Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật hóa học: Phát triển phương pháp thụ động phân tích formaldehyde trong không khí

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Khảo sát quy trình lấy mẫu formaldehyde trong không khí bằng phương pháp lấy mẫu thụ động với các chất hấp thụ khác nhau; - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá

TỔNG QUAN

Tổng quan về không khí

Không khí được định nghĩa là hỗn hợp các chất khí không màu, không mùi, không vị bao quanh Trái Đất để duy trì và bảo vệ sự sống của con người cũng như toàn bộ sinh vật trên hành tinh này [7] Ô nhiễm không khí là sự thay đổi trong thành phần của không khí theo chiều hướng xấu đi hoặc có sự xuất hiện của các khí lạ làm cho không khí không còn sạch, toả mùi, gây biến đổi khí hậu và đe doạ sự sống còn trên Trái Đất [8] Các tác động kết hợp của ô nhiễm không khí xung quanh/ngoài trời (ambient/outdoor air pollution) và ô nhiễm không khí trong nhà (indoor air pollution) là nguyên nhân gây ra khoảng

Ô nhiễm không khí trong nhà (IAP) góp phần đáng kể vào gánh nặng bệnh tật toàn cầu, ước tính gây ra 7 triệu ca tử vong sớm mỗi năm Mặc dù các nghiên cứu trước đây tập trung chủ yếu vào tác động của các chất gây ô nhiễm không khí xung quanh, nhưng các nghiên cứu gần đây đã làm sáng tỏ vai trò đáng kể của IAP đối với sức khỏe con người Do đó, cần có những nỗ lực toàn diện để giải quyết tình trạng ô nhiễm IAP nhằm giảm thiểu gánh nặng bệnh tật liên quan đến không khí.

2.1.1 Chất lượng không khí trong nhà

Chất lượng không khí trong nhà (Indoor Air Quality - IAQ) đề cập đến chất lượng không khí bên trong và xung quanh các toà nhà (chẳng hạn như nhà ở, trường học, văn phòng, bệnh viện và các không gian công cộng khác), có thể gây ảnh hưởng đến sức khoẻ và sự thoải mái của con người [3, 12] IAQ được xác định bằng giới hạn trạng thái nhiệt ẩm, nồng độ các thành phần ô nhiễm vật lý, ô nhiễm hoá học và ô nhiễm sinh học (vi sinh vật) chứa trong không khí trong nhà [13]

2.1.2 Tác nhân gây ô nhiễm không khí trong nhà

Theo hướng dẫn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) [4] , nghiên cứu của SINPHONIE (Schools Indoor Pollution and Health Observatory Network in Europe)

[3] và Tiêu chuẩn chất lượng không khí trong nhà Việt Nam (TCVN 13521:2022) [13] , các tác nhân gây ô nhiễm không khí trong nhà phổ biến là: bụi (PM2.5 và PM10), chì, carbon dioxide, carbon monoxide, nitrogen dioxide, sulfur dioxide, ozone, các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (volatile organic compounds - VOCs, như: benzene, FA, naphthalene, tetrachloroethylene), các hydrocarbon thơm đa vòng (polycyclic aromatic hydrocarbons - PAHs), vi khuẩn, nấm mốc, radon… với mức giới hạn được khuyến nghị của một số chất như trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Mức giới hạn của một số chất gây ô nhiễm không khí trong nhà

Giới hạn (thời gian) WHO [3] TCVN [13],* Canada [14]

25 g/m 3 (24 giờ) 50 g/m 3 Giữ ở mức thấp nhất có thể

FA (HCHO) 100 g/m 3 (trung bình 30 phút)

Đối với các công trình công cộng, hệ thống điện chiếu sáng phải đảm bảo cung cấp đủ độ rọi cho mọi vị trí trong suốt thời gian làm việc (khoảng 8 giờ) Còn đối với các công trình nhà ở, hệ thống điện chiếu sáng phải luôn sẵn sàng phục vụ trong 24 giờ một ngày.

2.1.3 Nguồn gây ô nhiễm không khí trong nhà

Các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà có thể bắt nguồn từ bụi, các chất gây ô nhiễm không khí xung quanh xâm nhập vào trong nhà, cũng như các khí thải từ chính các hoạt động diễn ra trong nhà [2, 9, 15, 16] Những nguồn này có thể bao gồm:

- Các hoạt động sinh hoạt của con người như nấu nướng, dọn dẹp, đốt nhiên liệu, hút thuốc lá, sử dụng thiết bị điều hoà ;

- Khí và hơi từ các vật liệu xây dựng, thiết bị và đồ trang trí nội thất;

- Các chất gây ô nhiễm sinh học như nấm móc, vi rút hoặc các chất có khả năng gây dị ứng

2.1.3.1 Các hoạt động nấu nướng, đốt nhiên liệu:

Phần lớn các hộ gia đình ở khu vực thành thị sử dụng điện, khí đốt tự nhiên hoặc LPG (liquefied petroleum gas) để nấu ăn cũng như sưởi ấm; trong khi đó, ở nông thôn, người dân thường sử dụng nhiên liệu sinh khối (bao gồm gỗ, phế phẩm nông nghiệp, phân động vật và than củi) cho các hoạt động này Đây được xem là một trong những nguyên nhân chính gây nên tình trạng ô nhiễm không khí trong nhà [2, 16]

- Việc rò rỉ/đốt cháy LPG và khí tự nhiên trong quá trình sử dụng tạo ra IAPs, chẳng hạn như: sulfur oxides, hợp chất của thuỷ ngân, bụi, nitrogen oxides (chủ yếu là nitrogen dioxide) [16] ;

- Quá trình đốt cháy nhiên liệu sinh khối sinh ra nhiều bụi và các chất gây ô nhiễm (như: hạt carbon, sắt, chì, cadmium, silica, phenols, gốc tự do, carbon monoxide, nitrogen dioxide, sulfur dioxide, FA, các hợp chất hydrocarbon, PAHs, VOCs…) ở nồng độ cao [16] Theo thống kê, có khoảng 3 tỉ người trên thế giới sử dụng nhiên liệu sinh khối để nấu ăn/sưởi ấm và có khoảng 2 triệu kg sinh khối được đốt mỗi ngày Chỉ tính riêng Trung Quốc đã có khoảng 420 000 ca tử vong/năm do ô nhiễm không khí trong nhà có nguồn gốc từ việc sử dụng nhiên liệu rắn [16, 17]

Thành phần nguyên liệu và cách chế biến ảnh hưởng đáng kể đến lượng phát thải các hạt vật chất vào không khí cũng như hình thành các IAP Ví dụ, phương pháp nướng/chiên bằng than đóng góp tới 21% tổng lượng phát thải hạt vật chất, còn dầu ăn trong khi nấu nướng thải ra một lượng lớn PAHs, góp phần làm gia tăng ô nhiễm không khí trong nhà.

2.1.3.2 Khói/hơi thuốc lá, nhang muỗi, nến, hương (nhang)

Khói thuốc lá có thể tạo ra một lượng lớn IAPs, bao gồm bụi [2] (chỉ cần đốt một điếu thuốc lá có thể thải ra từ 7 - 25 mg bụi PM2.5 [17]) và khoảng 7357 các hợp chất hoá học khác nhau, có thể kể đến như: benzene, carbon monoxide, PAHs, amin dị vòng (heterocyclic amine), cyanide, FA,terpenoids, phenols, nicotine, các kim loại nặng… gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ con người (kể cả người trực tiếp hút thuốc và người hút thuốc lá thụ động) Thế nhưng, theo thống kê trên phạm vi toàn cầu, có đến khoảng 1,1 tỷ người hút thuốc lá và con số này vẫn đang tăng đều

[16] WHO ước tính rằng việc sử dụng thuốc lá là nguyên nhân gây ra khoảng 6 triệu ca tử vong trên toàn thế giới mỗi năm, trong đó có khoảng 600 000 ca tử vong do ảnh hưởng của khói thuốc thụ động [2]

Hình 2.1 Các sản phẩm chống muỗi thông dụng [16]

Việc sử dụng các sản phẩm có chứa các chất hoá học để phòng, chống côn trùng và muỗi cũng là một trong những nguyên nhân chính sinh ra IAPs Theo thống kê, nhang muỗi (hình 2.1.a) là loại sản phẩm được sử dụng phổ biến và rộng rãi nhất (có khoảng 2 tỷ người trên thế giới đang sử dụng nhang muỗi để phòng tránh những nguy cơ liên quan đến các bệnh do muỗi truyền) Một khoanh nhang muỗi có thể cháy âm ỉ trong khoảng từ 6 - 7 giờ và đạt hiệu quả cao nhất trong không gian kín Đây là điều kiện thuận lợi để lượng hạt vật chất và PAHs thải ra có thể tương đương việc đốt từ

50 - 100 điếu thuốc lá, nồng độ bụi PM2.5 và carbon monoxide có thể cao lần lượt gấp

2200 lần và 50 lần so với giới hạn cho phép của WHO (hình 2.2) Các sản phẩm xua

(a) (b) muỗi/côn trùng khác như bình xịt, thuốc xịt, nhang ít khói/không khói… (hình 2.1.b) không tạo ra nhiều các hạt bụi nhưng cũng có thể tạo ra IAPs gây kích ứng niêm mạc đường hô hấp [16]

Hình 2.2 Nồng độ PM2.5 khi đốt 3 loại nhang muỗi ở 3 điều kiện thông gió khác nhau WCDC (window closed - door closed): cửa sổ và cửa ra vào đều đóng; WODC (window opened - door closed): cửa sổ mở, cửa ra vào đóng; WODO (window opened - door opened): cửa sổ và cửa ra vào đều mở [16, 18] Đốt nến/hương (nhang)/hương liệu và thắp đèn dầu cũng là một nguồn tạo ra nhiều IAPs (như: bụi PM2.5, bụi PM10, PAHs, benzene, FA, nitrogen oxides, carbon monoxide, carbon dioxide, sulfur dioxide…) [19-21] , đặc biệt ở các quốc gia mang đậm bản sắc tôn giáo Họ thường sử dụng các sản phẩm này trong các buổi cầu nguyện hằng ngày, các dịp lễ, tết và các ngày quan trọng Chỉ tính riêng ở Ấn Độ đã có khoảng

Tổng quan về formaldehyde

Formaldehyde (FA, tên gọi khác: methanal, methyl aldehyde hay methyl oxide; công thức phân tử: CH2O hay HCHO; công thức cấu tạo: hình 2.3) là một hợp chất hữu cơ đơn giản nhất thuộc nhóm aldehyde Ở nhiệt độ phòng, FA là một chất khí không màu, có mùi khó chịu, khả năng tham gia phản ứng cao và rất dễ cháy [4, 36-39] với các tính chất hoá học và vật lý đặc trưng như trong bảng 2.4

Hình 2.3 Công thức cấu tạo của FA [36]

Formaldehyde (FA) tan dễ trong nước tạo thành dung dịch formalin (formol), tan được trong ethanol, chloroform và có thể trộn lẫn với acetone, benzen, diethylether Formalin thương mại chứa 35 - 40% (thường là 37%) FA trong nước, sản lượng toàn cầu hàng năm ước đạt 20 triệu tấn và vẫn tiếp tục tăng.

Bảng 2.4 Tính chất của FA [4, 30, 36]

STT Tính chất Giá trị

1 Áp suất hơi tương đối (ở 25C, Pa) 5,19  10 5

3 Hệ số phân bố riêng octanol/nước (log Kow) 0,35

4 Khối lượng phân tử (M, g/mol) 30,03

5 Khối lượng riêng (FA lỏng, ở −20C, g/cm 3 ) 0,8153

8 Tỷ trọng hơi tương đối (so với không khí) 1,03 - 1,07

Formaldehyde là loại aldehyde phổ biến nhất được tìm thấy trong môi trường và được phân loại là một trong những chất gây ô nhiễm không khí trong nhà quan trọng nhất [41, 42] Trong tự nhiên, FA được sinh ra chủ yếu bởi các phản ứng quang hóa thông qua quá trình oxy hóa methane và các hydrocacbon trong không khí [3, 4] Bên cạnh đó, nạn cháy rừng, quá trình đốt nhiên liệu (như xăng, dầu mỏ, khí tự nhiên), các hợp chất hữu cơ, phế thải công nghiệp, v.v… cũng thải ra một lượng lớn FA [38] Trong sản xuất công nghiệp, FA là một loại hóa chất cơ bản, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau [3, 4, 30, 41], có thể kể đến như:

- Công nghiệp dệt: sản xuất các loại tơ nhân tạo, thuộc da, vải… giúp tăng độ bền màu, chống nhăn, bảo quản vải;

- Công nghiệp mỹ phẩm: FA thường có trong các loại sơn móng tay, chất làm cứng móng tay, thuốc duỗi tóc, dầu gội đầu, đồ trang điểm;

- Công nghiệp xây dựng, đồ trang trí nội thất: FA được tìm thấy trong một số loại gỗ tự nhiên và nhiều loại gỗ nhân tạo (như: ván dăm (partical board), ván ép

(plywood), ván sợi mật độ cao (high-density fiber board), ván sợi mật độ trung bình (medium-density fiber board)), chất kết dính trong thảm, vật liệu cách nhiệt bằng urea

FA (urea FA foam insulation)…;

- Phụ gia thực phẩm: FA đóng vai trò như là một chất phụ gia trong quá trình sản xuất các loại thực phẩm như: bánh phở, bún, hủ tiếu, đậu phụ… giúp thực phẩm lâu ôi thiu, kéo dài thời gian bảo quản;

- Sản xuất nhựa, chất dẻo: formalin làm dung môi để chế tạo các loại nhựa như nhựa urea-FA, nhựa phenol-FA… Trong ngành công nghiệp ô tô, các loại nhựa này được sử dụng để chế tạo má phanh, bộ phận truyền động và một số bộ phận khác ở phần thân ô tô;

- Ngoài ra, các sản phẩm tẩy rửa gia dụng, chất khử trùng, thuốc diệt côn trùng, sơn, keo dán, chất kết dính… cũng chứa một lượng FA nhất định

Nhìn chung, các nguồn phơi nhiễm FA có thể đến từ không khí xung quanh, không khí trong nhà và được tóm tắt như hình 2.4 Trong đó, mức ô nhiễm FA cao nhất được phát hiện là trong môi trường không khí trong nhà với các nguồn phát thải chính đến từ vật liệu xây dựng, vật liệu cách nhiệt, các sản phẩm từ gỗ, đồ trang trí nội thất, các loại vải chống nhăn, thiết bị điện tử (như máy in laser, máy photocopy), quá trình đốt nhiên liệu, nến (hương), khói thuốc lá, v.v… [30, 38]

Hình 2.4 Các nguồn FA có thể gây ra ô nhiễm không khí trong nhà [38]

Formaldehyde là một chất gây kích ứng mạnh, có độc tính cao và có thể xâm nhập vào cơ thể qua nhiều con đường khác nhau như: da, mắt, chế độ ăn uống nhưng chủ yếu vẫn bằng con đường hô hấp [36, 38] Mức độ phơi nhiễm và tác động của FA đối với cơ thể con người phụ thuộc vào liều lượng, thời gian tiếp xúc và môi trường làm việc [43] Nhìn chung, những người khoẻ mạnh dễ dàng nhận thấy mùi khó chịu của FA trong không khí ở mức từ 0,2 - 0,4 mg/m 3 , một số người nhạy cảm có thể phát hiện ở nồng độ khoảng 0,1 mg/m 3 và ngưỡng phát hiện này có thể phụ thuộc vào điều kiện sống, sinh hoạt của mỗi con người (bảng 2.5) [4]

Bảng 2.5 Ngưỡng phát hiện mùi FA của một số người [4]

Nghiên cứu Nồng độ phát hiện (mg/m 3 ) Đối tượng nghiên cứu

0,068 22 người không hút thuốc lá 0,116 22 người hút thuốc lá

Lang et al 0,19 - 0,36 21 người khoẻ mạnh

Những nghiên cứu cho thấy phơi nhiễm với axit formic có thể gây ra các vấn đề về hệ thần kinh, miễn dịch và sinh sản, dẫn đến nguy cơ mắc các bệnh lý, ung thư và thậm chí tử vong Ở nồng độ thấp, khi vào cơ thể qua đường hô hấp, khoảng 90% axit formic được hấp thụ và nhanh chóng chuyển thành format ở đường hô hấp trên, gây khó chịu, kích ứng đường hô hấp, cổ họng và mắt, chóng mặt, nhức đầu và mệt mỏi Tiếp xúc cấp tính và ngắn hạn với axit formic (nồng độ từ 0,10-0,37 mg/m3) có thể gây ra một số vấn đề sức khỏe được trình bày trong bảng 2.6.

