Xác Định Đồng thời một số phthalate diesters trong mẫu không khí xung quanh tại nội Đô hà nội bằng kỹ thuật sắc ký khí ghép nối khối phổ (gc ms)
TỔNG QUAN
Giới thiệu chung về PAE
1.1.1 Công thức cấu tạo của PAE
Các phthalate hay còn gọi là các diester của 1,2–phthalic benzenoic acid (PAE) có chứa R và R’ là 2 gốc hydrocarbon Cấu trúc khác nhau của 2 nhánh này sẽ tạo ra những tính chất hóa học và vật lý riêng biệt của từng loại phân tử và làm thay đổi hoạt tính sinh học của chúng [64] Hình 1.1 là công thức cấu tạo chung của các PAE
Hình 1.1 Công thức cấu tạo chung của các PAE
Dựa vào khối lượng phân tử của PAE mà chúng được chia ra làm 2 nhóm bao gồm: Các PAE có khối lượng phân tử lớn và các PAE có khối lượng phân tử nhỏ PAE là một nhóm các hóa chất tổng hợp được ứng dụng nhiều trong công nghiệp, y tế, lần đầu tiên được giới thiệu là chất làm mềm nhựa [20] Chúng là những chất hóa dẻo phổ biến được thêm vào vật liệu polyme để cải thiện tính linh hoạt và khả năng làm việc [13] [17] [23] [66] Việc sử dụng chính (90%) PAE với khối lượng phân tử cao hơn, như di(2-ethylhexyl)phthalate (DEHP) làm cho một số vật liệu nhựa có chứa polyvinyl cloride (PVC) có tính linh động và dễ uốn Mặt khác, những loại có khối lượng phân tử thấp hơn, như diethylphthalate (DEP), dibutylphthalate (DBP) và dimethylphthalate (DMP), được sử dụng làm dung môi, chất kết dính, sáp, mực, dược phẩm, mỹ phẩm và thuốc trừ sâu [61]
Tên gọi, công thức hóa học của một số PAE thông dụng được trình bày trong bảng 1.1 dưới đây:
Bảng 1.1 Tên gọi và công thức cấu tạo của các PAE STT Tên gọi Viết tắt Công thức phân tử Công thức cấu tạo
4 Di-iso-butyl phthalate DiBP C16H22O4
1.1.2 Tính chất hóa lý của PAE
Một số tính chất hóa lý quan trọng bao gồm nhiệt hóa hơi, logKow, độ tan trong nước và áp suất hóa hơi của các PAE được trình bày trong bảng 1.2
Bảng 1.2 Một số tính chất hóa lý của các PAE
LogK ow Độ tan trong nước Áp suất hóa hơi (mmHg)
Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAE) là các hợp chất có thể ở dạng lỏng hoặc rắn, ít mùi, không màu hoặc gần như không màu PAE hòa tan trong dung môi hữu cơ, nhưng kém tan trong nước Chúng không phản ứng với muối nitrat, kiềm, axit hoặc chất oxy hóa mạnh Nhiệt độ sôi của PAE cao và khác nhau, thường trong khoảng 200°C đến 400°C Khi phân hủy nhiệt, PAE tạo ra mùi khét.
[42] Các PAE được chia làm 2 nhóm chính gồm các PAE có khối lượng phân tử thấp như DMP; DEP hay DPP… và những PAE có khối lượng phân tử lớn như DEHP hay DnOP… các PAE khác nhau về tính chất hóa học và sinh học do sự thay đổi
5 của các gốc hidrocacbon khác nhau của chúng Khối lượng phân tử dao động từ khoảng 194 đến 550 g/mol, độ hòa tan trong nước và hệ số phân tán octanol - nước tăng theo khối lượng phân tử, dễ bị hòa tan trong nước ngọt hơn là nước mặn [42]
Các nghiên cứu trên động vật trong phòng thí nghiệm đã chỉ ra rằng các PAE là các chất hữu cơ độc hại có khả năng là chất gây rối loạn nội tiết bên trong cơ thể (EDC).
