Nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích một số anion quan trọng trong môi trường nước trên cơ sở sử dụng thiết bị điện di mao quản xách tay

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Đỗ Minh Tuấn NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH MỘT SỐ ANION QUAN TRỌNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC TRÊN CƠ SƠ SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐIỆN DI MAO QUẢN XÁCH TAY LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Đỗ Minh Tuấn NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH MỘT SỐ ANION QUAN TRỌNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC TRÊN CƠ SƠ SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐIỆN DI MAO QUẢN XÁCH TAY Chun ngành: Hóa phân tích Mã số: 60440118 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Phạm Hùng Việt Hà Nội - 2014 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo GS TS Phạm Hùng Việt giao đề tài, nhiệt tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho em trình thực luận văn Đồng thời em xin chân thành cảm ơn ThS Phạm Thị Thanh Thủy người trực tiếp bảo, giúp đỡ em suốt trình nghiên cứu đưa lời giải thích xác em gặp khó khăn trình thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn cán Trung tâm nghiên cứu Môi trường Pháp triển Bền vững – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, đặc biệt TS Dương Hồng Anh nghiên cứu viên nhóm Điện di mao quản giúp đỡ em nhiều q trình em thực luận văn ln động viên em gặp khó khăn Em xin chân thành cảm ơn Thầy Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên cho em kiến thức quý giá tạo tảng để em thực luận văn Luận văn hoàn thành khuôn khổ đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống điện di mao quản tự động, sử dụng trường áp dụng cho phân tích đa tiêu môi trường”, mã số QG.TĐ.12.03 GS TS Phạm Hùng Việt chủ nhiệm, em xin trân trọng nguồn kinh phí đề tài Cuối em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè bên cạnh động viên, giúp đỡ em học Đỗ Minh Tuấn i MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn i Mục lục ii Danh mục từ viết tắt v Danh mục hình vi Danh mục bảng viii Mở đầu CHƯƠNG TỔNG QUAN - - - 2- 3- 1.1 Một số vấn đề anion Cl , NO3 , NO2 , SO4 , PO4 môi trường nước - - 2- - 3- 1.1.1 Khái quát anion Cl , NO3 , SO4 , NO2 , PO4 1.1.2 Các phương pháp xác định 1.2 Phương pháp điện di mao quản 1.2.1 Nguyên tắc tách chất điện di mao quản 1.2.2 Độ linh động điện di 1.2.3 Dòng điện thẩm (EOF) 1.2.4 Mao quản điện di 1.2.5 Phương pháp bơm mẫu 1.2.6 Các detecto thông dụng CE 10 1.2.7 Hệ điện di mao quản kênh bơm mẫu khí nén sử dụng detecto đo độ dẫn không tiếp xúc 12 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 13 2.1 Đối tượng, mục tiêu nội dung nghiên cứu 13 2.1.1 Đối tượng mục tiêu nghiên cứu 13 2.1.2 Nội dung nghiên cứu 13 2.2 Phương pháp nghiên cứu 14 2.2.1 Phương pháp điện di mao quản sử dụng detecto đo độ dẫn không tiếp xúc (CE – C D) 14 2.2.2 Phương pháp xử lý mẫu 14 ii 2.3 Hóa chất, thiết bị 14 2.3.1 Hóa chất 14 2.3.2 Chuẩn bị dung dịch hóa chất 14 2.3.3 Thiết bị dụng cụ 15 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 16 - - - 3.1 Nghiên cứu lựa chọn điều kiện phân tích anion (Cl , NO3 , NO2 , 2- - SO4 , H2PO4 ) 166 3.1.1 Khảo sát thành phần dung dịch đệm điện di 166 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch đệm tới phân tách pic ion phân tích 18 3.2 Khảo sát điều kiện dẫn lỏng hệ điện di mao quản tự động để - - - 2- - phân tích đồng thời anion Cl ; NO3 ; NO2 , SO4 H2PO4 199 3.2.1 Khảo sát lựa chọn thay đổi độ mở van chia 199 3.2.2 Khảo sát lựa chọn thay đổi thể tích vịng mẫu 211 