Xác định đồng, kẽm và mangan trong cây xích đồng nam ở Thừa Thiên Huế bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử - Phan Hà Nữ Diễm

Tạp chí Khoa học và Giáo dục, Trường Đại học Sư phạm Huế ISSN 1859-1612, Số 04(20)/2011: tr. 19-26 XÁC ĐỊNH ĐỒNG, KẼM VÀ MANGAN TRONG CÂY XÍCH ĐỒNG NAM Ở THỪA THIÊN HUẾ BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ PHAN HÀ NỮ DIỄM Trường Đại học Sư phạm - Đại học Huế NGUYỄN NHÂN ĐỨC Trường Đại Học Y Dược – Đại học Huế Tóm tắt: Phương pháp xác định Cu, Zn và Mn trong các bộ phận của cây Xích đồng nam ở Thừa Thiên Huế sử dụng kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa, với kiểu đo AA. Xử lý mẫu bằng cách vô cơ hóa ướt trong lò vi sóng 1g mẫu đã được nghiền mịn trong 1h ở 2000C. Giới hạn phát hiện của Cu, Zn và Mn lần lượt là 0,016; 0,11 và 0,048 ppm. Độ lệch chuẩn đối với nồng độ Cu, Zn và Mn 1ppm lần lượt là 3,3%; 2,5% và 4,1% (n=7). Độ đúng của phương pháp được đánh giá qua độ thu hồi khi phân tích mẫu thêm chuẩn. Phương pháp có thể áp dụng để định lượng Cu, Zn và Mn trong các loại mẫu lương thực, thực phẩm, dược phẩm. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong số 20.000 loài thực vật được sử dụng trực tiếp làm thuốc trên thế giới, có tới 80% số loài là được sử dụng theo kinh nghiệm cổ truyền của các dân tộc [2]. Vì nhiều loài chưa được tiêu chuẩn hóa cả định tính và định lượng nên khó cho phép tạo ra những sản phẩm đồng đều. Do đó, việc khảo sát thành phần hóa học, và tác dụng sinh học của cây thuốc là rất cần thiết nhằm tạo cơ sở khoa học để đánh giá nguồn dược liệu. Việc tìm kiếm các cây thuốc có nguồn gốc từ các nguồn dược thảo thiên nhiên là mối quan tâm đặc biệt của các nhà hóa sinh và y dược trên thế giới [1]. Cây Xích đồng nam – Herba Clerodendri Japonici có hoa, rễ và lá được dùng làm thuốc phổ biến trong dân gian để điều trị nhiều loại bệnh: kháng khuẩn, chống viêm, chữa khí hư, viêm tử cung, vàng da, mụn lở, huyết áp cao, khớp xương đau nhức, đau lưng [3], [4], [6]. Ngày nay, trong Y học, người ta đã khẳng định được rằng nhiều nguyên tố kim loại có vai trò cực kỳ quan trọng đối với cơ thể sống. Sự thiếu hụt hay mất cân bằng của nhiều kim loại vi lượng như Fe, Mn, Cu, Zn, Se... trong gan, tóc, máu, huyết thanh... là những nguyên nhân hay dấu hiệu của bệnh tật. Ở một nồng độ nhất định Cu, Zn và Mn được nhìn nhận như một nguyên tố vi lượng thiết yếu cho người và động vật [5]. Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử là một phương pháp phân tích hiện đại đang được ứng dụng rộng rãi để xác định hàm lượng các nguyên tố vi lượng trong các đối tượng mẫu như: mẫu quặng, mẫu nước, thực phẩm, dược phẩm [8]. Xuất phát từ những vấn đề đó, trong bài báo này chúng tôi trình bày kết quả xác định đồng, kẽm và mangan trong cây Xích đồng nam ở Thừa Thiên Huế bằng phương pháp PHAN HÀ NỮ DIỄM – NGUYỄN NHÂN ĐỨC 20 quang phổ hấp thụ nguyên tử. Nhằm góp phần xây dựng cơ sở dữ liệu về một số kim loại trong các bộ phận của cây Xích đồng nam ở Thừa Thiên Huế. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất 2.1.1. Thiết bị và dụng cụ Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS-3300 của hãng Perkin Elmer (Mỹ), cân phân tích AA-200 có độ chính xác 0,1mg của Denver Instrument Company, lò vi sóng Speed Wase, Model: MWS-3 – BERGHOF (Đức), tủ sấy ULM – 500 (memmert). Bình định mức 100mL, 50mL, 25mL; pipet 1mL, 5mL, 10mL; chai nhựa PE sạch 250mL. 2.1.2. Hóa chất Các dung dịch chuẩn: dung dịch đồng, kẽm và mangan 1000µg/mL của hãng Merck - Đức. Axit đậm đặc HNO3 65%, H2O2 30% của hãng Merck, Đức. Nước dùng để rửa dược liệu, pha chế hóa chất và tráng rửa dụng cụ là nước cất 2 lần. Mẫu phân tích đều được bảo quản trong chai nhựa PE sạch. 2.2. Lấy mẫu và xử lý mẫu 2.2.1. Lấy mẫu 15 mẫu dược liệu được lấy từ 5 bộ phận (hoa, lá non, lá già, thân và rễ) của cây Xích đồng nam thuộc 3 huyện: Phú Vang (thôn Nam Thượng, xã Phú Thượng); Phú Bài (thôn 1B, xã Thủy Phù) và Hương Thủy (xã Thủy Bằng). Lấy mẫu vào ngày 06 tháng 06 năm 2011. Tổng cộng có 15 mẫu. Mẫu là các bộ phận: hoa, lá non, lá già, thân và rễ của cây Xích đồng nam, mẫu được ký hiệu: Ở Phú Vang HV, NV, GV, TV và RV, ở Phú Bài: HB, NB, GB, TB và RB và ở Hương Thủy: HT, NT, GT, TT và RT. 2.2.2. Xử lý mẫu Mẫu được rửa sạch bằng nước cất, đem sấy ở nhiệt độ 900C trong 2h đối với lá và 4h đối với hoa, rễ, thân. Mẫu dược liệu khô được bảo quản trong túi nilon sạch, kín ở nơi khô thoáng. Trước khi phân tích, mẫu dược liệu khô được nghiền thành bột mịn. Để xác định Cu, Zn và Mn, chúng tôi tiến hành như sau: cân khoảng 1,000g mẫu cho vào bình teflon, thêm 10,00 mL HNO3 65% + 2,00 mL H2O2 30% đặt vào lò vi sóng trong 1h ở 2000C (15 phút đầu đưa nhiệt độ từ 00–1000C; Sau đó nâng nhiệt độ lên 2000C, giữ trong 30 phút; 15 phút còn lại đưa nhiệt độ về 1000C), áp suất 5 bar, công suất 500W. Để nguội, lọc bỏ bả, cho dịch lọc vào bình định mức dung tích 50 mL, thêm nước cất vừa đủ đến vạch, lắc đều [7]. 