóm này là 2,3,7,8-TCDD, một số
giá trị nhiệt độ được đưa ra sau đây chứng tỏ sự bền nhiệt của các dioxin: nhiệt độ
nóng chảy 305-306°C; nhiệt độ sôi 412,2°C; nhiệt độ tạo thành 750-900°C, thậm chí
quá trình tạo thành dioxin còn tồn tại ngay cả ở 1200°C; dioxin bị phân hủy hoàn toàn
trong khoảng nhiệt độ 1200-1400°C hoặc cao hơn. Các dioxin có áp suất bay hơi và
hằng số Henry thấp. Dioxin là các chất có độ phân cực rất thấp với giá trị logarit hệ
số phân bố giữa 2 pha n-octanol và nước (logKow) nằm trong khoảng 6 đến 9, trong
đó 2,3,7,8-TCDD có logKow = 6,4. Độ phân cực của dioxin rất thấp nên chúng gần
như không tan trong nước. Độ tan trong nước của các dioxin giảm khi khối lượng

6


phân tử tăng. Dioxin tan tốt hơn trong các dung môi hữu cơ như 1,2-dichlorobenzen,
chlorobenzen, chloroform, benzen,... và đặc biệt tan tốt trong dầu mỡ. Đặc tính ưa
dầu (lipophilic) và kị nước (hydrophobic) của dioxin liên quan chặt chẽ với độ bền
vững của chúng trong cơ thể sống cũng như trong tự nhiên. Hệ số phân bố của dioxin
trong các môi trường khác nhau đối với nước đều rất cao, ví dụ hệ số phân bố dioxin
giữa đất và nước là 23000, giữa sinh vật và nước là 11000. Các furan có tính chất vật
lí tương tự dioxin, chúng là chất rắn ở nhiệt độ thường, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt

độ sôi cao, áp suất hơi và hằng số định luật Henry thấp, giá trị logKow cao nên các
furan cũng tan rất ít trong nước và tan tốt trong dầu mỡ. Bảng 1.3 thống kê các tính
chất vật lý cơ bản của các đồng phân dioxin, furan [15].
Bảng 1.3. Tính chất vật lý của các dioxin và furan
Hợp chất

Áp suất hơi
(mm Hg, 25oC)

Log Kow

Độ tan
(mg L-1, 25 oC)

Hằng số
Henry

TCDD

8,1 × 10-7

6,4

3,5 × 10-4

1,35 × 10-3

PeCDD

7,3 × 10-10

6,6

1,2 × 10-4

1,07 × 10-4

HxCDD

5,9 × 10-11

7,3

4,4 × 10-6

1,83 × 10-3

HpCDD

3,2 × 10-11

8,0

2,4 × 10-6

5,14 × 10-4

OCDD

8,3 × 10-13

8,2

7,4 × 10-8

2,76 × 10-4

TCDF

2,5 × 10-8

6,2

4,2 × 10-4

6,06 × 10-4

PeCDF

2,7 × 10-9

6,4

2,4 × 10-4

2,04 × 10-4

HxCDF

2,8 × 10-10

7,0

1,3 × 10-5

5,87 × 10-4

HpCDF

9,9 × 10-11

7,9

1,4 × 10-6

5,76 × 10-4

OCDF

3,8 × 10-12

8,8

1,4 × 10-6

4,04 × 10-5

Dioxin là các hợp chất rất bền vững, chúng không có phản ứng với các axit
mạnh, kiềm mạnh, chất oxi hóa mạnh khi không có chất xúc tác ngay cả ở nhiệt độ
cao. Các phản ứng hóa học của dioxin được quan tâm nghiên cứu nhằm mục đích

phân hủy hoàn toàn hoặc chuyển hóa dioxin thành các dẫn xuất kém độc hơn. Các
phản ứng này được thực hiện trong các điều kiện đặc biệt về nhiệt độ cao, chất xúc
tác, các axit có tính oxi hóa mạnh, kiềm đặc, bức xạ hay vi sinh vật.