3.2.3 Khảo sát lựa chọn thay đổi điện tách 244 3.2.4 Khảo sát lựa chọn thay đổi thời gian bơm mẫu vào mao quản .277 - 3.2.5 Khảo sát ảnh hưởng anion tới việc phân tích anion (Cl , - - 2- - NO3 , NO2 , SO4 , H2PO4 ) 300 - - 2- - 3.3 Đánh giá phương pháp phân tích với anion Cl , NO3 , SO4 , NO2 , - H2PO4 322 3.3.1 Giới hạn định lượng giới hạn phát phương pháp 32 3.3.2 Độ 355 3.3.3 Độ lặp 355 3.3.4 So sánh kết phân tích thu từ phương pháp CE – C D với kết phân tích thu từ phương pháp sắc kí ion 377 3.3.5 So sánh kết phân tích mẫu thật thu từ phương pháp CE4 C D với kết phân tích thu từ phương pháp sắc kí ion 38 iii KẾT LUẬN 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 PHỤ LỤC 48 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AAS: Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AC: Dòng điện xoay chiều (alternating current) ANOVA: Phân tích phương sai (Analysis of Variance) ATP: Adenozin triphotphat C4D: Detecto đo độ dẫn không tiếp xúc kết nối kiểu tụ điện (capicitively coupled contactless conductivity detection) CAPS: Axit 3(xyclohexylamino)-1-propansunphonic CE: Điện di mao quản (capillary electrophoresis) CTAB: Hexadexyltrimetyl amoni bromit CV: Hệ số biến thiên (coefficient variation) CZE: Điện di mao quản vùng (capillary zone electrophoresis) DC: Dòng điện chiều (direct current) EOF: Dòng điện di thẩm thấu (electroosmotic flow) HĐBM: Chất hoạt động bề mặt HPCE: Điện di mao quản hiệu cao (High performance capillary electrophoresis) LOD: Giới hạn xác định (limit of detection) LOQ: Giới hạn định lượng (limit of quantity) MS: Khối phổ (Mass spectrophotometry) RSD: Độ lệch chuẩn tương đối (Relative standard evition) SD: Độ lệch chuẩn (standard deviation) TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam UNICEF: Quỹ Nhi Đồng Liên Hợp Quốc (United Nations International Children's Emergency Fund) UV-Vis: Quang phổ hấp thụ phân tử vùng tử ngoại khả kiến v DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang Hình 1.1 Sơ đồ hệ điện di mao quản Hình 1.2 Hình ảnh dịng điện thẩm điện di mao quản Hình 1.3 Mặt cắt ngang mao quản Hình 1.4 Lớp điện tích kép bề mặt mao quản Hình 1.5 Ảnh hưởng dòng EOF đến tốc độ ion trình điện di Hình 1.6 Các nguyên tắc bơm mẫu điện di mao quản Hình 1.7 Sơ đồ detecto đo độ dẫn không tiếp xúc 11 Hình 1.8 Sơ đồ hệ thiết bị điện di mao quản bơm mẫu tự động khí nén 12 - 2- - - - - 2- - - - Hình 3.1 Điện di đồ phân tích anion Cl , SO4 , NO3 , NO2 , H2PO4 sử dụng hệ đệm khác 17 Hình 3.2 Điện di đồ phân tích anion Cl , SO4 , NO3 , NO2 , H2PO4 giá trị pH dung dịch đệm khác 18 Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc diện tích pic vào van chia dịng .199 Hình 3.4 Sự biến đổi diện tích pic theo độ mở van chia 20 Hình 3.5 Giản đồ điện di khảo sát ảnh hưởng vị trí van chia dịng đến phân tách pic 20 Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc diện tích pic vào thể tích vịng mẫu 211 - Hình 3.7 Sự biến đổi diện tích pic Cl theo thể tích vịng mẫu 211 - Hình 3.8 Sự biến đổi diện tích pic NO3 theo thể tích vịng mẫu 222 2- Hình 3.9 Sự biến đổi diện tích pic SO4 theo thể tích vịng mẫu 222 - Hình 3.10 Sự biến đổi diện tích pic NO2 theo thể tích vịng mẫu 233 - Hình 3.11 Sự biến đổi diện tích pic H2PO4 theo thể tích vịng mẫu 233 Hình 3.12 Điện di đồ khảo sát ảnh hưởng thể tích vịng mẫu đến phân tách pic 24 Hình 3.13 Điện di đồ khảo sát ảnh hưởng điện tách đến phân tách pic 25 Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc diện tích pic vào điện tách 25 Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc diện tích pic theo điện tách.266 vi Hình 3.16 Biến đổi diện tích píc ion chất phân tích thay