Nghiên cứu quan trắc một số hợp chất polycyclic aromatic hydrocarbon (pah) trong môi trường Đất và trầm tích tại khu vực phía bắc, việt nam
TỔNG QUAN VỀ CÁC HYDROCARBON THƠM ĐA VÒNG
Giới thiệu
Hydrocarbon thơm đa vòng (Polycyclic Aromatic Hydrocarbon - PAH) hay còn gọi là hydrocarbon thơm đa vòng ngưng tụ, là các hợp chất hữu cơ được hình thành từ các vòng thơm không chứa các dị tố hay mang nhóm thế và có từ hai vòng thơm trở lên gắn với nhau tạo thành hợp chất hữu cơ bền
Theo cấu tạo, PAH thường được chia thành hai nhóm chính: nhóm có ít hơn hoặc bằng sáu vòng thơm được gọi là các PAH phân tử nhỏ và nhóm có nhiều hơn sáu vòng thơm gọi là các PAH phân tử lớn Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA) đã phân loại PAH thành 16 hợp chất gây ô nhiễm hàng đầu dựa trên cấu trúc điển hình, khả năng phơi nhiễm, độc tính và tần suất xuất hiện, bao gồm: nhóm chứa
2 vòng thơm (naphthalene, methylnaphthalene), nhóm chứa 3 vòng thơm (acenaphthene, acenaphthylene, fluorene, phenanthrene, anthracene), nhóm chứa 4 vòng thơm (fluoranthene, pyrene, benzo[a]anthracene, chrysene) và nhóm chứa 5-6 vòng thơm (benzo[b]fluoranthene, benzo[a]pyrene, indeno[1,2,3-cd]pyrene, benzo[g,h,i]perylene, dibenz[a,h]anthracene, dibenz[a,l]pyrene).
Công thức cấu tạo và tính chất
Bảng 1.1 Công thức, tên gọi, khối lượng phân tử và kí hiệu của một số PAH
STT Tên gọi Viết tắt CAS CTPT CTCT
CTPT: Công thức phân tử
CTCT: Công thức cấu tạo
Hầu hết các PAH đều tồn tại ở trạng thái rắn ở nhiệt độ phòng và có mùi thơm đặc trưng PAH có nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy cao Ngoại trừ naphthalene, PAH tan rất ít trong nước và độ tan giảm theo chiều tăng khối lượng phân tử Ngược lại, các PAH tan tốt trong các dung môi hữu cơ và chất béo Các phân tử PAH có khả năng hấp thụ quang phổ trong vùng tử ngoại và mỗi cấu trúc vòng chỉ hấp thụ một bước sóng đặc trưng duy nhất, điều này được ứng dụng trong việc định tính PAH Hầu hết PAH có tính huỳnh quang, có khả năng phát ra các bước sóng đặc trưng khi gặp nguồn kích thích (phân tử hấp thụ ánh sáng)
PAH là nhóm hợp chất tương đối trơ về mặt hóa học Do được cấu tạo từ các vòng benzene nên PAH có đầy đủ tính chất của hydrocarbon thơm: tham gia phản ứng thế, phản ứng cộng và phản ứng oxy hóa Ngoài ra các PAH còn bị phân hủy quang học trong không khí, tạo thành nhiều sản phẩm oxy hóa, bao gồm quinone và endoperoxide [6]
Bảng 1.2 Tính chất của một số PAH
Nhiệt độ sôi (°C) Độ hòa tan trong nước ở 25°C (μg/L) Áp suất hơi (mmHg)
Nguồn gốc phát sinh
PAH chủ yếu được sinh ra từ quá trình đốt cháy không hoàn toàn các vật liệu hữu cơ như than đá, dầu, gỗ, và phát thải vào môi trường từ hai nguồn chính là nguồn tự nhiên và nguồn nhân tạo [19]
PAH trong tự nhiên có thể được sinh ra từ hiện tượng phun trào núi lửa, cháy rừng Tại nhiều khu vực, phun trào núi lửa và cháy rừng là nguồn phát thải chủ yếu vào môi trường Ngoài ra có một lượng nhỏ PAH được tổng hợp từ một số loại tảo và vi khuẩn, hay từ quá trình xói mòn trầm tích và phân hủy thực vật [26]
Công nghiệp hóa và đô thị hóa nhanh chóng đã dẫn đến việc đẩy mạnh các hoạt động sản xuất và nhu cầu sinh hoạt của con người và trở thành nguồn phát thải PAH nhân tạo chủ yếu Các nguồn phát thải PAH do con người gây ra có thể được chia thành bốn loại, bao gồm các nguồn phát thải công nghiệp, giao thông, sinh hoạt và nông nghiệp Đốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu là nguồn phát thải PAH chính bởi các hoạt động công nghiệp như đốt chất thải, sản xuất sắt thép, sản xuất xi măng, sản xuất nhựa, sản xuất thuốc nhuộm, công nghiệp nhựa đường, sản xuất lốp xe cao su, sản xuất thuốc diệt nấm và thuốc trừ sâu hay khí thải từ các nhà máy lọc dầu và nhà máy điện Các nguồn phát thải di động sinh ra khí thải từ nhiều phương tiện như máy bay, tàu thủy, tàu hỏa và các loại phương tiện giao thông đường bộ sử dụng nhiên liệu hóa thạch [32]
Hình 1.1 Nguồn gốc phát sinh PAH
Các nguồn phát thải sinh hoạt liên quan đến các hoạt động gia đình như đốt rác, đốt than, đốt củi, nấu ăn sử dụng bếp gas, Các nguồn phát thải trong nông nghiệp bắt nguồn từ việc đốt chất thải nông nghiệp trong quá trình xử lý [26] Ô nhiễm
PAH cao ở khu vực nông thôn chủ yếu là do các nguồn sinh hoạt và nông nghiệp, trong khi ở khu vực thành thị do các nguồn công nghiệp và giao thông Theo một nghiên cứu trước đó, tại một số quốc gia thuộc vùng Đông Á có khí hậu bốn mùa rõ rệt, nồng độ PAH thay đổi theo các mùa: nồng độ cao nhất vào mùa đông, tiếp theo là mùa xuân, mùa thu và mùa hè Mức PAH cao hơn vào mùa đông và mùa xuân có thể phụ thuộc vào nhu cầu đốt cháy nhiên liệu cao hơn với mục đích sưởi ấm, ngoài ra tốc độ phân hủy quang học thấp hơn và khuếch tán kém do điều kiện khí quyển như gió lặng và nhiệt độ thấp [18].