Tiếp xúc với FA ở nồng độ cao gây ra các triệu chứng cấp tính như kích ứng mắt, đường hô hấp, ho, sặc, khó thở, tức ngực Các phản ứng này có thể nghiêm trọng hơn nếu niêm mạc bị kích ứng mạnh, dẫn đến hoại thư và dễ bị nhiễm trùng Ngoài ra, tiếp xúc mãn tính với FA còn có thể gây ra quá mẫn cảm.

FA, là nguyên nhân thúc đẩy sự phát triển của bệnh hen suyễn, viêm phế quản mãn tính và khí thũng phổi, nguy cơ dẫn đến ung thư [35] FA gây ra mối lo ngại về nguy cơ gây ung thư và nhiễm độc mãn tính cao [5] , được WHO phân loại là chất có khả năng gây ung thư thuộc nhóm 1 [45] Chương trình Chất độc Quốc gia của Bộ Y tế và Dịch vụ Hoa Kỳ (National Toxicology Program of the US Department of Health and

Human Services - NTP) và Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (International Agency for Research on Cancer - IARC) cũng nhận định rằng, FA là chất có khả năng gây ung thư vòm họng, ung thư xoang mũi, ung thư phổi, bệnh bạch cầu, gây kích ứng và tổn thương mắt, mũi, họng và các mô khi tiếp xúc, giảm chức năng phổi, bất thường về tế bào máu, nguy cơ gây sẩy thai và sinh con nhẹ cân [3]

Bảng 2.6 Ảnh hưởng đến đường hô hấp sau khi tiếp xúc cấp tính và ngắn hạn với

Thời gian (phút) Các ảnh hưởng sức khoẻ

30 - 90 Không hoặc ít ảnh hưởng đến chức năng phổi; có thể gây nghẹt mũi

120 Sưng niêm mạc mũi, gây khó chịu ở người bị nghẹt mũi

240 Gây kích ứng mắt, tăng số lần chớp mắt

2.2.4 Quy định về nồng độ formaldehyde trong không khí

Các tổ chức, quốc gia trên thế giới có những tiêu chuẩn, quy định khác nhau về giới hạn cho phép của FA trong không khí Theo đó:

- Tổ chức Y tế Thế giới giới hạn nồng độ trung bình trong khoảng thời gian tiếp xúc 30 phút là 100 g/m 3 (81,5 ppb) [4] (1 g/m 3 = 0,815 ppb ở 293K, 1013 mbar) [30] ;

- Cơ quan An toàn Nghề nghiệp và Sức khoẻ Hoa Kỳ (Occupational Safety and

Health Administration - OSHA)quy định giới hạn phơi nhiễm ngắn hạn (short-time exposure limit) là không vượt quá 2 ppm (trong khoảng 15 phút) và nồng độ trung bình cho phép (8-h time-weight average - TWA) là không vượt quá 0,75 ppm [3]

The National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) has recommended a 15-minute short-term exposure limit of 0.1 ppm and a 10-hour time-weighted average concentration of 0.016 ppm for hydrogen sulfide.

- Chính phủ Canada giới hạn nồng độ phơi nhiễm ngắn hạn trong vòng 1 giờ là

123 g/m 3 (100 ppb) và nồng độ phơi nhiễm dài hạn trong vòng 8 giờ là 50 g/m 3 (40 ppb) [3]

Các phương pháp lấy mẫu formaldehyde trong không khí

Việc phân tích FA trong không khí bao gồm 2 giai đoạn: lấy mẫu và phân tích bằng thiết bị quang phổ hấp thu UV/Vis hay sắc ký Phần này đề cập đến các phương pháp lấy mẫu phổ biến để xác định nồng độ formaldehyde trong không khí

Lấy mẫu là giai đoạn rất quan trọng, mẫu được lấy phải có tính đại diện, không bị nhiễm bẩn và có độ tin cậy cao Ngày nay, nhiều phương pháp lấy mẫu đã được nghiên cứu và phát triển để xác định nồng độ FA trong không khí [3] Trong đó, hai phương pháp phổ biến thường được đề cập là phương pháp lấy mẫu chủ động (active sampling method - ASM) và phương pháp lấy mẫu thụ động (passive sampling method

- PSM) [4] Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm nổi bật nhưng cũng phụ thuộc nhiều vào thiết bị, dụng cụ và điều kiện lấy mẫu

2.3.1 Phương pháp lấy mẫu chủ động (ASM)

Lấy mẫu chủ động là phương pháp lấy mẫu tiêu chuẩn để xác định hàm lượng

FA trong không khí, được đề xuất bởi các cơ quan/tổ chức có uy tín như: International Organization for Standardization (ISO), the National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH), Occupational Safety and Health Administration (OSHA), Tiêu chuẩn Quốc gia Việt Nam (TCVN) Phương pháp này sử dụng bơm để hút không khí có chứa chất ô nhiễm (formaldehyde) vào các bình hấp thụ

(impinger) hoặc thiết bị lấy mẫu chuyên dụng với cơ chế kiểm soát dòng chảy như hình 2.5 Khi đó, FA được giữ lại bởi các tác chất (có thể là dung dịch lỏng hoặc vật liệu rắn) chứa trong thiết bị lấy mẫu (hình 2.6) [3] Các tác chất được sử dụng trong quá trình lấy mẫu có thể kể đến như: sodium bisulfite, 2,4-dinitrophenylhydrazine (2,4-DNPH), 3-methyl-2-benzothiazolonehydrazone… [41]

Hình 2.5 Sơ đồ phương pháp lấy mẫu chủ động

Hình 2.6 Các thiết bị được sử dụng trong ASM

(a) Một số loại thiết bị lấy mẫu; (b) Một số loại bơm lấy mẫu thông dụng

2.3.1.1 ASM sử dụng sodium bisulfite:

Dòng không khí chứa FA được hút vào thiết bị lấy mẫu chứa dung dịch sodium bisulfite 1% để giữ lại FA tan trong dung dịch và phản ứng tạo thành sodium FA bisulfite Sau thời gian lấy mẫu, dung dịch trong bình hấp thụ được xử lý và phân tích bằng máy đo quang phổ UV-Vis để xác định nồng độ FA.

Quy trình lấy mẫu Formaldehyde (FA) sử dụng các ống cartridge có chứa silica gel được phủ 2,4-dinitrophenylhydrazine được acid hóa Các cartridge này được lắp vào bơm lấy mẫu cá nhân với tốc độ dòng không khí từ 0,03 đến 1,5 lít/phút.

Sampling tubes Lưu lượng kế Bơm

(tổng thể tích không khí thu được từ 1 - 15 L) Sau khoảng thời gian lấy mẫu thích hợp, các cartridge được bọc trong lá nhôm (aluminum foil) hoặc băng cách điện (electrical tape) để tránh ánh sáng trực tiếp, sau đó sẽ được xử lý và phân tích bằng phương pháp HPLC-UV [47] Đây cũng là phương pháp được đề xuất bởi Tổ chức Tiêu chuẩn hoá Quốc tế (ISO) [48]

2.3.1.3 ASM sử dụng 2-(hydroxymethyl) piperidine

Thiết bị lấy mẫu có chứa vật liệu rắn (10%(2-hydroxymethyl) piperdine trên XAD-2, 120 mg/60 mg) được nối với bơm lấy mẫu có tốc độ dòng không khí từ 0,01

- 0,10 L/phút, sao cho tổng thể tích không khí thu được từ 1 - 36 L FA trong dòng khí sẽ phản ứng với chất hấp thụ tạo thành dẫn xuất FA oxazolidine Sau khoảng thời gian lấy mẫu thích hợp, lượng dẫn xuất tạo thành sẽ được xử lý và phân tích bằng GC-FID [49]

2.3.2 Phương pháp lấy mẫu thụ động (PSM)

Phương pháp lấy mẫu thụ động hoạt động dựa trên hiện tượng khuếch tán của các phân tử khí từ môi trường lấy mẫu (vùng có nồng độ cao), dọc theo thiết bị đến môi trường hấp thụ (vùng có nồng độ thấp) mà không cần phải sử dụng bơm (hình

2.7) Chất ô nhiễm (formaldehyde), nếu hiện diện trong không khí, sẽ được giữ lại tại môi trường hấp thụ (chẳng hạn như: màng hấp thụ, lưới kim loại hoặc vật liệu đã được tẩm chất hấp thụ) [3] Sau đó, lượng FA này được chiết tách, xử lý và phân tích bằng phương pháp thích hợp

Hình 2.7 Sơ đồ quá trình khuếch tán ở thiết bị lấy mẫu thụ động [50]

Sự chuyển động này của các phân tử khí được mô tả bởi định luật Fick I [3] , theo đó, thông lượng của chất phân tích trong không khí là lượng chất phân tích đi qua một đơn vị diện tích bề mặt trong một đơn vị thời gian và tỉ lệ với gradient nồng độ theo phương z

J A là thông lượng khuếch tán của chất phân tích, [mol/(thời gian).(diện tích)];

D 12 là hệ số khuếch tán của chất phân tích, [(chiều dài) 2 /(thời gian)];

Khối lượng chất phân tích khuếch tán đến môi trường hấp thụ trong một khoảng thời gian nhất định tuân theo công thức: m = S × D12 × (C1-C2), trong đó: - m là khối lượng chất phân tích khuếch tán đến môi trường hấp thụ [mol (thể tích)]; - S là diện tích bề mặt khuếch tán [chiều dài]; - D12 là hệ số khuếch tán giữa hai pha [chiều dài/thời gian] - C1 là nồng độ chất phân tích trong pha phát thải [mol (thể tích)]; - C2 là nồng độ chất phân tích trong môi trường hấp thụ [mol (thể tích)].

Trong đó: m là khối lượng chất phân tích được hấp thụ bởi khuếch tán, (g);

S là diện tích mặt cắt ngang của đường khuếch tán, hay diện tích môi trường (màng) hấp thụ, (cm 2 );

D 12 là hệ số khuếch tán của chất phân tích, (cm 2 /s);

C 1 là nồng độ chất phân tích trong môi trường lấy mẫu, (g/mL);

C 2 là nồng độ chất phân tích trong môi trường hấp thụ, (g/mL);

L là chiều dài của lớp không khí tĩnh trong thiết bị lấy mẫu, (cm); t là thời gian lấy mẫu, (s)

Về mặt lý tưởng, nồng độ chất phân tích trong môi trường hấp thụ ban đầu là 0, do đó khối lượng chất phân tích trong môi trường lấy mẫu có thể được rút gọn và tính bằng công thức: m = S × D 12 ×C 1

Tốc độ lấy mẫu lý thuyết (Kt) là đại lượng quan trọng trong thiết kế hệ thống lấy mẫu, biểu thị tốc độ lấy mẫu tối đa mà thiết bị lấy mẫu có thể đạt được Kt được tính toán dựa trên hệ số khuếch tán và cấu tạo hình học của thiết bị lấy mẫu.

Từ phương trình (2.3) và (2.4), ta có thể thiết lập được mối quan hệ giữa lượng chất phân tích được giữ lại trong thiết bị lấy mẫu và tốc độ lấy mẫu như sau: m = K t × C 1 × t (2.5)

Các phương pháp phân tích formaldehyde trong không khí

Các phương pháp phân tích là công cụ đắt lực không thể thiếu trong việc phát hiện và xác định nồng độ các chất ô nhiễm trong không khí Đối với FA, tùy thuộc vào tác chất được sử dụng trong quá trình lấy mẫu, cũng như điều kiện xử lý mà ta có thể lựa chọn các phương pháp phân tích thích hợp Hai phương pháp phân tích FA được ứng dụng phổ biến là: phương pháp quang phổ hấp thu (ultraviolet-visible, UV-

Vis) và phương pháp sắc ký (bao gồm sắc ký khí (gas chromatography, GC) và sắc ký lỏng hiệu năng cao (high-performance liquid chromatography, HPLC) [41, 59]

2.4.1 Phương pháp quang phổ hấp thu - phân tích bằng thuốc thử CA

Phương pháp quang phổ hấp thu (UV-Vis) là một phương pháp phân tích đơn giản, chính xác, nhanh chóng và có chi phí thấp so với các phương pháp phân tích hiện nay Nó được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, dựa trên việc đo cường độ dòng ánh sáng bị phân tử của chất hấp thụ chọn lọc để tính hàm lượng của chất hấp thụ Máy đo quang phổ UV-Vis dễ vận hành, ít đòi hỏi chuyên môn kỹ thuật cao và có mặt ở hầu khắp các phòng thí nghiệm nên đây được xem là phương pháp phân tích thông dụng nhất

Sau khoảng thời gian lấy mẫu bằng phương pháp ASM sử dụng sodium bisulfite

(mục 2.3.1.1, trang 19), 4,00 mL dung dịch từ mỗi bình hấp thụ sẽ được xử lý bằng cách thêm lần lượt 0,10 mL CA 1% và 6,00 mL dung dịch sulfuric acid đậm đặc; sau đó lắc đều và duy trì nhiệt độ ở khoảng 95C trong 15 phút Độ hấp thu của dung dịch phức tạo thành sẽ được đo trên máy đo quang phổ UV-Vis ở bước sóng 580 nm [46] Đây là một phương pháp phân tích đơn giản, nhanh chóng, có độ nhạy và độ chọn lọc cao trong việc phát hiện FA trong không khí [41]

Tại Việt Nam, một số nghiên cứu đã sử dụng phương pháp này để đánh giá nguy cơ gây hại do việc tiếp xúc với FA gây ra cho người lao động Cụ thể, năm

2016, nghiên cứu được tiến hành tại một số cơ sở kinh doanh đồ gỗ và đồ dệt may tại

Hà Nội cho kết quả nồng độ FA trong không khí cao hơn mức quy định theo QCVN 06:2009/BTNMT (20 g/m 3 ) từ 1,04 đến 11,5 lần (tại các cửa hàng bán gỗ và đồ trang trí nội thất là từ 73,33 - 230,0 g FA/m 3 , tại các cửa hàng bán vải và quần áo là từ 17,68 - 60,18 g FA/m 3 ) [60] Một nghiên cứu khác được thực hiện trong các cơ sở sản xuất và kinh doanh đồ gỗ nội thất tại Tp Hồ Chí Minh vào năm 2019 cũng ghi nhận nồng độ FA trong không khí ở mức cao, dao động từ 49,9 - 69,1 g/m 3 [61]

Phương pháp phân tích bằng CA/UV-Vis cũng được sử dụng để phân tích các mẫu FA lấy bằng PSM dạng ống sử dụng sodium bisulfite (mục 2.3.2.1, trang 23), lượng sodium FA bisulfite hình thành trên màng hấp thụ được hòa tan bởi 5,00 hoặc 10,00 mL nước cất, sau đó ly tâm trong khoảng từ 5 - 10 phút trước khi tạo phức bằng

CA và dung dịch sulfuric acid đậm đặc tương tự như quy trình trên [55]

Hạn chế lớn nhất của phương pháp này là việc sử dụng sulfuric acid đặc, nóng

- một hóa chất có khả năng gây bỏng nặng và ăn mòn cao Do đó, một số nghiên cứu đã được tiến hành nhằm thay thế/hạn chế sự nguy hiểm này [41] Fagnani và cộng sự (2003) đã thành công khi sử dụng hỗn hợp dung dịch hydrochloric acid và hydrogen peroxide mà không làm giảm độ nhạy một cách đáng kể (khoảng 5%): Độ hấp thu mol biểu kiến (the apparent molar absorptivity, ) của phương pháp sử dụng hỗn hợp hydrochloric acid và hydrogen peroxide là  = 1,7110 -4 mol/(L.cm), của phương pháp sử dụng dung dịch sulfuric acid đậm đặc là  = 1,810 -4 mol/(L.cm); tuy nhiên, quy trình xử lý mẫu vẫn cần sử dụng bể điều nhiệt ở 100C trong khoảng 1 giờ [62] Một nghiên cứu khác được thực hiện bởi Gigante và cộng sự (2004) đã rút ngắn đáng kể thời gian tạo phức (chỉ còn khoảng 35 giây) khi sử dụng dung dịch phosphoric acid đậm đặc với sự hỗ trợ của vi sóng (khoảng 1100 W), độ hấp thu mol biểu kiến đạt  = 1,6310 -4 mol/(L.cm) [63]

2.4.2.1 Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC):

Các mẫu không khí được lấy bằng thuốc thử có chứa 2,4-DNPH (mục 2.3.1.2, trang 19 và mục 2.3.2.2, trang 24) sẽ được xử lý và phân tích bằng hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao, đầu dò UV (HPLC-UV) Đầu tiên, ở giai đoạn xử lý mẫu, acetonitrile được sử dụng để rửa giải lượng dẫn xuất FA (F-DNPH) hình thành trên thiết bị lấy mẫu; sau đó dung dịch sau rửa sẽ được phân tích bằng hệ thống HPLC-

