Nghiên cứu phân tích và Đánh giá mức Độ Ô nhiễm hydrocarbon thơm Đa vòng (pahs) trong mẫu bụi tại khu vực Đô thị Ở hà nội

Nghiên cứu phân tích và Đánh giá mức Độ Ô nhiễm hydrocarbon thơm Đa vòng (pahs) trong mẫu bụi tại khu vực Đô thị Ở hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -

TRẦN CÔNG QUYẾT

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM HYDROCARBON THƠM ĐA VÒNG (PAHs) TRONG MẪU BỤI

TẠI KHU VỰC ĐÔ THỊ Ở HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2023

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -

TRẦN CÔNG QUYẾT

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM HYDROCARBON THƠM ĐA VÒNG (PAHs) TRONG MẪU BỤI

TẠI KHU VỰC ĐÔ THỊ Ở HÀ NỘI

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 8440112.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Hoàng Quốc Anh PGS.TS Trần Mạnh Trí

Hà Nội - 2023

em thực hiện nghiên cứu và hoàn thành luận văn thạc sĩ của mình

Em xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô giảng viên tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội và đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Hóa phân tích đã trang bị cho em những kiến thức, kỹ năng chuyên ngành để có thể áp dụng và hoàn thành luận văn của em

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành của mình tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và các bạn sinh viên tại phòng thí nghiệm phân tích hữu cơ, bộ môn Hóa hữu cơ đã nhiệt tình giúp đỡ, động viên, chia sẻ trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu luận văn của mình

Hà Nội, ngày …tháng …năm 2023

Học viên

Trần Công Quyết

1.1 Giới thiệu chung về PAHs 3

1.1.1 Công thức, cấu tạo và phân loại PAHs 3

1.1.2 Tính chất vật lý của PAHs 4

1.1.3 Nguồn gốc của PAHs 6

1.2 Sự phân bố của PAHs trong môi trường 7

1.2.1 PAHs trong không khí 7

1.2.2 PAHs trong đất 8

1.2.3 PAHs trong trầm tích 9

1.2.4 PAHs trong nước 9

1.2.5 PAHs trong bụi 10

1.3 Sự phơi nhiễm và độc tính của PAHs 11

1.4 Phương pháp phân tích PAHs trong mẫu bụi 12

1.4.1 Phân loại và phương pháp thu thập mẫu bụi 12

1.4.2 Phương pháp chiết PAHs từ mẫu bụi 16

1.5 Phương pháp xử lý dịch chiết mẫu 21

1.6 Phương pháp xác định PAHs 22

1.6.1 Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) 22

1.6.2 Sắc ký khí - khối phổ (GC/MS) 23

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Đối tượng nghiên cứu 25

2.1.1 Hóa chất 25

2.1.2 Dụng cụ 26

2.1.3 Thiết bị 26

2.2 Điều kiện phân tích sắc ký 27

2.3 Chuẩn bị dung dịch chuẩn 27

2.4 Phương pháp thu thập và bảo quản mẫu 27

2.4.1 Vị trí lấy mẫu 27

2.4.2 Thu mẫu và bảo quản mẫu 28

2.5 Khảo sát quy trình xử lý mẫu 28

2.5.1 Xác định độ thu hồi của PAHs trong bước xử lý dịch chiết với acid sulfuric đặc 28

2.5.2 Xác định độ thu hồi của PAHs trên cột làm sạch 29

2.5.3 Xác định hiệu quả chiết PAHs trong mẫu bụi của kỹ thuật chiết siêu âm trực tiếp và gián tiếp 29

2.6 Xác định giới hạn phát hiện và thẩm định phương pháp 32

2.6.1 Xác định giới hạn phát hiện của thiết bị phân tích 32

2.6.2 Xác định giới hạn phát hiện của phương pháp 32

2.6.3 Xác định độ thu hồi và độ lặp lại của PAHs trong nền mẫu bụi thêm chuẩn ở mức nồng độ 10 ng/g 32

2.6.4 Xác định độ thu hồi và độ lặp lại của PAHs trong nền mẫu bụi thêm chuẩn ở mức 50 ng/g 32

2.6.5 Xác định độ thu hồi và độ lặp lại của PAHs trong nền mẫu bụi thêm chuẩn ở mức 100 ng/g 33

2.7 Xác đinh rủi ro phơi nhiễm các PAHs (người lớn và trẻ nhỏ) 33

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35

3.1 Xác định mảnh phổ đặc trưng và thời gian lưu của PAHs 35

3.1.1 Các mảnh phổ đặc trưng 35

3.1.2 Thời gian lưu 35

3.2 Độ thu hồi của quy trình xử lý mẫu 38

3.2.1 Độ thu hồi của PAHs trong bước xử lý dịch chiết với acid sulfuric đặc 38

3.2.2 Độ thu hồi của PAHs trên cột làm sạch 40

3.2.3 Độ thu hồi hiệu quả chiết PAHs trong mẫu bụi của kỹ thuật chiết siêu âm trực tiếp và gián tiếp 42

3.3 Tín hiệu phân tích và độ lặp lại của tín hiệu phân tích 43

3.4 Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của thiết bị phân tích 44

3.5 Xác định giá trị sử dụng của phương pháp phân tích 46

3.5.1 Xác nhận giá trị khoảng tuyến tính và đường chuẩn của phương pháp 46

3.6 Thẩm định phương pháp 47

3.6.1 Xác định giới hạn phát hiện của phương pháp 47

3.5.2 Độ thu hồi và độ lặp lại của PAHs trong nền mẫu bụi 48

3.6 Kết quả phân tích mẫu thực 51

3.7 Đánh giá rủi ro phơi nhiễm các PAHs (người lớn và trẻ nhỏ) 55

DANH MỤC VIẾT TẮT

WHO World Health Organization Tổ chức Y tế thế giới AOAC The Association of Official Analytical

Chemists

Hiệp Hội các nhà hóa học phân tích chính thống IUPAC International Union of Pure and

NIOSH National institute for Occupational

Safety and Health

Viện quốc gia về an toàn

và Sức khỏe nghề nghiệp

Hoa Kỳ

US EPA US Environmental Protection Agency Cục bảo vệ môi trường

Hoa Kỳ LLE Liquid – Liquid Extraction Chiết lỏng – lỏng SFME Solvent – free microwave extraction Phương pháp chiết vi

lượng pha rắn HPLC High Performance Liquid Chromatogr

thiết bị IQL Instrument Quantification Limit Giới hạn định lượng của

thiết bị

MDL Method Detection Limit Giới hạn phát hiện của

phương pháp MQL Method Quantification Limit Giới hạn định lượng của

phương pháp

RSD Relative Standard Deviation Độ lệch chuẩn tương đối

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Tính chất vật lý của 16 PAHs (nguồn: WHO 1998a) 5

Bảng 1 2 Một số phương pháp thu mẫu khí 15

Bảng 1 3 Bảng một số phương pháp chiết thường gặp 21

Bảng 2 1 Hóa chất chiết chuyển bị mẫu 25

Bảng 2 2 Ký hiệu và vị trí lấy mẫu 27

Bảng 2.3 Tên viết tắt của công thức tính và ý nghĩa công thức đánh giá độ rủi ro 33

Bảng 3 1 Các mảnh phổ đặc trưng của PAHs 35

Bảng 3 2 Thời gian lưu của các PAHs và chất chuẩn đánh dấu 37

Bảng 3.3 Độ thu hồi của PAHs trong bước xử lý dịch chiết với acid sulfuric đặc 38

Bảng 3.4 Độ thu hồi của PAHs trên cột làm sạch 40

Bảng 3.5 Độ thu hồi hiệu quả chiết PAHs trong mẫu bụi của kỹ thuật chiết siêu âm trực tiếp và gián tiếp 42

Bảng 3 6 Độ lặp lại của tín hiệu phân tích dung dịch hiệu chuẩn CS-100 43

Bảng 3 7 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của thiết bị phân tích 45

Bảng 3 8 Phương trình đường chuẩn của các PAHs 46

Bảng 3 9 Giới hạn phát hiện của phương pháp 47

Bảng 3.10 Độ thu hồi và độ lặp lại của PAHs trong nền mẫu bụi thêm chuẩn ở mức nồng độ 10 ng/g 48

Bảng 3.11 Độ thu hồi và độ lặp lại của PAHs trong nền mẫu bụi thêm chuẩn ở mức 50 ng/g 49

Bảng 3.12 Độ thu hồi và độ lặp lại của PAHs trong nền mẫu bụi thêm chuẩn ở mức 100 ng/g 50

Bảng 3.13 Kết quả phân tích trong mẫu bụi 52

Bảng 3.14: Lượng ăn vào hàng ngày của các PAHs người lớn và trẻ em 55

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Cấu trục phân tử của 16 PAHs điển hình 4

Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị GC/MS 23

Hình 2 1 Quy trình phân tích mẫu thực 31

Hinh 3 1 Sắc đồ tổng ion của dung dịch hiệu chuẩn CS -10 36

Hình 3.2 Độ thu hồi của PAHs trong bước xử lý dịch chiết với acid sulfuric đặc 40

Hình 3.2 Độ thu hồi của PAHs trên cột làm sạch 41

Hình 3.3 Biểu đồ độ thu hồi hiệu quả chiết PAHs trong mẫu bụi của kỹ thuật chiết siêu âm trực tiếp và gián tiếp 43

Hình 3.4 Nồng độ tổng 16 PAHs của từng mẫu bụi (ng/g) 53

Hình 3 5 Nồng độ mỗi loại PAHs trên mẫu (%) 54

Hình 3.6 So sánh lượng ăn vào các PAHs trong một ngày ở người lớn và trẻ em tính trung bình 56

MỞ ĐẦU

Hiện nay, thực trạng ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm không khí nói riêng đang là vấn đề được quan tâm, chú ý ở nhiều tổ chức, nhà quản lý, nhà khoa học và cả cộng đồng, đặc biệt tại các quốc gia đang phát triển như Việt Nam [2] Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, công nghiệp hóa và hiện đại hóa, tình trạng ô nhiễm không khí ngày càng gia tăng, một trong những tác nhân gây ra sự ô nhiễm được quan tâm đặc biệt là các hợp chất hữu cơ độc hại trong

đó phải kể đến các hydrocarbon thơm đa vòng (polycyclic promatic hydrocarbons: PAHs) PAHs được biết đến là các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy (persistent organic pollutant: POPs) Nguy hiểm hơn các PAHs phát thải ra từ rất nhiều nguồn xung quanh chúng ta chẳng hạn như quá trình đốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu như dầu mỏ, gỗ, than đá … trong sinh hoạt hằng ngày của con người Ngoài ra, PAHs cũng có thể phát thải ra môi trường từ những các thiên tai như hiện tượng núi lửa hoạt động, hỏa hoạn cháy rừng [17]