Ảnh hưởng của PAH tới môi trường sống
PAH trong khí quyển thường tồn tại ở dạng sol khí (aerosol) và được phát tán trong nước, đất và thực vật thông qua các quá trình lắng đọng PAH có ba vòng thơm trở lên hấp phụ rất mạnh vào các hạt đất do áp suất hơi thấp và tính kỵ nước cao [5]
Sự tích tụ PAH trong đất và trầm tích liên quan trực tiếp đến ô nhiễm nguồn nước ngầm, thực vật và thực phẩm Ví dụ đối với các loại thực vật, PAH dễ dàng được hấp thụ từ môi trường đất, nước và/hoặc không khí bị ô nhiễm thông qua các bộ phận rễ và lá, và di chuyển đến các bộ phận khác Các hợp chất này tích tụ trong thực vật và làm giảm khả năng sinh trưởng, sinh sản của chúng, đồng thời xâm nhập vào chuỗi thức ăn của động vật và gây ra những tác hại lâu dài và nghiêm trọng
PAH là những hợp chất hữu cơ tương đối bền và chúng có khả năng phát tán trong một phạm vi lớn Con người có thể bị phơi nhiễm PAH qua con đường ăn uống, hô hấp hoặc tiếp xúc trực tiếp với các vật có chứa PAH.
Độc tính
Độc tính của PAH phụ thuộc vào cấu trúc phân tử của chúng Những hợp chất PAH có khối lượng phân tử lớn hơn 216 đ.v.C có khả năng ảnh hưởng tới sức khỏe con người, trong đó B[a]P (có phân tử khối là 252 đ.v.C) được xác định là có độc tính mạnh nhất và khả năng gây ung thư cao nhất [25] Độc tính của mỗi hợp chất PAH riêng lẻ ảnh hưởng đến sinh vật theo cơ chế, mức độ khác nhau [5, 27] Nhìn chung PAH có thể gây đột biến, gây ung thư, gây quái thai và gây độc miễn dịch cho các sinh vật sống, bao gồm vi sinh vật, động vật và con người [9, 10] Theo ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienists), tác động của PAH đối với sức khỏe con người phụ thuộc chủ yếu vào nồng độ, thời gian, con đường tiếp xúc cũng như độc tính tương đối của các PAH [23] Nguy cơ ung thư cao nhất được đánh giá là qua con đường ăn uống (98,1–99,3%), tiếp theo là tiếp xúc qua da (0,66–1,83%) và hô hấp (0,03–0,04%) [5]
Biểu hiện khi ảnh hưởng đến sức khỏe con người ở mức độ cấp tính là không rõ ràng Phơi nhiễm PAH ở mức nồng độ cao có thể dẫn đến các triệu chứng như kích ứng mắt, nôn mửa, tiêu chảy [5] Anthracene, benzo[a]pyrene và naphthalene là những chất gây kích ứng da khi tiếp xúc trực tiếp [27] Ảnh hưởng sức khỏe ở mức độ mãn tính gây ra các bệnh lý như đục thủy tinh thể, tổn thương thận và gan, các vấn đề về hô hấp, suy giảm chức năng miễn dịch, các vấn đề liên quan đến phổi và các triệu chứng giống hen suyễn [10] Độc tính sinh học
Gây rối loạn nội tiết: Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng các hợp chất PAH hoạt động như chất kháng estrogen và/hoặc chất kháng androgen bằng cách tương tác trực tiếp với thụ thể estrogen hoặc thụ thể androgen Ví dụ, B[a]A, B[a]P, FLT và CHR đã được chứng minh là có khả năng ức chế hoạt động của các androgenic [9]
Trong một nghiên cứu về mối liên hệ giữa phơi nhiễm với PAH và dị tật tinh trùng đã cho thấy tần suất đột biến của quá trình phân ly nhiễm sắc thể giới tính tăng lên đáng kể khi tiếp xúc trực tiếp với PAH Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của tinh trùng: nồng độ tinh trùng giảm, xuất hiện hình thái bất thường và khả năng di chuyển kém [24] Độc tính quang Ánh sáng mặt trời có ba thành phần: 91,0% ánh sáng khả kiến (400–700 nm), 8,7% ánh sáng UVA (320–400 nm) và 0,3% ánh sáng UVB (280–320 nm) PAH có thể hấp thụ tia UVA và ánh sáng khả kiến Khi hấp thụ UVA, PAH có thể bị kích thích đến trạng thái năng lượng cao hơn và có thể phản ứng với oxy hoặc các phân tử khác để tạo ra các chất có khả năng phá hủy các thành phần của tế bào như màng tế bào, acid nucleic hoặc protein Da người bị nhiễm PAH khi tiếp xúc với bức xạ ánh sáng mặt trời có thể gây ra sự phân cắt DNA và phản ứng oxy hóa các base trong DNA, cho thấy độc tính PAH có thể vượt quá 100 lần khi tiếp xúc với ánh sáng [39] Độc tính gen và khả năng gây ung thư
Quá trình chuyển hóa và đào thải hydrocarbon thơm đa vòng ở các loài động vật có vú xảy ra chủ yếu ở gan [39] Tuy nhiên, quá trình chuyển hóa của một số PAH cũng tạo ra các chất trung gian (ví dụ: diol epoxide, quinone, dẫn xuất hydroxyalkyl), những chất này kém phân cực để có thể tham gia quá trình bài tiết, chúng tạo thành các chất cộng hóa trị với các phân tử acid nucleic hoặc protein, gây nên những biến đổi ở mức độ phân tử và dẫn đến việc gây độc gen [25]
Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) đã phân loại PAH thành bốn nhóm:
● Nhóm 2A (nguy cơ gây ung thư cao): D[a]A
● Nhóm 2B (có thể gây ung thư): NAP, B[a]A, CHR, B[b]F, B[k]F, INP
● Nhóm 3 (không thể phân loại khả năng gây ung thư): ACY, ACE, FLU, PHEN, ANT, FLT, PYR, B[g]P
Benzo[a]pyrene được coi là một trong những PAH gây ung thư nhất và thường được lựa chọn làm chất đánh dấu để đánh giá rủi ro phơi nhiễm Ngoài ra một số cơ quan trên cơ thể con người dễ hình thành khối u do tiếp xúc lâu dài với PAH bao gồm phổi, da, thực quản, ruột kết, tuyến tụy, bàng quang [39].
Các quy định về PAH
Theo Chỉ thị 2020/2184 của Liên minh Châu Âu về nước uống xác định mức tối đa đối với nhiều loại chất gây ô nhiễm hóa học, bao gồm cả hydrocacbon thơm đa vòng Theo chỉ thị, tổng lượng B[b]F, B[k]F, B[g]P và INP không được vượt quá 0,10 μg/L Ngoài ra, lượng B[a]P không được vượt quá 0,01 μg/L
Luật pháp tại các thị trường lớn trên thế giới hạn chế sự có mặt của PAH trong thành phẩm Quy định REACH của Liên minh Châu Âu đã xác định nồng độ tối đa cho tám hợp chất PAH trong các sản phẩm tiếp xúc với cơ thể con người, gồm: B[a]P, B[e]P, B[a]A, CHR, B[b]F, B[j]F, B[k]F và D[a]A Những sản phẩm này sẽ bị cấm ở Châu Âu nếu chúng chứa hơn 1 mg/kg bất kỳ chất nào trong số tám PAH Giới hạn này nghiêm ngặt hơn đối với đồ chơi và các vật dụng chăm sóc trẻ em khác, sẽ không được tiêu thụ trên thị trường nếu chúng chứa hơn 0,5 mg/kg bất kỳ PAH nào được liệt kê ở trên.
MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ MẪU VÀ PHÂN TÍCH PAH
Một số phương pháp và kỹ thuật chiết tách PAH
Để phân tích một số PAH trong các đối tượng mẫu trước hết cần phải tiến hành xử lý mẫu để chiết tách các chất cần phân tích ra khỏi nền mẫu ban đầu Đây là một công việc rất quan trọng có vai trò quyết định đến kết quả phân tích Vì vậy, phương pháp xử lý mẫu cần đảm bảo các yêu cầu như: không làm mất chất phân tích, không làm nhiễm bẩn thêm chất phân tích, kết quả xử lý phải phù hợp với phương pháp phân tích đã chọn và sự lựa chọn phương pháp xử lý mẫu còn phải phụ thuộc chính vào dạng mẫu, khả năng bay hơi hoặc nồng độ của các chất phân tích Nhằm xác định hàm lượng PAH trong đất và trầm tích, các PAH thường được chiết tách ra khỏi nền mẫu bằng các phương pháp chiết phổ biến như chiết siêu âm, chiết Soxhlet, chiết cao
11 áp (PLE), chiết CO2 siêu tới hạn, chiết QuEChERS,… Tùy vào mục đích và điều kiện phòng thí nghiệm mà áp dụng các kỹ thuật chiết phù hợp
Hình 1.2 Một số phương pháp và kỹ thuật chiết tách PAH
Các phương pháp chiết cổ điển như chiết Soxhlet được sử dụng khá phổ biến vì tính đơn giản, chi phí tương đối thấp, dễ sử dụng và hiệu suất cao; tuy nhiên nhược điểm khá tốn thời gian (khoảng 16 - 24 giờ) và sử dụng lượng lớn dung môi gây ảnh hưởng đến môi trường
Phương pháp chiết siêu âm (UAE: Ultrasound-assisted extraction) là kỹ thuật chiết nhờ tác dụng của năng lượng sóng siêu âm có tần số cao, khi đó chất phân tích sẽ được phân bố (hay hòa tan) vào trong dung môi chiết, tạo điều kiện tốt cho quá trình chiết xảy ra dễ dàng, nhanh hơn và triệt để hơn Do đó, phương pháp chiết này đòi hỏi lượng dung môi ít hơn và thời gian chiết ngắn hơn, thường từ 10-30 phút trong 2-3 lần lặp lại
Phương pháp QuEChERS dựa trên nguyên tắc chiết mẫu một lần bằng dung môi đã được ổn định pH và tách nước có trong mẫu bằng phân bố lỏng - lỏng nhờ muối MgSO4 và NaCl Quá trình làm sạch bằng chiết phân tán pha rắn (d-SPE) được dùng để loại các acid hữu cơ, chất béo, nước còn dư và các tạp chất khác nhờ sử dụng phối hợp chất hấp phụ PSA, C18 và MgSO4 Phương pháp này tối thiểu hóa các bước chuẩn bị mẫu, đơn giản hóa quy trình thực hiện, giảm thiểu sử dụng các loại dung môi, hóa chất độc hại, thời gian xử lý mẫu nhanh và đồng thời tiết kiệm chi phí
Ngoài ra, phương pháp chiết có sự hỗ trợ của vi sóng (MAE: Microwave- assisted extraction), phương pháp chiết lỏng điều áp (PLE: Pressurized liquid
12 extraction) và chiết CO2 siêu tới hạn cũng được sử dụng đối với nền mẫu đất và trầm tích nói chung Những kỹ thuật này sử dụng nhiệt độ và áp suất cao hơn tạo điều kiện cho dung môi thâm nhập vào nền mẫu tốt hơn, dẫn đến việc chiết tách các PAH hiệu quả trong thời gian ngắn hơn với lượng dung môi ít hơn Hơn nữa, các kỹ thuật này còn tự động hóa và cho phép chiết tách nhiều mẫu đồng thời.
Kỹ thuật làm sạch
Trong hầu hết các phương pháp được đề xuất, nhiều tạp chất gây nhiễu có trong đất và trầm tích được chiết xuất đồng thời với PAH do sự phức tạp vốn có của nền mẫu Các tạp chất có thể dẫn đến sự gia tăng nền trong phổ khối, làm giảm độ chọn lọc và độ nhạy của thiết bị, và ngoài ra còn làm ô nhiễm hệ thống sắc ký Để tránh những vấn đề này, sau khi chiết tách, dịch chiết phải được làm sạch bằng cách sử dụng các loại vật liệu tinh sạch hay cột chiết pha rắn có chứa các chất hấp phụ
Chiết pha rắn (SPE: Solid phase extraction) đã trở thành một kỹ thuật phổ biến được áp dụng để làm sạch mẫu và làm giàu trong nhiều lĩnh vực phân tích nhờ tính linh hoạt và độ chọn lọc tốt so với các kỹ thuật xử lý mẫu khác So với kỹ thuật chiết lỏng-lỏng, chiết pha rắn sử dụng ít dung môi hơn, hạn chế khả năng hình thành nhũ tương, thể tích mẫu có thể nhỏ hơn và dễ tự động hóa Về nguyên tắc, phương pháp chiết pha rắn sử dụng các chất hấp phụ ở dạng rắn, có kích thước nhỏ (5-10 micromet) và diện tích bề mặt lớn (50-100 m 2 /g) Chất hấp phụ hay còn được gọi là pha tĩnh, sẽ được nhồi vào một cột nhỏ (dung lượng 5-10 mL) Mẫu ở dạng lỏng có chứa chất phân tích sẽ được đi qua cột Tại đây các chất có trong mẫu sẽ tương tác với pha tĩnh: nhóm chất cần phân tích sẽ được giữ lại, các nhóm tạp chất còn lại sẽ theo dung môi đi ra khỏi cột Sau đó sử dụng dung môi thích hợp để rửa giải các chất phân tích
Hình 1.3 Nguyên lý của kỹ thuật chiết pha rắn (SPE)
Kỹ thuật cột nhồi sắc ký