7


Tác động của nhiệt độ và hóa chất: Dioxin bay hơi hoàn toàn ở 800°C và phân
hủy ở 1200°C đến 1400°C. Dùng chất xúc tác có thể giúp hạ nhiệt độ phản ứng phân
hủy xuống 300°C. Ở nhiệt độ khoảng 250°C, dioxin bị các axit vô cơ có tính oxi hoá
mạnh phân huỷ hoàn toàn thành những chất không độc. Dưới tác dụng của kiềm đặc,
nhiệt độ và áp suất cao, các nguyên tử clo bị thay thế dần bằng các nhóm hydroxyl
để trở hành hợp chất ít độc.
Tác động của các bức xạ điện từ: Ánh sáng mặt trời và tia tử ngoại phân huỷ
dioxin theo hướng đề clo hoá, sinh ra các sản phẩm thế clo thấp hơn hoặc không chứa
clo. Sự quang phân TCDD, ngoài tác dụng trực tiếp của ánh sáng mặt trời còn cần
phải có các chất cung cấp hidro. Ngoài ra, để xử lí dioxin trong nước, người ta bổ
sung ozon vào nước trước khi chiếu tia tử ngoại, tốc độ quá trình phân hủy tăng nhanh,
đồng thời cho sản phẩm phân hủy là CO2 và các muối vô cơ.
Tác động của vi sinh vật: Vi sinh vật phân hủy dioxin với tốc độ chậm. Trong
số các vi sinh vật có sẵn trong đất, nước, không khí, chỉ có dòng vi sinh vật nào sản
sinh ra hidro mới có khả năng phân huỷ hết dioxin. Vi sinh vật tiết ra các enzym cắt
dioxin thành các phần tử nhỏ rồi hút vào, sau đó là một loạt các phản ứng sinh hóa
phức tạp, tuy nhiên quá trình khử độc xảy ra rất chậm chạp.
1.1.3. Độc tính của dioxin và cơ chế gây độc
Độc tính:
Dioxin là một trong những hợp chất độc nhất mà con người biết đến. Trong
nhóm DRCs thì 2,3,7,8-TCDD là chất độc nhất, nó là chất gây ung thư cho người
(ung thư tổ chức phần mềm, ung thư tiền liệt tuyến, ung thư đường hô hấp như ung
thư phổi, phế quản, khí quản, thanh quản), ngoài ra nó còn là tác nhân gây ra một loạt

các bệnh nguy hiểm khác như bệnh sạm da, bệnh tiểu đường, bệnh đa u tủy, u lympho
ác tính, bệnh thần kinh ngoại vi,…có thể dẫn đến tử vong. Nguy hiểm hơn, 2,3,7,8TCDD còn gây thiểu năng sinh dục cho cả nam và nữ, sinh con quái thai, dị dạng.
2,3,7,8-TCDD được Tổ chức Nghiên cứu Ung thư Quốc tế – IARC xếp vào nhóm
độc loại 1 tức là nhóm gây ung thư dẫn đến tử vong đối với người. Độc tính của
dioxin được thể hiện qua giá trị liều gây chết trung bình (Median Lethal Dose – LD50),

8


tức là khối lượng chất độc trên một đơn vị thể trọng để làm chết 50% số vật thí
nghiệm. Giá trị LD50 phụ thuộc vào độc tính của chất, đặc trưng loài và con đường
tiếp xúc, nhìn chung LD50 càng thấp thì chất càng độc. LD50 thường được nghiên cứu
trên các loài động vật rồi sử dụng các hệ số chuyển đổi để ước tính cho con người.
LD50 của 2,3,7,8-TCDD đối với một số loài động vật được đưa ra trong Bảng 1.4.
Bảng 1.4. LD50 của 2,3,7,8-TCDD đối với một số loài động vật
STT

Loài

LD50 (mg/kg)

STT

Loài

LD50 (mg/kg)

