Phân tích hàm lượng Bromide và Bromate trong nước bằng sắc ký ion kết nối với đầu dò khối phổ Plasma ghép cặp cảm ứng (IC ICPMS)

Phương pháp phân tích hàm lượng bromide và bromate trong nước bằng sắc ký ion kết nối với đầu dò khối phổ plasma ghép cặp cảm ứng IC/ICP-MS đã được khảo sát và xây dựng.. Xuất phát từ nh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS NGUYỄN VĂN ĐÔNG

Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2010

Để hoàn thành luận văn này, tôi nhận được rất nhiều sự hỗ trợ về chuyên môn và động viên tinh thần của các thầy cô, gia đình và bạn bè

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến:

Thầy TS Nguyễn Văn Đông

là người hướng dẫn khoa học đã tận tình chỉ bảo, luôn quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này

Tận đáy lòng, tôi vô cùng biết ơn Thầy GS Chu Phạm Ngọc Sơn và Cô TS Diệp

Ngọc Sương đã hết lòng truyền đạt kiến thức chuyên môn và tận tình chỉ bảo để tôi có thể

trưởng thành như ngày hôm nay

Xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong bộ môn Hóa phân tích và Khoa Hóa học – Đại học Khoa học Tự nhiên Tp.HCM đã tận tình truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt những năm học tập tại trường

Vô cùng cảm ơn Ban giám đốc Trung tâm Phân tích Công nghệ cao Hoàn Vũ, đặc biệt

là TS Phạm Kim Phương đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi chu toàn công việc và

hoàn thành chương trình học tập

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn tất cả bạn bè, các anh chị và các bạn đồng nghiệp

đã luôn bên cạnh và sẵn sàng hỗ trợ tôi về mọi mặt trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận văn này

Anh vô cùng cảm ơn Em và Gia Đình vì tất cả sự quan tâm và tình yêu thương đã

dành cho anh Đây là nguồn động viên và là điểm tựa vững chắc nhất để anh có được kết quả ngày hôm nay và vững vàng bước tiếp trên con đường tương lai

Mặc dù cố gắng hết sức nhưng vì thời gian có hạn và kiến thức còn nhiều hạn chế nên luận văn này khó tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến và thông cảm từ quý thầy cô và các bạn

Tp HCM, ngày 15 tháng 09 năm 2010

nối với đầu dò khối phổ plasma ghép cặp cảm ứng (IC/ICP-MS)”

Họ và tên học viên cao học: Lâm Văn Xự

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Văn Đông Địa chỉ cơ quan nghiên cứu: Trung tâm Phân tích Công nghệ cao Hoàn Vũ

Email: lamvanxu@yahoo.com

Bromate là sản phẩm phụ sinh ra trong quá trình khử trùng nước có chứa bromide bằng ozone

Vì bromate có khả năng gây ung thư ở người nên các phương pháp phân tích bromate ngày càng nhận được sự quan tâm trong những năm gần đây Phương pháp phân tích hàm lượng bromide và bromate trong nước bằng sắc ký ion kết nối với đầu dò khối phổ plasma ghép cặp cảm ứng (IC/ICP-MS) đã được khảo sát và xây dựng Khả năng phân tích chọn lọc của đầu dò ICP-MS kết hợp với hiệu năng tốt của cột anion sử dụng pha động NH4NO3 đã cho phép xác định trực tiếp mẫu nước mà không cần quá trình xử lý mẫu để loại ảnh hưởng nền với thời gian phân tích tối ưu là 6 phút Giới hạn phát hiện bromate và bromide lần lượt là 1.5 và 0.54 μg/L

ABSTRACT Title: “Determination of bromide and bromate in water by ion chromatography-

inductively coupled plasma mass spectrometry”

Author’s name: Lam Van Xu Supervisor: PhD Nguyen Van Dong

Bromate is a disinfection by-product in drinking water, formed during the ozonation of source water containing bromide Because bromate is a possible human carcinogen, analysis of bromate and bromide in waters has received considerable attention in recent years A method for determination of bromate and bromide in drinking waters using on-line coupling of ion chromatography (IC) and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) has been developed Selective inductively coupled plasma mass spectrometer combined with high capacity of the separation anion column using

NH4NO3 as eluent allows a six-minute direct analysis of almost every water sample without matrix elimination Detection limit of bromate and bromide were 1.5 and 0.54 μg/L, respectively

MỤC LỤC

Trang Mục lục i Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt iv

Danh mục các bảng v

Danh mục các hình vẽ, đồ thị vi

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 SƠ LƯỢC VỀ BROMIDE VÀ BROMATE .3

1.1.1 Tính chất của bromide và bromate 3

1.1.2 Nguồn gốc xuất hiện bromide và bromate trong nước 3

1.1.3 Độc tính của bromate 5

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH BROMIDE VÀ BROMATE 7

1.3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP IC/ICP-MS 10

1.3.1 Sơ lược về phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao 11

1.3.1.1 Phạm vi ứng dụng 11

1.3.1.2 Nguyên lý hoạt động 11

1.3.2 Phương pháp sắc ký ion 12

1.3.2.1 Nguyên tắc 12

1.3.2.2 Pha tĩnh trong sắc ký trao đổi ion 12

1.3.2.3 Pha động trong sắc ký trao đổi ion 12

1.3.2.4 Cơ chế trao đổi ion 12

1.3.2.5 Hấp dung của ionit 14

1.3.3 Các thông số cơ bản của sắc ký 14

1.3.3.1 Thời gian lưu .14 tR 1.3.3.2 Hệ số dung lượng .15 '

k

1.3.3.3 Hiệu năng 15

1.3.3.4 Độ chọn lọcα 16

1.3.3.5 Độ phân giải R S 17

1.3.4 Cấu tạo của IC/ICP-MS 18

1.3.4.1 Hệ thống sắc ký lỏng 18

1.3.4.2 Hệ thống ICP/MS 19

1.3.4.3 Bộ phận xử lý tín hiệu và hệ thống điều khiển 26

Chương 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 DỤNG CỤ, THIẾT BỊ, HOÁ CHẤT 27

2.1.1 Thiết bị và dụng cụ 27

2.1.2 Hoá chất 27

2.1.3 Chuẩn bị dung dịch chuẩn và pha động 28

2.2 CÁC NỘI DUNG KHẢO SÁT 29

2.2.1 Khảo sát các thông số kỹ thuật của hệ thống IC/ICP-MS 29

2.2.1.1 Khảo sát lưu lượng khí Ar và năng lượng sóng cao tần RF tối ưu cho nhiệt độ nguồn plasma của ICP-MS 29

2.2.1.2 Lựa chọn đồng vị phân tích 30

2.2.1.3 Khảo sát các thông số của hệ thống sắc ký lỏng 30

2.2.1.4 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng 31

2.2.2 Khảo sát khoảng tuyến tính của dãy chuẩn 32

2.2.3 Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp 32

2.2.4 Đánh giá hiệu suất thu hồi, độ lặp lại và độ tái lặp của phương pháp 33

2.2.4.1 Quy trình xác định bromide và bromate trong nước 33

2.2.4.2 Khảo sát hiệu suất thu hồi, độ lặp lại và độ tái lặp của phương pháp 33

2.2.5 Độ không đảm đo của phương pháp 34

2.2.5.1 Các nguồn độ không đảm bảo đo 34

2.2.5.2 Tính độ không đảm bảo đo 35

2.2.6 Áp dụng phương pháp phân tích để định lượng bromide và

bromate trong mẫu nước 38

2.2.6.1 Lấy mẫu 38

2.2.6.2 Bảo quản mẫu 38

2.2.6.3 Xử lý số liệu định tính và định lượng 38

2.3 KẾT QUẢ KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM 39

2.3.1 Kết quả khảo sát các thông số kỹ thuật của hệ thống IC/ICP-MS 39

2.3.1.1 Kết quả khảo sát tốc độ khí Ar và năng lượng sóng cao tần RF tối ưu cho nhiệt độ nguồn plasma của ICP-MS 39

2.3.1.2 Lựa chọn đồng vị phân tích 44

2.3.1.3 Kết quả khảo sát các thông số tối ưu trên bộ phận LC 48

2.3.1.4 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng 53

2.3.2 Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính của dãy chuẩn 60

2.3.3 Kết quả xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp 61

2.3.4 Đánh giá hiệu suất thu hồi, độ lặp lại và độ tái lặp của phương pháp 62

2.3.5 Kết quả tính độ không đảm đo của phương pháp 64

2.3.6 Kết quả phân tích các mẫu nước uống đống chai 65

Chương 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

PHỤ LỤC 75

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

IC: Ion chromatography (sắc ký ion)

