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, lấy kết quả trung bình. Kết quả khảo sát độ thu hồi đưa ra ở bảng 3.9. [4],[7],[21].
Bảng 3.9. Kết quả khảo sát độ thu hồi khi thay đổi dung môi chiết
Chất phân tích Lượng thêm vào (µg/L)
Chiết bằng n-hexan Chiết bằng toluen Tìm thấy (µg/L) R% RSD% (n=3) Tìm thấy (µg/L) R% RSD (n=3) PCB28 100 77,7 77,7 5,3 86,3 86,3 2,9 PCB 52 100 76,0 76,0 6,0 91,0 91,0 2,7 PCB 101 100 73,3 73,3 4,5 83,7 83,7 4,4 PCB 138 100 88,3 88,3 8,7 92,7 92,7 1,3 PCB 153 100 78,0 78,0 5,2 94,7 94,7 2,8 PCB 180 100 92,0 92,0 3,2 92,3 92,3 1,8
Từbảng 3.9 thấy rằng với dung môi chiết n-hexan cho hiệu suất thu hồi (R%) đạt từ 73,3% đến 92% cùng với độ lệch chuẩn tương đối (RSD%) 3,2% đến 8,7% và RSD trung bình là 5,5%. Đối với dung môi chiết toluene hiệu suất thu hồi đạt từ 83,7% đến 94,7% và độ lệch chuẩn tương đối từ 1,3% đến 4,4%, trung bình độ lệch chuẩn là 2,7%.
Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi và dung môi chiết
Theo kết quả biểu thị trên bảng và hình thấy rằng chiết PCBs bằng phương pháp soxlet với dung môi toluene cho hiệu suất cao hơn và ổn định hơn. Chúng tôi sẽ chọn dung môi này khi phân tích mẫu thực.
b. Khảo sát bằng phương pháp chiết siêu âm.
Khảo sát ảnh hưởng hỗn hợp dung môi chiết axeton/n-hexane (1:1), axetone/diclo metan (1:1) và n-hexane (C6H14). Cân 10 g mẫu đất khô cho vào chai thủy tinh 100ml, thêm 10 g Na2SO4, 0,5 ml dung dịch hỗn hợp chuẩn trộn đều, thêm 60ml hỗn hợp dung môi khảo sát, để chai đựng mẫu vào bể siêu âm trong 15 phút, sau đó chai đựng mẫu được lắp sang máy lắc, lắc trong 2 giờ, để lắng mẫu. Lấy 40ml dịch chiết cô đặc về 1 ml, loại lưu huỳnh bằng Cu. Qúa trình làm sạch và rửa giải và phân tích giống như trình chiết soxhlet[6],[13],[22]. Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng đối với mỗi dung môi được tiến hành làm lặp 3 lần, lấy kết quả trung bình. Kết quả tính toán thực nghiệm được đưa ra ở bảng 3.10 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.10. Khảo sát độ thu hồi khi thay đổi dung môi - chiết siêu âm Chất phân tích Lượng thêm vào Dung môi axeton/n-hexan Dung môi axeton/Diclo metan Dung môin-hexan R% RSD% R% RSD% R% RSD% PCB28 100 92,0 3,2 97,7 6,3 85,3 4,3 PCB 52 100 88,7 3,7 85,3 3,6 79,7 3,1 PCB 101 100 95,0 3,0 78,3 11,5 85,7 4,0 PCB 138 100 88,7 4,2 81,7 5,5 92,7 2,2 PCB 153 100 104,3 5,0 89,0 4,9 85,7 2,0 PCB 180 100 93,0 4,0 74,3 4,2 83,3 2,5
Từ bảng kết quả thấy rằng khi chiết bằng hỗn hợp dung môi axeton/n-hexan cho hiệu suất thu hồi từ 88,7% đến 104,3% với độ lệch chuẩn tương đối từ 3,2% đến 5,0%. Với hỗn hợp dung môi chiết axeton/diclo metan và n-hexan hiệu suất thu hồi từ 74,3%-97,7%; 79,7%-92,7% và độ lệch chuẩn tương đối từ 3,6%-6,3%; 2,0%-4,3%.
Từ hình thấy rằng với hỗn hợp dung môi axeton/n-hexan cho hiệu suất chiết cao đồng đều và ổn định hơn so với dung môi còn lại. Chúng tôi chọn dùng hỗ hợp dung môi này để thực hiện phân tích mẫu thực bằng kỹ thuật chiết hỗ trợ sóng siêu âm.
Nhận xét: Hai kỹ thuật chiết soxhlet và siêu âm kết hợp với lắc đều cho hiệu suất thu hồi cao trên 70%, độ lặp lại ổn định đáp ứng yêu cầu của phép phân tích lượng vết. So sánh 2 kỹ thuật chiết chiết siêu âm hỗ trợ lắc vận hành đơn giản hơn, thời gian thực hiện ngắn hơn (khoảng 3-4 tiếng) thu được dịch chiết, lượng dung môi sử dụng (60ml) ít hơn so với phương pháp chiết soxlet khi mất khoảng 18-20 giờ thu được dịch chiết và sử dụng khoảng 300ml dung môi. Những phương pháp này hiện nay vẫn đang được dùng trong các phòng thí nghiệm.