1

Chuột đồng

0,5 – 2,1

6

Chó

30 – 300

2

Chuột cống

22 - 100

7

Gà

25 – 50

3

Chuột nhắt

112 – 2570

8

Khỉ

70

4

Mèo

115

5

Thỏ

10 - 275

9

Người

60 - 70

Mức độ tương đối về độ độc của các PCDD/F được biểu thị thông qua một giá
trị được gọi là hệ số độc tương đương (Toxic Equivalent Factor – TEF), trong đó giá
trị TEF của 2,3,7,8-TCDD được quy định là 1. Giá trị TEF cho 7 đồng loại dioxin, 10
đồng loại furan theo quy định của Tổ chức Y tế Thế giới (World Health OrganizationTEF, WHO-TEF) [38] được đưa ra trong Bảng 1.5 sau đây:
Bảng 1.5. Hệ số độc tương đương của 17 đồng phân dioxin, furan
WHO-TEF

Tên hợp chất

1998

Tên hợp chất

2005

WHO-TEF
1998

Dibenzo-p-Dioxin

Dibenzofuran

(PCDD)

(PCDF)

2005

2,3,7,8-TCDD

1

1

2,3,7,8-TCDF

0,1

0,1

1,2,3,7,8-PeCDD

1

1

1,2,3,7,8-PeCDF

0,05

0,03

1,2,3,4,7,8-HxCDD

0,1

0,1

2,3,4,7,8-PeCDF

0,5

0,3

1,2,3,6,7,8-HxCDD

0,1

0,1

1,2,3,4,7,8-HxCDF

0,1

0,1

1,2,3,7,8,9-HxCDD

0,1

0,1

1,2,3,6,7,8-HxCDF

0,1

0,1

1,2,3,4,6,7,8-HpCDD

0,01

0,01

2,3,4,6,7,8-HxCDF

0,1

0,1

9


Tên hợp chất

WHO-TEF
1998

OCDD

Tên hợp chất

2005

WHO-TEF
1998

0,0001 0,0003 1,2,3,7,8,9-HxCDF

0,1

2005
0,1

1,2,3,4,6,7,8-HpCDF 0,01

0,01

1,2,3,4,7,8,9-HpCDF 0,01

0,01

OCDF

0,0001 0,0003

Cơ chế gây độc:
Điều khác biệt giữa dioxin và các chất độc môi trường khác là dioxin có khả
năng gây ảnh hưởng ngay cả ở những liều tiếp xúc rất nhỏ và ảnh hưởng có thể kéo
dài từ thế hệ này sang thế hệ khác. Nghiên cứu về cơ chế gây độc đã chỉ ra rằng dioxin
có khả năng ảnh hưởng tới quá trình sao mã các thông tin di truyền và tổng hợp
protein tại nhân tế bào. Việc tổng hợp protein một cách không kiểm soát của cơ thể
là nguyên nhân gây ra những tai biến về sức khỏe ví dụ như bệnh ung thư. Thêm vào
đó, việc gây nhiễu loạn trong quá trình sao mã cũng dẫn tới hậu quả làm thay đổi các
thông tin di truyền và gây ra những đột biến về gen di truyền từ thế hệ này sang thế
hệ khác.
Dioxin kết hợp với chất thụ cảm nhân thơm AHR (Aryl Hydrothan Receptor),
cặp phức chất này tương tác tiếp với phối tử chuyển nhân ARNT (Aryl Hydrothan
Nuclear Translocator) và di chuyển vào nhân tế bào. Tại đây dioxin trong phức chất
tương tác với một đoạn gen đặc hiệu trong chuỗi ADN có tên gọi là AHRE (Aryl
Hydrothan Response Element), hoặc còn được gọi là DRE (Dioxin Response
Element), kết quả dẫn tới sự sao mã sai lệch của mRNA và gây ra sự tổng hợp của
nhiều gen và enzim khác nhau [2].
1.1.4. Sự hình thành dioxin, furan
Sự hình thành trong môi trường:
Một phần nhỏ dioxin có thể được tạo thành do các quá trình cháy trong tự
nhiên nhưng nguồn chủ yếu là sản phẩm phụ của các hoạt động sản xuất công nghiệp
cũng như dân sinh [20].