2.3. Khảo sát các điều kiện đo Sau khi khảo sát, chúng tôi đã tìm được những điều kiện đo tối ưu như ở Bảng 2.1. XÁC ĐỊNH ĐỒNG, KẼM VÀ MANGAN TRONG CÂY XÍCH ĐỒNG NAM... 21 Bảng 2.1. Những điều kiện cho phép đo tối ưu Nguyên tố Các thông số Mn Cu Zn Nguồn Đèn catot rỗng Mn Đèn catot rỗng Cu Đèn catot rỗng Zn Loại đèn Cao Cao Cao Cường độ đèn (mA) 10 6 8 Bước sóng (nm) 279,5 324,8 213,9 Độ rộng khe (nm) 0,2 0,7 0,7 Chiều cao buner (mm) 5 5 5 Khí ngọn lửa C2H2 - không khí nén C2H2 - không khí nén C2H2 - không khí nén Áp lực nén khí (kPa) 160 160 160 Kiểu đo AA AA AA Thời gian chờ (giây) 5 5 5 Thời gian đo (giây) 2 2 3 2.4. Tiến hành thực nghiệm Đặt các thông số như đã đưa ra ở mục 2.3, bật đèn, để ổn định đèn 20-30 phút. Mồi ngọn lửa, để ổn định ngọn lửa 5-10 phút. Tiến hành đo độ hấp thụ của dãy dung dịch chuẩn, lập đồ thị biểu diễn sự tương quan tuyến tính giữa độ hấp thụ và nồng độ dãy chuẩn. Đo độ hấp thụ của các dung dịch nghiên cứu, tính toán nồng độ Mn, Cu và Zn trong dung dịch nghiên cứu dựa vào đường chuẩn. Từ đó, suy ra khối lượng (mg/kg chất khô) của Mn, Cu và Zn trong các bộ phận của cây Xích đồng nam. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đánh giá độ tin cậy của phương pháp AAS 3.1.1. Khoảng tuyến tính Để khảo sát khoảng tuyến tính, chúng tôi tiến hành xác định độ hấp thụ của dung dịch chuẩn chứa đồng thời 3 kim loại Cu, Zn và Mn và lập đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa độ hấp thụ và nồng độ dãy chuẩn. Kết quả được trình bày ở bảng 3.1, hình 3.1. Bảng 3.1. Kết quả xác định độ hấp thụ của Mn, Cu và Zn Nồng độ (mg/L) Độ hấp thụ 0,2 0,4 0,8 1,0 2,0 Mn 0,019 0,038 0,077 0,101 0,200 Cu 0,014 0,028 0,056 0,069 0,139 Zn 0,02 0,048 0,098 0,112 0,234 Từ kết quả bảng 3.1 và hình 3.1 áp dụng phương pháp bình phương tối thiểu để xác định quan hệ tuyến tính giữa độ hấp thụ với nồng độ kim loại thu được các đường hồi quy tuyến tính như sau: - Đối với Cu: y = (– 0,0002 ± 0,0003) + (0,0679 ± 0,0003) x , R= 0,99998 PHAN HÀ NỮ DIỄM – NGUYỄN NHÂN ĐỨC 22 - Đối với Zn: y = (– 0,0009 ± 0,0033) + (0,1176 ± 0,0031) x , R= 0,99897 - Đối với Mn: y = (– 0,0019 ± 0,0013) + (0,1027 ± 0,0012) x , R= 0,9998 Trong đó: y là độ hấp thụ A; x là nồng độ C (mg/L) Trong khoảng nồng độ từ 0,2 đến 2,0 (mg/L) giữa độ hấp thụ và nồng độ có tương quan tuyến tính tốt, với R ≥ 0,99897. Hình 3.1. Các đường hồi quy xác định khoảng tuyến tính. 3.1.2. Độ nhạy, LOD, LOQ của phương pháp Từ các phương trình đường chuẩn định lượng Cu, Zn và Mn chúng tôi tính được các giá trị a, b, Sy/x, LOD (GHPH) và LOQ (GHĐL) như sau: Bảng 3.2. Các giá trị a, b, Sy, LOD và LOQ. Các giá trị Kim loại a b R Sy/x LOD (mg/L) LOQ (mg/L) Cu – 0,0002 0,0679 0,99998 0,00037 0,016 0,048 Zn – 0,0009 0,1176 0,99897 0,0043 0,11 0,33 Mn – 0,0019 0,1027 0,9998 0,0016 0,048 0,144 Kết quả xác định GHPH được trình bày ở bảng 3.2. Trong đó, LOD của các kim loại tương đối thấp (LODCu = 0,016 mg/L; LODZn = 0,11 mg/L; LODMn=0,144 mg/L) có thể áp dụng phương pháp để định lượng hàm lượng các kim loại ở dạng vết. 3.1.3. Khảo sát quy trình vô cơ hóa mẫu Hút 2,5mL dung dịch chuẩn Cu, Zn và Mn nồng độ 10,0 mg/L vào cốc 25mL, tiến hành vô cơ hóa theo qui trình ở mục 2.2.2. Xác định nồng độ Cu, Zn và Mn trong dung dịch sau khi vô cơ hóa theo mục 2.4. Kết quả được trình bày ở bảng 3.3. XÁC ĐỊNH ĐỒNG, KẼM VÀ MANGAN TRONG CÂY XÍCH ĐỒNG NAM... 23 Bảng 3.3. Kết quả khảo sát qui trình vô cơ hóa Stt Nồng độ thực của Cu, Zn, Mn (µg/mL) Nồng độ xác định được (µg/mL) Hiệu suất thu hồi Cu Zn Mn Cu Zn Mn 1 1,00 0,99 0,987 0,993 99,0 98,7 99,3 2 1,00 0,982 0,978 0,981 98,2 97,8 98,1 3 1,00 0,976 0,971 0,978 97,6 97,1 97,8 4 1,00 0,989 0,987 0,983 98,9 98,7 98,3 5 1,00 0,972 0,965 0,97 99,3 99 99,1 Số liệu thống kê TB (%) 98,6 98,3 98,52 RSD (%) 0,7 0,8 0,7 ε ± 0,9 ± 0,98 ± 0,81 Kết quả trong bảng 3.3 cho thấy phương pháp vô cơ hóa mẫu đã chọn bảo toàn được lượng Cu, Zn và Mn trong mẫu, hiệu suất thu hồi là 98,6 ± 0,9 đối với Cu; 98,3 ± 0,98 đối với Zn và 98,52 ± 0,81 đối với Mn. 3.1.4. Khảo sát độ lặp lại của phương pháp Chuẩn bị 7 mẫu phân tích GB theo mục 2.2.2, tiến hành định lượng như ở mục 2.4. Kết quả được trình bày ở bảng 3.4. Bảng 3.4. Kết quả khảo sát độ lặp lại của phương pháp trên mẫu GB Stt Lượng cân (g) Hàm lượng (mg/L) Hàm lượng (mg/kg chất khô) Cu Zn Mn Cu Zn Mn 1 1,0043 0,466 1,285 0,827 23,200 63,9749 41,1730 2 1,0063 0,478 1,196 0,791 23,7504 59,4256 39,3024 3 1,0031 0,448 1,315 0,788 22,3308 65,5468 39,2782 4 1,0086 0,485 1,185 0,787 24,0432 58,7448 39,0145 5 1,0029 0,457 1,263 0,761 22,7839 62,9674 37,9400 6 1,0097 0,487 1,276 0,809 24,1161 63,1871 40,0614 7 1,0038 0,449 1,299 0,797 22,365 64,7041 39,6991 Số liệu thống kê TB (mg/kg chất khô) 23,23 62,65 39,5 RSD (%) 3,3 4,1 2,5 ε ± 0.7 ± 2.4 ± 0.918 Từ kết quả ở bảng 3.4 cho thấy, phương pháp có độ lặp lại chấp nhận được. RSD(%) từ 2,5–4,1%. 3.2. Kết quả phân tích mẫu thực tế Bảng 3.5. Kết quả phân tích các bộ phận của cây Xích đồng nam ở Thừa Thiên Huế Mẫu Lượng cân Hàm lượng mg/L mg/kg chất khô Mn Cu Zn Mn Cu Zn MT 0,00 0,016 0,034 HB (1) 0,528 0,690 1,106 26,3368 34,4174 55,1676 0,524 0,695 1,101 26,1373 34,6668 54,8683 PHAN HÀ NỮ DIỄM – NGUYỄN NHÂN ĐỨC 24 1,0024 0,524 0,693 1,105 26,1373 34,567 55,1177 Trung bình 26,2038 345504 55,0512 RSD% 0,4396 0,363 0,2913 NB (2) 1,0029 0,517 0,634 0,982 25,7753 31,6083 48,958 GB (3) 1,0041 0,685 0,535 1,176 34,1102 26,6401 58,5599 TB (4) 1,0034 1,135 0,442 1,006 56,5577 22,0251 50,1296 RB (5) 1,0039 1,016 0,386 1,235 50,6026 19,225 61,5101 HT (6) 1,0043 1,146 0,732 1,411 