Chọn mẫu nền mẫu đất (mẫu giả - không có PCBs), thêm chuẩn vào 10g mẫu đất, rồi tiến hành thử nghiệm trên 2 kỹ thuật chiết.
a) Chiết soxhlet
Khảo sát hiệu suất thu hồi bằng thử nghiệm chiết bằng dung môi toluene và n-heaxan.
b)Chiết hỗ trợ bằng sóng siêu âm
Khảo sát hiệu suất thu hồi bằng chiết với dung môi axetone/n-hexane (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14), axetone/metylendiclorua (1:1, v/v CH3COCH3/CH2Cl2) và n-hexane (C6H14).
c) Làm sạch, làm giàu, giải hấp
- Dịch chiết được làm sạch bằng axit H2SO4, phoi đồng đã được hoạt hóa. - Khảo sát khối lượng florisil nhồi vào cột hấp phụ với khối lượng lần lượt là
4g, 6g, 8g, 10g,12g.
- Khảo sát thể tích dung môi n-hexan rửa giải qua cột với phân đoạn: 0-35ml, 35- 45 ml, 45-60ml.
2.4.2.2. Đối với mẫu dầu biến thế
Lấy mẫu dầu biến thế không có PCBs (cam kết từ nhà sản xuất và được sản suất 2010), thêm dung chuẩn 6 cấu tử PCBs vào, tiến hành làm thực nghiệm
- Khảo sát thể tích dung môi n- hexan chiết lỏng – lỏng: 2ml; 3ml; 4ml; 5ml, 6ml để tìm hiệu suất chiết triệt để.
- Khảo sát thể tích dung môi n-hexan để rửa giải PCBs qua cột florisil thương mại mua sẵn qua các phân đoạn: 0-2ml,2ml - 4ml; 4 - 6ml.
2.5. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm
Kết quả thu được tính toán từ phần mềm Chemstation cài đặt sẵn kết nối với thiết bị, số liệu tính toán vẽ đồ thị trên Excel và Origin.
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Tối ưu hóa các điều kiệnphân tích PCBs bằng GC-MS
3.1.1. Lựa chọn các thông số của thiết bị GC-MS
Theo các tài liệu tham khảo [4],[6],[7][10],[24]và điều kiện sẵn có của Phòng thí nghiệm, luận văn tiến hành chọn lựa một số thông số:
- Cột tách DB5-MS của hãng Agilent (0,25 mm x 0,25 µm x 30 m).
- Thể tích mẫu phân tích 2µl, chế độ không chia dòng, tiêm mẫu bằng taytheokỹ thuật tiêm kim nóng.
- Nhiệt độ cổng bơm mẫu 2800C
- Một số các thông số như nhiệt độ nguồn ion hóa 2300C; nhiệt độ tứ cực 1500C, năng lượng ion hóa Ei 0,7 eV; thời gian ngắt dung môi 7 phút; chế độ TIC: Quét ion trong khoảng m/z từ 150 đến 600 amu; chế độ SIM và SCAN.
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khí mang Heli tới thời gian lưu, diện tích pic pic
Tốc độ khí mang là đại lượng ảnh hưởng đến độ phân giải của chất phân tích theo phương trình Van-Deemter. Sự thay đổi tốc độ dòng sẽ làm thay đổi áp suất, thời gian lưu và diện tích pic. Luận văn đã tiến hành khảo sát tốc độ khí mang Heli (99,999%) ảnh hưởng đến thời gian lưu và diện tích pic ở các mức 0,6ml/phút, 0,8 ml/phút; 1,0 ml/phút; 1,2 ml/phút.
Qua khảo sát, kết qu khí mang Heli thì diện tích từng cấu tử PCB giảm đi
nghiên cứu do tại vận tốc này cho di
Hình 3.2. Ảnh hưởng của tốc độ khí mang Heli t
3.1.3. Khảo sát nhi (interface) tới độ nhạy
Bộ phận ghép nối gi ký dẫn trực tiếp đến nguồ nhạy vàthời lưu của hợp kết nối GC-MS ở các mứ
Hình 3.3. Ảnh hưởng nhiệt độ bộ phận ghép nối GC
t quả biểu thị tại hình 3.1; 3.2 thấy rằng khi tăng d n tích pic không có sự chênh lệch nhiều và th m đi. Chúng tôi chọn tốc độ khí mang1,0 ml/phút đ
c này cho diện tích pic lớn nhất.
