PHƢƠNG PHÁP ĐỊNH LƢỢNG BENZENE TRONG NƢỚC GIẢI KHÁT-KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN SỰ TẠO THÀNH BENZENE-ĐỀ XUẤT CƠ CHẾ HÌNH THÀNH BENZENE

Trang 29 PHẦN NỘI DUNG PHƢƠNG PHÁP ĐỊNH LƢỢNG BENZENE TRONG NƢỚC GIẢI KHÁTKHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN SỰ TẠO THÀNH BENZENE-ĐỀ XUẤT CƠ CHẾ HÌNH THÀNH BENZENE 2.1 ĐỊNH LƢỢNG BENZENE TRONG NƢỚC GIẢI KHÁT[19],[25],[27],[31],[32],[33],[36] 2.1.1 Thiết bị dụng cụ hóa chất 2.1.1.1 Thiết bị - Hệ thống sắc ký khí ghép khối phổ GCMS-QP2010 Shimadzu gồm: + Hệ thống sắc ký khí GC2010 + Cột sắc ký khí mao quản : 30m x 0,25mm x 0,25μm (5 % phenyl), SLB-5MS, Supelco tương đương + Đầu dò khối phổ tứ cực : GCMS-QP2010-Shimadzu, Japan + Hệ thống tiêm mẫu tự động : Combi Pal AOC 5000 (Auto Injector-Shimadzu) + Kim tiêm pha khí : Loại cho tiêm mẫu khí (gas tight) CTC Analysis, Hamilton USA + Phần mềm xử lý số liệu : GCMS Solution-Shimadzu + Thư viện nhận danh : NIST (USA) cập nhật 2005 - Buồng ủ mẫu phân tích : Có thể điều khiển nhiệt độ - Cân phân tích độ xác 0,1mg : Sartorius CP225D, Germany - Máy hiệu chỉnh pH : Sartorius, Germany - Hệ thống thổi khí nitơ : Khí nitrogen (độ tinh khiết khí 99,99%), Messer, Vietnam Trang 30 đồng hồ van điều khiển áp suất dịng khí, USA - Lọ chứa mẫu : Dung tích 20 ml, đường kín nắp miếng đậy PTFE Teflon 0,13 mm; Supelco, USA - Pipet thủy tinh DIN A loại - Bình định mức thủy tinh Din A loại - Cốc thủy tinh loại - Dụng cụ thủy tinh: cốc có mỏ (becher), đũa khuấy - Máy lắc rung - Nhiệt kế điện tử : Vortex : Temperature/Humidity Clock HL-100, Taiwan (Đài Loan) - Micropipet : 1-10l : 5-50 l : 20-1000 l, Isolab, Germany - Kim tiêm tay : 25 l : 10 l, Halmilton, USA - Nhiệt kế thủy tinh - Giá đựng lọ phản ứng - Buồng ủ mẫu : 10-100oC, Germany : Nhiệt độ hiệu chỉnh : Memmert, Đức - Buồng chiếu tia UV - Mắt kính chống tia UV 2.1.1.2.Hóa chất - Benzene (C6H6) : Chuẩn gốc, Merck, loại dùng cho GC - Benzene-d6 (C6D6) nội chuẩn : Chuẩn gốc, Dr Ehrenstorfer, nồng độ gốc 2000 mg/l - Methanol (MeOH) : Merck, loại dùng cho GC Trang 31 - Phosphoric acid đậm đặc (H3PO4) : Merck, tinh khiết phân tích - Acetic acid đậm đặc : Glacial CH3COOH, Merck, tinh khiết phân tích - Hydrochloric acid : HCl đậm đặc 37%, tinh khiết phân tích ống chuẩn 1N - Sulfuric acid đậm đặc 98% : Prolabo, tinh khiết phân tích, Spain - Nước cất hai lần khử ion : Độ dẫn nhỏ 0,62 S - Sodium EDTA : Merck, tinh khiết phân tích - H2O2 37% : Merck, tinh khiết phân tích - Đồng sulfat khan : Anhydrous CuSO4, Merck, tinh khiết phân tích - Sắt Sulfat ngậm bảy phân tử nước : FeSO4.7H2O, Merck, tinh