5. Phương phỏp nghiờn cứu
2.2. Phương phỏp tỏch chiết rắ n lỏng
2.2.1. Nguyờn tắc
Chiết pha rắn là quỏ trỡnh phõn bố của cỏc chất giữa hai pha, trong đú lỳc đầu chất mẫu ở dạng lỏng (pha nước hay hữu cơ), cũn chất chiết ở dạng rắn, dạng hạt nhỏ và xốp đường kớnh 25 - 70àm. Vỡ thế nờn cú tờn là chiết pha rắn (Solid Phase Extration), hay chiết rắn - lỏng.
Chất chiết được gọi là pha tĩnh, và được nhồi vào một cột chiết nhỏ, cột chiết cú kớch thước: 6 x 1 cm, hay dung lượng chiết 100-600 mg, hoặc dạng đĩa chiết cú kớch thước dầy 1-2 mm và đường kớnh 3-4 cm. Chất chiết là cỏc hạt silica gel trung tớnh, cỏc hạt nhụm oxit, hay cỏc silica gel trung tớnh đó bị alkyl húa nhúm –OH bằng nhúm mạch carbon thẳng -C2, -C4,-C8,-C18,…, hay nhõn phenyl. Nú được chế tạo trong
điều kiện giống như pha tĩnh của sắc ký HPLC, và cỏc hạt này cú độ xốp lớn, với diện tớch bề mặt xốp thường từ 50 – 300 m2/g.
Khi xử lý mẫu, dung dịch chất mẫu được dội lờn cột chiết. Lỳc này pha tĩnh tương tỏc với cỏc chất và giữ lại một nhúm chất phõn tớch lại trờn cột (trờn pha tĩnh), cũn cỏc nhúm chất khỏc sẽ đi ra khỏi cột cựng với dung mụi hũa tan mẫu. Như thế là chỳng ta thu được nhúm chất cần phõn tớch ở trờn pha tĩnh (chất chiết rắn).
Sau đú dựng một dung mụi thớch hợp hũa tan tốt cỏc chất phõn tớch để rửa giải chỳng ra khỏi pha tĩnh (cột chiết), và chỳng ta thu được dung dịch cú chất phõn tớch để xỏc định chỳng theo cỏch đó chọn.
2.2.2. Điều kiện chiết
Quỏ trỡnh chiết ở đõy là sự phõn bố của chất phõn tớch giữa hai pha, pha rắn (chất chiết) và pha lỏng (dung dịch chứa chất phõn tớch) khụng trộn lẫn vào nhau trong những điều kiện nhất định như pH, dung mụi, nhiệt độ, tốc độ chảy của mẫu qua cột chiết. Trong đú hệ số phõn bố nhiệt động Kb của chất phõn tớch giữa hai pha (rắn và lỏng chứa mẫu) cũng là một yếu tố quyết định hiệu quả của sự chiết. Nú cũng tương tự như trong sắc ký cột lỏng – rắn ( của cỏc hệ HPLC).
Vỡ vậy muốn thực hiện chiết pha rắn tốt phải cú cỏc điều kiện sau đõy:
- Pha rắn hay chất chiết (dạng cột chiết hay đĩa chiết) phải cú tớnh chất hấp thụ hay trao đổi chọn lọc với một chất, hay một nhúm chất phõn tớch nhất định, tức là tớnh chọn lọc của pha tĩnh chiết.
- Cỏc chất chiết và dung mụi rửa giải phải cú độ sạch cao theo yờu cầu của cấp hàm phõn tớch.
- Hệ số phõn bố nhiệt động Kfb của cõn bằng chiết phải lớn, để cú được hiệu suất chiết cao.
- Quỏ trỡnh chiết phải xảy ra nhanh và nhanh đạt cõn bằng, nhưng khụng cú tương tỏc phản ứng húa học làm mất hay hỏng pha rắn và chất phõn tớch.
- Quỏ trỡnh chiết phải cú tớnh thuận nghịch, để cũn cú thể rửa giải tốt chất phõn tớch ra khỏi pha chiết bằng một pha động phự hợp.
- Khụng làm ụ nhiễm bẩn thờm chất phõn tớch trong quỏ trỡnh chiết bởi bất kỡ từ nguồn nào.
- Sự chiết phải được thực hiện trong điều kiện nhất định phự hợp, phải lặp lại được tốt và càng đơn giản dễ thực hiện càng tốt.