Với ASM sử dụng 2,4-DNPH, 10,0 mL acetonitrile được dùng cho quá trình xử lý mẫu hình thành trên cartridge và 20 L dung dịch sau rửa sẽ được phân tích trên cột phân tích HPLC bằng thép không rỉ (đường kính 3,9 mm, dài 150 mm) có chứa cỏc hạt C-18 đường kớnh 5 m (3.9  150-mm, stainless steel, packed with 5-àm C-

18, Symmetry TM or equivalent); pha động là hỗn hợp acetonitrile và nước, tỉ lệ 45%:55% (v/v) với tốc độ dòng 1,3 mL/phút [47]

Với PSM dạng ống sử dụng 2,4-DNPH, lượng F-DNPH được rửa giải khỏi màng hấp thụ bằng cách siêu âm trong 2 mL acetonitrile trong 1 phút và 10 L dịch chiết sẽ được tiêm vào hệ thống HPLC-UV Cột phân tích được sử dụng là Waters Nova-Pak C18, với pha động chứa methanol và nước (67:33, v/v) ở chế độ đẳng dòng

Với PSM dạng huy hiệu sử dụng 2,4-DNPH, sau khi lấy mẫu, các màng hấp thụ được chiết bằng phương pháp siêu âm với 3 mL acetonitrile trong 10 phút và 20

L dịch chiết sẽ phân tích bằng hệ thống HPLC-UV ở bước sóng 360 nm [58]

Lượng chất hấp thụ thu được sau khi lấy mẫu bằng phương pháp ASP sử dụng

2-(hydroxymethyl) piperidine (mục 2.3.1.3, trang 20) được giải hấp bằng 1 mL toluene trong bể siêu âm với thời gian 60 phút Sau đó, 1 L sau giải hấp được phân tích trên hệ thống sắc ký khí (gas chromatography, GC) bằng đầu dò ion hóa ngọn lửa (flame ionization detector, FID) Cột phân tích mao quản (capillary, 30 m  0.32- mm ID, 0.5-àm film, DB-Wax or equivalent) được sử dụng với pha động là dũng khớ helium (tốc độ dòng từ 1 - 2 mL/phút) Kết quả phân tích cho thấy thời gian lưu của dẫn xuất FA và 2-(hydroxymethyl) piperidin lần lượt là 6,4 và 9,4 phút [49] OSHA cũng đề xuất một quy trình tương tự (OSHA method 52) để xác định sự hiện diện của acrolein và FA trong khụng khớ với giới hạn phỏt hiện lần lượt là 2,7 ppb (6,1 àg/m 3 ) và 16 ppb (20 àg/m 3 ) [64]

Tóm lại, các phương pháp lấy mẫu và phân tích FA trong không khí trong nhà phổ biến hiện nay được tóm tắt trong bảng 2.9 ASM là phương pháp lấy mẫu đơn giản, có thể mang lại kết quả phân tích nhanh chóng và dễ kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng của môi trường; tuy nhiên, các thiết bị lấy mẫu thường cồng kềnh, tốn chi phí vận hành và bảo trì thiết bị, quy trình lấy mẫu sử dụng máy bơm có thể gây ồn ào và kém linh hoạt [55] Do đó, nó gây ra những thách thức đáng kể trong việc giám sát chất lượng không khí trên quy mô lớn

Trong khi đó, PSM có các thiết bị lấy mẫu thường nhỏ gọn, có thể tái sử dụng, giá thành tương đối rẻ và linh hoạt với nhiều điều kiện lấy mẫu khác nhau Bên cạnh đó, lượng hóa chất sử dụng trong PSM thường nhỏ hơn nhiều so với ASM, thậm chí có thể không cần giai đoạn chuẩn bị mẫu [65] Các phương pháp lấy mẫu thụ động cũng có ngưỡng phát hiện đủ để giám sát chất lượng không khí, có độ nhạy và độ lặp lại nằm trong khoảng chấp nhận được Vì vậy, phương pháp này thích hợp để xác định nồng độ trung bình của chất ô nhiễm theo thời gian bằng các phương pháp phân tích thông thường Ngoài ra, phương pháp phân tích bằng UV-Vis mang lại nhiều lợi thế hơn so với các phương pháp phân tích khác (HPLC-UV hay GC-FID) về chi phí thiết bị, chi phí vận hành và thời gian phân tích Việc vận hành thiết bị cũng tương đối đơn giản và không đòi hỏi nhiều kiến thức Do đó, việc phát triển được một phương pháp phân tích kết hợp cả PSM và UV-Vis là điều hết sức cấp thiết để xác định nồng độ IAPs đang ngày càng gia tăng ở mức báo động như hiện nay.

Bảng 2.9 Tóm tắt một số phương pháp phân tích FA trong không khí

Phương pháp Thiết bị lấy mẫu Chất hấp thụ Phương pháp xử lý mẫu

K e  SD, (cm 3 /phút) Phương pháp lấy mẫu chủ động (active sampling method)

CA - H2SO4 [46] Bình hấp thụ và bơm NaHSO3 1% CA 1% và H2SO4 đặc, nóng

2,4-DNPH được acid hóa phủ trên silica gel

[49] Ống hấp thụ và bơm

10%(2- hydroxymethyl) piperdine trên XAD-2, 120 mg/60 mg

Toluene và sóng siêu âm GC-FID

Bảng 2.9 Tóm tắt một số phương pháp phân tích FA trong không khí (tiếp theo)

Phương pháp lấy mẫu thụ động (passive sampling method)

Thiết bị dạng ống sử dụng NaHSO3 [55] Ống thủy tinh có nắp đậy

Màng lọc sợi thủy tinh tẩm NaHSO3 5%

CA 5% và H2SO4 đặc, nóng UV-Vis 3,6 - 135

Thiết bị dạng ống sử dụng 2,4-DNPH [56]

Màng hấp thụ tẩm 2,4-DNPH Acetonitrile HPLC-UV

Thiết bị lấy mẫu dạng huy hiệu sử dụng 2,4-DNPH [58]

Màng lọc sợi thủy tinh tẩm 2,4- DNPH

Ký hiệu: “-” có nghĩa là không có số liệu.

Kỹ thuật phân tích formaldehyde trong không khí tại Việt Nam

Tại Việt Nam, các kỹ thuật phân tích FA trong không khí hiện nay được quy định theo Thông tư số 10/2021/TT-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường [66] , gồm có: OSHA Method 52, NIOSH Method 2541, NIOSH Method 3500 và US EPA Compendium Method TO-11A Đây đều là các phương pháp lấy mẫu chủ động với sự hỗ trợ của bơm hút khí trong quá trình lấy mẫu Như đã đề cập ở trên, vấn đề ô nhiễm không khí do FA gây ra ở Việt Nam đang ở mức cao (thông qua một số nghiên cứu tại Hà Nội và Tp Hồ Chí Minh [60, 61] ) và các phương pháp phân tích này cũng bộc lộ nhiều hạn chế trong việc giám sát chất lượng không khí trong nhà, nhất là tại các hộ gia đình và khu dân cư Một số thiết bị lấy mẫu thụ động được thương mại hóa trên thị trường thế giới vẫn còn đang ở mức cao (giá thành), gây nên sự khó tiếp cận cho các quốc gia đang phát triển như Việt Nam Do đó, tiềm năng ứng dụng một phương pháp phân tích mới là hết sức cần thiết và đầy hứa hẹn.

Nội dung nghiên cứu

Định lượng nồng độ formaldehyde bằng thiết bị huy hiệu thụ động Willems trong môi trường không khí trong nhà yêu cầu xác định tốc độ lấy mẫu thực nghiệm (Ke) Để xác định Ke, nghiên cứu sử dụng phương pháp lấy mẫu chủ động (NIOSH 3500) để đo nồng độ formaldehyde trong không khí (C) ở các khoảng thời gian lấy mẫu khác nhau (t) Lựa chọn chất hấp thụ tẩm vào màng ảnh hưởng đến tốc độ lấy mẫu và quy trình phân tích UV-Vis, do đó cần khảo sát trước khi xác định Ke.

Trong đề tài này, nghiên cứu tập trung vào các nội dung như sau:

Bước 1: Khảo sát các phương pháp phân tích FA bằng phương pháp UV/Vis (A) Dùng thuốc thử chromotropic acid (CA):

Nguyên tắc: Phản ứng giữa FA và CA trong môi trường sulfuric acid đặc, nóng tạo thành hợp chất có màu tím, cho độ hấp thu A cực đại nằm trong khoảng bước sóng từ 570 - 580 nm [62, 67] Do đó, để đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân tích, nghiên cứu đã tiến hành các khảo sát sau:

(1) Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng tạo phức, bao gồm:

+ Bước sóng đo độ hấp thu A cực đại

(2) Ảnh hưởng của lượng sodium bisulfite đến hiệu suất chiết mẫu từ màng hấp thụ và tốc độ lấy mẫu thực nghiệm;

(3) Khoảng tuyến tính của đường chuẩn, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp

(B) Dùng thuốc thử pararosaniline hydrochloride (PRA):

Nguyên tắc: Phản ứng tạo phức giữa FA và PRA đã được acid hóa với sự hiện diện của sodium sulfite cũng tạo thành hợp chất có màu tím, cho độ hấp thu A cực đại ở bước sóng lớn hơn 550 nm [68] Độ hấp thu của dung dịch phức tạo thành phụ thuộc lớn vào lượng PRA, sodium sulfite, thể tích hydrochloric acid, cũng như thời gian và nhiệt độ trong quá trình tạo phức Do đó, nghiên cứu đã tiến hành các khảo sát sau:

(1) Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng tạo phức, bao gồm:

+ Nồng độ PRA thích hợp;

+ Thể tích hydrochloric acid dùng để acid hóa PRA;

+ Bước sóng đo độ hấp thu A cực đại

(2) Hiệu suất chiết mẫu từ màng hấp thụ;

(3) Khoảng tuyến tính của đường chuẩn

Bước 2: Xác định tốc độ lấy mẫu thực nghiệm (K e ) dựa trên phương pháp lấy mẫu chủ động

Nguyên tắc: Tốc độ lấy mẫu thực nghiệm Ke được xác định bằng cách tiến hành lấy mẫu song song giữa phương pháp lấy mẫu chủ động (theo phương pháp NIOSH 3500) và phương pháp lấy mẫu thụ động trong các khoảng thời gian lấy mẫu khác nhau với dòng khí có chứa FA Khi thay đổi chất hấp thụ tẩm vào màng, lượng FA được giữ lại trong thiết bị lấy mẫu có sự khác biệt và do đó tốc độ lấy mẫu thực nghiệm cũng có giá trị khác nhau cho mỗi phương pháp

Sơ đồ thực nghiệm: Dòng khí có chứa FA được dẫn vào buồng lấy mẫu có chứa các thiết bị lấy mẫu thụ động, sau đó dòng khí này đi qua hệ thống lấy mẫu chủ động trong các khoảng thời gian lấy mẫu khác nhau như hình 2.9

Hình 2.9 Sơ đồ quy trình tổng quát

Buồng lấy mẫu sử dụng các thiết bị lấy mẫu thụ động được xử lý bằng các dung dịch hấp thụ khác nhau Đối với thiết bị lấy mẫu thụ động tẩm dung dịch sodium bisulfite, tốc độ lấy mẫu thực nghiệm được ký hiệu là Ke-CA Đối với thiết bị lấy mẫu thụ động tẩm dung dịch PRA đã acid hóa, tốc độ lấy mẫu thực nghiệm được ký hiệu là Ke-PRA.

Buồng lấy mẫu thụ động

Hệ thống tạo dòng khí formaldehyde

Hệ thống lấy mẫu chủ động

Các yếu tố có thể ảnh hưởng đến tốc độ lấy mẫu thực nghiệm được khảo sát bao gồm: nồng độ FA trong không khí và thời gian lấy mẫu

Hình 2.10 Sơ đồ quy trình thực nghiệm chi tiết (1) Hệ thống tạo dòng khí FA; (2)

Buồng lấy mẫu thụ động; (3) Hệ thống lấy mẫu chủ động

Bước 3: Ứng dụng phân tích một số mẫu thực tế

Hiện nay, đối với môi trường không khí trong nhà, ngoài sự phát thải formaldehyde đến từ gỗ và đồ trang trí nội thất đã được nghiên cứu, thì khói hương (nhang) cũng là một nguồn có thể gây ô nhiễm không khí không kém Do đó, trong phần này, nghiên cứu sẽ ứng dụng phương pháp phân tích lấy mẫu thụ động vừa được nghiên cứu để xác định hàm lượng formaldehyde trong khói hương.

THỰC NGHIỆM

Hoá chất và chất chuẩn

Các hoá chất và chất chuẩn được sử dụng trong quá trình thực nghiệm được tóm tắt trong bảng 3.1

Bảng 3.1 Các hoá chất sử dụng

STT Tên hóa chất Công thức phân tử

Với quy trình chuẩn bị các dung dịch được trình bày như sau:

Dung dịch chromotropic acid (CA) 1% (m/v)

CA 0,10 g Nước cất định mức 10,00 mL

Lọc và bảo quản trong lọ tối màu, nắp kín Chuẩn bị dung dịch mới mỗi tuần Với các dung dịch CA nồng độ khác (2%, 3% và 5% (m/v)), lần lượt thay đổi khối lượng CA tương ứng (0,20 g; 0,30 g và 0,50 g)

Dung dịch formaldehyde (FA) 1,00 mg/mL

Formalin 37% 2,70 mL Nước cất định mức 1000,0 mL

Dung dịch bền ít nhất trong 3 tháng và được sử dụng để xây dựng dãy chuẩn sau khi được chuẩn độ lại (quy trình chi tiết được trình bày trong phụ lục 1, trang

Dung dịch sodium bisulfite (NaHSO 3 )

Sodium bisulfite 5,00 g Nước cất định mức 500,0 mL

- Dung dịch sodium bisulfite 5% và 10%:

Sodium bisulfite 5,00 g hoặc 10,0 g Nước cất định mức 100,0 mL Các dung dịch này được bảo quản trong chai nhựa LDPE, nắp kín Chuẩn bị dung dịch mới mỗi tuần

Dung dịch sodium hydroxide (NaOH) 0,01 N

Sodium hydroxide 0,040 g Nước cất định mức 100,0 mL

Dung dịch sodium sulfite (Na 2 SO 3 )

Sodium sulfite 7,12 g Nước cất định mức 50,00 mL

- Dung dịch sodium sulfite 16 mM:

Dung dịch natri sulfit được pha chế với các nồng độ khác nhau bằng cách sử dụng các lượng natri sulfit tương ứng như sau: 0,10 g (cho nồng độ 7,9 mM), 0,050 g (cho nồng độ 24 mM), 0,15 g (cho nồng độ 40 mM), 0,25 g (cho nồng độ 79 mM), và 0,50 g (cho nồng độ 79 mM).

Các dung dịch này được chuẩn bị ngay trước khi sử dụng

Dung dịch sulfuric acid (H 2 SO 4 ) 0,02 N

Sulfuric acid 96 - 98% 0,14 mL Nước cất định mức 250,0 mL

Dung dịch pararosaniline hydrochloride (PRA) 6,2 mM

Pararosaniline hydrochloride 0,020 g Hydrochloric acid 2,00 mL Nước cất định mức 10,00 mL Với các dung dịch PRA nồng độ khác (2 mM; 3,1 mM; 9,3 mM; 15 mM và 25 mM), lần lượt thay đổi khối lượng PRA tương ứng (0,005 g; 0,010 g; 0,030 g; 0,050 g và 0,080 g)

Với các dung dịch PRA 6,2 mM được hoạt hóa với lượng hydrochloric acid khác, lần lượt thay đổi thể tích hydrochloric acid tương ứng (4,00 mL; 6,00 mL; 8,00 mL và 10,0 mL)

Thuốc thử này có thể ổn định trong vài tháng khi được bảo quản trong các lọ tối màu, nắp kín.

Thiết bị và dụng cụ

3.2.1 Thiết bị lấy mẫu chủ động

Hệ thống lấy mẫu chủ động sử dụng bình hấp thụ từ chất liệu thủy tinh borosilicat cùng ống thủy tinh có lỗ xốp để giảm ảnh hưởng của bụi và phân tán dòng không khí trong dung dịch hấp thụ Sau khi rửa sạch và sấy khô, bình hấp thụ và ống thủy tinh có thể còn màu thì cần vệ sinh bằng hỗn hợp potassium dichromate (K2Cr2O7) và axit sulfuric (H2SO4) đặc Sau đó rửa kỹ lại bằng nước cất.

