nghiÊn cỨu xÂy dỰng quy trÌnh phÂn tÍch cÁc hỢp chẤt polyclobiphenyl (pcbs) trong...

8/9/2019 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH CÁC HỢP CHẤT POLYCLOBIPHENYL (PCBs) TRONG DẦU BIẾN THẾ VÀ KHẢO SÁT SỰ Ô NHIỄM PCBs…

http://slidepdf.com/reader/full/nghien-cuu-xay-dung-quy-trinh-phan-tich-cac-hop-chat-polyclobiphenyl 1/88

Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T

àu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀUKHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TR ÌNHPHÂN TÍCH CÁC HỢP CHẤT POLYCLOBIPHENYL (PCBs) TRONG DẦU BIẾN THẾ VÀ KHẢO SÁT SỰ Ô NHIỄM PCBs

TRONG DẦU BIẾN THẾ BẰNG PHƯƠNGPHÁP GC/MS

GVHD : TS. PHẠM KIM PHƯƠNG TH.S VŨ THỊ HỒNG PHƯỢNG

SVTH : NGUYỄN VĂN ĐOÀN

VŨNG TÀU, THÁNG 06 NĂM 2012

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON



Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T

àu

MỤC LỤC Trang

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt i

Danh mục các bảng iiDanh mục các hình vẽ, sắc ký đồ và đồ thị iiiLỜI MỞ ĐẦU LỜI CẢM ƠN ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về PCBs 21.1.1. Công thức hóa học 21.1.2. Tính chất vật lý 31.1.3. Tính chất hóa học 41.1.4.Ứng dụng, nguồn xâm nhiễm, tác hại, quy định về tồn lượng của các hợpchất Polyclobiphenyl. 51.1.1.5. Các hợp chất Polyclobiphenyl sử dụng trong nghiên cứu này 71.2. Tổng quan về phương pháp sắc ký và thiết bị phân tích 91.2.1.Đại cương về phương pháp phân tích sắc ký 91.2.2.Sơ lược về phương pháp sắc ký khí 101.2.2.1. Khái niệm 101.2.2.2. Mộtsố đại lượng cơ bản trong sắc ký khí 111.2.2.3.Sơ đồ thiết bị sắc ký khí 131.2.2.4.Định tính và định lượng trong sắc ký khí 191.2.3. K ỹ thuật sắc ký khối phổ 211.2.3.1.Sơ lược nguyên tắchoạt động và cấu tạo 21

1.2.3.2. Bộ phận tiêm mẫu (injector) 231.2.3.3. Cột tách (column) 241.2.3.4. Bộ phân tích khối 24





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T

àu

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Tìm hiểu về phương pháp phân tích 292.1.1.Phân tích đa lượng 29

2.1.2.Phân tích vi lượng 292.1.2.1. Phân tích PCBs bằng phương pháp sắc ký khí 292.1.2.2. Phân tích PCBs bằng phương pháp thử nghiệm miễn dịch ELISA, phương pháp EIA. 322.1.2.3. Phân tích PCBs bằng phương pháp hóa phát quang 332.2. Lựa chọn phương pháp phân tích 332.3.Phương pháp chiết tách hợp chất Polyclobiphenyl 342.3.1.Phương pháp chiết lỏng lỏng 342.3.2.Phương pháp chiết pha rắn 35

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Chuẩn bị 373.1.1. Lấy mẫu 373.1.2. Hóa chất 373.1.3. Thiết bị và dụng cụ 383.2. Khảo sát và hiệu lực hóa phương pháp phân tích 393.2.1. Khảo sátcác thông số của quy tr ình phân tích 393.2.1.1. Các thông số vận hành thiết bị 393.2.1.2. Khảo sát và tối ưu hóa các chương tr ình nhiệt cho cột 393.2.1.3. Khảo sát khoảng tuyến tính 493.2.2. Khảo sát quy tr ình phân tích 513.2.2.1. Khảo sát quy tr ình xử lý mẫu 513.2.2.2. Khảo sát hệ số pha loãng 56

3.2.2.3. Khảo sát hiệu suất thu hồi của quá tr ình phân tích 593.2.2.4. Khảo sát giới hạn phát hiện (MDL) và giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp 62





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T

àu

3.2.3.Ứng dụng quy tr ình phân tích trên mẫu thật 663.2.3.1. Mẫu dầu biến thế thải tại nhà máy nhiệt điện Bà R ịa (PCB-01 C ) 663.2.3.2. Mẫu dầu biến thế sạch tại Tổng kho điện lực BìnhĐịnh (PCB-02 C ) 67

3.2.3.3. Mẫu dầu biến thế thải tại Tổng kho điện lực BìnhĐịnh(PCB-03C

) 683.2.3.4. Mẫu dầu Komart SHD 40 dùng trong xe Oto(PCB-04 C ) 693.2.3.5. Mẫu dầu Mobil Vacuoline 533 dùng trong máy nén khí(PCB-05 C ) 70KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU MỚI TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T

àu

i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

CIS, SIS: Nồng độ và diện tích của chất nội chuẩnCA, SA: Nồng độ và diện tích của chất phân tích DCM: DiclomethanEPA: Hiệp hội bảo vệ môi trường Mỹ

f: Hệ số pha loãngGLC: Sắc ký khí lỏng GSC: Sắc ký khí rắn KPH: Không phát hiện MeOH: Methanol

MLOQ: Giới hạn định lượng của phương pháp MLOD, MDL: Giớihạn phát hiện của phương pháp OCs: Hỗn hợp các thuốc trừ sâu Clo hữu cơ PCBs: Hỗn hợp các hợp chất Polyclobiphenyl PH: Phát hiện H%: Hiệu suất thu hồi RSD%: Độ lệch chuẩn tương đối

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T

àu

ii

DANH MỤC CÁC BẢNG

TrangBảng 1.1Các đồng phân của Polyclobiphenyl 2

Bảng 1.2Tên thương mại của một số hỗn hợp PCB 3Bảng 1.3 Một số đại lượng vật lí của một số hỗn hợp PCBs (Aroclor), ở 25oC 4

Bảng 1.4Hàm lượng tổng số PCBs cho phép theo TCVN 7Bảng 1.5Hàm lượng tổng số PCBs cho phép theo TCVN 7Bảng 1.6Các đồng đẳng của PCBs trong nghiên cứu này 8Bảng 2Bảng so sánh giới hạn phát hiện hợp chất PCBs tr ên một số dầu dò 31Bảng 3.1Danh sách chất PCB trong hợp chất PCB kỹ thuật 38

Bảng 3.2Bảng 6 hợp chất PCB, ion định lượng và ion xác nhận 40

Bảng 3.3Hướng dẫn cách pha chuẩn từ 5ppb đến 1000ppb 49Bảng 3.4Xử lý kết quả phân tích mẫu PCB-1104 theo quy trình phân tích 1 52Bảng 3.5Xử lý kết quả phân tích mẫu PCB-1104 theo quy trình phân tích 2 55Bảng 3.6Xử lý kết quả phân tích của mẫuPCB-1101D 61Bảng 3.7Hướng dẫn phương pháp tính MDL & LOQ 62Bảng 3.8Xử lý kết quả phân tích PCBs của mẫu PCB-1102 64

Bảng 3.9Xử lý kết quả phân tích PCBs của mẫu PCB-1104 65Bảng 3.10Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp 65Bảng 3.11 Xử lý kết quả phân tích PCBs của mẫu PCB-01C 67Bảng 3.12Xử lý kết quả phân tích PCBs của mẫu PCB-02C 68Bảng 3.13Xử lý kết quả phân tích PCBs của mẫu PCB-03C 69Bảng 3.14Xử lý kết quả phân tích PCBs của mẫu PCB-04C 69Bảng 3.15Xử lý kết quả phân tích PCBs của mẫu PCB-05C 70





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T

àu

iii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SẮC KÝ ĐỒ VÀ ĐỒ THỊ

TrangHình 1.1Biểu diễn peak sắc ký của cấu tử A 12Hình 1.2Sơ đồ thiết bị sắc ký khí 13Hình 1.3Sơ đồ diễn tả cấu tạo và chức năng của thiết bị GC/MS 22Hình 1.4 Sơ đồ khối của hệ sắc ký khối phổ (MS block diagram) 22Hình 1.5Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các kỹ thuật tiêm mẫu 23Hình 1.6Các quá trình diễn ra trong bộ phận khối phổ 25Hình 1.7Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của buồng ion hóa 25Hình 1.8 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống tứ cực 27

Hình 1.9Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của detector nhận điện tử 27Hình 3.1Đồ thị nhiệt độ biểu diễn theo chương tr ình nhiệt 1 40Hình 3.2Sắc ký đồ tách 6 hợp chất PCBs trong mẫu PCB-1101 theo chươngtrình nhiệt 1 và peak phóng to của ion 360 (hợp chất PCB 153). 41Hình 3.3Đồ thị nhiệt độ biểu diễn theo chương tr ình nhiệt 2 42Hình 3.4Sắc ký đồ tách 6 hợp chất PCBs trong mẫu PCB-1101 theo chươngtrình nhiệt2 và peak phóng to của ion 360 (hợp chất PCB 153). 42

Hình 3.5Đồ thị nhiệt độ biểu diễn theo chương tr ình nhiệt 3 43Hình 3.6Sắc ký đồ tách 6 hợp chất PCBs trong mẫu PCB-1101 theo chươngtrình nhiệt3 và peak phóng to của ion 360 (hợp chất PCB 153). 44Hình 3.7Đồ thị nhiệt độ biểu diễn theo chương tr ình nhiệt 4 45Hình 3.8Sắc ký đồ tách 6 hợp chất PCBs trong mẫu PCB-1101 theo chươngtrình nhiệt4 và peak phóng to của ion 360 (hợp chất PCB 153). 45Hình 3.9Đồ thị nhiệt độ biểu diễn theo chương tr ình nhiệt 5 46

Hình 3.10Sắc ký đồ tách 6 hợp chất PCBs trong mẫu PCB-1101 theo chươngtrình nhiệt5 và peak phóng to của ion 360 (hợp chất PCB 153). 47Hình 3.11Đồ thị nhiệt độ biểu diễn theo chương tr ình nhiệt 6 48Hình 3.12Sắc ký đồ tách 6 hợp chất PCBs trong mẫu PCB-1101 theo chươngtrình nhiệt6 và peak phóng to của ion 360 (hợp chất PCB 153). 48





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T

àu

iv

Hình 3.13Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa nồng độ và diện tích peak của cáchợp chất PCB 50

Hình 3.14Quy trình 1 phân tích hợp chất PCBs trong mẫu dầu biến thế 51

Hình 3.15Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-1104 theo quy trình phân tích 1 52Hình 3.16Quy trình 2 phân tích hợp chất PCBs trong mẫu dầu biến thế 53Hình 3.17Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-1104 theo quy trình phân tích 2 55Hình 3.18Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-03 với f = 50 56Hình 3.19Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-03 với f = 10 57Hình 3.20Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-03 với f = 100 58Hình 3.21Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-1101D 60Hình 3.22Đồ thị biểu diễn nồng độ các hợ p chất PCBs trong mẫu PCB-1101Dvà nồng độ các hợp chất PCBs trong hỗn hợp chuẩn Clophen A50 61Hình 3.23Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-1102 63Hình 3.24Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-1104 64Hình 3.25Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-01C 66Hình 3.26Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-02C 67Hình 3.27Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-03C 68Hình 3.28Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-04C 69Hình 3.29Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-05C 70





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T

àu

LỜI MỞ ĐẦU

Trên thế giới, người ta đã sản xuất và sử dụng các hợp chất Polyclobiphenyl

(PCBs) r ộng r ãi từ năm 1930 vì nó có nhiều tính năng quý trong công nghiệpnhư: khả năng truyềnnhiệt, cách điện tốt… Việt Nam tuy không sản xuất nhưngcũng đã nhập khẩu một khối lượng lớn khoảng 27000 đến 30000 tấn PCBs từ Nga, Trung Quốc, Rumani… chủ yếu dùng để làm chất cách điện trong máy biếnthế. Nhưng từ những năm 60 của thế kỉ XX, người ta đã đánh giá được ảnhhưởng có hại của PCBs đến sức khỏe con người, như là khả năng gây ung thư vàhàng loạt các ảnh hưởng xấu đến hệ thần kinh, hệ miễn dịch, hệ sinh dục, hệ bàitiết. Kể từ đó PCBs bị hạn chế và bị cấm sử dụng. Tuy hiện nay chúng ta khôngcòn sử dụng các hợp chất này nhưng PCBs vẫn còn bị phát tán ra môi trường.PCBs được tìm thấy có mặt trong hầu hết các môi trường nước, đất, không khí,tích tụ dai dẳng trong các mô mỡ động vật và con người. Các vấn đề sức khỏecủa con người liên quan đến PCBs đã và đang được quan tâm đúng mức[10]. Cáctổ chức môi trường tr ên thế giới đã vàđang tiếp tục giúp đỡ Việt Nam trong việcxây dựng và triển khai quy tr ình thu gom, quản lí và xử lý PCBs. Có thể nói, việcquan tâm thu gom và xử lý PCBs hiện nay có quy mô mang tính toàn cầu.

Với mong muốn khảo sát và kiểm tra hàm lượng PCBs trong dầu biến thếtại một số nhà máy điện trên địa bàn tỉnh Bà R ịa – Vũng Tàu (và có thể mở rộngđịa bàn khảo sát ra một số Tỉnh lân cận), Tôi tiến hành nghiên cứu thực hiện đềtài:“Nghiên cứu xây dựng quy tr ình phân tích các hợp chất Polyclobiphenyl(PCBs) trong dầu biến thế và khảo sát sự ô nhiễm PCBs trong dầu biến thếbằng phương pháp GC/MS”, và sử dụng đề tài này làm bài báo cáo tốt nghiệpĐại học ngành CNKT Hóa học (chuyên ngành Hóa dầu) tại trường ĐH Bà R ịa –

Vũng Tàu, khóa III, tốt nghiệp năm 2012.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T

àu

LỜI CẢM ƠN

Trong su ốt thời gian thực hiện đề tài và hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Em

luôn nh ận được sự quan tâm giúp đỡ tận t ình của tập thể các Thầy Cô giáotrong Khoa Hóa h ọc & CN Thực phẩm , các anh ch ị đang l àm viêc t ại Trung tâm

phân tích công ngh ệ cao Hoàn V ũ. Nhân d ịp này cho phép em xin bày t ỏ sự biếtơn sâu sắc tới:

PGS.TS Nguy ễn Văn Thông, trưởng Khoa Hóa học & CN Thực phẩm.