Trong nhiều nghiên cứu về độc tính, PAHs được biết đến là tác nhân gây ung thư và biến đổi gen đối với động vật phòng thí nghiệm [42] Con người có thể bị phơi nhiễm PAHs qua con đường uống nước, tiêu thụ thức ăn, hít thở không khí hoặc trực tiếp tiếp xúc với vật liệu có chứa PAHs [47] Những quan tâm về rủi ro phơi nhiễm PAHs đáng quan ngại hơn khi đã có những bằng chứng về độc tính của PAHs đối với sức khỏe cộng đồng Vì vậy, nhiều tổ chức trên thế giới đã có những quy định về giới hạn cho phép của các PAHs trong các sản phẩm thương mại và môi trường khác nhau [46] Tại Việt Nam, các tiêu chuẩn, quy chuẩn về PAHs còn chưa đầy đủ Nguyên nhân một phần do năng lực chuyên môn và trang thiết bị trong phòng thí nghiệm còn hạn chế Những hiểu biết về sự phân bố của PAHs trong các mẫu môi trường nói chung và bụi nói riêng vẫn chưa được điều tra, khảo sát và báo cáo đồng bộ Vì vậy, việc phát triển các phương pháp phân tích chính xác, quan trắc

và đánh giá rủi ro do PAHs tích lũy trong mẫu bụi là cần thiết, có ý nghĩa khoa học

và thực tiễn [18] Trên cơ sở đó, đề tài “Nghiên cứu phân tích và đánh giá mức độ ô

nhiễm hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs) trong mẫu bụi tại khu vực đô thị Hà Nội” được lựa chọn làm luận văn thạc sĩ

Mục tiêu của đề tài: (1) nghiên cứu chuẩn hóa quy trình xác định một số hợp chất PAHs trong mẫu bụi trên thiết bị sắc ký khí ghép nối khối phổ (GC-MS); (2)

Áp dụng quy trình chuẩn hóa được để quan trắc, đánh giá mức độ ô nhiễm và rủi ro phơi nhiễm của các chất PAHs trong mẫu bụi thu tại Hà Nội, Việt Nam

Nội dung của đề tài là nghiên cứu xây dựng một quy trình thu mẫu, xử lý và phân tích kết quả phù hợp cho mục tiêu xác định đồng thời 16 PAHs Tiếp theo, áp dụng quy trình cho việc lấy mẫu ở các vi môi trường khác nhau Từ đó đánh giá nồng độ của PAHs theo vị trí sau đó đưa dự đoán nguồn gốc phát thải của chúng và cuối cùng là đánh giá rủi ro phơi nhiễm của PAHs với con người

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung về PAHs

1.1.1 Công thức, cấu tạo và phân loại PAHs

Các chất hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs: polycyclic aromatic hydrocarbons) là các hợp chất hữu cơ có chứa ít nhất hai vong benzene và có thể gắn các nhóm thế khác [8] Các hợp chất PAHs được hiểu là các hợp chất chỉ chứa hai loại nguyên tố là carbon và hydro PAHs được chia làm hai nhóm: nhóm có chứa các hợp chất chất có khối lượng phân tử thấp là các chất có chứa vòng benzene nhỏ hơn 4 vòng, và nhóm chất có khối lượng phân tử cao là các PAHs có từ 4 vòng trong phân tử trở lên [48] Các chất phổ biến trong nhóm này như naphthlane, benzo(a)pyrene (C20H12) [1]

Dựa vào những bằng chứng cho thấy ảnh hưởng của các chất nhóm PAHs đối với con người, USEPA (Cục bảo vệ môi trường Hoa Kỳ) đã có liệt kê công thức cấu tạo của 16 PAHs là các chất hữu cơ ưu tiên nhất được phân tích trong những điều kiện môi trường khác nhau Hơn nữa, benzo(a)pyrene được gọi là chỉ số hay tiêu chuẩn quan trọng của toàn bộ PAHs có khả năng gây ung thư cao [42] Tùy thuộc vào tính chất vật lý hóa học của chúng, PAHs tồn tại ở các dạng khí, hạt và giọt trong không khí để di chuyển linh hoạt trong không khí Sau đó, PAHs lắng xuống trong đất, bụi hoặc/và phân tán vào môi trường nước Đất và bụi đường đóng vai trò là nơi hấp thụ trực tiếp của PAHs trong khí quyển gần khu mật độ giao thông cao và các nguồn đốt cháy khác PAHs xuất hiện trong mọi nơi của môi trường và gây ảnh hưởng tới các loại sinh vật trong hệ sinh thái [16] Vì vậy, các nghiên cứu rộng rãi đối với PAHs trong các nền môi trường khác nhau trên toàn thế giới và nhiều nơi được tiết lộ với mức độ phơi nhiễm PAHs rất cao PAHs thu hút sự chú ý thu hút sự chú ý đáng kể của các nhà nghiên cứu do liên tục gia tăng số người chết

vì ung thư trên toàn thế giới [46]

Naphthalenne Acenaphthylene Acenaphthene Fluorene

Benzo(a)anthracene Chrysene Benzo(b)fluoranthene

Benzo(k)fluoranthene Benzo(a)pyrene Dibenzo(a,h)anthracene

Benzo (g,h,i) perylene Indeno (1,2,3-cd) pyrene

Hình 1 1 Cấu trục phân tử của 16 PAHs điển hình

1.1.2 Tính chất vật lý của PAHs

Năm 1976, hơn 100 PAHs được tìm thấy trong khí quyển đã đc công nhận,

và vào năm 1981, trong khói thuốc lá, hơn 200 PAHs cũng đa xđược tìm thấy Nhiều PAHs chứa cùng số vòng nhưng sự khác biệt về cấu hình dẫn đến sự khác

biệt về đặc điểm của hợp chất Cấu trúc phân tử của 16 PAHs được thể hiện trong hình 2 và tính chất vật lý của 16 PAHs được thể hiện trong Bảng 1.1 Đặc điểm điển hình của 16 PAHs là độ nóng chảy và điểm sôi cao (do đó chúng là chất rắn) và áp suất hơi thấp [18] Áp suất hơi và khả năng hòa tan trong nước của PAHs có xu hướng giảm khi khối lượng phân tử tăng, ngược lại quá trình oxy hóa của PAHs giảm khí trọng lượng phân tử của chúng tăng (US EPA) Dó đó, khả năng hòa tan trong nước của PAHs giảm đối với mỗi vòng bổ sung PAHs hòa tan hiệu quả trong dung môi hữu cơ và có bản chất ưa dầu được đo bằng hệ số phân chia nước –octanol [11] Tất cả các PAHs đều rắn có nhiệt độ sôi và nóng chảy cao Mặc dù PAHs không hoạt động về mặt hóa học nhưng chúng dễ dàng liên kết với các hạt vật chất khác PAHs trở nên nhạy cảm khi được hấp thụ trên bề mặt bụi và bị phân hủy ở nhiệt độ cao (50 oC) và quá trình phân hủy các chất dễ dàng hơn khi có mặt của tia cực tím và ánh sáng khả kiến Quá trình oxy hóa quang hóa là một trong những con đường chính của quá trình phân hủy PAHs và tạo ra chất chuyển hóa thứ cấp của chúng trong khí quyển [13]

Bảng 1 1 Tính chất vật lý của 16 PAHs

Khối lượng (đv.C)

Điểm bay hơi

o C

Điểm sôi

o C

Áp suất bay hơi kPa

Độ hòa tan (mg/L)

Acenaphthylene Acy 152,20 92-93 265-280 3,9x10-3 3,93 Acenaphthene Ace 154,20 90-96 278-279 2,1x10-3 1,93 Fluorene Flu 166,23 116-118 293-295 8,7x10-5 1,68-1,98 Phenanthrene Phe 178,24 96-101 339-340 2,3x10-5 1,2 Anthracene Ant 178,24 216-219 340 36x10-6 0,076 Fluoranthene Flt 202,26 107-111 375-393 6,5x10-7 0,2-2,6 Pyrene Pyr 202,26 150-156 360-404 3,1x10-6 0,077 Benzo(a)anthracene BaA 228,30 157-167 435 1,5x10-8 0,01 Chrysene Chr 228,30 252-256 441-448 5,7x10-10 0,0028

Hợp chất Ký hiệu

Khối lượng (đv.C)

Điểm bay hơi

o C

Điểm sôi

o C

Áp suất bay hơi kPa

Độ hòa tan (mg/L)

Benzo(b)fluoranthene Bb/jF 252,32 167-168 481 6,7x10-8 0,0012 Benzo(k) fluoranthene BkF 252,32 198-217 480-471 2,1x10-8 0,00076 Benzo(a)pyrene BaP 252,32 177-179 493-496 7,3x10-10 0,0023 Dibenzo(a,h)anthracene DA 278,35 266-270 524 1,3x10-11 0,0005 Benzo(g,h,i) perylene IP 276,34 275-278 525 1,3x10-11 0,00026 Indeno(1,2,3-cd)pyrene BP 276,34 162-163 530 Ca.10-11 0,062

1.1.3 Nguồn gốc của PAHs

PAHs có thể được tạo thành từ nguồn tự nhiên và nguồn nhân tạo Nguồn tự nhiên có thể từ hiện tượng núi lửa phun trào, quy trình hình thành đất đá, cháy rừng, tạo trầm tích Tuy nhiên, nguồn PAHs chính trong khí quyển lại bắt nguồn từ hoạt động sinh sống của con người PAHs là sản phẩm đốt cháy không hoàn toàn các loại nhiên liệu (xăng, dầu diesel…) trong động cơ các phương tiện giao thông [30] Ngoài ra việc đốt rác, các hoạt động sinh hoạt trong nhà (hút thuốc lá, sưởi ấm và đun nấu bằng mùn cưa, than hoa, than tổ ông, gỗ…) đốt rác và các quá trình công nghiệp (nhiệt điện, sử dụng nhiên liệu…) cũng góp phần đáng kể vào phát thải PAHs [15] Sau khi xâm nhập vào khí quyển, PAHs có thể tồn tại ở pha khí hoặc hấp phụ lên các hạt bụi lơ lửng PAHs có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua thức ăn (do khói thải chứa PAHs từ việc đun nấu quyện vào thức ăn), nước uống khí thở hoặc qua da khi tiếp xúc trực tiếp với chất của nhóm này PAHs hấp thụ trên các hạt bụi mịn có thể xâm nhập sâu vào trong phổi gây ung thư và đột biến gen Tính độc của mỗi chất chất trong họ PAHs lại phù thuộc vào công thức cấu tạo của chúng Nếu các chất chứa từ 2 đến 3 vòng benzene thì khả năng gây ung thư và đột biến gen khá yếu Trong khi đó, với các PAHs chứa từ 4 đến 5 vòng benzene trở lên thì khả năng gây ung thư và đột biến gen là tương đối mạnh [7]

Cặn dầu chứa PAHs được thêm vào cao su và plastic dưới dạng chất làm mềm hoặc chất pha loãng và có thể được tìm thấy trong cao su, nhựa, sơn mài và lớp phủ PAHs được tìm thấy trong để ngoài của giày dép và trong bột nhão in ấn để

in màn hình PAHs là thành phần như những tạp chất trong thuốc nhuộm bột đen Chúng cũng có thể hình thành từ phản ứng phân hủy nhiệt của các vật liệu tái chế trong quá trình tái xử lý Naphthalene thường hiện diện dưới dạng tạp chất từ các nguyên liệu thô chất lượn thấp được dùng như các chất trung gian trong sản xuất các chất phân tán thuốc nhuộm đẹt may và có thể tìm thấy được trong sản phẩm dệt may [37]

1.2 Sự phân bố của PAHs trong môi trường

1.2.1 PAHs trong không khí

Không khí là môi trường quan trọng mà PAHs có thể phân tán vào, không khí chứa phần lớn PAHs từ môi trường dẫn đến PAHs có mặt khắp mọi nơi trong môi trường PAHs được phát thải vào khí quyển chủ yếu từ đốt cháy không hoàn toàn từ các chất hữu cơ [6] Quy trình đốt cháy có thể tự nhiên hoạc nhân tạo PAHs

có xu hướng được tìm thấy cao hơn trong môi trường đô thị so với môi trường nông thôn, bởi vì hầu hết các nguồn PAHs đều nằm trong hoặc gần trung tâm đô thị Sau khi được phân tán vào khí quyển, PAHs được tìm thấy trong hai pha riêng biệt, một

là pha hơi và một là pha rắn mà trong các PAHs được hấp thụ vào các vật chất dạng hạt [7] Chất hữu cơ kỵ nước với áp suất hơi thấp, chẳng hạn như PAHs, hấp thụ các hạt khí quyển dễ dàng hơn các chất có áp suất hơi cao hơn, chẳng hạn như benzene

Sự thay đổi áp suất hơi của các hợp chất PAHs khác nhau làm cho các PAHs riêng

lẻ phân bố ở các nồng độ khác nhau trong pha hơi [7] Mối quan hệ giữa áp suất hơi

và trọng lượng phân tử của các PAHs điển hình được đưa ra trong hình 3 [13] Như được hiển thị trong hình này, benzo(a)pyrene áp suất hơi thấp nhất và naphthalene

áp suất hơi cao nhất Ngoài ra, mối tương quan giữa áp suất hơi và trọng lượng phân

tử khá tốt với hệ số tương quan là 0,9017 [6] PAHs với áp suất hơi thấp hơn (ví dụ, Benzo(a) pyrene) sẽ có xu hướng hấp thụ các hạt, trong khi các PAHs có áp suất hơn cao hơn naphthalene) sẽ có xu hướng liên kết với pha hơi Kết quả là, sự phân

bố tương đối của PAHs trong hai giai đoạn sẽ khác nhau đối với một mẫu khí Đó là nhận định của “Viện nghiên cứu năng lượng điện (EPRI)” [10] đối với các mẫu không khí thu thập từ Portland, Oregon rằng có hai sự khác biệt giữa nồng độ PAH

trong pha hơi và pha hạt Đầu tiên, tổng nồng độ PAHs trong pha hơi (741 ng/m3) cao hơn nhiều so với PAHs hạt (12 ng/m3) Thứ hai, trọng lượng phân tử thấp hơn, PAHs áp suất hơi cao hơn được phát hiện trong pha hơn trong khi trọng lượng phân

tử cao hơn, PAHs áp suất hơi thấp thì không có Ngược lại, pha hơi có nồng độ thấp hơn nhiều so với giai đoạn pha hạt khi trọng lượng phân tử PAHs cao [28] Có một mối tương quan đáng chú ý được tìm thấy giữa lượng bụi trong không khí và nồng

độ PAHs trong pha hạt [6] Vì thế nồng độ PAHs trong không khí tăng vào mùa hè hoặc nói chung ở các vùng nhiệt đới, trong khi PAHs dạng pha hạt chiếm ưu thế trong mùa đông hoặc nói chung vùng Bắc Cực [36] Trong khi đó, độ ẩm có ảnh hưởng đến hấp phụ PAHs lên các pha hạt [16] Hơn thế nữa, khả năng hấp phụ PAHs còn phù thuộc vào dạng lơ lửng hạt (Ví dụ: bồ hóng, bụi, tro bay, phấn hoa…) [20] PAHs sẽ được thu thập trên bộ lọc hoặc chất hấp thụ, sau đó sẽ thực hiện phương pháp triết để triết Việc phát hiện PAHs và các dẫn xuất của chúng có thể được thực hiện bởi kỹ thuật GC-MS Đó là kỹ thuật đáng tin cậy để xác định nồng độ PAHs và các dẫn xuất của chúng [9]

1.2.2 PAHs trong đất

PAHs trong khí quyển liên tục có quá trình lắng đọng xuống bề mặt trái đất dưới dạng khô hoặc ướt Một số PAHs sẽ đến từ các nguồn gần đó, chẳng hạn khí thải ô tô từ các nguồn liền kề lòng đường Các PAHs khác đến từ các nguồn xa hơn

và từ các khoảng cách khác nhau trong không khí PAHs có thể thẩm thấu vào lòng đất nếu vật liệu chưa chứa đầy PAHs Khi PAHs lắng đọng trên bề mặt trái đất, nó

có thể trở nên linh động Vì phần lớn các PAHs trong đất sẽ liên kết với các hạt đất [29], yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tính di động của các hạt PAHs trong đất

là kích thước hạt chất hấp thụ và kích thước lỗ rỗng của đất Nếu các PAHs mà là các chất hấp thụ không thể di chuyển trong đất khi đó sự di chuyển của PAHs sẽ bị hạn chế bởi vì chúng có xu hướng duy trì chất hấp thụ đối với các hạt

Xu hướng hấp phụ của PAHs vào đất phụ thuộc vào cả hai tính chất của PAHs và đất Vì vậy, quá trình hấp thụ PAHs là một quá trình chi phối tính linh động của đất và PAHs riêng rẽ Nhiều nghiên cứu về mối tương quan của hệ số phân vùng với các tính chất của đất đã phát hiện ra rằng hàm lượng carbon hữu cơ thường mang lại hiệu quả đáng kể nhất cho mối tương quan [26] Hệ số phân chia

octanol-nước của PAHs cũng là quan trọng trong việc xác định khả năng hấp thụ PAHs của đất Các hệ số phân chia octanol – nước có liên quan đến độ hòa tan của một hợp chất hữu cơ trong nước [24] Như hệ số phân chia tăng, độ hòa tan trong nước giảm và xu hướng cho sự hấp thụ vào một loại đất cụ thể tăng lên Tuy nhiên,

hệ số phân chia và độ hòa tan có thể ảnh hưởng tới sự tích lũy của PAHs trong đất, Các yếu tố khác như độ dẫn điện của đất cũng có ảnh hưởng đáng kể về tính di động của PAHs [22] Chiết suất dung môi đơn giản và GC/MS/MS là phương pháp được

sử dụng để xác định nhanh một số hydrocarbon đa vòng (PAHs) trong đất

1.2.3 PAHs trong trầm tích

PAHs được lắng đọng vào môi trường trầm tích bằng cách tương tự như các quá trình chi phối sự lắng đọng lên lớp đất bề mặt Ở khu vực nông thôn, PAHs hấp thụ với các hạt khí quyển có thể lắng đọng trên bề mặt của hồ, sông, suối, kênh, rạch và đại dương bằng cách lắng đọng khô hoặc ướt Ở đó chúng bị phân tán bởi các dòng chảy và cuối cùng hòa nhập với trầm tích [24] Mặt khác, trầm tích gần các trung tâm đô thị bị ảnh hưởng bởi sự lắng đọng PAHs trong khí quyển Trầm tích cũng có thể có thêm PAHs từ các cơn bão và nước thải từ các hệ thống nước sinh hoạt Thậm chí cuối cùng, một số PAHs sẽ hấp thụ thành các hạt, lắng xuống

và trở thành một phần của trầm tích Những lớp này thường được có trong môi trường thiếu khí nơi có oxy trong nước [19] Một khi PAHs được tích lũy vào trầm tích, chúng ở dạng bất động vì cấu trúc không phân cực của chúng ức chế chúng khỏi hòa tan trong nước Tuy nhiên, PAHs không phải là không hoàn toàn hòa tan, đặc biệt là các PAHs có trọng lượng phân tử thấp Do đó, một lượng nhỏ PAHs được hòa tan và tạo ra các lỗ rỗng trong trầm tích Sự hiện diện của các chất keo hữu cơ trong nước sẽ làm tăng nồng độ PAHs vượt khả năng hòa tan trong nước của chúng vì PAHs sẽ được hấp thụ vào các chất keo hữu cơ này Các chất mới này sẽ

dễ dàng được vận chuyển dễ dàng qua các lỗ rỗng của trầm tích Do đó, sự hấp thụ các chất keo có thể làm tăng tính linh động và khả năng sinh học của PAHs trong trầm tích [34]

1.2.4 PAHs trong nước

Khi các hợp chất hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs) từ nguồn tự nhiên hoặc

do hoạt động nhân tạo nhập vào môi trường nước, chúng có khả năng lưu giữ trong nước hoặc liên kết với các vật chất do đặc tính của chúng và quá trình hấp thụ cặn [32] Do đó, quá trình phân bố của PAHs trong các vật chất là một trong những quá

trình chi phối quan trọng đối với nguồn gốc PAHs trong môi trường nước Việc hiểu biết về sự phân bố PAHs trong nước đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển tiêu chuẩn chất lượng nước và cặn Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu tập trung chủ yếu vào đo lường nồng độ và đánh giá mức độ ô nhiễm PAHs trong môi trường nước [32] Thông tin về sự phân bố PAHs trong hệ thống nước vẫn còn hạn chế