57,0547 36,4433 70,2479 NT (7) 1,0049 0,764 0,535 1,241 38,0137 26,6196 61,7474 GT (8) 1,0021 1,213 0,442 0,882 60,5229 22,0537 44,0075 TT (9) 1,0038 1,297 0,397 1,291 64,6045 19,7749 64,3056 RT (10) 1,0026 1,078 0,442 0,606 53,7602 22,0427 30,2214 HV (11) 1,0052 0,763 0,816 1,616 37,9527 40,5889 80,382 NV (12) 1,0032 0,603 0,763 1,102 30,0538 38,0283 54,9242 GV (13) 1,0048 0,692 0,489 1,283 34,4347 24,3332 63,8436 TV (14) 1,0037 0,935 0,356 0,975 46,5777 17,7344 48,5303 RV (15) 1,0021 0,879 0,376 0,657 43,8579 18,7606 33,6793 Từ kết quả bảng 3.5, áp dụng phần mềm Excel 2003 để xử lý kết quả thực nghiệm theo ANOVA 2 yếu tố để so sánh hàm lượng kim loại trong các bộ phận của cây thuốc có khác nhau không. Vị trí lấy mẫu khác nhau thì hàm lượng kim loại trong những bộ phận của cây thuốc có khác nhau không. Qua xử lý, chúng tôi đi đến kết luận: Đối với Cu: Hàm lượng Cu trong từng bộ phận của cây Xích đồng nam là khác nhau với mức ý nghĩa p < 0,01. Cụ thể, lượng Cu trong thân, rễ và lá già là như nhau và khác với lượng Cu trong lá non và hoa. Hàm lượng Cu trong từng bộ phận của cây thuốc thu hoạch ở những vùng khác nhau là như nhau với mức ý nghĩa p > 0,1. Đối với Zn: Hàm lượng Zn trong từng bộ phận của cây Xích đồng nam là như nhau với mức ý nghĩa p > 0,1. Hàm lượng Cu trong từng bộ phận của cây thuốc thu hoạch ở những vùng khác nhau là như nhau với mức ý nghĩa p > 0,1. Đối với Mn: Hàm lượng Mn trong từng bộ phận của cây Xích đồng nam là khác nhau với mức ý nghĩa p < 0,05. Cụ thể, lượng Mn trong lá non khác với hàm lượng Mn trong lá già và hoa và càng khác với lượng Mn trong rễ và thân. Hàm lượng Mn trong từng bộ phận của cây thuốc thu hoạch ở những vùng khác nhau là khác nhau với mức ý nghĩa p < 0,01. Cụ thể, hàm lượng Mn trong từng bộ phận của cây thuốc thu hoạch ở Phú Bài và Phú Vang là như nhau và khác so với hàm lượng Mn trong từng bộ phận của cây thuốc thu hoạch ở Hương Thủy. XÁC ĐỊNH ĐỒNG, KẼM VÀ MANGAN TRONG CÂY XÍCH ĐỒNG NAM... 25 Hình 3.2. Kết quả hàm lượng Zn (a), hàm lượng Cu (b) và hàm lượng Mn (c) trong các bộ phận của cây Xích đồng nam thu hoạch ở Phú Bài, Hương Thủy và Phú Vang (d): Hàm lượng Cu, Zn và Mn trong 15 mẫu cây Xích đồng nam 4. KẾT LUẬN Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) là phương pháp thích hợp để xác định Cu, Zn và Mn trong cây Xích đồng nam. Giai đoạn xử lý mẫu được xem là một bước quan trọng và phương pháp vô cơ hóa ướt trong lò vi sóng thích hợp để phân hủy các hợp chất hữu cơ trước khi xác định kim loại bằng phương pháp AAS. Mức cao nhất của Cu, Zn và Mn được xác định phù hợp với những nghiên cứu khác – cho rằng