Nghiên cứu xác định 2,4 d và 2,4,5 t trong mẫu đất sân bay biên hòa bằng phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HOÀNG THANH THÁI NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH 2,4-D VÀ 2,4,5-T TRONG MẪU ĐẤT SÂN BAY BIÊN HÒA BẰNG PHƢƠNG PHÁP SẮC KÍ LỎNG HIỆU NĂNG CAO LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HOÀNG THANH THÁI NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH 2,4-D VÀ 2,4,5-T TRONG MẪU ĐẤT SÂN BAY BIÊN HÒA BẰNG PHƢƠNG PHÁP SẮC KÍ LỎNG HIỆU NĂNG CAO Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học PGS.TS NGUYỄN XUÂN TRUNG HÀ NỘI - 2015 LỜI CẢM ƠN Lời cho gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Xuân Trung giao đề tài, tận tình hướng dẫn tạo điều kiện giúp đỡ tơi suốt q trình thực đề tài viết luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn TS Lâm Vĩnh Ánh, ThS Hồng Kim Huế ln giúp đỡ, hỗ trợ tơi q trình hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy giáo giảng dạy khoa Hố, đặc biệt thầy mơn Hố Phân tích, cho kiến thức quý giá trình học tập thực đề tài Tơi xin gửi lời cảm ơn anh chị, đồng nghiệp làm việc viện Hóa học- Mơi trường Qn chia sẻ khó khăn suốt trình tơi học tập thực đề tài Cuối xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè ln động viên, chia sẻ khó khăn tơi Hà Nội, ngày 31 tháng 10 năm 2015 Học viên Hoàng Thanh Thái MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Sự ô nhiễm chất da cam đất sân bay Biên Hòa 1.2 Tổng quan chất diệt cỏ 2,4-D 2,4,5-T 1.2.1 Tính chất 2,4-D 2,4,5-T 1.2.2 Ảnh hưởng 2,4-D 2,4,5-T đến môi trường người 1.3 Một số phƣơng pháp đƣợc sử dụng để phân tích 2,4-D 2,4,5-T 1.4 Một số phƣơng pháp xử lý mẫu đất thƣờng đƣợc sử dụng để phân tích chất da cam CHƢƠNG II THỰC NGHIỆM 12 2.1 Mục tiêu nghiên cứu nội dung nghiên cứu 12 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 12 2.1.2 Nội dung nghiên cứu 12 2.2 Phương pháp nghiên cứu 12 2.3 Thiết bị, hóa chất dụng cụ dùng nghiên cứu 14 2.3.1 Hóa chất 14 2.3.2 Máy móc thiết bị dụng cụ 14 2.3.3 Pha chế dung dịch chuẩn 14 2.4 Các bƣớc tiến hành thí nghiệm 15 2.4.1 Tối ưu hóa thiết bị phân tích 15 2.4.2 Khảo sát trình làm mẫu 16 2.4.3 Xác nhận giá trị sử dụng phương pháp phân tích 16 2.4.4 Tính tốn kết phân tích 16 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 18 3.1 Tối ƣu hóa điều kiện thiết bị HPLC 18 3.1.1 Chọn bước sóng 18 3.1.2 Chọn thể tích vòng mẫu 20 3.1.3 Khảo sát tỷ lệ thành phần pha động 20 3.1.4 Khảo sát nhiệt độ cột tách 22 3.1.5 Khảo sát tốc độ pha động 24 3.2 Đánh giá phƣơng pháp phân tích 26 3.2.1 Độ lặp lại thiết bị phân tích 26 3.2.3 Giới hạn định lượng thiết bị phân tích (LOQ) 28 3.2.4 Xây dựng đường chuẩn 28 3.2.5 Độ xác thiết bị phân tích 30 3.3 Tối ƣu hóa q trình làm mẫu 32 3.3.1 Chuẩn bị cột silicagen đơn lớp 33 3.3.2 Làm dịch chiết 33 3.4 Áp dụng phân tích mẫu đất thật 36 3.4.1 Quy trình phân tích mẫu thật 36 3.4.2 Tính tốn giới hạn phát (MDL) giới hạn định lượng (LOQ) phương pháp phân tích 37 3.4.3 Khảo sát độ thu hồi phương pháp phân tích cấp hàm lượng khác 39 3.4.4 Kết phân tích mẫu đất sân bay Biên Hòa 40 3.4.5 Tổng hợp kết phân tích mẫu thực tế 47 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 PHỤ LỤC 53 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Tên tiếng