3.3.2. Khảo sát tối ưu quá trình làm sạch và rửa giải.
Dịch chiết thu được sau chiết soxhlet và siêu âm hỗ trợ kỹ thuật lắc đều qua quá trình làm sạch trên cột và rửa giải bằng dung môi n-hexan.Vì thực tế, các mẫu thực thường là những mẫu mà chúng ta không có nhiều thông tin về mẫu. Đặc biệt, với các mẫu đất có nền mẫu phức tạp sẽ gây nhiễu, làm sai lệch kết quả định tính, định lượng của phép phân tích.Phương pháp làm sạch sử dụng cột florisil làm việc theo nguyên tắc của sắc ký hấp phụ lỏng. Sự tách xảy ra ở ranh giới pha rắn-lỏng, trong đó pha động là chất lỏng chứa những chất cần phân tách, pha tĩnh là các chất xốp mịn. Các lực hấp phụ bao gồm: lực Van der Walls, lực liên kết hydro, lực cảm ứng, hấp phụ hóa học. Quá trình tách sắc ký dựa trên tính chất hấp phụ khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp chất cần tách.
a. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng florisil
Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng florisil nhằm mục đích sử dụng một lượng tối thiểu chất hấp phụ và theo đó sẽ tiết kiệm được hóa chất, thời gian trong quy trình phân tích nhưng vẫn đảm bảo được hiệu quả hấp phụ của cột, giảm thiểu lượng chất thải trong quá trình làm sạch, làm giàu mẫu.[6],[7],[20],[21], [22].
Thực nghiệm tiến hành nhồi cột thủy tinh đường kính trong 10 mm, chiều dài 50cm được nhồi theo thứ tự từ dưới lên: bông thủy, florisil đã được hoạt hóa, 1g Na2SO4, sau đó hoạt hóa cột bằng 20ml n-hexan, tiếp tục cho 1ml dung chuẩn 6 cấu tử PCB nồng độ 200µg/L pha trong n-hexan lên cột, dùng n-hexan để rửa giải, thu dịch và cô đuổi dung môi, chuyển sang ống chia vạch thổi khô đến 1 ml, bơm 2µl lên GC/MS để tính hiệu suất thu hồi, làm thí nghiệm lặp lại 3 lần để tính giá trị trung bình. Khối lượng florisil khảo sát lần lượt là 4g, 6g, 8g, 10g, 12g. Kết quả được trình bày ở bảng 3.11.
Bảng 3.11. Hiệu suất thu hồi và khối lượng Florisil Chất phân
tích
Hiệu suất thu hồi (R%)
4 g 6g 8g 10g 12g PCB28 71,1 77,4 89,9 92,1 93,7 PCB 52 69,8 78,9 93,9 95,7 94,5 PCB 101 65,5 76,9 90,4 91,2 93,4 PCB 138 72,3 80,1 92,9 93,8 94,1 PCB 153 68,7 79,6 88,7 91,7 92,1 PCB 180 73,2 83,1 85,4 88,6 89,1
Từ bảng kết quả tổng hợp vẽ đồ thị biểu diễn độ thu hồi của 6-PCBs vào khối lượng Florisil. Đồ thị biểu diễn được đưa ra ở hình 3.19
Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn hiệu suất chiết và khối lượng Florisil
Từ hình 3.19nhận thấy rằng khi tăng khối lượng Florisil từ 4g đến 8g thì hiệu suất thu hồi của các PCBs tăng lên rõ rệt từ 70% đến hơn 90%, nhưng khi tăng từ 8g đến 10g thì hiệu suất tăng không đáng kể, giữa khối lượng 10g và 12g hiệu suất hầu như không thay đổi nhiều.
Theo kết thu được, thấy rằng với sử dụng khối lượng Florisil là 8g là hợp lý để làm sạch dịch chiết. Chúng tôi sẽ chọn sử dụng khối lượng Florisil là 8g cho quá trình thí nghiệm tiếp theo.
b.Khảo sát thể tích dung môi rửa giải
Thể tích dung môi sử dụng trong quá trình rửa giải cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi. Nếu lượng dung môi sử dụng không đủ sẽ không thể rửa giải hết các chất ra khỏi cột, hiệu suất thu hồi không cao. Nếu chất phân tích ra hết rồi mà vẫn dùng dung môi rửa giải thì gây lãng phí… Vì vậy, tiến hành khảo sát dung môi rửa giải ở phân đoạn 1: 0-30 ml, phân đoạn 2: 30 ml-45 ml và phân đoạn 3: 45ml-60ml. Thực nghiệm tiến hành như sau cho 1ml dung dịch chuẩn 6-PCBs nồng độ 100µg/l qua cột nhồi chứa 8g florisil, rửa giải bằng n-hexan, thu dịch rửa giải của từng phân đoạn, cô quay dịch rồi chuyển sang ống chia vạch, thổi khô đến 1ml, chuyển sang lọ đựng mẫu, tiêm 2µl vào máy GC- M.[6],[7],[20],[21], [22]S. Thí nghiệm làm lặp 3 lần, lấy kết quả trung bình. Kết quả được đưa ra ở bảng 3.12.