ICP-MS: Inductively coupled plasma mass spectrometry (đầu dò khối phổ plasma ghép cặp cảm ứng) RF: Radio Frequency (tần số radio hay sóng cao tầng)

LOD: Limit of Detection (Giới hạn phát hiện)

LOQ: Limit of Quantitation (Giới hạn định lượng)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1 Tính chất vật lý 3

Bảng 1.2 Quy định về hàm lượng Bromate 6

Bảng 1.3 Các phương pháp xác định bromide và bromate trên thế giới 8

Bảng 2.1 Các thông số của cột sắc ký trao đổi anion IC Pak A 30

Bảng 2.2 Cường độ của dung dịch chuẩn bromide 100 μg/L tại các giá trị năng lượng RF và lưu lượng khí khác nhau 39

Bảng 2.3 Các thông số để lựa chọn đồng bị phân tích Brom 44

Bảng 2.4 Điều kiện khảo sát sự nhiễu của K, S và P 46

Bảng 2.5 Điều kiện khảo sát pha động 48

Bảng 2.6 Điều kiện khảo sát tốc độ dòng 50

Bảng 2.7 Kết quả các thông số thực nghiệm trên cột IC Pak A, pha động NH4NO3 8.6 mM (pH 9) 52

Bảng 2.8 Điều kiện phân tích bromide và bromate trên IC/ICP-MS 52

Bảng 2.9 Hàm lượng các ion trong các mẫu nước khảo sát 54

Bảng 2.10 Thông số cột AS 11-HC 57

Bảng 2.11 Điều kiện pha động khảo sát trên cột AS11-HC 58

Bảng 2.12 Số liệu xây dựng đường chuẩn 60

Bảng 2.13 Kết quả xác định LOD và LOQ của phương pháp 61

Bảng 2.14 Hiệu suất thu hồi, độ lặp lại và độ tái lặp của phương pháp khi xác định BrO3- 62

Bảng 2.15 Hiệu suất thu hồi, độ lặp lại và độ tái lặp của phương pháp khi xác định Br- 62

Bảng 2.16 Các thành phần độ không đảm bảo đo của phương pháp cho BrO3- 64

Bảng 2.17 Các thành phần độ không đảm bảo đo của phương pháp cho Br- 64

Bảng 2.18 Kết quả xác định hàm lượng bromate và bromate trong các mẫu nước đóng chai thu thập trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh 65

Bảng 2.19 Kết quả phân tích bromide và bromate của các mẫu nước uống của công ty J 66

Bảng 2.20 Kết quả phân tích bromide và bromate của các mẫu nước máy và nước giếng khoan 67

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Trang

Hình 1.1 Dạng tồn tại của BrO- ở pH khác nhau 4

Hình 1.2 Các phản ứng xảy ra trong quá trình ozone hóa nguồn nước có chứa bromide dưới sự hiện diện của DOC và ammonia 4

Hình 1.3 Hệ thống sắc kí ion xác định bromide và bromate trong nước theo phương pháp EPA 317.0/326.0 9

Hình 1.4 Cơ chế trao đổi ion 13

Hình 1.5 Các đại lượng đặc trưng của sắc ký 14

Hình 1.6 Đường cong Van Deemter 16

Hình 1.7 Cấu tạo hệ thống IC/ICP – MS 18

Hình 1.8 Cấu tạo cơ bản máy ICP/MS 20

Hình 1.9 Bộ phận đưa mẫu vào ICP/MS 21

Hình 1.10 Sơ đồ minh hoạ quá trình tách hạt trong buồng phun 21

Hình 1.11 Ống phun đồng tâm (trái) và ống phun ngang 21

Hình 1.12 Cấu tạo bộ phận tạo plasma 22

Hình 1.13 Quá trình hình thành Plasma 23

Hình 1.14 Vùng phát ra plasma 23

Hình 1.15 Quá trình ion hoá mẫu 23

Hình 1.16.: Vùng chuyển tiếp 24

Hình 1.17 Sampler cone (trái) và skimmer cone 24

Hình 1.18 Hệ thống hội tụ ion 25

Hình 1.19 Tứ cực và detector 25

Hình 1.20 Detector 26

Hình 2.1 Cường độ của dung dịch chuẩn bromide 100 μg/L tại các giá trị năng lượng RF ứng với lưu lượng khí khác nhau 40

Hình 2.2 Cường độ của dung dịch chuẩn bromide 100 μg/L tại các giá trị năng lượng RF khác nhau ứng với lưu lượng khí 0.5, 0.55 và 0.6 L/phút 40

Hình 2.3 Quá trình ion hóa của nguồn plasma 42

Hình 2.4 Sự hình thành M++ và MO+ khi thay đổi tốc độ khí 21

Hình 2.5 Cường độ tín hiệu m/z 95 của dung dịch blank và chuẩn bromide 100 μg/L tại các giá trị năng lượng ứng với lưu lượng khí khác nhau 43

Hình 2.6 Sắc ký đồ khối phổ m/z 79 và 81 của bromide và bromate 30 μg/L mỗi chất Điều kiện: Cột IC Pak A, pha động NH4NO3 8.6 mM pH 9, tốc độ 1.2 mL/phút 45

Hình 2.7 Sắc đồ đường nền khối phổ ion m/z 79 và 81 của: (A) nước cất khử ion, (B)

dung dịch K+ 10 mg/L, (C) dung dịch P 10 mg/L, và (D) dung dịch S 10 mg/L 47 Hình 2.8 Sắc ký đồ khối phổ của bromide và bromate 30 μg/L mỗi ion ứng với pha động

NH4NO3 8.6 mM pH 9 (A) và (NH4)2CO3 11 mM pH 11 49 Hình 2.9 Sắc ký đồ khối phổ của bromide và bromate 30 μg/L mỗi chất ứng với cột IC

Pak A, pha động NH4NO3 8.6 mM (pH9) tốc độ dòng 0.8 mL/ phút, 1 mL/ phút

và 1.2 mL/ phút 51 Hình 2.10 Sắc ký đồ chuẩn hỗn hợp bromide và bromate 25 μg/L (a) và sắc ký đồ khảo

sát ảnh hưởng của hỗn hợp các anion ở nồng độ 50 mg/L đến khả năng tách

và định lượng bromide và bromate 25 μg/L 53 Hình 2.11 Sắc ký đồ của chuẩn hỗn hợp anion 5 mg/L (a) và của mẫu M12A Điều kiện:

Cột AS9-HC (Dionex), pha động Na2CO3 9 mM, tốc độ dòng 1 mL/phút, đầu

dò đo độ dẫn Waters 432, thể tích tiêm 20 μL 55

Hình 2.12 Sắc ký đồ khối phổ của hỗn hợp chuẩn bromide, bromate, MBAA và DBAA

100 μg/L, sử dụng cột IC Pak A 56 Hình 2.13 Sắc ký đồ khối phổ của hỗn hợp chuẩn bromide, bromate, MBAA và DBAA

100 μg/L, sử dụng cột AS11-HC, pha động NH4NO3 100 mM, tốc độ dòng 1

mL/phút 57 Hình 2.14 Sắc ký đồ khối phổ của hỗn hợp chuẩn bromide, bromate, MBAA và DBAA