khiết phân tích - Sodium benzoate Sodium benzoate : Merck, tinh khiết phân tích : Natri Benzoat - Ascorbic acid : Merck, tinh khiết phân tích - Sodium hydroxide (NaOH) : Merck, tinh khiết phân tích - Potassium Sorbate : Merck, tinh khiết phân tích Potassium Sorbate : Kali Sorbat Bảng 2.1 Tên tiếng Việt số quốc gia Tên nước viết tắt Nghĩa USA Germany Spain Japan Taiwan Mỹ Đức Tây Ban Nha Nhật Bản Đài Loan 2.1.1.3.Dung dịch thử dung dịch chuẩn Trang 32 - Dung dịch chuẩn benzene: cân khoảng 250 mg benzene (ghi khối lượng cân xác để xác định nồng độ xác dung dịch chuẩn) vào bình mức 10 ml có ml MeOH Định mức đến vạch MeOH - Dung dịch NaOH 0,1 N: cân gram NaOH rắn cho vào cốc 100 ml, định mức đến vạch 100 ml nước cất - Dung dịch H3PO4 100 mM: hút 1,45 ml phosphoric acid đậm đặc cho vào bình mức 1000 ml, định mức đến vạch nước cất  Dung dịch A - Dung dịch acetic acid 100 mM: hút 0,9 ml acetic acid khan (loại glacial) cho vào bình mức 1000 Định mức đến vạch nước cất  Dung dịch B - Dung dịch đệm H3PO4:CH3COOH 50 mM: trộn 500 ml dung dịch A 500 ml dung dịch B Chỉnh pH thí nghiệm dung dịch NaOH 1M - Dung dịch NaOH 1M: Cân g NaOH rắn cho vào cốc chứa sẵn 50 ml nước Định mức đến vạch 100 ml nước cất Lưu ý: Khi pha dung dịch NaOH phải ngâm cốc chứa nước vào chậu nước lạnh tủ hút rước bỏ NaOH rắn vào Dung dịch NaOH dùng để hiệu chỉnh pH nên không cần xác định lại nồng độ xác - Dung dịch HCl 1N: cho toàn dung dịch ống chuẩn vào bình mức 1000 ml Định mức đến vạch nước cất - Dung dịch HCl 0,1N: hút 10 ml dung dịch HCl 1N vào bình mức 100 ml Định mức đến vạch nước cất - Dung dịch H2SO4 1N: cho toàn dung dịch ống chuẩn vào bình mức 1000 ml Định mức đến vạch nước cất - Dung dịch H2SO4 0,1N: hút 10 ml dung dịch H2SO4 1N vào bình mức 100 ml Định mức đến vạch nước cất - Dung dịch chuẩn Ascorbic Acid 20000 mg/l: cân 200 mg ascorbic acid rắn vào bình định mức 10 ml Định mức đến vạch dung dịch HCl 0,1N Dung dịch chuẩn sử dụng ngày Trang 33 - Dung dịch Sodium Benzoate 20000 mg/l: cân 200 mg sodium benzoate rắn vào bình mức 10 ml Định mức đến vạch nước cất Dung dịch chuẩn sử dụng ngày - Dung dịch FeSO4.7H2O 34750 mg/l: cân 347,5 mg FeSO4.7H2O rắn vào bình mức 10 ml Định mức đến vạch dung dịch H2SO4 0,1N Dung dịch nầy nên sử dụng ngày - Dung dịch CuSO4 20000 mg/l: cân 200 mg CuSO4 rắn, khan vào bình mức 10 ml Định mức đến vạch nước cất - Dung dịch H2O2 0,5 M: Hút ml dung dịch H2O2 30 % cho vào bình mức 10 ml Định mức đến vạch nước cất Dung dịch phải chuẩn bị cho lần thực thí nghiệm - Dung dịch EDTA 347500 mg/l: cân 347,5 mg EDTA rắn vào bình mức 10 ml Định mức đến vạch