Sử dụng cột nhồi sắc ký trong quá trình xử lý mẫu là một kỹ thuật cổ điển nhưng rất hiệu quả trong việc làm sạch dịch chiết Dựa vào tương tác giữa các hợp chất, vật liệu nhồi cột và dung môi, có thể giữ lại chất phân tích và đồng thời loại bỏ tạp chất ra khỏi dịch chiết Trong nghiên cứu này, đối với các chỉ tiêu phân tích PAH, các cột sắc ký silica gel và alumina chủ yếu được sử dụng để tinh chế dịch chiết trước khi phân tích đối với các mẫu đất, trầm tích Silica gel là chất hấp phụ phân cực có ứng dụng trong việc tách các hợp chất có độ phân cực trung bình như steroid, acid amine, lipid, alkaloid Alumina có tính phân cực hơn silica gel, có khả năng loại bỏ nước, acid hữu cơ, kim loại nặng, chất màu So với chiết pha rắn, kỹ thuật nhồi cột mang những ưu điểm như giá thành vật liệu rẻ, dụng cụ đơn giản và có thể tối ưu được lượng chất nhồi cột Tuy nhiên kỹ thuật này không tự động hóa nên có thể cho hiệu suất làm sạch, làm giàu thấp hơn
Bảng 1.3 Một số phương pháp xử lý mẫu đất và trầm tích trong phân tích PAH
Nền mẫu Khu vực Kỹ thuật chiết Làm sạch Phương pháp phân tích LOD
Chiết Soxhlet với dung môi DCM trong 48 giờ
Sử dụng cột nhồi alumina/silica; rửa giải bằng n- hexane/DCM (1:1, v/v)
Chiết Soxhlet với hỗn hợp dung môi DCM:MeOH (2:1, v/v) trong 48 giờ
Sử dụng cột nhồi silica gel, rửa giải bằng n-hexane
GC-MS 0,02 - 0,26 ng/g 81-96% [16] Đất Thiên Tân,
Chiết lỏng điều áp (PLE) bằng hỗn hợp dung môi DCM:acetone (1:1, v/v)
Sử dụng cột nhồi alumina/silica; rửa giải bằng hỗn hợp dung môi n- hexane:DCM (7:3, v/v)
Chiết lỏng điều áp (PLE) bằng hỗn hợp dung môi n-hexane:DCM (50:50)
Sắc ký gel thẩm thấu (GPC) sử dụng hỗn hợp dung môi n-hexane:DCM
Chiết vi sóng (MAE) với
Chiết pha rắn SPE sử dụng silica gel và alumina
GC-MS 0,25 - 1,19 μg/L 73-118% [30] Đất Bang Delta,
Chiết siêu âm (UAE) với n-hexane:DCM (1:1, v/v)
Chiết pha rắn SPE sử dụng silica gel và alumina
GC-FID 0,1 - 1,25 μg/kg 81-94% [13] Đất, trầm tích
Khu chứa rác thải, Tây Nam
Chiết siêu âm (UAE) với acetone:DCM
Sử dụng cột chiết Aluminium oxide/silica; rửa giải bằng hỗn hợp dung môi n-hexane:DCM (3:2, v/v)
Chiết siêu âm (UAE) với n-hexane:DCM (1:1, v/v
Sử dụng cột chiết silica gel; rửa giải bằng hỗn hợp dung môi n-hexane:DCM (7:3, v/v)
Chiết QuEChERS bằng ethyl acetate
Sử dụng chất hấp phụ PSA/MgSO4
0,017 - 40 ng/g > 60% [20] Đất Thành phố Nis,
Sử dụng chất hấp phụ diatomaceous earth
HỆ THỐNG SẮC KÝ KHÍ GHÉP DETECTOR KHỐI PHỔ (GC-MS)
Nguyên tắc hoạt động
Phương pháp sắc ký khí ghép nối detector khối phổ (viết tắt là GC-MS) là sự kết hợp giữa sắc ký khí (GC-Gas Chromatography) và khối phổ (MS-Mass Spectrometry), tạo nên một phương pháp phân tích hoàn hảo có hiệu quả cao trong lĩnh vực hoá phân tích Hai thiết bị này có khả năng bổ sung và hỗ trợ cho nhau trong quá trình phân tích, vì vậy phương pháp này được sử dụng rất hữu hiệu cho quá trình khảo sát, định lượng các chất Hai thiết bị trên khi ghép nối với nhau có thể tách và định lượng các chất có nồng độ 10 -10 gam hoặc nhỏ hơn nữa Ngoài ra với hệ thống này, những mẫu không bền trong thời gian bảo quản cũng có có thể được phân tích một cách thuận lợi, đặc biệt là việc phân tích các hỗn hợp phức tạp Nhờ đó có thể tiết kiệm khá nhiều thời gian thực nghiệm vì phân lập mẫu theo nguyên tắc điều chế trước khi đưa vào khối phổ do vậy giảm nhẹ yêu cầu kỹ thuật đối với các kỹ thuật viên
Nhờ nhiệt độ và áp lực của dòng khí mang dưới áp suất cao, các chất di chuyển qua cột mao quản chứa các hạt hoặc màng pha tĩnh Trong quá trình di chuyển, tốc độ của mỗi chất là khác nhau do hệ số phân bố của chúng đối với pha tĩnh và pha động Do đó thứ tự rửa giải và thời gian lưu của các chất phụ thuộc vào pha tĩnh (thành phần pha tĩnh, kích thước hạt, kích thước cột) và pha động (tốc độ dòng, nhiệt độ) [3]
Sau khi đi qua thiết bị sắc ký khí, các chất được tách ra khỏi nhau và được ion hoá bằng các phương pháp thích hợp Nguồn ion được tạo thành đi vào trong bộ phân tích khối của máy khối phổ Tại đây sẽ xảy ra quá trình bắn phá, các mảnh ion sẽ tới bộ phận lọc Dựa trên tỷ lệ giữa khối lượng và điện tích (m/z), bộ lọc chỉ cho phép các mảnh ion có khối lượng nằm trong một giới hạn đã được lựa chọn đi vào detector Thiết bị cảm biến có nhiệm vụ đếm số lượng các ion với các khối lượng khác nhau Thông tin này sau đó được chuyển đến máy tính và xuất ra kết quả gọi là phổ khối đồ
Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống GC-MS
Trong nghiên cứu này, hệ thống GC-MS được lựa chọn sử dụng để xác định hàm lượng PAH là hệ thống sắc ký khí Agilent 8890 GC ghép nối detector khối phổ Agilent 5977B MS.
Hệ thống sắc ký khí
Hình 1.5 Hệ thống sắc ký khí Agilent 8890 GC
Hệ thống đem lại hiệu suất vượt trội:
● Nhiệt độ hoạt động tối đa 450 °C
● Tốc độ tăng nhiệt tối đa 120 °C/phút
● Đô lặp lại thời gian lưu < 0,008%
● Có thể ghép nối với nhiều loại detector.
