Xác định đồng vị kẽm trong mẫu sinh hóa bằng phương pháp khối phổ cao tàn cảm ứng Plasma Nguyễn Mạnh Hà Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn Thạc sĩ ngành: Hóa học;Mã số: 60 44 01 18 Người hướng dẫn: PGS.TS. Tạ Thị Thảo Năm bảo vệ: 2014 Abstract. 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. Keywords. Hóa phân tích; Mẫu sinh hóa; Phân tích đồng vị kẽm Content: MỤC LỤC Lời cảm ơn Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt Mục lục 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 dụng 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 Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Mạnh Hà 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT 1. Phạm Luận (2013), Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, Nhà xuất bản Bách khoa Hà Nội. 2. Nguyễn Đình Triệu (2001), các phương pháp phân tích vật lý và hóa lý, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 3. Lê Hồng Minh, (2012), nghiên cứu xác định thành phần đồng vị của một số nguyên tố có ứng dụng trong địa chất bằng ICP-MS, luận án tiến sỹ hóa học, Viện năng lượng nguyên tử Việt Nam. 4. Nguyễn Thị Kim Tại, (2013), nghiên cứu phương pháp phân tích tỷ lệ đồng vị 87 Sr/ 86 Sr và một số nguyên tố vi lượng trong cây thuốc, gạo và đất nhằm xác định nguồn gốc định cư của chúng, Luận án tiến sỹ hóa học, Viện năng lượng nguyên tử Việt Nam TIẾNG ANH 5. Alaa S. Amin, (2011), Utility of solid-phase spectrophotometry to determine trace amounts of zinc in environmental and biological samples. Analytical Biochemistry 418;172–179 6. Bogden JD, Lintz DI, Joselow MM, Charles J, Salaki JS, (1977), Effect of pulmonary tuberculosis on blood concentrations of copper and zinc. Am J Clin Pathol;67:251-6 7. Büchl A, Archer C, Brown DR, Hawkesworth CJ, Leighton E, Ragnardottir KV, Vance D, (2004), Geochim Cosmochim Acta 68: A528 8. Charles Coudray, Christine Feillet-Coudray, Mathieu Rambeau, Jean Claude Tressol, Elyett Gueux, Andrzej Mazur, Yves Rayssiguier, (2006), The effect of aging on intestinal absorption and status of calcium, magnesium, zinc, and copper in rats: A stable isotope study. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 20:73–8 Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Mạnh Hà 57 9. Chloe Nadia Marechal , Philippe Telouk, (2000), Francis Albarede Precise analysis of copper and zinc isotopic compositions by plasma- source mass spectrometry. Chemical Geology 156:251–273 10. Chloe Nadia Marechal, Philippe Telouk, (1999), Francis Albarede Precise analysis of copper and zinc isotopic compositions by plasma- source mass spectrometry. Chemical Geology 156:251–273 11. Ciro Texeira correia et al, (1997), “Rb – Sr and Sm – Nd geochronology of the cana Brava layered mafic-ultramafic instruction, Brazil, and consideration regarding its tectonic evolution”, Revista Brasileira de Geociencias, Vol.27, pp.163- 168 12. Christophe Cloquet, Jean Carignan, Moritz F. Lehmann, Frank Vanhaecke, (2008), Variation in the isotopic composition of zinc in the natural environment and the use of zinc isotopes in biogeosciences: a review. Anal Bioanal Chem 390:451–463 13. Dye C, Scheele S, Dolin P, Pathania V, Raviglione MC, (1999), Consensus statement. Global burden of tuberculosis: estimated incidence, prevalence, and mortality by country. WHO Global Surveillance and Monitoring Project. Jama;282:677-86 14. Haider BA, Bhutta ZA, (2009), The effect of therapeutic zinc supplementation among young children with selected infections: a review of the evidence. Food Nutr Bull;30:S41-59 15. Hambidge, K. M. and Krebs, N. F, (2007), “Zinc deficiency: a special challenge”. J. Nutr. 137 (4): 1101. 