LD50 (Lethal Dose) - là liều lượng của hoá chất phơi nhiễm trong cùng một thời điểm, gây ra cái chết cho 50% (một nửa) cá thể được dùng làm thí nghiệm là một chỉ số có thể đánh giá mức độ độc tính của PAE (bảng 1.3)
Bảng 1.3 Liều lượng gây chết 50% (LD 50 ) của một số PAE trên động vật
Qua đường tiêu hóa (chuột) 7499 mg/kg
Qua da (thỏ) 20.000 mg/kg
Qua hít thở (chuột) 25.000 mg/kg DMP
Qua đường tiêu hóa (chuột) 6,9 g/kg Qua đường tiêu hóa (thỏ) 4,4 g/kg DEP
Qua đường tiêu hóa (chuột) 8,6 g/kg Qua đường tiêu hóa (thỏ) 14,1 g/kg
Qua đường tiêu hóa (chuột) 12,6 g/kg Qua hít thở (chuột) 20.000 mg/kg Qua đường tiêu hóa (thỏ) 21,8 g/kg
Qua đường tiêu hóa (chuột) 70,9 g/kg Qua hít thở (chuột) 10.000 mg/kg Qua đường tiêu hóa (lợn) 30,6 g/kg Qua đường tiêu hóa (thỏ) 33,9 g/kg
Trong nghiên cứu cho thấy chuột trước khi sinh tiếp xúc với DEP gây ra biến dạng xương, trì hoãn sự cứng xương ở chuột sơ sinh Tiếp xúc với DEP trong thời kì trước khi sinh và cho con bú, làm tinh trùng bất thường và giảm testosterone ở chuột trưởng thành [61] b) Di(2-ethylhexyl)phthalate
Mức độ chuyển hóa DEHP của loài gặm nhấm, động vật có vú và con người tương đối cao Đối với hàm lượng 500–1000 mg/kg/ngày không gây ảnh hưởng đến chuột Từ liều lượng 5000–10000 mg/kg/ngày, khi tiếp xúc với chuột khiến giảm trọng lượng cơ thể, nhưng lại làm tăng khối lượng của thận, tim, não, tuyến thượng thận và gan Trẻ sơ sinh, trẻ nhỏ vẫn đang bú sữa mẹ tiếp xúc với DEHP có thể dẫn đến giảm hoạt động của enzyme gan Chuột cái trưởng thành tiếp xúc với DEHP sẽ bị giảm số lượng trứng sản sinh [26] MEHP và acid 2-ethylhexanoic (các chất chuyển hóa của DEHP) đã được chứng minh là gây quái thai ở chuột cống và chuột nhắt [61]
PAE là những chất có mặt trong nhiều mặt hàng khác nhau, từ chất tẩy gia dụng đến mỹ phẩm để ổn định màu sắc PAE được sử dụng nhiều trong các sản phẩm thương mại khác nhau như vật liệu xây dựng, sản phẩm chăm sóc cá nhân (PCPs), đồ gia dụng và y tế [21] [27] [46] Cùng với việc đóng gói thực phẩm, PAE cũng được thấy trong đồ chơi trẻ em, hàng dệt may, đất sét, sơn, dược phẩm và mực in Nguồn PAE gây sốc nhất có thể là chất bổ sung dinh dưỡng, dược phẩm, và nhiều loại thuốc, các phụ kiện y tế khác như thiết bị truyền máu cũng có chứa PAE
[26] [59] Đặc biệt, DEP được dùng làm chất hóa dẻo trong bao phim viên thuốc, nhưng lớp phim bao này thường rất mỏng cộng với việc sử dụng hàng ngày chỉ một lượng nhỏ nên coi như lượng vào cơ thể không đáng kể Những hóa chất nguy hiểm này cũng có thể có mặt trong hầu hết các chất tẩy rửa gia đình và các vật dụng khác
Bao bì nhựa chứa đựng nhiều loại thực phẩm thiết yếu hàng ngày như thịt, sữa, bơ thường chứa chất PAE độc hại Các chất hóa học này hiện diện xung quanh chúng ta trong không khí và có thể xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp hoặc tiếp xúc qua da.
1.1.5 Sự phân bố của PAE trong các môi trường khác nhau
Sự xuất hiện của PAE trong các sản phẩm gia dụng và cá nhân: Do tính ứng dụng của PAE nên việc cấm hoàn toàn sự xuất hiện của các PAE rất khó Nên hiện nay ở Việt Nam cũng như các quốc gia khác hiện chỉ có những hạn chế cho việc sử dụng PAE trong các sản phẩm thực phẩm và cá nhân cho con người Cụ thể, mức giới hạn nhiễm chéo DEHP trong thực phẩm được cho phép là 1,5 mg/kg đối với thực phẩm dạng rắn và 1,5 mg/L đối với thực phẩm dạng lỏng (không bao gồm nước uống đóng chai) Đối với các sản phẩm nhựa gia dụng giới hạn không quá 14 mg/kg đối với DEHP, DCHP và DnHP
Sự phân bố PAE trong bụi, không khí trong nhà: Tại Việt Nam, các vật dụng bằng nhựa như: bàn, ghế, chậu được sử dụng rất nhiều, các sản phẩm chai, lọ nhựa cũng xuất hiện rất nhiều trong mỗi gia đình Ngoài ra, các sản phẩm mỹ phẩm cá nhân, đồ chơi của trẻ nhỏ cũng là 1 nguồn phát thải lượng PAE ra môi trường trong nhà Đối với bụi trong nhà ở nhiều địa điểm tại Hà Nội, hàm lượng PAE dao động từ 346 đến 10.600 ng/g, trong không khí hàm lượng dao động từ 624 đến 14.800 ng/m 3 Bên cạnh đó, trong một nghiên cứu khác [1] cho kết quả phân tích hàm lượng PAE trong các mẫu bụi nhà ở 1 số tỉnh miền Bắc dao động từ 589 đến 16.810 ng/m 3 Hàm lượng PAE này cao hơn so với một số nước phát triển như Mỹ và tương tự so với các nước đang phát triển khác [26]