100 μg/L, sử dụng cột AS11-HC, pha động NH4NO3, chế độ gradient: điều

kiện 2 (A) và điều kiện 3 59 Hình 2.15 Quan hệ tuyến tính giữa cường độ và nồng độ tương ứng của chuẩn bromate

và bromide 60 Hình 2.16 Sắc ký đồ xác định LOD và LOQ của bromate và bromide 61 Hình 2.17 Sắc ký đồ khối phổ của hỗn hợp chuẩn bromate và bromide: (a) Chuẩn, (b)

Mẫu trắng (blank), (c) mẫu thêm chuẩn mức 10 ppb và (d) 40 ppb 63Hình 2.18 Sắc ký đồ khối phổ của: (a) Chuẩn bromate 40 μg/L và bromide 20 μg/L, (b)

Mẫu nước uống đóng chai NSX: 1104100704, (c) Mẫu nước uống đóng chai

NSX: 1104102305, (d) Mẫu nước uống đóng chai NSX: 0707102334, (e) Mẫu

nước khoán 1 và (f) Mẫu nước máy 1 68

Nước là một trong những yếu tố thiết yếu nhất cho quá trình phát triển của động

thực vật và trong phát triển kinh tế xã hội của mọi quốc gia Trước đây, khi vệ sinh

nguồn nước và việc khử trùng nước chưa được quan tâm đúng mức thì đã xảy ra nhiều

trận đại dịch làm chết hàng triệu người như: bệnh thương hàn, dịch tả và một số bệnh

lây qua đường nước Các vi khuẩn mầm bệnh trong nước là mối đe dọa hàng đầu tới

sức khỏe con người Do đó, việc khử trùng nguồn nước được xem như là giải pháp

quan trọng trong bảo vệ sức khỏe cộng đồng

Trước đây và hiện nay, quá trình khử trùng nước bằng khí chlor (chlorination)

thường được dùng trong các nhà máy xử lý nước Tuy nhiên, ngay từ thập niên 70,

người ta đã chứng minh được có rất nhiều hóa chất có khả năng gây ung thư như

trihalomethane, acid haloacetic luôn luôn có trong nước được khử trùng bằng khí chlor

và danh sách các hóa chất này ngày một dài ra Từ đó, nhiều cuộc nghiên cứu đã được

thực hiện để tìm ra phương pháp khử trùng thay thế, nhằm nâng cao khả năng loại bỏ

các hiểm họa mầm bệnh; đồng thời phải giảm các sản phẩm phụ có thể gây nên những

hiểm họa sức khỏe không mong muốn đối với con người

Một trong những giải pháp thay thế đó là phương pháp khử trùng bằng ozone

Phương pháp này đã cho thấy những triển vọng đầy hứa hẹn vì ozone là một chất oxi

hóa rất mạnh, có thể tiệt trùng và cải thiện chất lượng nước mà không tạo ra các hợp

chất hữu cơ bị chlor hóa vốn thường là những hợp chất có độc tính cao Tuy nhiên,

việc sử dụng ozone trong quá trình khử trùng nước vẫn còn bị hạn chế do phương pháp

này lại tạo ra sản phẩm phụ là bromate khi nguồn nước được xử lý có chứa bromide

Bromate cũng lại là một hóa chất độc, được Tổ chức Nghiên cứu Ung thư Quốc tế

(International Agency for Research on Cancer) xếp vào nhóm 2B – nhóm các chất có

khả năng gây ung thư trên cơ thể người

Cho đến nay, đã có rất nhiều phương pháp phân tích bromate và bromide được

trình bày trong các tiêu chuẩn và các báo cáo khoa học quốc tế Với việc áp dụng

những thiết bị hiện đại, một số phương pháp có thể xác định hàm lượng bromate và

Deleted: bromide và bromate

Deleted: bromide và bromate

bromide trong nước ở mức μg/L (ppb) hoặc thấp hơn Tuy nhiên, ở Việt Nam vẫn chưa

thấy công bố nghiên cứu cụ thể nào trong việc xác định hàm lượng bromate và bromide

trong nước cũng như trong một số nền mẫu khác Chính vì thế, việc phát triển một

phương pháp phân tích đơn giản, xác định nhanh và đồng thời bromate và bromide có

độ nhạy và độ tin cậy cao, đáp ứng được các tiêu chuẩn quốc gia, quốc tế là một vấn đề

cần thiết và cấp bách

Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên, với sự hỗ trợ trang thiết bị của Trung tâm Phân

tích Công nghệ cao Hoàn Vũ và dựa trên cơ sở khoa học của các công trình nghiên cứu

liên quan đã được công bố, chúng tôi thực hiện đề tài: “Xây dựng phương pháp xác

định bromate và bromide trong nước uống đóng chai bằng sắc ký ion kết nối với đầu

dò khối phổ plasma ghép cặp cảm ứng (IC/ICP-MS)” với các nội dung sau:

- Tối ưu điều kiện phân tích đồng thời bromate và bromide trên cột sắc ký trao đổi

anion và đầu dò ICP-MS

- Hiệu lực hóa phương pháp thông qua đánh giá độ nhạy, hiệu suất thu hồi, độ lặp

lại, độ tái lặp và sự nhiễu của phương pháp

- Sử dụng phương pháp trên để khảo sát hàm lượng bromate và bromide trong một

số mẫu nước trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh

Deleted: ppb Deleted: bromide và bromate

Deleted: bromide và bromate

Deleted:

Deleted: Phân tích hàm lượng Deleted: và bromate Deleted: ¶ Deleted: và bromate

Deleted: ị Deleted: bromide và bromate

1.1 SƠ LƯỢC VỀ BROMATE VÀ BROMIDE

1.1.1 Tính chất của bromate và bromide[3]

Bromate và bromide chủ yếu tồn tại dưới dạng muối natri hoặc kali Các tính

chất vật lý của chúng có thể tóm tắt như sau:

Trạng thái tinh thể trắng Không mùi, tinh thể trắng Không mùi, tinh thể trắng Không mùi, tinh thể trắng Không mùi,

Nhiệt độ nóng chảy, oC 755 734 (phân hủy) 384 (phân hủy) 434

Độ tan trong nước,

g/100g nước

90.8 (ở 20oC), 118.3 (ở 80oC)

65.2 (ở 20oC), 94.6 (ở 80oC)

36.4 (ở 20oC), 75.7 (ở 80oC)

6.87 (ở 20 o C), 34.28 (ở

80 o C)

Trong tự nhiên, brom tồn tại chủ yếu dưới dạng muối bromide phân bố trong đất

đá của vỏ trái đất Theo thời gian, muối bromide thôi ra và tích góp vào trong nước

biển ở nồng độ khoảng 65 mg/L Brom được khai thác từ các mỏ muối giàu bromide

hoặc từ biển Chết (có nồng độ bromide lên đến 5000 ppm).[1 6 ]

Bromate trong nước được hình thành khi nguồn nước có chứa bromide được xử

lý bằng ozone Bromide tồn tại trong nước sẽ bị oxi hóa thành hydrobromite và tiếp tục

bị oxi hóa thành bromate theo các phương trình phản ứng sau:[29]

Deleted: bromide và bromate

Deleted: 0 Deleted: 5

Deleted: 6

Tốc độ phản ứng của quá trình oxi hóa hypobromite thành bromate tăng ở pH

cao Phương trình (4) chứng tỏ rằng, ozone không thể oxi hóa hypobromite thành

bromate Do đó, giảm pH của quá trình khử trùng bằng ozone là một cách giảm thiểu

sự hình thành bromate, vì pH thấp hypobromite tồn tại chủ yếu ở dạng acid (Hình

1.1).[2 9 ]