Việt Tên tiếng Anh Kí hiệu viết tắt Axêtơn nitrin Acetonitril ACN Metanon Metanol MeOH Giới hạn phát Limit of detection LOD Giới hạn định lượng Limit of quantity LOQ Hệ số biến thiên Coeficient variation CV Sắc kí lỏng hiệu cao High performance liquid chromatography HPLC Đi ốt mảng Diode array DAD Sắc kí khí Gas chromatography GC Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN Cơ quan Bảo vệ môi sinh United States Hoa Kỳ environmental protection EPA agency Dichlorophenoxyacetic acid Trichlorophenoxyaxetic acid 2,4-D 2,4,5-T DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Ảnh hưởng thành phần pha động đến thời gian lưu, diện tích píc độ phân giải .21 Bảng 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ cột đến thời gian lưu diện tích píc 23 Bảng 3.3 Ảnh hưởng tốc độ pha động tới thời gian lưu, diện tích píc độ phân giải .25 Bảng 3.4 Độ lặp lại phép đo hỗn hợp chuẩn nồng độ 10 µg/ml .27 Bảng 3.5 Độ lặp lại phép đo hỗn hợp chuẩn nồng độ 100 µg/ml 27 Bảng 3.6 Khảo sát tìm giới hạn phát thiết bị .28 Bảng 3.7 Sự phụ thuộc diện tích píc vào nồng độ khoảng từ µg/ml đến 20 µg/ml 29 Bảng 3.8 Sự phụ thuộc diện tích píc vào nồng độ khoảng từ 20 µg/ml đến 100 µg/ml 30 Bảng 3.9 Độ phép đo nồng độ khác .31 Bảng 3.10 Ảnh hưởng tỉ lệ dung môi rửa giải MeOH/Axeton 33 Bảng 3.11 Ảnh hưởng tỉ lệ dung môi rửa giải MeOH/H2O 34 Bảng 3.12 Khảo sát độ lặp lại q trình rửa giải chất phân tích qua cột 35 Bảng 3.13 Tính tốn MDL, LOQ 2,4-D 38 Bảng 3.14 Tính tốn MDL, LOQ 2,4,5-T 38 Bảng 3.15 Kết khảo sát độ thu hồi cấp hàm lượng khác 39 Bảng 3.16 Bảng vị trí địa điểm lấy mẫu 40 Bảng 3.17 Kết phân tích mẫu Đ05 mẫu thêm chuẩn máy .41 Bảng 3.18 Kết phân tích mẫu Đ05 thực tế 42 Bảng 3.19 Kết phân tích mẫu Đ04 mẫu thêm chuẩn máy .43 Bảng 3.20 Kết phân tích mẫu Đ04 thực tế 43 Bảng 3.21 Kết phân tích mẫu Đ03 mẫu thêm chuẩn máy .44 Bảng 3.22 Kết phân tích mẫu Đ02 mẫu thêm chuẩn máy .45 Bảng 3.23 Kết phân tích mẫu Đ02 thực tế 45 Bảng 3.24 Kết phân tích mẫu Đ01 mẫu thêm chuẩn máy .46 Bảng 3.25 Kết phân tích mẫu Đ01 thực tế 46 Bảng 3.26 Tổng hợp kết phân tích mẫu 47 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Vị trí khu vực khảo sát sân bay Biên Hòa Hình 1.2.Cấu trúc 2,4-D Hình 1.3 Cơng thức cấu tạo 2,4,5-T Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống HPLC 13 Hình 3.1 Phổ UV 2,4-D 18 Hình 3.2 Phổ UV 2,4,5-T 19 Hình 3.3 Phổ UV 2,4-D 2,4,5-T 19 Hình 3.4 Sắc đồ 2,4-D; 2,4,5-T tỉ lệ pha động 70:30 21 Hình 3.5 Sắc đồ 2,4-D; 2,4,5-T nhiệt độ cột tách 40oC 23 Hình 3.6 Sắc đồ 2,4-D; 2,4,5-T tỉ lệ pha động tốc độ pha động ml/phút 25 Hình 3.7 Đường chuẩn 2,4-D khoảng nồng độ từ µg/ml đến 20 µg/ml 29 Hình 3.8 Đường chuẩn 2,4,5-T khoảng nồng độ từ µg/ml đến 20 µg/ml 29 Hình 3.9 Đường chuẩn 2,4-D khoảng nồng độ từ 20 µg/ml đến 100 µg/ml 30 Hình 3.10 Đường chuẩn 2,4,5-T khoảng nồng độ từ 20 µg/ml đến 100 µg/ml 30 Hình 3.11 Sắc đồ phân tích mẫu rửa giải hệ dung môi MeOH/H2O tỷ lệ 7:3 35 Hình 3.12 Sơ đồ tóm tắt quy trình xử lý mẫu 37 Hình3.13 Sắc đồ phân tích mẫu Đ05 pha lỗng 10 lần 42 Hình 3.14 Sắc đồ phân tích mẫu đất Đ04 pha lỗng 10 lần 43 Hình 3.15 Sắc đồ phân tích mẫu đất Đ03 pha lỗng lần 44 Hình 3.16 Sắc đồ phân tích mẫu đât Đ02 45 Hình.3.17 Sắc đồ phân tích mẫu đất Đ01 46 MỞ ĐẦU Trong chiến tranh xâm