Các kỹ thuật xử lý mẫu không khí xác định PAE
1.2.1 Kỹ thuật giải hấp dung môi
Với kỹ thuật giải hấp dung môi, chất hấp phụ được xử lý bằng dung dịch, đơn dung môi hoặc sử dụng hai hay nhiều dung môi tạo thành một hỗn hợp dung môi có tính chất phù hợp Đơn/hỗn hợp dung môi (gọi chung là dung môi) hay dung dịch này phá vỡ liên kết giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ (chất phân tích) một cách chọn lọc, giải phóng chất bị hấp phụ vào trong dung môi Sau đó, chất hấp phụ đã qua xử lý lại có thể tiếp tục các quá trình hấp phụ khác Trong quá trình giải hấp, dung môi hay dung dịch được sử dụng có tên gọi là chất rửa giải Quá trình rửa giải được thực hiện bằng cách theo các mẻ hoặc theo cột
Chất hấp phụ được khuấy với chất rửa giải ở tốc độ nhất định trong thời gian và nhiệt độ cụ thể Sau đó, chất hấp phụ đã qua giải hấp được xử lý để loại bỏ chất rửa giải khỏi chất hấp phụ Chất hấp phụ này đã sẵn sàng cho quá trình hấp phụ tiếp theo Toàn bộ thí nghiệm hấp phụ (tạo ra chất hấp phụ đã qua sử dụng) và giải hấp được gọi là một chu kỳ [42] Một số chất hấp phụ điển hình cho quá trình hấp phụ và phân tích PAE trong mẫu không khí trong các nghiên cứu đã được công bố, có thể kể tới như Polyurethane foam (PUF), XAD-2 resin adsorbent, than hoạt tính biến tính, octadecylsilane (C18) [9] [39] [47] [48] [53]
1.2.2 Kỹ thuật giải hấp nhiệt
Giải hấp nhiệt là một kỹ thuật linh hoạt, an toàn, nhanh chóng và không sử dụng dung môi trong quá trình xử lý nhằm phân tích các chợp chất hữu cơ dễ hay hơi và bán hay hơi (VOCs và SVOCs) trong mẫu không khí, đôi khi có thể là mẫu rắn và lỏng Bằng cách tập trung chất phân tích có trong không khí (giải hấp từ chất hấp phụ bằng nhiệt độ và áp suất phù hợp) thành một không gian mẫu nhỏ được khí mang đưa vào hệ thống GC hoặc GC-MS Giải hấp nhiệt tối ưu hóa độ nhạy đối với chất phân tích ở dạng vết, giảm thiểu nhiễu nền và thường xuyên cho phép thực hiện các phép phân tích ở mức ppb, thậm chí là thấp hơn Nó cũng giúp cải thiện đáng kể thông lượng mẫu bằng cách kết hợp tự động các quá trình chuẩn bị, giải hấp/chiết xuất, cô đặc mẫu và bơm vào thiết bị GC/GC-MS theo một quy trình thống nhất và tự động [33] Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là chi phí vận hành và giá thành phân tích tương đối cao so với các phương pháp truyền thống, đồng thời chu kỳ hoạt động của một ống hấp phụ đi kèm thiết bị phân tích là có giới hạn
Một số chất hấp phụ phổ biến được sử dụng trong giải hấp nhiệt có thể kể tới như: Tenax TA, Carbograph 5TD, Carboxen 1000, Sulficarb, Quartz wool … Trong nghiên cứu này đã sử dụng Tenax TA làm chất hấp phụ cho toàn bộ quá trình xác định PAE trong mẫu không khí trên thiết bị TD-GC-MS [67]
Các phương pháp công cụ phân tích PAE
1.3.1 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis)
Phương pháp UV-Vis thích hợp với các mẫu có khả năng phát huỳnh quang trong vùng 190–800 nm Ưu điểm của phương pháp này là định tính và định lượng nhanh, xử lý mẫu đơn giản, chi phí thấp Tuy nhiên, phương pháp này cũng có những hạn chế như khó phân tích nhiều chỉ tiêu cùng lúc, độ nhạy không cao và giới hạn phát hiện không đủ tốt Ngoài ra, UV-Vis dễ bị ảnh hưởng bởi nền mẫu, ảnh hưởng đến kết quả phân tích Trong phân tích PAE, khi chỉ định tính đơn chỉ tiêu, UV-Vis vẫn cho kết quả chính xác.
190 – 700 nm Kết quả nhận được cực đại quang phổ của DEP ở 227 nm [67]
Nghiên cứu đặt ra mục đích xác định đồng thời 10 PAE riêng biệt, do đó không thể sử dụng phương pháp UV-Vis do phương pháp này không phù hợp cho mục đích của nghiên cứu.