10


Dioxin được phát thải ra môi trường chủ yếu qua các hoạt động đốt rác, sản
xuất sắt thép, đốt nhiên liệu (than đá, dầu mỏ và khí thiên nhiên) và một số quá trình
công nghiệp có sự tham gia của các hợp chất chứa Clo hay sản xuất các hợp chất cơ
Clo (clophenols) như các nhà máy giấy hay nhà máy sản xuất thuốc diệt cỏ và thuốc
trừ sâu. Ngoài ra một lượng nhỏ PCDD/F cũng được phát hiện trong khói thuốc lá,
các hệ thống sưởi và các động cơ chạy bằng chì và dầu diesel. Dioxin/furan được
hình thành trong quá trình đốt cháy và quá trình nhiệt thông qua 3 cơ chế sau đây:
 Sự phá hủy không hoàn toàn các hợp chất dioxin đã có sẵn trong thành phần
của các vật liệu đốt như nhiên liệu, chất thải,…Nếu quá trình đốt không hiệu quả,
công nghệ đốt và các hệ thống kiểm soát ô nhiễm trong quá trình vận hành lò đốt
kém, không đảm bảo các điều kiện cần thiết cho quá trình cháy hoàn toàn, bao gồm
nhiệt độ cháy, thời gian lưu cháy và độ trộn lẫn với oxy (Temperature, Time and
Turbulance – 3T) thì dioxin/furan chưa bị phá hủy sẽ thoát ra môi trường theo các
nguồn thải của lò đốt.
 Sự hình thành dioxin trong lò đốt thông qua phản ứng hóa học giữa các hợp
chất tiền dioxin. Các hợp chất tiền dioxin thường là các chất hữu cơ có nhân thơm và
dị tố clo, ví dụ như các clobenzen, clophenol và clobiphenyl. Nếu quá trình cháy xảy
ra không hoàn toàn do chưa đủ các điều kiện 3T, các tiền chất nói trên thể được hình
thành như là những sản phẩm trung gian. Trong điều kiện đó, sự có mặt của clo sẽ
dẫn đến phản ứng giữa tiền chất với clo để hình thành dioxin và furan.
 Sự hình thành dioxin do phản ứng tổng hợp từ đầu (de novo synthesis). Dioxin
được hình thành bởi sự oxy hóa và chuyển hóa của cacbon dạng cao phân tử (như
than, than củi, muội) thành các hợp chất mạch vòng rồi kết hợp với clo và hydro. Yếu
tố ảnh hưởng đến sự tổng hợp dioxin theo cơ chế này gồm: (1) nhiệt độ 250 – 400°C,
ở 1000°C các phản ứng vẫn có thể xảy ra; (2) nguồn cacbon từ tro bay của khí thải;
(3) oxy trong khí thải, đây là điều kiện thiết yếu, hàm lượng oxy càng cao sẽ càng dễ
hình thành dioxin/furan; (4) nguồn hydro và clo chủ yếu từ các hợp chất vô cơ liên

kết với các hạt cacbon rắn; (5) ion Cu2+ xúc tác mạnh mẽ cho quá trình này; và (6)

11


yếu tố ngăn cản hoặc ức chế quá trình này là sự làm nguội nhanh dòng khí thải và sự
có mặt của một số chất phụ gia.