TS. Ph ạm Kim Phương- Giám đốc Trung tâm phân tích công ngh ệ cao Hoàn V ũ.

Th.s V ũ Thị Hồng Phượng- Trưởng bộ môn Hóa dầu, giảng viên Khoa Hóahọc & CN Th ực phẩm.

Th.s. Lê Minh Qu ốc Cường- Trưởng phòng thí nghi ệm tại Trung tâm Phântích công ngh ệ cao Hoàn V ũ.

Tuy luôn b ận rộn với công việc, songquý th ầy cô v ẫn luôn dành cho em s ựquan tâm trong su ốt quá trình th ực hiện đề t ài nghiên c ứu này.

Em c ũng xin chân thành c ảm ơn BGH Trường Đại Học Bà R ịa – V ũng T àu

đ ã quan tâm giúp đỡ, xem xét cho em được làm đồ án tốt nghiệp này.

Kính chúc quý th ầy cô, Ban l ãnh đạo nhà trường và toàn th ể các anh chịđang làm việc tại Trung tâm phân tích công nghệ cao Hoàn V ũ luôn d ồi d ào s ứckhỏe, thành đạt và h ạnh phúc.

M ột lần nữa em xin chân thành c ảm ơn!

V ũng T àu, ngày 27 tháng 06 năm 2012 SINH VIÊN THỰC HIỆN

Nguyễn Văn Đoàn





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T

àu Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa III – Năm 2012 Trường ĐH BR-VT

Chuyên ngành Hóa D ầu -1- Khoa Hóa h ọc & CN Thực phẩm

ĐẶT VẤN ĐỀ

Mục đích của đề tài:- Xây dựng phương pháp phân tích PCBs trong dầu biến thế. - Khảo sát và tối ưu hóa các thông số của phương pháp, thiết bị phân tích. - Ứ ng dụngquy trình phân tíchđã tối ưu để khảo sát sự ô nhiễm PCBs trong cá

mẫu dầu biến thế tại một số nhà máy điện khu vực phía nam. Nội dung nghiên cứu:

- Tìm hiểu tổng quan về các hợp chất Polyclobiphenyl và tác hại của chúng.

- Tìm hiểu các phương pháp phân tích PCBs và lựa chọn phương pháp phân tíc - Khảo sát các thông số vận hành máy GC/MS.- Khảo sát tối ưu hóa chương tr ình nhiệt cho cột. - Khảo sát khoảng tuyến tính. - Xây dựng quy tr ình phân tích PCBs trong mẫu dầu biến thế. - Khảo sát giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng. - Khảo sát hiệu suất thu hồi của phương pháp.

- Phương pháp lấy mẫu, vị trí lấy mẫu. - Ứng dụng quy tr ình phân tích trên mẫu thật.

Ý ngh ĩa khoa học và thực tiễn: - Xây dựng một quy tr ình phân tích PCBs trong mẫu dầu biến thế đơn giản, giá

thành phân tích r ẻ, độ chính xác và độ chọn lọc cao. - Khảo sát sự ô nhiễm PCBs trong mẫu dầu biến thế, để từ đó đề ra phương phá

quản lý và tiêu hủy các hợp chất này sao cho hợp lý, giảm thiểu ô nhiễm môi

trường, hạn chế tối đa sự ảnh hưởng của các hợp chất này đến sinh vật và conngười.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về PCBs

1.1.1. Công thức hóa học: Polyclobiphenyl (PCBs) là hỗn hợp các hợp chất dẫn xuất clo của Biphen

C12H10-nCln.

Trên lí thuyết, PCBs có 209 đồng phân nhưng người ta chỉ thấy xuất hiện có 13đồng phân trong sản phẩm thương mại.

Bảng 1.1Các đồng phân của Polyclobiphenyl [16]

Các đồng đẳng của PCBs Số nguyên tử Cl Số chất MonoclobiphenylDiclobiphenylTriclobiphenylTetraclobiphenylPentaclobiphenylHexaclobiphenylHeptaclobiphenylOctaclobiphenylNonaclobiphenylDecaclobiphenyl

12345678910

31224424642241231

Sau đây là tên thương mại của hỗn hợp PCBsđược tr ình bàyở bảng 1.2





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



PCBs bền, trơ với acid, bazơ ở nhiệt độ thường thậm chí ngay cả trong mtrường chất oxi hóa có mặt của Oxi, kim loại ở 170oC, nhưng khi ở nhiệt độ cao tr ên

200oC thì các dẫn xuất Clo của biphenyl chỉ tham gia khử điện hóa. Bán phản ứng k

của PCBs:

Eo = 0,5 – 1,0V

3,4,3’,5’,6’-pentaclobiphenyl 3,4,8,10-tetraclodibenzofuran

3,4,6,3’,5’,6’-hexaclobiphenyl 3,4,8,10-tetraclodibenzofuran

1.1.4. Ứng dụng, nguồn xâm nhiễm, tác hại, quy định về tồn lượng của các hợpchất Polyclobiphenyl.

PCBs được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó có các chất lỏng điện môiùngtrong tụ điện và máy biến thế [10], chất lỏng chuyển nhiệt, chất lỏng thủy lực, dầu b





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



trơn, cũng như các chất phụ gia trongthuốc trừ sâu, sơn, giấy coppy không cacbonchất dính và thuốc hãm cho kính hiển vi…

Nhờ tính bền vững về mặt hóa học và sinh hóa cũng như tính hòa tan mạnh trongchất béo, PCBs đã xâm nhập vào chuỗi thức ăn như một chấttích lũy sinh học, kết quảlà cácđộng vật đứng đầu chuỗi này như động vật ăn thịt và con người thường bị nđộc cao hơn nhiều so với thực vật. Có thể tìm thấy PCBs ở khắp nơi trong nước thải bùn đáy sông, trong nước biển, trong đất, trong dầu thải, trong không khí… Ở Nam, PCBs được tìm thấy với hàm lượng cao nhất trong đất là 92µg/gở tỉnh Tây Ninh(khu sân bay cũ) và thường là các hợp chất PCBs có bậc Clo cao. PCBs đi vào môi

trường theo ba con đường chính [4]: do thải bỏ chất thải có PCBs ra các bãi rác r ồi từ đóPCBs xâm nhập vào nước ngầm, ra sông, ra biển; thứ hai là do thiêu đốt không hàntoàn chất thải có chứa PCBs khiến cho PCBs có thể phân tán vào trong khí quyển; thứ ba là do PCBs rò r ỉ từ các thiết bị điện như biến thế, tụ điện. Sự vận chuyển của Ptrong môi trường là do tác động của không khí, nước, động vật và một số con đườngkhác…

Các hợp chất PCBs khá bền, khó bị phân hủy, tồn tại dai dẳng trong môi trưgây tác hại đến môi trường sinh thái và đời sống của sinh vật. PCBs là nguyên nhângây ung thư ở động vật và cũng là tác nhân gây ung thư ở người (PCBs thuộc phân lonhóm độc 2A, IAFRS). PCBs và các hợp chất Clo hữu cơ hợp thành nhóm chất gây rốiloạn nội tiết khi có hàm lượng từ 10-6-10-5M có tác động đến sự sinh sản phát triển vàhoạt động của tuyến nội tiết.

Các biện phápxử lí [1,10]: chôn lấp (khi hàm lượng PCBs < 50ppm), đốt (khi hàmlượng PCBs từ 50 – 500ppm), khử độc trong hệ thống chuyên biệt (khi hàm lượngPCBs lên tới 1.000 – 10.000ppm). Phương pháp khử độc tính sử dụng các chất hóa tấn công vào liên k ết giữa Clo và Cacbon trong phân tử PCBs, dưới những điều kiện phản ứng thích hợp, Clo được tách r a khỏi phân tử Biphenyl và Biphenyl sẽ được tr ùng





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



ngưng tạo thành polymer dưới dạng bùn không tan. Bùn này sẽ được lọc tách ra khỏidầu máy biến thế.

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6984:2001, TCVN 5945:2005 và TCVN7629:2007 ta có giới hạn tổng hàm lượng PCBs trong môi trường như bảng 1.4 và 1.5:

Bảng 1.4Hàm lượng tổng số PCBs cho phép theo TCVN [7,8]

Phân loại Hàm lượng PCBs tổng (mg/L) Nước dùng cho nông nghiệp

và nuôi trồng thủy sản 0,01 – 0,02

Nước thải loại A 0,003Nước thải

Nước thải loại B 0,01 – 0,02Chất thải vô cơ 10

Theo tiêu chuẩn của Hiệp hội bảo vệ môi trường của Mỹ (EPA) Bảng 1.5 Hàm lượng tổng số PCBs cho phép theo TCVN

Phân loại Hàm lượng PCBs tổng (µg/L)

Nước uống Nước ngầm Nước cung cấp cho hoạt động sản xuất

5 10-4 0,02

0,5 mg/L

1.1.5. Các hợp chất Polyclobiphenyl sử dụng trong nghiên cứu nàyTrên thực tế, hỗn hợp PCBs bao gồm các đồng phân từ ít đến nhiều Clo. Điều đó

cho thấy rằng một khi phân tích xác định thấy hàm lượng của bất k ì một PCBs nàotrong thực tế, ở hàm lượng tr ên giới hạn cho phép đều phải thu gom xử lý ngay. Qua tàiliệu tham khảo,tôi nhận thấy hỗn hợp các chất PCBs trong các sản phẩm thương

trên thị trường Việt Nam và thế giới đều có 6 chất PCBs kỹ thuật gồm: PCB 28, PC52, PCB 101, PCB 138, PCB153 và PCB180. Do đó tôi lựa chọn các chất này trongnghiên cứu của mình, và tôi chọn chất PCB 209 để làm chất kiểm soát trong quá trình phân tích mẫu, xem bảng 1.6:





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



C ô n g

t h ứ c

c ấ u

t ạ o

Đ ộ t a n

( m g / l )

0 , 0

8 5 -

0 , 2

6 6

0 , 0

4 6 -

0 , 1

8 4

-

0 . 0

0 1 5 -

0 , 0

0 2 4

0 , 0

0 0 9 5 -

0 , 0

0 1 2

0 , 0

0 0 3 1 -

0 , 0

0 0 5 3

0 , 0

0 0 2 7 -

0 , 0

0 0 4 2

Đ i ể m

c h ả y

Đ i ể m

s ô i ( o

C )

5 7 - 5

8

2 0 6 - 2

0 7

8 6 - 8

9

2 1 0

7 6 , 5 - 7

7 , 5

2 2 8

7 8 , 5 - 8

0

2 5 0

1 0 2 - 1

0 4

2 4 6

1 0 9 - 1

1 0

2 5 8 -

2 8 0

C ô n g

t h ứ c

K h

ố i l ư ợ n g

C 1 2

H 7

C l 3

2 5 7

, 5 4

C 1 2

H 6

C l 4

2 9 1

, 9 9

C 1 2

H 5

C l 5

3 2 6

, 4 3

C 1 2

H 4

C l 6

3 6 0

, 8 8

C 1 2

H 4

C l 6

3 6 0

, 8 8

C 1 2

H 3

C l 7

3 9 5

, 3 2

C 1 2

C l 1

0

4 9 8

, 4

T ê n g ọ i

k h á c

2 , 4 , 4

’ - t r i c l o b i p h e n y

l

2 , 4

’ , 5 , 5

’ - t e t r a c l o b i p h e n y

l

2 , 2

’ , 4 , 5 , 5

’ - p e n

t a c l o b i p h e n y

l

2 , 2

’ , 3 ’ , 4

, 4 ’ , 5 ’ - h e x a c l o

b i p h e n y

l

2 , 2

’ , 4 , 4

’ , 5

, 5 ’ - h e x a c l o

b i p h e n y

l

2 , 2 ’ ,

3 , 4 , 4

’ , 5

, 5 ’ - h e p

t a c l o b i p h e n y l

2 , 2 ’ ,

3 , 3

’ , 4

, 4 ’ , 5

, 5 ’ , 6

, 6 ’ - d e c a c l o

b i p h e n y

l

B ả n g

1 . 6 C á c

đ ồ n

g đ

ẳ n g c

ủ a

P C B s

t r o n g n g

h i ê n c ứ u n

à y

T ê n c h

ấ t

P C B 2 8

P C B 5 2

P C B 1 0 1

P C B 1 3 8

P C B 1 5 3

P C B 1 8 0

P C B 2 0 9





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



1.2. Tổng quan về phương pháp sắc ký và thiết bị phân tích 1.2.1. Đại cương về phương pháp phân tích sắc ký

Phương pháp sắc ký là một trong những phương pháp phân tích được ứng dụr ộng r ãi nhất hiện nay vì là phương pháp có độ nhạy và khả năng định lượng tốt, phùhợp để xác định nhiều đối tượng khác nhau như các chất khó hoặc dễ bay hơi phân cực hay kém phân cực,… Phương pháp này do nhà bác học Nga M.X.Txvet minh ra vào năm 1930.

Nguyên tắc cơ bản của sắc ký là dựa vào sự khác biệt của ái lực của các cấu tửtrong hỗn hợp chất cần phân tích với pha động và pha t ĩnh. Pha động có thể là chất

lỏng hoặc khí có tác dụng lôi kéo các chất cần tách di chuyển trong cột sắc ký có pha t ĩnh. Pha tĩnh là chất lỏng nhớt được phủ tr ên bề mặt bên trong của cột mao quảnhoặc là những hạt chất rắn nhỏ được nhồi vào cột có tác dụng giữ chất ở lại. Để táchđược các chất từ một hỗn hợp cần có sự tác động của pha tĩnh và pha động. Sđộng này đối với từng cấu tử khác nhau là khác nhau. Vì vậy khi cho hỗn hợp chất cần phân tích đi qua bề mặt pha tĩnh thì các cấu tử sẽ bị tách khỏi nhau và từ đó có thể địnhtính cũng như định lượng chúng.