Hiện nay, có nhiều kiểu bình hấp thụ khác nhau được sử dụng phổ biến, mỗi kiểu sẽ tương ứng với lượng dung dịch hấp thụ phù hợp Nghiên cứu sử dụng kết hợp hai kiểu bình hấp thụ, lần lượt là bình hấp thụ với ống thuỷ tinh có lỗ xốp (bình 1) và bình hấp thụ với ống thuỷ tinh rỗng thu hẹp ở phần đuôi (bình 2) như trong hình 3.1

Hình 3.1 Bình hấp thụ được sử dụng trong hệ thống lấy mẫu chủ động

Không khí được hút vào các bình hấp thụ nhờ vào bơm hút khí, nghiên cứu sử dụng bơm hút chân không, có van điều chỉnh lưu lượng không khí với tốc độ dòng từ 0,2 L/phút đến 1 L/phút trong quá trình lấy mẫu

Tốc độ dòng không khí được kiểm soát nằm trong khoảng sai số  5% nhờ vào lưu lượng kế đã được hiệu chuẩn

3.2.1.4 Bẫy: Bình nón có chứa silica gel.

Ngoài ra, hệ thống lấy mẫu chủ động còn cần các ống nhựa với đường kính phù hợp nhằm nối các bộ phận với nhau, các chai LDPE (low-density polyethylene bottles) để chứa các dung dịch hấp thụ trước và sau khi tiến hành lấy mẫu

3.2.2 Thiết bị lấy mẫu thụ động dạng huy hiệu Willems (Willems badge)

Mỗi thiết bị lấy mẫu dạng huy hiệu Willems (hình 3.2.a) có cấu tạo gồm 6 bộ phận chính:

- Phần thân hình trụ tròn được làm bằng nhựa polystyrene;

Màng hấp phụ là loại màng lọc được tẩm chất hấp phụ chuyên dụng, thường sử dụng màng sợi thủy tinh GF-A của Whatman (Anh) với độ dày 260 m và kích thước lỗ xốp 1,6 m.

- Vòng khoảng cách dày 6 mm được làm bằng nhựa polystyrene;

- Màng khuếch tán bằng Teflon có bề dày 1 mm, đường kính lỗ xốp 5 m giúp giảm bớt sự ảnh hưởng của tốc độ gió đối với thiết bị Màng Teflon kỵ nước nên trước khi sử dụng cần sấy khô và có thể tái sử dụng nhiều lần;

- Vòng cố định dày 3 mm được làm bằng nhựa polystyrene;

- Nắp đậy được làm bằng nhựa polyethylene màu trắng đục

Hình 3.2 Cấu tạo thiết bị lấy mẫu thụ động dạng huy hiệu Willems [53]

3.2.3 Máy đo quang phổ UV - Vis

Nghiên cứu sử dụng máy đo quang phổ Libra S22 UV-Vis Spectrophotometer (Biochrom), phòng thí nghiệm Hoá Phân tích có khả năng đo bước sóng từ 200 đến

1100 nm, cuvet bằng nhựa với bề dày 1 cm

3.2.4 Hệ thống tạo dòng khí formaldehyde

Dòng khí có chứa FA được tạo ra bằng cách sử dụng bơm sục khí, sục vào dung dịch FA như hình 3.3, tốc độ của bơm sục khí được cố định để dòng khí tạo ra đều và liên tục trong quá trình khảo sát

Phần thân Màng hấp thụ Vòng khoảng cách Màng Teflon Vòng cố định Nắp

Hình 3.3 Hệ thống tạo dòng khí formaldehyde

3.2.5 Các thiết bị và dụng cụ khác

Các thiết bị và dụng cụ khác cần cho quá trình chuẩn bị và xử lý mẫu gồm:

- Bình định mức (với các thể tích khác nhau);

- Bếp đun, bếp từ và cá từ;

- Cốc thủy tinh (với các thể tích khác nhau);

- Máy ly tâm có tốc độ vòng 0 - 4000 rpm;

- Ống thủy tinh có nắp đậy (dung tích 20 mL);

- Ống tiêm và màng lọc syringe 0,45 m;

- Pipet 1,00 mL; 2,00 mL; 5,00 mL; 10,00 mL và micropipet 20 - 1000 L.

Khảo sát phương pháp phân tích formaldehyde bằng thuốc thử CA

3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của lượng sulfuric acid đậm đặc

Để đánh giá chính xác ảnh hưởng của sulfuric acid đậm đặc đến độ hấp phụ của phức, nghiên cứu đã khảo sát sự thay đổi tỷ lệ thể tích sulfuric acid trong dung dịch phức tạo thành (%V H2SO4).

- Hút 0,10 mL dung dịch FA 50,0 g/mL cho vào các ống nghiệm, thêm vào mỗi ống 0,30 mL dung dịch sodium bisulfite 5% và 0,10 mL dung dịch CA 1%;

- Lần lượt thêm nước cất (Vnc) và dung dịch sulfuric acid đậm đặc (Vacid) sao cho tổng thể tích dung dịch phức tạo thành đạt 6,00 mL, đậy nắp và lắc đều;

- Đun các ống nghiệm bằng nước nóng ở khoảng 95°C trong 15 phút, sau đó để dung dịch trở lại nhiệt độ phòng và đo độ hấp thu ở bước sóng 573 nm bằng máy đo quang phổ UV-Vis Đồng thời chuẩn bị các dung dịch trắng mẫu (blank) tương ứng trong cùng điều kiện bằng cách thay 0,10 mL dung dịch FA 50 g/mL bởi 0,10 mL dung dịch sodium bisulfite 5%

Bảng 3.2 Khảo sát ảnh hưởng của lượng sulfuric acid đậm đặc Ống nghiệm 1 2 3 4

Dd H2SO4 đậm đặc, mL 2,50 3,50 4,50 5,50

Xử lý Đun nóng các ống nghiệm ở khoảng 95C trong 15 phút, sau đó để dd trở lại nhiệt độ phòng Phân tích Đo độ hấp thu của dung dịch ở bước sóng 573 nm

3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ CA

Về mặt lý thuyết, cần 2 phân tử CA để phản ứng với 1 phân tử FA (hình 4.1), đo đó lượng CA cần đảm bảo vừa đủ hoặc dư để sự tạo phức xảy ra hoàn toàn Theo tính toán, 0,10 mL CA 1% có thể phản ứng với khoảng 40 g FA (giả sử hiệu suất đạt 90%) [46] , do đó lượng CA đã dư để phản ứng với lượng FA cao nhất theo đường chuẩn (1,98 g FA/mL trong 10,10 mL dung dịch tạo thành) Tuy nhiên, để kiểm ra khả năng tạo phức [55] và đánh giá chính xác ảnh hưởng của lượng dư CA đến độ hấp thu của dung dịch phức tạo thành, thực nghiệm tiến hành phân tích các dung dịch chứa 1,98 g FA/mL với nồng độ CA tăng dần từ 1% đến 5% (m/v) theo quy trình bảng 3.3 Đồng thời, các dung dịch trắng mẫu trong cùng điều kiện cũng được chuẩn bị bằng cách thay dung dịch FA bằng dung dịch sodium bisulfite

Bảng 3.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ CA Ống nghiệm 1 2 3 4

Dd H2SO4 đậm đặc, mL 6,00 6,00 6,00 6,00

Xử lý Đun nóng các ống nghiệm ở khoảng 95C trong 15 phút, sau đó để dd trở lại nhiệt độ phòng Phân tích Đo độ hấp thu của dung dịch ở bước sóng 573 nm

3.3.3 Khảo sát bước sóng đo độ hấp thu thích hợp

Dựa vào các điều kiện đã khảo sát, tiến hành quét bước sóng của các dung dịch lần lượt chứa 0,10 - 1,98 g FA/mL trong khoảng bước sóng từ 400 - 800 nm trên máy đo quang phổ UV-Vis.

Khảo sát phương pháp phân tích formaldehyde bằng thuốc thử PRA

3.4.1 Khảo sát nồng độ PRA thích hợp

Bảng 3.4 Khảo sát nồng độ PRA Ống nghiệm 1 2 3 4 5 6

Dung dịch FA Mỗi ống nghiệm chứa 5,00 mL dd FA 0,12 g/mL

Thêm vào mỗi ống nghiệm 500 L dd Na2SO3 16 mM Đậy nắp, lắc đều và giữ ở nhiệt độ phòng trong 30 phút Độ hấp thu A Đo A của dd phức tạo thành ở bước sóng 578 nm

Hút 5,00 mL dung dịch FA nồng độ 0,12 g/mL cho vào các ống nghiệm, lần lượt thêm vào 500 L dung dịch PRA đã được acid hóa (m g PRA hòa tan trong 2,00 mL dung dịch hydrochloric acid đậm đặc và định mức đến 10,00 mL bằng nước cất, ứng với nồng độ PRA tăng dần từ 2 mM đến 25 mM) và lắc đều Thêm từ từ 500 L dung dịch sodium sulfite 16 mM, đậy kín ống nghiệm và lắc đều dung dịch một lần nữa Dung dịch tạo thành có nồng độ FA tương ứng là 0,10 g/mL Các ống nghiệm này được giữ ở nhiệt độ phòng, sau 30 phút tiến hành đo độ hấp thu của dung dịch phức tạo thành ở bước sóng 578 nm

Tiến hành thử nghiệm tương tự nhưng thay dung dịch FA nồng độ 0,12 g/mL bằng dung dịch FA nồng độ 1,20 g/mL (dung dịch tạo thành có nồng độ FA tương ứng là 1,00 g/mL) nhằm đánh giá khả năng hấp thu của dung dịch phức ở nồng độ cao Mỗi nồng độ PRA thực hiện lặp lại ít nhất 3 lần, đồng thời chuẩn bị các dung dịch trắng mẫu (blank) bằng cách thay 5,00 mL dung dịch FA bằng 5,00 mL nước cất trong cùng điều kiện khảo sát

3.4.2 Khảo sát thể tích hydrochloric acid

Bảng 3.5 Khảo sát thể tích HCl dùng cho phản ứng acid hóa PRA Ống nghiệm 1 2 3 4 5

Dung dịch FA Mỗi ống nghiệm chứa 5,00 mL dd FA 0,12 g/mL

Thêm vào mỗi ống nghiệm 500 L dd PRA

6,2 mM đã được acid hóa với thể tích HCl

Thêm vào mỗi ống 500 L dd Na2SO3 16 mM Đậy nắp, lắc đều và giữ ở nhiệt độ phòng trong 30 phút Độ hấp thu A Đo A của dd phức tạo thành ở bước sóng 578 nm

Tiến hành thử nghiệm tương tự như mục 3.4.1, trang 44 nhưng thay bằng 500

L dung dịch PRA 6,2 mM đã được acid hóa với lượng thể tích hydrochloric acid khác nhau (0,020 g PRA hòa tan trong V mL dung dịch hydrochloric acid đậm đặc

(V tăng dần từ 2,00 mL đến 10,00 mL) và định mức đến vạch bằng 10,00 mL nước cất) Quy trình chi tiết được trình bày trong bảng 3.5

3.4.3 Khảo sát nồng độ sodium sulfite

Hút 5,00 mL dung dịch FA nồng độ 0,12 g/mL (hoặc 1,20 g/mL) cho vào các ống nghiệm, lần lượt thêm vào 500 L dung dịch PRA 6,2 mM (đã được acid hóa bằng 2,00 mL dung dịch hydrochloric acid đậm đặc) Thêm từ từ 500 L dung dịch sodium sulfite (nồng độ tăng dần từ 7,9 mM đến 79 mM), đậy kín ống nghiệm và lắc đều dung dịch một lần nữa Dung dịch tạo thành có nồng độ FA tương ứng là 0,10

g/mL Các ống nghiệm này được giữ ở nhiệt độ phòng, sau 30 phút tiến hành đo độ hấp thu ở bước sóng 578 nm

Bảng 3.6 Khảo sát nồng độ sodium sulfite Ống nghiệm 1 2 3 4 5

Dung dịch FA Mỗi ống nghiệm chứa 5,00 mL dd FA 0,12 g/mL

Dd PRA 6,2 mM, L Thêm vào mỗi ống nghiệm 500 L dd PRA 6,2 mM

Xử lý Đậy kín ống nghiệm, lắc đều và giữ ở nhiệt độ phòng trong 30 phút Độ hấp thu A Đo A của dd phức tạo thành ở bước sóng 578 nm

3.4.4 Khảo sát nhiệt độ tạo phức

Hút 5,00 mL dung dịch FA nồng độ 0,12 g/mL (hoặc 1,20 g/mL) cho vào các ống nghiệm, lần lượt thêm vào 500 L dung dịch PRA 6,2 mM (đã được acid hóa bằng 2,00 mL dung dịch hydrochloric acid đậm đặc) Thêm từ từ 500 L dung dịch sodium sulfite 16 mM, đậy kín ống nghiệm và lắc đều dung dịch một lần nữa Dung dịch tạo thành có nồng độ FA tương ứng là 0,10 g/mL Các ống nghiệm này được giữ ở nhiệt độ khác nhau (bao gồm: nhiệt độ phòng - khoảng 30C, 50  5C, 70  5C và 90  5C), sau 30 phút tiến hành đo độ hấp thu ở bước sóng 578 nm

3.4.5 Khảo sát thời gian tạo phức

Để xác định nồng độ axit folic (FA) trong mẫu bằng phương pháp huỳnh quang, tiến hành các bước sau: chuẩn bị một loạt ống nghiệm chứa 5 ml dung dịch FA nồng độ 0,12 μg/mL (hoặc 1,20 μg/mL), thêm 500 μL dung dịch PRA 6,2 mM đã acid hóa bằng 2 ml hydrochloric acid đậm đặc vào từng ống nghiệm Sau đó, bổ sung từ từ 500 μL dung dịch sodium sulfite 16 mM, đậy kín ống nghiệm và lắc đều Dung dịch tạo thành có nồng độ FA tương ứng là 0,10 μg/mL Các ống nghiệm được bảo quản ở nhiệt độ phòng trong thời gian tạo phức khác nhau (5, 10, 15, 30, 45 phút).

60, 90 và 120 phút), tiến hành đo độ hấp thu ở bước sóng 578 nm

3.4.6 Khảo sát bước sóng đo độ hấp thu thích hợp

Dựa vào các điều kiện đã khảo sát, nghiên cứu tiến hành quét bước sóng của các dung dịch lần lượt chứa 0,10 và 1,00 g FA/mL (hình PL.2, trang 130) trong khoảng bước sóng từ 450 - 700 nm trên máy đo quang phổ UV-Vis.

Kỹ thuật phân tích formaldehyde theo phương pháp NIOSH 3500 (phương pháp lấy mẫu chủ động)

Bơm hút khí đưa không khí vào bình hấp thụ sau đó sục qua dung dịch sodium bisulfite 1% Khí sau đó đi qua bẫy chứa silica gel nhằm loại bỏ hơi nước hoặc dung dịch bắn ra từ bình hấp thụ, tránh ảnh hưởng đến lưu lượng kế và bơm Tốc độ lưu lượng khí được điều chỉnh khoảng 0,4  0,05 L/phút và cần theo dõi liên tục trong quá trình thực nghiệm.

Hình 3.4 Sơ đồ thực nghiệm của hệ thống lấy mẫu chủ động

Sau khoảng 1 - 4 giờ lấy mẫu (tổng thể tích không khí nằm trong khoảng từ 1 -

100 L), dung dịch trong các bình hấp thụ được chuyển vào các chai LDPE, nắp kín và bảo quản ở nhiệt độ thấp (0 - 4C) cho đến khi được phân tích (nếu cần) Kết quả phân tích chỉ được ghi nhận khi nồng độ FA được hấp thụ vào bình 2 không vượt quá 10% so với đồng độ FA được hấp thụ vào bình 1

3.5.2 Quy trình xử lý mẫu và phân tích

Sau thời gian lấy mẫu, tiến hành ghi nhận thể tích dung dịch thực trong các bình hấp thụ (ký hiệu: V1 - bình 1 và V2 - bình 2) bằng cách chuyển dung dịch vào từng ống đong thể tích 25 mL riêng biệt Để xác định nồng độ FA trong dung dịch thu được, tiến hành các bước xử lý và phân tích mẫu theo quy trình sau (hình 3.5): (1) Hút 4,00 mL dung dịch từ mỗi bình hấp thụ cho vào từng ống nghiệm có nắp dung tích 20 mL;

(2) Lần lượt thêm vào mỗi ống nghiệm 100 L dung dịch CA 1% và lắc đều, dung dịch lúc này có màu vàng nhạt hoặc không màu;

(3) Thêm từ từ 6,00 mL dung dịch sulfuric acid đậm đặc, đậy nắp và lắc đều dung dịch một lần nữa, dung dịch chuyển dần sang màu tím;

Dòng khí có chứa FA

Bình 1 Bình 2 Bơm hút chân không Lưu lượng kế

(4) Đun các ống nghiệm bằng nước nóng ở khoảng 95C trong 15 phút, sau đó để dung dịch trở lại nhiệt độ phòng và đo độ hấp thu ở bước sóng 573 nm (bước sóng cho độ hấp thu cực đại) bằng máy đo quang phổ UV-Vis

Hình 3.5 Sơ đồ xử lý và phân tích mẫu bằng thuốc thử CA

Trong quá trình chuẩn bị dung dịch trắng mẫu, thay vì sử dụng 4,00 mL dung dịch mẫu từ bình hấp thụ, cần dùng 4,00 mL dung dịch sodium bisulfite 1% Lưu ý, khi sử dụng sulfuric acid, phải đeo găng tay cẩn thận vì hóa chất này có thể gây bỏng nặng.

