Hệ thiết bị phân tích vết thủy ngân (Hg) phục vụ quan trắc môi trường và kiểm soát thực phẩm do các nhà khoa học Viện Hóa học (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) nghiên cứu và chế tạo có độ nhạy cao gấp 1.000 lần quy chuẩn kỹ thuật Việt Nam, độ lặp lại tốt, và đặc biệt được điều khiển hoàn toàn tự động bằng máy tính.

Giải pháp hoàn chỉnh đầu tiên ở Việt Nam
Lâu nay, để phân tích hàm lượng thủy ngân trong mẫu thực phẩm và mẫu nước, Việt Nam vẫn thường áp dụng một số phương pháp là phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) kết hợp với kỹ thuật hóa hơi lạnh (CV) trên mẫu đã được xử lý hoặc trên hệ thiết bị phân tích thủy ngân trực tiếp. Tuy nhiên, các phương pháp này đều có một số nhược điểm là cách thực hiện phức tạp, đòi hỏi người phân tích phải có trình độ chuyên môn cao, chi phí đầu tư mua thiết bị lớn...
Vì thế, TS Dương Tuấn Hưng cùng cộng sự tại Viện Hóa học đã thực hiện đề tài cấp Viện Hàn lâm “Nghiên cứu chế tạo hệ thiết bị phân tích vết thủy ngân (Hg) phục vụ quan trắc môi trường và kiểm soát thực phẩm”, thực hiện từ tháng 6/2015 đến tháng 12/2017 với mục tiêu xây dựng được quy trình phân tích vết thủy ngân trong các mẫu môi trường và thực phẩm và thiết kế, chế tạo hệ thiết bị phân tích được điều khiển tự động và kết nối với bộ phận xử lý tín hiệu, dữ liệu máy tính.
Chia sẻ về đề tài, TS Dương Tuấn Hưng cho rằng, một trong những yếu tố quan trọng trong quá trình thực hiện đề tài là nhóm nghiên cứu của anh đã may mắn kết nối được với các đồng nghiệp ở Viện nghiên cứu Minamata Nhật Bản, đặc biệt là với GS Akagi – người có phương pháp phân tích dựa trên hệ hóa hơi cải tiến với độ chính xác cao và được thiết kế nhỏ gọn. Tuy nhiên, anh nhận thấy có một vấn đề là “hệ thiết bị do GS Akagi thiết kế không có khả năng tự động hóa và điều khiển bằng máy tính, tức là với dữ liệu đầu ra ghi trên máy, kỹ thuật viên phải đọc các thông số trên giấy và phải đo chiều cao (độ peak) và tính toán kết quả hoàn toàn bằng tay”. Vì vậy, quá trình phân tích mẫu trên máy của GS Nakahi đòi hỏi nhiều thời gian và công sức của kỹ thuật viên. “Nếu một ngày phân tích 50-100 mẫu thì có thể làm được nhưng nếu phân tích đến hàng trăm mẫu thì không thể” - TS Dương Tuấn Hưng nói.
Trên cơ sở học hỏi kinh nghiệm của những người đi trước và ứng dụng những kỹ thuật tiên tiến, TS. Dương Tuấn Hưng và cộng sự đã lựa chọn phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử kết hợp kỹ thuật hóa hơi lạnh và thiết kế hệ thống gồm các phần chính: hệ phản ứng và tạo hơi thủy ngân cải tiến, hệ ghi đo và thu phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân, phần mềm điều khiển hệ thiết bị ghi và phân tích dữ liệu.
Điểm mới của hệ thiết bị này là tạo được hơi thủy ngân tăng cường nhờ quá trình tuần hoàn trong hệ và quá trình làm giàu hơi thủy ngân của van bốn chiều, loại trừ ảnh hưởng của hơi nước gây sai số dương sau khi đi qua bình làm lạnh bẫy hơi nước; loại trừ ảnh hưởng của nhiễu tín hiệu của hơi axit khi đi qua bẫy axit. Hệ ghi đo và thu phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân giúp tăng độ nhạy nhờ sử dụng cuvet hình chữ U. Chương trình phần mềm giúp điều khiển toàn bộ quá trình phản ứng tạo hơi thủy ngân, quá trình ghi đo và thu phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân hoàn toàn tự động, đồng thời cho phép ghi và phân tích dữ liệu trên máy tính.