Tùy theo bản chất pha động mà ta chia thành hai loạisắc ký sau: S ắc ký lỏng:Pha động là chất lỏng, có thể sử dụng một loại dung môi hay h

hợp nhiều loại dung môi. Các phương pháp sắc ký lỏng thông dụng gồmký hấp phụ, sắc ký phân bố và sắc ký ion.

S ắc ký khí:Pha động là khí trơ không có lực tương tác hóa học hay vật lý vớichất cần phân tích. Trong phương pháp sắc ký khí dựa vào đầu dò (detector)có thể phân loại thành các k ỹ thuật sau:

Sắc ký khí đầu dò dẫn nhiệt (GC-TCD). Sắc ký khí đầu dò ion hóa ngọn lửa (GC-FID). Sắc ký khí đầu dò bắt điện tử (GC-ECD). Sắc ký khí đầu dò quang hóa ngọn lửa (GC-FPD).





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Sắc ký khí đầu dò ion hóa phát xạ (GC-TID hoặc GC-NPD). Sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS).

1.2.2. Sơ lược về phương pháp sắc ký khí 1.2.2.1. Khái niệm

Phương pháp phân tích sắc ký khí là một trong những phương pháp phân tíchđược ứng dụng rộng r ãi nhất hiện nay trong việc xác định các hợp chất tương đối bay hơi, bền nhiệt. Phương pháp này có độ nhạy và khả năng định lượng tốt.

Sắc ký khí là một phương pháp phân tích có nguyên lý dựa tr ên hai quá trình hấpthụ (hoặc hấp phụ) và giải hấp liên tục giữa pha tĩnh là chất rắn hoặc lỏng và pha động

là chất khí. Do pha động hoàn toàn không có tương tác với chất cần phân tích nên thời gian

lưu giữ của các chất trong cột phân tích chỉ phụ thuộc vào bản chất của tương tác giữachất phân tích với pha tĩnh. Dựa vào sự khác nhau về ái lực giữa chất cần phân tích v pha t ĩnh và nhiệt độ sôi mà các chất cần phân tích trong mẫu được tách ra khỏi nhnhờ sự dịch chuyển liên tục của pha động dọc theo lớp pha tĩnh. Khi pha tĩnh là mộtchất hấp phụ rắn thì k ỹ thuật phân tích được gọi là sắc ký khí-r ắn (GSC). Khi pha tĩnhlà chất lỏng được gắn lên bề mặt của chất mang trơ hoặc được phủ dưới dạng một phim mỏng lên thành cột mao quản thì k ỹ thuật này được gọi là sắc ký khí-lỏng (GLC).

Trong sắc ký khí, các đại lượng thời gian lưu, độ chọn lọc α, số đĩa lý thuycũng được sử dụng để đánh giá khả năng tách các chất trong mẫu phân tích. Tuy ênđiều kiện tiến hành thí nghiệm như nhiệt độ, áp suất, tốc độ dòng… là những yếu tốảnh hưởng đến độ phân giải của các chất.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



1.2.2.2. Một số đại lượng cơ bản trong sắc ký khí Thời gian lưu (t R )

Thời gian này được tính từ lúc nạp mẫu vào cột tách sắc ký cho đến khichất được lôi ra khỏi cột tách ở nồng độ của chất là cực đại.

Ta gọi: tR là thời gian lưu của cấu tử phân tích (phút) t0 là thời gian pha động đi từ đầu cột đến cuối cột, còn gọi là thời

gian chết (phút) tR là thời gian lưu hiệu chỉnh (phút)

tR’ = tR – t0

H ệ số dung lượng Hệ số dung lượng k’ là đại lượng quan trọng nhất trong sắc ký và đượ

bằng thực nghiệm, có thể được tính theo công thức:

' 0

0

Rt t k

t

Nếu k’ ≈ 0, tR≈ t0: chất ra sớm nhất, cột không có khả năng giữ chất lại. Nếu k’ càng lớn (tR càng lớn) chất ở trong cột lâu, thời gian phân tíc

càng dài thì mũi sắc ký càng có khả năng bị tù và thấp xuống, không thể pháthiện được khi nồng độ quá nhỏ.

Nếu k’ nhỏ thì các chất ra nhanh, khả năng tách kém, các peak dễ gần àchập nhau.

Khoảng k’ lý tưởng từ 2-5. Với hỗn hợp phức tạp hơn k’ có thể chấp nhậtrong khoảng 1-20.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Số đĩa lý thuyết N

Số đĩa lý thuyết (N) của cột đặc trưng cho khả năng tách mũi sắc ký

các cấu tử trong hỗn hợp phân tích: 2 2

2 21/2

16 5,54W W

R R

b

t t N

Trong đó: W b là bề rộng đáy của mũi sắc ký W1/2 là bề rộng đáy của mũi sắc ký ở phân nửa chiều cao.

Số đĩa lý thuyết càng lớn và bề rộng W b càng nhỏ thì mũi sắc ký càngnhọn. Khi chiều cao của cột không đổi, số đĩa lý thuyết tăng thì hiệu năng tách

của cột càng cao.

Hình 1.1Biểu diễn peak sắc ký của cấu tử A

Độ chọn lọc α Độ chọn lọc (α) là đại lượng đặc trưng cho khả năng tách hai chất (có

gian lưu gần nhau) của cột. Khi α càng khác 1 thì sự tách của hai chất càng rõ.Độ chọn lọc α thay đổi theo sự thay đổi của thành phần pha động và pha t ĩnh.

2

1

'0 2

'0 1

R

R

t t K

t t K





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Độ phân giải RS

Đây là đại lượng biểu thị r õ ba khả năng của cột sắc ký: sự giải hấp, sự

chọn lọc và hiệu quả tách. R S được xác định theo phương tr ình sau:2 1

'2

'1 2 2

1 1W W 4 1

2

R RS

t t K R N

K

Trong đó: tR1 thời gian lưu của cấu tử thứ nhất tR2 thời gian lưu của cấu tử thứ haiW1 bề rộng đáy của mũi sắc ký thứ nhất W2 bề rộng đáy của mũi sắc ký thứ hai α độ chọn lọc của cột sắc ký cho hai cấu tử 1 và 2.

R S chỉ có ý nghĩa khi áp dụng cho cặp mũi gần nhau nhất R S ≥ 1,5 hai peak tách hoàn toàn khỏi nhau, có thể dùng định lượng. R S ≥1 hai peak tách nhau được, có thể dùng định tính chất phân tích đư

1.2.2.3. Sơ đồ thiết bị sắc ký khí

Hình 1.2Sơ đồ thiết bị sắc ký khí Chú thích: A bìnhđựng khí mang

B bộ lọc và đồng hồ điều chỉnh lưu lượng khí C buồng tiêm mẫu D cột sắc ký E đầu dòF thiết bị ghi nhận và xử lí số liệu (máy tính).





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Khí mang Pha động trong sắc ký khí hay còn gọi là khí mang giữ vai tr ò vận chuyển

chất phân tích dọc theo cột sắc ký và tiếp nhận các phân tử chất phân tích đã bịgiữ lại trước đó giải hấp đi tới để tiếp tục tương tác với các phần khác của bmặt pha tĩnh. Cứ thế khí mang sẽ lôi cuốn các phân tử chất tan đi qua hếsắc ký.

Khí mang trong sắc ký khí thường là các khí trơ như Heli, Nitơ, Argontốc độ dòng khí vào trongđầu dò tùy thuộc vào cấu trúchình học của tế bàonhưng thường khoảng 30ml/phút. Trong sắc ký khí, tốc độ khí mang rất q

tr ọng, đây là yếu tố làm thay đổi đáng kể độ phân giải. Các khí mang phảđộ tinh khiết phân tích >99,995% và tuyệt đối không có vết Oxi và hơi nước vìchúng cóảnh hưởng đến pha tĩnh.

Điều kiện để một khí được sử dụng làm khí mang:- Phân tử lượng nhỏ. - Trơ về mặt hóa học đối với chất phân tích, pha tĩnh, vật liệu làm cột. - Tinh khiết. - Phù hợp với detector sử dụng.

Buồng ti êm Buồng tiêm là nơi khi mẫu được bơm vàosẽ hóa hơi và bị lôi cuốn theo

dòng khí mang Phương pháp tiêm mẫu:

Trong phương pháp sắc ký khí, việc lựa chọn kỹ thuật tiêm và tối ưuđiều kiện tiêm đóng vai tr ò quyết định kết quả phân tích. Hai kỹ thuật tiêmmẫu thường dùng nhất trong sắc ký khí là tiêm chia dòng và không chiadòng.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Tiêm chia dòng:- Mẫu được tiêm vào buồng tiêm, tại đây toàn bộ mẫu được hóa hơi,

đồng thời cuối buồng tiêm van xả được mở ra, phần lớn hơi sẽ theovan ra ngoài, chỉ một phần nhỏ được giữ lại đưa vào cột.

- Tỉ lệ Vra/Vcộtgọi là tỉ lệ chia dòng. Tỉ lệ chia dòng từ 20:1 đến 100:1. - Các thông số để đánh giá phương pháp tiêm chia dòng là nhiệt độ

buồng tiêm, tỉ số chia dòng, áp suất khí mang… - Phương pháp tiêm chia dòng cho mũi sắc ký nhọn, phù hợp về mặt

định tính. Về mặt định lượng thì không tốt bởi vì tỉ lệ chia dòng sẽ

thay đổi tùy thuộc điều kiện tiêm và nhất là đối với các hỗn hợp mẫuchứa các chất có khả năng bay hơi khác nhau.

- Phương pháp tiêm chia dòng phù hợp cho phân tích mẫu có hàmlượng lớn, nhưng không phù hợp cho phân tích lượng vết do lưmẫu vào cột rất ít.

Tiêm không chia dòng:- Toàn bộ mẫu được chuyển thẳng vào cột, tiêm không chia dòng sử

dụng buồng tiêm giống như tiêm chia dòng nhưng khác ở chỗ trongquá trình tiêm mẫu van thoát khí đóng lại. Thời gian tiêm không chiadòng từ 40-49 giây, thể tích tiêm 1-2µl.

- Nhiệt độ cột sắc ký lúc đầu thấp, sau tăng lên. Nhiệt độ đầu thấp hơnnhiệt độ của dung môi 20-30oC, khi vào đầu cột gặp nhiệt độ thấphơn hỗn hợp hơi sẽ đóng lại (chất phân tích và hơi dung môi) vậy sẽ giúp lôi kéo toàn thể chất phân tích trong buồng tiêm vào cột.Khi tăng nhiệt độ hơi dung môi ra trước, các chất phân tích từ từsau cho mũi peak tương đối nhỏ.

- Phương pháp này thích hợp cho phân tích dạng vết, siêu vết nhưngkhông dùng cho chất có nhiệt độ sôi thấp hơn dung môi.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



C ột tách sắc ký khí Quá trình tương tác giữa chất phân tích và pha t ĩnh diễn ra trong cột sắc

ký. Trong thực tế có nhiều dạng cột tách dùng cho các mục đích nghiên cứukhác nhau. Nhìn chung cột sắc ký cần đạt được các yêu cầu sau:

- Đảm bảo trao đổi chất tốt giữa pha tĩnh và pha động. - Độ giảm áp suất nhỏ với một tốc độ khí mang nhất định. - Vật liệu dùng chế tạo cột phải có tính bền ở nhiệt độ cao.

Cột sắc ký được chia thành 2 loại cột nhồi và cột mao quản: Cột nhồi:

Vật liệu làm cột nhồi thường là thủy tinh, polytetrafluoethylene,thép không gỉ, niken hoặc đồng. Chiều dài của cột từ 1-3m. Do các hạtnhồi thường làm giảm áp suất lớn nên các cột thường ngắn hơn 3m.Đường kính của cột khoảng 3,18 đến 6,35 mm. Đối với cột nhồi yquan tr ọng nhất chính là pha t ĩnh của cột bởi nó quyết định tính chọlọc của cột. Pha tĩnh được nhồi trong cột.

Cột nhồi cũng có những ưu điểm nhất định như hệ số lưu giữ cthích hợp với các detector có thể tích lớn, dung lượng mẫu cao, ít cảnh hưởng của chất bẩn trong mẫu nên không đòi hỏi nhiều công tinhchế mẫu.

Cột mao quản: Cột mao quản là loại cột tách có đường kính nhỏ hơn 1mm v

thành trong của cột đượ c tẩm pha tĩnh. Nhờ cấu trúc đặc biệt này củacột mao quản, khí mang sẽ đưa mẫu đi qua cột táchr ất dài (do vậy tínhnăng tách cao) mà không gặp trở kháng gì lớn (độ chênh lệch áp suấtthấp).





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



So với cột nhồi, cột mao quản có ưu điểm là:- Các hỗn hợp phức tạp được tách vơi hiệu suất cao hơn hẳn.

- Tách được cả các chất có cấu trúc hóa học rất gần nhau. - Độ tin cậy cao hơn trong việc nhận biết các cấu tử. - Độ nhạy phát hiện cao hơn. - Giảm thời gian phân tích. - Cho phép nối trực tiếp với khối phổ kế mà không cần bộ tách.

Cột mao quản được chia làm hai loại chính: - C ột WCOT (Wall Coated Open Tubular): k ết cấu gồm một

ống mao quản bằng fused được phủ trực tiếp một lớp pha tĐường kính trong khoảng 0,2-0,5mm. Bề dày df của lớp phat ĩnh này quyết định hệ số lưu giữ và dung lượng của cột. nhiệt độ thường lớp pha tĩnh nàyở dạng sệt gần như đặc. Đâychính là dạng sắc ký khí lỏng. Nếu lớp pha tĩnh không đượgắn lên thành cột mà qua một lớp trung gian thì ta có cộtSCOT (Support Coated Open Tubular) với tính chất giốngnhư cột WCOT. Hầu hết các phép phân tích GC được thhiện tr ên cột WCOT.