3.5.3 Xây dựng đường chuẩn và tính toán kết quả

Nồng độ FA trong mỗi bình hấp thụ được xác định dựa vào đường chuẩn với quy trình chuẩn bị như sau:

- Từ dung dịch chuẩn FA gốc (1,00 mg/mL), hút 1,00 mL dung dịch và định mức đến vạch bằng dung dịch sodium bisulfite 1% trong bình định mức 100,0 mL tạo thành dung dịch chuẩn 10,0 g/mL;

- Chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn có nồng độ khối lượng FA từ 0,10 g/mL đến 1,98 g/mL bằng cách hút lần lượt từ 0,10 mL đến 2,00 mL dung dịch chuẩn 10,0

g/mL vào các ống nghiệm có nắp 20 mL;

- Lần lượt thêm dung dịch sodium bisulfite 1% vào từng ống nghiệm, sao cho tổng thể tích đạt 4,00 mL Tương tự, chuẩn bị mẫu trắng (blank) chỉ chứa 4,00 mL dung dịch sodium bisulfite 1%;

- Tiến hành xử lý và phân tích mẫu như các bước (2) - (4) như mục 2.3.2 Từ đó, xây dựng được dãy chuẩn làm việc của phương pháp lấy mẫu chủ động

Bảng 3.7 Dãy chuẩn của phương pháp lấy mẫu chủ động Ống nghiệm 0 1 2 3 4 5 6

Dd CA 1%, mL Thêm vào mỗi ống nghiệm 0,10 mL dd CA 1%

Cho 6,00 mL dung dịch H2SO4 đặc vào dung dịch mẫu Đun nóng đến 95°C trong 15 phút, sau đó để dung dịch trở lại nhiệt độ phòng Đo độ hấp thu của dung dịch ở bước sóng 573 nm.

Dựa vào nồng độ khối lượng FA trong bình hấp thụ, có thể xác định nồng độ khối lượng FA trong V (L) không khí (C, tính bằng microgam trên lít) theo công thức

Nồng độ FA (g/mL) thu hồi được từ bình hấp thụ 1 và bình hấp thụ 2 lần lượt là M1 và M2 Trong trường hợp nồng độ FA trong các bình hấp thụ vượt quá phạm vi chuẩn, cần pha loãng mẫu và áp dụng các hệ số thích hợp để tính toán chính xác nồng độ FA thực tế.

4,00× F (3.3) với C 1 , C 2 lần lượt là nồng độ FA trong bình 1 và bình 2 (sau khi trừ blank) được xác định từ dãy chuẩn; F là hệ số pha loãng (nếu có)

- V 1 , V 2 lần lượt là thể tích dung dịch (mL) thu được từ bình hấp thụ 1 và bình hấp thụ 2;

- V là tổng thể tích của không khí hút thu được, (L):

V = w × t (3.4) với w là lưu lượng dòng không khí, w = 0,4  0,05 L/phút; t (phút) là thời gian lấy mẫu.

Kỹ thuật phân tích formaldehyde theo phương pháp P-CA

3.6.1 Chuẩn bị thiết bị lấy mẫu thụ động

Trước khi tiến hành thử nghiệm các khảo sát liên quan đến phương pháp lấy mẫu thụ động, ta cần đảm bảo các thiết bị lấy mẫu thụ động dạng huy hiệu Willems

(Willems badge) được chuẩn bị đầy đủ các bước như sau:

(1) Rửa các bộ phận của thiết bị bằng nước sạch, bao gồm phần thân, vòng khoảng cách, vòng cố định và nắp, sau đó rửa lại bằng nước cất và để khô Lưu ý, cần thao tác nhẹ nhàng và hạn chế gây nứt hay trầy xước;

(2) Chuẩn bị khoảng 20 mL hỗn hợp cồn tuyệt đối (ethanol 99,5%) và nước cất theo tỉ lệ 1:1 trong cốc 50 mL Màng Teflon được ngâm trong hỗn hợp này khoảng 5 phút, sau đó gắp màng Teflon ra đĩa petri và để khô;

(3) Cắt màng lọc sợi thuỷ tinh GF-A của hãng Whatman (Anh) thành các hình tròn có đường kính 28 mm Sau đó, gắp màng vào cốc nước cất đang đun nóng (duy trì nhiệt độ trong khoảng từ 80 đến 90C) nhằm loại bỏ các sợi thuỷ tinh rời Khoảng 2 phút sau, gắp màng lọc ra đĩa petri và để khô

Màng Teflon và màng lọc sau khi làm sạch có thể được bảo quản trong các lọ nút kín đến 3 tháng;

(4) Chuẩn bị chất hấp thụ sodium bisulfite để tẩm vào màng;

(5) Xếp các màng hấp thụ đã được làm sạch vào đĩa petri, rồi cho các dung dịch hấp thụ đã chuẩn bị vào Khuấy đều trong khoảng 5 phút để các màng có thể được tẩm đều chất hấp thụ, sau đó gắp màng ra và làm khô bằng hơi nóng trong vài phút Lưu ý, cần bảo quản các màng cẩn thận, tránh nhiễm bẩn trong quá trình tẩm và làm khô;

(6) Lắp thiết bị lấy mẫu thụ động Willems hoàn chỉnh từ 1 - 6 như hình 2.4.a; (7) Khi lấy mẫu, phần nắp đậy của thiết bị được tháo ra và các thiết bị sẽ được gắn tại các vị trí lấy mẫu với phần đầu mở hướng xuống như hình 2.4.b

3.6.2 Quy trình xử lý mẫu

Sau khoảng thời gian lấy mẫu, lần lượt tháo các bộ phận của thiết bị và dùng nhíp gắp màng hấp thụ cho vào ống ly tâm Thêm vào ống ly tâm 10,0 mL nước cất, sau đó đậy nắp, lắc đều trong 5 phút để hoà tan lượng sodium FA bisulfite hình thành trên màng hấp thụ.

Tiếp tục ly tâm với tốc độ vòng 2000 rpm trong 10 - 15 phút để loại bỏ phần giấy lọc Sau đó, lấy lớp dung dịch trong suốt, không màu phía trên ống ly tâm để tiến hành phân tích Nếu giấy lọc không lắng hoàn toàn ở đáy ống, cần sử dụng ống tiêm và đầu lọc syringe 0,45 μm để lấy phần dung dịch dạng lỏng.

Dung dịch trong suốt không màu sau ly tâm với thể tích 4,00 mL được phân tích bằng ống nghiệm có nắp dung tích 20 mL, tuân theo quy trình tương tự như các bước (2) - (4) được mô tả trong mục 3.5.2 (trang 48).

Các mẫu trắng, là các màng được tẩm dung dịch hấp thụ sodium sulfite cũng được xử lý và phân tích tương tự như quy trình trên

3.6.4 Khảo sát hiệu suất chiết mẫu từ màng hấp thụ và ảnh hưởng của lượng sodium bisulfite

Dựa vào mục 3.6.1 (trang 51), chuẩn bị chất hấp thụ sodium bisulfite với các nồng độ khác nhau, lần lượt là 1%, 5% và 10% (w/v) như bước (4) Tiếp theo, thực hiện tẩm chất hấp thụ vào màng hấp thụ đã được làm sạch như bước (5)

Lắp các màng đã tẩm chất hấp thụ vào phần thân của thiết bị lấy mẫu Tương ứng với mỗi nồng độ sodium bisulfite, ta có 8 màng hấp thụ, trong đó 5 màng được thêm 50 L dung dịch FA 50,0 g/mL (đóng vai trò mẫu thực - sample) và 3 màng còn lại không thêm dung dịch FA (đóng vai trò trắng mẫu - blank) Sau đó, đậy nắp thiết bị, bọc giấy nhôm, để trong các lọ LDPE, nắp kín riêng biệt và bảo quản trong tủ lạnh (khoảng từ 0 - 4C) Sau 8 giờ, tiến hành xử lý mẫu như mục 3.6.2 và phân tích như mục 3.6.3 ở bước sóng 573 nm Mỗi thí nghiệm thực hiện ít nhất 3 lần

Bên cạnh đó, với ưu điểm nổi bật là có khả năng lấy mẫu trong thời gian dài, nồng độ chất phân tích tích luỹ trong thiết bị lấy mẫu thụ động vì thế cũng lớn hơn nhiều so với phương pháp lấy mẫu chủ động Do đó, cần tiến hành thử nghiệm khác tương tự như trên nhưng với 50 L dung dịch FA 500 g/mL được thêm vào các màng hấp thụ

Hiệu suất chiết mẫu từ màng hấp thu sẽ được tính dựa trên độ thu hồi (R, %), là tỉ số giữa nồng độ FA thu được từ quy trình phân tích (Ctt, g/mL) và nồng độ FA chuẩn được thêm vào màng hấp thụ (Cc, g/mL)

Chuẩn bị các màng hấp thụ tẩm dung dịch sodium bisulfite 1% (m/v) theo các bước 3 - 5 như ở mục 3.6.1 (trang 51), và các dung dịch FA nồng độ 50,0 g/mL,

Các màng hấp phụ được cẩn thận chuyển vào các ống ly tâm riêng biệt Mỗi ống được bổ sung 50 L dung dịch acid formic (FA) với nồng độ tăng dần: 150 g/mL, 250 g/mL, 350 g/mL, 500 g/mL và 1,00 mg/mL.

Sau đó tiến hành xử lý và phân tích mẫu như mục 3.6.2 và mục 3.6.3 (trang 52) ở bước sóng 573 nm Từ đó, xây dựng được dãy chuẩn làm việc của phương pháp P-

Bảng 3.8 Dãy chuẩn của phương pháp P-CA Ống ly tâm 0 1 2 3 4 5 6

Xử lý mẫu Thêm 10,0 mL nước cất, lắc khoảng 5 phút Ly tâm

Hút 4,00 mL dd trong suốt, thêm 0,10 mL dd CA

1% và 6,00 mL dd H2SO4 đđ Đun nóng khoảng 90C trong 15 phút Đo A ở bước sóng 573 nm Nồng độ FA, g/mL 0 0,10 0,30 0,50 0,69 0,99 1,98 Khối lượng FA, g 0 2,50 7,50 12,5 17,5 25,0 50,0

Kỹ thuật phân tích formaldehyde theo phương pháp P-PRA

3.7.1 Chuẩn bị thiết bị lấy mẫu thụ động

Quy trình chuẩn bị thiết bị lấy mẫu được thực hiện tương tự như mục 3.6.1 (trang 51) Tuy nhiên, ở bước (4), thay chất hấp thụ sodium bisulfite bởi chất hấp thụ

PRA đã được acid hóa (0,020 g PRA hòa tan trong 2,00 mL dung dịch hydrochloric acid đậm đặc và định mức đến 10,00 mL bằng nước cất)

3.7.2 Quy trình xử lý mẫu

Sau khoảng thời gian lấy mẫu, lần lượt tháo các bộ phận của thiết bị và dùng nhíp gắp màng hấp thụ cho vào ống ly tâm Thêm vào ống ly tâm 10,0 mL nước cất, sau đó đậy nắp, lắc đều trong 5 phút để hoà tan lượng FA được giữ lại trên các màng hấp thụ.

Tiếp tục ly tâm với tốc độ vòng 2000 rpm trong khoảng thời gian 10 - 15 phút để loại bỏ phần giấy lọc, sau đó lấy phần dung dịch trong suốt phía trên của ống ly tâm tiến hành phân tích Với trường hợp giấy lọc không lắng hoàn toàn ở đáy của ống ly tâm, cần sử dụng ống tiêm và đầu lọc syringe 0,45 m giúp lấy phần dung dịch trong suốt

3.7.3 Quy trình phân tích Để xác định nồng độ FA trong dung dịch thu được, tiến hành phân tích mẫu dựa trên các kết quả đã khảo sát theo quy trình sau (hình 3.6):

(1) Hút 5,00 mL dung dịch mẫu trong suốt cho vào các ống nghiệm có nắp dung tích

(2) Thêm vào mỗi ống nghiệm 500 L dung dịch PRA 6,2 mM (0,020 g PRA hòa tan trong 2,00 mL dung dịch hydrocloric acid đậm đặc và định mức đến 10,00 mL bằng nước cất) và lắc đều;

(3) Thêm từ từ 500 L dung dịch sodium sulfite 16 mM, đậy kín ống nghiệm và lắc đều dung dịch một lần nữa;

(4) Các ống nghiệm này được giữ ở nhiệt độ phòng, sau 30 phút tiến hành đo độ hấp thu ở bước sóng 578 nm (bước sóng cho độ hấp thu cực đại) bằng máy đo quang phổ UV-Vis

Hình 3.6 Sơ đồ xử lý và phân tích mẫu bằng thuốc thử PRA

Các màng giấy trắng được tẩm dung dịch hấp thụ PRA đã được acid hóa để chuẩn bị cho quá trình xử lý và phân tích Quá trình này tương tự như quy trình xử lý và phân tích đối với các mẫu màng khác.

3.7.4 Khảo sát hiệu suất chiết mẫu từ màng hấp thụ

Chuẩn bị các màng hấp thụ tẩm PRA đã được acid hóa như mục 3.7.1 (trang 54) Sau đó, lắp các màng đã tẩm chất hấp thụ vào phần thân của thiết bị lấy mẫu

Lần lượt thêm vào 5 màng 50 L dung dịch FA 24,0 g/mL (đóng vai trò mẫu thực

- Lấy mẫu (sample) và 3 màng còn lại không thêm dung dịch FA (màng trắng mẫu - blank) vào Túi lọc mẫu rồi đậy nắp thiết bị.- Bọc giấy nhôm, cho vào lọ LDPE riêng biệt và đậy nắp kín.- Bảo quản trong tủ lạnh ở nhiệt độ 0-4°C.