Hình 1.2. Phản ứng tạo thành dioxin và furan
Một nguyên nhân khác tạo ra các nguồn phát thải dioxin chính là các quá trình
đốt cháy hở (open burning) mà ví dụ điển hình là các đám cháy tại các bãi rác thải
sinh hoạt.
Sự hình thành trong thực phẩm:
Thực phẩm được xác định là con đường chính tiếp xúc với con người với
Dioxin (PCDD) và Furan (PCDF). Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng 90-95% lượng
dioxin hấp thụ vào cơ thể là do tiêu thụ thực phẩm bị nhiễm dioxin [13,33]. Sự ô
nhiễm có thể khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc của thực phẩm. Thịt, trứng, sữa, cá
nuôi và các sản phẩm thực phẩm khác có thể do bị ô nhiễm dioxin từ thức ăn chăn
nuôi, có thể do mức độ ô nhiễm môi trường địa phương cao (từ lò đốt rác thải địa
phương).
Các ô nhiễm môi trường bởi dioxin chủ yếu là do sự di chuyển và lắng đọng
của khí thải từ nhiều nguồn khác nhau (đốt rác thải, sản xuất hóa chất, giao thông,
v.v.). Đây cũng là nguyên nhân chính dẫn đến sự ô nhiễm dioxin trong các loại lá cây,
đồng cỏ và thức ăn thô. Lá và cỏ là nguồn thức ăn chính của động vật chăn thả hoặc

12


được con người cắt sau đó được bảo quản dạng khô hay ủ chua. Dioxin là hợp chất
kém hòa tan trong nước nhưng lại được hấp phụ lên các hạt khoáng hoặc hữu cơ ở

lớp huyền phù trong nước. Dioxin phát thải trong không khí và lắng đọng trên bề mặt
biển sau đó tập trung dọc theo chuỗi thức ăn của thủy hải sản. Trong cơ thể động vật,
dioxin không được chuyển hóa và thải ra ngoài trong phân hay nước tiểu mà tập trung
trong các mô mỡ của thịt bò và bò sữa, gia cầm, thịt lợn hoặc hải sản. Về mặt lý
thuyết, tuổi thọ của động vật càng dài thì tiềm năng tích lũy Dioxin trong mô mỡ của
nó càng cao [8]. Khi con người tiêu thụ thịt, mỡ, sữa và các sản phẩm từ thịt, sữa
động vật thì sẽ có nguy cơ bị phơi nhiễm với dioxin.
1.1.5. Các quy định về dioxin, furan
Hệ thống Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường bao gồm các quy định
về chất lượng môi trường xung quanh và tiêu chuẩn về chất thải (giới hạn phát thải
vào các thành phần môi trường không khí, nước mặt, nước dưới đất, nước biển ven
bờ, đất, trầm tích, sinh học, chất thải rắn,…). Cùng với các Quy chuẩn quy định về
giới hạn nồng độ các chất, còn có các Tiêu chuẩn về phương pháp đo kèm theo.
Một số Tiêu chuẩn quốc gia (TCVN) về dioxin được Bộ Khoa học và Công
nghệ ban hành như: TCVN 8183:2009: Ngưỡng dioxin trong đất và trầm tích; TCVN
7556-1:2005: Lò đốt chất thải rắn y tế - Xác định nồng độ khối lượng PCDD/PCDF
– Phần 1: Lấy mẫu; TCVN 7556-2:2005: Lò đốt chất thải rắn y tế - Xác định nồng độ
khối lượng PCDD/PCDF – Phần 2: Chiết và làm sạch; TCVN 7556-3:2005: Lò đốt
chất thải rắn y tế - Xác định nồng độ khối lượng PCDD/PCDF – Phần 3: Định tính
và định lượng. Phương pháp lấy mẫu, phân tích dioxin trong các đối tượng khác chủ
yếu được tham khảo từ phương pháp tiêu chuẩn của các tổ chức uy tín trên thế giới
như US EPA.
Một số Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN) về dioxin được Bộ Tài nguyên và Môi
trường ban hành như:
 QCVN 07:2009/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất thải
nguy hại, ban hành kèm theo Thông tư số 25/2009/TT-BTNMT, có hiệu lực thi hành
từ ngày 01/01/2010.