lược Việt Nam, Quân đội Mỹ tiến hành chiến tranh hóa học kéo dài từ năm 1961 đến năm 1971 sử dụng khoảng 76,5 triệu lít chất diệt cỏ phun rải xuống miền Nam Việt Nam phương tiện vận tải quân với mục đích phát quang, phá hoại mùa màng, cơng phòng vệ Các chất diệt cỏ tồn lâu dài đất gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống sức khỏe người dân sống khu vực Một số nghiên cứu nước giới cho thấy chất da cam/dioxin nguyên nhân làm tăng khả mắc bệnh ung thư, dị thai, rối loạn nội tiết, suy gan, thận nhiều bệnh nghiêm trọng khác Trước tình hình nhiều hướng nghiên cứu để tìm giải pháp giảm thiểu tạm thời, lập xử lý vùng đất trầm tích nhiễm da cam/dioxin đưa Do việc nghiên cứu thiết lập phương pháp phân tích hàm lượng chất độc da cam phù hợp với điều kiện máy móc thiết bị hóa chất có đơn vị cần thiết nhằm khảo sát mức độ ô nhiễm chất độc da cam trước sau xử lý làm sở phục vụ cho đề tài nghiên cứu xử lý Vì mục tiêu đề tài xây dựng phương pháp xác định hàm lượng chất diệt cỏ đối tượng số mẫu đất lấy khu vực sân bay Biên Hòa trước đưa vào nghiên cứu xử lý phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao CHƢƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Sự ô nhiễm chất da cam đất sân bay Biên Hòa Hậu chiến tranh da cam quân đội Mỹ để lại hơm nặng nề, thảm họa da cam chưa có lịch sử lồi người Sân bay Biên Hòa điểm nóng nhiễm da cam/dioxin Việc nghiên cứu tìm giải pháp cô lập xử lý việc cấp bách, phủ Quân đội quan tâm Trong số chất độc hóa học mà Mỹ sử dụng chủ yếu chất da cam, xanh trắng Trong chất da cam sử dụng nhiều nhất, chiếm tới 64,40% số lượng [10] Chất da cam có thành phần phối trộn khoảng 50:50 phần trọng lượng n-butylic este 2,4-D 2,4,5-T Trong trình sản xuất 2,4,5-T chất độc không mong muốn tạo thành 2,3,7,8-Tetraclodibenzo-p-dioxin (2,3,7,8-TCDD) nguồn gốc tai họa chất da cam chất có chứa 2,4,5-T dẫn xuất gây nên Theo số liệu thống kê Young [15] có 74.175.920 lít chất diệt cỏ sử dụng, số liệu trình bày bảng 1.1 Bảng 1.1 Số lƣợng ƣớc tính chất diệt cỏ đƣợc sử dụng Việt Nam Chất diệt cỏ Thành phần Số thùng Số lít Thời gian Xanh 2,4,5-T 365 75.920 1962 Hồng 2,4,5-T 1.315 273.520 1961-1963 Tím 2,4-D; 2,4,5-T 12.475 2.594.800 1962-1965 Xanh Cacodylic Acid 29.330 6.100.640 1966-1972 Trắng 2,4-D; Picloram 104.800 21.798.400 1966-1972 2,4-D; 2,4,5-T 208.330 43.332.640 1965-1970 356.615 74.175.920 Da cam Tổng số Năm 1971 Chính phủ Mỹ thực chiến dịch Pacer Ivy thu hồi vận chuyển toàn lượng chất phát quang chưa sử dụng tàng trữ sân bay quân Đà Nẵng, Biên Hòa, Phù Cát… Tuy nhiên q trình thu gom xử lý nhiều cố sai sót kỹ thuật xảy làm lượng lớn chất diệt cỏ bị tràn, đổ xả phát tán vào môi trường gây ô nhiễm môi trường đất không 21 Rana Jit Purkayastha (1974), “Simultaneous determination of 2,4- dichlorophenoxyacetic acid, 2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid, and 2-methoxy3,6-dichlorobenzoic acid in soil and water by gas chromatography with electron capture detector”, J Agric Food Chem, 22 (3), pp 453–458 22 Sanjay M Kashyap, Girsh H Pandya, Vivek K Kondawar, Sanjay S Gabhane (2005), “Rapid Analysis of 2,4-D in Soil Samples by Modified Soxhlet Apparatus Using HPLC with UV Detection”, Journal of Chromatographic Science, 43, pp 81 – 86 23 