nước cất 2.1.2 Tối ƣu hóa thơng số kỹ thuật cho hệ thống GCMS Mỗi hợp chất cần phân tích có độ phân cực, khả hóa hơi, khả ion hóa, độ phân hủy nhiệt khác Những vấn đề gặp phải nhận danh xác định lượng đúng, hợp chất phân tích mẫu, đạt độ nhạy tối ưu với hệ thống thiết bị sẵn có Như vậy, việc khảo sát tối ưu hóa thơng số hệ thống GCMS có ý nghĩa quan trọng, ảnh hưởng lớn đến kết phân tích 2.1.2.1.Tối ưu hóa thơng số kỹ thuật cho hệ thống GC Việc tách cấu tử cột mao quản phụ thuộc vào chất cấu tử, pha tĩnh lực cấu tử với pha tĩnh Lợi MS xác nhận thơng qua khối phổ khó khẳng định vị trí peak phân tích bị ảnh hưởng lớn Vì vậy, để tăng độ nhạy, độ đúng, độ xác phương pháp phân tích phải tìm cách khử ảnh hưởng GC Điều kiện GC - Column Oven Temp (Nhiệt độ bắt đầu cột) : 32oC - Injection Temp (Nhiệt độ buồng tiêm) : 200 oC Trang 34 - Injection Mode (Chế độ tiêm) : Split - Carrier Gas (Khí mang) : Helium 99,9995% - Carrier Pressure (Áp suất khí mang ) : 300-500 Kpa - Flow Control Mode (Chế độ chạy) : Linear Velocity (Đẳng dòng) - Pressure (Áp suất đầu ứng với nhiệt độ đầu cột thông số khác) : 26,6 KPa - Total Flow (Tổng dòng) : 35 ml/phút - Column Flow (Tốc độ qua cột) : 0,75 ml/phút - Linear Velocity (Tốc độ khí qua linear) : 31,1cm/giây - Purge Flow (Tốc độ dòng Purge) : 3,0 ml/phút - Split Ratio (Tỉ lệ Split)(*) : -1 (*) Tỉ lệ Split -1 có nghĩa thiết bị tự điều khiển ứng với thông số Column Flow, Purge Flow, Total Flow đáp ứng thông số người sử dụng đưa vào - Cách tính tỉ lệ chia dịng sau: SplitRatio  TotalFlow  PurgeFlow  ColumnFlow   35   0,75  41,66 ColumnFlow 0,75 tỉ lệ chia dịng 1:41,66 - Chương trình nhiệt độ cột sắc ký : 32oC  tăng 0oC/phút 32oC (giữ phút) 32 oC  tăng 2oC/phút 35oC 35 oC  tăng 10oC/phút 250oC Cách tiêm mẫu chọn chia dịng nhằm giảm lượng lớn khơng khí pha phương pháp định lượng benzene kỹ thuật headspace vào máy nhằm bảo vệ, tăng tuổi thọ cho nguồn tạo ion thiết bị sắc ký khí ghép khối phổ (filament) tránh trường hợp bão hịa cấu tử định lượng Vì lựa chọn cách tiêm mẫu chia dòng nên muốn tăng giảm độ nhạy phương pháp, thời gian lưu chất phân tích ta thay đổi vài Trang 35 thông số chiều dài cột, nhiệt độ bắt đầu cột, Total Flow, Column Flow, Split Ratio… 2.1.2.2 Tối ưu hóa thơng số kỹ thuật hệ thống MS[31] Với đầu dị thơng thường GC (FID) vào thời gian lưu để nhận danh hợp chất phân tích Nhưng với đầu dị khối phổ (MS), ngồi thơng số thời gian lưu, dựa vào trị số m/z tương ứng ion hay ion sinh từ chất để nhận danh chúng Như vậy, kết nhận danh chất phân tích dựa ion tạo thành với điều kiện ion chọn lựa cho chất khác với ion chọn lựa