Trong vài thập kỷ gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của đô thị hóa, công nghiệp hóa và nông nghiệp, ô nhiễm từ các nguồn xả thải công nghiệp, hoạt động liên quan đến dầu và khí thải từ phương tiện, cũng như nước mưa chảy từ nông nghiệp, đã tăng lên đáng kể Những hoạt động nhân loại này có thể là nguồn gốc tiềm ẩn của PAHs, tiềm ẩn nguy cơ tác động tiêu cực đến sức khỏe của con người và sinh quyển nước [41] Mặc dù thông tin về phân bố không gian, sự phân

bố PAHs trong nước và nguồn gốc của PAHs trong môi trường nước quan trọng đối với chiến lược kiểm soát ô nhiễm nước và cặn, nhưng đến thời điểm hiện tại, chúng tôi chưa biết đến nhiều hoặc không có nghiên cứu nổi bật về vấn đề này trong lĩnh vực này [47]

1.2.5 PAHs trong bụi

Bụi là một hỗn hợp của các vật liệu khác nhau bao gồm bụi đường phố, bụi ngoài trời và bụi trong nhà thường liên kết với các hợp chất hữu cơ như hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs) PAHs là các hợp chất dựa trên carbon bao gồm các vòng thơm ghép thành các vòng liên tục theo hình thẳng, góc, hoặc trong các cụm [48] Số lượng chúng được ước tính lên đến hàng trăm và chúng thường tồn tại trong môi trường dưới dạng hỗn hợp phức tạp, thay vì đơn chất Trong số PAHs, có

16 loại được phân loại là ưu tiên Những chất ô nhiễm này được ưu tiên do ảnh hưởng đến sức khỏe và khả năng gây ung thư Chúng bao gồm naphtalen (NAP), axenaphthen (ACE), fluoren (FLU), phenanthren (PHE), anthracen (ANT), fluoranthene (FLN), pyren (PYR), benzo(a)anthracene (BaA), chrysene (CHR), benzo(b)fluoranthene (BbF), benzo(k) fluoranthene (BkF), benzo(a) pyrene (BaP), indeno(1,2,3-cd) pyrene (IND), dibenzo (a, h) anthracene (DahA), và benzo(ghi)perylene (BghiP) (USEPA 2007) Bảy hợp chất PAH cuối cùng chiếm ưu thế trong pha phấn bụi của hạt khí quyển và sựu phân bố của hạt bụi trong khí quyển Những người không may bị tiếp xúc với PAHs có thể phát triển tổn thương

hệ hô hấp [23], trong đó ảnh hưởng xấu đến sức khỏe phụ thuộc vào mức độ, tính chất, và thời gian tiếp xúc Dữ liệu gần đây cho thấy rằng tiếp xúc với PAHs tăng nguy cơ mắc bệnh huyết học và u não ở trẻ em, đặc biệt là nếu tiếp xúc xảy ra trong giai đoạn phôi thai và thời kỳ trẻ sơ sinh [21] Các con đường tiếp xúc với PAHs trong nhà bao gồm hít thở khói thuốc lá hoặc khói từ lò sưởi mở, tiêu thụ thực phẩm nhiễm độc, việc ăn uống và uống nước nhiễm độc từ bụi bám đóng, và thực phẩm chứa hạt bụi [39] Ngoài ra, các nguồn tự nhiên của chất ô nhiễm không khí có thể

là đáng kể do khí hậu khô cằn tại một quốc gia, nơi sự xuất hiện của bão cát ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng không khí và làm tăng cường ô nhiễm không khí [16] Một số khu vực cũng đang trải qua sự ấm lên khí hậu có ý nghĩa thống kê, giảm lượng nước bề mặt và tạo điều kiện thuận lợi cho sự di chuyển của hạt bụi [45] Hơn nữa, các nghiên cứu gần đây cho thấy sự tăng lên của số ngày ấm nhiệt trung bình ở một số quốc gia, với sự tăng nhiệt độ [13] Một phần, con người có xu hướng chiếm phần lớn thời gian của họ bên trong nhà, từ đó tăng thời gian tiếp xúc với rủi ro chất ô nhiễm không khí trong nhà Hầu hết các nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực này đánh giá PAHs trong nhà được thu thập từ hút bụi trong nhà, các mẫu bụi không phải từ sàn nhà [23]

1.3 Sự phơi nhiễm và độc tính của PAHs

Khi phân tán vào khí quyển từ quá trình oxy hóa nhiệt của nhiên liệu, PAHs

có thể hấp phụ lên các hạt bụi mịn hoặc thô Từ đó, chúng có thể được mang theo dòng không khí hoặc lắng đọng trong môi trường đất, nước PAHs có thể trải qua quá trình oxy hóa quang học, quá trình này sẽ phá vỡ PAHs trong vòng một tuần [40] Do tính kỵ nước cao, PAHs có đặc tính cố hữu là hấp phụ vào đất hoặc trầm tích ở đáy các vùng nước Độc tính của PAHs chủ yếu được thúc đẩy bởi của trình trao đổi chất và quá trình oxy hóa quang học, do đó, xác định sự xuất hiện, số lượng

và cường độ các chất ô nhiễm thứ cấp được tạo ra Đáng chú ý, một số quần thể vi sinh vật hỗn hợp đã được xác định là có khả năng khắc phục ô nhiễm PAHs trong trầm tích và đất Một số quy trình đã hoạt động hiệu quả trong một thời gian ngắn từ vài tuần đến vài tháng PAHs trong đất không có khả năng gây tác dụng độc đối với động vật không xương sống trên cạn, trừ khi đất bị ô nhiễm [5]

Các tác động tiêu cực đến sức khỏe do phơi nhiễm PAHs thường thể hiện ở các khía cạnh sinh sản, phát triển và miễn dịch của con người [2] Nói chung, các nghiên cứu về độc tính của PAHs trên động vật có vú đã xác định được các đường

gây ngộ độc qua khứu giác, miệng và da Dựa trên giới tính, hình 3 tóm tắt các tác động sức khỏe khác nhau mà con người dễ mắc phải khi tiếp xúc với PAHs Đối với thực vật, PAHs thường được hấp thụ thông qua chuyển vị Tốc độ hấp thụ như vậy được quyết định bởi mức độ ô nhiễm của PAHs trong đất, nước và không khí [5,6]

Tác động sức khỏe của PAHs chủ yếu dựa trên độc tính của PAHs, thời gian tiếp xúc, liều lượng và đường tiếp xúc Các yếu tố nhỏ khác bao gồm hiện trạng sức khỏe và tuổi của sinh vật bị ảnh hưởng, trong trường hợp này là con người Cho đến nay xu hướng của các PAHs có thể gây ra các khuyết tật sức khỏe cấp tính vẫn chưa

rõ ràng Phơi nhiễm qua đường hô hấp và đường tiêu hóa có nguồn gốc từ nghề nghiệp, những người làm nghề nông nghiệp thường tiếp xúc với PAHs ở mức độ cao Các triệu chứng thường gặp bao gồm kích ứng mắt, buồn nôn, nôn và tiêu chảy [23]

1.4 Phương pháp phân tích PAHs trong mẫu bụi

1.4.1 Phân loại và phương pháp thu thập mẫu bụi

1.4.1.1 Phân loại mẫu bụi

Trong thực hành, định từ "bụi" được dành để chỉ các chất của một khí dùng phân tán, hình thành từ các dạng vật chất thể rắn và thể lỏng, có kích thước và nguồn phát sinh khác nhau Bụi còn được định nghĩa là dạng các hạt vật chất, nhỏ

bé, hình thành do sự bẻ gãy, vỡ vụn các vật chất, dưới tác dụng của lực tự nhiên hoặc tác dụng cơ học, và gặp nó (bụi) ở những nơi làm việc (hầm mỏ, xưởng đúc,

mỏ đá, nhà máy sợi, dệt và trong các quy trình xay nghiền, sàng và vận chuyển các nguyên vật liệu đã nghiền nhỏ) [30] Ngoài ra còn gặp bụi trong nông, lâm nghiệp

và hoạt động, sinh hoạt của con người Bụi có kích thước càng lớn thì sự lắng đọng càng nhanh, sự lắng bụi sẽ tăng nhanh đối với những hạt có kích thước lớn hơn 50

µm Tốc độ của hạt bụi còn phụ thuộc vào thể tích, hình thái và tỷ trọng của nó, độ nhớt, sự chuyển động của dòng xoáy của không khí [6]

Bụi là danh từ chỉ một hỗn hợp phức tạp chứa các hạt vô cơ và hữu cơ ở dạng lỏng hoặc rắn, có khả năng bay lơ lửng trong không khí Bụi hay hợp chất có trong bụi được gọi chung là Particulate Matter, ký hiệu PM Cũng chính vì vậy, bụi được chia theo kích thước của hạt bụi Các hạt bụi phổ biến được quan tâm hiện nay PM2.5, PM 1.0, PM10 Bụi PM2.5 là những hạt bụi li ti trong không khí với kích thước 2,5 micron trở xuống (so với hạt tóc con người nó nhỏ hơn khoảng 30 lần)

Bụi mịn PM2.5 được hình thành từ các chất như nitrogen, carbon và các hợp chất kim loại khác [48] Khi nồng độ bụi PM2.5 trong không khí ở ngoài trời tăng lên sẽ làm không khí bị mờ đi và tầm nhìn bị giảm trông giống như sương mù Bụi mịn PM2.5 có thể dễ dàng xâm nhập vào cơ thể con người thông qua đường hô hấp và gây nên một số bệnh nguy hiểm như đột quỵ, tim mạch, ung thư… Người thường xuyên phải tiếp xúc với bụi mịn có thể gặp phải các vấn đề về sức khỏe như hắt hơi,

sổ mũi, khó thở, khô mắt… khi tiếp xúc lâu dài thì sẽ làm giảm chức năng phổi, viêm phế quản mãn tính và tăng tỷ lệ tử vong do ung thư phổi và bện tim ở người bệnh Ngoài những mối nguy hiểm kể trên thì bụi mịn PM2.5 còn được mệnh danh

là sát thủ có thể thúc đẩy, làm nhanh quá trình tiến triển của bệnh xơ gan và làm tăng nguy cơ mắc bệnh chuyển hóa và rối loạn chức năng gan, góp phần phát triển bệnh tiểu đường [30]