ởng của tốc độ khí mang Heli tới thời gian lưu c
o sát nhiệt độ của bộ phận ghép giữa máy sắc ký
i giữa GC và MS là nơi hợp chất ở pha khí ra kh ồn ion. Do vậy nhiệt độ của bộ phận này ảnh hư chất. Chúng tôi đã tiến hành khảo sát nhiệt đ ức 240oC, 260 oC và 280 oC.
ởng nhiệt độ bộ phận ghép nối GC-MS tới độ nhạy ng khi tăng dần tốc độ
thời gian lưu của 0 ml/phút để tiến hành
ưu của các cấu tử
c ký và khối phổ
pha khí ra khỏi máy sắc nh hưởng đến độ t độ của bộ phận
Kết quả khảo sát cho thấy rằng, khi thay đổi nhiệt độ bộ phận kết nối GC/MS, thời gian lưu hầu như không thay đổi, nhưng diện tích pic thu được lại cao đồng đều tại nhiệt độ 2600C so với 2 nhiệt độ còn lại vàsắc ký đồ cho thấy các chất vẫn tách nhau rất rõ ràng (xem Hình 3.4). Do đó chúng tôi lựa chọn nhiệt độ bộ phận kết nối là 2600C cho những nghiên cứu tiếp theo vì tại nhiệt độ này cho độ nhạy cao nhất thông qua kết quả diện tích pic thu được lớn nhất.
Hình 3.4. Sắc ký đồ khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ bộ phận ghép nối GC-MS
3.1.4. Lựa chọn chương trình nhiệt độ
Chương trình nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp sự tách nhau của các pic và tới thời gian phân tích mẫu. Nếu nhiệt độ được chọn quá thấp, những pic hòa tan đầu tiên sẽ có khoảng cách rất gần nhau, trong khi đó các cấu tử bị lưu giữ mạnh sẽ có các pic bị doãng rộng và nằm thấp Ngược lại nếu thực hiện việc tách ở nhiệt độ cao thì các cấu tử có điểm sôi cao sẽ rửa giải nhanh và có độ phân giải tốt, nhưng các cấu tử có điểm sôi thấp thì bị tách chậm và có độ phân giải kém, thậm chí nhiều pic bị chập lên nhau. Do vậy chọn chương trình hóa nhiệt độ, ở đây nhiệt độ của cột trong lò được tăng dần và giữa để đảm bảo tách tốt giữa các chất.
Bảng 3.1. Chương trình nhiệt độ lò
TT Nhiệt độ lò GC (0C)
Tốc độgia nhiệt (0C/phút)
Thời gian duy trì (phút) 1. 50 0 3 2. 100 4 2 3. 240 20 5 4. 300 20 5 Tổng thời gian ( phút ) 37.5
Với chương trình nhiệt độ xây dựng trên, ta thu được các pic tách nhau rõ ràng, có thời gian giữ nhiệt độ cuối 300oC ở 5 phút để đẩy hết các chất còn lại ra khỏi cột không làm ảnh hưởng đến sắc ký đồ của mẫu tiêm sau. Thời gian lưu thu được chỉ ra ở bảng 3.2
3.1.5. Chế độ chạy chọn lọc ion (Selected Ion Monitoring-SIM)
Sau khi lựa chọn tối ưu các điều kiện phân tích sắc kí, mẫu nghiên cứu được bơm vào thiết bị theo các điều kiện trên. Các mảnh ion đặc trưng được lựa chọn trên cơ sở tham khảo thư viện phổ cấu trúc và phân tích hỗn hợp chuẩn PCBs hữu cơ ở chế độ SCAN, sau đó chọn ra được một số mảnh phổ có tính chất đặc trưng, mảnh phổ có tín hiệu lớn nhất; các mảnh phổ này dùng để phân tích chế độ SIM nhằm tăng độ nhạy và chọn lọc của phép phân tích. SIM là chế độ quét chọn lọc ion dùng để định lượng. Trong chế độ SIM, detector khối phổ chỉ ghi nhận tín hiệu một số mảnh ion đặc trưng cho chất cần xác định. Từ chế độ phân tích SCAN, chúng tôi đã xác định được các mảnh phổ cần phân tích, mảnh có độ nhạy cao hơn và ổn định hơn được chọn để định lượng cho hợp chất đó và 2 mảnh thấp hơn để đối chiếu. Tỷ lệ các mảnh phổ được chỉ ra trong Bảng 3.2, các thông số tối ưu cho quá trình chạy sắc ký được đưa ra trong Bảng 3.3
Bảng 3.2. Thời gian lưu của chất phân tích Chất phân tích Mảnh định lượng (m/z) Mảnh đối chiếu (reference)
Thời gian lưu tR (phút) PCB 28 258 256; 260 16,753 PCB 52 292 290; 294 17,434 PCB 101 326 324; 328 19,105 PCB 138 360 358; 362 20,689 PCB 153 360 358; 362 21,188 PCB 180 396 394; 398 22,398
Bảng 3.3. Tổng hợp các điều kiện định lượng PCBs trên GC-MS.