- C ột PLOT (Porous Layer Open Tubular): cũng cấu tạo bởimột ống silica nóng chảy nhưng còn có thêm một lớp mỏngcác hạt chất hấp phụ xốp đường kính dP đóng vai tr ò như chấtmang giữa thành trong của cột tách và lớp phim pha tĩnh. Dolực cản áp suất thấp nên có thể sản xuất cột PLOT có độ dàilớn để tăng hiệu quả tách (50-100m). Cột thường có đườngkính trong khoảng 0,53mm.

Việc lựa chọn cột mao quản phụ thuộc vào bản chất và độ phứctạp của mẫu phân tích. Chiều dài cột, đường kính trong của cột, pha





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



t ĩnh và độ dày của lớp phim pha t ĩnh ảnh hưởng đến độ phân giải, thờgian phân tích và độ nhạy của phép đo.

Các hợp chất dùng làm pha t ĩnh thường là các hợp chất bền nhiệt, khó bayhơi có tương tác tốt với chất tan trong mẫu. Việc lựa chọn pha tĩnh trongký khí dựa tr ên nguyên tắc “chất nào giống nhau hòa tan tốt vào nhau”. Cácloại tương tác giữa hóa chất với pha tĩnh như:

- Tương tác loại Van-Der-Vaals giữa hóa chất không phân cực và phat ĩnh không phân cực.

- Tương tác lưỡng cực – lưỡng cực giữa hóa chất phân cực và pha t ĩnh

phân cực. - Tương tác lưỡng cực – lưỡng cực cảm ứng. - Tương tác liên kết hydro. - Tương tác do cấu trúc, hình dạng phân tử (tương tác tách các nhất có

tính triền quang) Một số pha tĩnh thông dụng: - Pha t ĩnh có độ phân cực thấp: dimetylpolysiloxan, metylpolysiloxan - Độ phân cực của pha tĩnh có thể tăng thêm khi thêm các gốc: Ciano,

phenyl… vào các pha t ĩnh có độ phân cực thấp ở tr ên.

Đầu d ò (detector) Detector là bộ phận ghi nhận sự xuất hiện và nồng độ các chất trong dòng

khí mang. Detector có nhiệm vụ chuyển hóa một đại lượng không đại di(nồng độ của các chất được tách khỏi cột sắc ký) thành tín hiệu điện.

Tính chất cần có của detector: độ nhạy cao, có khả năng cho tín hiệu nhiều loại hợp chất, khoảng tuyến tính rộng, cho tín hiệu nhanh, ổn địnhồn định thấp.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Các loại detector thông dụng trong sắc ký khí: - Phổ quát: FID, TCD, MS.

- Chọn lọc: ECD. - Bảo toàn chất phân tích: TCD. - Phá hủy chất phân tích: ECD, FPD, FID, MS.

1.2.2.4. Định tính và định lượng trong sắc ký khí Định tính:

Dựa vào thời gian lưu tR của cấu tử phântích và thời gian lưu của chất chuẩntrong cùng điều kiện phân tích sắc ký. Tuy nhiên thời gian lưu không đảm bảo hai chấ

trùng nhau hoàn toàn, để đảm bảo hơn cho việc định danh có thể so sánh thời giacủa chất phân tích và chất chuẩn tr ên hai pha t ĩ nh khác nhau.

Định lượng: Diện tíchmũi sắc ký tr ên sắc ký đồ tỉ lệ vớ i nồng độ của chất từ đó có thể tính

được chính xác nồng độ của mỗi thành phần trong hỗn hợp. Có hai phương pháp dùnđể định lượng:

Phương pháp ngoại chuẩn: So sánh tr ực tiếp diện tíchmũi sắc ký của mẫu theo diện tích mũi sắ

ký của chất chuẩn từ đó suy ra nồng độ của mẫu. Trong phương pháp này dùng chất chuẩn tinh khiết của chất cần

định pha thành nhiều nồng độ khác nhau, dựng đường chuẩn theo ditích mũi tr ên sắc ký đồ và nồng độ chất phân tích. Dựa vào đường chuẩvà diện tích mũi của chất cần phân tích tr ên sắc ký đồ có thể suy ra nồngđộ chất cần phân tích.

Phương tr ìnhđường chuẩn cho phương pháp ngoại chuẩn: S = Kc + b

Trong đó: S diện tích mũi sắc ký C nồng độ chất phân tích





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Phương pháp nội chuẩn Phương pháp nội chuẩn nhằm hạn chế sai số do thể tích mẫu vào cột

không bằng nhau ở mỗi lần tiêm. Chất nội chuẩn được thêm vào mẫu vàdung dịch chuẩn ở cùng nồng độ. Thay vì dựng đường chuẩn theo diệntích peak, nồng độ, tasẽ dựng đồ thị dùng tỉ lệ diện tích peak của chấtchuẩn và nội chuẩn theo tỷ lệ nồng độ của chất chuẩn và nội chuẩn.

Phương tr ìnhđường chuẩn trong phương pháp nội chuẩn:

IS IS

X X S C k b

S C

Trong đó: SX, SIS diện tích của chất cần phân tích và chất nội chuẩn. CX, CIS nồng độ chất cần phân tích và chất nội chuẩn.

Điều kiện của chất nội chuẩn:

- Có tính chất hóa lí gần giống với chất cần phân tích. - Chất nội chuẩn không có mặt trong thành phần của mẫu. - Không phản ứng với các chất trong hỗn hợp, chất nhồi cột. - Cường độ tín hiệu đo tương đương với chất cần phân tích.

- Cho 1 peak riêng biệt không chập với các peak khác. Khônchứa tạp chất có thời gian lưu trùng với chất phân tích.

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp nội chuẩn:

Ưu điểm: có thể loại trừ các lỗi khi tiêm, độ lặp lại cao hơn, k ết quả chính xác hơn, tránh được sai số do thể tích mẫu đưa máy sắc ký không đều nhau.

Nhược điểm: sự phân tách các chất sẽ khó hơn, khó tìm đượcchất nội chuẩn thích hợp thỏa mãn cácđều kiện tr ên.

Phương pháp thêm chuẩn Phương pháp này thường được dùng khi có sự ảnh hưởng của các

chất khác.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Nguyên t ắc: chất chuẩn đượcthêm vào dung dich mẫu thử khi tiếnhành phân tích sắc ký, tiến hành phân tích sắc ký trong cùng điều kiện

với mẫu thử không thêm chuẩn. Có thể tiếnhành thêm chuẩn 1 lần khi có nồng độ chất phân tíchtrong mẫu là:

X X

C C S

S

Trong đó: ∆C, ∆S biến thiên nồng độ và diện tích của peak. SX, CX diện tích của các đỉnh và nồng độ chất

phân tích trong mẫu thử. Khi tiến hành thêm chuẩn nhiều lần, nồng độ của chất phân tíchtrong mẫu được xác định bằng phương pháp phân tích hồi quy.

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp: Ưu điểm: phương pháp này có độ chính xác cao, loại trừ đư

các yếu tố ảnh hưởng (các thay đổi về nhiệt độ, áp suất được bù tr ừtrong đường chuẩn và khôngảnh hưởng đến kết quả định lượng).

Nhược điểm: phương pháp này tốn thời gian vì phải chuẩn hóatừng mẫu.

1.2.3. Kỹ thuật sắc ký khối phổ 1.2.3.1. Sơ lược nguyên tắc hoạt động và cấu tạo

Các hợp chất hữu cơ sẽ được phân tách sau khi qua khỏi cột sắc ký khí dựa vào sựtương tác khác nhau giữa các chất phân tích với pha tĩnh. Việc định danh và định lsẽ được thực hiện thông qua đầu dò khối phổ, dựa vào phổ khối của từng mảnh ion

cũng như cấu trúc hóa học của chúng. Dựa vào diện tích peak hay chiều cao peak củanhững mảnh ion đặc trưng của dung dịch mẫu và dung dịch chuẩn, việc định lượng sẽđược thực hiện.

Hệ sắc ký ghép khối phổ bao gồm 2 bộ phận chính đó là hệ sắc ký và bộ khối phổ.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Hình 1.3Sơ đồ diễn tả cấu tạo và chức năng của thiết bị GC/MS

Hình 1.4 Sơ đồ khối của hệ sắc ký khối phổ (MS block diagram) Trong hệ thống được tr ình bàyở tr ên, hệ thống sắc ký khí khối phổ có các b

phận chính sau: hệ sắc ký (bộ tiêm mẫu, cột sắc ký) và bộ khối phổ (nguồn ion, bộ phân giải khối, detector).

Trong đó, hệ sắc ký khí đóng vai tr ò là công cụ tách các thành phần chứa tronghỗn hợp mẫu ra khỏi nhau dựa vào độ ái lực khác nhau với pha tĩnh và chiều dài cột,cùng với một chương tr ình nhiệt, sau đó các thành phần lần lượt được chuyển vào hệthống phân tích khối phổ (Mass spectrometer – MS) thông qua một dẫn được gọi làTransfer line.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Sau khi ra khỏi hệ sắc ký chất phân tích sẽ bị ion hóa tại nguồn ion và các ion nàyđược phân tích khi đi qua bộ phân giải khối, từ đó tín hiệu sẽ được ghi nhận và xử lý

tại detector. 1.2.3.2. Bộ phận tiêm mẫu (injector)

Các k ỹ thuật ti êm m ẫu Đối với hệ sắc ký, bộ phận quan trọng cần được quan tâm đến đầu tiên là bộ

phận tiêm mẫu (injector), trong sắc ký khí cột mao quản hiện nay có một số kỹ ttiêm phổ biến như: tiêm chia dòng (split), không chia dòng (splitless), tiêm tr ực tiếp(on column injector), tiêm có sử dụng chương tr ình nhiệt và áp suất (PTV: Programn

Temperature Vaporizer).

(a) (b) (c)(a. Tiêm chia/không chia dòng; b. Tiêm trên c ột; c. Tiêm PTV)

Hình 1.5Cấu tạovà nguyên lý hoạt động của các kỹ thuật tiêm mẫu Đối với kỹ thuật tiêm split/splitless toàn bộ mẫu sau khi được tiêm sẽ được hóa

hơi hoàn toàn trong liner. Sau đó mẫu sẽ được chia theo tỉ lệ nhất định giữa cột và vanchia. Chính vì vậy van chia có tác dụng như là pha loãng mẫu, đối với những mẫu phứctạp, mẫu dơ.

Đối với kỹ thuật tiêm on column, mẫu sẽ được tiêm tr ực tiếp vào đầu cột, nhưthế sẽ loại bỏ được những yếu tố ảnh hưởng khác xảy ra trong liner.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



1.2.3.3. Cột tách (column) Đây là bộ phận chính nhằm tách các cấu tử phân tích khỏi các tạp chất hoặc tác

chúng riêng biệt nhau cho thuận tiện việc định danh và định lượng. Hiện nay ngườchủ yếu dùng cột mao quản cho hệ sắc ký khí dùng cho phân tích.

Cấu tạo gồm một ống silic nung chảy bọc ngoài bằng một lớp film polymide chịunhiệt đến tr ên 400oC, hoặc bằng một lớp nhôm chịu nhiệt. Pha tĩnh được tráng bêntrong thànhống được làm bằng chuỗi polymer với độ phân cực khác nhau tùy theoứngdụng.

Với cột mao quản, độ phân giải, độ nhạy không những phụ thuộc vào chất làm

pha t ĩnh mà còn phụ thuộc vào kích thước cột (chiều dài cột, đường kính trong, bề dàylớp film), hiện nay người ta thường dùng cột với chiều dài khoảng 10-100m, phổ biếnnhất là 30m với đường kính trong từ 0,1 đến 0,53mm, chiều dày lớp film từ 0,1-5µm.Mỗi loại cột sẽ được sử dụng trong một khoảng nhiệt độ nhất định, thông thườngkhoảng 60 đến 300oC (đối với cột không phân cực hoặc ít phân cực) và thấp hơn đốivới những cột có độ phân cực trung bình cao (40đến 240oC). Tuy nhiên cũng có mộtsố cột được chế tạo đặc biệt sử dụng cho những chất khó bay hơi, có thể chịu nhi400oC như DB-5HT, HT5, DB-17HT…

Đối với những hợp chất khó bay hơi, khó bị phân hủy nhiệt như PCBs nêdụng cột có lớp film mỏng, chịu được nhiệt cao tránh tình tr ạng chất phân tích bị giữlâu trong cột, dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao. Bên cạnh đó, đường kính trong cột vừa phải không quá nhỏ để việc tách các cấu tử tốt, độ phân giải cao. 1.2.3.4. Bộ phân tích khối

Ion sourceCác thành phần trong mẫu sau khi ra khỏi cột lần lượt được chuyển vào hệ

thống phân tích khổi phổ (Mass spectrometer – MS) thông qua một đường dẫn gọi làtransfer line.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Có thể tóm gọn gồm 4 bước diễn tả trong hệ thống phổ kế (MS): Quá tr ình ionhóa (ionization)→ Quá tr ình phân tách khối (mass analysis) → phát hiện tín hiệu

(detector)→ ghi nhận tín hiệu (Recording).Các quá trình nàyđược mô tả như hình 3.6 dưới đây:

Hình 1.6Các quá trình diễn ra trong bộ phận khối phổ Trước tiên các hợp chất sẽ vào nguồn ion (Ion Source), tại đây quá tr ình ion hóa

sẽ diễn ra. Có nhiều phương pháp ion hóa sử dụng trong khối phổ nhưng phương p

tương tác điện tử (EI) được sử dụng phổ biến nhất. Dựa vào năng lượng thế á

phân tử trung hòa sẽ tương tác, va chạm với các electron làm phân tử bị mất hoặc thừa,hoặc bị phân hủy mảnh tạo thành các ion.