Tiếp đến là bụi mịn PM1.0 là những hạt bụi dạng lỏng hoặc rắn trôi nổi ngoài không khí Bụi mịn PM1.0 (dưới 1 μm) đã bắt đầu được quan tâm nghiên cứu tại nước ta từ vài năm trở lại đây, nhất là vào những ngày nhiệt độ xuống thấp hoặc không khí khô Ngoài bệnh khả năng gây ra các bệnh lý về hô hấp, thì bụi mịn PM1.0 còn có thể tấn công vào phế nang, vượt qua vách ngăn khí – máu của người bệnh để đi vào hệ tuần hoàn và gây bệnh, thậm chí còn có thể ảnh hưởng đến hệ thống thần kinh và gây ảnh hưởng đến cấu trúc của gen, gây bệnh về tâm lý và giảm trí nhớ nghiêm trọng cho người bệnh [30]

Ngoài ra, còn bụi PM10 là các hạt bụi lơ lửng có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 10 micrometter Cũng tương tự như bụi PM2.5, bụi PM10 có thể sinh ra từ tự nhiên như cháy rừng, bụi sa mạc, khói núi lửa, các cơn bão cát, lốc xoáy, hoặc từ chất thải sinh vật như phấn hoa, bào tử nấm, nước thải côn trùng Nhưng đa phần bụi được tạo ra từ các hoạt động của con người qua việc đốt than củi, đốt nhiên liệu hóa thạch, bụi từ các công trình xây dựng, bụi đường phố, đốt rác thải, khói máy công nghiệp, phá rừng, hút thuốc Các ảnh hưởng của bụi PM10 vơi sức khỏe con người tương tự như bụi PM 2.5 [20]

Nhóm PAHs phân bố rộng khắp mọi nơi trong môi trường do sự khuếch tán trong không khí lắng đọng, tích lũy vào môi trường khác như đất, nước, sinh học Bụi đường là một trong những thành phần của môi trường giao thông liên quan đến chất lượng không khí do sự lắng đọng của các chất ô nhiễm Hiện nay, các phương tiện giao thông hầu hết đang sử dụng nhiên liệu xăng và dầu diezene PAHs sinh ra

từ quá trình đốt nhiên liệu do các phương tiện cơ giới sẽ được hấp phụ vào các hạt bụi lơ lửng trong không khí và được lắng đọng xuống bề mặt đường Ngoài ra phát thải PAHs từ lốp các phương tiện cơ giới, lớp phủ trên bề mặt đường (nhựa asphalt)

và dầu động cơ bị rò rỉ cũng sẽ được tích lũy vào trong bụi đường [7] Không chỉ phát thải từ các phương tiện giao thông, PAHs còn được thôi ra từ rất nhiều nguồn khác nhau như nhựa thải quá trình sản xuất đôt nhiên liệu và sinh hoạt hàng ngày của con người tại các thành phố lớn Tại Việt Nam, trong mẫu bụi của một số thành phố lớn như Hà Nội, Hải Phòng, Quảng Ninh… đã được một số nhóm nghiên cứu phân tích năm 2012 [16,18] Các tác giả đã đưa ra một bức tranh khá đầy đủ về hàm lượng, thành phần, nguồn gốc cũng như đánh giá ảnh hưởng sức khỏe của người dân gây ra bởi nhóm hợp chất PAHs và alkyl -PAHs có trong bụi đường từ năm 2011- 2016 [6,7]

1.4.1.2 Phương pháp thu thập mẫu bụi

PAHs tồn tại xung quanh chúng ta ở rất nhiều dạng mẫu khác nhau như trong nước, đất, không khí, vật liệu… Có rất nhiều phương pháp thu thập mẫu khác nhau đặc biệt trong mẫu không khí Có thể thu mẫu bụi có chứa PAHs bằng phương pháp trực tiếp hoặc gián tiếp Phương pháp trực tiếp có thể sử dụng chổi quét bụi trên bề mặt đường, trong nhà hoặc trong các phòng làm việc… Ngoài ra còn phương pháp thu mẫu gián tiếp bằng các sử dụng bơm hút mẫu hoặc các chất hấp thụ bụi để tiến hành thu mẫu Một số phương pháp thu mẫu đã được tìm hiểu trong bài luận văn đã được đề cập ở bảng 2 dưới đây

Bảng 1 2 Một số phương pháp thu mẫu khí

Tài liệu tham

khảo

Mô tả phương pháp

[15] Mẫu bụi trong các quán coffee có khói thuốc lá Sử dụng bơm

SKC để thu khí với tốc độ dòng 2 L/phút để thu tổng khối lượng khí là 480 L Dùng màng lọc (PTFE) (2 µm, đường kính 47 µm) Sau đó chuyển tới phòng thí nghiệm giữ -20 oC trong vòng 72 giờ

[27] Mẫu bụi được thu thập trên ven đường bằng cách cách dùng chổi

quét trên bề mặt đường với diện tích 1 m2 Mẫu sau khi lấy được gói vào giấy nhôm sạch và mang về phòng thí nghiệm, sàng qua rây 0,5 mm để loại đất đá và rác Mẫu được lưu trong tủ lạnh âm sâu trước khi phân tích

[6] Các mẫu bụi được thu thập tại khu vực khu công nghiệp, khu dân

cư bằng cách dùng chổi quét sau khi lấy mẫu tiếp theo dụng cụ lấy mẫu được vệ sinh bằng acetone Mẫu được đựng trong lọ thủy tinh và được giữ mát bằng nước đá Các mẫu bụi được lọc qua sàng có đường kính nhỏ hơn < 63 µm và được bảo quản tại nhiệt

độ 4 oC trước khi triết và phân tách sắc ký

[28] Mẫu bụi được tiến hành lấy trong các tòa nhà khu công nghiệp,

lớp học, phòng thí nghiệm… Khu vực lấy mẫu trong môi trường trong nhà có diện tích khoảng 5-10 m2 và thời gian lấy mẫu trong khoảng 1 giờ Các mẫu bụi được thu thập bằng bơm sau đó đựng trong túi polyethylene có dán nhãn sau đó mẫu được chuyển tới phòng thí nghiệm Trong phòng thí nghiệm mẫu được đặt trong bình hút ẩm 24 giờ để loại ẩm Sau đó, mẫu được sàng trong màng 1 mm được làm bằng thép không gỉ và sau đó sấy khô ở 24

oC Các mẫu được đặt trong ống nhựa và được bọc bằng parafilm

1.4.2 Phương pháp chiết PAHs từ mẫu bụi

PAHs gồm nhiều vòng benzene hợp nhất có bản chất kỵ nước với khả năng hòa tan trong nước rất thấp và hệ số phân chia nước octanol cao Do đó chúng có xu hướng hấp phụ chặt chẽ với chất hữu cơ trong môi trường khiến chúng ít bị suy thoái về sinh học cũng như hóa học [13] Trong quá trình PAHs trong môi trường lâu dài sẽ thúc đẩy khả năng cô lập các phân tử sẽ làm khó xử lý đối với PAHs Như vậy quá trình chiết tách các PAHs trong các nền mẫu khác nhau vô cùng được chú trọng [11] Có rất nhiều kỹ thuật chiết PAHs được thử nghiệm như chiết Soxhlet, siêu âm (sonication), hoặc tăng dung môi chiết bằng cách thay thế bằng các phương pháp như chiết lỏng siêu tới hạn, chiết suất hỗ trợ vi sóng và vi chiết pha rắn, giải hấp nhiệt và nhiệt phân nhanh, giải hấp nhiệt và nhiệt phân nhanh cũng như chiết tầng sôi Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết tách PAHs như nhiệt độ, loại dụng môi, độ ẩm của mẫu và các thành phần khác trong mẫu [8]

1.4.2.1 Kỹ thuật chiết Soxhlet

Chiết Soxhlet đã được sử dụng rộng rãi như một kỹ thuật chuẩn về việc chiết tách PAHs từ đất và trầm tích Về cơ bản, trong kỹ thuật chiết Soxhlet, mẫu rắn được đặt vào ống chiết, sau đó được chiết bằng dung môi thích hợp thông qua chu trình hồi lưu Sau khi dung môi được đun sôi, hơi đi qua một nhánh phụ vào bình ngưng Khi dung môi đạt đến đỉnh của nhánh (siphon), dung môi và chất chiết sẽ từ siphon đẩy ngược xuống phía dưới bình theo đo dung môi đun sôi lại và chu trình được lặp lại cho đến khi tất cả các mẫu được chiết xuất hoàn toàn vào phía dưới bình giữ nhiệt Nhược điểm chính của phương pháp này là sử dụng một lượng lớn dung môi, có thể nhiều hơn 150 mL để chiết 10 g PAHs từ mẫu đất Thêm vào đó phương pháp này rất tốn công và thời gian vì dung môi phải được hồi lưu lên đến

24 giờ để đạt được chiết xuất hiệu quả [16, 25] Việc chiết Soxhlet cũng đã được thể hiện có tính chọn lọc tương đối kém đối với PAHs so với một số chất hữu cơ khác, với khoảng một phần tư đến một phần ba lượng hữu cơ trong đất bị loại bỏ trong quá trình khai thác [12] Các nghiên cứu đã chỉ rằng sắc ký đồ của chiết xuất được hiển thị của chiết Soxhlet bằng cách sử dụng GC-MS và GC-FID mang lại nhiều

đỉnh nhân tao hơn với các ankan phân nhánh, chứng minh rằng các hợp chất như

n-alkane và các chất khác ngoài PAHs được cùng chiết ra bằng kỹ thuật chiết Soxhlet [14] Một số nhược điểm nhỏ khác của việc sử dụng chiết Soxhlet bao gồm khả năng chuyển mẫu, cần phải phân đoạn chiết để tránh ảnh hưởng đến việc phân tích

trên sắc ký khí [32] Tuy nhiên, chiết Soxhlet vẫn là phương pháp được sử dụng phổ biến hơn vì kết quả của nó mặc dù do cả bản chất của nền mẫu Chiết Soxhlet không chỉ mang lại kết quả tương tự phương pháp chiết lỏng siêu tới hạn (SFE), chiết có

hỗ trợ vi sóng (MAE), chiết tăng dung môi (ASE) và phương pháp siêu âm, mà kết quả còn cho thấy những thay đổi nhỏ với tỷ lệ tương đối thấp về độ lệch chuẩn [8] Theo thống kê, đã chỉ ra rằng phương pháp Soxhlet cho kết quả các giá trị trung bình tương ứng với giá trị trung bình tổng thể với các quy trình chiết xuất khác bao gồm ASE, SFE, MAE và siêu âm [8] Hiệu quả của chiết Soxhlet tăng theo trọng lượng phân tử, đạ hiệu suất khoảng 84-100% đối với PAH có hơn 4 vòng [48] Để hoàn thiện hơn nữa kỹ thuật chiết Soxhlet, Edward Randall được cấp bằng sáng chế phương pháp chiết Soxhlet tự động năm 1974 [17] Đây là quy trình hai bước kết hợp giữa đun sôi và tráng để tổng thời gian chiết được giảm trong khi dung môi bay hơi và ngưng tụ nhanh chóng để tái sử dụng, giảm tổng lượng dung môi cần thiết Trong công nghệ cải tiến này, ống chiết ban đầu hạ trực tiếp vào bình chứa dung môi sôi để loại bỏ vật liệu có thể trích xuất còn sót lại trong khi các chất có thể chiết

dễ dàng ra khỏi mẫu và hòa tan vào dung môi Khi đó nồng độ dung được giảm xuống mức thấp hơn ống chiết phương phấp được dựa theo phương pháp chiết Soxhlet truyền thống nhờ đó PAHs được chiết bằng phương pháp hồi lưu dung môi ngưng tụ và được thu vào dung môi bên dưới ống chiết Với ứng dụng trên hiệu quả chiết PAH và độ chính xác được cải thiện về mặt thống kê với tỷ lệ thu hồi gần 100% [43] Ngoài ra thiết kế nhỏ gọn của hệ tự động cũng cho phép chiết đồng thời nhiều mẫu