Ngoài ra, sự hình thành bromate còn bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác như

liều lượng ozone, nồng độ bromide, thời gian khử trùng…[6], [ 20 ], [2 8 ], [2 9 ], [3 2 ], [3 4 ] Kết quả

nghiên cứu của Rengao Songcũngnhư của Urs von Gunton và các cộng sự đã cho thấy

sự hình thành bromate tăng khi tăng thời gian khử trùng, tăng nồng độ ozone hoặc

bromide ban đầu Tuy nhiên, khi tăng hàm lượng cacbon hữu cơ hòa tan (DOC) và

ammonia sẽ làm giảm quá trình hình thành bromate.[6], [20], [28], [32]

Hình 1.1 Dạng tồn tại của BrO - ở pH khác nhau

Hình 1.2 Các phản ứng xảy ra trong quá trình ozone hóa nguồn nước có chứa bromide dưới sự hiện

diện của DOC và ammonia

Formatted: Normal (Web), Indent:

Để hạn chế sự hình thành bromate, ngoài yếu tố giảm pH, người ta cho vào một

lượng nhỏ ammonia hoặc H2O2 trong quá trình khử trùng hoặc giảm liều lượng ozone

nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả khử trùng hoặc loại bỏ bromide bằng phương pháp thẩm

thấu ngược trước khi khử trùng bằng ozone.[6], [ 20 ], [2 8 ], [3 2 ], [3 4 ]

1.1.3 Độc tính của bromate[5], [2 1 ]

Khi vào cơ thể động vật, bromate nhanh chóng hấp thu qua màng ruột, di

chuyển vào máu và các cơ quan; một phần bromate bị khử về dạng bromide và đào thải

qua nước tiểu

Khi nghiên cứu sự phơi nhiễm trên chuột, các nhà khoa học thấy rằng tất cả

chuột thí nghiệm đều chết trong vòng 07 ngày khi chúng uống nguồn nước có chứa

hàm lượng bromate 1250 ppm (tương ứng 140 mg/kg thể trọng), hoặc xuất hiện các

khối u ung thư ở gan, thận, tuyến giáp, bao tử…sau 14 tuần phơi nhiễm với liều lượng

12 mg BrO3/kg

Trong một số trường hợp ngộ độc bromate ở người (với liều lượng dự đoán từ

20 đến 1000 mg BrO3/kg) quan sát được, các triệu chứng biểu hiện ban đầu là đau

bụng, buồn nôn, ói mửa và tiêu chảy Tiếp đến là tổn thương thận và mất khả năng

nghe Nếu không sơ cứu kịp thời, bệnh nhân có thể tử vong

Các nghiên cứu đã chứng minh rằng con người có nguy cơ ung thư là 1/10000

nếu bị phơi nhiễm với nguồn nước uống có bromate ở nồng độ 5.0 μg/L

Các quy định về hàm lượng Bromate trong nước ăn uống:

Bảng 1.2 Quy định về hàm lượng Bromate

tối đa ( μg/L)

Tổ chức Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) 10

Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) 25

Tổ chức Bảo vệ Môi trường Hoa kỳ (EPA) 10

Cộng đồng Châu Âu (EC) 10 Qui chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống

QCVN 01-2009/BYT 20 Qui chuẩn kỹ thuật quốc gia đối với nước khoáng thiên

nhiên và nước uống đóng chai QCVN 6-1:2010/BYT 10

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH BROMATE VÀ BROMIDE

Theo R Michalski, một phương pháp lý tưởng cho việc phân tích bromate và

bromide phải thỏa các điều kiện sau:[26]

- Phải có giới hạn phát hiện nhỏ hơn giới hạn cho phép (giới hạn cho phép của

bromate là 10 μg/L) Mặc dù bromide vẫn chưa có giới hạn cho phép nhưng

phương pháp vẫn phải đủ nhạy nhằm đánh giá sơ bộ chất lượng nước, đặc biệt

là nguồn nước đầu vào của các cơ sở sản xuất nước uống có sử dụng công nghệ

khử trùng bằng ozone;

- Không cần xử lý mẫu (làm giàu mẫu hay loại trừ nhiễu…);

- Thời gian phân tích ngắn;

- Chi phí thấp;

- Tính khả dụng của phương pháp

Hiện nay, đã có rất nhiều tiêu chuẩn và báo cáo khoa học đưa ra phương pháp

xác định bromate và bromide ở nồng độ thấp Trong đó, kỹ thuật sắc ký ion được sử

dụng rộng rãi và ngày càng trở thành công cụ phân tích hiệu quả, do đặc tính là độ

chọn lọc, độ tin cậy cao, có khả năng phân tích nhiều ion cùng lúc, phân tích hàng loạt

và có thể áp dụng cho nhiều nền mẫu, nhiều lĩnh vực khác nhau (từ môi trường, thực

phẩm đến y khoa…) Ngoài ra, một trong những thuận lợi lớn của kỹ thuật sắc ký ion

cần phải kể đến là có thể kết nối với nhiều loại đầu dò khác nhau, tùy theo mục đích sử

dụng

Bảng 1.3 xin liệt kê tóm tắt các phương pháp xác định bromide và bromide

được khuyến nghị bởi ISO, ASTM và US EPA.[8], [1 1 ], [1 2 ], [1 7 ], [1 8 ], [3 6 ], [3 8 ]

Deleted: BROMIDE VÀ BROMATE Deleted: bromide và bromate Deleted: 5

Bảng 1.3 Các phương pháp xác định bromate và bromide trên thế giới

Tiêu

chuẩn Tên phương pháp Cột Pha động

Thể tích tiêm (μL) Kỹ thuật Đầu dò

Giới hạn (μg/L)

- Đầu dò độ dẫn

- Đầu dò UV (λ=190-205 nm, xác nhận)

1.7 mM NaHCO 3 + 1.8 mM Na 2 CO 3

50 Mẫu được lọc và tiêm trực tiếp

Đầu dò độ dẫn, với bộ triệt nền màng

Br - : 10 BrO 3-: 20

EPA 300.1

part B (1997)

Xác định các anion vô cơ trong

nước bằng sắc ký ion Dionex IonPac AS9-HC 9.0 mM Na2 CO 3 200 Mẫu được lọc và tiêm trực tiếp

Đầu dò độ dẫn, với bộ triệt nền điện phân nguồn nước ngoài

Br - : 1.32 BrO3- : 0.98

Mẫu được lọc và tiêm trực tiếp

Đầu dò UV/Vis dùng phản ứng sau cột (thuốc thử o-

dianisidine) kết nối sau đầu

dò đo độ dẫn

- Đầu dò độ dẫn (xác định các ion khác)

- Đầu dò UV/Vis (λ=450 nm, xác định bromate)

Br - : 0.69 BrO 3-: 0.71 (PCR online) 0.12 (chỉ sử dụng UV/Vis với bộ phản ứng sau cột) EPA 321.8

(1997)

Xác định bromate trong nước

uống bằng sắc ký ion ghép nối

ICP/MS

Dionex

PA-100

5.0 mM HNO 3 + 25.0 mM NH4NO3 580

Mẫu được lọc và tiêm trực

Mẫu được lọc và tiêm trực tiếp

Đầu dò UV/Vis với bộ phản ứng sau cột (thuốc thử KI/Mo(VI)) kết nối sau đầu dò đo độ dẫn

- Đầu dò độ dẫn, với bộ triệt nền điện phân nguồn nước ngoài

- Đầu dò UV/Vis (λ=352 nm, xác định bromate)

Br - : 1.7 BrO 3-: 1.2 (Đầu dò độ dẫn )

0.17 (Đầu dò UV/Vis)

ASTM

D 6581-00

(2000)

Phương pháp chuẩn xác định

Bromate, Bromide, Chlorate,

và Chlorite trong nước uống

bằng sắc ký ion với bộ triệt

nền hóa học

Dionex IonPac AS9-HC 9.0 mM Na2 CO 3 200 Mẫu được lọc và tiêm trực tiếp

- Đầu dò độ dẫn, với bộ triệt nền điện phân nguồn nước ngoài

Br - : 20 BrO 3-: 5

Formatted: Subscript Formatted: Subscript

Deleted:

Deleted: với bộ

Deleted:

Bên cạnh các phương pháp trên, còn có rất nhiều phương pháp xác định bromate

và bromide trong nước.[7], [9], [1 4 ], [1 5 ], [1 9 ], [2 1 ], [2 3 ], [2 4 ], [2 5 ], [2 7 ], [2 9 ], [3 5 ] Nhưng phần lớn vẫn

dựa trên kỹ thuật sắc ký ion kết nối với đầu dò đo độ dẫn hoặc đầu dò UV/Vis dùng

phản ứng sau cột hoặc với đầu dò khối phổ plasma ghép cặp cảm ứng

Trong các phòng thí nghiệm hiện đại, kỹ thuật IC/ICP-MS được dùng phổ biến

nhất, do kỹ thuật này có thể xác định đồng thời nhiều dạng/nguyên tố ở nồng độ thấp

(ngoài bromate và bromide, IC/ICP-MS còn có thể phân tích đồng thời các sản phẩm

phụ khác của quá trình khử trùng nước bằng ozone như chlorate, chlorite ) và thời

gian phân tích nhanh (do mẫu phần lớn không cần phải qua xử lý, đặc biệt là mẫu nước

uống đóng chai) Trong khi các kỹ thuật khác đòi hỏi hoặc phải kết nối đồng thời đầu

dò đo độ dẫn với đầu dò UV/Vis với hệ thống phản ứng sau cột; hoặc phải làm giàu

mẫu, tiêu tốn nhiều thời gian và dụng cụ cần thiết Hơn nữa một số hóa chất sử dụng

trong quy trình phân tích có độc tính cao; ví dụ o-dianisidine (thường được sử dụng

trong kỹ thuật phản ứng sau cột xác định bromate) là chất có khả năng gây ung thư; và

như vậy đòi hỏi phải có hệ thống xử lý chất thải chuyên biệt.[26]

Hình 1.3 Hệ thống sắc kí ion xác định bromide và bromate trong nước theo phương pháp EPA

Tuy nhiên, bất lợi lớn nhất của IC/ICP-MS là giá thành cao và kỹ thuật này vẫn

được cho là phức tạp, đòi hỏi người vận hành phải có trình độ và kinh nghiệm và có lẽ

do nguyên nhân này mà cho đến nay phương pháp chuẩn quốc tế để xác định bromide,

bromate và các sản phẩm phụ khác của quá trình khử trùng bằng ozone dựa trên kỹ

thuật IC/ICP-MS vẫn chưa được ban hành.[26]Tuy vậy theo ý kiến chúng tôi, việc sử

dụng đầu dò ICPMS để phát hiện bromide/bromate sau khi tách bằng IC sẽ ngày càng

phổ biến do đầu dò này ngày càng được sử dụng rộng rãi và do những ưu điểm vượt

trội của nó về độ chọn lọc và khả năng phát hiện đồng thời các chất khác ngoài

bromide/bromate trên cùng một lần tách trên IC

Nhận xét

Dựa vào ưu nhược điểm của các phương pháp trình bày ở trên và điều kiện sẵn

có của phòng thí nghiệm Trung tâm Phân tích Công nghệ cao Hoàn Vũ, chúng tôi

quyết định chọn phương pháp IC/ICP-MS để xác định hàm lượng bromate và bromide

trong các mẫu nước uống đóng chai và các nguồn nước đầu vào của một số cơ sở sản

xuất nước uống đóng chai

Phương pháp sắc ký ion kết nối đầu dò plasma ghép cặp cảm ứng khối phổ (viết

tắt là IC/ICP-MS) đã xuất hiện khoảng trên 20 năm kể từ khi hệ thống ICP-MS tương

đối hoàn thiện và sự ra đời của các phần mềm hỗ trợ cho việc ghép nối giữa sắc ký

lỏng hiệu năng cao (HPLC) và ICP-MS

Một trong những đặc tính nổi trội của hệ thống IC/ICP-MS là khả năng định

lượng các dạng tồn tại (speciation) khác nhau của cùng một nguyên tố Hiện nay, trên

thế giới phương pháp IC/ICP-MS được áp dụng rộng rãi để phân tích methyl thủy

ngân; As (III), As (V) và arsen hữu cơ; Cr (III) và Cr (VI); Se (IV) và Se (VI)…

Formatted: Not Superscript/

Deleted: bromide và bromate

Deleted: ghép

1.3.1 Sơ lược về phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao [1], [2]

1.3.1.1 Phạm vi ứng dụng

Sắc ký lỏng hiệu năng cao (High Performance Liquid Chromatography - HPLC)

là một phương pháp tách và phân tích các hợp chất được sử dụng rộng rãi và phổ biến

nhất hiện nay vì nhiều lý do: có độ nhạy tương đối cao, có khả năng định lượng tốt,

thích hợp cho việc tách các hợp chất khó bay hơi hoặc dễ bị phân hủy nhiệt, có phạm vi

ứng dụng trải rộng trong nhiều lĩnh vực từ nghiên cứu khoa học trong các phòng thí

nghiệm đến công nghiệp và một số lĩnh vực khác

Hợp chất có thể phân tích bằng sắc ký lỏng như: amino acid, protein, nucleic

acid, hydrocarbon, carbonhydrat, thuốc kháng sinh, các hợp chất terpen, thuốc trừ sâu,

chất hoạt động bề mặt, steroid, các hợp chất vô cơ, …

Dựa vào sự khác nhau về cơ chế tương tác giữa pha tĩnh, pha động và chất tan

trong sắc ký lỏng hiệu năng cao mà người ta có thể phân chia nó ra làm các loại: sắc ký

hấp phụ, sắc ký phân bố, sắc ký ion, sắc ký rây phân tử…

Mỗi kỹ thuật sắc ký nêu trên sẽ có một khả năng áp dụng ưu việt riêng cho từng

lĩnh vực, từng hợp chất phân tích Việc hiểu rõ về đặc tính và khả năng ứng dụng của

chúng mà ta có thể lựa chọn từng loại sắc ký phù hợp để áp dụng

1.3.1.2 Nguyên lý hoạt động

Mẫu gồm các chất phân tích sau khi được tiêm vào cột sẽ tương tác với pha

động và pha tĩnh ở mức độ khác nhau tùy vào ái lực của từng chất trên mỗi pha Sự

khác biệt giữa mức độ tương tác của từng chất trên hai pha là động lực chính để các

chất này tách ra khỏi nhau trên cột Các chất phân tích sẽ theo pha động tuần tự ra khỏi

cột sẽ được ghi nhận bởi đầu dò phù hợp

Sắc ký lỏng có thể ghép với nhiều loại đầu dò khác nhau như: đầu dò tử

ngoại-khả kiến (UV-Vis), đầu dò huỳnh quang (FLD), đầu dò chỉ số khúc xạ (RID), đầu dò

điện hóa (ECD), đầu dò khối phổ, …

Deleted: ; Deleted: ; Deleted: ;

Nếu cột sắc ký sử dụng là cột trao đổi ion (anion hoặc cation) thì được gọi là sắc

ký trao đổi ion hay sắc ký ion

1.3.2 Phương pháp sắc ký ion [1], [2]

1.3.2.1 Nguyên tắc

Sắc ký ion là dựa trên hiện tượng trao đổi thuận nghịch giữa các ion linh động

liên kết trên bề mặt pha tĩnh rắn với các ion trong dung dịch mẫu, khi cho dung dịch

này đi qua cột được nạp đầy pha tĩnh (chất trao đổi ion) Bản chất của quá trình tách là

dựa trên ái lực tĩnh điện khác nhau của ion trong dung dịch với các trung tâm trao đổi

ion của ionit

1.3.2.2 Pha tĩnh trong sắc ký trao đổi ion

Pha tĩnh trong sắc ký trao đổi ion là các ionit gồm sườn polime hoặc silic ghép

gốc hữu cơ có chứa anion hoặc cation linh động có thể trao đổi với anion hoặc cation

trong dung dịch Có hai loại ionit:

Cationit là ionit có khả năng trao đổi với các cation:

R–H+ + M+ = R–M+ + H+Anionit là ionit có khả năng trao đổi với các anion:

R–OH- + X- = R–X- + OH1.3.2.3 Pha động trong sắc ký trao đổi ion

-Pha động trong sắc kí trao đổi ion là dung dịch chứa các ion rửa giải (H+,

Na+…cho cation và Cl-, OH-, CO32-…cho anion), đệm pH và nếu cần thì thêm một

ligand tạo phức với các cation cần tách

1.3.2.4 Cơ chế trao đổi ion

Khi các chất phân tích là các ion đi qua cột, chúng được giữ lại trên pha tĩnh nhờ

vào lực hút giữa các nhóm chức (bị ion hóa) trái dấu cố định trên bề mặt pha tĩnh, lúc

này một cân bằng động đuợc thiết lập giữa pha tĩnh-ion chất phân tích liên kết trên pha

Formatted: Superscript Deleted: +

Deleted:

Deleted:

Deleted: và ion chất phân tích mang

điện tích trái dấu

tĩnh, ion chất phân tích trong pha động và pha động Khi pha động di chuyển, một cân

bằng mới được thiết lập trong đó một phần ion phân tích trên pha tĩnh tan vào pha động

hoặc một phần ion chất phân tích trong pha động liên kết với pha tĩnh để thiết lập, một

cân bằng động mới Quá trình này làm cho ion chất phân tích di chuyển trong cột Sự

khác biệt về ái lực giữa pha tĩnh – các ion chất phân tích – pha động giúp quá trình tách

trên cột diễn ra

Hình 1.4 Cơ chế trao đổi ion

Deleted: u

Deleted: ¶

Deleted: trong sắc ký

1.3.2.5 Hấp dung của ionit

Mỗi loại ionit đều có khả năng hấp thụ một lượng nhất định các ion Hấp dung

của ionit được biểu diễn bằng số mili đương lượng gam của ion bị một gam nhựa hấp

phụ

Hình 1.5 Các đại lượng đặc trưng của sắc ký

1.3.3.1 Thời gian lưu t R

Là thời gian để chất phân tích sau khi tiêm vào cột đến đầu dò, được tính bằng

công thức:

o R

×

×

×

= 4

2 0

π

Trong đó: L: chiều dài cột, cm

dc: đường kính cột, cm V: tốc độ dòng pha động, mL/phút (cm 3 /phút)

Có thể nhận danh chất thông qua thời gian lưu vì trong cùng điều kiện thí

nghiệm trên một thiết bị sắc ký lỏng nhất định, thời gian lưu của chất đó là một đại

Formatted: Bullets and Numbering

Deleted: ¶

Deleted: ¶ Deleted: Page Break

Deleted:

lượng xác định Tuy vậy, độ tin cậy của phương pháp nhận danh không cao do có khả

năng chồng chập píc của các ion có thời gian lưu gần nhau

1.3.3.2 Hệ số dung lượng k'

Hệ số dung lượng k'là đại lượng quan trọng nhất trong sắc ký, mô tả tốc độ lưu

của chất phân tích trong cột, được tính theo công thức sau:

M S

M M

S S

V

V K V C

V C

×

×

= '

o

R o R

t

t t

C : nồng độ cấu tử trong pha tĩnh; C M : nồng độ cấu tử trong pha động

- k'vừa tùy thuộc vào bản chất của chất tan, bản chất của hai pha tĩnh và động,

vừa tùy thuộc vào bản chất của cột

- k' ≈ 0: chất ra rất nhanh, cột không có khả năng giữ chất lại

- k'càng lớn, thời gian phân tích càng kéo dài, píc có khả năng bị dãn rộng do

chất phân tích bị giữ lâu trong cột

- Khoảng k'lý tưởng là 2÷5, nhưng khi phân tích một hỗn hợp phức tạp, k'có thể

chấp nhận trong khoảng 1÷20

1.3.3.3 Hiệu năng

Hiệu năng hay số đĩa lý thuyết (kí hiệu N) của cột đặc trưng cho khả năng tách

píc sắc ký của các cấu tử trên cột Ncàng lớn, hiệu quả tách càng cao

2 2

2 / 1 16 54

t

Với: W : bề rộng píc sắc ký;

2 / 1

W : bề rộng của píc ở phân nửa chiều cao

Số đĩa lý thuyết càng lớn, bề rộng Wcàng nhỏ, píc càng nhọn Chiều dày ứng

với mỗi đĩa lý thuyết là

Deleted: mũi

Theo phương trình Van Deemter:

u C u

B A

biểu diễn ảnh hưởng của khuếch tán dọc;

- C.u biểu diễn ảnh hưởng của sự truyền khối

Hình 1.6 Đường cong Van Deemter

1.3.3.4 Độ chọn lọc α

Độ chọn lọc α đặc trưng cho khả năng tách của 2 cấu tử cần phân tích A

và B:

o A R o B R

t t k

k K

line: 0 cm

Formatted: Centered, None, Indent:

First line: 1.27 cm

Formatted: Level 1, Outline

numbered + Level: 4 + Numbering Style: 1, 2, 3, … + Start at: 1 + Alignment: Left + Aligned at: 0 cm + Tab after: 1.27 cm + Indent at: 1.27 cm

Formatted: Indent: Left: 1.27 cm,

2.1 DỤNG CỤ, THIẾT BỊ, HOÁ CHẤT

2.1.1 Thiết bị và dụng cụ

ƒ Hệ thống IC/ICP-MS bao gồm: hệ thống sắc ký lỏng Thermo P4000

(Finigan) kết nối với đầu dò ICP-MS Elan 6000 (Perkin Elmer), phần mềm

Chromera điều khiển thiết bị và ghi dữ liệu

ƒ Cột sắc ký trao đổi anion: IC Pak Anion (Waters), IonPac AS11-HC

ƒ Cân phân tích có độ chính xác ± 0.01 mg và 0.1 mg

ƒ Máy đo pH (Metrohm)

ƒ Máy đánh siêu âm

ƒ Hệ lọc dung môi 0.45 μm và các dụng cụ cần thiết trong phòng thí nghiệm

2.1.2 Hoá chất

ƒ Chuẩn KBr (99.999%, Sigma Aldrich)

ƒ Chuẩn KBrO3 (99.8%, Sigma Aldrich)

ƒ Chuẩn CH2BrCOOH (99.9%, Sigma Aldrich)

ƒ Chuẩn CHBr2COOH (99.5%, Sigma Aldrich)

2.1.3 Chuẩn bị dung dịch chuẩn và pha động

2.1.3.1 Dung dịch chuẩn BrO3- 1000 mg/L cân chính xác 13.06 mg KBrO3 cho vào bình

định mức 10 mL Sau đó, dùng nước cất khử ion định mức đến vạch

2.1.3.2 Dung dịch chuẩn Br- 1000 mg/L: cân chính xác 14.89 mg KBr cho vào bình

định mức 10 mL Sau đó, dùng nước cất khử ion định mức đến vạch

2.1.3.3 Dung dịch chuẩn CH2BrCOOH 1000 mg/L cân chính xác 10.0 mg

CH2BrCOOH cho vào bình định mức 10 ml Sau đó, dùng nước cất khử ion

định mức đến vạch

2.1.3.4 Dung dịch chuẩn CHBr2COOH 1000 mg/L: cân chính xác 10.00 mg KBr cho

vào bình định mức 10 ml Sau đó, dùng nước cất khử ion định mức đến vạch

Lưu ý: Các dung dịch chuẩn làm việc để xây dựng dãy chuẩn được chuẩn bị trước khi

phân tích.