Sau 8 giờ, tiến hành xử lý mẫu và phân tích như mục 3.7.2 và 3.7.3 (trang 55) Tương tự như phương pháp P-CA, tiến hành thử nghiệm với lượng FA tích lũy trong thiết bị lấy mẫu lớn, ứng với 50 L dung dịch FA 240 g/mL được thêm vào các màng hấp thụ Khi đó, hiệu suất chiết mẫu từ màng hấp thu cũng sẽ được tính dựa trên độ thu hồi (R, %) như công thức 3.5 (trang 53)

Chuẩn bị các màng hấp thụ tẩm dung dịch PRA đã được acid hóa theo các bước

3 - 5 như ở mục 3.7.1 (trang 54), và các dung dịch FA nồng độ 24,0 g/mL, 72,0

g/mL, 120 g/mL, 168 g/mL, 240 g/mL và 480 g/mL Lần lượt gắp các màng hấp thụ cho vào ống ly tâm và lần lượt thêm vào mỗi ống 50 L dung dịch FA theo nồng độ tăng dần

Sau đó tiến hành xử lý và phân tích mẫu như mục 3.7.2 và 3.7.3 (trang 55) ở bước sóng 578 nm Từ đó, xây dựng được dãy chuẩn làm việc của phương pháp P- PRA

Bảng 3.9 Dãy chuẩn của phương pháp P-PRA Ống nghiệm 0 1 2 3 4 5 6

Xử lý mẫu Thêm 10,0 mL nước cất, lắc khoảng 5 phút Ly tâm

Hút 5,00 mL dd trong suốt, thêm 500 L dd PRA 6,2 mM và 500 L dd Na2SO3 16 nM Đo A ở bước sóng

578 nm sau khi giữ 30 phút ở nhiệt độ phòng Nồng độ FA, g/mL 0 0,10 0,30 0,50 0,70 1,00 2,00 Khối lượng FA, g 0 1,20 3,60 6,00 8,40 12,0 24,0

Khảo sát thời gian bảo quản màng hấp thụ

Một yêu cầu quan trọng của bất kỳ thiết bị lấy mẫu nào là khả năng bảo quản thiết bị trước và sau khi tiến hành lấy mẫu Bảo quản thiết bị trước khi tiến hành lấy mẫu (pre-exposure) nhằm đánh giá thời gian sử dụng của các màng hấp thụ sau khi được tẩm dung dịch hấp thụ Bảo quản thiết bị sau khi lấy mẫu (post-exposure) nhằm tìm ra thời gian lưu giữ mẫu tối ưu để chất phân tích không bị mất đi trong quá trình vận chuyển hoặc phân tích dài ngày

Nghiên cứu đã tiến hành khảo sát thời gian bảo quản màng hấp thụ trong 2 tuần với quy trình thực nghiệm như sau:

3.8.1 Khảo sát thời gian bảo quản trước khi lấy mẫu

Một loạt các màng hấp thụ sẽ được chuẩn bị trong cùng điều kiện (tẩm dung dịch sodium bisulfite 1%/PRA đã được acid hóa), sau đó đặt trong các lọ LDPE, nắp kín Sau các khoảng thời gian khác nhau, các màng hấp thụ này cùng với màng hấp thụ mới (được chuẩn bị ngay trước khi lấy mẫu) sẽ được lắp vào các thiết bị và đặt trong cùng điều kiện lấy mẫu Mỗi thực nghiệm đặt ít nhất 3 thiết bị

Sau khi lấy mẫu, các màng hấp thụ này sẽ xử lý và phân tích bằng các phương pháp phù hợp Đối với các màng hấp thụ tẩm dung dịch sodium bisulfite 1% sẽ được xử lý và phân tích như mục 3.6.2 và 3.6.3 (trang 52) ở bước sóng 573 nm Đối với các màng hấp thụ tẩm dung dịch PRA đã được acid hóa sẽ được xử lý và phân tích như mục 3.7.2 và 3.7.3 (trang 55)

3.8.2 Khảo sát thời gian bảo quản sau khi lấy mẫu

Chuẩn bị các màng hấp thụ trong cùng điều kiện (tẩm dung dịch sodium bisulfite 1% hoặc PRA đã được acid hóa), sau đó lắp các màng này vào phần thân của thiết bị lấy mẫu Lần lượt thêm vào 50 L dung dịch FA ở nồng độ xác định: 500 g FA/mL đối với các màng tẩm dung dịch sodium bisulfite 1% và 240 g FA/mL đối với các màng tẩm dung dịch PRA đã được acid hóa, một số màng không thêm (đóng vai trò trắng mẫu - blank) Sau đó đậy nắp các thiết bị, bọc giấy nhôm, để trong các lọ LDPE, nắp kín và bảo quản trong tủ lạnh (nhiệt độ trong khoảng từ 0 - 4C)

Sau các khoảng thời gian khảo sát (lần lượt 1, 3, 7, 10 và 14 ngày), tiến hành các xử lý mẫu và phân tích như các khảo sát đã thực hiện.

Xác định tốc độ lấy mẫu

Tốc độ lấy mẫu (K) là đại lượng đặc trưng của phương pháp lấy mẫu thụ động và rất được quan tâm nghiên cứu Chỉ khi xác định đúng tốc độ lấy mẫu mới có thể xác định được nồng độ FA trong không khí bằng phương pháp lấy mẫu thụ động và từ đó có thể nâng cao năng suất làm việc của thiết bị Tốc độ lấy mẫu có thể được xác định bằng phương pháp lý thuyết (theoretical sampling rate, Kt) hoặc phương pháp thực nghiệm (experimental sampling rate, Ke)

3.9.1 Xác định tốc độ lấy mẫu lý thuyết

Tốc độ lấy mẫu lý thuyết (Kt) của thiết bị lấy mẫu thụ động dạng huy hiệu Willems được xác định dựa trên cấu tạo của thiết bị (đại lượng S và L) và hệ số khuếch tán của chất phân tích ở điều kiện đo qua công thức sau [52, 56, 58]:

- D là hệ số khuếch tán của chất phân tích ở điều kiện đo, D FA = 1,70.10 -5 (m 2 /s)

- A là diện tích mặt cắt ngang của thiết bị, A = 6,16 (cm 2 );

- L là chiều dài của đường khuếch tán, L = 0,6 (cm);

Từ đây, có thể xác định được tốc độ lấy mẫu lý thuyết của thiết bị lấy mẫu thụ động dạng huy hiệu Willems là K t = 105 (cm 3 /phút) Khi so sánh giá trị này với các nghiên cứu trước đây: (1) Geisling và cộng sự (1982) với A 1 = 4,52 (cm 2 ), L 1 = 9,50 (cm): K t1 = 4,86 (cm 3 /phút); (2) Grosjean và Williams (1992) với A 2 = 3,63 (cm 2 ),

So sánh thiết kế giữa mẫu lấy dạng huy hiệu và ống của Gibson và Brokerhof (2001) cho thấy mẫu lấy dạng huy hiệu với A = 0,95 cm , L = 7,1 cm có tốc độ lấy mẫu cao hơn (K = 1,36 cm /phút) so với dạng ống (K = 19,4 cm /phút) Điều này chứng tỏ thiết bị dạng huy hiệu giữ lại được lượng FA nhiều hơn với cùng nồng độ FA trong không khí Từ đó, phát triển và ứng dụng thiết bị dạng huy hiệu là hướng đi đầy tiềm năng cho việc xác định nồng độ các chất ô nhiễm trong không khí

Tuy nhiên, cần phải tiến hành thực nghiệm xác định tốc độ lấy mẫu Ke thay vì chỉ sử dụng tốc độ lý thuyết để đánh giá nồng độ chất ô nhiễm trong không khí Bởi vì hệ số khuếch tán (D) của chất phân tích có sự thay đổi đáng kể tùy thuộc vào điều kiện môi trường Do đó, việc xác định Ke theo phương pháp thực nghiệm sẽ giúp đánh giá toàn bộ quá trình phân tích, từ đó đưa ra cơ sở chính xác để ứng dụng phương pháp này trong việc xác định nồng độ FA trong không khí.

3.9.2 Xác định tốc độ lấy mẫu thực nghiệm

Tốc độ lấy mẫu thực nghiệm Ke (mL/phút) được xác định theo công thức sau:

Trong đó: m là khối lượng FA được giữ lại trong thiết bị lấy mẫu thụ động, (g);

C là nồng độ FA trong không khí, (g/mL); t là thời gian lấy mẫu, (phút)

Tiến hành thực nghiệm để xác định tốc độ lấy mẫu thực nghiệm Ke trong các khoảng thời gian lấy mẫu khác nhau (lần lượt là 1 giờ, 2 giờ, 4 giờ, 6 giờ và 8 giờ) với các dòng khí có chứa nồng độ FA thay đổi Dựa vào các đường chuẩn đã xây dựng, ta có thể xác định được nồng độ FA trong dòng khí (giá trị C) và khối lượng

FA giữ lại trên màng hấp thu (giá trị m) ứng với các dung dịch tẩm khác nhau.

Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp

Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp (hay đánh giá phương pháp/thẩm định phương pháp) là sự khẳng định bằng việc kiểm tra và cung cấp các bằng chứng khách quan nhằm chứng minh rằng phương pháp đó có đáp ứng các yêu cầu đặt ra hay không Do đó, quy trình đánh giá phương pháp là một phần không thể thiếu nếu muốn có một kết quả phân tích đáng tin cậy Tuy nhiên, đây là một công việc tương đối khó khăn và khá tốn kém, đặc biệt đối với việc xác định nồng độ chất ô nhiễm trong không khí bằng phương pháp lấy mẫu thụ động bởi 3 lý do chính như sau: (1) Thứ nhất, việc chuẩn bị hỗn hợp khí chuẩn (tinh khiết) để kiểm tra hiệu quả hấp thu là một điều không hề dễ dàng;

(2) Thứ hai, việc kiểm soát lưu lượng không khí với nồng độ xác định trong suốt quá trình lấy mẫu là một điều tương đối khó khăn;

(3) Thứ ba, tốc độ lấy mẫu có thể thay đổi trong từng điều kiện và các khoảng thời gian lấy mẫu khác nhau

3.10.1 Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp

Có nhiều cách khác nhau để xác định giới hạn phát hiện (Limit of Detection -

Để xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) cho phương pháp, nồng độ FA trong không khí dần được giảm Sau thời gian lấy mẫu thích hợp, màng hấp thụ và dung dịch thu được từ các thiết bị lấy mẫu được xử lý và phân tích theo phương pháp mô tả trong mục 3.6.2 và 3.6.3 Quá trình này giúp xác định nồng độ FA thấp nhất mà các thiết bị lấy mẫu thụ động có thể phát hiện được.

3.10.2 Xác định độ chính xác

Tương tự như giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng, một số cách phổ biến để xác định độ chính xác cũng được trình bày trong phụ lục 3, trang 105 Trong nghiên cứu này, độ chính xác được xác định thông qua việc so sánh kết quả thực nghiệm với kết quả được thực hiện bởi phương pháp đối chiếu (phương pháp lấy mẫu chủ động).

Phân tích mẫu thực

Việc xác định FA trong mẫu không khí trong nhà có đốt hương được thực hiện trên 3 loại hương:

- Loại I (hương trầm): loại này được mua tại siêu thị, có giá thành tương đối cao do sản xuất thủ công từ nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên; khi đốt, loại hương này ít tạo ra khói và không mùi gây khó chịu;

- Loại II (hương ít khói): loại này được mua tại các cửa hàng tập hóa, hương có mùi thơm; khi đốt, tạo ra ít khói và có mùi thơm;

- Loại III (hương có tẩm hóa chất và nhang muỗi): loại này được mua tại một khu chợ địa phương, khi đốt có nhiều khói và mùi khó chịu

Trong đó, hương loại I được đốt tại một khu vực thờ cúng ở hộ gia đình, các loại hương II và III được đốt trong khu vực tủ hút (cao khoảng 1,5 m trong một phòng thí nghiệm có diện tích khoảng 40 m 2 ) trong khoảng thời gian lấy mẫu ngắn (1 giờ) Khi đốt, các cửa sổ và cửa ra vào được đóng kín, hạn chế người ra vào để tránh nguy cơ gây ảnh hưởng đến sức khỏe Các thiết bị lấy mẫu thụ động được treo gần nguồn phát thải nhằm mục đích thu thập được lượng FA nhiều nhất có thể

Sau khoảng thời gian lấy mẫu với số lượng hương thích hợp, các thiết bị lấy mẫu sẽ được bảo quản, xử lý và phân tích dựa trên các kết quả đã khảo sát Khối lượng FA được giữ lại trên màng hấp thụ sẽ được xác định dựa vào các đường chuẩn đã xây dựng trước đó Từ đó, nồng độ FA ([FA], g/m 3 ) trong không khí sẽ được tính toán dựa trên tốc độ lấy mẫu thực nghiệm theo công thức sau:

Trong đó: m là khối lượng FA thu thập được từ thiết bị lấy mẫu thụ động, (g);

K e là tốc độ lấy mẫu thực nghiệm, (cm 3 /phút); t là thời gian lấy mẫu, (phút).

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Kết quả khảo sát phương pháp phân tích formaldehyde bằng thuốc thử

Với PSM sử dụng sodium bisulfite làm chất hấp thụ để tẩm vào màng, formaldehyde có thể tạo phức với thuốc thử CA trong môi trường sulfuric acid đặc, nóng như cơ chế được mô tả trong hình 4.1 Trong đó, ở bước (1) của phản ứng là sự ngưng tụ của hợp chất hyroxy thơm (phenolic chromotropic acid) với formaldehyde để tạo thành hydroxydiphenylmethanes không màu, tiếp theo là sự oxy hoá thành hợp chất p-quinoidal có màu tím như ở bước (2) [67]

Hình 4.1 Cơ chế phản ứng giữa CA và FA trong môi trường sulfuric acid [62]

Sulfuric acid tham gia vào cả hai bước của phản ứng: ở bước (1), nó đóng vai trò là chất khử nước để tạo ra sự ngưng tụ; ở bước (2) nó là chất oxy hoá và bị khử thành sulfurous acid [62, 67] Nghiên cứu của West và Sen đã chỉ ra rằng: Nồng độ sulfuric acid ảnh hưởng lớn đến độ hấp thu của dung dịch phức tạo thành và khi nồng độ này tăng dần, độ hấp thu của phức cũng tăng tương ứng Khi nồng độ sulfuric acid trên 86%, độ hấp thu về cơ bản là không thay đổi và ở nồng độ sulfuric acid đậm đặc (khoảng 96 - 98%), độ hấp thu đạt giá trị cực đại [69] Do đó, việc sử dụng sulfuric acid đậm đặc trong quy trình phân tích mẫu là điều cần thiết để đạt được độ hấp thu tối ưu

4.1.1 Ảnh hưởng của lượng sulfuric acid đậm đặc

Tiến hành khảo sát phản ứng tạo phức với lượng sulfuric acid thay đổi (41,7; 58,3; 75,0 và 91,7% (v/v)) (91,7% (v/v): trong 100 mL dung dịch phức tạo thành chứa 91,7 mL sulfuric acid) Kết quả phân tích độ hấp thu của các dung dịch phức tạo thành với tỉ lệ sulfuric acid khác nhau được thể hiện qua hình 4.2 (Số liệu thực nghiệm chi tiết được trình bày trong bảng PL.2 - phụ lục 4, trang 106)

Hình 4.2 Ảnh hưởng của thể tích sulfuric acid đậm đặc

Dựa vào đồ thị, có thể thấy rằng khi tỉ lệ thể tích sulfuric acid lớn (khoảng từ 60% trở đi) thì độ hấp thu của dung dịch phức tạo thành có xu hướng ổn định và khi tỉ lệ này lớn hơn khoảng 90% thì độ hấp thu có xu hướng giảm nhẹ Do đó, thể tích sulfuric acid theo phương pháp NIOSH 3500 (6,00 mL sulfuric acid đậm đặc trong 10,10 mL dung dịch phức tạo thành) là thích hợp

4.1.2 Ảnh hưởng nồng độ chromotropic acid

Tiến hành khảo sát phản ứng tạo phức với nồng độ CA thay đổi (1, 2, 3 và 5% (m/v)) Kết quả phân tích độ hấp thu của các dung dịch phức tạo thành ứng với nồng độ CA tăng dần được thể hiện như hình 4.3 (Số liệu thực nghiệm chi tiết được trình bày trong bảng PL.3 - phụ lục 4, trang 107)

Hình 4.3 Ảnh hưởng của nồng độ chromotropic acid

Khi nồng độ CA tăng lên, độ hấp thu của dung dịch mẫu (sample) tăng dần, đồng thời độ hấp thu của dung dịch trắng mẫu (blank) cũng tăng theo, do đó độ hấp thu net (net absorbance - sự khác nhau giữa độ hấp thu của sample và blank) gần như ổn định Điều này cho thấy kết quả phân tích là phù hợp với tính toán theo lý thuyết (0,10 mL dung dịch CA 1% (m/w) có thể đảm bảo khả năng tạo phức xảy ra hoàn toàn) và với lượng dư CA cũng không gây ra sự sai số lớn Vì vậy, nghiên cứu sử dụng 0,10 mL dung dịch CA nồng độ 1% (m/w) trong quy trình phân tích mẫu FA

4.1.3 Bước sóng đo độ hấp thu thích hợp

Hình 4.4 Phổ hấp thu của phức FA-CA trong môi trường H2SO4 đặc, nóng

Theo như phổ hấp thu hình 4.4, phức đạt độ hấp thu A lớn nhất ở bước sóng 573 nm Như vậy, chọn bước sóng 573 nm là bước sóng thích hợp để đo độ hấp thu của phức trong phương pháp phân tích formaldehyde bằng thuốc thử CA.