Phương pháp Vôn – Ampe được biết đến là một phương pháp phân tích lâu đời thường được dùng xác định các chỉ tiêu vô cơ kim loại Tuy nhiên, bằng các kỹ thuật ghi phổ hiện đại gần đây, nhiều nhà khoa học đã tiến hành phân tích các hợp chất hữu cơ bằng phương pháp này, điển hình có thể kể tới nhóm PAE Trong một nghiên cứu thời gian gần đây trong mẫu nước uống đóng chai và nước làm lạnh, khi phân tích đồng thời 8 PAE bao gồm: DMP, DEP, DPP, DBP, DEHP, DCHP, DOP và DINP Mẫu được xử lý bằng cách lấy 100 mL và cho bay hơi đến khi còn khoảng 0,5 mL sau đó thêm 5 mL dung dịch TBAB 1M và điều chỉnh pH = 4, cuối cùng được định mức bằng nước đề ion đến 10 mL và đem phân tích trên thiết bị Phương pháp được kết hợp với kỹ thuật ghi phổ sóng vuông (SWV), hệ điện cực bao gồm điện cực làm việc than gương (GCE), điện cực phụ trợ là điện cực thanh platin (PE) Thế được quét âm dần từ -1,2V đến -2,0V [36] Kết quả từ nghiên cứu này với LOD = 0,47 mg/L và độ thu hồi dao động từ 96% đến 102% Đây là một phương pháp cho phép tiến hành quá trình phân tích nhanh và giới hạn phát hiện khá thấp
1.3.3 Phương pháp sắc kí lỏng
Cùng với sắc kí khí, đây là 2 phương pháp hiện đại và được ứng dụng nhiều nhất để phân tích PAE vì chúng có nhiều ưu việt hơn so với các phương pháp khác Theo đó, việc phân tích bằng sắc kí lỏng (LC) cho phép định tính chính xác bằng cách tách các PAE riêng biệt dựa vào thời gian lưu (đối với detector UV-Vis) và các mảnh phổ đặc trưng (đối với detector khối phổ)
Trong một nghiên cứu với mẫu nước xác định đồng thời 5 PAE bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép nối detector UV [43] Theo đó, 50 mL mẫu được đem đi lọc qua giấy lọc, dung dịch sau lọc được đem đi chiết pha rắn (SPE) sử dụng cột C18, ban đầu cột được hoạt hóa bằng 2 mL acetone sau đó hoạt hóa bằng 2 lần 2 mL nước chuẩn phân tích sắc kí, tiếp tục cho 2 mL methanol qua cột và cuối cùng cho 2 lần 2 mL nước tinh khiết chuẩn sắc ký qua cột để hoàn thành quá trình
12 hoạt hóa cột Sau đó cho mẫu cho cột với trợ giúp của bơm chân không với tốc độ bơm 4 mL/phút Cột được làm khô bằng bơm chân không trong 10 phút và cuối cùng được rửa giải bằng 0,5 mL acetone Thiết bị phân tích được sử dụng cột C18 và pha đảo với hệ dung môi pha động là methanol và nước với tỉ lệ 1:1, nhiệt độ là
30 o C, tốc độ dũng là 1 mL/phỳt, thể tớch bơm mẫu là 20 àL và bước súng quột là
230 nm Thu được kết quả với LOD dao động từ 0,002 đến 0,033 ng/mL và độ thu hồi dao động từ 92 đến 101% Đây là 1 phương pháp hiệu quả, hiện đại để áp dụng phân tích PAE trong nền mẫu phức tạp, độ nhạy rất cao, giới hạn phát hiện thấp và ít bị ảnh hưởng bởi nền mẫu là những ưu điểm rất lớn của phương pháp
1.3.4 Phương pháp sắc kí khí
1.3.4.1 Tổng quan chung về thiết bị Sắc khi khí
Sắc kí khí là phương pháp sắc kí mà pha động là một dòng khí liên tục chạy qua pha tĩnh Các chất được tách ra khỏi hỗn hợp bởi tương tác khác nhau của chúng với pha tĩnh Do khả năng hòa tan rất kém của chất khí, dòng khí này không đóng vai trò của một pha động thực sự trong hệ thống mà nó chỉ làm nhiệm vụ lôi cuốn các chất trong pha hơi chạy theo pha tĩnh để chúng có thể tuơng tác với pha tĩnh Do đó, dòng khí chạy trong cột sắc ký được gọi là khí mang Các chất có nhiệt độ bay hơi khác nhau sẽ bị lưu giữ hay bị lôi cuốn bởi các dòng khí mang với thời gian khác nhau Từ đó các chất được tách ra khỏi nhau và được đưa đến bộ phận phát hiện (detector) Trong sắc ký khí có rất nhiều detector khác nhau nhưng được chia làm hai loại chính bao gồm: detector đặc hiệu và detector vạn năng [2] [5]
Cấu tạo của một hệ thống sắc ký cơ bản bao gồm những thành phần chính sau:
• Khí mang và hệ thống điều chỉnh khí
• Cột sắc ký, lò cột
• Máy tính dùng để điều khiển thiết bị, ghi nhận và lưu giữ kết quả
Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo của một hệ thống sắc ký khí
Pha tĩnh trong sắc ký khí: có 2 loại pha tĩnh bao gồm pha tĩnh rắn và pha tĩnh lỏng, điển hình như: Các hydocarbon không no có độ phân cực thấp, các ester có độ phân cực thấp, các polimer silicon, silicagel hoặc aluminium oxide
Cột tách trong sắc ký khí: Có 2 loại cột bao gồm cột nhồi và cột mao quản
Cột nhồi: pha tĩnh được nhồi vào cột, cột có đường kính 2–4 mm và chiều dài 2–3 m
Cột mao quản: pha tĩnh được phủ mặt trong độ dày từ 0,2 đến 0,5 àm, cột có đường kính trong 0,1–0,5 mm và chiều dài 30–100 m
1.3.4.2 Detector khối phổ trong hệ thống GC-MS
Hình 1.4 Sơ đồ mô phỏng thiết bị sắc ký khí ghép nối phổ khối (GC-MS)
Hệ thống sắc ký khí khối phổ (GC-MS) kết hợp sắc ký khí (GC) với khối phổ (MS) để phân tích các hợp chất GC tách các hợp chất dựa trên tương tác với pha đứng và pha động, sau đó các hợp chất bị bốc hơi được đưa vào máy khối phổ (MS) MS phân tích khối lượng của các phân tử, cung cấp thông tin về cấu trúc và thành phần của chúng.