Cột sắc ký khí
Cột sắc ký là nơi xảy ra sự tương tác của chất phân tích với pha động và chất hấp phụ trên bề mặt pha tĩnh Các chất khác nhau tương tác và phân bố với chất hấp phụ trên pha tĩnh với các lực khác nhau, dẫn tới thời gian lưu khác nhau
Trong nghiên cứu này, cột J&W HP-5MS Ultra Inert của hãng Agilent được lựa chọn sử dụng để phân tách các hợp chất PAH
Bảng 1.4 Thông số cột sắc ký khí J&W HP-5MS Ultra Inert
Chiều dài cột x Đường kính trong 30 m x 0,25 mm
Vật liệu nhồi (5%-phenyl)-methylpolysiloxane
Kớch thước hạt nhồi 0,25 àm Độ phân cực Không phân cực
Hình 1.6 Công thức cấu tạo của (5%-phenyl)-methylpolysiloxane
Hệ thống khối phổ
Sau khi đi qua thiết bị sắc ký khí, các chất được tách ra khỏi nhau và tiếp tục đi vào thiết bị khối phổ Ở đây chúng sẽ bị ion hoá Sau quá trình bắn phá, các mảnh ion sẽ tới bộ phận lọc Dựa trên tỷ lệ giữa khối lượng và điện tích (m/z), bộ lọc chỉ cho phép các mảnh ion có khối lượng nằm trong một giới hạn đã được lựa chọn đi qua, và đi thẳng vào detector Thiết bị cảm biến có nhiệm vụ đếm số lượng các ion với các khối lượng khác nhau Thông tin này sau đó được chuyển đến máy tính và xuất ra kết quả gọi là phổ khối đồ
Kỹ thuật ion hóa điện tử (Electron ionization - EI) là nguồn ion hóa được sử dụng phổ biến nhất trong hệ thống khối phổ, lý tưởng cho các hợp chất hữu cơ có trọng lượng phân tử dưới 600 đ.v.C Ngoài ra, một số hợp chất bền nhiệt và dễ bay hơi khác ở trạng thái rắn, lỏng và khí có thể được phát hiện bằng cách sử dụng kỹ thuật này khi kết hợp với các phương pháp tách khác nhau
Hình 1.7 Thiết bị khối phổ Agilent 5977B MSD
Thiết bị khối phổ Agilent 5977B MSD sử dụng nguồn ion hóa điện tử EI Đây là một phương pháp ion hóa trong đó các electron năng lượng cao sẽ tương tác với các nguyên tử hoặc phân tử để tạo ra các ion Các electron được sử dụng để ion hóa được tạo ra bằng cách cho dòng điện chạy đi qua filament Điện năng sẽ kiểm soát số lượng electron sinh ra từ filament Một điện trường sẽ tăng tốc các electron này để
21 tạo ra một chùm electron năng lượng cao Khi một phân tử chất phân tích đi qua chùm điện tử này, một electron hóa trị có thể bị đánh bật khỏi phân tử để tạo ra một cation gốc M•+
Hình 1.8 Kỹ thuật ion hóa điện tử EI
Sau khi được ion hóa tại nguồn ion hóa, chất phân tích được tích điện và di chuyển trong môi trường chân không đến bộ phận phân tách khối Các hệ thống sử dụng hiện nay bao gồm: hệ một tứ cực, hệ ba tứ cực (QqQ), thời gian bay (TOF), bẫy ion (IT), Orbitrap hoặc sự kết hợp của các thiết bị trên: Q-ToF, Q-Orbitrap Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành sử dụng hệ thống phân tích khối hệ một tứ cực
Có 2 kiểu ghi phổ được sử dụng phổ biến:
Trong chế độ này detector sẽ nhận được tất cả các mảnh ion để cho khối phổ toàn ion đối với tất cả các chất trong suốt quá trình phân tích Thường dùng để định tính hay phân tích các chất phân tích có nồng độ đủ lớn
Trong chế độ SIM, detector khối phổ chỉ ghi nhận tín hiệu một số mảnh ion đặc trưng cho chất cần xác định Chế độ quét SIM chỉ cho tín hiệu của các ion đã được lựa chọn trước đó, do vậy không thể dùng để nhận hay so sánh với các thư viện có sẵn
CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
Giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của thiết bị
- Giới hạn phát hiện của thiết bị (IDL: Instrumental detection limit) là lượng chất nhỏ nhất đưa vào máy mà detector có thể đo được và cho tín hiệu của peak cao gấp 3 lần đường nền IDL cho phép đánh giá thiết bị hoạt động có ổn định không, nó bao gồm các loại nhiễu từ linh kiện cơ – điện tử của thiết bị, điều kiện vận hành máy và điều kiện môi trường xung quanh thường được ước lượng qua các dung dịch chuẩn
- Giới hạn định lượng của thiết bị (IQL: Instrumental quantification limit) là lượng chất nhỏ nhất đưa vào máy đủ để tạo tín hiệu của peak cao gấp khoảng 10 lần đường nền như thế có thể định lượng khi tiến hành phân tích sắc ký Thông thường ta thường lấy IQL = 3 × IDL IQL cho phép đánh giá thiết bị có đủ điều kiện dùng để định lượng các cấu tử cần phân tích hay không và cho biết nồng độ cấu tử khi bơm vào máy có đủ điều kiện để định lượng hay không.
Giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phương pháp
- Giới hạn phát hiện của phương pháp (MDL: Method detection limit) là giá trị nồng độ chất nhỏ nhất trong mẫu sau khi qua quá trình xử lý và xác định được trên máy để thu được tín hiệu của peak cao gấp 3 lần đường nền Cách này chỉ áp dụng đối với các quy trình phân tích sử dụng các công cụ có nhiễu đường nền như sắc ký Phân tích mẫu (mẫu thực, mẫu thêm chuẩn hoặc mẫu chuẩn) ở nồng độ thấp nhất còn có thể xuất hiện tín hiệu của chất phân tích Số lần phân tích lặp lại ≥ 4 lần Xác định tỷ lệ tín hiệu chia cho nhiễu (S/N = Signal to noise) MDL được chấp nhận tại nồng độ mà tại đó tín hiệu lớn gấp 2-3 lần nhiễu đường nền, thông thường lấy S/N =3
- Giới hạn định lượng của phương pháp (MQL: Method quantification limit) là giá trị nồng độ nhỏ nhất của chất cần phân tích trong mẫu ban đầu mà khi sử dụng phương pháp để phân tích có thể định lượng được MQL được chấp nhận tại nồng độ mà tại đó tín hiệu lớn gấp 10-20 lần nhiễu đường nền, thông thuờng lấy S/N = 10 Tương tự, ta cũng có: MQL = 3 × MDL Từ đó, có thể thấy MDL phụ thuộc vào các yếu tố như: quy trình chiết tách xử lý mẫu, lượng mẫu đem phân tích ban đầu, thể tích dung dịch sau khi cô đặc mẫu và thể tích khi bơm vào máy [1, 2].
Độ thu hồi
Độ thu hồi là phần trăm cấu tử chất cần phân tích còn lại sau khi tiến hành xử lý mẫu so với số cấu tử ban đầu có trong mẫu Độ thu hồi dùng để xác định độ đúng của phương pháp Để xác định độ thu hồi thường dùng các mẫu thêm chuẩn Thêm
23 một lượng chất chuẩn xác định vào mẫu trắng, phân tích và tính độ thu hồi theo công thức sau:
Công thức tính độ thu hồi (H%):
● Cc: Nồng độ chuẩn thêm (lý thuyết)
● Ctt: Nồng độ chất phân tích trong mẫu trắng thêm chuẩn.
Độ lặp lại của phương pháp
Độ lặp lại chỉ phụ thuộc vào sai số ngẫu nhiên và không liên quan đến giá trị thực Độ lặp lại là một khái niệm định tính và được biểu thị định lượng bằng độ lệch chuẩn tương đối hay hệ số biến thiên Độ lặp lại càng thấp thì độ lệch chuẩn hay hệ số biến thiên càng lớn
Tính độ lệch chuẩn SD và độ lệch chuẩn tương đối RSD (%) hay hệ số biến thiên CV theo các công thức sau:
● xi: Giá trị tính được của lần thử nghiệm thứ “i”
● x: Giá trị trung bình của các lần thử nghiệm
● RSD%: Độ lệch chuẩn tương đối
Khoảng tuyến tính
Khoảng tuyến tính là khoảng nồng độ của chất phân tích mà phương pháp phân tích cho kết quả tin hiệu phân tích tỉ lệ thuận với nồng độ chất phân tích và ở đó có sự phụ thuộc tuyến tính giữa đại lượng đo được và nồng độ chất phân tích Ðối với hầu hết các phương pháp định lượng, cần phải thực hiện việc xác định khoảng tuyến tính Để xác định khoảng tuyến tính cần thực hiện đo các dung dịch chuẩn có nồng độ thay đổi và khảo sát sự phụ thuộc của tín hiệu vào nồng độ Vẽ đường cong phụ
24 thuộc giữa tín hiệu đo và nồng độ, sau đó quan sát sự phụ thuộc cho đến khi không còn tuyến tính.Sau khi xác định khoảng tuyến tính cần xây dựng đường chuẩn và xác định hệ số hồi quy tương quan.
