Mục tiêu tổng quát của luận án là xây dựng phương pháp phân tích Von-Ampe kết hợp với phương pháp hồi quy đa biến để xác định đồng thời các chất hữu cơ vòng thơm chứa nhóm nitro trong môi trường nước. Ứng dụng để xác định một số hợp chất nitro vòng thơm trong nước mặt, nước thải tại các nhà máy quốc phòng.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Khuất Hồng Bình NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỒNG THỜI MỘT SỐ HỢP CHẤT NITRO BẰNG PHƯƠNG PHÁP VON-AMPE Chuyên ngành:Hóa phân tích Mã số: 62440118 DỰ THẢO TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HĨA HỌC Hà Nội - 2018 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Tạ Thị Thảo PGS.TS Trần Văn Chung Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng cấp sở chấm luận án tiến sĩ họp tại: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN vào hồi ngày tháng năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Khuất Hồng Bình, Trần Văn Chung, Tạ Thị Thảo, Nguyễn Thu Hương (2015), “Nghiên cứu xác định số hợp chất hữu nhóm nitro phương pháp von-ampe”, Tạp chí Hóa học, 53(5e1), tr.74-77 Khuất Hồng Bình, Đinh Thế Dũng, Nguyễn Thu Hương,Trần Văn Chung, Tạ Thị Thảo (2016), “Xác định đồng thời số hợp chất nitro phương pháp Von-ampe kết hợp với thuật toán hồi quy đa biến tuyến tính”, Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, 32(3), tr.94-98 Khuất Hồng Bình, Trần Văn Chung, Nguyễn Thu Hương, Đinh Thế Dũng, Tạ Thị Thảo, (2017), “Xác định đồng thời hợp chất nitro phương pháp Von-Ampe xung vi phân kết hợp với bình phương tối thiểu nghịch đảo”, Tạp chí Hóa học, 55(5e12), tr.219-222 Vũ Thị Phương, Khuất Hồng Bình, Vũ Minh Thành, Nguyễn Tuấn Hồng (2017), “Phân tích hàm lượng 2,4,6-Trinitrotoluen phương pháp Von-Ampe”, Tạp chí Xúc tác Hấp phụ Việt Nam, 6(4), tr.100-103 Khuất Hồng Bình, Trần Văn Chung, Nguyễn Thu Hương, Tạ Thị Thảo (2018) “Simultaneous analysis of nitro compounds by Voltammetric method combined with the partial least squares (PLS) and the principal component regression (PCR)”, International Journal of Engineering Research & Science (IJOER), 4(1), pp.44-48 Khuất Hồng Bình, Trần Văn Chung, Nguyễn Thu Hương, Tạ Thị Thảo (2018) “Simultaneous analysis of nitro compounds by Voltammetric method combined with the principal component regression (PCR)”, International Journal of Engineering Research & Science (IJOER), 4(10), pp.6-11 A GIỚI THIỆU LUẬN ÁN Tính cấp thiết luận án Các hợp chất hữu nhóm nitro sử dụng phổ biến ngành cơng nghiệp, chúng có độc tính cao, có khả gây ô nhiễm môi trường Các phương pháp phân tích nghiên cứu nhóm phương pháp sắc ký: HPLC, GC phương pháp điện di mao quản; phương pháp quang phổ UV-VIS, IR, phổ Raman nghiên cứu không phổ biến Những phương pháp địi hỏi phải có q trình tiền xử lý mẫu trước đo mẫu gây tốn nhiều thời gian, cơng sức… Phương pháp Von-Ampe có ưu điểm độ nhạy cao, kỹ thuật tương đối đơn giản đặc biệt tốn chi phí sử dụng để xác định hợp chất nhóm nitro vòng thơm Tuy nhiên, độ tương đồng cơng thức cấu tạo nên píc khử chúng thường bị chồng chéo lên nhau, khó định lượng xác riêng lẻ thành phần chất hỗn hợp Chính vậy, đề tài: "Nghiên cứu phân tích đồng thời số hợp chất nitro phương pháp Von-Ampe" sử dụng phương pháp Von-Ampe kết hợp với phương pháp hồi quy đa biến tuyến tính phi tuyến tính, cho phép định lượng nhanh, xác hợp chất nitro có mặt hỗn hợp mà khơng cần tách loại chúng khỏi Mục tiêu luận án Xây dựng phương pháp phân tích Von-Ampe kết hợp với phương pháp hồi quy đa biến để xác định đồng thời chất hữu vòng thơm chứa nhóm nitro mơi trường nước Ứng dụng để xác định số hợp chất nitro vòng thơm nước mặt, nước thải nhà máy quốc phòng Nội dung luận án - Nghiên cứu đặc tính điện hóa số hợp chất hữu nhóm nitro tìm điều kiện tối ưu xác định hợp chất hữu nhóm nitro - Đánh giá tính cộng tính tín hiệu đo từ lựa chọn sử dụng mơ hình hồi qui đa biến để phân tích tín hiệu Von-Ampe mẫu chứa đồng thời hợp chất nitro vịng thơm - Ứng dụng qui trình phân tích xây dựng để phân tích mẫu thực tế so sánh kết với số phương pháp khác Những đóng góp luận án - Điểm luận án: Xây dựng thành công quy trình phân tích nhanhcác hợp chất nhóm nitro vịng thơm hỗn hợp phương pháp Von-Ampe kết hợp phương pháp hồi quy đa biến.