2.1.3.5 Pha động NH4NO3 8.6 mM (pH = 9): hút chính xác 0.6 mL HNO3 đậm đặc cho

vào beaker 1000 mL đã chứa sẵn 500mL nước cất khử ion, dùng pipet cho vào

từng giọt NH4OH đến khi pH đạt đến 9 (dùng máy đo pH) Chuyển dung dịch

vào bình định mức 1000 mL, định mức đến vạch bằng nước cất khử ion Sau đó,

dung dịch được lọc qua màng lọc 0.45 μm và đánh siêu âm để loại khí khoảng

15 phút

2.1.3.6 Pha động (NH4)2CO3 11 mM (pH = 11): Hòa tan 1057 mg (NH4)2CO3 trong

500mL nước cất khử ion, dùng pipet cho vào từng giọt NH4OH đến khi pH đạt

đến 11 (dùng máy đo pH) Chuyển dung dịch vào bình định mức 1000 mL, định

mức đến vạch bằng nước cất khử ion Sau đó, dung dịch được lọc qua màng lọc

0.45 μm và đánh siêu âm để loại khí khoảng 15 phút

Formatted: Font: 13 pt Formatted: Level 1, Indent: Left: 0

cm, Outline numbered + Level: 4 + Numbering Style: 1, 2, 3, … + Start at: 1 + Alignment: Left + Aligned at: 1.9 cm + Tab after: 3.17 cm + Indent at: 3.17 cm, Adjust space between Latin and Asian text, Adjust space between Asian text and numbers, Tabs: Not at 3.17 cm

Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Not Superscript/

Subscript

Formatted: Bullets and Numbering

2.2 CÁC NỘI DUNG KHẢO SÁT

2.2.1 Khảo sát các thông số kỹ thuật của hệ thống IC/ICP-MS

Việc khảo sát các thông số kỹ thuật nhằm mục đích đạt được độ phân giải, thời

gian phân tích phù hợp, đáp ứng được độ nhạy và độ ổn định, giới hạn phát hiện và

giới hạn định lượng tốt nhất theo yêu cầu phân tích

Để xác định các thông số kỹ thuật của hệ thống IC/ICP-MS, chúng tôi tiến hành

khảo sát các bước sau đây:

2.2.1.1 Khảo sát lưu lượng khí Ar và năng lượng sóng cao tần RF tối ưu cho nhiệt độ

nguồn plasma của ICP-MS

Trong hệ thống ICP-MS, nhiệt độ nguồn plasma là yếu tố quyết định hiệu suất

ion hóa của chất cần phân tích Khi nhiệt độ nguồn plasma thấp, các nguyên tử tự do

không được ion hóa hết; ngược lại, khi nhiệt độ nguồn plasma quá cao, hiện tượng tạo

ion 2 điện tích (double charged) tăng lên Cả hai trường hợp đều làm giảm hiệu suất ion

hóa, giảm độ nhạy của quá trình xác định

Hai yếu tố chính ảnh hưởng đến nhiệt độ nguồn plasma là lưu lượng khí Ar

mang mẫu và năng lượng sóng cao tần RF Khi lưu lượng khí Ar quá nhỏ hoặc năng

lượng sóng cao tần RF quá lớn sẽ làm tăng nhiệt độ nguồn plasma và ngược lại Việc

khảo sát ảnh hưởng của hai yếu tố này nhằm tìm ra điều kiện mà tại đó cho cường độ

của các ion phân tích trong mẫu là cao và ổn định nhất

Cách thực hiện:

- Dùng bơm nhu động, đưa dung dịch chuẩn bromide nồng độ 100 μg/L vào

nguồn plasma;

- Cố định năng lượng sóng cao tần RF và thay đổi lưu lượng dòng khí Ar từ

thấp đến cao Thực hiện tương tự tại các mức năng lượng RF khác nhau

Formatted: Bullets and Numbering

Deleted: ¶

¶

Deleted: mang mẫu

Deleted: ppb Deleted:

Deleted: ¶

2.2.1.2 Lựa chọn đồng vị phân tích

Trong tự nhiên, brom có hai đồng vị bền là 79Br (50.69%) và 81Br (49.31%)

Mục đích của việc khảo sát này là chọn được một đồng vị có thể đáp ứng được độ nhạy

Thể tích tiêm 200 μL Thời gian ghi dữ liệu 10 phút

m/z khảo sát 79 và 81

2.2.1.3 Khảo sát các thông số của hệ thống sắc ký lỏng

Khảo sát này cho phép tìm và chọn điều kiện tách tốt nhất cho ion bromide và

ion bromate trong khoảng thời gian phân tích phù hợp

Trên cơ sở tham khảo các công trình nghiên cứu đã được công bố kết hợp với

các điều kiện thực tế, việc khảo sát được tiến hành trên cột trao đổi anion IC Pak A của

hãng Waters với các đặc trưng sau:

Bảng 2.1 Các thông số của cột sắc ký trao đổi anion IC Pak A

Thông số IC Pak A

Kích thước cột và kích cỡ hạt 4.6mm x 50mm, 10 μm

Hấp dung 30±3 μeq/mL Nhóm chức/chất mang Quaternary ammonium/ polymethacrylate Tốc độ dòng khuyến nghị, mL/phút 1.2

Áp suất đối đa, bar 67 Khoảng pH sử dụng 1-12

Pha động được chọn để khảo sát là NH4NO3 và (NH4)2CO3 vì các chất này dễ

phân hủy và bay hơi ở nhiệt độ cao, thích hợp cho đầu dò ICP/MS

2.2.1.4 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng

Kết quả của các nghiên cứu trước đây:

- Theo Creed và các cộng sự: Khi các anion (F-, Cl-, NO2-, NO3-, PO43-, SO42-)

trong mẫu có nồng độ < 50 mg/L thì không ảnh hưởng đến quá trình định

lượng bromate nhưng nếu hàm lượng chloride trong mẫu > 1000 mg/L thì

thời gian lưu của bromate sẽ bị trôi.[1 9 ]

- Theo Zhong-Xian Guo và các cộng sự: khi phân tích đồng thời bằng

IC/ICP-MS, bromate và acid monobromoacetic khó tách hoàn toàn nếu không sử

dụng cột chuyên biệt AS11-HC của Dionex.[3 5 ]

Do đó, chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các anion (F-, Cl-, NO2-,

NO3-, PO43-, SO42-) vì các anion này thường hiện diện trong nước Tùy vào nguồn nước

mà hàm lượng của các anion ở mức thấp hay cao

Đồng thời, chúng tôi cũng tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng của các acid

bromoacetic Các acid này có thể được sinh ra trong quá trình xử lý ozone khi nguồn

nước có chứa chất hữu cơ.[32]

Điều kiện khảo sát:

- Áp dụng các thông số kỹ thuật đã được khảo sát cho hệ thống IC/ICP-MS

- Dung dịch chuẩn hỗn hợp bromate và bromide 25 μg/L có chứa các anion (F,

2.2.2 Khảo sát khoảng tuyến tính của dãy chuẩn

Việc khảo sát độ lặp lại của thời gian lưu giữa các lần tiêm mẫu và sự phụ thuộc

tuyến tính giữa diện tích của pic sắc ký với nồng độ tương ứng rất quan trọng của một

phương pháp thử Việc khảo sát này giúp ta có thể định tính và định lượng chính xác

hàm lượng chất phân tích có trong mẫu

Điều kiện khảo sát:

- Chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn hỗn hợp Br- và BrO3- có nồng độ khác nhau

(tất cả đều được pha trong nước cất khử ion)

- Phân tích các dung dịch chuẩn bằng hệ thống IC-ICP/MS với các điều kiện

đã khảo sát theo thứ tự nồng độ từ thấp đến cao

Từ kết quả phân tích trên sắc ký đồ, vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa diện

tích của các píc thu được và nồng độ các chuẩn tương ứng

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

Việc khảo sát giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp cho

biết giá trị thấp nhất của chất phân tích có trong mẫu thực mà phương pháp có thể phát

hiện và định lượng chính xác

Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp được tính toán

thông qua so sánh cường độ tín hiệu (chiều cao) píc chất phân tích với đường nền mẫu

tại nồng độ Cmin, sao cho tỉ số tín hiệu (S) và nhiễu (N) thỏa điều kiện: 3 ≤ = ≤ 10