Độ không đảm bảo đo
Theo Đo lường học - thuật ngữ chung và cơ bản (VIM) thì “độ không đảm đo là thông số đi kèm kết quả đo, đặc trưng cho độ phân tán của các giá trị đo, có thể quy cho giá trị đo một cách hợp lý”
Thông số này có thể là độ lệch chuẩn, độ sai chuẩn, khoảng tin cậy, hoặc bội của chúng và gồm nhiều thành phần (sẽ xét trong các chương tiếp theo) Khi báo cáo kết quả phân tích, giá trị trung bình phải viết kèm theo độ không đảm đo dưới dạng ± U
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT
Thiết bị
● Hệ thống sắc ký khí ghép nối detector khối phổ (GC-MS) của hãng Agilent. o Thiết bị sắc ký khí Agilent 8890 GC. o Detector khối phổ Agilent 5977B MS. o Bộ tiêm mẫu tự động Agilent 7693A Autoinjector. o Cột sắc ký khí J&W HP-5MS Ultra Inert, Agilent.
● Bể rung siêu âm RAMA RS6.
● Máy cô mẫu bằng khí nitơ MD200-1, Trung Quốc.
● Cân kỹ thuật Pioneer, Ohaus, sai số 0,01g, USA.
● Hệ thống máy cô quay chân không EYELA (Tokyo Rikakikai), Nhật Bản.
● Máy ly tâm Dlab DM0412, USA.
● Tủ sấy (nhiệt độ tối đa 300 o C).
Dụng cụ
● Cột nhồi sắc ký thủy tinh (250 mm x 10 mm ID) khóa PTFE, Duran Scilab.
● Dụng cụ thủy tinh: bình cầu cổ nhám 250 mL; bình Erlenmeyer 250 mL; bình định mức 10 mL, 100 mL; cốc thủy tinh 100 mL, 250 mL; ống nghiệm thủy tinh chia vạch; pipet Pasteur Dụng cụ thủy tinh sau khi sử dụng được rung siêu âm với nước xà phòng trong bể siêu âm 30 phút, rửa lại bằng xà phòng, tráng sạch bằng nước máy, tráng nước cất, tráng lại bằng acetone và để khô tự nhiên Đối với pipet Pasteur trước khi sử dụng để vào tủ sấy ở nhiệt độ 80 o C.
● Giấy lọc, parafilm, màng lọc PTFE 0,22 àm.
Hóa chất
Trong nghiên cứu này, đối tượng phân tích bao gồm 20 chất trong nhóm PAH và sử dụng 7 đồng vị deuterium của PAH làm chất đồng hành với mục đích xác định độ thu hồi
|Cấu tử Viết tắt Tên hóa chất Hãng sản xuất
PAH standard (Quebec Ministry of Environ PAH Mix) 500 àg/mL in DCM:benzene (50:50, v/v)
PAH Surrogate Cocktail 200 àg/mL in
Cambridge Isotope Laboratories (CIL) Acenaphthylene-d 8 ACY-d 8
● Silica gel (60-120 mesh) (Merck): hoạt hóa ở 210 o C trong 3 giờ trước khi sử dụng
● Alumina trung tính (100-200 mesh) (Merck): hoạt hóa ở 210 o C trong 3 giờ trước khi sử dụng
● Na2SO4 tinh khiết phân tích
● Dung môi: o n-hexane (Merck) tinh khiết phân tích o Dichloromethane (Merck) tinh khiết phân tích o Acetone.
Chuẩn bị dung dịch chuẩn
Dung dịch chuẩn gốc có nồng độ 500 mg/L chứa 20 chất (NAP, ACY, ACE, FLU, PHE, ANT, FLT, PYR, B[c]P, B[a]A, CHR, B[b]F, B[j]F, B[k]F, B[e]P, B[a]P, INP, D[a]A, B[g]P và D[a]P) Lọ chứa dung dịch chuẩn được nắp kín, bọc bằng parafilm tránh bay hơi dung môi và bảo quản ở -20 o C
● Chuẩn trung gian (C mix 20 mg/L)
Dung dịch chuẩn trung gian Cmix 20 mg/Lchứa 20 chất PAH có nồng độ 20 mg/L được pha trong dung mụi n-hexane: Hỳt 400 àL dung dịch chuẩn gốc cú nồng độ 500 mg/L của mỗi chất cho vào bình định mức 10 mL chứa sẵn một ít n-hexane, sau đó định mức lên chính xác 10 mL bằng n-hexane Đậy nắp, lắc đều Lọ chứa dung dịch chuẩn được nắp kín, bọc bằng parafilm tránh bay hơi dung môi và bảo quản ở -20 o C
● Chuẩn trung gian (C mix 1 mg/L)
Dung dịch chuẩn trung gian Cmix 1 mg/L chứa 20 chất PAH có nồng độ 1 mg/L được pha trong dung mụi n-hexane: Hỳt 500 àL dung dịch chuẩn gốc cú nồng độ 20 mg/L của mỗi chất cho vào bình định mức 10 mL chứa sẵn một ít n-hexane, sau đó định mức lên chính xác 10 mL bằng n-hexane, đậy nắp và lắc đều Lọ chứa dung dịch chuẩn được nắp kín, bọc bằng parafilm tránh bay hơi dung môi và bảo quản ở -20 o C
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu và xây dựng quy trình phân tích 20 chỉ tiêu PAH bao gồm: NAP, ACY, ACE, FLU, PHE, ANT, FLT, PYR, B[c]P, B[a]A, CHR, B[b]F, B[j]F, B[k]F, B[e]P, B[a]P, INP, D[a]A, B[g]P và D[a]P trong mẫu đất và trầm tích thu tại một số tỉnh thành ở khu vực phía bắc Việt Nam
2.2.2 Phương pháp lấy mẫu, xử lý sơ bộ mẫu và bảo quản mẫu
Mẫu đất được thu tại các điểm nằm trong phạm vi của một số cụm công nghiệp lớn ở tỉnh Hà Nam và tỉnh Bắc Giang Các mẫu đất được thu cách bề mặt từ 5-10 cm Trong khi đó mẫu trầm tích được thu tập trung tại sông Châu Giang, chảy qua 3 khu công nghiệp ở Hà Nam và khu dân cư Các mẫu trầm tích được thu ở vùng rìa bờ sông, độ sâu từ 15-20 cm