TT Thông số Giá trị tối ưu cho GC/MS
1 Nhiệt độ nguồn ion hóa 2300C
2 Nhiệt độ bộ phận ghép nối (interface) 2600C
3 Nhiệt độ detector 2000C
4 Nhiệt độ cổng bơm mẫu 2500C
5 Thể tích mẫu phân tích 2 µl
6 Chế độ bơm mẫu Không chia dòng
7 Khí mang Heli (99,999)
8 Cột tách DB5-MS
9 Tốc độ khí mang (chế độ đẳng dòng) 1 ml/phút
10 Chế độ chạy GC SCAN và SIM
11 Điện thế detector 0,84 kV
12 Áp suất đầu cột 71 kPa
3.2. Xây dựng đường chuẩn và đánh giá phương pháp
3.2.1. Khảo sát để xây dựng đường chuẩn
Thực hiện thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của diện tích pic sắc ký vào nồng độ của các hợp chất PCBs để tìm giới hạn tuyến tính và lập đường chuẩn. Từ dung dịch chuẩn hỗn hợp gốc 10 mg/L pha thành dung dịch chuẩn trung gian 1 mg/L, pha 1 dãy các dung dịch chuẩn có nồng độ từ 1µg/L ÷ 1000 µg/L. Các dung dịch chuẩn được pha trong n-hexan. Sắc ký đồ của nồng độ 1µg/L cho tín hiệu không khác đường nền còn với nồng độ 5µg/L thì tín hiệu của một số cấu tử có phát hiện nhưng không rõ ràng và khi tiêm lặp lại không ổn định.
Bảng 3.4. Sự phụ thuộc diện tích pic vào nồng độ các cấu tử Chất phân tích Nồng độ (µg/L) 10 20 50 100 200 500 PCB 28 5137 9632 26617 60931 151891 390994 PCB 52 4487 7680 20393 44245 99356 296314 PCB 101 4091 7047 18990 46489 89944 241063 PCB 138 3245 5661 15314 37849 792289 208494 PCB 153 2760 4847 12904 31913 69251 196674 PCB 180 1935 3363 9500 22625 51099 135084 Hình 3.5. Sắc ký đồ hỗn hợp 6 cấu tử PCBs nồng độ 10µg/L
Hình 3.6. Sắc ký đồ hỗn hợp 6 cấu tử PCBs nồng độ 20µg/L
Hình 3.8. Sắc ký đồ hỗn hợp 6 cấu tử PCBs nồng độ 100µg/L
Hình 3.10. Sắc ký đồ hỗn hợp 6 cấu tử PCBs nồng độ 500µg/L
Tiến hành bơm dung dịch hỗn hợp chuẩn PCBs vào hệ thống GC/MS theo các điều kiện đã tối ưu ở mục 3.1. (điều kiện Bảng 3.3). Qua hình sắc ký đồ từ hình (3.5 đến 3.10) nồng độ 10 µg/L cho các tín hiệu rõ ràng của các cấu tử. Nồng độ càng cao tín hiệu càng sắc nét và lấn át đi những ảnh hưởng của đường nền. Luận văn chọn xây dựng đường chuẩn với nồng độ từ (20; 50; 100; 200; 500 µg/L), phù hợp với độ nhạy và ổn định của máy.