1.4.2.2 Kỹ thuật chiết siêu âm, hoặc kích động siêu âm (Sonication/ Ultrasonic Agtation)

Kỹ thuật kích động siêu âm cũng được hiểu như là kỹ thuật siêu âm, kỹ thuật này là sự tham gia của năng lượng sóng siêu âm với tần số tối thiểu là 16 kHz trong chất lỏng, gây ra hiện tượng nén nhanh và cản trở chuyển động của chất lỏng, dẫn đến hiện tượng xâm thực nghĩa là sự hình thành các bọt khí Sự khuấy động này có thể được thực hiện bằng cách nhúng đầu siêu âm còn được gọi là còi siêu âm và hỗn hỗn hợp dung môi mẫu hoặc đặt hỗn hợp dung môi mẫu trực tiếp vào bề siêu âm sóng siêu âm mong muốn được tạo ra Nghiên cứu cũng phát biểu rằng siêu âm là tốt hơn so với chiết Soxhlet vì nó mang lại hiệu quả cao hơn về kinh tế và dễ vận hành hơn [33] Tuy nhiên, mức độ hiệu quả của phương pháp qua khảo sát phụ

thuộc loại mẫu phân tích và nồng độ các chất ô nhiễm trong mẫu Trái ngược với khảo sát này, các nghiên cứu khác đã chỉ rằng siêu âm có hiệu quả kém hơn so với Soxhlet với độ thụ hồi tương đối thấp đặc biệt với PAHs với trọng lượng phân tử thấp [14] Dao động và thời gian siêu âm cần được kiểm soát cẩn thận có thể làm giảm lược chất cần phân tích trong mẫu và giảm tốc độ chiết của PAHs Sự giảm hiệu quả trong quá trình siêu âm quá mức là do sự gia tăng các hạt carbon bị phá vỡ

và diện tích bề mặt tiếp xúc tăng giúp hấp thụ PAHs dễ dàng hơn, gây ra chu kỳ hấp thụ ngược của PAHs Ngoài ra, các kỹ thuật phân tách khác như ly tâm hoặc lọc là cần thiết sau quá trình siêu âm

1.4.2.3 Chiết bằng tăng nhiệt độ và áp suất dung môi (ASE)

Chiết bằng tăng tốc độ dung môi (ASE) hay chiết bằng dòng dung môi sử dụng áp suất là một công nghệ khá mới làm tăng nhiệt độ dung môi đến điểm sôi của dung môi nhưng vẫn duy trì pha lỏng bằng cách tăng suất Kết quả là, áp suất cao hỗ trợ quá trình hòa tan của bong bóng khí do sự tiếp nhiều của mẫu với dung môi hơn đồng thời làm tăng khả năng dung môi được làm nóng tạo ra khả năng hòa tan tốt hơn Hiện nay, các hệ thống ASE đã có sẵn trên thị trường cho chiết các hợp chất hữu cơ từ một loạt các mẫu rắn Hệ thống ASE là cấu tạo gồm vài cell và được tải vào hệ thống Trong quá trình chiết bơm sẽ bơm dung môi chiết qua cell đo với mẫu rắn đã được xử lý trước trong khi đó sẽ tăng nhiệt độ và áp suất tới giá trị mong muốn Trong mỗi một quá trình chiết, dung dịch chiết được cô đặc dưới dòng khí nitrogen Với việc sử dụng hệ thống ASE, độ thu hồi PAHs từ mẫu rắn đã được báo cáo là cao hơn so với phương pháp chiết Soxhlet [34], trong khi đó độ chính xác cũng được cải thiện với độ lệch chuẩn tương đối dưới 10% [35] Các ưu điểm khác của ASE là giảm lượng dung môi và thời gian chiết do sử dụng áp suất cao Các thao tác tác được vận hành tự động chiết trực tiếp trong hệ thống tránh thất thoát PAHs dễ bay hơi, tránh bị mất mẫu và độ nhiễm chéo thấp hơn sơ với phương pháp lắc cơ học [38]

1.4.2.4 Phương pháp chiết siêu tới hạn

Chất lỏng siêu tới hạn thể hiện sự liên tục của cả tính chất pha khí và pha lỏng Các đặc điểm vật lý của chúng bao gồm mật độ giống như chất lỏng, độ nhớt thấp, độ khuếch tán cao và sức căng bề mặt làm cho dung môi siêu tới hạn không xâm nhập được vào hầu hết mọi thứ và hòa tan hầu hết vật liệu và thành phần của

chất CO2 có nhiệt độ và áp suất siêu tới hạn lần lượt là 31 oC và 74 bar được sử dụng rộng dãi trong SPE như một dung môi thân thiện với môi trường ở trạng thía siêu tới hạn [40] Trong nghiên cứu so sánh giữa chiết Soxhlet và SPE cho thấy khả năng thu hồi PAHs của hai phương pháp gần như tương đương nhau [29] Mặc dù

kỹ thuật SPE khó tối ưu hóa hơn nhưng phương pháp này cho kết quả về độ lệch chuẩn tương đối khá thấp và tính chọn lọc thấp hơn do dụng môi chiết sạch hơn SPE chỉ chiết được 8% các chất hữu cơ có khối lượng phân tử lớn so với chiết Soxhlet hoặc ASE đã chiết xuất được một phần tư đến một phần ba số chất hữu cơ trong mâu rắn [17] Hơn nữa các hệ thống SPE tích hợp cho phép chiết và cô đặc mẫu (loại dung môi khỏi mẫu) giảm việc loại dung môi bằng tay Trong một số hệ thống SPE nhất định, các chất chiết xuất cũng có thể được GC phân tích trực tiếp

mà không cần làm sạch Điều này tránh việc mẫu bị nhiễm bận trong quá trình xử lý thủ công [42] Tuy nhiên độ phức tạp của qua trình SPE có thể góp phần dẫn đến kết quả không thống nhất Trong quá trình phát triển của chiết SPE, nước cũng được coi là dung môi sử dụng Tuy nhiên, việc sử dụng nước siêu tới hạn cũng bị hạn chế

do yêu cầu về nhiệt độ cao (>374 oC) và áp suất (>218 atm) tạo ra môi trường ăn mòn cao

1.4.2.5 Phương pháp chiết hỗ trợ vi sóng (MEA)

Một số phương pháp chiết kỹ thuật cao khác như MAE theo đó dung môi và mẫu đều chịu năng lượng bức xạ nhiệt thu được từ bước sóng điện từ trong khoảng 1m đến 1 mm với tần số 300 MHz tới 300 GHz Lò vi sóng có bức xạ được cho là phù hợp hơn lò vi sóng thông thường do làm nóng nhanh, có thể tái tạo và ít tổn thất năng lượng Các thiết kế hiện đại của lò vi sóng bao gồm các băng chuyền có thể chứa ít nhất mười hai bình chiết cho phép nhiều lần chiết đồng thời Ưu điểm chính của phương pháp MAE là giảm sử dụng dung môi và thời gian So với SFE, chi phí của MAE thấp hơn Ngoài ra sự ra cơ chế gia nhiệt cung cấp sự tương tác có chọn lọc với các phân tử phân cực giúp tăng cường đáng kể hiệu quả chiết của PAHs [29,30] Tuy nhiên nhược điểm chính của phường pháp này là dung môi cần phải loại bỏ về mặt vật lý ra khỏi nền mẫu sau khi hoàn thành quá trình chiết trước khi phân tích Trong một số trường hợp mà các mẫu được xử lý sơ bộ bằng các thanh đồng kích hoạt để hỗ trợ quá trình chiết việc loại bỏ đồng này là cần thiết để chiết sạch hơn [10] Mặc dù các bước tinh chế tiếp theo có thể được thực hiện để khắc phụ vấn đề này, nhưng có thể có khả năng làm mất chất phân tích hoặc tạo ra chất

gây ô nhiễm với thời gian làm mát bổ sung cho quá trình xử lý bổ sung này Hơn nữa, lượng mẫu cho phép phân tích được giới hạn ở mức 1 g là không đủ để phân tích đồng nhất [31]

1.4.2.6 Phương pháp chiết pha rắn khác

Chiết pha rắn (SPE), một phương pháp thường được sử dụng để làm sạch một mẫu đã được sử dụng để chiết nhanh chóng và chọn lọc các PAHs từ các mẫu đất Mẫu đất được rửa bằng dung môi để loại bỏ các thành phần không mong muốn trước khi đưa PAHs với một dung môi khác vào ống thu mẫu Khi kỹ thuật chiết này được sử dụng, thường được khiến nghị sẽ được lọc qua cột SPE trống hoặc sử dụng cát tinh khiết trước khi chiết thường nhằm để ngăn các mẫu đất lằm tắc cột SPE Ouyang và Pawliszyn [31] đã mô tả ứng dụng của quá trình chiết PAH từ đất Phương pháp không dùng dung môi này sử dụng một sợi silica nóng chảy có đường kính nhỏ được phủ pha chiết và được gắn trong một thiết bị giống như ống tiêm để bảo vệ và dễ dàng xử lý Độ sâu của kim tiêm được điều chỉnh để lấy mẫu vào khoảng trống trước khi hấp thụ PAHs từ đất Sợi SPME tiếp xúc sau đó được chuyển trực tiếp đến cổng tiêm của thiết bị phân tích như GC để định lượng phân tích [31] Ưu điểm chính của SPME là quá trình chiết xuất nhanh chóng, đơn giản thuận tiện có thể được thực hiện tại chỗ Cấu hình của bộ vi chiết pha rắn cung cấp giải pháp cho các vấn đề lấy mẫu vì nó cho phép chiết xuất một lượng nhỏ mẫu và sau đo có thể được phân tích mà không cần xử lý trước Khi được bảo quản đúng cách chất trên kim tiêm cũng có thể được phân tích vài ngày sau đó trong phòng thí nghiệm mà không làm thất thoát đáng kể các chất bay hơi Khả năng của thiết bị SPME để trích xuất những lượng mẫu nhở như vậy đòi hỏi độ chính xác cao trong quá trình sản xuất để đạt được sự đồng nhất trong cấu trúc của sợi (bề mặt pha chiết) nhằm đem lại sự nhất quán về chất lượng và kết quả chiết Mốt nghiên cứu sử dụng SPME cho thấy rằng chỉ các hợp chất dễ bay hơi như PAHs có trọng lượng phân tử thấp hơn (ít hơn 4 vòng) mới được phát hiện [31]