Đã loại trừ ảnh hưởng mẫu cách xây dựng mơ hình hồi qui đa biến với mẫu thực - Ý nghĩa luận án: Mở hướng nghiên cứu việc phân tích đồng thời hợp chất hữu có nhóm nitro phương pháp VonAmpe, với ưu điểm có độ nhạy độ xác cao, kỹ thuật tương đối đơn giản, tốn kinh phí nhiều so với phương pháp khác phân tích nhanh hàng loạt mẫu mang lại hiệu kinh tế B NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN Chương 1: Tổng quan Chương giới thiệu số hợp chất nitro vòng thơm, ứng dụng nguồn phát thải chúng Đồng thời tổng hợp tài liệu nước phương pháp phân tích hợp chất nitro vịng thơm gồm: Nhóm phương pháp quang phổ, sắc ký Von-Ampe hay Von-Ampe kết hợp hồi quy đa biến Tổng quan đặt sở khoa học định hướng cho việc thực nội dung nghiên cứu để đạt mục tiêu luận án Chương 2: Thực nghiệm phương pháp nghiên cứu 2.1 Hóa chất thiết bị 2.1.1 Hóa chất - Chất chuẩn: Nitrobenzen (NB) dạng lỏng (Trung Quốc), 2-nitro phenol (2-NP), 3-nitro phenol (3-NP), 4-nitro phenol (4-NP), TNT DNT dạng rắn (Merk, Đức) Các chất có độ tinh khiết P.A - Các hóa chất khác sử dụng luận án NaOH, NH4Cl, NH4OH, CH3COOH, H3BO3, H3PO4, HCl, axit fomic có độ tinh khiết (P.A) - Dung môi sử dụng cho LCMS/MS: Metanol (MS grade) 2.1.2 Thiết bị - Cân phân tích HR 200 (Nhật) có độ xác ± 0,002 g - Máy đo pH Precisa (Thụy Sỹ) có độ xác ± 0,02 đơn vị pH - Máy phân tích điện hóa đa Metrohom 797 (Thụy Sỹ) với ba điện cực: Điện cực làm việc: HMDE; điện cực so sánh: Ag/AgCl/Cl; điệnphụ trợ: Pt - Thiết bị sắc ký lỏng khối phổ LC/MS/MS SCIEX X500R QTOF (Mỹ) + Cột tách:C18 110Ao(2,0 mm × 50mm × µm) + Đầu ion hóa điện tử (ESI), đầu ion hóa hóa học áp suất khí (APCI) - Thiết bị HPLC PH 1100, detector UV, ct C18 (200 x mmì5 àm) 2.2 i tượng tiêu phân tích Các hợp chất nitro vịng thơm thuộc nhóm vật liệu nổ sử dụng nhiều quân đội bao gồm: Nitrobenzen (NB), 2-Nitrophenol, 3-Nitrophenol, 4Nitrophenol, Dinitrotoluen (DNT) Trinitrotoluen (TNT) Một số mẫu thực tế loại nước thải hay nước mặt nhà máy quốc phòng 2.3 Phương pháp Von-Ampe xác định NB, 2-NP, 3-NP, 4-NP, DNT, TNT 2.3.1 Nghiên cứu đặc tính điện hóa hợp chất nitro vịng thơm Nghiên cứu đặc tính điện hóa Điều kiện làm việc ban đầu thiết bị: + Thế bắt đầu: V + Thế kết thúc: -0,6 V; + Tốc độ quét thế: 12,5 mV/s + Biên độ xung: 50mV + Bước nhảy thế: (mV/s) + Chu kỳ xung:0,04 s + Thời gian thổi khí nitơ: 120 s + Thời gian nghỉ: 10 s, + Kích thước giọt thủy ngân: + Chế độ quét DP Nghiên cứu xác định điều kiện tối ưu a Khảo sát lựa chọn pH dung dịch điện li: Sử dụng RB có khoảng pH từ đến 10 b Lựa chọn dung dịch điện li: Gồm đệm amoni (0,1M) pH = 9,3; hệ đệm Britton-Robinson giá trị pH khác đệm axetat (0,1M) pH = 4,6 c Khảo sát thời gian thổi khí ni tơ, tốc độ quét thế, biên độ xung, thời gian nghỉ: Theo phương pháp đơn biến, điều kiện khảo sát ban đầu giữ nguyên thay đổi yếu tố cần khảo sát giá trị khác d Khảo sát ảnh hưởng số ion vô cơ: Fe3+, Mn2+, Cu2+, Pb2+, Zn2+, Cd2+ 2.3.2 Xác định đồng thời hợp chất nitro vòng thơm phương pháp Von-Ampe kết hợp với hồi qui đa biến 1.Tín hiệu Von-Ampe có đồng thời hợp chất: Ghi đường Von-Ampe điều kiện khảo sát hợp chất NB, 2-NP, 3-NP, 4-NP, DNT, TNT riêng biệt có nồng độ 1ppm cho chất đường Von-Ampe dung dịch hỗn hợp chúng Khảo sát tính cộng tính tín hiệu đo 2.3.3 Nghiên cứu lựa chọn mơ hình hồi qui đa biến xây dựng chuẩn mẫu thực Chuẩn bị dung dịch chuẩn để xây dựng ma trận chuẩn ma trận kiểm tra chứa hỗn hợp gồm NB, 2-NP, 3-NP, 4-NP, DNT, TNT có nồng độ từ 0,5 đến 2,5 mg/l hai mẫu chuẩn mẫu thực Đo cường độ dòng dung dịch 120 điểm khác khoảng từ đến -0,6 V (mỗi 0,005 mV lại ghi điểm) Lưu kết dạng ma trận tín hiệu đo để xây dựng mơ hình hồi qui Xử lý số liệu phần mềm Matlab sử dụng mơ hình hồi quy đa biến: CLS, ILS, PCR, PLS ANN 2.4 Xây dựng phương pháp phân tích đối chứng LC-MS/MS HPLC-UV 2.4.1 Điều kiện phân tích HPLC-UV + Cột Hypersil C18 (200 x mm), Áp suất: 280 bar + Tỷ lệ pha động MeOH/H2O:70/30; Tốc độ dòng: 0,8 ml/phút 2.4.2 Nghiên cứu xác định 2-NP,3-NP, 4-NP, DNT TNT phương pháp LCMS/MS Khảo sát điều kiện đo hệ MS/MS - Thời gian chạy: 10 phút - Cài đặt tham số MS tự động khảo sát thông số cho chất với giá trị sau: Nhiệt độ(oC): 350, 400, 450, 500; GS1 (psi): 25, 30, 40, 50; GS2 (psi): 25, 30, 40, 50; CUR (psi): 10, 15, 20, 25;DP (V) : -100, -90; -80, -70; CE (V) TOF MS: -5, -10, -20, 30; CE (V) TOF MSMS: -20, -30, -40, -50 Khảo sát điều kiện phân tích hệ LC - Thời gian: 10 phút, tốc độ dòng: 0,3 ml/phút, pha động chạy chế độ gradien sử dụng hệ dung môi: Pha động A: Nước cất, pha động B: MeOH + 0,1 % acid formic theo thể tích - Thay đổi thơng số cần khảo sát bao gồm: Thời gian chạy LC: 7, 10, 12, 15 phút; tốc độ dòng giá trị: 0,1; 0,3; 0,5; ml/phút, khảo sát tỷ lệ pha động theo số gradien Chương 3: Kết thảo luận 3.1 Nghiên cứu đặc tính điện hóa hợp chất nitro vịng thơm 3.1.1 Sóng khử Von-Ampe hợp chất nitro vòng thơm VonAmpe đồ q trình khử hợp chất nitro vịng thơm điện cực HMDE thu hình 3.1, bảng 3.1 -25.0n -20.0n -60.0n Ni trobenz en 3-NP 2-NP -20.0n -50.0n -15.0n -40.0n I (A) I (A) I (A) -15.0n -10.0n -30.0n -10.0n -20.0n -5.00n -10.0n -5.00n 0 -0.10 -0.20 -0.30 -0.40 -0.50 -0.10 -0.60 -0.20 -0.30 -0.40 -0.50 a- -0.20 -0.30 -0.40 -0.50 U (V) a- a-30.0n -30.0n Ni trobenz en -20.0n -0.10 U (V) U (V) 3-NP 2-NP -25.0n -25.0n -20.0n -15.0n -10.0n I (A) I (A) I (A) -20.0n -15.0n -15.0n -10.0n -10.0n -5.00n -5.00n -5.00n -0.30 -0.40 -0.50 -0.60 -0.70 -0.80 -0.90 -0.40 -0.40 U (V) -0.50 -0.60 -0.70 -0.80 -0.50 b- -0.60 -0.90 -0.70 -0.80 -0.90 U (V) U (V) b- b- -60.0n -50.0n 4-NP DNT2 -40.0n TNT3 -50.0n DNT1 -30.0n I (A) -30.0n I (A) I (A) -40.0n -40.0n TNT2 -30.0n TNT1 -20.0n -20.0n -20.0n -10.0n -10.0n -10.0n -0.10 -0.20 -0.30 -0.40 -0.50 -0.60 -0.10 -0.20 -0.30 -0.40 -0.50 -0.60 U (V) -0.10 -0.20 -0.30 -0.40 -0.50 -0.60 U (V) a- U (V) a- a- -60.0n -35.0n -50.0n 4-NP DNT1 -50.0n -30.0n TNT2 -40.0n -40.0n -20.0n DNT2 I (A) I (A) I (A) -25.0n TNT1 -30.0n -15.0n -20.0n -10.0n -10.0n -30.0n TNT3 -20.0n -10.0n -5.00n -0.20 -0.50 -0.60 -0.70 -0.80 -0.90 U (V) -1.00 -1.10 -0.40 U (V) -0.60 -0.80 -0.20 -0.40 -0.60 -0.80 U (V) bbbHình 3.1: Đường Von-Ampe NB, 2-NP, 3-NP, 4-NP, DNT TNT (1mg/l) a -Nền đệm axetat b- Nền đệm amoni Bảng 3.1: Thế xuất píc hợp chất điện ly khác Thế xuất píc (V) Nền NB 2-NP 3-NP 4-NP DNT (2 pic) TNT (3pic) Axetat -0,297 -0.251 -0,267 -0,337 -0,176 -0,076, -0,161 (pH = 4,6) Amoni -0,587 (pH = 9,3) -0,282 -0,432 -0,588 -0,585 -0,596 -0,797 -0,267 -0,301, -0,432 -0,573 3.1.2 Khảo sát điều kiện tối ưu xác định NB, 2-NP, 3-NP, 4-NP, DNT TNT 3.1.2.1 Ảnh hưởng pH dung dịch điện ly Sự phụ thuộc cường độ dòng đỉnh pic vào pH thể hình 3.2, 3.3, 3.4 I (nA) 60 NB 2-NP 3-NP 50 NB -E (V) 0.8 2-NP 0.6 40 0.4 30 0.2 20 pH 10 pH 10 11 10 11 Hình 3.2: Ảnh hưởng pH tới cường độ dòng đỉnh pic NB, 2-NP, 3-NP, 4-NP 50 I (nA) 0.8 DNT1 DNT2 40 0.4 20 0.2 pH 10 DNT1 0.6 30 -E (V) DNT2 pH 10 11 10 11 Hình 3.3: Ảnh hưởng pH tới cường độ dòng đỉnh pic DNT TNT1 TNT2 TNT3 I (nA) 35 30 TNT1 -E (V) 0.8 TNT2 0.6 25 20 TNT3 0.4 15 0.2 10 pH 5 10 11 pH 10 11 Hình 3.4: Ảnh hưởng pH tới cường độ dòng đỉnh pic TNT Thực nghiệm cho thấy phụ thuộc tín hiệu pic vào pH không giống chất - Đối với NB nhóm nitro phenol (2,3,4-NP) nhìn chung I có xu hướng giảm dần pH tăng Tín hiệu pic môi trường axit tốt môi trường kiềm - Đối với DNT cho pic với tín hiệu khác Ở píc thứ nhất, tín hiệu píc ổn định đến pH = sau giảm nhẹ pH = tăng mạnh pH tăng Píc thứ lại cho thấy giảm cường độ dòng tăng pH - Tương tự DNT, TNT cho pic với tín hiệu khác Ở pic thứ 2, tín hiệu píc ổn định đến pH = sau có xu hướng tăng pH tăng Píc thứ lại cho thấy giảm cường độ dòng tăng pH - Thế xuất pic hợp chất có xu hướng dịch chuyển phía âm tăng pH Chọn khoảng pH tối ưu cho xác định hợp chất từ đến tín hiệu pic chúng đạt tốt nhất, ổn định khơng có chồng chéo nhiều đỉnh píc chất nghiên cứu 3.1.2.2 Khảo sát ảnh hưởng dung dịch điện ly a Lựa chọn dung dịch Cường độ dòng (nA) Hợp chất Axetat (0,1M) RB Amoni (0,1M) RB (C = mg/l) (pH=4,6) (pH=4,5) (pH=9,3) (pH=9,4) NB 34,4 33,9 15,8 13,7 2-NP 20,9 19,8 17,7 14,0 3-NP 51,2 51,8 19,6 13,1 4-NP 48,2 41,2 24,2 13,6 DNT1 23,3 21,8 42,6 36,5 DNT2 29,0 22,1 23,6 18,3 TNT1 20,6 12,2 28,5 24,8 TNT2 19,4 15,2 33,5 25,2 TNT3 28,6 23,5 16,9 12,3 Bảng 3.2: Ảnh hưởng dung dịch đến cường độ dòng đỉnh pic Kết khảo sát ảnh hưởng dung dịch cho thấy đệm axetat cho chiều cao pic Von-Ampe cao ổn định nhất, hình dạng pic thu đẹp đệm cịn lại Vì chúng tơi chọn axetat làm điện ly cho nghiên cứu b Lựa chọn nồng độ điện ly Bảng 3.3 Ảnh hưởng nồng độ đến cường độ dòng đỉnh pic Cường độ dòng (nA) Hợp chất (C = mg/l) 0,005 M 0,01 M 0,03 M 0,05 M 0,1 M 1M NB 30,0 33,2 34,9 34,4 32,5 29,6 2-NP 19,1 19,1 18,9 18,7 17,2 16,9 3-NP 43,3 52,5 52,7 51,7 50,5 48,2 4-NP 41,6 44,1 47,4 49,3 47,3 46,3 DNT1 15,2 23,9 23,3 23,4 23,2 22,5 DNT2 10,9 16,4 22,4 26,4 28,6 27,5 TNT1 16,2 17,8 17,1 17,1 16,6 14,1 TNT2 16,6 17,2 17,5 17,6 16,9 14,5 TNT3 16,5 23,2 30,1 32,9 31,1 28,2 Ở nồng độ đệm axetat thấp ( M) pic bắt đầu không cân đối tín hiệu bị giảm Khi tăng nồng độ đệm axetat từ 0,005 đến 0,01 M có tăng I đáng kể sau thay đổi nồng độ đệm từ 0,01 đến 0,05M nồng độ 0,1 M bắt đầu có giảm nhẹ tín hiệu phân tích Đồng thời với tăng I, Ep có xu hướng bị dịch chuyển phía dương tăng nồng độ dung dịch đệm Khoảng nồng độ tối ưu để xác định hợp chất chọn khoảng từ 0,01M đến 0,1M 3.1.2.3 Ảnh hưởng thời gian đuổi oxi hòa tan Bảng 3.5: Sự phụ thuộc cường độ dòng đỉnh pic theo thời gian đuổi ơxy Cường độ dịng (nA) Hợp chất giây 30 giây 60 giây 90 giây 120 giây 180 giây NB 22,2 22,9 23,6 23,6 23,6 22,9 2-NP 17,8 20,6 22,5 22,9 22,7 20,8 3-NP 21,3 24,5 25,3 25,4 25,2 25,1 4-NP 20,7 22,2 23,0 23,1 22,8 21,1 DNT1 17,1 19,9 22,5 22,7 22,8 21,9 DNT2 14,9 17,9 20,1 20,2 20,1 19,7 TNT1 12,6 15,8 17,0 17,1 17,1 TNT2 13,6 15,8 16,0 16,2 16,1 TNT3 30,4 30,1 32,9 32,7 32,9 32,6 Khi thời gian sục khí nitơ chưa đủ tín hiệu pic thu thấp, trí khơng xuất pic TNT1, TNT2 hình dạng pic thu xấu, chân pic dâng cao xuất pic khử oxi Cường độ dịng thu ổn định thời gian sục khí khoảng 60 giây Tuy nhiên thời gian sục khí tăng lên khoảng 180 giây lại thấy có tượng giảm nhẹ cường độ dòng Kết khảo sát cho thấy thời gian loại oxi dịng khí nitơ khoảng 90s đến 120s đủ để có chiều cao pic ổn định 3.1.2.4 Ảnh hưởng tốc độ quét Bảng 3.6:Sự