Hình 1.7Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của buồng ion hóa





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Detector giống như hệ thống quang điện trong máy quang phổ UV-VIS. Mỗimột dynode được cấp một thế cao hơn dynode kế tiếp. Những bề mặt dynode này sẽ

phát e ‾ khi tác động bởi năng lượng của ion hay e‾, với 20 dynode có thể thu đượlợi lên đến 107, do đó cho một khả năng khuếch đại dòng e ‾ cao tạo nên tín hiệu lớn dùchỉ với một lượng ion mẫu bé (<ng). Tín hiệu này một lẫn nữa được khuếch đại vàđược chuyển thành tín hiệu phổ ghi liên tục cường độ của khối quét theo thời gian nh bộ giao tiếp giữa máy khối phổ và hệ thống thu, xử lý dữ liệu, thường là hệ vi tính cótốc độ xử lý nhanh.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Tìm hiểu về phương pháp phân tích

2.1.1. Phân tích đa lượng Trong các mẫu dầu biến thế hàm lượng PCBs cỡ vài chục ppm, và PCBs thường

được phân tích với thiết bị sắc ký. Sau đây là một số đầu dò đi kèm với máy sắc ký đểcó thể phân tích hàm lượng PCBs trong một số loại mẫu [1].

S ắc ký khí cột nhồi, đầu d ò ECD (GC/ECD): phân tích được các mẫu dầu tr àn,mẫu dầu biến thế,… Phương pháp này có độ nhạy cao, rẻ tiền.

S ắc ký cột mao quản (Capillary Column Gas Chromatography): phân tíchđược cả mẫu rắn và mẫu lỏng. Sắc ký cột mao quản có thể sử dụng cùng vớiđầu dò ECD và cả đầu dò dẫn điện. Nó nhanh hơn và chọn lọc hơn so với ský khí cột nhồi.

S ắc ký khí, đầu d ò d ẫn điện (Hall Electrolytic Conductivity Detector):dùng phân tích mẫu dầuvà mẫu lỏng. Phương pháp này thì chọn lọc với PCBs trongmẫu dầu thải, chất lỏng thủy lực, chất lỏng tụ điện và dầu trong máy biến thếnhưng lại không chính xác bằng sắc ký khí đầu dò ECD.

S ắc ký khí khổi phổ (GC/MS): đây là phương pháp cho kết quả định tính vàđịnh lượng tốt các đồng phân PCBs, độ nhạy cao và giới hạn phát hiện thấp.

Chiết nhiệt động, sắc ký khí, khối phổ (TE/GC/MS): phân tích được mẫu đất,mẫu bùn và chất thải rắn.

2.1.2. Phân tích vi lượng 2.1.2.1. Phân tích PCBs bằng phương pháp sắc ký khí

Nguyên t ắc: Các hợp chất PCBs có nhiệt độ sôi tương đối cao, phân tử lượnkhông quá lớn, bền nhiệt, thích hợp phân tích bằng phương pháp sắc ký khí. Sauhỗn hợp chất phân tích được tách ra khỏi hệ thống sắc ký khí, việc xác định có thhợp với các đầu dò khối phổ (MS), có thể lấy khổi phổ một hoặc nhiều lần, đầu dò bắtđiện tử (ECD), đầu dò phát xạ nguyên tử (AED)…





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Xác định PCBs với đầu d ò MS: Nguyên t ắc: chất phân tích sau khi được tách qua hệ thốngsắc ký khí

được đưa đến đầu dò khối phổ. Tại đây sẽ diễn raquá trình ion hóa các chấtcần phân tích. Ion sinh ra được tập trung và được đưa vào bộ phân tích kMỗi ion phẫn tích sẽ có một giá trị m/z xác định và dựa vào giá tr ị này màchúng được tách chọn lọc ra khỏi bộ phận phân tích khối. Dựa vào khối phổthu được có thể nhận danh và định lượng chất phân tích. Bộ phân tích khốthể là một tứ cực, hệ thống ba cực hoặc bẫy ion.

K ỹ thuật GC/MS cho thông tin về định danh và định lượng tốt hơnì

ngoài thu nhập thông tin từ thời gian lưu tR ta còn thu thập thông tin từ các giátr ị m/z so sánh trong thư viện phổ chuẩn. Ngoài ra k ỹ thuật này tiến hành vớilượng mẫu ít hơn, ít bị nhiễu nền hơn, nhưng thiết bị đắt tiềnvà phức tạp hơn. Ngày nay, đây là kỹ thuật phân tích “lí tưởng”. Độ đúng RSD% < 10%.

Trong thực tế dùng GC_HRMS (High Resolution MS) với độ phân giải8.000 để phân tích tr ên các mẫu đất phức tạp, khi đó loại bỏ ảnh hưởng đượnhiễu nền vì thuđược nhiều thông tin của mảnh phổ ghi nhận. Với các PCcó trên 5Clo ít chịu ảnh hưởng của nền mẫu khi xác định bằng đầu dò này.LOD của phương pháp từ 0,2 – 0,9 pg/L[10].

Xác định PCBs với đầu d ò AED: Nguyên t ắc: Loại đầu dò dựa tr ên sự phát xạ nguyên tử AED (Atomic

emission detection), dựa tr ên phổ phát xạ của các nguyên tử C (λem = 248nm),nguyên tử H (λem = 486nm), Clo (λem = 479nm), Brom (λem = 478nm).

Ưu và nhược điểm:

Ưu điểm: Kỹ thuật này ít bị nhiễu nền, yêu cầu xử lý mẫu cần phảiloại sạch vết Lưu huỳnh (λem nằm trong vùng khảo sát của các nguyên tố tr ên),thời gian xử lý mẫu nhanh. Đầu dò này chọn lọcvới hợp chất Clo, khả năng phân tách tốt các đồng phân cho phép định lượng chính xác.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Nhược điểm: Kém nhạy hơn các kỹ thuật khác (cần phải làm sạchlượng vết lưu huỳnh trong mẫu) và yêu cầu phải phân tích một lượng mẫu lớn

hoặc nồng độ PCBs trong mẫu phảicao. Xác định với đầu d ò ECD

Nguyên t ắc: Đầu dò bao gồm một nguồn ion hóa chứa nguồn phóng x phát ra tiaβ. Trong quá trình phân tích, dòng khí N2 đi vào trong tế bào nơi đócó chứa khí được ion hóa bởi tia β và giải phóng các điện tử tự do, do vậy luôncó dòngđiện cố định (dòng chuẩn). Nếu hợp chất chứa các nguyên tố có độâm điện lớn như F, Cl, O, S… đi vào trong tế bào sẽ nhận các điện tử tự do

nên dòng chuẩn sẽ giảm xuống. Tín hiệu đầu ra được ghi nhận bởi sự khuđại và đảo ngược của dòng chuẩn.

Ưu và nhược điểm: Ưu điểm: Đây là k ỹ thuật hay được dùng để phân tích các hợp ch

chứa Clo nhất, vì cóđộ chọn lọc, độ nhạy cao, kỹ thuật tiến hành đơn giản. Nhược điểm: Đầu dò ECD r ất nhạy với các hợp chất giàu điện tử nên

với nền mẫu phức tạp có nhiều chất chứa nguyên tố có độ âm điện cao vẫn chotín hiệu gây nhiễu, gây khó khăn trong định tính và định lượng.

Bảng 2Bảng so sánh giới hạn phát hiện hợp chất PCBs tr ên một số dầu dò

Giới hạn phát hiện (pg/kg mẫu đất khô) Số Cl PCBGC-ECD GC-LRMS GC-HRMS GC-AED

135

67910

129104

154188206209

0,0350,0190,014

0,0120,0090,0110,014

0,93,85,1

0,40,75,37,5

0,46,348,4

0,91,347,6210,7

1125,7487,8318,1

332,6304,9430,4472,1





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



2.1.2.2. Phân tích PCBs bằng phương pháp thử nghiệm miễn dịch ELISA.ELISA là phương pháp kiểm tra nhanh, có thể sử dụng cho phân tích hiện trư

Cơ sở định lượng của phương pháp ELISA dựa tr ên thử nghiệm miễn dich giữa chấtchất kháng nguyên đặc hiệu và chất kháng thể. Đó là sự cạnh tranh của enzim cộng hợpvà PCBs trong mẫu. PCBs được cố định tr ên các giếng microtiter. Trong quá tr ình thửnghiệm, mẫu và enzim cộng hợp được cho vào giếng trong đó đã có sẵn kháng thể.Thuốc trong mẫu sẽ cạnh tranh với enzim cộng hợp để gắn vào lượng giới hạn thể PCBs có trong giếng. PCBs có phản ứng hóa học với tác nhân màu (3,3’,5,5’-tetramethylbenzidine) và enzim (hydrogen peroxide). Phản ứng ngưng khi ta thêm

H2SO4 2M, đo phổ hấp thu ở bước sóng 450nm. Định lượng theo phương tr ình:

0

log ln A

Ba C b

B

Trong đó: B là độ hấp thu của mẫu thật ở bước sóng 450nm. B0 là độ hấp thu của mẫu trắng ở bước sóng 450nm.

Các bước tiến hành với độ kit ELISA đơn giản, khâu xử lý mẫu đơn giản, kinhcó thể xác định PCBs trong khoảng nồng độ tuyến tính của bộ kit là 0,05 – 5ppm. Tuy

nhiên, bộ kit ELISA được dùng cho phép phân tích bán định lượng và thường chỉ dùngđể phân tích những nền mẫu phân cực như nước, đất, sữa…

Để phân tích tr ên nền mẫu không phân cực như mẫu dầu thì người ta xây dựng bộkit thử nghiệm miễn dịch EIA. Nguyên tắc phương pháp này cũng dựa tr ên gián tiếpđịnh lượng PCBs qua phản ứng miễn dịch phát triển trên cơ sở của phương ELISA k ết hợp thêm các bước táchchiết và làm sạch. Với phương pháp này yêu cầuxử lý mẫu chiết LLE với DMSO, làm sạch với KOH-MeOH sau đó với H2SO4 r ồi choqua cột SPE, rửa giải với Hexan, thổi khô dung môi, sau đó định mức lại dung MeOH. Hàm lượng PCBs có thể định lượng bằng phương pháp này nằm trong kh30 – 1.000 ng/mL. Phương pháp này càng nhạy khi số lượng Cl trong phân tử Pcàng lớ n.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



2.3. Phương pháp chiết tách hợp chất Polyclobiphenyl2.3.1. Phương pháp chiết lỏng lỏng

Nguyên t ắc: hỗn hợp PCBs có độ phân cực từ trung bình đến không phân cực. Nguyên tắc tách các chất PCBs ra khỏi mẫu dựa vào lực tương tác của các chất này vớicác dung môi khác nhau trong hệ. Hiệu quả của một dung môi chiết phụ thuộc chủ yếuvào ái lực của chất tan với dung môi chiết (K D), tỷ số pha (V) và số lần chiết (n). Từcác khảo sát người ta lựa chọn hỗn hợp các dung môi có độ phân cực khác nhau có thể tách chiết tốt nhất hỗn hợp này.

Có thể tiến hành tách chiết dung môi với các thiết bị hỗ trợ nhưchiết Soxhlet, chiết

siêu âm, có thể kết hợp đồng thời các hệ thống chiết tách nêu trên. Hỗn hợp các dungmôi chiết có thể là n-Hexan, n-Hexan-Diclometan, Cyclohexan-Aceton, HexaAceton, Diclometan, Toluen, Diclometan-Aceton. K ỹ thuật chiếtASE (AcceleratedSolvent Extraction), MAE (Microwave Accelerate Extract) là các k ỹ thuật chiết lỏnglỏng dựa tr ên sự phân bố lại giữa chất tan trong nền mẫu và dung môi chiết tách thíchhợp. Chiết ASE thích hợp cho phân tích mẫu đất chứa PCBs có hàm lượng đủ lớn vàmẫu tương đối sạch (ít các hợp chất hữu cơ, các hàm lượng C, S thấp) với hiệu suấtchiết H% từ 77-114%, thời gian chiết ASE nhanh hơn chiết SohletH%>60%, chiếtSFE.

Ưu và nhược điểm của phương pháp:

Ưu điểm: hiệu suất tách cao H%TB > 90%. Đây là phương pháp tách chiếtruyền thống, có thể áp dụng cho nhiều đối tượng mẫu.

Nhược điểm: chiết pha lỏngdùng một lượng dung môi đủ lớn để chiết mộlượng mẫu có thể phân tích được bằng sắc ký. Hệ số làm giàu thấp hơn chiết pha rắn. Có hiện tượng tạo nhũ tương, ảnh hưởng đến sự phân bố của chất phân tích trondung môi chiết.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



2.3.2. Phương pháp chiết pha rắn Nguyên t ắc: ở phương pháp này dựa vào tương quan lực tương tác của các chấ

trong mẫu với pha động (dung môi), và pha t ĩnh (chất hấp phụ tr ên pha r ắn). Tùy vàođộ phân cực của pha độngvà pha t ĩnh mà ta phân loại thành sắc ký pha thuận (phađộng phân cực hơn pha tĩnh) và sắc ký pha đảo (pha động kém phân cực hơn pha tĩnh

Các k ỹ thuật chiết pha rắn haydùng để tách chiết PCBs từmẫu: kỹ thuật vi chiết pha r ắn (SMPE), kỹ thuật chiết pha đảo tr ên cột C18, kỹ thuật chiết SFE…

Ưu điểm chiết pha rắn hơn chiết lỏng lỏng:hiệu suất thu hồi > 90%. Quy tr ìnhnhanh dễ tự động hóa. Ít tốn dung môi do đó ít độc hại. Hệ số làm giàu mẫu cao, có thể

k ết hợp tách chiết và làm giàu, làm sạch. M ột số kỹ thuật chiết PCBs ra khỏi nền mẫu bằng chiết pha rắn (SPE):

K ỹ thuật chiết SPEthông thường: đối với các hợp chất PCBs khi sử dụn phương pháp chiết pha rắn có thể sử dụng các chất hấp phụ là C18, silicagen, silica lỗxốp được gắn hợp chất diol (Diol Sep-pak), Florisil, Al2O3, amino propylsilane. Các bước thực hiện tuần tự: hoạt hóa cột chứa chất hấp phụ, chuyển chất phân tích lên cột,r ửa các tạp chất ảnh hưởng, rút khô, rửa giải bằng dung môi thích hợp, đuổi dungđịnh mức lại bằng dung môi thích hợp. Hiện nay phương pháp tách chiết, làm giàu, làmsạch với cột chiết pha rắn đượcdùng r ộng r ãi. Bước giải hấp thực hiện với các dungmôi không phân cực Toluen, Hexan(dùng nhiều nhất), diclometan, đến hơi phân cựDietylte, Etyl acetat, hoặc hỗn hợp các dung môi trên. Thông thường quy định chtách PCBs ra khỏi nền mẫu có nhiều chất béodùng hai cột là Florisil r ửa giải với hỗnhợp Diclometan: Hexan (1:4), sau đó làm sạch tr ên cột Silicagen với dung môi r ửa giảilà Hexan, hoặc cũng có thể tiến hành chiết và làm sạch tr ên cột Silicagen và Silicagenđược sử lý với H2SO4 (tỉ lệ m/m 44%), với một số mẫu nước cũng có thể tách chiết êncột C18 với dung môi rửa giải là Toluen và làm sạch qua cột Florisil vớ i dung môi r ửagiải là hỗn hợp Dietylete : Hexan (5%), hay dùng k ết hợp 2 cột Silicagen chiết tách và





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



cột Alumina (Al2O3) làm sạch. Hiệu suất thu hồi cao 80-120%. Với các mẫu đất cóhàm lượng lưu huỳnh nhiều có thể tiến hành loại lưu huỳnh bằng bột Cu.