13

 QCVN 41:2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về đồng xử lí chất thải
nguy hại trong lò nung xi măng, ban hành kèm theo Thông tư số 44/2011/TTBTNMT, có hiệu lực thi hành từ ngày 01/03/2012.
 QCVN 45:2012/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn cho phép
của dioxin trong một số loại đất, ban hành kèm theo Thông tư số 13/2012/TTBTNMT, có hiệu lực thi hành từ ngày 25/12/2012.
 QCVN 02:2012/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về lò đốt chất thải rắn
y tế, ban hành kèm theo Thông tư số 27/2012/TT-BTNMT, có hiệu lực thi hành từ
ngày 01/03/2013.
 QCVN 30:2012/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về lò đốt chất thải công
nghiệp, ban hành kèm theo Thông tư số 27/2012/TT-BTNMT, có hiệu lực thi hành
từ ngày 01/03/2013.
 QCVN 51:2013/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công
nghiệp sản xuất thép, ban hành kèm theo Thông tư số 32/2013/TT-BTNMT, có hiệu
lực thi hành từ ngày 01/01/2014.
Hiện tại, Việt Nam chưa có đủ các Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia quy định hàm
lượng tối đa cho phép của tổng PCDD/PCDF trong các đối tượng chất thải của các
ngành công nghiệp có khả năng phát thải dioxin cũng như các đối tượng môi trường
như nước và không khí xung quanh, đây là một trong những trở ngại lớn cho việc
kiểm soát, hạn chế và loại bỏ dioxin trong các hoạt động sản xuất công nghiệp nói
riêng và trong công tác bảo vệ môi trường nói chung.
Đối với nền mẫu thực phẩm, Việt Nam cũng chưa có quy định về hàm lượng
tối đa cho phép của tổng PCDD/F. Hiện nay, ủy ban châu Âu EU [35] có đưa ra
ngưỡng hàm lượng tối đa cho phép của WHO-PCDD/F-TEQ đối với một số nền mẫu
thực phẩm trong bảng 1.6. Mức tối đa thể hiện trên chất béo không áp dụng cho thực
phẩm chứa <2% chất béo. Đối với thực phẩm chứa ít hơn 2% chất béo, mức tối đa áp
dụng là mức trên cơ sở sản phẩm tương ứng với mức trên sản phẩm cơ sở cho thực
phẩm chứa 2% chất béo, được tính từ mức tối đa được thiết lập trên cơ sở chất béo,
sử dụng công thức sau: Mức tối đa được biểu thị trên cơ sở sản phẩm đối với thực
phẩm chứa ít hơn 2% chất béo = mức tối đa được biểu thị trên chất béo cho thực phẩm
đó x 0,02.

14


Bảng 1.6. Hàm lượng PCDD/F tối đa cho phép trong thực phẩm [35]
STT

Hàm lượng tối đa cho phép

Loại thực phẩm

WHO-PCDD/F-TEQ

Thịt và các sản phẩm từ thịt:
1

-

Bò và cừu
Gia cầm
Lợn

-

2,5 pg/g chất béo
1,75 pg/g chất béo
1,0 pg/g chất béo

2

Gan của động vật trong mục 1 và các sản
phẩm có nguồn gốc từ chúng

4,5 pg/g chất béo

3

Cơ thịt của cá, thủy sản sản phẩm và các
sản phẩm của chúng

3,5 pg/g trọng lượng ướt

4

Cơ thịt của cá nước ngọt đánh bắt tự
nhiên (trừ loài cá diadromous) và các sản
phẩm của chúng

3,5 pg/g trọng lượng ướt

5

Dầu (dầu cá, dầu gan cávà dầu của các
sinh vật biển khác con người sử dụng)

