Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13818:2023 về Nước quả - Xác định tỷ số đồng vị hydro bền (2H/1H) của nước - Phương pháp đo khối phổ tỷ số đồng vị

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 13818:2023

NƯỚC QUẢ - XÁC ĐỊNH TỶ SỐ ĐỒNG VỊ HYDRO BỀN (²H/¹H) CỦA NƯỚC - PHƯƠNG PHÁP ĐO KHỐI PHỔ TỶ SỐ ĐỒNG VỊ

Fruit juices - Determination of stable hydrogen isotope ratio (²H/¹H) of water - Isotope ratio mass spectrometric method

Lời nói đầu

TCVN 13818:2023 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/F10 Rau quả và sản phẩm rau quả biên soạn, Viện Tiêu chuẩn Chất lượng Việt Nam đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

NƯỚC QUẢ - XÁC ĐỊNH TỶ SỐ ĐỒNG VỊ HYDRO BỀN (²H/¹H) CỦA NƯỚC - PHƯƠNG PHÁP ĐO KHỐI PHỔ TỶ SỐ ĐỒNG VỊ

Fruit juices - Determination of stable hydrogen isotope ratio (²H/¹H) of water - Isotope ratio mass spectrometric method

CẢNH BÁO - Khi áp dụng tiêu chuẩn này có thể liên quan đến các vật liệu, thiết bị và các thao tác gây nguy hiểm. Tiêu chuẩn này không đưa ra được hết tất cả các vấn đề an toàn liên quan đến việc sử dụng chúng. Người sử dụng tiêu chuẩn này phải tự thiết lập các thao tác an toàn thích hợp và xác định khả năng áp dụng hoặc các giới hạn quy định trước khi sử dụng tiêu chuẩn.

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định tỷ số đồng vị hydro bền (²H/¹H) của nước trong nước quả bằng máy đo khối phổ khối tỷ số đồng vị (IRMS).

2  Nguyên tắc

Hàm lượng đơteri (²H) của nước xác định được bằng phép đo khối phổ đồng vị của hàm lượng các ion có khối lượng bằng 2 (¹H₂) và bằng 3 (¹H²H) trên khí hydro thu được bằng cách khử nước.

3  Thuốc thử

Chỉ sử dụng thuốc thử tinh khiết phân tích, trừ khi có quy định khác.

3.1  Phân tử urani 238 tinh khiết ^[3],[4] hoặc hợp kim kẽm ^[5], phù hợp để loại nước.

Phân tử urani và kẽm phải được xử lý trước khi sử dụng như sau: rửa bằng axit clohydric hoặc axit nitric, sau đó rửa bằng nước, cẩn thận sấy khô và loại khí metal. Đối với kẽm, thời gian loại khí khoảng 30 min đến 40 min ở nhiệt độ 180 °C.

CẢNH BÁO: Urani 238 khi nung ở nhiệt độ 800 °C sẽ giải phóng khí độc. Không được đứng gần lò (4.2).

CHÚ THÍCH: Có thể sử dụng phương pháp khác có hiệu quả tương đương (ví dụ: chưng cất chân không đông lạnh).

3.2  Mẫu chuẩn nước đại dương được trung bình hóa (SMOW) và mẫu chuẩn nước mưa nghèo đồng vị nặng ở Nam Cực (SLAP) 1) ^[6]

3.3  Khí hydro.

4  Thiết bị, dụng cụ

Sử dụng các thiết bị, dụng cụ của phòng thử nghiệm thông thường và các thiết bị, dụng cụ cụ thể sau:

4.1  Máy đo khối phổ tỷ số đồng vị

Có khả năng xác định thành phần đồng vị ²H của khí hydro phân bố trong tự nhiên có độ chụm nội bộ đạt 0,1 ‰ hoặc cao hơn [biểu thị bằng giá trị 5 tương đối (xem Điều 6)]. Độ chụm nội bộ được xác định là chênh lệch giữa hai phép đo của cùng một mẫu hydro. Thiết bị bao gồm:

- hai bộ thu nhận có thể thu nhận đồng thời các ion có khối lượng tương ứng bằng 2 và bằng 3;

- hệ thống dẫn khí trong máy đo khối phổ tỷ số đồng vị có khả năng lặp lại, đo lần lượt khí hydro chuẩn và hydro tạo thành từ việc loại nước;

- hệ thống hiệu chỉnh bằng điện tử dùng để tính và trừ lượng ion ¹H₃⁺ tạo thành trong máy đo khối phổ và được đo cùng với ion ¹H ²H ở khối lượng bằng 3.