cho chất tránh nhầm lẫn trường hợp hai chất khác có thời gian lưu Qua nghiên cứu đặc tính hệ thống đầu dị MS, chúng tơi tiến hành khảo sát thơng số đầu dị MS để tìm thông số tối ưu cho hợp chất nghiên cứu benzene Điều kiện MS: - Ion Source Temp (Nhiệt độ buồng ion hóa) : 200oC - Interface Temp (Nhiệt độ giao diện: nơi tiếp xúc cột GC buồng ion hóa) - : 250oC Solvent Cut Time (Thời gian bắt đầu lấy tín hiệu MS) : 0,6 phút - Detector Voltage (Điện đặt vào đầu dị) : 1,1 kV - Thời gian lấy tín hiệu : 2,0  5,5 phút - Chế độ tạo ion : ion hóa điện tử (EI) - Chế độ chạy : SIM, m/z = 78 cho C6H6, m/z = 84 cho C6D6 - Chế độ chạy Scan để xác nhận diện benzene, sử dụng ion có m/z = 78, 77, 51 để định lượng benzene m/z = 84, 82, 52 để định lượng nội chuẩn benzene C6D6 Trang 36 Benzene buồng ion hóa (EI) hệ thống GCMS electron tạo thành ion gốc tự dương có m/z = 78 ion dương m/z =77 ([C6H5]+), ion dương m/z = 51[C4H3+] bền Ion 78 phân mảnh nên độ nhạy tương đối cao Vì thế, khơng cần phải thay đổi điện nguồn ion hóa mà nên giữ lượng ion hóa electron 70eV Trong chế độ ion hóa điện tử thiết bị GCMS tứ cực GCMS-QP 2010 Shimadzu, người ta giảm điện bắn phá electron xuống để hạn chế phân mảnh ion hóa chất cường độ mảnh ion mẹ tăng lên nghĩa tăng xác suất thấy diện ion mẹ Tuy nhiên, giảm điện bắn phá electron cường độ mũi định lượng giảm mảnh ion mẹ giảm kéo theo độ nhạy giảm Ngoài ra, gặp khó khăn nhận danh xác nhận lại (chế độ scan) thư viện chuẩn khối phổ (NIST 2005) điện nguồn ion hóa electron thư viện chuẩn 70 eV Để tăng độ nhạy không ảnh hưởng đến ion hóa ta tăng điện đặt vào đầu dị (Detector Voltage) Tuy nhiên, độ nhạy khơng tăng tuyến tính theo tốc độ tăng điện Vấn đề tăng điện kéo theo ảnh hưởng tăng lên đồng thời làm giảm tuổi thọ detector Để tăng độ phân giải nhằm tránh chồng phủ ion thay đổi filter (bộ lọc khối) Tuy nhiên, máy GCMS thơng thường tăng độ phân giải độ nhạy giảm Thực tế, thu hẹp từ ± 0,6 amu xuống ± 0,3 amu độ nhạy cịn chưa đến 20% Do đó, chúng tơi định giữ nguyên lượng bắn phá electron 70 eV, giữ nguyên độ phân giải ± 0,6 amu, điện đầu dị gần với giá trị chuẩn hóa máy (tuning máy theo yêu cầu hãng) phân tích benzene GCMS mà đạt LOD theo FDA 2.1.3 Phƣơng pháp xác định benzene nƣớc giải khát 2.1.3.1.Chuẩn bị mẫu: Các mẫu nước giải khát, đặc biệt mẫu nước giải khát có CO2 phải đặt tủ lạnh qua đêm ngâm bể đá nhiều trước phân tích nhằm Trang 37 giảm mát bay Sau mang khỏi tủ lạnh, chúng đặt bể nước đá thao tác lấy mẫu thực nhanh chóng sau Trước lấy mẫu, phải thấm ướt thành pipet dung dịch mẫu nhằm giảm bọt tạo hút mẫu Hút nhả mẫu vào ống phân