Mẫu được thu trực tiếp vào túi zip PE sạch tại vị trí lấy mẫu và được lưu giữ ở điều kiện mát, tránh ánh sáng trong quá trình vận chuyển Tại phòng thí nghiệm, mẫu được xử lý sơ bộ bằng cách loại bỏ dị vật và đem đi đông khô, sau đó được nghiền nhỏ và sàng qua rây kích thước lỗ 1 mm Bảo quản mẫu trong tủ lạnh ở 4 °C trước khi tiến hành chiết
Bảng 2.1 Tọa độ vị trí các điểm thu mẫu
STT Vị trí Ký hiệu Tọa độ
2 KCN Đồng Văn II, Duy
PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2.3.1 Xác định các thông số kỹ thuật cho hệ thống GC-MS
Thời gian lưu của các chất phụ thuộc vào pha tĩnh (thành phần pha tĩnh, kích thước hạt, kích thước cột) và pha động (tốc độ dòng, gradient nhiệt độ) Việc khảo sát và tối ưu hóa các thông số kỹ thuật cho hệ thống GC-MS ảnh hưởng rất lớn đến kết quả phân tích, đặc biệt trong sắc ký khí, chương trình gradient nhiệt độ là một yếu tố vô cùng quan trọng trong việc tách các hợp chất trong một hỗn hợp Để khảo sát và lựa chọn gradient nhiệt độ tối ưu cho phương pháp, tiến hành thay đổi tốc độ và thời gian gia nhiệt trong khi các điều kiện khác giữ nguyên không đổi
Tiến hành tối ưu hóa hệ thống như sau:
• Bơm hỗn hợp chuẩn gồm 20 PAH ở nồng độ 1 àg/mL vào thiết bị với thể tớch 1 àL
• Xác định các chất dựa vào thời gian lưu
• Tối ưu hóa chương trình gradient nhiệt độ
• Chọn các mảnh ion định lượng cho từng PAH
2.3.2 Xây dựng quy trình xử lý mẫu
Quy trình xử lý mẫu được tham khảo và xây dựng dựa trên một số nghiên cứu trước đó, sau đó được khảo sát và thay đổi cho phù hợp với điều kiện phòng thí
30 nghiệm Để có được quy trình xác định đồng thời các PAH trong nền mẫu đất và trầm tích tối ưu nhất, trong nghiên cứu này, các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi được lựa chọn để khảo sát độc lập (khi cố định các yếu tố khác) bao gồm:
● Khảo sát điều kiện nhiệt độ của quá trình cô làm giảm thể tích dung môi bằng khí N2.
● Khảo sát hiệu quả làm sạch khi thay đổi vật liệu nhồi cột chiết.
● Khảo sát thể tích dung môi rửa giải. a) Khảo sát nhiệt độ của quá trình cô làm giảm thể tích dung môi bằng khí
Thêm vào ống nghiệm thủy tinh chia vạch (loại 25 mL) 15 mL hỗn hợp dung mụi n-hexane:DCM (1:1, v/v) Thờm đồng thời 100 àL chuẩn hỗn hợp PAH 1000 ng/mL và 100 àL chuẩn đồng hành 1000 ng/mL Sau đú tiến hành quỏ trỡnh cụ đặc làm giảm thể tích xuống V=1 mL bằng cách thổi dòng khí N2 nhẹ ở hai điều kiện: nhiệt độ phòng và nhiệt độ 40 °C Phần thể tích cuối cùng được chuyển vào vial
So sánh hiệu suất thu hồi để lựa chọn phương án tối ưu cho các bước khảo sát tiếp theo và cho quy trình b) Khảo sát hiệu quả làm sạch khi thay đổi vật liệu nhồi cột chiết
Chuẩn bị ống falcon 50 mL chứa 2 gam mẫu đã đông khô Thêm 20 mL hỗn hợp dung môi n-hexane:DCM (1:1, v/v) và tiến hành chiết bằng cách rung siêu âm trong 15 phút, sau đó ly tâm với tốc độ 3000 vòng/phút trong 10 phút Lặp lại quá trình chiết thêm 2 lần nữa Lọc phần dịch chiết qua giấy lọc và chuyển toàn bộ phần dịch chiết vào bình cầu 250 mL Tiến hành cô quay chân không phần dịch chiết về khoảng 2 mL Thờm đồng thời vào phần dịch chiết 100 àL chuẩn hỗn hợp PAH 1000 ng/mL và 100 àL chuẩn đồng hành 1000 ng/mL Đối với các nền mẫu phức tạp như đất và trầm tích, việc làm sạch và loại bỏ các tạp chất gây nhiễu là rất cần thiết Quá trình làm sạch sử dụng kỹ thuật cột nhồi sắc ký Để khảo sát hiệu quả làm sạch, chúng tôi đã tham khảo một số nghiên cứu và lựa chọn thành phần chất nhồi cột: 3 gam chất hấp phụ silica gel và 3 gam hỗn hợp chất hấp phụ silica gel:alumina (2:1, w/w) Rửa cột bằng 15 mL n-hexane và chú ý tránh để cột bị khô Chuyển phần dịch chiết lên cột (tráng lại bình cầu bằng 2 mL n- hexane) Tiến hành rửa tạp bằng 5 mL n-hexane, sau đó rửa giải bằng n-hexane:DCM
(1:1, v/v) Chuyển phần dịch rửa giải vào ống thủy tinh 25 mL chia vạch, cô đặc về chính xác 1 mL bằng khí N2 và chuyển vào vial
So sánh độ thu hồi và độ lệch chuẩn tương đối để lựa chọn phương án tối ưu cho khảo sát tiếp theo và cho quy trình phân tích mẫu thật c) Khảo sát thể tích dung môi rửa giải
Quy trình xử lý mẫu được tiến hành lần lượt giống với quy trình khảo sát ở bước làm sạch Thể tích dung môi rửa giải được khảo sát ở giá trị V1 mL, V2 mL và V3 mL
Tính toán hiệu suất thu hồi và độ lệch chuẩn tương đối để lựa chọn thể tích rửa giải tối ưu và hoàn thiện quy trình phân tích mẫu thật.