Ngoài ra còn rất nhất nhiều phương pháp làm sạch mẫu chiết PAH trong mẫu bụi được minh họa theo Bảng 1.3 dưới đây

Bảng 1 3 Bảng một số phương pháp chiết thường gặp

16 Bụi

đường

hexan: acetone (1:1v/v) Mẫu được đưa vào bình

Teflon và thêm 30 mL dung môi hexan: acetone Cài đặt

lò phá mẫu vi sóng 120 oC trong 30 phút sau đó làm lạnh và lọc, sử dụng cột làm lanh slica gel

[33]

16 Bụi

trong

nhà

Dichloromethane:pentane Thêm 250 µL dung dịch

chuẩn và thêm mẫu sau đó chiết Soxhlet trong 24 giờ

Dichloromethane:pentane

[45]

16 Bụi

đường

n-hexane: DCM 1:1, v/v) Mẫu bụi được dung siêu âm

với dung môi n-hexane:

DCM 1:1, v/v) trong 30 phút sau đó lọc bằng giấy lọc và đuổi dung môi bằng khí N2

[42]

1.5 Phương pháp xử lý dịch chiết mẫu

Quá trình làm sạch dịch chiết được thực hiện để tách PAHs mục tiêu khỏi các hợp chất khác để có thể làm cho việc xác định PAHs trở nên không bị khó khăn Các phương pháp làm sạch khác nhau như sắc ký cột, SPE, sắc ký gel thấm (GPC),

và sắc ký lớp mỏng (TLC) đã được nghiên cứu rộng rãi [22] Thông thường, cần sử dụng lượng lớn dung môi nguy hiểm để làm sạch PAHs vì chúng có tính chất lipophilic và quá trình chiết xuất của chúng liên quan đến các thành phần lipid của thực phẩm [39]

Ngược lại, các ống SPE thương mại đã thay thế các phương pháp sắc ký truyền thống và được sử dụng rộng rãi như một bước làm sạch để làm tinh chất PAHs trong mẫu nước [47], thực phẩm [44], và hạt bụi không khí [20], nhờ vào nhiều ưu điểm như khả năng thu hồi cao hơn, tiêu thụ thời gian ít hơn và giảm việc

sử dụng dung môi nguy hiểm [41] Ngoài ra, SPE không chỉ xuất sắc trong việc làm sạch mẫu, mà còn trong quá trình chiết xuất và tập trung mẫu [24]

1.6 Phương pháp xác định PAHs

1.6.1 Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)

Sắc ký lỏng cao áp (còn gọi là sắc ký lỏng hiệu năng cao) với detector UV hoặc huỳnh quang là phương pháp thường được sử dụng để phân tích PAHs [2]

Nguyên lý chung của phương pháp là dựa vào ái lực khác nhau giữa các chất cần tách và xác định với pha tĩnh - pha động mà chúng được tách ra nhờ sự thay đổi

độ phân cực của dung môi pha động thường là methanol hoặc acetonenitrile cùng với cột tách thích hợp Định lượng của các cấu tử được tách nhờ vào phương pháp đường chuẩn [3]

Những PAHs có khối lượng phân tử lớn được xác định trên HPLC có tính ưu việt hơn vì khả năng bay hơi kém

Ưu điểm của phương pháp:

- Có khả năng tách và định lượng đồng thời các chất có độ phân cực gần nhau, vì vậy tách được cả đồng phân lẫn đồng đẳng của các hợp chất PAHs

- Các detector trong HPLC có độ nhạy cao, đặc biệt detector huỳnh quang

có thể phát hiện các chất có hàm lượng vết ở nồng độ phần tỷ (ng/mL) [4]

- Là phương pháp hữu hiệu để định lượng các chất có nhiệt phân hủy thấp

và hợp chất có nhiệt độ bay hơi cao

Nhược điểm của phương pháp:

- Thực hiện các phép phân tích đòi hỏi nhiều thời gian do phải rửa cột sau mỗi lần chạy

- Chi phí chạy mẫu cao do tiêu tốn pha động là các dung môi tinh khiết có giá thành cao

- Detector huỳnh quang phải khảo sát và thay đổi độ thu và phát xạ cho từng đơn chất [4]

1.6.2 Sắc ký khí - khối phổ (GC/MS)

Phương pháp sắc ký khí - phổ khối (GC-MS) là phương pháp phân tích kết hợp các tính năng của sắc ký khí và phổ khối để xác định các chất khác nhau trong một mẫu thử

Vì các PAHs là những chất có khả năng bay hơi tương đối tốt và bền nhiệt, sắc ký khí đặt biệt là sắc ký khí kết hợp khối phổ là lựa chọn hàng đầu để phân tích nhóm đối tượng này ở hàm lượng vết trong nhiều loại nền mẫu khác nhau [26] Ngoài phân tích mẫu khí, thiết bị này còn cho phép cả phân tách định tính, định lượng và xác định các chất gây ô nhiễm môi trường trong các thành phần môi trường như mẫu nước thải, bùn hoặc mẫu đất [28]

Cấu tạo hệ thống sắc ký khí ghép khối phổ bao gồm các bộ phận: nguồn cung cấp khí, lò cột, bộ phận tiêm mẫu, cột phân tích, detector, bộ phận ghi nhận tín hiệu và bộ phận in dữ liệu phân tích; trong đó, detector là detector khối phổ [1]

Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị GC/MS

Nguyên lý hoạt động của sắc ký khí: Trong quá trình khí mang đem mẫu qua cột sắc ký, các hỗn hợp của các hợp chất trong pha động xảy ra sẽ tương tác với pha tĩnh Mỗi hợp chất trong hỗn hợp tương tác với pha tĩnh một lực tương tác khác nhau Những tương tác yếu nhất sẽ ra khỏi cột nhanh nhất, những tương tác mạnh nhất sẽ thoát ra khỏi cột sau cùng Bằng cách thay đổi các đặc điểm của pha động và pha tĩnh, sẽ tách ra được các hỗn hợp khác nhau của các chất hóa học Có thể cải tiến quá trình phân tách bằng cách thay đổi nhiệt độ của pha tĩnh hoặc áp suất pha động Sau khi đi qua cột sắc ký khí, các chất tiếp tục đi qua pha khối phổ [3] Các phân tử phải đi qua một luồng electrons và bị chia thành những mảnh nhỏ hơn mang điện tích dương (ions) trong điều kiện chân không Các ion dương này di chuyển tới

bộ lọc từ trường điện từ Bộ lọc này chỉ cho phép các hạn có khối lượng nằm trong một giới hạn nhất định đi qua Cuối cùng các mảnh ion va chạm vào detector, chuyển thành tín hiệu điện

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Hóa chất

Trong báo cáo này, đối tượng được nghiên cứu là 16 PAHs:

Hỗn hợp 16 PAHs bao gồm: Naphthalene; Acenaphthylene; Acenaphthylene; Acenaphthene; Fluorene; Phenanthrene; Anthracene; Fluoranthene; Pyrene;

Benz[a]anthracene; Chrysene; Benzo[b/j] fluoranthene; Benzo[k]fluoranthene; Benzo[a]pyrene; Dibenz[a, h]anthracene; Indeno[1,2,3-cd]pyrene; Benzo[ghi]perylene được mua từ hãng AccuStandard (H-QME-01 Quebec PAH

Mix, 500000 ng/mL, dichloromethane/toluene)

Nghiên cứu sử dụng các chất đồng hành bao gồm: Naphthalene-d8; Acenaphthylene-d8; Phenanthrene-d10; Fluoranthene-d10; Pyrene-d10; Benzo[a]pyrene-d12; Benzo[ghi]perylene-d12 nhận được từ hãng Cambridge

Isotope Laboratories (ES-2044 Surrogate Cocktail, 200000 ng/mL, dichloromethane/methanol)

Chất nội chuẩn: Chrysene-d12 (IS) (200000 ng/mL trong dichloromethane/methanol cũng nhận được từ hãng Cambridge Isotope Laboratories

Trong nghiên cứu này, các hóa chất được sử dụng trong quá trình chiết và làm sạch mẫu được chỉ ra như ở bảng 2.1

Bảng 2 1 Hóa chất chiết chuyển bị mẫu

Dichloromethane Daejung, Hàn Quốc >99,5%

Silica gel tẩm 44% H2SO4 Supelco, USA Tinh khiết sắc ký

Silica gel tẩm 2% KOH Supelco, USA Tinh khiết sắc ký

Hóa chất Hãng cung cấp Thông số

Sodium sulfate Sharlau, Tây Ban Nha >99%

Acid sulfuric Sharlau, Tây Ban Nha 95–98%

1000 µL), lọ đựng mẫu chứa (1,5 mL, thủy tinh tối màu, lọ đựng mẫu chèn thạch

anh 250 µL, nắp vặn với septum silicon/teflon)

- Các dụng cụ thủy tinh (trừ các dụng cụ chia vạch) ngay sau khi sử dụng được tráng bằng dung môi (acetone và hexane), rửa bằng nước tẩy rửa và nước máy, tráng bằng nước cất và sấy ở 100 °C qua đêm, trước khi dùng cần được tráng lại bằng dung môi Các dụng cụ thủy tinh chia vạch sau khi sử dụng được tráng bằng dung môi, rửa bằng nước tẩy rửa và nước máy, sau đó thêm dung môi và rung siêu

2.2 Điều kiện phân tích sắc ký

- Chế độ tiêm mẫu không chia dòng, thể tích tiêm mẫu 1 μL, nhiệt độ cổng tiêm mẫu: 300oC

- Khi mang: He, tốc độ dòng khí mang: 1,2 mL/min

- Chương trình nhiệt độ lò cột: 80 oC giữ 1 phút, tăng 20 oC/phút lên 170 oC, tăng 4 oC/phút lên 220 oC, tăng 3 oC/phút lên 270 oC, tăng 20 oC/phút lên 310 oC sau

