Thạc Sĩ Phân tích Benene trong nước giải khát và tìm hiểu cơ chế hình thành Benzene

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Chuyên ngành: HÓA LÝ THUYẾT VÀ HÓA LÝ
LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH HÓA HỌC
- 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 LƯỢC 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 nước 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 NƯỚC GIẢI KHÁT .12
1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG BENZENE TRONG NƯỚC GIẢI KHÁT .14
13.1. Phương 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. Phương 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. Phương 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 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SẮC KÝ .16
1.4.1. Sơ lược về phương 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 lượng 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
PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG BENZENE TRONG NƯỚC GIẢI KHÁT- KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ TẠO THÀNH BENZENE- ĐỀ XUẤT CƠ CHẾ HÌNH THÀNH BENZENE 29
2.1. ĐỊNH LƯỢNG BENZENE TRONG NƯỚC 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 ưu 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. Phương pháp xác định benzene trong nước 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 hưởng đến qui trình phân tích Benzene trong nước 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 CO2 .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 . Phương 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 HƯỞNG ĐẾN SỰ TẠO THÀNH BENZENE .61
2.2.1. Tóm tắt cơ chế hình thành benzene 61
2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng 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 H2O2 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
HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 81
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ THỰC HIỆN .82
TÀI LIỆU THAM KHẢO .83
TIẾNG VIỆT .83

TIẾNG NƯỚC NGOÀI 83

PHỤ LỤC





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 (Cu2+) lên lượng benzene tạo thành 71
Bảng 2.26. Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của ion đồng Cu2+ lên tốc độ phản ứng hình thành benzene .73
Bảng 2.27. Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của nồng độ H2O2 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 H2O2 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 H2O2 77
Bảng 2.30. Ảnh hưởng của thuốc thử tạo phức trong sự hiện diện Cu2+ .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 C6D6 Hình 1.12.b. Sắc đồ
full scan của benzene và benzene C6D6 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-d6 (Scan Mode ) lấy lần lượt theo ion
m/z 78 của Benzene và ion m/z 84 của Benzene-d6 .26
Hình 1.15.a. Sắc đồ SIM của Benzene và Benzene C6D6 27
Hình 1 16. SIM của Benzene(m/z =78) và Benzene D6 (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 CO2
.52
Hình 2.5. Đường chuẩn benzene nồng độ thấp hơn 15mg/l sử dụng nội chuẩn 54
Hình 2 6. Đường chuẩn benzene với nồng độ 0,5-->7000 mg/l sử dụng nội chuẩn 55
Hình 2.7. Đường chuẩn benzene nồng độ thấp hơn 15mg/l theo diện tích peak
benzene 56
Hình 2.8. Đường chuẩn benzene với khoảng nồng độ 0,5 – 150; 0,5 – 7000 mg/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 Cu2+ lên sự tạo thành benzene 72
Hình 2.16. Ảnh hưởng của Cu2+ lên sự hình thành benzene theo thời gian .73
Hình 2.17. a,b. Ảnh hưởng của H2O2 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 Cu2+ và ligand tạo phức(EDTA) 79




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 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.