N

S T

Giới hạn phát hiện của phương pháp được tính theo công thức:

T

C LOD= 3× min

Giới hạn định lượng của phương pháp được tính theo công thức:

¶

Page Break

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

Mẫu nước phân tích

Lọc qua giấy lọc 0.45 μm

Định lượng trên thiết bị IC-ICP/MS

2.2.4 Đánh giá hiệu suất thu hồi, độ lặp lại và độ tái lặp của phương pháp

2.2.4.1 Quy trình xác định bromate và bromide trong nước

Quy trình xác định bromate và bromide trong nước được thực hiện theo sơ đồ

sau:

Trong đề tài luận văn này, đối tượng mẫu khảo sát là các sản phẩm nước uống

đóng chai và nguồn nước đầu vào (nguyên liệu ) của một số cơ sở sản xuất

2.2.4.2 Khảo sát hiệu suất thu hồi, độ lặp lại và độ tái lặp của phương pháp

Nhằm đánh giá độ đúng và độ chính xác của quy trình phân tích, chúng tôi tiến

hành khảo sát hiệu suất thu hồi, độ lặp lại và độ tái lặp của phương pháp

Hiệu suất thu hồi của phương pháp được thực hiện bằng cách thêm hỗn hợp

chuẩn bromate và bromide vào nền mẫu nước uống với 4 mức nồng độ khác nhau, mỗi

mức thực hiện 7 lần nhằm đánh giá độ lặp lại Tiến hành phân tích trên IC/ICP-MS vào

03 ngày khác nhau để đánh giá độ tái lặp của phương pháp

- Hiệu suất thu hồi (Rm) được đánh giá theo công thức sau:

% 100

với: Cobs: hàm lượng chất phân tích quan sát được

Cspike: hàm lượng chất phân tích thêm vào

- Độ lặp lại được đánh giá thông qua độ lệch chuẩn tương đối theo công thức

sau:

Formatted: Danish Formatted: Danish Formatted: Danish

Formatted: Bullets and Numbering Formatted: Danish

Deleted: bromide và bromate

Deleted: bromide và bromate

Deleted: Page Break

Khảo sát hiệu suất thu hồi, độ lặp lại và

độ tái lặp của phương pháp¶

Deleted: bromide và bromate

Deleted: o

% 100

×

=

obs C

với: s: độ lệch chuẩn ứng với mỗi mức nồng độ

Cobs (i): hàm lượng chất phân tích quan sát được của lần phân tích thứ i

obs

C : hàm lượng trung bình chất phân tích quan sát sau n lần lặp lại

Nếu RSD càng nhỏ thì phương pháp có độ lặp lại càng tốt

- Độ tái lặp được đánh giá thông qua phân bố Fisher thực nghiệm theo công

thức sau:

2 2

2 1

s

s

F TN =

với: s1, s2 là độ lệch chuẩn ứng với hai ngày phân tích khác nhau

Nếu FTN < FLT thì phương pháp có độ tái lặp tốt (với FLT là phân bố Fisher lý

thuyết ứng với điều kiện thực nghiệm và xác xuất 95%)

2.2.5 Độ không đảm đo của phương pháp:

Độ không đảm bảo đo của kết quả phân tích được tính toán từ các số liệu khảo

sát hiệu suất thu hồi, độ lặp lại và độ tái lặp của phương pháp.[3 3 ],[3 7 ]

2.2.5.1 Các nguồn độ không đảm bảo đo

Từ các số liệu khảo sát, độ không đảm bảo đo của nồng độ chất phân tích có

trong mẫu bao gồm các thành phần sau:

- u(P): Độ không đảm bảo đo ngẫu nhiên đặc trưng cho độ lặp lại của phương

pháp (Precision)

- u(R): Độ không đảm bảo đo hệ thống đặc trưng cho độ đúng của phương pháp

(Trueness)

Formatted: Bullets and Numbering

Formatted: Font: Not Bold Formatted: Bullets and Numbering

2.2.5.2 Tính độ không đảm bảo đo

a Độ không đảm bảo đo thành phần

a.1 Độ lặp lại và độ tái lặp (Precision)

Độ không đảm bảo đo, u (P)được tính theo công thức sau:

) 1 ( ) 1 ( ) 1 ( ) 1 (

) 1 ( )

1 ( )

1 ( )

1 ( )

(

4 3

2 1

2 4 4

2 3 3

2 2 2

2 1 1

− +

− +

− +

−

×

− +

×

− +

×

− +

×

−

=

n n

n n

RSD n

RSD n

RSD n

RSD n

Độ đúng của phương pháp được đánh giá thông qua hiệu suất thu hồi (R) trên

nền mẫu cụ thể Tuy nhiên, các nền mẫu thực tế phân tích không hoàn toàn giống

nền mẫu đã khảo sát ban đầu Do đó, hiệu suất thu hồi trên một nền mẫu cụ thể

được xem như là sự đóng góp của các thành phần sau:

• R m- là hiệu suất thu hồi trung bình của phương pháp trên mẫu chuẩn (CRM-

Certified Reference Material) hoặc mẫu thêm chuẩn

• R s -là hệ số đánh giá sự khác biệt giữa hiệu suất thu hồi trên một nền mẫu cụ

thể so với R m

a.2.1 Độ không đảm bảo đo u( R m )

Đánh giá độ không đảm bảo đo thành phần u(R m) từ độ đúng thông qua

hiệu suất thu hồi ứng với mức nồng độ mỗi mức từ số liệu khảo sát hiệu suất thu

hồi

Độ không đảm bảo đo, u(R )được tính theo công thức:

Formatted: Font: Italic, Underline

2 2

) (

obs

obs m

C u C n

s R

R u

Trong đó:

o s obs : độ lệch chuẩn của kết quả phân tích

o u(C spike) : độ không đảm bảo đo của dung dịch chuẩn thêm vào mẫu,

được tính theo định luật lan truyền sai số

Đánh giá sự khác biệt của hiệu suất thu hồi so với 1 bằng công thức sau:

) (

1

m

m R u

R

=

- Nếu t<t crit,n−1 (t crit : hệ số Student với số bậc tự do f= n-1, xác suất 95%):

hiệu suất thu hồi không khác biệt đáng kể so với 1 (tức hiệu suất là 100%),

kết quả không cần hiệu chỉnh theo hiệu suất thu hồi Khi đó, độ không đảm

bảo đo đóng góp từ R m iđược tính theo công thức sau:

96 1

) ( )

m

R u t R

- Nếu t>t crit,n−1, hiệu suất thu hồi khác biệt đáng kể so với 1, kết quả cần hiệu

chỉnh theo hiệu suất thu hồi Trong thực tế, kết quả phân tích từ phòng thí

nghiệm không hiệu chỉnh theo hiệu suất thu hồi, bất kể hiệu suất thu hồi có

khác biệt đáng kể so với 1 hay không Khi đó, sai số đóng góp từR mđược

tính theo công thức sau:

2 2

a.2.2 Độ không đảm bảo đo u(R s ) của hiệu suất thu hồi ở nhiều mức nồng độ

khác nhau

1

) (

) ( )

m

m

R

R u R

R u R R u

Khi tính độ không đảm bảo đo u(R), giá trị Rs được xem như bằng 1

b Độ không đảm bảo đo tổng hợp, u(C)

) ( ) (

⎥⎦

⎤

⎢⎣

⎡ +

=

R

R u P u C

C u

c Độ không đảm bảo đo mở rộng, U(C)

) ( )

d Báo cáo kết quả: C(μg/kg) =C±U(C)

Độ KĐBĐ báo cáo là độ KĐBĐ mở rộng với hệ số bao phủ k =2, ứng với

mức tin cậy xấp xỉ 95%

Formatted: Indent: First line: 0.63

cm