cây Xích đồng nam có khả năng tích lũy sinh học các kim loại. Hàm lượng kim loại trong cây này cũng như các loại cây khác có thể do con người hoặc các yếu tố môi trường gây ra. Kết quả thu được trong nghiên cứu này khẳng định thêm sự cần thiết có chỉ tiêu về giới hạn cho phép của các kim loại nặng trong cây thuốc. Từ đó cho phép kiểm soát chất lượng thảo dược một cách thích hợp để đảm bảo an toàn và chất lượng. Chỉ ra nhu cầu cần có hệ thống kiểm soát các kim loại nặng trong cây thuốc. PHAN HÀ NỮ DIỄM – NGUYỄN NHÂN ĐỨC 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hà Thị Thanh Bình, Nguyễn Quốc Khang, Trần Quỳnh Hoa (2005). Khảo sát tác dụng kháng khuẩn và chống viêm trên thực nghiệm của flavonoic chiết từ lá chè – Camellia sinensis Lindl O. Kuntze. Tạp chí Dược học, số 352, tr. 17. [2] Bộ Giáo dục – Đào tạo Viện dược liệu (2006). Nghiên cứu cây thuốc từ thảo dược. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. [3] Võ Văn Chi (2003). Từ điển thực vật thông dụng, tập 1. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. [4] Phạm Hoàng Hộ (1999). Cây cỏ Việt Nam, quyển 1. NXB Trẻ [5] Phan Thị Kim, Lê Đức Hinh, Bùi Minh Đức (1999). Dinh dưỡng liên quan đến bệnh lý thần kinh. NXB Y học, Hà Nội. [6] Đỗ Tất Lợi (1999). Những cây thuốc và vị thuốc Việt Nam. NXB Y học, Hà Nội. [7] Phạm Luận (1999). Giáo trình hướng dẫn về những vấn đề cơ sở của các kỹ thuật xử lý mẫu phân tích (phần 1). Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia, Hà Nội. [8] Phạm Luận (2006). Phương pháp phân tích phổ nguyên tử. NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội. Title: DETERMINATION OF COPPER, ZINC AND MANGANESE CONTENT OF PLANT HERBA CLERODENDRI JAPONICI IN THUA THIEN HUE BY ATOMIC ABSORPTION SPECTROMETRY Abstract: Determining method of Cu, Zn and Mn in the parts of Herba Clerodendri Japonici plant of Thua Thien Hue using flame atomic absorption spectrometry with signal type AA. The sample preparation was carried out by wet-ashing techniques with microwave heating 1.0 g of finely pulverized plant samples for 1h at 200°C. The determination limit of the method was 0.016; 0.11 and 0.048 mg kg−1 for Cu; Zn and Mn, respectively. Standard deviation for the concentration of Cu, Zn and Mn 1 ppm, respectively 3.3%; 2.5% and 4.1% (n = 7). Accuracy of method was evaluated by the recovery of spiked sample analysis. The method can applied to the quantification of Cu, Zn and Mn in samples food, pharmaceuticals. PHAN HÀ NỮ DIỄM Học viên Cao học, Trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế TS. NGUYỄN NHÂN ĐỨC Khoa Dược, Trường Đại học Y Dược – Đại học Huế