Bài giảng áp dụng kỹ thuật chuẩn bị mẫu xanh để cô lập làm giàu và phân tích sắc ký các ô nhiễm hữu cơ trong môi trường

Áp dụng kỹ thuật chuẩn bị mẫu xanh để cô lập, làm giàu phân tích sắc ký ô nhiễm hữu môi trường Marcinkowski Łukasz1, Spietelun Agata1, Kloskowski Adam1, Namieśnik Jacek2 1Department of Physical Chemistry, Chemical Faculty of Analytical Chemistry, Chemical Faculty Gdańsk University of Technology, 80-233 Gdansk, 11/12 G Narutowicza St., Poland *chemanal@pg.gda.pl 2Department Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City VAI TRÒ CỦA HÓA PHÂN TÍCH TRONG LĨNH VỰC KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Khảo sát trạng môi trường trình xảy môi trường Xác định nhiều ô nhiễm, thường tồn lượng vết hay siêu vết mẫu có thành phần phức tạp biến đổi Cần phải đưa vào thực nghiệm phân tích phương pháp thiết bị phân tích đáp ứng nguyên tắc phát triển bền vững hóa học xanh Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City HÓA HỌC XANH (LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN) Viện HÓA HỌC XANH (EPA) đời USA Viện thúc đẩy hợp tác quan nhà nước tập đoàn công nghiệp, phối hợp trường viện nghiên cứu, Nhóm hoạt động Hóa học xanh IUPAC (IUPAC Working Party on Green Chemistry) thành lập 2003 Hội nghị quốc gia HÓA HỌC XANH tổ chức Balan – EkoChemTech’03 1997 Hội thảo quốc tế HÓA HỌC XANH 1996 1995 Chương trình Hóa học xanh US EPA khởi xướng Hội đồng Thế giới Môi trường Phát triển liên hiệp quốc (World Commission on Environment and Development - WCED) xuất Tương lai chung chúng ta, biết với tên Báo cáo Brundtland, Giải thưởng hàng năm cho thành tựu lĩnh vực áp dụng nguyên tắc HÓA HỌC XANH 1991 Cơ quan kiểm soát Chất độc ngăn ngừa ô nhiễm đưa chương trình hỗ trợ nghiên cứu có tên Tổng hợp thay để ngăn ngừa ô nhiễm 1987 Paul Anastas đưa thuật ngữ HÓA HỌC XANH 1993 Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City 11 Phân tích thời gian thực để ngăn ngừa ô nhiễm 10 Thiết kế hóa chất sản phẩm phân hủy sau sử dụng 12 Giảm thiểu nguy xảy cố Tránh phát thải Tăng hiệu suất nguyên tử trình hóa học (atom economy ) Ít tổng hợp hóa nguy hại GREEN CHEMISTRY Dùng xúc tác Hóa chất sản phẩm an toàn Tránh dẫn xuất hóa học Dùng nguyên liệu tái tạo Dung môi điều kiện phản ứng an toàn Tăng hiệu lượng Nguyên tắc HÓA HỌC XANH (P.T Anastas, J Warner, Green Chemistry.Theory and Practice, Oxford University Press,New York, 1998, p 30) PRINCIPLES of GREEN CHEMICAL TECHNOLOGY (N Winterton, Green Chem., (2001) G73) PRINCIPLES of GREEN CHEMICAL ENGINEERING (P.T Anastas, J.B Zimmerman, Environ Sci.Technol., 37 (2003) 94A-101A.) Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City HÓA HỌC XANH ‘Hóa học xanh, sáng tạo, thiết kế ứng dụng sản phẩm trình hóa học nhàm hạn chế loại bỏ việc sử dụng hay tạo chất nguy hại’ P T Anastas, J C Warner, Green Chemistry: Theory and Praktice Oxford Science Publications, Oxford (1998) HÓA PHÂN TÍCH XANH-GAC ‘Sử dụng kỹ thuật phân tích hóa học phương pháp luận nhằm giảm hay loại trừ dung môi, thuốc thử, chất bảo quản hóa chất nguy hại cho sức khỏe hay môi trường, đồng thời cho phép phân tích nhanh hơn, tiết kiệm lượng mà không làm giảm tiêu chí hiệu năng’ H K Lawrence, Green Analytical Methodology Curriculum http://www.chemistshelpingchemists.org/GreenAnalyticalMethodologyCurriculum.ppt#257,2,Curriculum Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City