❖ Sắc ký khí (GC): phân tách hỗn hợp hoá chất thành một mạch theo từng chất tinh khiết Sau khi đi qua cột sắc kí khí, các hoá chất tiếp tục đi vào pha khối phổ, ở đây chúng bị ion hoá Sau quá trình bắn phá, các mảnh phổ sẽ tới bộ phận lọc Dựa trên khối lượng, bộ lọc lựa chọn chỉ cho phép các mảnh phổ có khối lượng nằm trong một giới hạn nhất định đi qua
❖ Khối phổ (MS): xác định định tính và định lượng o Nguồn cấp ion (ion source) o Bộ phận phân tích định lượng (mass analyser) o Buồng chân không (vacuum system) o Thiết bị điều khiển điện tử (control electronics)
Thiết bị cảm biến có nhiệm vụ đếm số lượng các hạt cùng khối lượng Thông tin này sau đó được chuyển đến máy tính và xuất ra kết quả gọi là phổ khối đồ Phương pháp sắc ký khí khối phổ là sự kết hợp giữa sắc sắc ký khí và khối phổ, tạo nên một phương pháp phân tích đặc biệt có hiệu quả 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 (GC: tách, MS: phát hiện và định lượng), vì vậy phương pháp này được sử dụng rất hữu hiệu cho quá trình khảo sát, định lượng các chất Hai kỹ thuật trên ghép nối với nhau có thể tách và định lượng các chất có nồng độ 10 -10 g hoặc nhỏ hơn, đây là nồng độ rất khó phát hiện ở các phương pháp phân tích công cụ khác Với sự kết nối này, những mẫu không bền trong thời gian bảo quản cũng có thể được phân tích một cách thuận lợi, đặc biệt là việc phân tích các hỗn hợp phức tạp [2] [5]
Trong nghiên cứu này, dựa vào những ưu điểm của phương pháp và điều kiện phòng thí nghiệm, chúng tôi đã lựa chọn phương pháp sắc ký khí ghép nối khối phổ cho việc phân tích PAE trong mẫu không khí tại nội đô Hà Nội
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Chỉ tiêu phân tích và đối tượng mẫu nghiên cứu
Trong nghiên cứu này, có 10 PAE được lựa chọn để phân tích, bao gồm cả các đồng vị deuterium của 7 PAE được sử dụng làm chất đồng hành nhằm đánh giá độ thu hồi.
Bảng 2.1 Tên gọi và xuất xứ của các chất chuẩn Đối tượng Hãng sản xuất Độ tinh khiết
- Di-iso-butyl phthalate (DiBP)
Benzyl butyl phthalate (BzBP) Supelco (Mỹ) 99,9%
Bảy chất đồng vị deuterium (d 4 -PAE): d 4 -
DMP; d 4 -DEP; d 4 -DPP; d 4 -DiBP; d 4 -DnHP; d 4 -BzBP; d 4 -DEHP
Hóa chất, thiết bị và dụng cụ
2.2.1 Hóa chất và chất hấp phụ
• Các dung môi n-hexane và dichloromethane (DCM) với độ tinh khiết sắc ký của hãng Merck KgaA (Darmstadt, Đức), dung môi acetone độ tinh khiết > 99,9% của hãng Daejung, Hàn Quốc Các chất chuẩn và chất đồng hành đều pha trong dung môi n–hexane (được bảo quản trong tủ lạnh < 5 o C);
• Chất hấp phụ siliabond C18 (17%C) monomeric, 40 - 63àm, 60Å (R33230B);
• Khí nito, độ tinh khiết 99,99%;
• Khí heli, độ tinh khiết 99,999%;
• Bông thủy tinh và polyurethane được bọc giấy bạc và sấy khô trong tủ sấy;
• Cột hấp phụ than hoạt tính 6x70mm hãng Zefon, USA;
• Cột hấp phụ Tenax TA của hãng Markes, Vương quốc Anh
• Pipetman 1–10 àL; 10–100 àL; 100 –1000 àL (Gilson, Phỏp);
• Syringe 10 àL, 50 àL, 100 àL, 500 àL và 1 mL (Thermo Scientific, USA);
• Buret thủy tinh 25 mL của hãng Duran, Đức;
• Đầu cụn pipetman 10–100 àL được nhồi Na2SO4 khan làm cột loại nước trong quá trình xử lý mẫu;
• GC vial 2 mL của hãng Thermo Scientific, Mỹ;
• Vial có nắp PTFE 4 mL
• Tủ hút khí độc Fume Hood LTS–2013, Việt Nam;