16. Heymsfield SB, McManus C, Smith J, Stevens V, Nixon DW, (1982), Anthropometric measurement of muscle mass: revised equations for calculating bone-free arm muscle area. Am J Clin Nutr;36:680-90 17. Huong NT, Duong BD, Co NV, et al, (2005), Establishment and development of the National Tuberculosis Control Programme in Vietnam. Int J Tuberc Lung Dis;9:151-6 18. Karyadi E, West CE, Schultink W, et al, (2002), A double-blind, placebo-controlled study of vitamin A and zinc supplementation in Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Mạnh Hà 58 persons with tuberculosis in Indonesia: effects on clinical response and nutritional status. Am J Clin Nutr;75:720-7 19. Krlstme Y Patterson and Claude Velllon, (1992), Determination of zinc stable isotopes in biological materials using isotope dilution inductively coupled plasma mass spectrometry. Anulytlca Chunrca Acta, 258: 317-324 20. Lieve I. L. Balcaen, Karel A. C. De Schamphelaere, Colin R. Janssen, Luc Moens, Frank Vanhaecke, (2008), Development of a method for assessing the relative contribution of waterborne and dietary exposure to zinc bioaccumulation in Daphnia magnaby using isotopically enriched tracers and ICP–MS detection. Anal Bioanal Chem 390:555–569 21. Maggini S, Wintergerst ES, Beveridge S, Hornig DH, (2007), Selected vitamins and trace elements support immune function by strengthening epithelial barriers and cellular and humoral immune responses. Br J Nutr;98 Suppl 1:S29-35 22. Manary MJ, Hotz C, Krebs NF, et al. Dietary phytate reduction improves zinc absorption in Malawian children recovering from tuberculosis but not in well children. J Nutr 2000;130:2959-64 23. Mandalakas AM, Starke JR, (2005), Current Concepts of Childhood Tuberculosis. Semin Pediatr Infect Dis;17:93-104 24. Marechal CN, Telouk P, Albarede F, (1999), Chem Geol 156:251–273 25. Masaharu Tanimizu, Yoshiki Sohrin, Takafumi Hirata, (2013), Heavy element stable isotope ratios : analytical approaches and applications. Anal Bioanal Chem 405:2771–2783 26. Mohan G, Kulshreshtha S, Sharma P, (2006), Zinc and copper in Indian patients of tuberculosis: impact on antitubercular therapy. Biol Trace Elem Res;111:63-9 27. Nancy F. Krebs, Leland V. Miller, Vernon L. Naake, Sian Lei, Jamie E. Westcott, Paul V. Fennessey, and K. Michael Hambidge, (1995), The use of stable isotope techniques to assess zinc metabolism. J. Nub Biochem.vol.6, 292-301 Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Mạnh Hà 59 28. Oto Mestek, Jana Komı´nkova, Richard Koplık, Miloslav Suchanek, (2001), Determination of zinc in plant samples by isotope dilution inductively coupled plasma mass spectrometry.Talanta, 54(5), 927-34 29. Prasad, A. S, (2003), “Zinc deficiency: Has been known of for 40 years but ignored by global health organisations”. British Medical Journal 326 (7386): 409 30. Aggett Iron, copper, and zinc absorption and turnover, (1997), the use of stable isotopes. Eur J Pediatr 156, :S29–S34 31. Ray M, Kumar L, Prasad R, (1998). Plasma zinc status in Indian childhood tuberculosis: impact of antituberculosis therapy. Int J Tuberc Lung Dis;2:719-25 32. Rober Thomas, 2004, Practical guide to ICP-MS. Marcel Dekker 33. Robert E. Serfass, Joseph J. Thompson and R.S. Houk, (1986). Isotope ratio determination by inductive coupled plasma/mass spectrometry for zince bioavalability studies. Analytica Chimica Acta, 188 73-84 34. Ruth E. Wolf, Andrew S.Todd; , Steve Brinkman , Paul J. Lamothe; Kathleen S. Smith, James F. Ranville. Measurement of total Zn and Zn isotope ratios by quadrupole ICP-MS for evaluation of Zn uptake in gills of brown trout (Salmo trutta) and rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Talanta80 676–684. 35. Tim Arnold, Maria Schönbächler, Mark Rehkämper, Schuofei Dong, Fang-Jie Zhao, Guy J. D. Kirk, Barry J. Coles, Dominik J. Weiss, (2010). Measurement of zinc stable isotope ratios in biogeochemical matrices by double-spike MC-ICPMS and determination of the isotope ratio pool available for plants from soil. Anal Bioanal Chem 398:3115– 3125 36. Wolfgang Mareta, Harold H. Sandstead, (2006), Zinc requirements and the risks and benefits of zinc supplementation. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 20. 3–18 . Xác định đồng vị kẽm trong mẫu sinh hóa bằng phương pháp khối phổ cao tàn cảm ứng Plasma Nguyễn Mạnh Hà Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn Thạc sĩ ngành: Hóa học;Mã. 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. 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,