Hình 3.12. Đường chuẩn xác định PCB 52
Hình 3.13. Đường chuẩn xác định PCB 101
Hình 3.15. Đường chuẩn xác định PCB 153
Hình 3.16. Đường chuẩn xác định PCB 180
Kết quả thu được cho thấy: Trong khoảng nồng độ từ 20 µg/L đến 500µg/L thì mối quan hệ giữa diện tích pic và nồng độ các chất PCBs là tuyến tính tốt với hệ số tương quan tuyến tính R2> 0,995 (xem Bảng 3.4 và các Hình 3.11 đến Hình 3.15). Đường chuẩn được xây dựng trên phần mềm tính toán Chemstation cài đặt của thiết bị. Phương trình hồi qui được dùng để tính toán nồng độ chất phân tích trong dịch chiết từ mẫu thông qua diện tích pic tương ứng, qua đó sẽ tính toán được hàm lượng chất phân tích trong mẫu.
3.2.2. Giới hạn phát hiện và định lượng 3.2.2.1. Giới hạn phát hiện (LOD) 3.2.2.1. Giới hạn phát hiện (LOD)
Giới hạn phát hiện được xem là nồng độ nhỏ nhất của chất phân tích mà hệ thống còn cho tín hiệu phân tích khác có nghĩa với tín hiệu mẫu trắng hay tín hiệu nền.
Xác định giới hạn phát hiện bằng cách tiến hành pha loãng dung dịch chuẩn đến nồng độ nhỏ nhất còn có thể xuất hiện tín hiệu chất phân tích và xác định tỷ số tín hiệu/nhiễu (S/N). Giới hạn phát hiện được chấp nhận ở nồng độ mà tại đó tín hiệu lớn gấp 3 lần nhiễu đường nền [8].
3.2.2.2. Giới hạn định lượng (LOQ)
Giới hạn định lượng được xem là nồng độ thấp nhất của chất phân tích mà thiết bị phân tích có thể định lượng được với tín hiệu phân tích khác có ý nghĩa với tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu nền [8]. LOQ được chấp nhận là nồng độ tại đó tín hiệu lớn gấp 10 lần nhiễu đường nền. Như vậy
LOQ = 3,3×LOD.
Kết quả xác định giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng bằng thực nghiệm ở bảng 3.5.
Bảng 3.5. Giới hạn định lượng và phát hiện của thiết bị phân tích
TT Tên chất LOQ (µg/l) LOD(µg/l) 1. PCB 28 3,9 13,0 2. PCB 52 3,6 11,8 3. PCB 101 4,3 14,1 4. PCB 138 3,7 12,1 5. PCB 153 3,5 11,5 6. PCB 180 3,6 11,8
Với giới hạn phát hiện và định lượng của thiết bị phân tích đáp ứng được yêu cầu của phép phân tích môi trường hiện nay.
3.2.3. Đánh giá độ lặp lại của thiết bị
Để đánh giá độ lặp lại của thiết bị, chúng tôi tiến hành khảo sát ở 3 khoảng nồng độ PCBs nằm trong khoảng tuyến tính là 20 µg/L, 100 µg/L và 500 µg/L. Ở mỗi nồng độ, đo lặp lại 5 lần, kết quả thu được ở bảng 3.7; 3.8 và 3.9.