• Tủ sấy nhiệt độ tối đa 300 o C (Haraeus, Đức);
• Tủ hút ẩm Sanpla DRY KEEPER của hãng Sanplatec, Japan;
• Thiết bị rung lắc Vortex Genie 2, USA;
• Thiết bị cô đuổi khí nitogen MGS-2200D của hãng Eyela, Nhật Bản;
• Bộ chiết pha rắn 57030-U hãng Supelco, USA
• Bơm chân không Rocker 300 của hãng Rocker, Đài Loan;
• Thiết bị quay ly tâm Hermle Z206A, của hãng Hermle, Đức;
• Cột tách: Quá trình phân tách sắc ký được thực hiện trên cột mao quản TG–5MS của hãng Thermo (Chiều dài cột 30 m, đường kính trong 0,25 mm, bề dày lớp pha tĩnh 0,25 àm);
• Hệ thiết bị sắc ký khối phổ Trace 1310 Gas chromatography ghép nối ISQ7000 của hãng Thermo Scientific, USA;
• Thiết bị giải hấp nhiệt Desorber UNITY của hãng Markes, Vương quốc Anh
• Bộ luyện cột tube conditioner TC20 & tiêm mẫu lỏng CSLR của hãng Markes, Vương quốc Anh.
Quy trình chuẩn bị dung dịch chuẩn
Các dung dịch chất chuẩn cần pha được chuẩn bị bằng cách lấy chính xác thể tích lượng chất chuẩn nồng độ trung gian và thể tích dung môi theo tỷ lệ pha được tính trong bảng 2.2
Bảng 2.2 Tỷ lệ pha của các dung dịch chuẩn PAE
Nồng độ cần pha Nồng độ chuẩn trung gian
Thể tích chuẩn trung gian
Thể tích dung môi Đơn vị: ng/mL Đơn vị: mL
Các chất chuẩn được đựng trong các ống thủy tinh có thể tích 15mL và bọc giấy bạc trên thành của miệng ống, phần nắp của các ống thủy tinh được bọc parafilm, tránh trường hợp tiếp xúc với lớp nhựa của nắp ống hoặc tránh sự bay hơi của dung môi Khi lấy chất chuẩn, bắt buộc sử dụng các syringe thủy tinh 0,5mL; 1,0mL thay cho các micropipette có đầu côn bằng nhựa
Khảo sát điều kiện điều kiện phân tích đồng thời PAE trên GC-MS
Tiến hành pha chế một điểm chuẩn có nồng độ 200 ng/mL, phân tích mẫu trên hệ thống sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS) và quan sát sự xuất hiện của các đỉnh tín hiệu (peak) tương ứng với chất phân tích đã chọn Các điều kiện phân tích được thiết lập bao gồm:
• Tính đặc hiệu: Phát hiện được chất phân tích khi có mặt các tạp chất khác Phải chứng minh được kết quả là dương tính khi có mặt chất phân tích, âm tính khi không có mặt nó, đồng thời kết quả phải âm tính khi có mặt các chất khác có cấu trúc gần giống chất phân tích [3]
• Tính chọn lọc: Khi phân tích, nếu chất cần xác định phân biệt rõ với các chất khác thì phương pháp có tính chọn lọc [3]
Từ sắc đồ thu được, xác định thời gian lưu và mảnh phổ của các PAE phục vụ cho quá trình định lượng trong mẫu thực
2.4.2 Khảo sát giới hạn phát hiện và định lượng của thiết bị
Chuẩn bị một dãy dung dịch chuẩn PAE với các nồng độ từ cao xuống thấp: 10,0; 5,0; 1,0; 0,5; 0,3; 0,2; 0,1 và 0,05 ng/mL Với giải hấp dung môi, các dung dịch này lần lượt đem phõn tớch trờn thiết bị GC-MS với thể tớch bơm mẫu là 1 àL, không chia dòng đến khi thu được tín hiệu cao gấp 3 lần đường nền (S/N ≈ 3) Với giải hấp nhiệt, lần lượt các nồng độ từ cao xuống thấp được tiêm vào ống hấp phụ
Tenax TA bằng hệ tiêm mẫu lỏng (phụ lục 6), sau đó phân tích trên thiết bị TD-GC-
Nồng độ mẫu nhỏ được đưa vào thiết bị cho tín hiệu tín hiệu nhiễu/ tín hiệu (S/N) ≈ 3 Nồng độ mẫu này được nhân với thể tích mẫu đưa vào thiết bị Kết quả thu được là giới hạn phát hiện của thiết bị Giới hạn định lượng của thiết bị được xác định bằng cách lấy S/N ≈ 10 lần giới hạn phát hiện.