Bảng 3.12. Hiệu suất thu hồi và phân đoạn rửa giải
Chất phân tích
Hiệu suất thu hồi (R%) Phân đoạn 1 (0-30ml) Phân đoạn 2 (30-45 ml) Phân đoạn 3 (45-60 ml) PCB28 71,1 22,6 0,6 PCB 52 69,8 24,7 0,6 PCB 101 65,5 27,9 0,4 PCB 138 72,3 21,8 0,5
PCB 153 68,7 23,4 0,8
PCB 180 73,2 15,9 0,2
Từ các kết quả tổng hợp, vẽ đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi 6-PCBstheo thể tích dung môi rửa giải trên cột Florisil. Độ thu hồi 6-PCBs theo từng phân đoạn thể tích dung môi rửa giải được biểu diễn ở hình 3.20.
Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi và dung môi rửa giải Qua đồ thị cho thấy, ở phân đoạn 1 (0-30 ml hexan) đã rửa giải từ65,5%- 73,2% các đồng loại PCB. Ở phân đoạn 2 (30 ml – 45ml), có từ 15,9% đến 27,7 % PCB được rửa giải. Ở phân đoạn 3 (45ml-60 ml) lượng PCB tìm thấy là rất nhỏ do hầu hết các PCB được rửa giải hoàn toàn ở các phân đoạn trước đó.
Từ kết quả thực nghiệm thu được, chúng tôi đề xuất thể tích dung môi n- hexan ở phân đoạn rửa giải 6-PCB trên cột Florisil là 45ml đối với mẫu đất.
3.4.Khảo sát điều kiện xửlý mẫu dầu biến thế.
3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích dung môi tới hiệu quả làm sạch
Tiến hành thí nghiệm dùng mẫu dầu biến thế giả (mẫu không có PCBs), cân lượng chính xác, pha loãng trong n-hexan, lấy 2ml dầu đã pha loãng vào ống nghiệm 20ml có nắp đậy bằng Teflon thêm dung chuẩn 6-PCBs vào lắc để chuẩn phân bố đều, sau đó thêm dung môi n-hexan.( Khảo sát thể tích dung môi n- hexan (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
chiết lỏng – lỏng: 2ml; 3ml; 4ml; 5ml, 6ml để tìm hiệu suất chiết triệt để). Sau đó thêm tiếp 2ml H2SO4 đặc lắc đều khoảng 1 phút, chờ tách lớp, loại bỏ lớp axit bẩn, lặp lại tới khi lớp này không màu. Tiếp tục rửa pha hữu cơ bằng 2ml nước cất đề ion 3 lần, sau đó làm khô bằng Na2SO4, chuyển dịch chiết vào ống chia độ, thổi khô bằng khí Nitơ về 1ml cho qua cột Florisil thương phẩm (1g/6ml) để làm sạch, rửa giải bằng n-hexan, thu dịch rửa giải thổi khô về 1ml, chuyển ống nghiệm, bơm 2µl lên máy GC-MS.[5],[37],[43]. Với mỗi thể tích dung môi khảo sát tiến hành làm lặp 3 lần. Tính toán kết quả độ hồi chỉ ra ở bảng 3.13.
Bảng 3.13. Hiệu suất thu hồi mẫu dầu biến thế và thể tích n-hexan
Chất phân tích
Hiệu suất thu hồi (R%)
2ml 3ml 4ml 5ml 6ml PCB28 61,1 71,1 78,9 88,9 90,3 PCB 52 58,4 74,8 76,9 92,6 92,7 PCB 101 62,5 75,5 77,3 94,4 94,2 PCB 138 63,1 76,3 81,5 91,3 92,8 PCB 153 59,7 73,2 78,8 96,8 957 PCB 180 63,2 70,2 80,1 89,7 89,6
Từ các kết quả tổng hợp, vẽ đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi 6-PCBs trong mẫu dầu biến thế theo thể tích dung môi chiết. Độ thu hồi 6-PCBs theo thể tích dung môi chiết được biểu diễn ở hình 3.21
Hình 3.21. Độ thu hồi PCBs trong mẫu dầu biến thế vào thể tích n-hexan
Qua đồ thị cho thấy khi tăng dần thể tích dung môi thì tiếp xúc của dung môi và chất phân tích tăng lên do vậy độ thu hồi tăng lên. Từ thể tích dung môi 2ml-5ml