đó giữ 20 phút [6]

- Nhiệt độ buống hóa hơi: 310 oC

- Nhiệt độ nguồn ion hóa: 230 oC

- Chế độ ion hóa: ion hóa điện tử, năng lượng ion hóa 70 eV

2.3 Chuẩn bị dung dịch chuẩn

+ 16 chất PAHs mục tiêu được pha trong n-hexane Trong đó, các chất chuẩn

phân tích được chuẩn bị với ba mức nồng độ khác nhau là 10, 100 và 500 ng/mL để xây dựng phương trình đường chuẩn

+ Các chất đồng hành và nội chuẩn đều được chuẩn bị trong n-hexane với

LTT-1 Khu vực ngoài phố Lê Thánh Tông – Hoàn Kiếm – Hà Nội

LTT-2 Khu vực trong sân trường Đại học Khoa học Tự nhiên, phố Lê Thánh

Tông –Hoàn Kiếm – Hà Nội LTV -1 Khu vực ngoài đường Lương Thế Vinh – Thanh Xuân – Hà Nội

LTV -2 Khu vực trong sân ký túc xá Mễ Trì, đường Lương Thế Vinh – Thanh

Ký hiệu Vị trí

Xuân – Hà Nội NT-1 Khu vực đường Nguyễn Trãi – Thanh Xuân – Hà Nội

NT-2 Khu vực trong sân trường Đại học Khoa học Tự Nhiên đường Nguyễn

Trãi – Thanh Xuân – Hà Nội

XT-1 Khu vực đường Xuân Thủy – Cầu Giấy – Hà Nội

XT-2 Khu trong sân Đại học Quốc gia Hà Nội, đường Xuân Thủy – Cầu

Giấy – Hà Nội

HL-1 Khu Vực đường Láng - Hòa Lạc kéo dài –Thạch Thất – Hà Nội

HL-2: Khu vực trong sân Đại học quốc gia Hà Nội – Thạch Thất – Hà Nội

2.4.2 Thu mẫu và bảo quản mẫu

- Phương pháp thu mẫu: Các mẫu được thu bằng cách sử dụng chổi quét Lấy nhiều mẫu trộn lại tại một vị trí làm mẫu đại diện

- Phương pháp bảo quản mẫu: Giấy nhôm được tráng kỹ bằng acetone, hexane để gói mẫu Sau đó cho mẫu vào túi zip để trong tủ lạnh âm 18 oC hoặc nhiệt độ thường

- Xử lý mẫu sơ bộ: Mẫu được loại bỏ các dị vật bằng cách nhặt bằng tay

2.5 Khảo sát quy trình xử lý mẫu

2.5.1 Xác định độ thu hồi của PAHs trong bước xử lý dịch chiết với acid sulfuric đặc

Đánh giá độ thu hồi của PAHs ban đầu khảo sát với acid sulfuric đặc trong quy trình xử lý dịch chiết Các bước tiến hành được mô tả cụ thể như sau

Mẫu khảo sát được chuẩn bị trong ba ống thủy tinh dung tích 10 mL mỗi ống Mỗi ống chứa 200 μL dung dịch chuẩn mục tiêu với nồng độ 100 ng/mL, tương đương 20 ng cho mỗi chất, và được bổ sung hexane đến 2 mL Sau đó, thêm

2 mL acid sulfuric đặc (98%) vào mỗi ống Ở bước này, ống được đặt vào máy vortex và rung trong 1 phút, sau đó li tâm trong 5 phút ở tốc độ 3500 rpm Ống thứ nhất được xử lý với acid một lần, ống thứ hai với acid hai lần, và ống thứ ba với acid ba lần Sử dụng pipet Pasteur để hút và loại bỏ lớp acid Tiếp theo, thêm 2 mL dung dịch NaCl 5% vào mỗi ống để loại bỏ acid dư Sau khi rung trong máy vortex

trong 10 giây, sử dụng pipet Pasteur để hút và loại bỏ lớp dung dịch muối Quá trình rửa lại với dung dịch NaCl 5% được lặp lại một lần nữa Khoảng 0,5 g Na2SO4 khan được thêm vào mỗi ống để loại bỏ nước Dung dịch mẫu được chuyển sang ống cô đặc và cô dưới dòng khí N2 cho đến khi dung lượng giảm xuống 200 μL, sau đó được chuyển vào lọ đựng mẫu

2.5.2 Xác định độ thu hồi của PAHs trên cột làm sạch

Sau khi thực hiện quá trình chiết mẫu, tiếp theo là bước làm sạch mẫu trên cột làm sạch Việc đánh giá độ thu hồi của PAHs đóng vai trò quan trọng trong quá trình nghiên cứu, và được thực hiện trên các cột chứa silica gel được tẩm 44% acid sulfuric, silica gel tẩm 2% KOH, và silica gel theo cách sau đây

Cột làm sạch thủy tinh (dung tích 10 mL, đường kính trong 15 mm) bao gồm: 1 lớp giấy lọc, 1 g Na2SO4, 1 g chất hấp phụ, 1 g Na2SO4, 1 lớp giấy lọc Chất hấp phụ được khảo sát bao gồm: silica gel tẩm 44% acid sulfuric, silica gel tẩm 2% KOH và silica gel Cột được rửa bằng 5 mL dichloromethane và 5 mL hexane để loại bỏ các chất còn lại và tạo điều kiện tốt nhất cho các quá trình phân tích tiếp theo Mẫu khảo sát được chuẩn bị cẩn thận trong 3 ống thủy tinh dung tích 10 mL mỗi ống Mỗi ống chứa 200 µL dung dịch chuẩn mục tiêu 100 ng/mL (tương đương

20 ng cho mỗi chất), sau đó được bổ sung hexane đến mức 0,5 mL Quy trình này được thực hiện để đảm bảo đồng đều và chính xác trong việc chuẩn bị mẫu, giúp tối

ưu hóa các bước phân tích khoa học tiếp theo Chuyển mẫu lên cột làm với tổng cộng 4 mL hexane (phần này có thể chứa các tạp chất và được loại bỏ) Quá trình này nhằm mục đích tách biệt thành phần của mẫu và giúp làm sạch mẫu từ các tạp chất không mong muốn, tạo điều kiện thuận lợi cho phân tích và đo lường chính xác Sau đó, rửa giải PAHs với 6 mL dichloromethane/hexane (1:3, v/v) và cô dịch rửa giải dưới dòng khí N2 đến 200 L và chuyển vào lọ đựng mẫu để phân tích trên

Mẫu bụi được chuẩn bị trong hai ống thủy tinh dung tích 10 mL, mỗi ống chứa 0,2 g mẫu và được bổ sung thêm 200 μL hỗn hợp chất đồng hành 100 ng/mL Sau đó, thêm 2 mL acetone vào ống chứa mẫu và rung vortex trong 10 giây Chiết ống thứ nhất bằng thiết bị phát siêu âm trực tiếp trong 10 phút, còn ống thứ hai được chiết bằng bể rung siêu âm trong cùng thời gian Sau lần chiết thứ nhất, ống mẫu được li tâm trong 5 phút ở tốc độ 3500 rpm Dịch chiết từ lần chiết đầu tiên được chuyển sang ống cô đặc Tiếp theo, thêm 2 mL acetone/hexane (tỷ lệ 1:1, v/v) vào ống mẫu và lặp lại quá trình chiết mẫu và li tâm Dịch chiết từ lần chiết thứ hai được chuyển vào ống cô đặc Cô dịch chiết dưới dòng khí N2 và chuyển vào 500 μL hexane Dùng cột silica gel để làm sạch dịch chiết Dịch rửa giải sau đó được cô đặc, thêm 200 μL dung dịch chất nội chuẩn 100 ng/mL và cô dưới dòng khí N2 cho đến khi dung lượng là 200 μL, sau đó chuyển vào lọ đựng mẫu để phân tích trên GC

- Thêm vào ống chứa mẫu 2 mL acetone, rung vortex 10 s

- Chiết mẫu với bể rung siêu âm trong 10 min

- Sau khi chiết lần 1, ống mẫu được li tâm 5 min với tốc độ 3500 rpm

- Dịch chiết lần 1 được chuyển sang ống cô đặc

- Thêm tiếp vào ống mẫu 2 mL acetone/hexane (1:1, v/v)

- Lặp lại thao tác chiết mẫu và li tâm

- Dịch chiết lần 2 được chuyển vào ống cô đặc

- Cô dịch chiết dưới dòng khí N2 và chuyển vào 500 L hexane

- Cột làm sạch thủy tinh (dung tích 10 mL, đường kính trong 15 mm) bao gồm: 1 lớp giấy lọc, 1 g Na2SO4, 1 g silica gel, 1 g Na2SO4, 1 lớp giấy lọc Cột được rửa với 5 mL dichloromethane và 5 mL hexane

- Chuyển mẫu lên cột với tổng cộng 4 mL hexane (phần này có thể chứa các tạp chất và được loại bỏ)

- Rửa giải PAHs với 6 mL dichloromethane/hexane (1:3, v/v)

- Dịch rửa giải được cô đặc, thêm 200 L dung dịch chất nội chuẩn 100 ng/mL

và cô dưới dòng khí N2 đến 200 L rồi chuyển vào lọ đựng mẫu

Sơ đồ quy trình phân tích:

4 mL dịch chiết mẫu trong acetone/hexane

- Cô dưới dòng khí N2

- Chuyển dung môi hexane

500 µL dịch chiết mẫu cô đặc trong haxane

- Cột làm sạch: 1 g Na2SO4, 1 g silica gel, 1 g Na2SO4

- Rửa cột với 5 mL dichloromethane, 5 mL hexane

- Nạp mẫu với 4 mL hexane (thải bỏ)

- Rửa giải với 6 mL dichloromethane/hexane (1:3, v/v)

6 mL dịch rửa giải chứa PAHs

- Cô dưới dòng khí N2

- Thêm 200 µL dung dịch chất nội chuẩn 100 ng/mL

200 µL dung dịch chất phân tích

- Chuyển vào lọ đựng mẫu

1 µL dung dịch mẫu phân tích trên hệ thống GC/MS

- Thêm 200 µL dung dịch chất đồng hành 100 ng/mL

- Chiết lần 1 với 2 mL acetone trong bể siêu âm

- Chiết lần 2 với 2 mL acetone/hexane (1:1, v/v)

0,2 g mẫu bụi

Hình 2 1 Quy trình phân tích mẫu thực