Kết quả khảo sát phương pháp phân tích formaldehyde bằng thuốc thử

Với PSM sử dụng PRA đã được acid hóa để tẩm vào màng, quy trình xử lý và phân tích mẫu được tiến hành ở nhiệt độ thường trong môi trường acid êm dịu hơn Độ nhạy của phương pháp cũng được đánh giá cao hơn so với phương pháp phân tích bằng thuốc thử CA với cơ chế phản ứng được mô tả như hình 4.5 [70]

Hình 4.5 Cơ chế phản ứng của FA và PRA đã được acid hóa [71]

(I) PRA, (II) PRA được acid hoá, (III) PRA + FA và (IV) PRA + FA + Na2SO3

Tuy nhiên, có thể thấy rằng độ hấp thu của dung dịch phức tạo thành trong phản ứng trên phụ thuộc lớn vào nồng độ các chất tham gia phản ứng

4.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ PRA

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ PRA (từ 2 - 25 mM) trong phản ứng tạo phức với FA tại hai mức nồng độ 0,10 g FA/mL và 0,99 g FA/mL được thể hiện như hình 4.6

Hình 4.6 Ảnh hưởng của nồng độ PRA đến độ hấp thu

(a) Dung dịch chứa 0,10 g FA/mL; (b) Dung dịch chứa 1,00 g FA/mL

Có thể thấy rằng, khi nồng độ PRA tăng dần, độ hấp thu của dung dịch mẫu thực (sample) có xu hướng tăng dần, đồng thời độ hấp thu của dung dịch trắng mẫu (blank) cũng tăng nhanh, điều này được ghi nhận ở cả hai mức nồng độ FA Sở dĩ có sự tăng độ hấp thu A theo nồng độ PRA là do khi hòa tan PRA vào nước sẽ tạo thành dung dịch có màu đỏ tím (hình 4.7.a) và khi lượng PRA tăng dần, màu này cũng có xu

Nồng độ PRA (mM) Sample

(b) hướng đậm dần Khi acid hóa PRA bằng dung dịch hydrocloric acid đậm đặc, dung dịch bị tẩy trắng do giảm khả năng liên hợp dẫn đến dung dịch bị mất màu (hoặc có màu vàng nhạt) (hình 4.7.b) Với cùng một lượng hydrocloric acid, khi tăng lượng PRA, sự tẩy trắng này có thể xảy ra không hoàn toàn dẫn đến dung dịch trắng mẫu có màu đậm, điều này có thể gây ra khả năng cộng độ hấp thu khi lượng PRA lớn [72]

Hình 4.7 Cấu trúc hoá học của PRA trước khi xảy ra phản ứng tạo phức [72]

Vì vậy, để nhận biết rõ sự khác biệt giữa dung dịch mẫu thực và trắng mẫu, cũng như chọn độ hấp thu của dung dịch trắng mẫu dưới 0,200 AU (absorption units), nồng độ PRA được chọn cố định trong quy trình xử lý mẫu bằng phương pháp P-PRA là 6,2 mM (tương ứng 0,020 g PRA trong 10,0 mL dung dịch)

Tiến hành khảo sát ảnh hưởng của dung dịch PRA 6,2 mM được acid hoá với các thể tích hydrochloric acid đậm đặc khác nhau (từ 2,00 - 10,00 mL) Dựa vào kết quả phân tích độ hấp thu (hình 4.8) ở cả hai mức nồng độ formaldehyde cho thấy: Độ hấp thu của dung dịch trắng mẫu (blank) và dung dịch mẫu thực (sample) đều có xu hướng giảm, nhưng tốc độ giảm của mẫu thực nhanh hơn so với trắng mẫu, điều này dẫn đến độ hấp thu net giảm một cách rõ rệt

Do đó, có thể thấy rằng độ hấp thu cực đại của dung dịch phức tạo thành đạt được khi sử dụng PRA được acid hoá ở mức thể tích hydrochloric acid thấp (0,020 g PRA được acid hoá trong 2,00 mL dung dịch hydrocloric acid đậm đặc và định mức đến 10,00 mL bằng nước cất) a) Pararosaniline hydrochloride b) PRA được acid hoá

Hình 4.8 Ảnh hưởng của thể tích hydrochloric acid đến độ hấp thu

Sulfite đóng một vai trò quan trọng trong sự tạo thành phức của dung dịch Ban đầu, PRA phản ứng với formaldehyde dẫn đến sự hình thành ion iminium và tạo ra dung dịch có màu tím nhạt (hình 4.9.a) Sau đó, khi thêm sodium sulfite, dung dịch chuyển dần thành máu tím đậm (có độ hấp thu cực đại trong khoảng bước sóng từ

560 - 580 nm) do xảy ra phản ứng tạo thành alkyl amino sulfonic acid liên hợp cao

Hình 4.10 trình bày ảnh hưởng của nồng độ sodium sulfite (từ 7,9 - 79 mM) đến phản ứng tạo phức Có thể thấy rằng khi nồng độ sodium sulfite lớn,độ hấp thu của

Thể tích HCl để acid hoá PRA (mL)

Thể tích HCl để acid hoá PRA (mL)

C FA =1,00 g/mL dung dịch phức tạo thành lại có xu hướng giảm dần Vì vậy, để đạt được độ nhạy tối ưu cho quá trình xử lý mẫu, nồng độ sodium sulfite được chọn là 16 mM (tương ứng 0,20 g sodium sulfite trong 100 mL dung dịch)

Hình 4.9 Cấu trúc hoá học của PRA sau khi xảy ra phản ứng tạo phức [72]

Hình 4.10 Ảnh hưởng của nồng độ sodium sulfite đến độ hấp thu

Nồng độ sodium sulfite (mM)

Nồng độ sodium sulfite (mM)

C FA =1,00 g/mL(a) PRA + FA (b) PRA + FA + Na2SO3

Sử dụng nồng độ PRA, sodium sulfite và thể tích hydrochloric acid đã được tối ưu để khảo sát sự biến đổi độ hấp thu của dung dịch phức theo nhiệt độ và thời gian Ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng tạo phức được khảo sát bằng cách phân tích các mẫu chứa lần lượt 0,10 và 1,0 g formaldehyde/mL ở các khoảng nhiệt độ khác nhau, bao gồm: nhiệt độ phòng (khoảng 30C), 50  5C, 70  5C và 90  5C

Bảng 4.1 Độ hấp thu (A) của dung dịch theo nhiệt độ

Blank Sample Net abs A net /A net 30C

Blank Sample Net abs A net /A net 30C

Quan sát cho thấy các mẫu thực (sample) ở nhiệt độ khoảng 70C và 90C phai màu nhanh chóng sau khoảng 5 - 10 phút Kết quả phân tích độ hấp thu của dung dịch phức theo nhiệt độ (bảng 4.1) chỉ ra rằng: Độ hấp thu của dung dịch trắng mẫu (blank) không có sự khác biệt lớn giữa các khoảng nhiệt độ; độ hấp thu của dung dịch mẫu thực (sample) gần như không thay đổi ở khoảng nhiệt độ từ 30 - 50C, tuy nhiên khi nhiệt độ cao trên 50C, độ hấp thu của các mẫu này có xu hướng giảm nhanh

Theo nghiên cứu của Georghiou và cộng sự (1983), độ hấp thu của dung dịch phức tạo thành phụ thuộc vào nhiệt độ, pH và có cơ chế phản ứng như hình 4.5 (trang

66) [71] Ở giai đoạn II của phản ứng, sẽ có sự thay đổi trạng thái cân bằng của các ion (IIa: một gốc cation, IIb: hai gốc cation và IIc: ba gốc cation) Có thể nhận thấy rằng, pH thấp là điều kiện thuận lợi cho sự hình thành các gốc cation (−NH3 +), điều này làm giảm hiệu suất phản ứng IIa - IIIa, dẫn đến độ hấp thu của dung dịch phức tạo thành cũng giảm đi tương ứng (hình 4.8) Ngoài ra, giá trị enthalpy (H) cho quá trình cân bằng IIa ⇌ IIb ⇌ IIc lần lượt là 3,4 kJ/mol và 3,3 kJ/mol [71] ; do đó, ở nhiệt độ cao phản ứng chuyển dịch cân bằng theo chiều tạo ra sản phẩm có chứa nhiều cation, cũng làm cho hiệu suất phản ứng IIa - IIIa giảm

Đường chuẩn của phương pháp lẫy mẫu chủ động

Hình 4.13 Đường chuẩn của phương pháp lấy mẫu chủ động

Hình 4.13 thể hiện mối quan hệ tuyến tính giữa độ hấp thu và nồng độ formaldehyde của phương pháp lấy mẫu chủ động theo NIOSH 3500 (mục 3.5.3, trang 49) (Số liệu thực nghiệm chi tiết được trình bày trong bảng PL.4 - phụ lục 5, trang 108) Kết quả ghi nhận đường chuẩn có hệ số tương quan tốt với R 2 đạt 0,9988 là phù hợp theo yêu cầu R 2  0,995

Kết quả khảo sát phương pháp P-CA

4.4.1 Hiệu suất chiết mẫu từ màng hấp thụ

Tiến hành thử nghiệm như mục 3.6.4 (trang 53), kết quả độ hấp thu của các màng tẩm chất hấp thụ sodium bisulfite (1%, 5% và 10% (m/v)) sau khi thêm (spike) formaldehyde ở hai mức nồng độ 0,10 g FA/mL và 1,00 g FA/mL được trình bày như bảng 4.2 (Số liệu thực nghiệm chi tiết được trình bày trong bảng PL.7 và bảng

Bảng 4.2 Kết quả hiệu suất thu hồi FA (R) từ các màng hấp thụ tẩm NaHSO3

STT Dung dịch tẩm C FA spike, g/mL R, (%)  %RSD

Nhìn chung, ở cả hai mức nồng độ formaldehyde, quy trình chiết mẫu từ màng hấp thụ với các dung dịch tẩm sodium bisulfite nồng độ khác nhau (1, 5 và 10%) đều đạt hiệu suất thu hồi R cao (R = 86,2 - 109%), tất cả đều nằm trong khoảng chấp nhận từ 80 - 110% theo quy định của AOAC (bảng PL.10 - phụ lục 7, trang 112) Do đó, màng hấp thụ với các mức nồng độ sodium bisulfite này đều có thể được sử dụng để khảo sát tốc độ lấy mẫu thực nghiệm Ke

Đồ thị hình 4.14.a minh họa mối quan hệ tuyến tính giữa độ hấp thụ và nồng độ formaldehyde trong phương pháp P-CA Ngoài ra, mối quan hệ tuyến tính giữa độ hấp thụ và khối lượng formaldehyde (g) hỗ trợ xác định tốc độ lấy mẫu thực nghiệm với hệ số tương quan R2 > 0,995 như thể hiện ở hình 4.14.b (Chi tiết số liệu thực nghiệm được trình bày trong bảng PL.5 - phụ lục 5, trang 108).

Hình 4.14 Đường chuẩn của phương pháp P-CA (a) Độ hấp thu theo nồng độ formaldehyde; (b) Độ hấp thu theo khối lượng formaldehyde

Kết quả khảo sát phương pháp P-PRA

4.5.1 Hiệu suất chiết mẫu từ màng hấp thụ

Tiến hành thử nghiệm như mục 3.7.4, kết quả phân tích các màng tẩm chất hấp thụ PRA đã được acid hóa sau khi thêm formaldehyde hai mức nồng độ 0,10 g/mL

(b) và 1,00 g/mL được trình bày trong bảng 4.3 (Số liệu thực nghiệm chi tiết được trình bày trong bảng PL.9 - phụ lục 6, trang 111)

Bảng 4.3 Kết quả hiệu suất thu hồi FA (R) của các màng hấp thụ tẩm PRA đã được acid hóa

STT Nồng độ FA thêm vào, g/mL Hiệu suất thu hồi R, (%)  %RSD

Nhìn chung, quy trình chiết mẫu từ các màng hấp tẩm dung dịch PRA đã được acid hóa đều đạt hiệu suất thu hồi cao (103% cho mức nồng độ FA thấp và 98,3% cho mức nồng độ FA cao) và chúng nằm trong khoảng chấp nhận từ 80 - 110% theo quy định của AOAC (bảng PL.10 - phụ lục 7, trang 112) Do đó, các màng hấp thụ này đều có thể sử dụng để khảo sát trong quy trình lấy mẫu

Mối quan hệ tuyến tính giữa độ hấp thu và nồng độ formaldehyde của phương pháp P-PRA (mục 3.7.5, trang 56) được thể hiện như đồ thị hình 4.15.a Bên cạnh đó, nhằm thuận tiện cho việc xác định tốc độ lấy mẫu bằng thực nghiệm, ta cũng lập được mối quan hệ tuyến tính giữa độ hấp thu và khối lượng formaldehyde với hệ số tương quan R 2  0,995, được thể hiện qua hình 4.15.b (Số liệu thực nghiệm chi tiết được trình bày trong bảng PL.6 - phụ lục 5, trang 109)

Hình 4.15 Đường chuẩn của phương pháp P-PRA (a) Độ hấp thu theo nồng độ formaldehyde; (b) Độ hấp thu theo khối lượng formaldehyde

Tóm lại, khi so sánh khả năng tạo phức của hai thuốc thử với FA, phương pháp xử lý và phân tích mẫu bằng thuốc thử PRA đã được acid hóa cho độ nhạy cao hơn (theo hình 4.14 và hình 4.15, hệ số góc đường chuẩn của phương pháp P-CA là 0,6980

< hệ số góc đường chuẩn của phương pháp P-PRA là 0,8780) với môi trường xử lý êm dịu và ít nguy hại hơn so với thuốc thử CA (môi trường sulfuric acid đặc, nóng) Kết quả này hoàn toàn phù hợp so với nghiên cứu trước đây [70] , do đó thuốc thử PRA được kỳ vọng có thể cho kết quả phân tích tốt hơn Tuy nhiên, nồng độ mẫu trắng (blank) của thuốc thử pararosaniline hydrochloric tương đối cao (gấp khoảng 10 lần y = 0.8780x + 0.0260 R² = 0.9987

Tuy nhiên, phương pháp này vẫn còn một hạn chế là phản ứng phát hiện của phương pháp dựa vào nguyên tắc phát huỳnh quang chỉ xảy ra khi nồng độ formaldehyde lớn hơn rất nhiề so với acid chromotropic (tức là formaldehyde: chromotropic acid > 10) Đây là một hạn chế trong việc xác định nồng độ formaldehyde ở nồng độ thấp, cần phải được khảo sát thêm trong các nghiên cứu tiếp theo.

Thời gian bảo quản màng hấp thụ

4.6.1 Thời gian bảo quản trước khi lấy mẫu (pre-exposure)

Bảng 4.4 Kết quả khảo sát thời gian bảo quản màng hấp thu trước khi lấy mẫu của phương pháp P-CA

Khối lượng FA (g) thu được trên

Màng hấp thụ được bảo quản theo thời gian (mb)

Màng hấp thụ vừa được chuẩn bị (mi)

Bảng 4.5 Thời gian bảo quản trước khi lấy mẫu của phương pháp P-PRA

Khối lượng FA (g) thu được trên

Màng hấp thụ được bảo quản theo thời gian (mb)

Màng hấp thụ vừa được chuẩn bị (mi)

Tiến hành thực nhiệm theo mục 3.8.1 (trang 58), kết quả phân tích các màng hấp thụ (bảo quản trong khoảng thời gian lần lượt 1, 3, 6, 10 và 14 ngày cùng các màng chuẩn bị mới), lập tức lấy mẫu trong cùng điều kiện được trình bày chi tiết trong bảng 4.4 và bảng 4.5.

Nhìn chung, các màng hấp thụ này đều giữ được khả năng hấp thụ formaldehyde trong không khí và lượng formaldehyde được giữ lại trên các thiết bị lấy mẫu không có sự khác biệt lớn sau khoảng thời gian dài bảo quản Cụ thể, đối với các thiết bị lấy mẫu được tẩm bằng dung dịch sodium bisulfite 1%, tỉ lệ giữa khối lượng formaldehyde thu thập được trên các màng hấp thụ được bảo quản sau 14 ngày với khối lượng formaldehyde thu thập được trên các màng hấp thụ vừa mới chuẩn bị đạt 1,08 Còn đối với các thiết bị lấy mẫu được tẩm bằng dung dịch PRA đã được acid hóa, tỉ lệ này đạt 0,88 sau khoảng 10 ngày bảo quản Đây được xem là một ưu điểm nổi bật của các thiết bị lấy mẫu thụ động khi không cần hoặc cần rất ít thời gian chuẩn bị trước khi tiến hành lấy mẫu thực tế Các màng hấp thụ được bảo quản tốt có thể có thời gian sử dụng lên đến khoảng 10 - 14 ngày mà không gây ra các sai số lớn trong quá trình lấy mẫu thực tế.