phụ thuộc cường độ dòng đỉnh pic tốc độ quét (mV/s) I (nA) Ep (V) Hợp chất 10 12,5 15 20 10 12,5 15 20 NB 2-NP 3-NP 4-NP DNT1 DNT2 TNT1 TNT2 TNT3 16,4 18,7 17,9 15,8 13,5 17,5 13,1 8,2 20,6 18,8 20,3 23,4 20,4 19,8 29,1 15,4 13,6 29,6 19,9 21,9 25,1 22,6 21,4 34,7 15,7 16,0 32,4 20,4 22,6 26,5 23,4 24,6 37,0 17,0 17,3 34,7 21,4 23,8 29,5 26,2 31,4 46,3 17,6 19,7 37,3 -0,322 -0,273 -0,302 -0,382 -0,227 -0,326 -0,133 -0,214 -0,319 -0,322 -0,277 -0,303 -0,386 -0,231 -0,334 -0,135 -0,222 -0,329 -0,327 -0,281 -0,306 -0,386 -0,236 -0,337 -0,136 -0,227 -0,327 -0,326 -0,283 -0,308 -0,386 -0,237 -0,34 -0,137 -0,226 -0,339 -0,330 -0,289 -0,314 -0,394 -0,239 -0,348 -0,135 -0,23 -0,341 Thế đỉnh píc NB, 2-NP, 3-NP 140 4-NP -0,297, -0,251, 120 0,267 -0,337 V TNT cho píc 100 -0,076 (TNT1), -0,161 (TNT2), -0,267 80 V (TNT3) DNT cho píc -0,176 60 (DNT1), -0,282 V (DNT2) Thế đỉnh 40 pic nhóm chất khảo sát 20 gần có xen phủ đường Von-Ampe Để xác định 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Potential (-V) đồng thời hợp chất mà khơng cần Hình 3.13: Đường Von-ampe NB, 2- phải tách loại khỏi cần phải NP, 3-NP, 4-NP, DNT, TNT (1ppm) kết hợp với phương pháp hồi quy đa hỗn hợp chúng biến 3.2.2 Khảo sát tính cộng tính tín hiệu đo Phỉ lý thuyÕt Tín hiệu pic hỗn hợp theo lý thuyết 180 Phỉ thùc theo thực tế khơng sai khác nhiều, sai số 150 Ithực Ilý thuyết hầu hết nhỏ 120 10% Nhìn chung, phổ Von-Ampe hỗn 90 hợp chất theo thực tế theo lý thuyết gần 60 trùng lặp vào Như kết 30 luận tín hiệu Von-ampe chúng có tính 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 -E (V) cộng tính Do sử dụng phương pháp hồi quy đa biến tuyến tính để xác định Hình 3.13: Đường Von-ampe NB, đồng thời hợp chất 2-NP, 3-NP, 4-NP, DNT, TNT (1ppm) hỗn hợp 1: NB 2: 2-NP 3: 3-NP 4: 4-NP 5: DNT 6: TNT 7: HH I (nA) Current (nA) 160 hỗn hợp chúng 3.3 Nghiên cứu lựa chọn mơ hình hồi quy đa biến xây dựng chuẩn 3.3.1 Ma trận mẫu chuẩn ma trận mẫu kiểm tra Ma trận nồng độ dung dịch mẫu chuẩn mẫu kiểm tra có kích thước (38x6) (15x6) Lưu kết dạng ma trận tín hiệu đo có kính thước (38x120) (15x120) để xây dựng mơ hình hồi qui 3.3.2 Nghiên cứu xác định đồng thời sử dụng mô hình CLS Bảng 3.14: Độ xác mẫu theo phương pháp CLS NB 2-NP 3-NP 4-NP DNT TNT 0,98 0,63 0,92 0,98 0,98 0,99 R 96,3 95,8 110,1 102,9 98,3 99,5 Re (%) 9,1 29,7 24,7 7,3 11,1 5,9 RSE (%) RSEt(%) 18,1 Sử dụng mơ hình CLS để xác định TNT, DNT cho kết tốt để xác định đồng thời hợp chất theo mơ hình CLS lại gặp sai số tương đối lớn Vì khơng nên sử dụng mơ hình CLS để định lượng đồng thời hợp chất 3.3.3 Nghiên cứu xác định đồng thời sử dụng mô hình ILS Bảng 3.15: Độ xác mẫu theo phương pháp ILS R Re (%) RSE (%) RSEt(%) NB 0,57 65,7 62,4 2-NP 0,39 98,2 73,7 3-NP 0,55 132,5 108,9 4-NP 0,63 92,2 38,7 DNT 0,46 81,1 61,9 TNT 0,92 106,0 24,7 67,3 Với phương pháp ILS, sai số chuẩn tương đối (RSE) chất lớn, dao động từ 24,7 đến 108,9 % phù hợp với độ tương quan thu bé Sai số chuẩn tương đối ước đoán 15 mẫu RSEt lên đến 67,3 % Như mơ hình gặp phải sai số lớn độ tin cậy thấp 3.3.4 Nghiên cứu xác định đồng thời sử dụng mơ hình PCR 3.3.4.1 Khảo sát lựa chọn số cấu tử cho mơ hình PCR Kết thu cho thấy cấu tử chứa hầu hết lượng thông tin tập số liệu, PC= đến 25 để khảo sát lựa chọn số PC tối ưu Bảng 3.16: Sự phụ thuộc RSE, RSEt vào số PC theo phương pháp PCR Số PC RSE (%) RSEt (%) NB 2-NP 3-NP 4-NP DNT TNT 30,8 26,9 21,1 19,9 28,0 23,9 26,0 14,8 24,0 19,3 8,9 10,6 5,7 16,1 10,0 15,7 12,6 7,3 9,0 5,3 11,0 9,8 16,4 11,3 7,0 7,4 5,8 10,9 11 9,6 17,2 10,7 6,9 7,0 5,3 11,0 13 9,5 15,9 9,5 6,9 9,1 4,8 10,4 15 9,5 14,2 10,0 6,5 9,0 4,8 9,9 17 9,1 14,0 10,5 6,8 10,6 5,4 10,1 19 9,3 16,2 11,3 7,8 10,0 4,7 10,9 21 9,6 15,6 13,5 8,1 8,4 4,7 11,1 23 10,1 15,1 15,6 8,2 7,5 4,8 11,3 25 10,1 16,1 15,6 10,2 8,0 6,2 12,0 Độ xác mơ hình hồi quy xác định hợp chất mẫu kiểm tra tự tạo biểu diễn hình 3.17 30 RSEt (%) Giá trị RSEt thu thấp ổn định từ PC đến PC thứ 19, 25 sau lại tăng dần lên tăng 20 PC Tại PC = 15, giá trị sai số 15 chuẩn ước đoán 15 mẫu kiểm 10 tra thấp (9,9%) Dựa vào n- PC thông số R, RSE RSEt chúng 5 10 15 20 25 lựa chọn số PC 15 để làm mô hình chuẩn cho phân tích mẫu Hình 3.17: Độ xác mơ hình hồi qui thực tế xác định hợp chất mẫu kiểm tra tự tạo Tại PC = 15, đánh giá theo phương pháp PCR tổng thể phân tích hợp chất hỗn hợp nhìn vào hệ số tương quan giá trị sai số chuẩn tương đối: 2-NP có độ tin cậy nhỏ gặp sai số lớn (RSE = 14,2 %), TNT cho kết tốt, độ tin cậy lớn (R gần tiến đến 1) sai số nhỏ (RSE = 4,8%) Các hợp chất lại cho sai số nhỏ 10% độ tin cậy lớn (đều lớn 0,9) Như sử dụng mơ hình PCR để phân tích đồng thời hợp chất 3.3.4.2 Loại trừ giá trị đo bất thường (outlier) Trong mẫu lựa chọn làm ma trận chuẩn, mẫu loại bỏ mà làm giá trị RSEt nhỏ mẫu bị mắc sai số hệ thống Loại bỏ mẫu mắc sai số khỏi ma trận chuẩn xây dựng mô hình PCR với 