THE COMPONENTS OF GREEN ANALYSIS Dễ vận hành, an toàn Gọn nhỏ, tốn lượng A Gałuszka, Z.M Migaszewski, J Namieśnik Twelve principles of green analytical chemistry – SIGNIFICANCE of green analytical practices Trends Anal Chem Submitted Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City THE PRINCIPLES OF GAC EXPRESSED AS TẦM QUAN TRỌNG ĐÁNG GHI NHẬN — Chọn phương pháp trực tiếp — Tích hợp trình phân tích điều khiển — Ít thải hơn, xử lý cẩn thận — Không hao phí lượng — Tự động hóa làm phương pháp gọn lại — Ưu tiên thuốc thử từ nguồn có khả tái tạo — Tăng tính an toàn cho người thực — Thực phép đo in-situ — Tránh biến tính — Số mẫu lượng mẫu nhỏ cáng tốt — Chọn phương pháp phân tích đa chất, đa biến — Thay loại bỏ tác chất độc hại A Gałuszka, Z.M Migaszewski, J Namieśnik Twelve principles of green analytical chemistry – SIGNIFICANCE of green analytical practices Trends Anal Chem Submitted Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City ĐƯA KHÁI NIỆM PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG VÀO CÁC PTN PHÂN TÍCH HÓA PHÂN TÍCH XANH Tìm kỹ thuật phân tích Tìm kỹ thuật chuẩn bị mẫu không cần dung môi Môi trường ly trích Dùng chất lỏng ion trong giai đoạn chuẩn bị mẫu trước phân tích Dùng nước siêu tới hạn làm môi trường ly trích Các tác động gián tiếp lên chất Áp dụng vi sóng Áp dụng siêu âm Áp dụng tia UV Tích hợp nhỏhóa thiết bị phân tích Đánh giá tác động môi trường phòng thí nghiệm quy trình phân tích ‐ ứng dụng kỹ thuật Đánh giá vòng đời Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City CÁC MỐC ĐÁNG NHỞ TRONG HÓA PHÂN TÍCH XANH 1974 Phát triển pp phân tích tiêm dòng - FIA 1974 Phát triển kỹ thuật giải - hấp thụ (purge-and-trap) - PT 1976 Phát triển pp chiết pha rắn - SPE 1978 Phát triển pp ly trích điểm sương (cloud point extraction – CPE) 1985 Phát triển pp ly trích vi sóng (microwave-assisted extraction – MAE) Phát triển pp ly trích chất lỏng siêu tới hạn (supercritical fluid extraction – SFE) 1987 Khái niệm hóa học sinh thái (H Malissa) Khái niệm phát triển bền vững 1990 Phát triển pp vi chiết pha rắn (solid-phase microextraction – SPME) Phát triển Hệ phân tích tổng vi lượng (micro total analysis system - µTAS) 1993 Phát triển pp chiết pha rắn đóng dấu phân tử (molecularly imprinted solid-phase extraction- MIMSPE 1995 Khái niệm hóa phân tích thân thiện với môi trường (M de la Guardia, J Ruzicka) 1996 Phát triển pp chiết áp suất cao (presurized solvent extraction – PSE) Phát triển pp chiết pha lòng vi lượng (liquid phase micro extraction – LPME) Phát triển pp chiết vi lượng đơn giọt (single drop microextration –SDME) 1999 Khái niệm hóa học xanh (P.T Anastas) Khái niệm hóa phân tích ( M de la Guardia) Khái niệm hóa phân tích xanh ( J Namieśnik) Phát triển pp chiết hấp thụ khuấy (stir bar sorptive extraction- SBSE) Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City MÔI TRƯỜNG LY TRÍCH DUNG MÔI XANH Thông số CO2 Siêu tới hạn H2O Siêu nóng Độ tan chất thay đổi 10-100 lần 50-1000000 lần Các chất chiết Chất phân cực Chất không phân cực Các chất chiết dễ dàng Chất không phân cực Chất phân cực Hoạt tính chất cần phân tích Thấp Thấp – trung bình Làm giàu sau ly trích usually easy Độ khó thay đổi Ly trích chọn lọc chất với độ phân cực khác Trung bình tốt Độ ly trích chọn lọc từ mẫu với thành phần mẫu cho trước ( Đất) tốt Kém Khoảng biến thiên độ phân cực chất phân tích (ε) 1-2 10-80 Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City 10 SPME HẤP PHỤ ĐiỆN HÓA GIA TĂNG (EE-SPME) Đơn giản, nhanh, nhạy Hiệu suất tốt Thời gian hấp phụ ngắn Khoảng tuyến tính lớn LOD thấp Độ phục hồi cao Q Li, Y Ding, D Yuan, Talanta 85 (2011) 1148 Phương pháp ly trích với điện cực làm việc phủ hạt nano biết với tên: LY TRÍCH NANO PHA RẮN ĐiỆN HÓA X Chai, Y He, D Ying, J Jia, T Sun, J Chromatogr A, 1165 (2007) 26 Y Zhu, S Zhang, Y Tang, M Guo, C Jin, T Qi, J Solid State Electrochem, 14 (2010) 1609 Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City 31 SPME TRÊN MÀNG (M-SPME) 1) Dây silica 2) Lớp phủ polyethylene glycol (PEG) 3) Lớp phủ polydimethylsiloxane (PDMS) Vật liệu hấp phụ Bề dày trung bình lớp phủ Chiều dài lớp phủ Vai trò lớp phủ chất hấp phụ Lớp phủ PEG 40-50μm 1cm Môi trường bắt giữ chất phân cực Lớp phủ PDMS 100-110μm 1,2 cm Kỵ nước, màng không phân cực A Kloskowski, M Pilarczyk, J Namieśnik, Anal Chem., 81 (2009) 7363 Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City 32 ƯU ĐiỂM CỦA SPME TRÊN MÀNG  Chi phí cho dây thấp  độ bền nhiệt cao (PDMS bền 300oC)  thời gian ly trích giải hấp ngắn  nước không bị hấp thu (nhờ lớp màng kỵ nước)  Ái lực cao với hợp chất phân cực Ở nhiệt độ ly trích, PEG phân tử lượng thấp hoạt động chất lỏng bị cố định (polymer lỏng nhớt) Chất cần phân tích bị bắt giữ nhờ hòa tan vào lớp hấp phụ Bản chất hấp phụ bắt giữ Cơ chế phân tách trình giải hấp Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City 33 Xác định phenols Bằng SPME màng GC Khoảng tuyến tính (µg/L) R2 15-1500 2-Chlorophenol Hợp chất LOD (µg/L) M-SPME PA 0.9953 50 3-300 0.9936 43 530 2,4-Dichlorophenol 3-300 0.9987 15 120 2,4-Dimethylphenol 3-300 0.9921 110 2,4-Dinitrophenol 10-1000 0.9963 110 950 2-Methyl-4,6-dinitrophenol 15-1500 0.9898 81 680 2-Nitrophenol 3-300 0.9945 60 4-Nitrophenol 15-1500 0.9937 150 1800 Pentachlorophenol 15-1500 0.9914 83 740 2,4,6-Trichlorophenol 10-1000 0.9932 61 440 4-Chloro-3-methylphenol A Kloskowski, M Pilarczyk, J Namieśnik, Anal Chem., 81 (2009) 7363 Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City 34 Xác định VOCs Bằng SPME màng GC R2 Compound chlorobenzene p-xylene o-xylene isopropylbenzene n-propylbenzene 2-chlorotoluene 4-chlorotoluene t-butylbenzene sec-butylbenzene 1,3-dichlorobenzene 1,4-dichlorobenzene 1,2-dichlorobenzene LOD (mg/L) RSD (%) M-SPME DVB/CAR /PDMS M-SPME DVB/CAR /PDMS M-SPME DVB/CAR /PDMS 0.997 0.992 0.986 0.994 0.998 0.997 0.995 0.997 0.987 0.989 0.994 0.986 0.994 0.986 0.994 0.995 0.997 0.993 0.995 0.985 0.992 0.998 0.987 0.988 0.031 0.022 0.018 0.015 0.013 0.016 0.017 0.011 0.011 0.017 0.017 0.016 0.016 0.015 0.014 0.018 0.017 0.019 0.018 0.021 0.021 0.017 0.023 0.028 11 12 12 14 10 12 11 14 13 13 10 6 8 10 7 Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City 35 Kết luận SPME màng Cơ chế phân tách trình chiết đặc trưng khoảng tuyến tính lớn so với sợi ly trích thị trường Cho phép dùng chất hấp phụ phân cực mạnh mà nguy tan vào mẫu phân cực Cho hội ứng dụng vật liệu hoàn toàn mà không ý tới có nhiệt nóng chảy thấp hay tan nước Hiệu suất ly trích cao phenols VOCs ly trích vi lượng pha rắn màng dây, cao so với dùng dây có thị trường M-SPME kết hợp với GC trở thành công cụ hữu hiệu thân thiện với môi trường để lấy mẫu, cô lập làm giàu ô nhiễm hữu • áp dụng giai đoạn