Santilio, A., Stefanelli, P., Dommarco, R (2009), “Fast dertermination of phenoxy herbicides in carrots and apples using liquid chromatography couple triple quadrupole mass spectrometry”, Journal of Environmental Science and Health, Part B 44, p 584-590 24 Siltanen H, Rosenberg C (1978), “Analysis of 2,4-D and 2,4,5-T in lingonberries, wild mushrooms, birch and aspen foliage”, Bull Environ Contam Toxicol, 19(2), pp 177 - 182 25 Smith AE (1984), “Gas chromatographic method for analysis of 2,4-D in wheat: interlaboratory study”, J Assoc Off Anal Chem., 67(4), pp 794 - 798 26 University of Cape Town (2013), Determination of Chlorophenoxyacetic Acid and Other Acidic Herbicides Using a QuEChERS Sample Preparation Approach and LC-MS/MS Analysis, Cape Town, Republic of South Africa 27 US.EPA (1996), Method 3500B - Organic extraction and sampe preparation, US 28 US.EPA (1996), Method 3540C – Soxhlet extraction, US 29 US.EPA (1994), Method 3541 – Automated soxhlet extraction, US 30 US.EPA (2007), Method 3555A – solid-phase extraction, US 31 US.EPA (1994), Method 3600 –Cleanup, US 32 US.EPA (2007), Method 3620 – florisil cleanup, US 33 US.EPA (1996), Method 3630A – silicagel cleanup, US 34 US.EPA (1996), Method 8151A – Chlorinated herbicides by GC using methylation or pentafluorobenzylation derivatization, US 51 35 US.EPA (1996), Method 8321A - Solvent-extractable nonvolatile compounds by High performance liquid chromatography–thermospray-mass spectrometry (HPLC-TS-MS) or ultraviolet (UV) detection, US 52 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Sắc đồ khảo sát thành phần pha động Thành phần MEOH/H2O 50:50 Thành phần pha động MEOH/H2O 60:40 53 Thành phần pha động MEOH/H2O 70:30 Thành phần pha động MEOH/H2O 75:25 54 Thành phần pha động MEOH/H2O 80:20 Thành phần pha động MEOH 55 Phụ lục 2: Sắc đồ khảo sát nhiệt độ cột tách Nhiệt độ cột 20oC Nhiệt độ cột tách 25oC 56 Nhiệt độ cột tách 30oC Nhiệt độ cột tách 35oC 57 Nhiệt độ cột tách 40oC 58 Phụ lục 3: Sắc đồ khảo sát tốc độ pha động Tốc độ pha động 0,5 ml/phút Tốc độ pha động 0,8 ml/phút 59 Tốc độ pha động 1,0 ml/phút Tốc độ pha động 1,5 ml/phút 60 Phụ lục 4: Sắc đồ phân tích mẫu thật Sắc đồ phân tích mẫu đất Đ01 Sắc đồ phân tích mẫu đất Đ01 thêm chuẩn 61 Sắc đồ phân tích mẫu đất Đ02 Sắc đồ phân tích mẫu đất Đ02 thêm chuẩn 62 Sắc đồ phân tích mẫu đất Đ03 pha lỗng lần Sắc đồ phân tích mẫu đất Đ03 thêm chuẩn pha lỗng lần 63 Sắc đồ phân tích mẫu đất Đ04 pha lỗng 10 lần Sắc đồ phân tích mẫu đất Đ04 thêm chuẩn pha loãng 10 lần 64 Sắc đồ phân tích mẫu đất Đ05 pha lỗng 10 lần Sắc đồ phân tích mẫu đất Đ05 thêm chuẩn pha lỗng 10 lần 65 ... ước t nh khoảng 2.650 ppt TEQ [14], [15] 1.2 T ng quan ch t di t cỏ 2,4- D 2,4, 5 -T 1.2.1 T nh ch t 2,4- D 2,4, 5 -T  Ch t di t cỏ 2,4- D 2,4- D t n gọi t t Dichlorophenoxyacetic acid có cơng thức... NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T NHIÊN HOÀNG THANH THÁI NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH 2,4- D VÀ 2,4, 5 -T TRONG MẪU Đ T SÂN BAY BIÊN HÒA BẰNG PHƢƠNG PHÁP SẮC KÍ LỎNG HIỆU NĂNG CAO Chuyên ngành: Hóa phân t ch... CHƢƠNG I T NG QUAN 1.1 Sự ô nhiễm ch t da cam đ t sân bay Biên Hòa 1.2 T ng quan ch t di t cỏ 2,4- D 2,4, 5 -T 1.2.1 T nh ch t 2,4- D 2,4, 5 -T 1.2.2 Ảnh hưởng 2,4- D 2,4, 5 -T đến