34 mẫu dung dịch chuẩn, sử dụng số PC = 15 Kết thu bảng 3.20 Bảng 3.20: Độ xác mơ hình PCR trước sau loại bỏ mẫu gây sai số NB 2-NP 3-NP 4-NP DNT TNT Mô R 0,97 0,84 0,97 0,99 0,98 1,00 hình cũ Re(%) 99,1 100,7 106,6 103,7 100,1 101,2 RSE (%) 9,5 14,2 10,0 6,5 9,0 4,8 RSEt (%) 9,9 R 0,97 0,88 0,97 0,99 0,98 0,99 Mô Re(%) 99,6 103,7 104,7 104,3 99,4 100,8 hình RSE (%) 8,4 13,7 9,6 7,2 9,2 4,6 RSEt (%) 9,5 Mơ hình giá trị RSEt thu thấp từ 9,9 giảm xuống 9,5 %, hệ số tương quan 2-NP cải thiện 3.3.5 Nghiên cứu xác định đồng thời sử dụng mơ hình PLS 3.3.5.1 Khảo sát lựa chọn số cấu tử cho mơ hình PLS Kết cho thấy 25 cấu tử ban đầu có ảnh hưởng tới thông tin chứa tập số liệu Khảo sát số PC từ đến 25 để tìm phương trình hồi quy tối ưu Các giá trị R, RSE, RSEt độ thu hồi thu bảng 3.21, 3.22, 3.23 Bảng 3.21: Sự phụ thuộc RSE, RSEt vào số PC theo phương pháp PLS Số PC 11 13 15 17 19 21 23 25 NB 31,4 12,4 8,8 9,0 9,2 10,1 8,7 8,6 11,2 11,1 11,3 13,1 2-NP 23,1 19,0 15,9 14,7 15,0 14,4 15,3 20,0 19,6 20,2 24,34 25,22 RSE (%) 3-NP 4-NP 17,8 20,2 18,8 8,4 19,8 7,2 16,6 7,2 15,7 7,6 15,3 7,5 15,3 7,2 18,0 11,3 17,6 13,8 17,4 16,9 19,9 17,2 19,3 17,5 RSEt (%) DNT 24,8 9,5 8,6 9,0 7,9 10,7 10,7 14,8 15,0 11,4 13,6 16,4 TNT 26,6 4,5 4,5 4,3 4,1 3,9 4,0 5,1 6,9 9,2 10,5 11,1 25,1 13,8 12,2 11,2 11,1 11,2 11,2 14,1 14,7 15,1 17,2 12,0 Độ xác mơ hình thơng qua giá trị RSEt biểu diễn hình 3.20 26 Hình 3.20: Độ xác mơ hình hồi qui xác định hợp chất mẫu kiểm tra tự tạo theo phương pháp PLS RSEt (%) 23 20 17 14 PC bắt đầu có giảm rõ dệt giá trị n- PC RSEt Từ PC đến PC thứ 15, giá trị RSEt thu thấp ổn định 10 12 14 16 18 20 22 24 26 sau giá trị RSEt lại tăng dần lên tăng PC Vì lựa chọn PC khoảng từ đến 15 để tìm phương trình hồi quy tối ưu Tại PC = 11, giá trị RSEt thu thấp (11,1%), dựa vào thông số R, RSE RSEt lựa chọn số PC 11 để làm mơ hình chuẩn cho phân tích mẫu thực tế 3.3.5.2 Loại trừ giá trị đo bất thường (outlier) Bảng 3.24: Độ xác mơ hình hồi quy PLS cũ 11 Mơ hình cũ Mơ hình R Re(%) RSE (%) RSEt (%) R Re(%) RSE (%) RSEt (%) NB 0,98 99,6 9,2 2-NP 0,81 102,2 15,0 3-NP 0,95 109,7 15,7 4-NP 0,98 105,3 7,6 DNT 0,99 98,9 7,9 TNT 1,00 100,6 4,1 0,98 105,7 7,9 0,99 101,0 8,5 0,99 98,1 5,8 11,1 0,97 98,3 10,6 0,90 100,9 11,1 0,94 106,6 13,2 9,9 Như sau loại bỏ số mẫu gây sai số lớn cho mơ hình hệ số tương quan 2-NP tăng lên đáng kể đồng thời sai số chuẩn tương đối giảm từ 15% xuống 11 % RSEt mẫu kiểm tra giảm đáng kể (từ 11,1% giảm xuống 9,9 %) Chúng sử dụng mơ hình với tập số liệu cho phân tích mẫu thật 3.3.6 Nghiên cứu xác định đồng thời sử dụng mơ hình ANN a Hàm luyện đa lớp lan truyền thường Kết độ hồi quy thơng số q trình luyện mạng mơ hình ANN sử dụng hàm luyện thể hình sau: Hình 3.21: Độ hồi quy sử dụng hàm trainlm Hình 3.22: Độ hồi quy sử dụng hàm trainscg Hàm luyện trainlm trainscg có ưu điểm thời gian luyện mạng nhanh (chỉ từ 1-10 giây) Tuy nhiên thấy hai làm cho kết độ hồi quy phần số liệu luyện mạng thấp, nên không phù hợp với đối tượng khảo sát b Mơ hình đa lớp lan truyền ngược Hình 3.23 Độ hồi quy sử dụng hàm trainbfg Hình 3.24: Độ hồi quy sử dụng hàm trainbr Kết cho thấy mạng lan truyền ngược với độ hồi quy phần số liệu luyện mạng cao so với mạng lan truyền thơng thường Sử dụng hàm luyện Chuẩn hóa tự động (trainbr) cho kết tốt nhất.Tối ưu hóa mơ hình ANN kết hợp với phương pháp cải thiện overfitting luyện nhiều mạng ANN lúc sử dụng hàm luyện trainbr Các giá trị R, RSE, RSEt Re thể bảng 3.25 Bảng 3.25: Độ xác mẫu kiểm tra theo phương pháp ANN NB 0,91 106,3 19,7 2-NP 0,76 106,9 16,4 3-NP 4-NP DNT TNT 0,83 0,96 0,98 0,96 R 98,5 104,2 104,1 98,4 Re (%) 20,5 12,0 10,8 12,3 RSE (%) RSEt(%) 16,4 Với mơ hình ANN, kết thu không khả quan, độ lệch chuẩn tương đối NB, 2-NP, 3-NP lớn tương ứng với độ tương quan bé (từ 0,76 đến 0,91) Vì để xác định đồng thời chất sử dụng mô hình ANN gặp sai số lớn độ tin cậy khơng cao Mơ hình ANN cho kết khơng tốt mơ hình PCR PLS Điều chứng tỏ tín hiệu mẫu có tính cộng tính cao sử dụng mơ hình PCR PLS cho kết phù hợp 3.4 Nghiên cứu lựa chọn mơ hình hồi quy đa biến xây dựng mẫu thực Nền mẫu thực: Sử dụng số mẫu thu thập nước mặt, nước ngầm nước thải, đem phối trộn với để dung dịch hỗn hợp Hàm lượng hợp chất nghiên cứu gồm 2-NP, 3-NP, 4-NP, DNT TNT mẫu thực xác định phương pháp LC-MS/MS NB xác định phương pháp HPLC-UV 3.4.1 Nghiên cứu xác định 2-NP, 3-NP, 4-NP, DNT, TNT mẫu thực phương pháp LCMS/MS 3.4.1.1 Nghiên cứu lựa chọn điều kiện phân tích hệ MS a Chọn mảnh khối ion mẹ ion Bảng 3.26: Ion mẹ ion hợp chất - Nhóm nitrophenol có tín hiệu tốt với kỹ thuật ESI APCI, - DNT TNT cho tín hiệu tốt với kỹ thuật APCI ESI, - NB khơng cho tín hiệu với detector MS/MS Ion mẹ ion đặc trưng cho hợp chất bảng 3.40 Chất Khối lượng Ion mẹ phân tử (g/mol) (m/z) 2-NP 139,11 3-NP 139,11 4-NP 139,11 DNT 182,11 TNT 227,13 138,02 [M-H]138,02 [M-H]138,02 [M-H]181,03 [M-H]226,01 [M-H]- Ion Chế độ ion hóa 45,9935 (100); ESI 108,0217 (73) 45,9939 (100); ESI 108,0223 (12) 45,9934 (93); ESI 108,0216 (100) 45,9934 (100); APCI 135,0198 (45) 45,9936 (100); APCI 76,0195 (30) b Tối ưu điều kiện MS Giá trị tối ưu liệt kê bảng 3.27 Bảng 3.27: Các thông số tối ưu MS/MS Thông số 2-NP, 3-NP, 4-NP DNT, TNT Chế độ ion hóa ESI APCI Polarity Negative Negative Ion source gas (GS1) 50 50 Ion source gas (GS2) 30 Curtain gas (CUR) 25 25 Temperature 500 500 Declustering potential (DP) -80 -80 TOF start mass 40 40 TOF stop mass 600 600 CE (V) (TOF MS) -10 -10 Mảnh -20 -20 CE (V) (TOF MSMS) Mảnh -45 -45 3.4.1.2 Nghiên cứu lựa chọn điều kiện phân tích hệ LC 1.Khảo sát thời gian chạy LC: Các hợp chất cần phân tích bị rửa giải khỏi cột với khoảng thời gian nhỏ phút Để đảm bảo chất cần phân tích rửa giải hết để cột không bị nhiễm bẩn, chọn thời gian chạy LC 10 phút cho thí nghiệm Khảo sát tốc độ dòng: Lựa chọn tốc độ dòng 0,3 ml/phút Tại tốc độ này, chất bắt đầu rửa giải khoảng từ 3-5 phút, píc tách tốt, hình dạng píc đẹp 3.Khảo sát tỷ lệ pha động + ÷ phút đầu: 90% A + 10 % B + ÷ phút: 90% A + 10 % B + ÷ phút: 10% A + 90 % B + ÷ 10 phút: 90% A + 10 % B 3.4.1.3 Xác định khoảng tuyến tính Bảng 3.28: Khoảng tuyến tính, hệ số tương quan 2-NP, 3-NP, 4-NP, DNT, TNT theo phương pháp LCMS/MS 2-NP 3-NP 4-NP DNT TNT Khoảng tuyến 1-200 1-100 1-100 1-100 1-100 tính (µg/l) R2 0,9999 0,9994 0,9985 0,9998 0,9993 LOD (µg/l) 2,9 0,65 1,1 2,6 1,9 LOQ (µg/l) 9,7 2,2 3,7 8,7 6,3 Hệ số hồi quy tuyến tính R đường chuẩn nằm khoảng 0,995 ≤ R ≤ Do đường chuẩn dựng chấp nhận 3.4.2 Nghiên cứu lựa chọn mơ hình hồi qui đa biến xây dựng mẫu thực 3.4.2.1 Ma trận mẫu chuẩn ma trận mẫu kiểm tra Tiến hành chuẩn bị 75 mẫu dung dịch chuẩn (gồm 60 mẫu chuẩn làm ma trận chuẩn 15 mẫu chuẩn để làm ma trận kiểm tra) chứa hỗn hợp gồm NB, 2NP, 3-NP, 4-NP, DNT, TNT có nồng độ từ 0,5 đến 2,5 mg/l Đo tín hiệu phân tích lưu kết dạng ma trận tín hiệu đo để xây dựng phương trình hồi qui 3.4.2.2 Nghiên cứu xác định đồng thời sử dụng mơ hình CLS ILS Sau xử lý số liệu phương pháp CLS ILS, độ xác 15 mẫu tự tạo trình bày bảng 3.31 Bảng 3.31: Độ xác mẫu kiểm tra theo phương pháp CLS ILS Mơ hình CLS Mơ hình ILS R Re RSE (%) RSEt (%) R Re RSE (%) RSEt (%) NB 0,79 108,4 27,9 2-NP 0,28 90,5 77,1 3-NP 0,58 108,5 46,8 4-NP 0,93 96,7 12,7 DNT 0,91 94,1 15,8 TNT 0,98 100,9 7,5 0,37 106,4 92,8 189,2 0,34 96,5 69,5 0,78 85,8 38,7 43,3 0,09 147,4 302,9 0,12 139,7 225,9 0,28 95,9 99,3 Như vậy, mẫu thực hợp chất gặp sai số lớn nhiều so với chuẩn hai mơ hình Vì khơng thể sử dụng mơ hình CLS ILS để định lượng đồng thời hợp chất ma trận chuẩn xây dựng mẫu thực 3.4.2.3 Nghiên cứu xác định đồng thời sử dụng mơ hình PCR a Khảo sát tìm số PC Có thể thấy cấu tử có ảnh hưởng chủ yếu đến toàn tập số liệu Khảo sát từ PC để tìm số phương trình hồi quy tối ưu Bảng 3.32: Sự phụ thuộc RSE, RSEt vào số PC theo phương pháp PCR Số PC RSE (%) RSEt (%) NB 2-NP 3-NP 4-NP DNT TNT 21,4 16,1 18,4 16,7 22,5 15,6 18,6 21,8 11,9 14,9 8,0 9,2 8,7 14,3 11,6 11,7 9,1 8,2 10,2 8,1 10,2 10,5 11,8 9,2 7,7 6,7 8,3 9,6 11 10,0 13,6 8,4 11,0 7,0 8,3 10,3 13 11,0 9,2 7,8 8,8 8,6 8,0 9,2 15 10,9 9,8 7,7 8,8 8,7 8,5 9,4 17 12,5 11,9 8,1 10,6 8,5 8,8 10,6 19 12,0 12,8 8,0 10,4 8,6 8,7 10,7 21 12,1 15,7 7,5 11,1 8,7 9,5 11,6 23 12,0 16,6 7,1 11,2 8,5 9,7 11,9 25 11,4 20,8 12,4 11,7 8,1 10,7 13,8 Kết khảo sát giá trị sai số chuẩn tương đối RSEt thay đổi số PC từ đến 25 biểu diễn hình 3.31 Giá trị RSEt thu RSEt (%) 20 thấp ổn định từ PC 18 đến PC thứ 15, sau giá 16 trị RSEt lại tăng dần lên 14 tăng PC.Tại PC = 13, giá trị RSEt thu thấp 12 (9,2%), dựa vào thông 10 n- PC số R, RSE RSEt chúng 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 lựa chọn số PC 13 để làm mơ hình chuẩn cho Hình 3.31: Độ xác mơ hình hồi qui phân tích mẫu thực tế xác định hợp chất mẫu kiểm tra tự tạo theo phương pháp PCR b Loại trừ giá trị đo bất thường Sau trình rà sốt, loại bỏ mẫu gặp sai số thơ xây dựng mơ hình PCR với 56 mẫu dung dịch chuẩn, sử dụng số PC = 13 Kết thu bảng 3.35 Bảng 3.35: Độ xác mơ hình PCR cũ (PC = 13) NB 0,93 11,0 101,3 2-NP 0,90 9,2 101,6 3-NP 0,95 7,8 100,7 4-NP DNT TNT R 0,96 0,98 0,98 Mơ hình Re(%) 8,8 8,6 8,0 cũ RSE (%) 100,6 95,7 101,7 RSEt (%) 9,2 R 0,94 0,92 0,95 0,99 0,98 0,97 Mô Re(%) 9,3 8,1 7,7 3,4 8,7 8,2 hình RSE (%) 100,6 101,2 101,6 99,6 94,9 102,4 RSEt (%) 8,0 Như vậy, mơ hình có cải thiện rõ dệt, giá trị sai số chuẩn tương đối giảm nhiều đồng thời hệ số tương quan tăng lên 3.4.2.4 Nghiên cứu xác định đồng thời chất sử dụng mơ hình PLS a Khảo sát tìm số PC Khảo sát từ PC đến PC 25 để tìm số phương trình hồi quy tối ưu Bảng 3.36: Sự phụ thuộc RSE, RSEt vào số PC theo phương pháp PCR Số PC RSE (%) RSEt (%) NB 2-NP 3-NP 4-NP DNT TNT 26,1 16,6 18,1 17,3 15,7 21,1 20,1 25,5 14,9 18,4 8,3 8,1 8,6 