4.6.2 Thời gian bảo quản sau khi lấy mẫu (post-exposure) Ảnh hưởng của thời gian bảo quản sau khi lấy mẫu (thời gian lưu mẫu) được thực hiện như mục 3.8.2 (trang 58) Số liệu thực nghiệm sau các khoảng thời gian lưu mẫu lần lượt là 1, 3, 6, 10 và 14 ngày của phương pháp P-CA được trình bày trong hình 4.16 và của phương pháp P-PRA được trình bày trong hình 4.17 (Số liệu thực nghiệm chi tiết được trình bày trong bảng PL.11 và bảng PL.12 - phụ lục 8, trang

Kết quả phân tích cho thấy, khối lượng formaldehyde trong các mẫu được lưu giữ sau khoảng thời gian dài bảo quản hầu như không có sự chênh lệch đáng kể Đến ngày thứ 14, vẫn còn đến khoảng 96,5% lượng formaldehyde được giữ lại trên các màng hấp thu được tẩm bằng dung dịch sodium bisulfite 1% và khoảng 92,7% lượng formaldehyde được giữa lại trên các màng hấp thụ được tẩm bằng dung dịch PRA đã được acid hóa so với lượng formaldehyde được thêm vào ban đầu Do đó, phương pháp lấy mẫu thụ động có thêm ưu thế lớn về thời gian bảo quản, trong điều kiện chưa thể tiến hành xử lý và phân tích kết quả ngay sau khi lấy mẫu, ta có thể bảo quản các thiết bị lấy mẫu thụ động ở trong tối bằng lá nhôm hoặc băng cách điện, nhiệt độ thấp từ 0 - 5C trong khoảng thời gian lên đến 2 tuần mà không gây ảnh hưởng nhiều đến kết quả phân tích

Hình 4.16 Thời gian lưu mẫu của phương pháp P-CA

Hình 4.17 Thời gian lưu mẫu của phương pháp P-PRA

Kết quả xác định tốc độ lấy mẫu thực nghiệm

Tốc độ lấy mẫu formaldehyde phụ thuộc vào phương pháp lấy mẫu chủ động hoặc thụ động, thời gian lấy mẫu và chất hấp thụ tẩm trên màng lọc Khi thay đổi chất hấp thụ, lượng formaldehyde giữ lại trong thiết bị lấy mẫu thay đổi, dẫn đến tốc độ lấy mẫu khác nhau giữa các phương pháp.

4.7.1 Tốc độ lấy mẫu thực nghiệm của phương pháp P-CA (K e-CA )

Liên hệ giữa nồng độ formaldehyde trong không khí và khối lượng formaldehyde được giữ lại trên màng hấp thụ tẩm dung dịch natri bisulfit trong các khoảng thời gian lấy mẫu 1 giờ, 2 giờ và 4 giờ được minh họa trong Hình 4.18.

Dựa vào đồ thị hình 4.18, có thể thấy rằng các màng hấp thụ được tẩm bằng dung dịch sodium bisulfite 1% (  , ) và 5% (⚫, ) thể hiện mối tương quan tốt giữa nồng độ formaldehyde trong không khí và khối lượng formaldehyde được giữ lại trên màng hấp thụ trong các khoảng thời gian lấy mẫu khác nhau, với các hệ số tương quan (R 2 ) lần lượt là: 0,9900 và 0,9862 (1 giờ), 0,9817 và 0,9963 (2 giờ), 0,9617 và 0,9834 (4 giờ) Trong khi đó, các màng hấp thụ được tẩm bằng dung dịch sodium bisulfite 10% (, ) có thể giữ lại lượng lớn formaldehyde hơn so với các dung dịch tẩm ở trên nhưng không có sự lặp lại giữa các thiết bị lấy mẫu với cùng nồng độ formaldehyde trong không khí (R 2 = 0,0198 cho 2 giờ lấy mẫu và R 2 = 0,6613 cho 4 giờ lấy mẫu) Khi quan sát các màng hấp thụ sau khoảng thời gian lấy mẫu, có thể nhận thấy rằng các màng hấp thụ này “bị ướt” so với các màng hấp thụ được tẩm bằng dung dịch sodium bisulfite 1% và 5%

Hình 4.18 Mối liên hệ giữa nồng độ và khối lượng formaldehyde của P-CA

Về mặt lý thuyết, sodium bisulfite là một chất tan tốt trong nước, khi tiếp xúc với không khí dễ dàng bị oxy hóa thành sodium bisulfate (NaHSO4) và chất này có khả năng hút ẩm mạnh Do đó, lượng ẩm hình thành trên màng hấp thụ có thể là nguyên nhân giữ lại thêm formaldehyde trong không khí, bên cạnh phản ứng giữa sodium bisulfite và formaldehyde Để kiểm chứng điều này, nghiên cứu sử dụng thêm màng hấp thụ được tẩm dung dịch sodium bisulte 1% bổ sung 50 L nước cất ( ◼ , ) nhằm tạo môi trường ẩm chủ động, kết quả cho thấy các màng hấp thụ này giữ lại lượng formaldehyde lớn hơn so với các màng hấp thụ chỉ được tẩm bằng dung dịch sodium bisulfite 1% và 5%; tuy nhiên, hệ số tương quan cũng không có độ tái lập tốt cho các khoảng thời gian lấy mẫu khác nhau (0,9935 cho 1 giờ lấy mẫu, 0,9101 cho 2 giờ lấy mẫu và 0,7032 cho 4 giờ lấy mẫu)

Việc kiểm soát lượng ẩm hình thành trên các màng hấp thụ với lượng dư sodium bisulfite trong quá trình lấy mẫu dường như là điều bất khả thi Bên cạnh đó, với hệ số tương quan tốt (R 2  0,95) là sự lựa chọn thích hợp để ứng dụng các màng hấp thụ được tẩm bằng dung dịch sodium bisulfite 1% và 5% trong quá trình lấy mẫu thực tế Khi đó, thực hiện tính toán theo công thức 3.7, ta thu được giá trị tốc độ lấy mẫu thực nghiệm của phương pháp P-CA (Ke-CA) trong các khoảng thời gian lấy mẫu khác nhau, kết quả chi tiết được trình bày trong bảng 4.6

Với thời gian lấy mẫu dài, tốc độ lấy mẫu ổn định quanh giá trị 5,80 ± 0,74 cm³/phút, cho thấy các màng hấp thụ tẩm sodium bisulfite 1% không có sự khác biệt đáng kể về tốc độ lấy mẫu trong suốt quá trình lấy mẫu từ 2 giờ trở lên Tuy nhiên, khi thời gian lấy mẫu ngắn hơn, tốc độ lấy mẫu có xu hướng cao hơn, khoảng 8,41 ± 0,80 cm³/phút, do sự không ổn định của dòng khí chứa formaldehyde và chênh lệch nồng độ formaldehyde giữa không khí và thiết bị ban đầu.

Bảng 4.6 Tốc độ lấy mẫu thực nghiệm Ke

Chất hấp thụ Thời gian lấy mẫu t,

Tốc độ lấy mẫu thực nghiệm

(*) n là số lần thực hiện

4.7.2 Tốc độ lấy mẫu thực nghiệm của phương pháp P-PRA (K e-PRA )

Hình 4.19 Mối liên hệ giữa nồng độ và khối lượng formaldehyde của P-PRA

Tương tự như phương pháp P-CA, mối liên hệ giữa nồng độ formaldehyde trong không khí và khối lượng formaldehyde được giữ lại trên màng hấp thụ được tẩm bằng dung dịch PRA đã được acid hóa trong khoảng thời gian lấy mẫu lần lượt là 1 giờ được thể hiện hình 4.19 (Số liệu thực nghiệm chi tiết được trình bày trong từ bảng

Kết quả phân tích cho thấy, nồng độ formaldehyde trong không khí với lượng formaldehyde được giữ lại trên màng hấp thụ được tẩm bằng dung dịch PRA đã được acid hóa có hệ số tương quan tốt (R 2 = 0,9987) Từ đó, ta có thể xác định tốc độ lấy độ lấy mẫu trung bình trong khoảng thời gian lấy mẫu 60 phút là 6,89  0,50 mL/phút (n = 8)

Nhìn chung, khi thay đổi chất hấp thụ tẩm vào màng lọc sợi thủy tinh, tốc độ lấy mẫu thực nghiệm có giá trị khác nhau cho mỗi chất Mặc dù phương pháp xử lý và phân tích mẫu bằng thuốc thử PRA cho độ nhạy cao hơn so với phương pháp CA, nhưng tốc độ lấy mẫu thực nghiệm lại cho kết quả thấp hơn trong khoảng thời gian 1 giờ lấy mẫu (Ke-PRA = 6,89 cm 3 /phút < Ke-CA (NaHSO3 1%) = 8,41 cm 3 /phút) Tuy nhiên, việc khảo sát tốc độ lấy mẫu thực nghiệm Ke của phương pháp P-PRA chỉ mới dừng lại ở khoảng thời gian lấy mẫu ngắn, cần có thêm các khảo sát ở khoảng thời gian lấy mẫu dài hơn

Ngoài ra, khi so sánh tốc độ lấy mẫu thực nghiệm trong nghiên cứu này với các nghiên cứu trước đây (bảng 4.7), thiết bị lấy mẫu thụ động dạng huy hiệu vẫn cho giá trị Ke cao hơn so với thiết bị lấy mẫu dạng ống (khi cùng sử dụng chất hấp thụ sodium bisulfite), điều này cho thấy khả năng ứng dụng tốt của các thiết bị lấy mẫu dạng huy hiệu Tuy nhiên, khi so sánh với chất hấp thụ 2,4-DNPH, giá trị này vẫn nhỏ hơn khá nhiều Mặc dù vậy phương pháp sử dụng các thiết bị lấy mẫu thụ động tẩm chất hấp thụ 2,4-DNPH có hạn chế lớn khi phải tiến hành xử lý và phân tích mẫu bằng hệ thống HPLC-UV Do đó, với sự phổ biến và tính tiện dụng của thiết bị quang phổ hấp thụ UV-Vis, các chất hấp thụ sodium bisulfite và PRA đã được acid hóa vẫn nên được sử dụng trong phân tích thực tế

Bảng 4.7 So sánh tốc độ lấy mẫu thực nghiệm

Nồng độ mẫu thật (Độ chính xác, %) *

Thiết bị dạng ống sử dụng NaHSO3

Thiết bị dạng ống sử dụng 2,4-

Thiết bị lấy mẫu dạng huy hiệu sử dụng 2,4-DNPH

Thiết bị lấy mẫu dạng huy hiệu sử dụng NaHSO3

Thiết bị lấy mẫu dạng huy hiệu sử dụng PRA đã được acid hóa

(*) Giá trị độ chính xác thể hiện sự khác biệt giữa phương pháp đang đề cập và các phương pháp đối chiếu;

“-” có nghĩa là không có số liệu.

Kết quả quy trình đánh giá phương pháp

4.8.1 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng Để đánh giá giới hạn phát hiện của của phương pháp P-CA trong khoảng thời gian lấy mẫu ngắn, thực nghiệm tiến hành thay đổi nồng độ FA trong dòng khí đến mức thấp nhất có thể Kết quả phân tích chỉ ra rằng, trong khoảng thời gian lấy mẫu

120 phút, trong khi phương pháp lấy mẫu chủ động có thể xác định được nồng độ dòng khí có chứa 54 g FA/m 3 thì phương pháp lấy mẫu thụ động sử dụng chất hấp thụ sodium bisulfite không ghi nhận sự thay đổi màu sắc của dung dịch phức tạo thành Khi tăng nồng dòng FA trong không khí ở mức cao hơn (80 g FA/m 3 ) thì phương pháp P-CA ghi nhận được tín hiệu trên thiết bị quang phổ UV-Vis, đây là bằng chứng cho sự giữ lại của FA trên màng hấp thụ

Do đó, có thể kết luận rằng, phương pháp lấy mẫu thụ động dạng huy hiệu Willems sử dụng màng hấp thụ tẩm dung dịch sodium bisulfite cho giới hạn phát hiện có thể kỳ vọng đạt 80 g FA/m 3 (thấp hơn so với tiêu chuẩn khuyến cáo của Việt Nam là 100g/m 3 ) Thật ra với nồng độ FA trong không khí thấp, cần có thời gian lấy mẫu dài hơn (có khi lên đến 24 giờ hoặc hơn thế nữa)

Tiến hành xác định độ chính xác bằng cách so sánh kết quả nồng độ formaldehyde trong mẫu không khí thực bằng phương pháp lấy mẫu chủ động và phương pháp lấy mẫu thụ động Kết quả thực nghiệm chi tiết được trình bày trong bảng 4.8

Bảng 4.8 Kết quả xác định độ chính xác

Nồng độ FA  SD (g/L) Tỉ lệ

Dựa vào kết quả bảng 4.8, nồng độ formaldehyde thu được với những thời gian lấy mẫu khác nhau bằng các thiết bị lấy mẫu thụ động dạng huy hiệu Willems không có sự sai khác nhiều so với phương pháp đối chiếu - phương pháp lấy mẫu chủ động (theo NIOSH 3500) Ngoài ra, mức độ dao động của hầu hết các kết quả thu được quanh giá trị trung bình từ các thiết bị lấy mẫu thụ động trong cùng thời điểm cũng không quá lớn Tuy nhiên, trong khoảng thời gian lấy mẫu ngắn, phương pháp bộc lộ hạn chế khi độ lệch chuẩn giữa các thiết bị lấy mẫu tương đối cao, đồng thời sự sai khác so với phương pháp đối chiếu cũng tương đối lớn Bên cạnh đó, cũng chưa có nghiên cứu cụ thể trong việc xác định formaldehyde trong không khí ở nồng độ thấp Mặc dù vậy, khi so sánh độ chính xác giữa phương pháp lấy mẫu thụ động và phương pháp đối chiếu (bảng 4.7), kết quả độ chính xác trong nghiên cứu này cũng có sự tương đồng so với các nghiên cứu trước đây Do đó, thiết bị lấy mẫu thụ động dạng huy hiệu Willems với các màng hấp thụ được tẩm sodium bisulfite hoặc PRA đã được acid hóa hoàn toàn có thể được ứng dụng trong việc xác định nồng độ trung bình của formaldehyde trong không khí trong nhà.

Kết quả phân tích mẫu thực

Việc thắp hương (nhang) đã là một nét văn hóa truyền thống lâu đời của người Việt Nam nói riêng và của các nước phương Đông nói chung, đặc biệt trong những dịp rằm, mồng Một, giỗ, lễ, Tết Dù không mê tín dị đoan nhưng trong tâm thức của nhiều người dân châu Á đều tin rằng nén hương khi đốt là một nhịp cầu kết nối hai thế giới hữu hình và vô hình với nhau Mỗi ngày, trong hàng triệu gia đình Việt Nam, nén hương vẫn không ngừng tỏa khói trên bàn thờ của ông bà, tổ tiên, ông Thiên, ông Táo… vào những buổi sáng sớm hay chiều muộn như là một lời cầu xin sự bình an, ấm áp và hạnh phúc cho gia đình

Thế nhưng, vì lợi ích kinh tế mà phần lớn các loại hương trên thị trường hiện nay đều bị ngâm, tẩm các loại hóa chất độc hại Khi thắp hương, các hóa chất từ khói hương ít nhiều gây tác động nguy hại đến sức khỏe của con người, trong đó có FA - một chất điển hình gây nên tình trạng ô nhiễm không khí trong nhà, với nồng độ trong một số loại khói hương có thể cao hơn mức không khí an toàn lên đến 125 lần [73] Do đó, nhằm mục đích kiểm tra khả năng ứng dụng của phương pháp lấy mẫu thụ trong việc xác định nồng độ FA trong không khí trong nhà và bước đầu đánh giá mức độ ô nhiễm không khí do FA có trong khói hương gây ra; trong phần này, nghiên cứu tiến hành phân tích FA trong không khí được mô phỏng điều kiện thắp hương trong một hộ gia đình và mẫu không khí thực tại một hộ gia đình có thắp hương

Bảng 4.9 Kết quả phân tích mẫu thực

6 120 3994  251 3677  116 7,26 5 cây nhang loại III/1 lần

Kết quả phân tích các mẫu không khí có chứa formaldehyde do khói hương chỉ ra rằng:

- Phương pháp lấy mẫu thụ động sử dụng thiết bị lấy mẫu dạng huy hiệu Willems với các màng hấp thụ được tẩm dung dịch sodium bisulfite 1% và PRA đã được acid hóa hoàn toàn có thể xác định được hàm lượng formaldehyde trong không khí;

- Các loại hương có thể thải ra hàm lượng formaldehyde khác nhau, phụ thuộc vào nguồn gốc xuất xứ, thành phần nguyên liệu, số lượng hương được thắp và thời gian thắp hương Trong đó, các loại hương có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng, được tạo nên từ các thành phần tự nhiên có mức phát thải formaldehyde thấp (mẫu số 4); các loại hương tẩm hóa chất lại gây ra nguy cơ ảnh hưởng sức khỏe cao khi nồng độ phát thải vượt mức quy định cho phép lên đến 5,7 - 76 lần Tuy nhiên đây chỉ mới là kết quả khảo sát trong phạm vi ngắn so với nguồn phát thải (khoảng cách từ vị trí thắp hương đến thiết bị nhỏ hơn 0,5 m, xem hình PL.3 và hình PL.4, trang 131)

- Hai phương pháp phân tích cho kết quả có sự sai khác ít nhiều, tuy nhiên chưa có quy luật rõ ràng giữa hai loại thuốc thử Bên cạnh đó, phương pháp phân tích cũng chưa đi sâu vào việc đánh giá ảnh hưởng của formaldehyde trong khói hương đến sức khỏe con người nên chưa có bố trí các thiết bị lấy mẫu với những khoảng cách nhất định so với nguồn phát thải.