Với chất hấp phụ là C18 thích hợp khi phân tích các mẫu nước. Thích hợdùng với các chất phân tích có độ phân cực từ thấp đến không phân cực, sử dụnhấp phụ các chất kị nước. Đôi khi để tăng tính hấp phụ của PCBs tr ên bề mặt chất hấp phụ có thểthêm một số chất điện hoạt như NaCl vì các chất này sẽ giảm độ hòa tanPCBs trong nền mẫu với hiệu suất thu hồi sau chiết > 95%.

K ỹ thuật vi chiết pha rắn SPME (Solid-Phase Micro Extraction): dựa trên cơchế hấp phụ của các hợp chất hữu cơ cần phân tích từ pha nước hoặc pha khí lên sợi

Silica được phủ các chất hấp phụ thích hợp PDMS/DVB (divinyl benze polymetylsiloxan (PDMS), poliacrylat… các hợp chất bám tr ên sợi Silica sẽ được giảihấp trực tiếp vào buồng hóa hơi của thiết bị sắc ký. Kỹ thuật này hiện nay được ápdụng nhiều vì tiến hành nhanh, không dùng dung môi như ở chiết lỏng lỏng, chiết phr ắn thông thường, loại trừ được cản nhiễu và thích hợp phân tích cho các hợp chất hữucơ dễ bay hơi như PHAs, hay phân tích cho các mẫu sinh học. Hiệu suất thu hồ độ lệch chuẩn thấp từ 3% (PCB52) đến 12% (PCB289), LOD = 1pg/Ml.

K ỹ thuật chiết với chất lỏng siêu tới hạn SFE (Supercritical Fluid Ectraction):lựa chọn pha tĩnh thích hợp (thường là Florisil) để hấp phụ chất phân tích, sau đódùng“dung môi” giải hấp là CO2 siêu tới hạn. “Dung môi” sạch sẽ không có nhiễm bẩn àmất mẫu trong quy tr ình xử lí mẫu, do vậy giới hạn phát hiện thấp cỡ 2ppt.H% > 87%.Có thể ghép để chiết trực tiếp rồi đưa vào hệ thống phân tích SFE-GC/MS. Tuy nhiênthiết bị đắt tiền thường đikèm với bộ tiêm mẫu tự động, bộ nạp CO2 duy trìở nhiệt độthấp -30oC đến-40oC, áp suất cao để duy tr ì tr ạng thái siêu tới hạn, giá thành phân tíchcao.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



CHƯƠNG3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Chuẩn bị

3.1.1. Lấy mẫu Xác định địa điểm cần lẫy mẫu để phụcvụ cho việc nghiên cứu. Mẫu sau khi lấy phải đươc để trong lọ thủy tinh đã được làm sạch và sấy khô, cónắp kín và phải tiến hành phân tích mẫu ngay, nếu không thể thực hiện việc phântích ngay được, phải lưu mẫutrong khu vực khô ráo, thoáng mát và tối cho đếnkhi tiến hành việc phân tích.

Lấy ít nhất 250 gam mẫu đại diện Những mẫu đã bị hư hỏng hoặc lưu trữ quá4 tuần không nên sử dụng cho quátrình phân tích.

3.1.2. Hóa chất n-Hexan tinh khiết hóa học. iso-octan tinh khiết hóa học. Aceton tinh khiết hóa học. Cột Florisil. Acid sulfuric đậm đặc. Nước cất. Chất kiểm soát là PCB 209 (2,2’,3,3’,4,4’,5,5’,6,6’-decaclobiphenyl) nồng độ5ppm và 20ppm.

Hỗn hợp dung dịch chất chuẩn PCBs Mix 1, chuẩn được pha trong iso-octan nồngđộ 10µg/L (PCBs Mix-1, 10ppm) được pha từchuẩn gốc độ tinh khiết 99%, hỗnhợp chất chuẩn gồm các chất sau:





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Bảng 3.1Danh sách chất PCB trong hợp chất PCB kỹ thuật [15]

STT Tên chất Tên gọi khác Nồng độ

µg/L123456

2,4,4’-triclobiphenyl2,4’,5,5’-tetraclobiphenyl2,2’,4,5,5’-pentaclobiphenyl2,2’,4,4’,5,5’-hexaclobiphenyl2,2’,3’,4,4’,5’-hexaclobiphenyl2,2’,3,4,4’,5,5’-heptaclobiphenyl

PCB28PCB 52PCB 101PCB 153PCB 138PCB180

101010101010

3.1.3. Thiết bị và dụng cụ Pipet 2ml, 4ml và bóp cao su. Pasteur Pipettes và nút cao su phù hợp. Micro pipet loại: 10µl, 200µl và 1000µl. Bìnhđịnh mức 10ml. Lọ thủy tinh 15ml.

Ống Hach 10ml. Vial 1ml dung cho máy sắc ký khí GC/MS và GC/MS/MS. Giá đỡ và dụng cụ cần thiết. Hệ thống thổi khô bằng N2. Hệ thống cô quay. Máy li tâm. Máy Vortex.

Máy sắc kýkhí cột mao quản đầu dò khối phổ GC/MS và GC/MS/MS. Hệ thống máy tính tiếp nhận và xử lý số liệu.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



3.2. Khảo sát và hiệu lực hóa phương pháp phân tích 3.2.1. Khảo sát các thông số của quy tr ình phân tích

3.2.1.1. Các thông số vận hành thiết bị Số lần rửa kim trước khi tiêm: 4 lần. Số lần rửa kim sau khi tiêm: 4 lần. Chiều dài cột : 28 m. Đường kính cột : 0,25 mm. Bề dày cột : 0,25 µm. Tốc độ khí mang (He) : 44,1 cm/s.

Áp suất khí mang : 14,4 psi. Chế độ tiêm : không chia dòng (lưu 1,0 phút) K ỹ thuật tiêm : tiêm tự động. Nhiệt độ đầu dò : 300oC.

3.2.1.2. Khảo sát và tối ưu hóa các chương tr ình nhiệt cho cột M ục đích: Khảo sát chương tr ình nhiệt tối ưu để tách tốt các hợp chất PCBs. Tiến hành: Tiến hành phân tích trên hỗn hợp mẫu dầu PCB-1101 (mẫu dầu tại

Trung tâm phân tích công nghệ cao Hoàn Vũ, mẫu đã biết trước nồng độ PCBs tổng là20.000ppm).

Qua tham khảo tài liệu, trong tất cả các hợp chất PCBs thương mại đều có 6 hợp chất PCB là: PCB 28, PCB 52, PCB 101, PCB138, PCB 153 và PCB180. Để địnhlượng được trong một mẫu bất kỳ có tổng nồng độ các hợp chất PCBs là bao nhiêu tacũng tính toán dựa vào 6 hợp chất PCB này. Vì vậy, ta tiến hành khảo sát chương tr ìnhnhiệt tối ưu để tách tốt các hợp chất PCB tr ên với các ion định lượng và ion xác nhậncủa từng hợp chất PCB như trong bảng3.2 [15].





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Hình 3.2Sắc ký đồ tách 6 hợp chất PCBs trong mẫu PCB-1101 theo chương tr ìnhnhiệt 1 và peak phóng to của ion 360 (hợp chất PCB 153).

Trên sắc ký đồ thu được, tôi thấychập 2 peakở peak của ion 360 (PCB 153). Tôithử với giải pháp đẳng nhiệt và tăng nhiệt độ đầu ở chương tr ình nhiệt 2.

Chương tr ình nhi ệt 2: nhiệt độ đầu 120oC giữ trong 1 phút, tăng nhiệt độ với tốc

độ 10oC/phút đến320

oC giữ trong 2 phút. Tổng thời gian của chương tr ình nhiệt 2 là

23 phút.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Hình 3.3Đồ thị nhiệt độ biểu diễn theo chương tr ình nhiệt 2Sắc ký đồ thu được ở hình 3.4.

Hình 3.4Sắc ký đồ tách 6 hợp chất PCBs trong mẫu PCB-1101 theo chương tr ìnhnhiệt2 và peak phóng to của ion 360 (hợp chất PCB 153).





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Trên sắc ký đồ thu được, ta nhận thấy vẫn chưa tách được 2 peak chập ở peak cion 360 (PCB 153). Tôi thử với giải pháp giảm nhiệt độ đầu và tăng tốc độ gia nh

trong khoảng nhiệt độ giải hấp phụ của hợp chất PCB 153 ở chương tr ình nhiệt 3. Chươngtrình nhi ệt 3: nhiệt độ đầu 100oC giữ trong 1 phút, tăng nhiệt độ với tốc

độ 10oC/phút đến 220oC, tăng 15oC/phút đến 250oC, tiếp tục tăng 10oC/phút đến320oC. Tổng thời gian của chương tr ình nhiệt 3 là 22 phút.






Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T




Trên sắc ký đồ thu được, ta nhận thấy hai peak đã bị chập hẳn vào nhauở peak củaion 360 (PCB 153). Tôi thử với giải pháp giảm nhiệt độ đầu và giảm tốc độ gia nhiệttrong khoảng nhiệt độ giải hấp phụ của hợp chất PCB 153 ở chương tr ình nhiệt 4.

Chương tr ình nhi ệt 4: nhiệt độ đầu 90oC giữ trong 1 phút, tăng nhiệt độ với tốc đ10oC/phút đến 230oC, tăng 5oC/phút đến 250oC, tiếp tục tăng 10oC/phút đến 320oC.Tổng thời gian của chương tr ình nhiệt 4 là 26 phút.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T









Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Trên sắc ký đồ thu được, tôi nhận thấy vẫn chưa tách được hai peakở peak của ion360 (PCB 153). Tôi thử với giải pháp tăng nhiệt độ đầu và tiếp tục giảm tốc độ gia

nhiệt trong khoảng nhiệt độ giải hấp phụ của hợp chất PCB 153 ở chương tr ình nhiệt5. Chương tr ình nhi ệt 5: nhiệt độ đầu100oC giữ trong 1 phút, tăng nhiệt độ với tốc

độ 15oC/phút đến 200oC, tăng3oC/phút đến 230oC, tiếp tục tăng 15oC/phút đến 320oCvà giữ trong 2 phút. Tổng thời gian của chương tr ình nhiệt 4 là 25,67 phút.






Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T




Trên sắc ký đồ thu được, tôi nhận thấy đã táchđược hai peak ở peak của ion 360(PCB 153). Để tối ưuquá trình nhiệt tốt hơn, tôi thử với giải pháp tăng nhiệt độ đầu vàtiếp tục giảm tốc độ gia nhiệt trong khoảng nhiệt độ giải hấp phụ của hợp chấ153ở chương tr ình nhiệt6.

Chương tr ình nhi ệt 6: nhiệt độ đầu 120oC giữ trong 1 phút, tăng nhiệt độ với tốcđộ 15oC/phút đến 220oC, tăng2oC/phút đến 242oC, tiếp tục tăng 15oC/phút đến 320oCvà giữ trong 2 phút. Tổng thời gian của chương tr ình nhiệt 4 là 25,87 phút.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T









Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Trên sắc ký đồ thu được, tôi nhận thấy hai peak ở peak của ion 360 (PCB 153hiện tượng chập trở lại.

Từ các kết quả tr ên, tôi nhận thấy ở chương tr ình nhiệt 5 cho hiệu quả tách tốt nhấttrong các chương tr ình đã khảo sát, tổng thời gian của chương tr ình nhiệt không quádài. Tôi chọn chương tr ình nhiệt 5 cho các phân tích tiếp theo. 3.2.1.3. Khảo sát khoảng tuyến tính

TheoTCVN hàm lượng PCBs cho phép trong mẫu dầu là 5ppm[7], nên ta có thểước lượng được nồng độ của mỗi chất PCBtrong mẫu là:

5 0,1773 177,36 4,7

PCBdonchat C ppm ppb

Theo k ết quả tr ên, tôi tiến hành khảo sát khoảng tuyến tính trong khoảng nồng đtừ 5ppb đến 1000 ppb.

Tiến hành pha chuẩn theo bảng 3.3.Bảng 3.3Hướng dẫn cách pha chuẩn từ 5ppb đến 1000ppb

Chuẩn (ppb) 5 10 25 50 100 250 500 1000

PCB Mix 1 1ppm (µl) 5 10 25 50 100 250 500 995PCB 209 20ppm (µl) 5 5 5 5 5 5 5 5Iso-octan (µl) 990 985 970 945 895 745 495 0Tổng (µl) 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000

Các chuẩn trên được phatrong vial 1,5ml dùng cho máy GC/MS, sau khi chạy cácchuẩn này trên máy phân tích sắc ký khí đầu dò khối phổ GC/MS, tôi dựng được đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa nồng độ và diện tích peak của các hợp chất PCBnhư sau:





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



3.2.2. Khảo sát quy tr ình phân tích3.2.2.1. Khảo sát quy trình xử lý mẫu

M ục đích: T ối ưu hóa các bước phân tích PCBs trong mẫu dầu biến thế.