Bảng 3.6. Diện tích pic đo lặp lại tại nồng độ 20µg/L
Chất phân tích Diện tích pic Độ lệch chuẩn %RSD Lần1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần5 Trung bình PCB28 9632 11609 11182 10517 9991 10586,2 730,8 6,9 PCB 52 7680 8868 7345 7923 7450 7853,2 545,1 6,9 PCB 101 7047 6352 6369 6671 7117 6711,2 324,1 4,8 PCB 138 5661 5503 5162 5114 5211 5330,2 213,8 4,0 PCB 153 4247 3740 3937 3824 4194 3988,4 200,3 5,0 PCB 180 3363 3740 3667 3670 3164 3520,8 220,9 6,3
Bảng 3.7. Diện tích pic đo lặp lại tại nồng độ 100 µg/L Chất phân tích Diện tích pic Độ lệch chuẩn %RSD Lần1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần5 TB PCB28 55430 60921 58900 62190 58399 59168 2317,0 3,9 PCB 52 41965 44245 48998 49335 44334 45775,4 2898,1 6,3 PCB 101 33196 37849 38546 37520 39483 37318,8 2168,4 5,8 PCB 138 28641 31913 29740 32914 29534 30548,4 1598,7 5,2 PCB 153 21071 22625 23409 20375 23582 22212,4 1277,2 5,8 PCB 180 21071 22625 24332 20119 22321 22093,6 1434,5 6,5
Bảng 3.8. Diện tích pic đo lặp lại tại nồng độ 500 µg/L Chất phân tích Diện tích pic Độ lệch chuẩn %RSD Lần1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần5 TB PCB28 461221 390994 411771 421232 441232 425290 24168,7 5,7 PCB 52 326215 299314 312144 331344 306745 315152,4 10917,4 3,5 PCB 101 314296 268494 304118 288518 324526 299990,4 18015,4 6,0 PCB 138 255131 216674 231333 227143 232121 232480,4 11495,1 4,9 PCB 153 218963 193584 203431 193321 210393 203938,4 9014,8 4,4 PCB 180 154366 163594 174377 159995 187213 167909 10639,1 6,3
Thực nghiệm cũng cho thấy khi bơm lặp lại 5 lần tại nồng độ 20 ppb, 100 ppb và 500 ppb theo các điều kiện tối ưu tìm được thì thiết bị có độ ổn định cao vớiRSD < 7%(theo bảng 3.6; 3.7 và 3.8) phù hợp với yêu cầu của phân tích định lượng.
3.3. Khảo sát điều kiện xử lý mẫu đất
3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng dung môi đến hiệu suất chiết
Độ phân cực của các dung môi chiết có thểảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi các PCB trong quá trình chiết chúng ra khỏi các nền mẫu khác nhau. Các hợp chất PCB gần như không phân cực, ít phân cực nên chúng hầu như không tan trong nước mà tan tốt trong các dung môi không phân cực, ít phân cực như n-hexan, diclometan, toluene và hỗn hợp axeton với n-hexan, aceton với metyl clorua... Trong mẫu đất, trầm tích thường sử dụng dung môi toluen, n-hexan để chiết PCB ra khỏi nền mẫu.
a. Khảo sát bằng phương pháp chiết soxhlet với dung môi n-hexan và toluene.
Cân 10 g mẫu đất khô cho vào ống thimble, bơm 0,5 ml dung dịch chuẩn chứa 6 chuẩn-PCB để mỗi chất có nồng độ 200 µg/L, thêm ống thimble 10 g Cu đã hoạt hóa và 10g Na2SO4 . Cho ống thimble vào ống chiết Soxhlet, đổ100ml dung
môi vào ống chiết, lắp ống chiết Soxhlet vào bình cầu 500ml có chứa 200ml dung môi, đá bọt.Bật bếp chiết Soxhlet, chiết với tốc độ3 chu kỳ/giờ, tổng thời gian chiết mẫu 16-18 giờ. Cô đặc dịch chiết về 1 ml bằng thiết bị cô quay chân không, làm sạch qua cột nhồi Florisil và Cu hoạt hóa, rửa giải bằng 45ml dung môi, thu dịch rửa giải vào bình cầu rồi cô quay dịch chuyển vào lọ 10ml rồi thổi khô về 1ml bằng khí N2, làm sạch dịch chiết bằng H2SO4 đặc, thêm 5ml dung môi vào lắc đều để lắng đợi phân lớp hút bỏ lớp axit, rửa đến khi mất màu, sau đó rửa sạch bằng nước cất deion, làm khô nước bằng Na2SO4. Chuyển dịch chiết vào ống chia vạch rồi cô về 1ml bằng khí Nitơ, phân tích bằng GC-MS. Thí nghiệm tiến hành làm lặp 3 lần,