1,75 pg/g chất béo

6

Sữa tươi và các sản phẩm từ sữa, bao

gồm cả bơ béo

2,5 pg/g chất béo

7

Trứng gà và sản phẩm trứng

2,5 pg/g chất béo

Mỡ của các động vật:
8

-

Bò và cừu
Gia cầm
Lợn

-

2,5 pg/g chất béo
1,75 pg/g chất béo
1,0 pg/g chất béo

9

Hỗn hợp mỡ động vật

1,5 pg/g chất béo

10

Dầu thực vật và chất béo từ thực vật

0,75 pg/g chất béo

11

Thức ăn cho trẻ sơ sinh và trẻ em

0,1 pg/g trọng lượng ướt

Hiện nay, các quy định quốc tế về dioxin chủ yếu tập trung về ngưỡng tiếp xúc
và tiếp nhận của dioxin đối với con người. Tổ chức Y tế thế giới (WHO 1998) quy
định lượng tiêu thụ dioxin chấp nhận hàng ngày là 1– 4 pg WHO-TEQ/kg trọng lượng
cơ thể/ngày. Ủy ban Chuyên gia về phụ gia thực phẩm (JECFA 2001) quy định liều
lượng dioxin chấp nhận hàng ngày, hàng tuần, hàng tháng lần lượt là 2,3 pg TEQ/kg

15


trọng lượng cơ thể/ngày; 16,1 pg TEQ/kg trọng lượng cơ thể/tuần và 70 pg TEQ/kg
trọng lượng cơ thể/tháng.
1.2. Tổng quan về các phương pháp phân tích dioxin/furan
1.2.1. Các phương pháp xử lý mẫu sữa
Qua tham khảo một số nghiên cứu về các phương pháp phân tích dioxin, furan
trong mẫu sữa có thể thấy một số điểm đáng chú ý sau đây:
Các phương pháp điển hình để tách chiết các hợp chất dioxin/furan ra khỏi nền
mẫu sữa gồm: chiết lỏng-lỏng (đối với mẫu sữa tươi); chiết Soxhlet, chiết gia tốc

dung môi (ASE), chiết bằng hệ thống chiết chất lỏng cao áp và chiết nhanh (đối với
mẫu sữa khô) và một số phương pháp khác. Tùy vào mục đích và điều kiện phòng thí
nghiệm mà áp dụng các kỹ thuật chiết phù hợp. Trong đó một phương pháp cổ điển
chiết được với hiệu suất khá cao nên được ưa dùng là phương pháp chiết Soxhlet,
nhưng phương pháp này có nhược điểm là khá tốn thời gian (khoảng 8h-48h) và sử
dụng nhiều dung môi gây ảnh hưởng đến môi trường. Phương pháp chiết nhanh bằng
thiết bị E914/E916 là một phương pháp mới nhằm tách các hợp chất hữu cơ ra khỏi
các nền mẫu rắn và bán rắn dựa vào áp suất, nhiệt độ cao tăng hiệu quả chiết. So với
phương pháp chiết truyền thống (chiết Shoxhlet), phương pháp này có ưu điểm là
thời gian chiết ngắn (khoảng 2h-4h tùy vào nền mẫu) và lượng dung môi được hạn
chế tối đa, vì vậy chi phí phân tích sẽ giảm đi đáng kể cũng như giảm thiểu lượng
dung môi thải ra môi trường. Dung môi sử dụng trong các phương pháp chiết mẫu
sữa là các dung môi phân cực như ethanol, methanol nhằm chiết chất béo ra khỏi nền
mẫu, ngoài ra các dung môi toluen, diclometan chiết các chất phân tích ra khỏi mẫu.
Sau khi các hợp chất dioxin/furan được tách chiết ra khỏi nền mẫu, các bước
làm sạch rất cần thiết để loại bỏ các hợp chất có thể gây cản trở trong quá trình phân
tích. Kỹ thuật sử dụng cột silica gel thường, silica gel đa lớp, cột than hoặt tính, cột
nhôm thường được sử dụng để loại nền cản trở. Dung môi rửa giải thường được sử
dụng là n-hexan, toluen hay hỗn hợp với các tỉ lệ khác nhau của n-hexan/DCM. Tùy
thuộc vào mục tiêu tách chất mà sử dụng cột tách và dung môi tối ưu.
Bảng 1.7 tóm tắt một số phương pháp xử lý mẫu sữa của một số tác giả.

16