Tiến hành: Tiến hành khảo sát quy tr ình phân tích các hợp chất PCBs trong mẫudầu biến thế PCB-1104 (64,8ppm), với các quy tr ình phân tích khác nhau như sau:

Quy trình 1: Quy trình phân tích như ở hình 3.14.

Hình 3.14Quy trình 1 phân tích hợp chất PCBs trong mẫu dầu biến thế

- Bước 1:cân m (g) hoặc rútV (ml) mẫu dầu vào bìnhđịnh mức phù hợp, định

mức tới vạch bằng dung môiiso-octan (được dung dịch A)- Bước 2: rút 20µl dung dịch PCB 209 (5ppm) hoặc5µl dung dịch PCB 209

(20ppm) cho vào vial1,5ml đã chuẩn bị trước. Thêm vào vial đóV (ml) dungdịch A (tùy thuộc vào hệ số pha loãng của quy tr ình) (ghi mác trên vial đótương ứng với mẫu thêm vào), thêm tiếpV (ml) Iso-octan vào vial trên sao chotổng thể tích dung dịch trong vial là 1 ml và vortex trong 15 giây.

- Bước 3: chuyển vial có chứa mẫu lên khay chứa mẫu của máy, cài đặt chươngtrình chạy máy với vị trí vial tương ứng, chương tr ình nhiệt và các thông sốvận hành như đã chọn.

- Bước 4 & 5: xử lý số liệu, tính toán, và k ết luận.

Pha loãng

Thêm chất chuẩn đồng hành

Phân tích trên máy GC/MS/MS

Tính toán và xử lý số liệu

Kết quả

Bước 1

Bước 2

Bước 3

Bước 4

Bước 5





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Sắc ký đồ phân tích các hợp chất PCBs trong mẫu PCB-1104 theo quy trình phântích 1 như ở hình 3.15.

Hình 3.15Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-1104 theo quy trình phân tích 1Bảng 3.4Xử lý kết quả phân tích mẫu PCB-1104 theo quy trình phân tích 1

Hợp chất PCB 28 PCB 52 PCB 101 PCB 153 PCB138 PCB18Hàm lượng (ppb) 0 0 10,04 37,58 40.70 50,10

Theo quy trình phân tích ta có hệ số pha loãng của mẫu PCB-1104 là:

10 1000 99,80340, 6185 162 f

Vậy tổng nồng độ các hợp chất PCBs trong mẫu PCB-1104 là:

6 4,7 138,42 99,8034 4,7 64930 64,9PCBC C f ppb ppm





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Quy trình 2: quy trình phân tích như ở hình 3.16.

Hình 3.16Quy trình 2 phân tích hợp chất PCBs trong mẫu dầu biến thế - Bước 1:cân m (g) hoặc rútV (ml) mẫu dầu vào bìnhđịnh mức phù hợp, định

mức tới vạch bằng dung môin-hexan (được dung dịch A)- Bước 2: rút 20µl dung dịch PCB 209 (5ppm) hoặc 5µl dung dịch PCB 209

(20ppm) cho vàoống ly tâm10ml (ống Hach). Thêm vàoống đóV (ml) dungdịch A và gắn mác tr ênống đó tương ứng với mẫu thêm vào.

- Bước 3:thêm vàoống Hach tr ên 2ml dung dịch acid H2SO4 đđ, lắc mạnh.Thêm tiếp vào ống Hach đó4ml n-hexan, lắc mạnh, rung và quay (dùng máyVortex) trong 2 phút. Ly tâm 4000 vòng/phút trong 10 phút, dùng Paste

Pipettes (ống hút) hút bỏ phần acid (màu đỏ nâu, lớp bên dưới). Điều cần chú ý trong bước này là : lớp acid được hút và thải vào cốc nướcđã chuẩn bị trước, tránh không được hút bỏ phần dung môihexan và PasteurPipettes của mẫu nào thì dùng cho mẫu đó, tránh hiện tượng Pasteur Pipettedùng cho mẫu này lại dùng tiếp cho mẫu khác.

Pha loãng

Thêm chất chuẩn đồng hành

Làm sạch bằng acid H2SO4 đđ

Làm sạch qua cột Florisil

Phân tích trên máy GC/MS

Tính toán và xử lý số liệu

Kết quả

Bước 1

Bước 2

Bước 3

Bước 4

Bước 5

Bước 6

Bước 7

Làm sạch bằng nước

Bước 8





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Thêm 2ml dung dịch acid H2SO4 đđ, vortex trong 2 phút. Ly tâm 4000vòng/phút trong 10 phút, dùng Pasteur Pipettes hút bỏ phần acid.

Lặp lại quá tr ình tới khi màu của lớp acid là màu vàng nhạt hoặc trongsuốt.

- Bước 4:thêm 2ml nước cất vào ống Hach (đã qua xử lý ở bước 3), vortextrong 2 phút. Ly tâm 4000 vòng/phút trong 10 phút, dùng Pasteur Pipettes bỏ phần lớp bên dưới.Lặp lại quá tr ình 3 lần.

Làm khan nước trong dịch chiết bằng cách thêm khoảng 3g Na2SO4 khan vào ống Hach trên, cân đều các ống hach, ly tâm 4000 vòng/phút trong 10

phút, dùng Pasteur Pipettes hút lấy phần dịch chiết chuyển sang ống hach mớgắn mác tương ứng, tráng lại ống hach bằng1ml n-hexan, lặp lại 3 lần.

Thổi khô dịch chiết dưới dòng N2 về1ml.

- Bước 5:gắn cột nhồi Florisil có lắp thêm van điều chỉnh lưu lượng đã chuẩn bị trước lên giá đỡ , hoạt hóa cột bằng4ml n-hexan. Cho dung môi chảy chậmqua cột và đổ phần dung môi này vào bình chứa hexan thải. Dùng PasteurPipettes chuyểndịch chiết lên cột, cho chảy chậm qua cột, lưu lượng1ml /phút.Tráng lại ống hach bằng1ml n-hexan, lặp lại 3 lần, chuyển tất cả dung dịchtrángống lên cột. Rửa giải bằng2ml n-hexan. Chú ý trong bước này khôngđược để cột bị khô.

Dịch chiết thu được đem thổi khô dưới dòng N2 và chuyển về dung môiiso-octan còn1ml đựng trong vial1,5ml đã chuẩn bị trước, gắn mác tương ứngvà đem đi phân tích trên máy sắc ký, nếu chưa phân tích trên máy ngay thì vialtrên phải được bảo quản trong tủ lạnh ở nhiệt độ 10-15oC.

- Bước 6: chuyển vial có chứa mẫu đã xử lý lên khay chứa mẫu của máy, cài đặtchương tr ình chạy máy với vị trí vial tương ứng, chương tr ình nhiệt và cácthông số vận hành như đã chọn.

- Bước 7 & 8: xử lý số liệu, tính toán, và k ết luận.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Sắc ký đồ phân tích các hợp chất PCBs trong mẫu PCB-1104 theo quy trình phântích 2 như ở hình 3.17.

Hình 3.17Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-1104 theo quy trình phân tích 2Bảng 3.5Xử lý kết quả phân tích mẫu PCB-1104 theo quy trình phân tích 2

Hợp chất PCB 28 PCB 52 PCB 101 PCB 153 PCB138 PCB18Hàm lượng (ppb) KPH PH PH KPH PH PH

Nhận xét: qua k ết quả thu được của hai quá tr ình phân tích tôi nhận thấyr ằng quytrình phân tích 1 có hiệu suất thu hồi cao (H% = 101%), quy trình xử lý mẫu đơn giản,ít tiêu tốn hóa chất và dung môi. Vì vậy, tôi chọn quy tr ình phân tích 1 cho các bướcnghiên cứu tiếp theo.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



3.2.2.2. Khảo sát hệ số pha loãng M ục đích: xác định hệ số pha loãng tối thiểu đểloại trừ nhiễu nền nhưngnồng độ

các hợp chất PCBs vẫn thỏa mãn khoảng tuyến tính của phương pháp. Tiến hành: Mẫu PCB-03 được xử lý (mẫu dầu biến thế thải tại tỉnh Bình Định)

theo quy trình phân tích 2, chạy mẫu tr ên máy sắc ký khí ghép đầu dò khối phổ theochương tr ình nhiệt và các thông số vận hành đã chọn, với các hệ số pha loãng khácnhau trong quá trình xử lý mẫu như sau:

H ệ số pha loãng 1 (f = 50): sắc ký đồ thu được ở hình 3.18.

Hình 3.18Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-03 với f = 50





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Trên sắc ký đồ thu được, tôi nhận thấy nền mẫu vẫn còn bị nhiễu và tín hiệu củaion 498 (PCB 209) vẫn còn quá thấp. Đểloại bỏ nhiễu nền và tối ưu tín hiệu của ion

498, tôi tiến hành khảo sát với hệ số pha loãng f =10. H ệ số pha loãng 2 (f = 10): sắc ký đồ thu được ở hình 3.19.






Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Trên sắc ký đồ thu được, tôi nhận thấyvẫn chưa loại bỏ được nhiễu nền và tín hiệucủa ion 498 (PCB 209) vẫn còn quá thấp. Để loại bỏ nhiễu nền và tối ưu tínhiệu của

ion 498, tôi tiến hành khảo sát với hệ số pha loãng f =100. H ệ số pha loãng 3 (f = 100): sắc ký đồ thu được ở hình 3.20.






Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Trên sắc ký đồ thu được, tôi nhận thấy vẫn chưa loại bỏ được nhiễu nền nhưnhiệu của ion 498 (PCB 209) đã r ất r õ. Vì vậy tôi quyết định chọn hệ số pha loãng tối

thiểu f min = 100 để xử lý các mẫu tiếp theo, và hệ số pha loãng có thể tăng lên khi biếtđược nồng độ các hợp chất PCBs trong mẫu cao. 3.2.2.3. Khảo sát hiệu suất thu hồi của quá tr ình phân tích

M ục đích:kiểm tra hiệu suất thu hồi của quá tr ình xử lý mẫu. Tiến hành: Mẫu PCB-1101 (mẫu dầu tại Trung tâm phân tích công nghệ cao Hoàn

Vũ) đã biết trước nồng độ tổng các hợp chất PCBs là 20.100ppm,được xử lývới hệ số pha loãng là f = 2000. Để tiết kiệm dung môi và hóa chất tôi tiến hành xử lý mẫu với

số liệu cụ thể như sau: Bước 1:cân 0,1054 (g) mẫu dầu cho vào bìnhđịnh mức10ml , định mức tới vạch

bằng dung môin-hexan (được dung dịch A), đổ dung dịch A vào một lọ thủy tinhcónắp thể tích15ml và ghi mác là “PCB-1101 định mức lần I, ngày 09/5/2012”.

Bước 2: rút 5µl dung dịch PCB 209 (20ppm) cho vào vial 1,5mL. Thêm vào vialđó 50 (µl) dung dịch A, 945(µl) dung Iso-octan , vortex trong 15 giây.

Các bước tiếp theo thực hiện như quy tr ình phân tích đ ã ch ọn Sắc ký đồ thu được ở hình 3.21.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Hình 3.21Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-1101D Trên sắc ký đồ thu được, tôi cắt diện tích peak và tính được nồng độ của các hợp

chất PCBs như trong bảng3.6 (xem thêm ph ần P hụ lục2) .





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Bảng 3.6Xử lý kết quả phân tích của mẫu PCB-1101D

Tên hợp chất Thời gian lưu

R.T. (min)

Ion xác nhận Diện tích peak Nồng độ (ppb)

PCB 28 0.000 0 0 0PCB 52 10,873 290 17453 338,68PCB 101 12,552 326 31733 616,52PCB153 14,134 360 20840 469,05PCB 138 14,575 360 27364 675,02PCB180 15,809 394 6506 211,24

Tổng 2310,51

Hình 3.22Đồ thị biểu diễn nồng độ các hợp chất PCBs trong mẫu PCB-1101D

và nồng độ các hợp chất PCBs trong hỗn hợp chuẩn Clophen A50 Theo quy trình phân tích ta có hệ số pha loãng của mẫu PCB-1101D là:

10 1000 1897,5330,1054 50

f

Theo hình 3.22 ta biết được các hợp chất PCBs trong mẫu PCB-1101D có tỷ lệ vớinhau giống như tỷ lệ trong hợp chất PCBs kỹ thuật Clophen A50, nên ta có hệ số cáchợp chất PCBs trong mẫu là 4,7 (xem thêm ph ần P hụ lục 3).

Vậy tổng nồng độ các hợp chất PCBs trong mẫu PCB-1101D là:

6 4,7 2310,51 1897,533 4,7 20.606.066 20.606PCBC C f ppb ppm

Hiệu suất thu hồi của quá tr ình xử lý mẫu là:20606% 103%20100

H





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Ta thấyhiệu suất thu hồi của quá tr ình nằm trong khoảng từ 90% đến 110% nên tacó thể chấp nhận được.

3.2.2.4. Khảo sát giới hạn phát hiện (MDL) và giới hạn định lượng (LOQ) củaphương pháp

M ục đích:đánh giá độ nhạy của phương pháp, quy tr ình phân tích.

Tiến hành: tiến hành phân tích 7 mẫu trắng (có spike cùng một nồng độ PCBs),hoặc phân tích 7 mẫu có cùng một nồng độ (đã biết trước nồng độ chính xác) theo quytrìnhđã đề xuất trong cùng một điều kiện sắc kí, tính MDL theo hướng dẫn ở bảng3.7như sau:

Bảng 3.7Hướng dẫn phương pháp tính MDL & LOQ STT Column A Column B

1 Chất phân tích 2 Phương pháp3 Ngày4 Instrument5 Nồng độ Spike 6 Đơn vị 7 K ết quả mẫu 1 8 K ết quả mẫu 2 9 K ết quả mẫu 3 10 K ết quả mẫu 4 11 K ết quả mẫu 5 12 K ết quả mẫu 6 13 K ết quả mẫu 7 14 K ết quả mẫu 8 15 Hệ số (t-value)16 Trung bình =AVERAGE(B7:B14)17 Độ lệch S =STDEV(B7:B14)18 MDL =B15*B17 hoặc B17*3 19 LOQ =10*B17





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Tiến hành xử lý một số mẫu đã biết trước nồng độ PCBs (mẫu tại trung tâm Phântích công nghệ cao Hoàn Vũ và nồng độ tổng các hợp chất PCBs trong mẫu doPhòng

thí nghiệm Bechema của Thụy Sĩ chứng nhận) để khảo sátgiới hạn phát hiện và giớihạn định lượng này như sau:

M ẫu PCB-1102 (16ppm): sắc ký đồ thu được ở hình 3.23.