So với hệ thiết bị truyền thống, hệ thiết bị này chỉ bao gồm một đèn thủy ngân và đầu dò nhỏ gọn, không phức tạp và có thể đưa ra phân tích ngoài hiện trường.
“Đây là lần đầu tiên tại Việt Nam, một giải pháp hoàn chỉnh đã được các nghiên cứu hoàn thiện và đưa ra để thiết kế và chế tạo hệ thiết bị phân tích vết thủy ngân có độ nhạy cao, độ lặp lại tốt, tin cậy, được điều khiển hoàn toàn tự động bằng máy tính”, TS Hưng nhận xét.
Độ nhạy trong phân tích mẫu
Để kiểm nghiệm độ chính xác trong vận hành và phân tích mẫu của hệ thiết bị, TS. Dương Tuấn Hưng và cộng sự đã test thử các loại mẫu hết sức đa dạng với hàng trăm mẫu nước lấy tại khu vực gần mỏ vàng xã Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên; các mẫu trầm tích lấy tại khu vực 4 tỉnh miền Trung là Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị và Thừa Thiên Huế và hàng chục mẫu động vật nhuyễn thể hai vỏ lấy tại Cẩm Phả, Vân Đồn và Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh.
Qua các đợt thử nghiệm này, TS Hưng cho rằng thiết bị có quy trình vận hành ổn định, đảm bảo độ chính xác 100% trong phân tích các mẫu. Kết quả cho thấy độ lặp lại và khả năng định lượng tốt với giới hạn phát hiện là 0,013 μg/l, còn giới hạn định lượng là 0,004 μg/l. So với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia của Việt Nam về nước uống (QCVN 01:2009/BYT), về chất lượng nước dưới đất (QCVN 09-MT:2015/BTNMT) thì hệ thiết bị này có thể phát hiện vết thủy ngân với hàm lượng thấp hơn 1.000 lần và độ nhạy có thể đo được ở ngưỡng 0,2 nano gram, tức là ngay cả khi nồng độ thủy ngân ở mức rất, rất nhỏ thì hệ thiết bị cũng phát hiện được. Một ưu điểm khác là hệ thiết bị này có khả năng phát hiện thủy ngân trong mẫu trong vòng 90 giây, so với hệ thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử truyền thống thì thời gian chỉ bằng 1/3.
Tuy nhiên, TS. Hưng vẫn còn chưa mấy hài lòng về hình dáng của sản phẩm. Một trong những nguyên nhân dẫn đến hạn chế này là do phần nhiều các nguyên vật liệu đều phải đặt mua. TS Hưng nói, đơn giản như một số đồ đều là những mẫu chuyên biệt với hình dáng, kích thước riêng, không thể mua sẵn, ví dụ với van bốn chiều, nhóm nghiên cứu đã phải đặt đi đặt lại cả chục lần mới làm ra được sản phẩm tạm ưng ý. Do đó, “rất dễ thấy, tất cả những bánh răng, đồ thủy tinh trong hệ thiết bị của Nhật nhìn đều, đẹp, chính xác đến từng milimet nhưng hệ thiết bị của chúng tôi không được như thế”, anh thừa nhận.
Với kích thước nhỏ gọn khoảng 58,5cm chiều dài, khối lượng 23,5kg và giá thành rẻ khoảng 300 triệu đồng, hệ thiết bị này dễ dàng áp dụng tại các cơ sở địa phương.
“Chúng tôi mong muốn mỗi sở khoa học và công nghệ hoặc mỗi chi cục bảo vệ môi trường ở các tỉnh có thể trang bị hệ thiết bị như này để dễ dàng kiểm soát điều kiện nguồn nước cũng như chất lượng thực phẩm. Ngoài ra hệ thiết bị này cũng cần thiết với các doanh nghiệp xuất khẩu thủy sản bởi yêu cầu về thủy ngân trong sản phẩm rất khắt khe trong khi chi phí phân tích lại rất cao”- TS Hưng nói và cho biết thêm, để có thể thương mại hóa sản phẩm, trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục cải tiến theo hướng đảm bảo tính ổn định của hệ thiết bị, và thiết kế và mẫu mã đẹp hơn.
Hiện sản phẩm đang chờ cấp giải pháp hữu ích của Cục Sở hữu trí tuệ (Bộ Khoa học và Công nghệ).
Nguồn: Báo khoa học và phát triển