23 Thiết bị phát hiện nhanh methanol trong đồ uống có cồn mới nhất

Nhóm tác giả Viện Kỹ thuật Nhiệt đới (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) đã chế tạo thành công thiết bị phân tích nhanh, chính xác chất gây độc mạnh methanol trong đồ uống có cồn.

Methanol hay còn gọi là alcol metylic, alcohol gỗ, naphtha gỗ. Đây là loại rượu đơn giản nhất, nhẹ, không màu, dễ bay hơi, dễ cháy, có mùi đặc trưng giống rượu trắng ethanol. Khác với ethanol, methanol có vị ngọt hơn và thơm hơn, gây độc mạnh. Trong các nghành công nghiệp, methanol là chất chống đông, dung môi hòa tan các nguyên liệu sản xuất, dung môi hữu cơ cho sơn,vecni, làm nguyên liệu để sản xuất chất dẻo và tổng hợp các chất hữu cơ, được sử dụng để sản xuất nhiên liệu như khí đốt và dầu diesel sinh học.
Khi tiếp xúc trực tiếp, methanol gây viêm da, phát ban, vảy nến, gây mờ và mù mắt; nghiêm trọng hơn gây rối loạn cục bộ, kích ứng niêm mạc đường hô hấp, tổn thương nội tạng, rối loạn thần kinh, gây tổn thương dây thần kinh não,… có thể dẫn đến tử vong khi dùng một lượng lớn.
Trong cơ thể người, một lượng nhỏ methanol được đào thải qua hệ bài tiết và hơi thở, phần lớn methanol bị oxi hóa thành formaldehyde (độc gấp 33 lần methanol) và sau đó fomanldehyde chuyển hóa thành acid formic (độc gấp 6 lần methanol) ở gan.
Tuy nhiên, trong thực tế, không thể loại bỏ hoàn toàn methanol trong đồ uống có cồn đặc biệt là rượu, bia. Trong bia, lượng methanol có khoảng 6-27 mg/l, trong rượu (mạnh) là 10-220 mg/l. Rượu pha chế có hàm lượng methanol cao dễ gây ngộ độc và chết người. Hàm lượng methanol có trong rượu ethylic (rượu uống) phải thấp dưới mức 0,1%.
Ngoài việc pha methanol vào đồ uống có cồn để tăng mùi vị, thì việc pha methanol vào nhiên liệu xăng là vấn đề đáng quan tâm hiện nay trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Với tỉ lệ 1-2% thì methanol không làm biến chất xăng dầu, không làm ảnh hưởng tới các động cơ và chi tiết máy. Tuy nhiên, với tỉ lệ 10-15% hàm lượng methanol pha vào xăng sẽ gây tác hại rất lớn (hỏng, cháy động cơ). Trong khi đó, tại Việt Nam, chưa có quy định về hàm lượng tối đa methanol trong xăng, việc kiểm soát pha chế xăng ở các khâu trung gian còn lỏng lẻo.

Điện cực cảm biến SPE. Ảnh: NNC
Nhằm phân tích nhanh, chính xác và kịp thời hàm lượng methanol trong đồ uống có cồn, xăng nhiên liệu, nhóm tác giả Viện Kỹ thuật nhiệt đới (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) đã thực hiện nhiệm vụ KH&CN “Chế tạo cảm biến điện hóa và hệ thiết bị phân tích methanol trong đồ uống có cồn và nhiên liệu xăng”.
Nhóm tác giả đã thiết kế, chế tạo được điện cực in (SPE) ứng dụng làm cảm biến phân tích methanol. Đồng thời, thiết lập, tối ưu điều kiện tổng hợp màng PANI và composite (PANI-Graphen, PANI-CNTs) cho điện cực SPE biến tính. Qua đó, nhóm đã chế tạo thành công thiết bị điện hóa xách tay với hai phiên bản: thiết bị điện hóa xách tay tích hợp màn hình hiển thị PLC, ắc quy cho phép thực hiện các phép đo hiện trường không cần kết nối máy tính và nguồn điện ngoài; và thiết bị điện hóa xách tay kết nối máy tính, nguồn điện ngoài có thể ứng dụng lắp đặt tại các trạm phân tích với đầy đủ các chức năng đo và phân tích điện hóa. Đồng thời, kết nối thành công hai hệ điện hóa trên với điện cực SPE, tạo hệ cảm biến methanol, cho phép phân tích hiện trường hoặc trong phòng thí nghiệm.
Kết quả phân tích methanol trong môi trường NaOH 0,1M cho thấy cảm biến có độ nhạy cao, đáp ứng yêu cầu phân tích đối với các các mẫu đồ uống có cồn và nhiên liệu xăng với nồng độ 50 mg/L đến 10.000 mg/L, thời gian đáp ứng dưới 3 giây, độ lặp lại tốt.
Phân tích methanol trong các mẫu bia rượu bằng cảm biến điện hóa.

Phân tích methanol trong các mẫu bia rượu bằng cảm biến điện hóa Ảnh: NNC
So sánh hoạt động của cảm biến so với phương pháp GC/MS (sắc ký khí ghép đầu dò khối phổ) cho thấy, kết quả phân tích đối chứng mẫu rượu chưng cất (rượu trắng) được thêm 2.000 ppm methanol và mẫu xăng A95 thêm 10.000 ppm methanol, cho kết quả khá tương đồng.
Theo nhóm tác giả, ưu điểm của phương pháp cảm biến là phân tích trực tiếp, trả kết quả nhanh trong khi phương pháp GC/MS đòi hỏi pha loãng mẫu và thời gian phân tích khá lâu.

Theo GS. TS Trần Đại Lâm, Chủ nhiệm đề tài, phân tích định lượng methanol bằng các phân tích chuyên sâu như phương pháp sắc ký tốn nhiều thời gian từ khi lấy mẫu đến khi có kết quả, quy trình phức tạp và chi phí cao. Trong khi đó, sử dụng các kit test tuy đơn giản, giá thành thấp nhưng chỉ định tính khi có mặt methanol trong rượu với nồng độ cao và không phát hiện được khi trong mẫu lẫn các chất khác vốn có trong đồ uống có cồn (rượu giả, rượu kém chất lượng,…). Vì vậy, việc chế tạo thành công cảm biến điện hóa và hệ thiết bị phân tích methanol trong đồ uống có cồn và nhiên liệu xăng của nhóm tác giả, khắc phục các nhược điểm và thay thế các phương pháp nói trên.
Đề tài nghiên cứu đã được Sở KH&CN TPHCM nghiệm thu.