Hình 3.23Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-1102





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Bảng 3.8Xử lý kết quả phân tích PCBs của mẫu PCB-1102

Hợp chất PCB 28 PCB 52 PCB 101 PCB 153 PCB138 PCB180

Hàm lượng KPH KPH KPH KPH KPH KPH Nhận xét: từ kết quả phân tích PCBs trong mẫu PCB-1102 (16ppm), tôi nhận thấy

không phát hiện được các hợp chất PCBs ở mức 16ppm, vì vậy tôi tiếp tục khảo sát vớimẫu PCB-1104 có nồng độ tổngcác hợp chất PCBs trong mẫu là 64,8ppm.

M ẫu PCB-1104 (64,8ppm): sắc ký đồ thu được ở hình 3.24.

Hình 3.24Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-1104





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Bảng 3.9Xử lý kết quả phân tích PCBs của mẫu PCB-1104


Hàm lượng (ppb) 0 0 10,04 37,58 40.70 50,10Theo quy trình phân tích ta có hệ số pha loãng của mẫu PCB-1104 là:

10 1000 99,80340, 6185 162

f

Vậy tổng nồng độ các hợp chất PCBs trong mẫu PCB-1104 là:

6 4,7 138,42 99,8034 4,7 64930 64,9PCBC C f ppb ppm

Nhận xét:với kết quả 64,9C ppm ta có độ lệch của phương pháp là 1%. Vì vậy

tôi tiến hành khảo sát giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp dựtrên mẫu PCBs-1104 với kết quả thu được như sau:

Bảng 3.10Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp

Conc (ppb) Hệ số f Kết quả PCB28 PCB52 PCB101 PCB153 PCB138 PCB180

LOD-01 0 0 11.32 36.71 32.23 50.3 99.80339 61243 ppb 61 ppm

LOD-02 0 0 11.28 37.42 40.32 52.19 99.80339 66238 ppb 66 ppm

LOD-03 0 0 12.44 37.07 39.44 52.34 99.80339 66276 ppb 66 ppmLOD-04 0 0 10.08 36.24 37.6 51.63 99.80339 63583 ppb 64 ppm

LOD-05 0 0 10.04 37.58 40.7 50.1 99.80339 64929 ppb 65 ppm

LOD-06 0 0 10.3 37.9 40.16 50.61 99.80339 65187 ppb 65 ppm

LOD-07 0 0 9.82 36.71 39.02 49.64 99.80339 63414 ppb 63 ppm

MDL 5 ppm

LOQ 18 ppm

Qua các k ết quả tr ên, bằng phương pháp sử lý thống kê, tôi tính được giới hạn p

hiện 5 MDL ppm và giới hạn định lượng 18 LOQ ppm tổng nồng độ các hợp chấtPCBs trong mẫudầu biến thế.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



3.2.3. Ứng dụng quy tr ình phân tích trên mẫu thật Chuẩn bị các mẫu phân tích, dụng cụ và hóa chất như quy tr ình đã đề nghị tr ên,

thực hiện phân tích trong cùng điều kiện sắc ký. Xác định nồng độ chất phân tích phương pháp ngoại chuẩn. Tôi tiến hành phân tích trên một số mẫu sau: 3.2.3.1. Mẫu dầu biến thế thải tại nhà máy nhiệt điện Bà Rịa (mẫu PCB-01 C )

Lấy 5ml mẫu dầu biến thế thải tại nhà máy “Nhiệt Điện Bà R ịa”, đựng trong lọthủy tinh sạch có nắp kín và bảo quản ở 10oC trong tủ lạnh.

X ử lý mẫu:xử lý mẫu theo quy trình phân tíchđã chọn, với hệ số f = 100.

Sắc ký đồ thu được ở hình 3.25.

Hình 3.25Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-01C





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Bảng 3.11Xử lý kết quả phân tích PCBs của mẫu PCB-01C


Hàm lượng KPH KPH KPH KPH KPH KPH Nhận xét: từ kết quả phân tích PCBs trong mẫu PCB-01C, tôi k ết luận không phát

hiện sự có mặt của các hợ p chất PCBs trong dầu biến thế thải tại nhà máy “Nhiệt điệnBà R ịa”. 3.2.3.2. Mẫu dầu biến thế sạch tại Tổng kho điện lực B ình Định (mẫu PCB-02 C )

Lấy 5ml mẫu dầu biến thế chưa qua sử dụng tại “Tổng kho điện lực Bình Định”,đựng trong lọ thủy tinh sạch có nắp kín và bảo quản ở 10oC trong tủ lạnh.

X ử lý mẫu:xử lý mẫu theo quy tr ình phân tíchđã chọn, với hệ số f = 100.







Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Bảng 3.12Xử lý kết quả phân tích PCBs của mẫu PCB-02C


Hàm lượng KPH KPH KPH KPH KPH KPH Nhận xét: từ kết quả phân tích PCBs trong mẫu PCB-02C, tôi k ết luậnkhông phát

hiện sự có mặt của các hợp chất PCBs trong dầu biến thế chưa qua sử dụng tại “Tổngkho điện lực BìnhĐịnh”.3.2.3.3. Mẫu dầu biến thế thải tại Tổng kho điện lực B ình Định (mẫu PCB-03 C )

Lấy 5ml mẫu dầu biến thế thải tại “Tổng kho điện lực Bình Định”, đựng tr ong lọthủy tinh sạch có nắp kín và bảo quản ở 10oC trong tủ lạnh.

X ử lý mẫu:xử lý mẫu theo quy tr ình phân tíchđã chọn, với hệ số f = 100.







Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T



Nhận xét: từ kết quả phân tích PCBs trong mẫu PCB-04C, tôi k ết luậnkhông pháthiện sự có mặt của các hợp chất PCBs trong dầu Komart SHD 40 dùng trong xe oto.

3.2.3.5. Mẫu dầu Mobil Vacuoline 533 dùng trong máy nén khí(mẫu PCB-05C

) Lấy 5ml mẫu dầu Mobil Vacuoline 533 dùng trong máy nén khí (xin dấu tên địa

chỉ lấy mẫu), đựng trong lọ thủy tinh sạch có nắp kín và bảo quản ở 10oC trong tủ lạnh. X ử lý mẫu:xử lý mẫu theo quy tr ình phân tíchđã chọn, với hệ số f = 100.


Hình 3.29Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-05C Bảng 3.15Xử lý kết quả phân tích PCBs của mẫu PCB-05C

Hợp chất PCB 28 PCB 52 PCB 101 PCB 153 PCB138 PCB180Hàm lượng KPH KPH KPH KPH KPH KPH

Nhận xét: từ kết quả phân tích PCBs trong mẫu PCB-05C, tôi k ết luậnkhông pháthiện sự có mặt củaPCBs trong mẫu dầuMobil Vacuoline 533 dùng trong máy nén khí





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T

àu

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU MỚI

Trong đề tài này, tôi đã đạt được các kết quả sau: 1. Đã xây dựng được quy tr ình phân tích các hợp chất PCBs trong mẫu dầu biến

thế bằng phương pháp sắc ký khí đầu dò khối phổ, đây được xem là phương pháp có độ chọn lọc cao để xác định các loại hợp chất này.

2. Xác định được khoảng tuyến tính của các hợp chất PCBs nằm trong khotừ 5ppb đến 1000ppb.

3. Tối ưu hóa được chương tr ình nhiệt của thiết bị GC/MS để tách tốt các hợchất PCBs.

4. Đã áp dụng được quy tr ình phân tích trênđể xác định tồn lượng PCBs trongmẫu dầu biến thế tại một số nhà máy điện trên địa bàn.

5. Tôi đã xây dựng quy tr ình tách, chiết và làm giàu các hợp chất PCBs trongmẫu tr ên cột Florisil, dùng đầu dò có tính chọn lọc cao đối với các hợp chấPCBs, giá thành phân tích không quá cao.

H ạn chế: Giới hạn phát hiện của phương pháp còn cao 5 MDL ppm ,18 MLOQ ppm tổng hàm lượng PCBs có trong mẫu và Tôi chưa xâydựng được một

quy trình chung áp dụng phân tích cho nhiều đối tượng mẫu khác. Hướng nghiên cứu mới: Các hợp chất Clo hữu cơ đều được xếp vào nhóm chất gây

ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Trong hướng nghiên cứu tiếp theo, Tôi mongmuốn khảo quy tr ình phân tích xác định đồng thời các hợp chất Clo hữu cơ và PCtrên nhiều nền mẫu khác nhau. Đặc biệt, trong hướng nghiên cứu xắp tới, tôi sẽ tiếnhành nghiên cứu và xây dựng quy tr ình phân tích các hợp chất PCBs trong mẫu dầu biến thế tr ên máy sắc ký khí ghép đầu dò khối phổ hai lần GC/MS/MS.





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T

àu

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Sách, chuyên khảo, luận văn [1]. Bùi Phương Linh (2007),“Nghiên c ứu đề xuất công nghệ xử lý dầu thải chứ

PCBs trong máy bi ến thế và t ụ điện”,Luận văn thạc sĩ, Viện Môi trường và tàinguyên.

[2]. Phạm Hùng Việt, Đăng Quang Hưng (1997), “Xác định PCBs trong dầu biến thế ởViệt Nam”, Tạp chí hóa học T.35, số 4, Tr.69-73.

[3]. Cù Thành Long (2006),“Giáo trình Ph ương pháp xử lí thống k ê trong th ực

nghi ệm hóa học”,Đại học KHTN Hồ Chí Minh. [4]. Vũ Đức Toàn (2004), “C ảnh báo về ô nhiễm PCBs”, Hóa học và ứng dụng, số 2. [5]. Chu Phạm Ngọc Sơn, “Giáo trình ph ương pháp sắc kí”. [6]. Nguyễn Thanh Khuyến, “Giáo trình ph ương pháp sắc kí”. Tài liệu từ Internet

Tiếng việt

[7]. Bộ Khoa học và Công nghệ (2007),“Tiêu chu ẩn Việt Nam TCVN 7629:2007 v

ngưỡng chất thải nguy hại do Bộ Khoa học và Công ngh ệ ban hành”. Lấy từURL:http://thuvienphapluat.vn

[8]. Bộ Thủy sản (2002), “ Hàm lượng thuốc trừ sâu gốc Clo hữu cơ và Polyclorbiphenyl trong th ủy sản và s ản phẩm thủy sản”, 28 TCVN 180:2002,http://fistenet.gov.vn/.

[9]. TS. Nguyễn Ngọc Vinh,“D ự án quản lý PCBs tại Việt Nam”,Viện Môi trường và

Tài nguyên – IER, ĐH Quốc gia Tp. HCM. Lấy từ URL:http://pops.org.vn





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T

àu

Tiếng Anh [10]. “Analytical Method for the FY2003 Monitoring Investigation” (2003). Lấy từ

URL: http://www-esh.fnal.gov [11]. Ann Alford-Stevens, Thomas A. Bellar, James W. Eichelberger William

Budde (1985), “Method 680. Determination of Pesticides and PCBs in Water and

Soil/Sediment by Gas Chromatography/Mass Spectrometry”. Lấy từ URL:http://www.caslab.com

[12]. EPA VICTORIA (2003),“Determination of PCBs in waste oils by gas

chromatography with electron” , EPA Victoria Method Number: 6013. Lấy từ

URL:http://translate.google.com.vn [13]. Green Facts, “Scientific Facts on PCBs”. Lấy từ URL:

http://translate.google.com.vn

[14]. Heidelore Fiedler ,“Polyclobiphenyl”, Bavarian Institute for Waste Research -BIfA GmbH. Lấy từ URL:http://translate.google.com.vn

[15]. Michela Sega (2006),“Determination of PCBs in organic solution” . Lấy từ URL:http://www.apat.gov.it

[16]. Sergey Kakareka, Tamara Kukharchyk (2005), “Sources of PCB emissions”. Lấytừ URL:http://tran slate.google.com.vn





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T

àu

Phụ lục 1 Phân tích sắc ký đồ của các hợp chất PCBs trong dung dịch chuẩn

từ 5ppb đến 1000ppb





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T

àu

Phụ lục 2 Phân tích sắc ký đồ của các hợp chất PCBs trong mẫu 1101D





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T

àu

Phụ lục 3 Phương pháp xác định các hỗn hợp PCBs kỹ thuật

và hệ số tương đương

(chú ý: n ếu sự tương đồng > 0,15 ta chọn hệ số = 5,0)

XÁC ĐỊNH CÁC HỖN HỢP PCBs KỸ THUẬT PCB-28 PCB-52 PCB-101 PCB-153 PCB-138 PCB-180 H ệ số

Clophen A30 68% 15% 5% 4% 6% 2% 8,5

Clophen A40 36% 35% 16% 4% 6% 3% 7,0

Clophen A50 3% 21% 30% 19% 23% 5% 4,7

Clophen A60 2% 2% 15% 29% 31% 20% 3,1

Aro clor 1016 78% 21% 0% 0% 0% 0%

Aro clor 1221 54% 9% 11% 12% 9% 5%

Aro clor 1232 69% 22% 6% 1% 1% 1%

Aro clor 1242 68% 23% 7% 1% 2% 0% 8,5

Aro clor 1248 41% 37% 16% 2% 3% 0% 7,0

Aro clor 1254 28% 18% 21% 16% 15% 2% 4,7

Aro clor 1260 0% 0% 12% 30% 27% 31% 3,1

Aro clor 1262 2% 1% 5% 34% 17% 41%

Aro clor 1268 5% 2% 0% 6% 1% 86%





Trườn

g ĐH B

à Rịa

Vũng T

àu



nghiÊn cỨu xÂy dỰng quy trÌnh phÂn tÍch cÁc hỢp chẤt polyclobiphenyl (pcbs) trong...

Documents