chuẩn bị mẫu có nồng độ ppb trước bước định lượng cuối Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City 36 ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG CỦA CÁC QUY TRÌNH PHÂN TÍCH CÔNG CỤ: Đánh giá vòng đời (LCA)1 Quy mô sinh thái Phạm vi sinh thái Consoli, F., D Allen, R Weston, I Boustead, J Fava, W Franklin, A Jensen, N de Oude, R Parrish, R Perriman, D Postlethwaite, B Quay, J Séguin and B Vigon., Guidelines for life cycle assessment: A Code of practice SETAC, Brussels and Pensacola, 1993 Aken K., L Strekowski, L Patiny, EcoScale, a semi-quantitative tool to select an organic preparation based on economical and ecological parameters, Beilstein J Org Chem 2, 3, 2006 Home Sustainability Assessment, http://www.ecocompass.com.au/ Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City 37 QUY MÔ SINH THÁI CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH Công cụ để đánh giá độ xanh của phương pháp phân tích Quy mô sinh thái = 100 – tổng số điểm phạt Kết đánh sau: >75 – phân tích xanh tốt >50 – phân tích xanh chấp nhận 1.5 kWh kWh / mẫu Hệ thống phân tích kín Thải khí vào không khí Không 10 mL (g) Tái chế Phân hủy Thụ động hóa Không xử lý Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City 39 BỘ MÔN HÓA PHÂN TÍCH KHOA HÓA ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GDANSK Department of Analytical Chemistry Có thể tìm giảng địa http://www.pg.gda.pl/chem/Katedry/Analityczna/analit.html Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City 40 EUROPEAN MASTER IN QUALITY IN ANALYTICAL LABORATORIES- EMQAL http://eacea.ec.europa.eu/erasmus_mundus/ Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City 41 MODAS „Sản xuất chứng thực vật liệu quan trọng đặc biệt để phòng thí nghiệm Balan đạt chứng nhận châu Âu ‐ MODAS” http://www.pg.gda.pl/chem/modas/ Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City 42 43 43 MEMBERS OF MY RESEARCH GROUP Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City 44 THANK YOU FOR YOUR ATTENTION! Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City 45 [...]... City 11 MÔI TRƯỜNG LY TRÍCH MỚI DUNG MÔI XANH Chuẩn bị mẫu – giai đoạn quan trọng nhất trong quy trình phân tích tổng thể KHÔNG TiỀN XỬ LÝ TRƯỚC PHÂN TÍCH – GiẢI PHÁP HOÀN HẢO TUY NHIÊN có rất ít kỹ thuật phân tích như vậy Làm giàu chất đích (các chất cần phân tích ) về nồng độ cao hơn giới hạn phát hiện của máy đo/máy quan trắc Cô lập chất ĐÍCH khỏi nền mẫu ban đầu hay đơn giản hóa nền Loại trừ các chất... Hiệu suất ly trích cao phenols và VOCs bằng ly trích vi lượng pha rắn màng trên dây, bằng và cao hơn so với dùng dây có trên thị trường M-SPME kết hợp với GC có thể trở thành công cụ hữu hiệu và thân thiện với môi trường để lấy mẫu, cô lập và làm giàu các ô nhiễm hữu cơ • có thể áp dụng trong giai đoạn chuẩn bị mẫu có nồng độ ppb trước bước định lượng cuối cùng Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho... ảnh hưởng và loại trừ những thành phần hấp phụ bền lên cột sắc ký làm cột nhanh hỏng Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City 12 KỸ THUẬT CHUẨN BỊ MẪU KHÔNG DUNG MÔI Dùng dòng khí trơ làm môi trường ly trích Kỹ thuật chiết pha rắn kết hợp với giải hấp nhiệt Kỹ thuật chiết bằng màng Phân tích Hóa hơi tĩnh (S-HS) Phân tích Hóa hơi động (D-HS) Bẫy lạnh (CT) Headspace (Hóa hơi) Làm sạch và bẫy... bằng dung môi DLLME kết thúc bằng dung