16,6 10,6 11,2 10,3 8,3 8,3 7,8 9,8 8,8 16,1 11,8 9,7 8,3 7,3 11,2 11 9,4 17,7 11,5 9,5 6,1 6,2 11,5 13 10,9 27,9 13,8 12,5 6,2 6,5 16,1 15 10,7 26,6 16,9 10,6 8,3 8,2 16,1 17 14,5 29,6 20,7 10,8 9,3 8,7 18,5 19 18,3 31,9 23,4 12,3 9,1 9,5 20,6 21 19,5 33,8 23,6 13,0 9,4 9,5 21,6 23 22,8 35,2 26,9 16,2 9,4 9,6 23,6 25 25,9 36,7 30,3 17,4 8,9 9,7 25,5 Kết khảo sát giá trị sai số chuẩn tương đối RSEt thay đổi số PC từ đến 25 biểu diễn hình 3.33 RSEt (%) 26 24 22 20 18 16 14 12 10 Hình 3.33: Độ xác mơ hình hồi qui xác định hợp chất mẫu kiểm tra tự tạo theo phương pháp PLS n- PC 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Giá trị RSEt thu thấp ổn định từ PC đến PC thứ 11, sau giá trị RSEt lại tăng nhanh tăng PC.Tại PC = 7, tổng sai số ước đoán nhỏ nhất, RSE R thu tốt nên lựa chọn số PC để làm mơ hình chuẩn cho phân tích mẫu thực tế b Loại trừ giá trị đo bất thường Sau loại bỏ mẫu mắc sai số xây dựng mô hình PLS với 56 mẫu dung dịch chuẩn, sử dụng số PC = Kết thu bảng 3.39 Bảng 3.39: Độ xác mơ hình PLS cũ (PC = 7) NB 2-NP 3-NP 4-NP DNT TNT R 0,94 0,83 0,93 0,99 0,98 0,98 Mơ hình cũ Re(%) 99,8 102,2 102,0 100,6 96,5 101,3 RSE (%) 10,6 11,2 10,3 8,3 8,3 7,8 RSEt (%) 9,8 R 0,96 0,86 0,95 0,99 0,98 0,98 Mô Re(%) 98,8 101,4 100,8 100,1 97,9 97,8 hình RSE (%) 9,6 10,6 9,3 4,1 7,0 6,5 RSEt (%) 8,5 Như vậy, mơ hình có cải thiện rõ dệt, giá trị sai số chuẩn tương đối giảm nhiều đồng thời hệ số tương quan tăng lên 3.4.2.5 Nghiên cứu xác định đồng thời sử dụng mơ hình ANN Khảo sát lựa chọn hàm luyện Cấu trúc hệ mạng ban đầu khảo sát mạng nơ ron với lớp ẩn, số nơ ron lớp ẩn ban đầu 10, lớp ẩn sử dụng hàm purelin a Hàm luyện đa lớp lan truyền thường Kết khảo sát hàm luyện đa lớp lan truyền thông thường (trainlm, trainscg), đa lớp lan truyền ngược (trainbfg, trainbr) thể hình 3.34 đến 3.37 Hình 3.34: Độ hồi quy sử dụng hàm trainlm Hình 3.35: Độ hồi quy sử dụng hàm trainscg Hình 3.36: Độ hồi quy sử dụng hàm trainbfg Hình 3.37: Độ hồi quy sử dụng hàm trainbr Hàm luyện Chuẩn hóa tự động (trainbr) cho kết khả quan nhất, nghiên cứu lựa chọn hàm luyện trainbr kết hợp với phương pháp luyện nhiều mạng ANN lúc để tìm mạng tối ưu b Khảo sát lựa chọn mơ hình mạng tối ưu Các kết thu hợp chất 15 mẫu tự tạo xử lý phương pháp ANN trình bày bảng 3.40 Bảng 3.40: Độ xác mẫu kiểm tra theo phương pháp ANN NB 2-NP 3-NP 4-NP DNT TNT 0,79 0,69 0,89 0,98 0,96 0,97 R 98,5 98,8 104,4 99,8 99,3 103,6 Re (%) 17,1 15,1 13,0 6,4 10,4 8,1 RSE (%) RSEt(%) 13,1 Với mơ hình ANN, kết thu khơng khả quan mơ hình PCR PLS Ở cấu tử TNT, DNT 4-NP cho kết tốt, độ lệch chuẩn nhỏ (từ 6,4 đến 10,4%) hệ số tương quan lớn (từ 0,96 đến 0,97) Tuy nhiên cấu tử lại NB, 2-NP 3-NP lại cho sai số lớn (từ 13,0 đến 17,1%) tương ứng với độ tương quan bé (từ 0,69 đến 0,89) Vì để xác định đồng thời chất sử dụng mơ hình ANN gặp sai số lớn độ tin cậy khơng cao 3.5 Phân tích mẫu thực tế 3.5.1 Quy trình phân tích mẫu - Tìm hiểu thơng tin sở lấy mẫu - Xử lý sơ mẫu - Thực phân tích thiết bị điện hóa 797VA Computrace theo thông số khảo sát - Xử lý số liệu phần mềm matlab, sử dụng mơ hình hồi quy đa biến PCR PLS để tìm nồng độ chất cần phân tích tính hiệu suất thu hồi - Phân tích đối chứng phương pháp LCMS/MS HPLC 3.5.2 Kết phân tích mẫu thực tế Nồng độ hợp chất nitro vịng thơm có mẫu xử lý thu kết bảng 3.41: Mẫu Mẫu Pha loãng 10 lần Mẫu Pha loãng 100 lần Mẫu Pha loãng 50 lần NB 2-NP 3-NP 4-NP DNT TNT NB 2-NP 3-NP 4-NP DNT TNT NB 2-NP 3-NP 4-NP DNT TNT NB 2-NP 3-NP 4-NP DNT TNT Bảng 3.41: Kết phân tích mẫu phương pháp Von-Ampe sử dụng mơ hình PCR PLS Nồng độ tìm thấy (mg/l) Nồng độ tìm thấy sau thêm(mg/l) Độ thu hồi (%) C thêm Nền mẫu chuẩn Nền mẫu thật Nền mẫu chuẩn Nền mẫu thật Nền mẫu chuẩn Nền mẫu thật (mg/l) PCR PLS PCR PLS PCR PLS PCR PLS PCR PLS PCR PLS 0,01 0,02 KPH KPH 1,04 1,11 0,96 1,03 103 109 96 103 KPH KPH KPH KPH 0,91 1,07 1,05 0,94 91 107 105 94 KPH KPH KPH KPH 0,95 0,91 0,97 0,9 95 91 97 90 0,02 KPH KPH 0,01 1,09 1,04 0,98 1,05 107 104 98 104 KPH 0,01 KPH KPH 0,89 0,94 0,96 0,96 89 93 96 96 0,06 0,09 0,04 0,08 1,15 0,97 1,11 1,11 109 88 107 103 KPH KPH KPH KPH 0,89 0,88 0,95 0,93 1,8 1,99 1,87 1,86 91 111 92 93 KPH KPH KPH KPH 0,85 0,86 0,87 0,85 85 86 87 85 0,09 0,04 KPH 0,03 0,87 1,19 0,86 0,94 78 115 86 91 0,03 KPH 0,01 KPH 0,01 KPH 0,01 0,09 KPH 0,01 0,01 0,02 0,07 0,01 0,01 0,06 0,02 0,04 KPH KPH KPH KPH 0,03 0,01 0,03 0,01 0,05 0,09 1 0,84 1,02 0,97 97 83 97 88 0,48 0,59 0,51 0,57 1,38 1,62 1,52 1,56 90 103 101 99 KPH 0,07 KPH 0,02 0,94 0,95 0,97 94 93 95 95 0,09 KPH KPH KPH 1 0,89 0,85 1,01 91 89 85 101 0,03 KPH 0,03 KPH 0,85 0,82 1,14 0,86 82 82 111 86 KPH 0,10 KPH 0,09 0,88 0,92 0,91 0,98 88 82 91 89 0,14 0,20 0,17 0,10 0,92 1,26 1,09 1,05 78 106 92 95 1,39 1,30 1,44 1,42 2,49 2,24 2,51 2,39 110 94 107 97 Mẫu Pha loãng 100 lần Mẫu Pha loãng 100 lần NB 2-NP 3-NP 4-NP DNT TNT NB 