2.4.3 Xây dựng đường chuẩn và khoảng tuyến tính của các PAE
Trong nghiên này, đường chuẩn được thiết lập từ các điểm chuẩn nằm trong khoảng tuyến tính từ giới hạn phát hiện (LOD) đến giới hạn tuyến tính (LOL) Tiến hành pha 9 điểm chuẩn có nồng độ từ thấp đến cao bao gồm 5; 10; 25; 50; 100; 200;
400; 500 và 1000 ng/mL Sau đó đem đi phân tích trên thiết bị GC-MS đã cài đặt quy trình phân tích tối ưu Sau khi có kết quả trên thiết bị, tiến hành lập đường chuẩn tuyến tính giữa diện tích peak và nồng độ các điểm chuẩn.
Tối ưu điều kiện lấy và xử lý mẫu trong phương pháp giải hấp dung môi 19 1 Quy trình chuẩn bị ống hấp phụ
2.5.1 Quy trình chuẩn bị ống hấp phụ Đối với ống hấp phụ sử dụng chất hấp phụ than hoạt tính, nghiên cứu sử dụng ống than hoạt tính làm bằng thủy tinh kích thước 6 x 70 mm chứa 150 mg than hoạt tính của hãng Zefon, USA Đối với ống hấp phụ sử dụng chất hấp phụ C18, nghiên cứu sử dụng ống thủy tinh nhồi có kích thước 6 x 70 mm được làm sạch theo quy trình và nhồi cột:
• Làm sạch : Các ống thủy tinh được tráng rửa bằng xà phòng và nước de-ion sau đó được đi rung siêu âm trong thời gian 30 phút Tiếp theo được tráng bằng dung môi acetone và n–hexane với độ tinh khiết phân tích Các ống này được bọc giấy bạc và đem sấy trong tủ sấy nhiệt ở nhiệt độ cao trong vòng 8 tiếng trước khi đem nhồi cột
• Nhồi cột : Cột được nhồi đa lớp bao gồm polyurethane và bông thủy tinh, lớp giữa được nhồi 150 mg C18 được cân bằng cân phân tích 5 số Các cột sau khi nhồi được bịt kín 2 đầu, bọc giấy bạc tránh tiếp xúc với không khí và được bảo quản trong tủ hút ẩm Cột được nhồi tối đa trước 3 ngày tính đến khi lấy mẫu
2.5.2 Quy trình khảo sát và thiết lập hệ thu mẫu
Quy trình khảo sát được diễn ra cụ thể như sau: Các ống thủy tinh được chuẩn bị trong mục 2.5.1, được thêm vào một lượng 200ng chất đồng hành d4–PAE bằng syringe thủy tinh của hãng Thermo, Mỹ Sau đó các ống này được gắn lên 1 đầu của ống tygon và đầu còn lại của ống tygon được kết nối với thiết bị bơm thu mẫu Trong quá trình thu mẫu, các ống thủy tinh được gắn lên giá với chiều cao từ 1,0 đến 1,5m so với mặt đất Các thông số tốc độ thu mẫu và thời gian được cài đặt trên màn hình của thiết bị bơm (hình 2.1)
Hình 2.1 Sơ đồ mô phỏng bộ thu mẫu không khí
2.5.3 Khảo sát lựa chọn chất hấp phụ
Trong nghiên cứu này, hai chất hấp phụ được khảo sát gồm than hoạt tính được nhồi sẵn trong cột thủy tinh của hãng Zefon, USA và Octadecylsilane (C18) 17%C, 40 - 63àm, 60Å với quy trỡnh nhồi cột trong mục 2.5.1 Cỏc ống hấp phụ chứa 150mg của 2 chất hấp phụ này được thêm vào 200 ng chất đồng hành d4–PAE và tiến hành theo quy trình trong mục 2.5.2
2.5.4 Khảo sát lựa chọn dung môi giải hấp
Để xác định hiệu suất chiết của quá trình giải hấp, các ống hấp phụ được bổ sung chất đồng hành d4–PAE (200 ng) Sau đó, các ống này được đặt vào thiết bị chiết pha rắn và quá trình giải hấp được tiến hành bằng dung môi (n–hexane hoặc n–hexane/dichloromethane) cho đến khi thu được 15 mL dung dịch mẫu Dung dịch mẫu này sau đó được cô đuổi dung môi dưới dòng khí nitơ về thể tích 1 mL và phân tích bằng thiết bị GC – MS Hiệu suất chiết được tính toán dựa trên lượng chất đồng hành d4–PAE đã thêm vào.