4.2  Thiết bị khử mẫu nước và thu nhận khí hydro, để phân tích đồng vị gồm:

- lò chứa 20 g đến 40 g urani (3.1), duy trì ở nhiệt độ 800 °C hoặc bộ khử được làm bằng thủy tinh đặc biệt và được đổ đầy bằng 0,3 g hợp kim kẽm (3.1) thích hợp, đã được đốt nóng đến nhiệt độ từ 450 °C đến 455 °C trong 30 min đến 60 min.

- khi sử dụng hệ thống urani để bẫy khí hydro giải phóng ra bằng cách loại nước thì dùng bơm TOEΜLER ^[6] là thích hợp hoặc có thể chọn hệ thống bẫy, sử dụng urani ở nhiệt độ 60 °C ^[7]. Thu nhận khí hydro vào chai đựng mẫu sau đó nối vào hệ thống đầu vào của máy đo khối phổ.

4.3  Chai đựng mẫu, có thể được làm kín trong điều kiện chân không.

4.4  Hệ thống bơm, có thể tạo chân không với áp suất 0,13 Pa trong suốt quá trình chuẩn bị mẫu.

4.5  Máy ly tâm, có thể tạo gia tốc ly tâm 1400 g ở đáy ống ly tâm (4.6).

CHÚ THÍCH: Tốc độ quay cần để cho gia tốc ly tâm chính xác có thể tính được theo Công thức (1):

Trong đó:

a  là gia tốc ly tâm;

r_o là bán kính của máy ly tâm đo được từ điểm giữa (trục ly tâm) đến đáy ống ly tâm khi quay, tính bằng xentimet (cm);

n  là tốc độ vòng quay, tính bằng vòng trên phút (r/min).

4.6  Ống ly tâm.

5  Cách tiến hành

5.1  Chuẩn bị mẫu

Dùng máy ly tâm (4.5) ly tâm 25 ml nước quả trong 10 min ở gia tốc 1 400 g.

5.2  Chưng cất trong bình kín

Tiến hành chưng cất trong bình kín để tách nước quả ra khỏi các hợp chất hữu cơ (đường, axit, chất béo) ra khỏi nước quả, với độ thu hồi định lượng của nước (phản ứng của nước quả với kẽm hoặc urani không tạo khí hydro với cùng hàm lượng đơteri như nước có trong nước quả). Chi tiết về thiết bị chưng cất trong bình kín, xem Hình A.1.

Cũng có thể tiến hành chưng cất mẫu trong điều kiện chân không tĩnh bằng cách sử dụng chi tiết đặc biệt của thiết bị chưng cất được gọi là Rittenberg “trouser” trên 2 ml đến 3 ml nước quả. Quy trình này có thể cho độ thu hồi định lượng của nước.

5.3  Quy trình khử

Sử dụng 10 μl mẫu (5.2) và khử trong ít nhất 15 min đối với phương pháp dùng urani (3.1). Sử dụng từ 5 μl đến 10 μl mẫu (5.2) và thời gian khử từ 30 min đến 60 min đối với phương pháp dùng kẽm (3.1).

Đưa khí hydro thu được vào chai đựng mẫu (4.3).

5.4  Xác định

Nối chai đựng mẫu (4.3) vào máy đo khối phổ tỷ số đồng vị (4.1) và đo độ lệch tương đối của hàm lượng đơteri giữa khí hydro của mẫu so với khí hydro của chuẩn (3.3), biểu thị bằng phần nghìn (‰), theo Công thức (2):

Trong đó:

(²H/¹H)_s  là tỷ số đồng vị đơteri (²H) với proti (¹H) của mẫu thử;

(²H/¹H)_r  là tỷ số đồng vị đơteri (²H) với proti (¹H) của mẫu chuẩn.

5.5  Hiệu chuẩn

Tiến hành cùng phép xác định theo 5.3 và 5.4 trên hai mẫu chuẩn nước SMOW và SLAP (3.2), sau đó xác định δ² H SMOW, δ² H SLAP đối với khí hydro chuẩn.

6  Tính kết quả

Thành phần đồng vị đơteri (δ²H) của mẫu so với mẫu chuẩn nước SMOW, được tính theo Công thức (3):

Trong đó:

δ_s  là thành phần đồng vị bền của mẫu thử, xác định được trong 5.4, tính bằng phần nghìn (‰);

δ_SMOW  là thành phần đồng vị bền của mẫu nước chuẩn SMOW, tính bằng phần nghìn (‰);

δ_SLAP  là thành phần đồng vị bền của mẫu nước chuẩn SLAP, tính bằng phần nghìn (‰),

Giá trị chấp nhận được đối với mẫu chuẩn nước SLAP δ²H = - 428 ‰ SMOW^[6]

7  Độ chụm

Chi tiết của phép thử liên phòng thử nghiệm về độ chụm của phương pháp được nêu trong Phụ lục B. Giá trị độ chụm thu được từ phép thử liên phòng thử nghiệm có thể không áp dụng cho dải nồng độ và chất nền khác với dải nồng độ và chất nền đã nêu trong Phụ lục B.