2-NP 3-NP 4-NP DNT TNT KPH 0,08 KPH 0,02 0,05 0,42 KPH KPH KPH KPH 0,30 0,87 0,07 KPH KPH KPH KPH 0,56 KPH KPH KPH KPH 0,31 0,84 KPH KPH KPH 0,04 KPH 0,49 KPH KPH KPH 0,05 0,24 1,09 KPH 0,07 KPH 0,03 KPH 0,51 KPH KPH KPH 0,08 0,22 1,01 1 1 1 1 0,96 1,34 0,97 0,89 0,79 0,83 1,21 1,84 0,89 1,51 0,91 0,79 0,86 0,89 1,19 1,74 0,93 1,44 0,97 0,91 0,96 0,99 1,16 2,05 0,91 1,48 0,95 0,9 0,89 0,99 1,14 1,91 91 92 97 89 79 83 91 97 89 95 91 79 86 89 88 90 93 95 97 91 96 94 92 96 91 97 95 90 89 91 92 90 Nhận xét: - Độ thu hồi chủ yếu nằm khoảng 90 - 110 %, số hợp chất vài mẫu cho độ thu hồi (110%) thường gặp phải mẫu có phức tạp - Trong hợp chất cần xác định TNT DNT cho độ thu hồi tốt (nằm khoảng 90-110% ) - Các mẫu phân tích có tượng dương tính giả số hợp chất (nồng độ tìm thấy < 0,1 mg/l) Sai số gặp phải ảnh hưởng mẫu So sánh kết mẫu (nền nước cất thực): - Ở hai mơ hình PCR PLS, kết thu mẫu thực cho kết tốt hơn, ổn định nước cất, độ thu hồi đạt cao Kết phân tích mẫu so sánh với phương pháp đối chứng bảng 3.42 Bảng 3.42: Kết phân tích mẫu thu thập theo phương pháp nghiên cứu phương pháp đối chứng(mg/l) Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu NB 2-NP 3-NP 4-NP DNT TNT NB 2-NP 3-NP 4-NP DNT TNT NB 2-NP 3-NP 4-NP DNT TNT NB 2-NP 3-NP 4-NP DNT TNT NB 2-NP 3-NP 4-NP DNT TNT NB 2-NP 3-NP 4-NP DNT TNT Nồng độ tìm thấy (mg/l) Nền mẫu chuẩn Nền mẫu thật PCR PLS PCR PLS KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH 8,9 8,8 9,5 9,3 KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH 48 59 51 57 KPH KPH KPH KPH KPH KPH 10 8,5 69,5 65,5 72 71 KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH 42 56 49 51 KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH 30 31 24 22 87 84 109 101 PP đối chứng KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH 10,3 KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH 1,42 53,11 KPH KPH KPH KPH 6,05 75,07 KPH KPH KPH KPH KPH 47,31 KPH KPH KPH KPH 25,53 97,42 Ghi chú: (-): Hàm lượng không xác định kết thu nhỏ nhiều giới hạn đường chuẩn đa biến (nồng độ nhỏ chất đường chuẩn đa biến 0,5 mg/l) 26 Nhận xét: Sự chênh lệch kết tìm phương pháp nghiên cứu với phương pháp tham chiếu LC-MS/MS HPLC-UV khơng lớn, mơ hình PCR cho kết tốt PLS.Độ chệch hàm lượng hợp chất theo phương pháp nghiên cứu phương pháp đối chứng sau: + Nền chuẩn: PCR: Từ 0,01 - 0,14 mg/l, PLS: Từ 0,01- 0,20 mg/l + Nền thực: PCR: Từ 0,01 - 0,11 mg/l, PLS: Từ 0,01- 0,09 mg/l Kết thu mẫu thực gần với phương pháp đối chứng chuẩn hai mơ hình KẾT LUẬN Luận án cơng trình Việt Nam ứng dụng thành cơng kỹ thuật phân tích điện hóa Von-Ampe kết hợp với phương pháp hồi qui đa biến để định lượng đồng thời hợp chất nitro vòng thơm hỗn hợp Các kết luận án đạt sau: Đã lựa chọn điều kiện tối ưu để xác định hợp chất NB, 2-NP, 3-NP, 4-NP, DNT TNT phương pháp Von-Ampe sử dụng điện cực HMDE Ở điều kiện nghiên cứu hợp chất nitro vòng thơm cho từ đến píc khử, tương ứng với số nhóm -NO2 phân tử Thế đỉnh pic nhóm chất khảo sát gần có xen phủ đường VonAmpe, xác định riêng rẽ thành phần hỗn hợp không kết hợp với phương pháp hồi qui đa biến Kết áp dụng phương pháp hồi qui đa biến xây dựng mẫu chuẩn mẫu thực cho thấy: Mơ hình CLS, ILS cho sai số lớn nhất, xác định đồng thời hợp chất nghiên cứu hỗn hợp Mơ hình ANN cho kết khả quan CLS ILS, nhiên mơ hình khơng phù hợp để áp dụng cho phân tích mẫu thực Hai mơ hình PCR PLS cho kết tốt nhất, sai số chuẩn tương đối nằm khoảng 10% Độ tương quan cấu tử cao, có độ tin cậy Mơ hình PCR cho kết tốt PLS, độ lệch chuẩn tương đối (RSE) hệ số tương quan R cấu tử phương pháp PCR có đồng mơ hình PLS Có thể sử dụng mơ hình để phân tích thành phần mẫu thực tế Hai mơ hình PCR PLS ứng dụng thành công để xác định đồng thời số hợp chất nitro vòng thơm có mẫu thực tế cho kết tốt Độ thu hồi chủ yếu nằm khoảng 90 - 110 %, số hợp chất vài mẫu cho độ thu hồi (110%) thường gặp phải mẫu có phức tạp Kết tìm áp dụng mơ hình PCR PLS so với kết phương pháp đối chứng LC-MS/MS HPLC-UV có chênh lệch khơng lớn Độ chệch hàm lượng hợp chất theo phương pháp nghiên cứu phương pháp đối chứng chuẩn: PCR: Từ 0,01 - 0,14 mg/l, PLS: 0,010,20 mg/l thực: PCR: 0,01 - 0,11 mg/l, PLS: 0,01- 0,09 mg/l Kết thu mẫu thực gần với phương pháp đối chứng chuẩn hai mơ hình 27 ... riêng lẻ thành phần chất hỗn hợp Chính vậy, đề tài: "Nghiên cứu phân tích đồng thời số hợp chất nitro phương pháp Von-Ampe" sử dụng phương pháp Von-Ampe kết hợp với phương pháp hồi quy đa biến... trình phân tích xây dựng để phân tích mẫu thực tế so sánh kết với số phương pháp khác Những đóng góp luận án - Điểm luận án: Xây dựng thành công quy trình phân tích nhanhcác hợp chất nhóm nitro. .. xác hợp chất nitro có mặt hỗn hợp mà khơng cần tách loại chúng khỏi Mục tiêu luận án Xây dựng phương pháp phân tích Von-Ampe kết hợp với phương pháp hồi quy đa biến để xác định đồng thời chất