đổi thời gian bơm mẫu 277 - Hình 3.17 Sự biến đổi diện tích pic Cl theo thời gian bơm mẫu vào mao quản 277 - Hình 3.18 Sự biến đổi diện tích pic NO3 theo thời gian bơm mẫu vào mao quản 28 2- Hình 3.19 Sự biến đổi diện tích pic SO4 theo thời gian bơm mẫu vào mao quản 28 Hình 3.20 Sự biến đổi diện tích pic NO2 theo thời gian bơm mẫu vào mao quản 29 - Hình 3.21 Sự biến đổi diện tích pic H2PO4 theo thời gian bơm mẫu vào mao quản 29 Hình 3.22 Điện di đồ phân tích anion mẫu chuẩn thay đổi thời gian bơm mẫu 300 - Hình 3.23 Điện di đồ khảo sát ảnh hưởng Br đến phân tách pic 311 - Hình 3.24 Điện di đồ khảo sát ảnh hưởng F đến phân tách pic .311 - Hình 3.25 Điện di đồ khảo sát ảnh hưởng SCN đến phân tách pic 322 Hình 3.26 Độ lặp diện tích píc theo thời gian anion nghiên cứu 366 Hình 3.27 Điện di đồ phân tích số mẫu nước ngầm nước mặt sử dụng quy trình phân tích tơi đề xuất 38 - Hình 3.28 Đồ thị thể tương quan nồng độ Cl thu từ phương pháp CE IC 400 - Hình 3.29 Đồ thị thể tương quan nồng độ NO3 thu từ phương pháp CE IC 400 - Hình 3.30 Đồ thị thể tương quan nồng độ NO2 thu từ phương pháp CE IC 40 2- Hình 3.31 Đồ thị thể tương quan nồng độ SO4 thu từ phương pháp CE IC 41 vii DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang Bảng 3.1 Diện tích pic thời gian lưu anion điều kiện đệm khác 17 2- - Bảng 3.2 Độ phân giải píc SO4 NO2 theo pH dung dịch đệm Sự - biến đổi diện tích píc H2PO4 199 Bảng 3.3 Khoảng tuyến tính, giới hạn phát (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) hệ số tương quan R đường chuẩn tương ứng 333 Bảng 3.4 Đánh giá độ thu hồi đường chuẩn anion 355 Bảng 3.5 Độ lặp lại diện tích pic thời gian lưu anion 366 Bảng 3.6 So sánh kết phân tích mẫu so sánh mẫu phương pháp điện di mao quản(CE) phương pháp IC 377 Bảng 3.7 Nồng độ anion mẫu so sánh thu từ hai phương pháp sai số tương ứng 39 viii 2- SO4 - NO2 Cl Trúc Bạch A-TB1 - - NO3 50 Tên hồ Tên Các mẫu anion 2- SO4 - NO2 Cl - NO3 A-TB2 2- SO4 - NO2 Cl - NO3 A-NK1 2- SO4 - Ngọc NO2 Khánh Cl A-NK2 - NO3 2- SO4 - NO2 Giảng Võ A-GV1 51 Cl - Tên hồ Tên Các mẫu anion - NO3 2- SO4 - NO2 Cl - NO3 A-GV2 2- SO4 - NO2 Cl - A- NO3 BaM1 SO4 2- Ba Mẫu NO2 Cl - - A- NO3 BaM2 SO4 2- NO2 52 Tên hồ Tên Các mẫu anion Cl - NO3 A-TN1 2- SO4 - Thanh NO2 Nhàn Cl - NO3 A-TN2 2- SO4 - NO2 Cl - NO3 A-DD1 2- SO4 - NO2 Đống Đa Cl A-DD2 - NO3 2- SO4 53 Tên hồ Tên Các mẫu anion - NO2 Cl - NO3 A-HK1 2- SO4 - NO2 Hoàn Kiếm Cl - NO3 A-HK2 2- SO4 - NO2 Cl A- - NO3 BayM1 2- SO4 Bảy Mẫu - NO2 54 - A- Cl BayM2 NO3 - Tên hồ Tên Các mẫu anion 2- SO4 - NO2 Cl - NO3 2- SO4 - NO2 Cl - A- NO3 BayM3 SO4 2- NO2 55 Bảng 6: Kết lập đường chuẩn phân tích mẫu thật trường Tên mẫu Các anion - Cl NO3 SDT1 - 2- SO4 NO2 - - Cl NO3 STD2 - 2- SO4 NO2 - - Cl NO3 STD3 - 2- SO4 NO2 - - Cl NO3 STD4 - 2- SO4 NO2 - Cl - 56 NO3 - 2- SO4 STD5 NO2 - - Cl NO3 STD6 - 2- SO4 NO2 57 - Hình 1: Hình ảnh phân tích mẫu nước mặt số hồ địa bàn Hà Nội 58 ... NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Đỗ Minh Tuấn NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH MỘT SỐ ANION QUAN TRỌNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC TRÊN CƠ SƠ SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐIỆN DI MAO QUẢN XÁCH TAY Chuyên... nước, giúp quan chức trình giám sát chất lượng mơi trường Do em chọn đề tài ? ?Nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích số anion quan trọng môi trường nước sở sử dụng thiết bị điện di mao quản xách. .. cation anion Việc nghiên cứu, phát triển quy trình phân tích anion mẫu nước mặt ứng dụng quan trắc chất lượng nước mặt sử dụng hệ thiết bị điện di mao quản xách tay cho phép phân tích đồng thời anion