2.5.5 Khảo sát lựa chọn tốc độ bơm và thời gian thu mẫu Để thu được lượng mẫu đại diện với tốc độ thu mẫu phù hợp, tiến hành tối ưu lựa chọn 2 thông số tốc độ thu mẫu của bơm và thời gian thu mẫu (bảng 2.3), các bước tiến hành dựa trên quy trình trong mục 2.5.2 Kết quả được đánh giá dựa trên hiệu suất thu hồi được tính dựa vào lượng chất đồng hành d4–PAE đã thêm vào, để lựa chọn ra các thông số tối ưu nhất
Bảng 2.3 Các điều kiện và thông số thu mẫu được tối ưu hóa Điều kiện lấy mẫu Các thông số tối ưu
Tốc độ hút của bơm
3LPM 4LPM 5LPM 6LPM 7LPM
0,5 giờ 1,0 giờ 2,0 giờ 4,0 giờ 6,0 giờ 9,0 giờ 12,0 giờ
Ghi chú : LPM – Lít trên phút
Quy trình xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp phân tích
2.6.1 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp
Dựa vào giới hạn phát hiện của thiết bị được tìm dựa theo cách làm trong mục 2.4.2 kèm theo thể tích mẫu và hiệu suất thu hồi của phương pháp Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp tính theo công thức 2.2 và 2.3
• MDL (ng/mL): Giới hạn phát hiện của phương pháp;
• R (%): Độ thu hồi của phương pháp;
2.6.2 Xác nhận giá trị độ thu hồi
2.6.2.1 Độ thu hồi của phương pháp
Trong nghiên cứu này, để đánh giá chính xác hiệu suất thu hồi của phương pháp, tiến hành thử nghiệm bằng cách thêm một lượng 200ng chất đồng hành d4-
PAE vào ống hấp phụ C18 và dùng hệ tiêm mẫu lỏng với ống Tenax TA trong phương pháp giải hấp nhiệt (phụ lục 6), sau đó tiến hành như mục 2.5.2 Độ thu hồi của phương pháp được tính toán dựa theo công thức:
• Rm (%): Độ thu hồi của phương pháp;
• Ci : Nồng độ d4–PAE thu được sau khi phân tích trên thiết bị GC-MS;
• Co: Nồng độ d4–PAE thêm vào ban đầu
2.6.2.2 Xác nhận giá trị hiệu suất giải hấp Để xác nhận thông số này, tiến hành sử dụng ống hấp phụ (không thêm chất đồng hành trước quá trình lấy mẫu) Sau khi thu mẫu, thêm 1 lượng 200 ng chất
23 đồng hành d4–PAE và tiến hành các bước xử lý mẫu trong mục 2.5.4 Đánh giá hiệu suất giải hấp dựa trên công thức:
• Rt (%): Độ thu hồi của quá trình xử lý mẫu;
• Ci : Nồng độ PAE thu được sau khi phân tích trên thiết bị GC-MS;
• Co: Nồng độ PAE tiêm vào trước quy trình xử lý mẫu
2.6.3 Xác nhận giá trị độ lặp và độ tái lặp của phương pháp
Trong nghiên cứu này tiến hành đánh giá độ lặp của phương pháp bằng cách tiến hành phân tích một mẻ 7 mẫu song song nhau trong cùng các điều kiện tương tự nhau Các mẫu được thêm một lượng chất chuẩn đồng hành d4–PAE vào ống hấp phụ C18 và dùng hệ tiêm mẫu lỏng với ống Tenax TA trong phương pháp giải hấp nhiệt (phụ lục 6) và tiến hành theo quy trình trong mục 2.5.2 Giá trị độ lặp của phương pháp được đánh giá thông qua giá trị độ lệch chuẩn tương đối của các kết quả trong thí nghiệm này Để đánh giá độ tái lặp của phương pháp, nghiên cứu tiến hành thêm một lượng chất đồng hành vào ống hấp phụ C18 với phương pháp giải hấp dung môi và dùng hệ tiêm mẫu lỏng thêm vào ống hấp phụ Tenax TA trong phương pháp giải hấp nhiệt (phụ lục 6) trước khi lấy mẫu và sau đó tiến hành lấy mẫu trong 7 ngày liên tiếp và sau đó tiến hành quá trình xử lý mẫu và phân tích trên thiết bị GC-MS
• RSD(%): Độ lệch chuẩn tương đối
• SD(%): Độ lệch chuẩn của các thí nghiệm
• 𝑋̅ : Giá trị trung bình của các số liệu
2.6.4 Xác nhận giá trị độ không đảm bảo đo của phương pháp Để tiến hành xác định độ không đảm bảo đo của phương pháp, tiến hành lấy lần lượt 14 mẫu trong 7 ngày khác nhau tại 2 thời điểm sáng và chiều Sau đó tiến hành thêm chuẩn 200 ng hỗn hợp chất đồng hành d4–PAE vào ống hấp phụ và tiến hành các bước xử lý và phân tích theo quy trình Sau đó, tính hiệu suất thu hồi của các thí nghiệm riêng rẽ và được dùng tính toán cho độ không đảm bảo đo
Bảng 2.4 Thống kê các thí nghiệm xác định độ không đảm bảo đo
Kết quả trung bình (%) 𝐇̅ TB (%) Độ lệch chuẩn (SD) X (%)
Hệ số biến thiên: CV(%) = (SD*100)/HTB
Giá trị tra bảng với mức ý nghĩa α = 0,001 và bậc tự do k = 13 có: tα,k = 3,852 U(%) = tα,k * CV(%) Thỏa mãn hoặc không thảo mãn theo AOAC (< 15%)