XÁC NHẬN GIÁ TRỊ SỬ DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP
2.4.1 Đánh giá độ ổn định của tín hiệu phân tích Để đánh giá độ ổn định của tín hiệu phân tích, tiến hành bơm lặp lại 5 lần dung dịch chuẩn ở nồng độ 100 àg/L vào hệ thiết bị GC-MS sau khi đó lựa chọn được điều kiện tối ưu Độ ổn định của tín hiệu phân tích được đánh giá dựa vào độ lệch chuẩn tương đối
2.4.2 Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng
Giới hạn phát hiện của thiết bị ̣(Instrumental detection limit - IDL) được xác định bằng cách tiến hành bơm các nồng độ từ cao đến thấp vào thiết bị đến khi thu được tín hiệu cao gấp khoảng 3-5 lần đường nền ở nồng độ nhỏ nhất Tiến hành đo lặp lại ở nồng độ này, từ tín hiệu thu được tính toán độ lệch chuẩn tương đối RSD nhỏ hơn 20%, từ đó xác định được IDL
Giới hạn định lượng của thiết bị (Instrumental quantification limit - IQL) là lượng chất nhỏ nhất đưa vào máy để tạo tín hiệu peak cao gấp khoảng 10 lần đường nền Thông thường lấy IQL = 3 IDL IQL cho phép đánh giá thiết bị có đủ điều kiện để định lượng các cấu tử cần phân tích hay không và cho biết nồng độ cấu tử khi bơm vào máy có đủ điều kiện để định lượng hay không
Giới hạn phát hiện của phương pháp (Method detection limit - MDL) là nồng độ thấp nhất của một chất mà thiết bị có thể đo được và được xác định từ việc phân tích trong nền mẫu nhất định có chứa chất phân tích Với phương pháp phân tích sử dụng kỹ thuật sắc ký, MDL có thể xác định dựa vào tỷ lệ tín hiệu/nhiễu (S/N: Signal to noise ratio) và được chấp nhận tại nồng độ mà tỷ lệ tín hiệu gấp 3 lần nhiễu nền
Giới hạn định lượng của phương pháp (Method quantification limit - MDL) là nồng độ thấp nhất của một chất mà thiết bị phân tích định lượng được từ việc phân tích trong nền mẫu nhất định có chứa chất phân tích MQL được chấp nhận tại nồng độ mà tại đó tín hiệu lớn gấp 10-20 lần nhiễu đường nền, thông thường lấy S/N = 10
Với cùng một phương pháp phân tích, các phòng thí nghiệm khác nhau sẽ công bố các giới hạn phát hiện khác nhau tuỳ thuộc vào tay nghề của kỹ thuật viên, sự hoạt động ổn định của máy móc thiết bị và chất lượng của các hoá chất/chất chuẩn Trong trường hợp các yếu tố nêu trên không đảm bảo yêu cầu, giới hạn phát hiện của phương pháp sẽ tăng lên nhiều lần so với khuyến nghị của phương pháp gốc Do đó, việc xác định và công bố giới hạn phát hiện của phương pháp sẽ thể hiện được năng lực của phòng thí nghiệm
Xây dựng đường chuẩn với 6 điểm chuẩn nằm trong khoảng tuyến tính, có nồng độ trong khoảng từ 5–200 àg/L Sau đú xõy dựng đồ thị tuyến tớnh biểu thị mối tương quan giữa nồng độ và diện tích peak Yêu cầu của phương pháp phân tích đối với đường chuẩn đó là đường chuẩn phải có hệ số hồi quy tuyến tính R 2 ≥ 0,995
Chuẩn làm việc được pha trong dung môi n-hexane Cách pha dung dịch chuẩn làm việc được trình bày như bảng 2.2:
Bảng 2.2 Chuẩn bị dung dịch chuẩn làm việc Điểm chuẩn Nồng độ
Chuẩn dùng để pha V hỳt (àL) V định mức (mL)
2.4.4 Xác định hiệu suất thu hồi và độ lặp lại của phương pháp
Nhằm xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp định lượng các PAH trong mẫu đất và trầm tích, hiệu suất thu hồi và độ lặp lại của phương pháp được thực hiện bằng cách thêm các chất chuẩn vào nền mẫu trắng và tiến hành dựa theo quy trình đã được chuẩn hóa:
Chuẩn bị ống falcon 50 mL chứa 2 gam mẫu đã đông khô Thêm đồng thời vào mỗi ống 100 àL chuẩn hỗn hợp PAH 1000 ng/mL và 100 àL chuẩn đồng hành
1000 ng/mL Thêm 20 mL hỗn hợp dung môi n-hexane:DCM (1:1, v/v) và tiến hành chiết bằng cách rung siêu âm trong 15 phút, sau đó ly tâm với tốc độ 3000 vòng/phút trong 10 phút Lặp lại quá trình chiết thêm 2 lần nữa Lọc phần dịch chiết qua giấy lọc và chuyển toàn bộ phần dịch chiết vào bình cầu 250 mL Tiến hành cô quay chân không phần dịch chiết về khoảng 2 mL
Quá trình làm sạch sử dụng kỹ thuật cột nhồi sắc ký Cột nhồi chứa 3 gam hỗn hợp chất hấp phụ silica gel:alumina (2:1, w/w) Lần lượt nhồi vào cột thủy tinh theo thứ tự từ dưới lên trên: bông thủy tinh, 2 gam silica gel, 1 gam alumina và 1 gam
Na2SO4 khan Rửa cột bằng 15 mL n-hexane và chú ý tránh để cột bị khô
Chuyển phần dịch chiết lên cột (tráng lại bình cầu bằng 2 mL n-hexane) Tiến hành rửa tạp bằng 5 mL n-hexane, sau đó rửa giải bằng 15 mL n-hexane:DCM (1:1, v/v) Chuyển phần dịch rửa giải vào ống thủy tinh 25 mL chia vạch, cô đặc về chính xác 1 mL bằng khí N2 ở điều kiện nhiệt độ phòng và chuyển vào vial Độ đúng và độ chính xác được thực hiện dựa trên việc thêm các chất chuẩn (20 PAH) và chất đồng hành (7 đồng vị deuterium của NAP, ACY, PHE, FLT, PYR, B[a]P và B[g]P) ở 3 mức nồng độ 10 ng/mL, 50 ng/mL và 100 ng/mL vào nền mẫu trắng, tiến hành 7 lần lặp lại ở cùng nồng độ trong 3 ngày liên tiếp Hiệu suất thu hồi của chất đồng hành sẽ được sử dụng để tính toán hiệu suất thu hồi các chất phân tích trong mẫu thực tương ứng với 7 nhóm chất dưới đây:
Bảng 2.3 Các chất đồng hành để tính toán nồng độ các chất phân tích tương ứng
STT Chất đồng hành Chất phân tích
Benzo[c]phenanthrene Benzo[a]anthracene Chrysene Benzo[b]fluoranthene Benzo[j]fluoranthene Benzo[k]fluoranthene
Benzo[e]pyrene Benzo[a]pyrene Indeno[1,2,3-cd]pyrene
Dibenz[a,h]anthracene Benzo[g,h,i]perylene Dibenz[a,l]pyrene Độ chụm của phương pháp được đánh giá theo giá trị RSD, tính toán dựa trên hiệu suất thu hồi Kết quả thu được của hiệu suất thu hồi và RSD phải đáp ứng được yêu cầu của phương pháp theo Hiệp hội các nhà hóa phân tích chính thống (Association of Official Analytical Chemists: AOAC) khuyến nghị:
Bảng 2.4 Ðộ thu hồi và độ lặp lại chấp nhận tại các nồng độ
(%) Tỷ lệ chất Đơn vị Độ thu hồi
Từ diện tích peak của chất phân tích và đường chuẩn để tính nồng độ chất phân tích (ng/g) có trong mẫu thực theo công thức:
● C*: Nồng độ cuối cùng của PAH khi bơm vào thiết bị (ng/mL).
● C: Hàm lượng PAH có trong mẫu (ng/mL)
● H%: Hiệu suất thu hồi của chất đồng hành