môi DLLME giải nhũ tương hóa với dung môi tỉ trọng thấp DLLME tiêm tuần tự Dung môi ly trích mới DUNG MÔI LY TRÍCH NHE HƠN NƯỚC THIẾT BỊ LY TRÍCH CHUYÊN DỤNG TỰ CHẾ TẠO DLLME GiỌT HỮU CƠ TRÔI RẮN CHẤT LỎNG ION CHIẾT VI LƯỢNG DỰA TRÊN KẾT TẬP LẠNH (CIAME) CHIẾT VI LƯỢNG TẠO DUNG MÔI IN SITU (ISFME) DLLME CHẤT LỎNG ION KiỂM SOÁT NHIỆT (TILDLME) GiỌT TỤ VÀ MIXEN ĐẢO... (SBSE)  Nhanh, đơn giản, không dung môi Ly trích nhạy và hiệu quả Thích hợp cho phân tích bằng GC, HPLC, CE Chế độ Hóa hơi và Nhúng trực tiếp Nhiệt và hóa học của lớp phủ thanh khuấy ổn định Tiến bộ trong kỹ thuật SBSE:  Áp dụng mút xốp poliurethane, PPESK, alkyl-diolsilica RAM, vật liệu silica, lớp phủ phân tử đóng dấu, kỹ thuật monoliths (nguyên khối) và sol-gel để chế tạo lớp phủ thanh khuấy...MÔI TRƯỜNG LY TRÍCH MỚI DUNG MÔI XANH CHẤT LỎNG ION – DUNG MÔI CỦA THẾ KỶ 21ST NHỮNG TÍNH CHẤT HẤP DẪN VÀ HỨA HẸN CỦA CHẤT LỎNG ION • Những muối này ở dạng lỏng ở nhiệt độ phòng • Hòa tan các hợp chất hữu cơ và vô cơ • Bền nhiệt; • Độ nhớt cao; • Ưa nước/ kỵ nước; • không bay hơi (áp suất hơi ở 25°C rất thấp); • Độ dẫn điện cao TỔNG SỐ KẾT HỢP CATION VÀ ANION THEO LÝ THUYẾT... luận về SPME màng Cơ chế phân tách của quá trình chiết đặc trưng bởi khoảng tuyến tính lớn hơn so với các sợi ly trích trên thị trường Cho phép dùng các chất hấp phụ phân cực mạnh mà không có nguy cơ tan vào nền mẫu phân cực Cho cơ hội ứng dụng các vật liệu hoàn toàn mới mà cho đến nay không được chú ý tới do có nhiệt nóng chảy thấp hay tan trong nước Hiệu suất ly trích cao phenols và VOCs bằng ly trích... THỊ TRƯỜNG HẤP THỤ  Ít lựa chọn Có thể có sự phân hủy  Đắt Giải hấp không hoàn toàn Tương tác xúc tác giữa chất hấp thụ và chất bị bắt giữ  Độ chọn lọc kém cho chất phân cực  khả năng cạnh tranh chiếm các tâm hấp phụ giữa các chất nền và chất đích HẤP PHỤ  Cần nhiệt độ cao để giải hấp các chất khó bay hơi Nhiệt độ giải hấp thấp Sự phân hủy chất cần phân tích Xúc tiến, xúc tác sự phân rã các. .. được bắt giữ Chất bị bắt hòa tan trong pha hấp phu Chất bị bắt giữ không bị phân hủy  Không có tương tác đặc biệt giữa chất bị bắt giữ và pha hấp phụ analyte and sorbent Analytica Vietnam , 17-19.04.2013, Ho Chi Minh City 29 CHIẾT VI LƯỢNG LỎNG-LỎNG-RẮN đơn giản chi phí thấp rất hấp dẫn thân thiện với môi trường lượng dung môi không đáng kể hiệu năng cao xử lý chọn lọc và nhạy Y Hu, Y Wang,... rắn vi lượng (µSPE) Rẻ, đơn giản, sạch Dễ áp dụng Dễ thao tác Thích hợp cho phân tích GC, HPLC Chế độ Hóa hơi và Nhúng Độ nhạy đảm bảo Độ lặp lại tốt Độ làm giàu tuyệt vời Tiến bộ trong kỹ thuật (µSPE) :  Ứng dụng túi giấy gân, sợi composite polyaniline-nylon-6 (PANI-N6) và sợi polypyrrole-polyamide (PP-PA) điều chế bằng phương pháp spin điện hóa để chế tạo tấm hấp thu C Basheer, A A Alnedhary,B ... VỮNG VÀO CÁC PTN PHÂN TÍCH HÓA PHÂN TÍCH XANH Tìm kỹ thuật phân tích Tìm kỹ thuật chuẩn bị mẫu không cần dung môi Môi trường ly trích Dùng chất lỏng ion trong giai đoạn chuẩn bị mẫu trước phân tích. .. 11 MÔI TRƯỜNG LY TRÍCH MỚI DUNG MÔI XANH Chuẩn bị mẫu – giai đoạn quan trọng quy trình phân tích tổng thể KHÔNG TiỀN XỬ LÝ TRƯỚC PHÂN TÍCH – GiẢI PHÁP HOÀN HẢO TUY NHIÊN có kỹ thuật phân tích Làm. .. trường M-SPME kết hợp với GC trở thành công cụ hữu hiệu thân thiện với môi trường để lấy mẫu, cô lập làm giàu ô nhiễm hữu • áp dụng giai đoạn chuẩn bị mẫu có nồng độ ppb trước bước định lượng cuối