tích headspace phải chậm mũi đầu pipet phải chạm vào thành bên ống phân tích để hạn chế khí CO2 dung dịch mẫu bị khuấy động mạnh kéo theo lượng benzene ( có) thất 2.1.3.2 Xây dựng đường chuẩn a Chuẩn bị dụng cụ[34] - Lọ (Vial) headspace dung tích 20 ml - Lọ phải làm trước sử dụng làm thí nghiệm - Cách làm lọ phân tích: loại bẩn bám cọ dung dịch nước rửa chén, rửa nhiều lần nước máy Tráng lọ rửa nước cất hai lần Tráng lại lần acetone Sấy nhiệt độ 80oC b Chuẩn bị dãy chuẩn làm việc benzene[25,31] Ngâm lọ phân tích vào nước đá, nước đá trộn với muối hột trước thực bước Mẫu chuẩn:  ml nước cất xác định khơng phát có benzene (*)  Thêm vào lọ chứa ml nước cất dung dịch chuẩn làm việc benzene MeOH để đạt nồng độ benzene tương ứng 0,5; 1,0; 1,5 ; 2,5; 5; 10; 17; 35; 70; 140; 700; 3500; 7000 g/l  Thêm vào lọ mẫu thể tích giống 25 l = 0,0025 ml dung dịch nội chuẩn C6D6 có nồng độ 600 g/l bổ sung thêm MeOH vào dãy chuẩn lọ có 0,3 ml MeOH Thể tích cuối lọ 5,3 ml Mẫu trắng:  Là ml nước cất xác định khơng phát có benzene Trang 38  Thêm vào lọ chứa mẫu trắng 25 l dung dịch nội chuẩn C6D6 có nồng độ 600 g/l, bổ sung thêm MeOH cho thể tích MeOH lọ 0,3 ml Thể tích cuối lọ 5,3 ml (*) Nền mẫu cho dãy chuẩn chọn nước không phát benzene giống thí nghiệm FDA Thực tế, kết phân tích định lượng benzene thêm vào mẫu nước giải khát xác nhận không khác biệt dù mẫu cho dãy chuẩn nước hay nước giải khát khơng có CO2 khơng phát có benzene 2.1.3.3 Tóm tắt dạng sơ đồ qui trình phân tích benzene kỹ thuật Headspace Ngâm lạnh mẫu, ống chứa mẫu Hút mẫu vào ống Heaspace Thêm lượng xác dung dịch nội chuẩn Ủ mẫu hộp Agitator AOC 5000 Hút thể tích pha tiêm vào GCMS Tính tốn, xác định hàm lượng benzene mẫu Hình 2.1 Lược đồ tóm tắt qui trình phân tích benzene kỹ thuật Headspace 2.1.3.4.Thứ tự tiêm mẫu phân tích benzene kỹ thuật Headspace-GCMS Mẫu trắng Dãy chuẩn Mẫu trắng 2.1.3.5.Tính tốn kết phân tích CM (g / l )  Cđc (g / l ) CM: nồng độ benzene mẫu Cđc: nồng độ benzene theo đường chuẩn Mẫu thật ... yêu cầu hãng) phân tích benzene GCMS mà đạt LOD theo FDA 2.1.3 Phƣơng pháp xác định benzene nƣớc giải khát 2.1.3.1.Chuẩn bị mẫu: Các mẫu nước giải khát, đặc biệt mẫu nước giải khát có CO2 phải... tối đa 0,3 ml methanol cho khảo sát 2.1.4.3.Khảo sát ảnh hưởng thời gian ủ mẫu tiêm mẫu headspace Khảo sát ảnh hưởng thời gian ủ mẫu nhằm khẳng định độ qui trình phương pháp phân tích nghĩa benzene. .. lưu không sai lệch 0,2% Sự ổn định mặt thời gian lưu dựa kết khảo sát cho thấy dùng thời gian lưu làm yếu tố định danh Sự lặp lại tín hiệu đo tốt từ 1,27%  2,09% cho phép định lượng thỏa đáng chất