7.1  Độ lặp lại

Chênh lệch tuyệt đối giữa hai kết quả thử nghiệm độc lập, đơn lẻ, thu được khi sử dụng cùng một phương pháp, trên vật liệu thử giống hệt nhau, trong cùng một phòng thử nghiệm, do cùng một người thực hiện, sử dụng cùng thiết bị, trong cùng một khoảng thời gian ngắn, không quá 5 % các trường hợp lớn hơn giới hạn lặp lại r.

7.2  Độ tái lập

Chênh lệch tuyệt đối giữa hai kết quả thử nghiệm đơn lẻ, thu được khi sử dụng cùng một phương pháp, trên vật liệu thử giống hệt nhau, trong các phòng thử nghiệm khác nhau, do những người khác nhau thực hiện, sử dụng thiết bị khác nhau, không quá 5 % các trường hợp lớn hơn giá trị giới hạn tái lập R.

Các giá trị là:

8  Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm phải gồm các thông tin sau:

- mọi thông tin cần thiết để nhận biết mẫu thử (loại mẫu, nguồn gốc mẫu, ký hiệu);

- viện dẫn tiêu chuẩn này;

- ngày và loại quy trình lấy mẫu (nếu có);

- ngày nhận mẫu;

- ngày thử nghiệm;

- các kết quả thử và đơn vị biểu thị;

- độ lặp lại của phương pháp được đánh giá;

- mọi điểm đặc biệt quan sát được trong quy trình thử nghiệm.

- mọi thao tác không quy định trong tiêu chuẩn này hoặc tùy chọn có thể ảnh hưởng đến kết quả.

Phụ lục A

(Tham khảo)

Thiết bị chưng cất trong bình kín

Hình A.1 - Thiết bị chưng cất trong bình kín

1) Van 1 mở, van 2 và van 3 đóng (ống làm lạnh trong chân không), bơm 10 μl nước quả.

2) Đợi 5 min đến 8 min để giữ nước ở nhiệt độ đá khô (- 80 °C) (có thể sử dụng nitơ lỏng), ống giữ có thể được kiểm soát bằng dụng cụ đo chân không.

3) Mở van 2 để loại khí còn lại bằng chân không.

4) Mở van 3 và đóng van 2 và van 1, Sau đó gia nhiệt ống làm mát (khoảng 100 °C) để nước bay hơi qua đường thoát khí khử.

Phụ lục B

(Tham khảo)

Kết quả thống kê của phép thử liên phòng thử nghiệm

Các thông số sau đã được xác định trong phép thử liên phòng thử nghiệm phù hợp với ISO 5725:1986 *). Phép thử đã được xây dựng bởi nhóm công tác 1 (đồng vị) thuộc Ban kỹ thuật tiêu chuẩn CEN/TC 174.

Năm tiến hành thử nghiệm liên phòng       1993

Số lượng phòng thử nghiệm tham gia      12

Số lượng mẫu thử                                   4

Bảng B.1 - Kết quả của phép thử liên phòng thử nghiệm

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] ENV 12142:1997, Fruit and vegetable juices - Determination of the stable hydrogen isotope ratio (²H/¹H) of water from fruit juices - Method using isotope ratio mass spectrometry

[2] ISO 5725:1986 Precision of the test methods - Determination of repeatability and reproducibility for a standard test method by inter-laboratory tests

[3] Bigeleisen J., Perlman M. and Prosser H.C., Conversion of hydrogenic materials to hydrogen for isotopic analysis, Anal. Chem. 24, 1356-1357, 1952

[4] XXVIII - Détermination de la teneur en deutérium (²H) de I’eau. Méthodes officielles d'analyse des jus de fruits et de légumes et de boissons dérivées. Arrêté du 17 février 1987 relatif aux méthodes officielles d'analyse des jus de fruits et de legumes. Journal Officiel de la République Frangaise. 4831. 30 avril 1987

[5] Coleman M.L Shepherd T. J., Durham J. J., Rouse J. E., Moore G, R.. Reduction of water with Zinc for hydrogen isotope analysis, Anal. Chim., 54, 993-995, 1982

[6] Standards for stable isotope measurements in natural compounds. R. Gonfiantini, Nature 271, 534-536, 1978

[7] Friedman I. Deuterium content of natural water and other substances. Geochim. Cosmochim. Acta 4, 89-103, 1953

[8] Friedman I. and Flardcastle K., A new technique for pumping hydrogen gas, Geochim. Cosmochim. Acta 34, 125-126, 1970.