2.2.3. Kỹ thuật chiết
- Tỏch chất phõn tớch từ mẫu bằng chất rắn - Rửa giải bằng dung mụi thớch hợp
- Tinh chế dịch chiết trong cõn bằng chiết lỏng- lỏng
2.2.3.1. Chiết bằng cột chứa pha đảo
Tương tỏc giữa chất phõn tớch và pha liờn kết là lực Van der Waals
Chất phõn tớch càng sợ nước càng cú khuynh hướng nằm lại trờn pha liờn kết.
Rửa giải: chọn dung mụi phõn cực đủ để phỏ vỡ liờn kết do lực Van der Waals. Vớ dụ: MeOH, MeCN, ethyl acetat
Chất phõn tớch rất sợ nước: rửa giải bằng hỗn hợp ethyl acetat : methylen clorid (1:1).
2.2.3.2. Chiết bằng cột chứa pha thuận
Lưu giữ chất phõn tớch trờn pha thuận bắt nguồn từ tương tỏc phõn cực. Liờn kết hydro, liờn kết π - π hoặc tương tỏc lưỡng cực - lưỡng cực
Pha khụng liờn kết:
- Chất phõn tớch cú tớnh bazơ được lưu giữ mạnh trờn bề mặt cú tớnh axit và ngược lại.
- Cỏc ancol, andehit, dẫn xuất halogen hũa tan trong dung mụi khụng phõn cực bị hấp thụ mạnh trờn silica gel.
Rửa giải: methanol được dựng cho nhiều trường hợp.
2.2.3.3. Chiết bằng cột chứa nhựa trao đổi ion
Lưu giữ: lực hỳt tĩnh điện giữa hai ion tớch điện trỏi dấu Rửa giải:
- Cột anionit: NaOH 0,1 M - Cột cationit: HCl 0,1 M
Pha liờn kết silica gel:
- Rửa giải anion hữu cơ: hỗn hợp NaOH 0,1 M – MeCN (1:1) - Rửa giải axit hữu cơ: đệm photphat – MeOH (1:1)
2.2.3.4. Quy trỡnh chiết
Xử lý cột bằng dung mụi hoặc dung dịch đệm thớch hợp để chuyển pha rắn sang trạng thỏi cú thể lưu giữ chất phõn tớch trong mẫu.
Tỏch chất phõn tớch: mẫu được hũa tan trong dung mụi và cho qua cột. Pha rắn sẽ lưu giữ chất phõn tớch và một số tạp chất.
Loại tạp: dựng dung mụi hoặc dung dịch đệm cho qua cột để loại tạp đó được giữ lại trờn pha rắn và làm giàu mẫu phõn tớch. Hoặc cú thể rửa giải chất cần phõn tớch ra trước và giữ lại tạp trờn cột.
Rửa giải: dựng dung mụi thớch hợp đẩy chất phõn tớch khỏi pha rắn. Dịch chiết thu được sẽ được tiếp tục phõn tớch bằng cỏc phương phỏp thớch hợp.
2.3.4. Ưu - nhược điểm của chiết rắn - lỏng 2.3.4.1. Ưu điểm 2.3.4.1. Ưu điểm
- Lượng dung mụi dựng ớt hơn nhiều so với chiết lỏng - lỏng.
- Đó cú một số thiết bị kết nối chiết pha rắn với GC hoặc HPLC, dễ dàng tự động húa phõn tớch mẫu.
- Cú nhiều lựa chọn pha rắn dựng cho SPE, nờn cú cơ chế chiết đa dạng, phự hợp hơn với chất phõn tớch, tớnh chọn lọc tốt hơn.
2.3.4.2. Nhược điểm
- Khú lưu giữ được chất phõn cực mạnh.
- Tớnh chọn lọc chỉ dựa vào tương tỏc phõn cực, tương tỏc kỵ nước, chưa dựa vào đặc điểm của chất phõn tớch.
- Lượng dung mụi dựng đó giảm nhiều nhưng vẫn cũn lớn.
2.3. Chất hoạt động bề mặt (HĐBM) 2.3.1. Khỏi niệm 2.3.1. Khỏi niệm
Chất hoạt động bề mặt là cỏc chất cú tỏc dụng làm giảm sức căng bề mặt của chất lỏng. Phõn tử chất hoạt động bề mặt gồm hai phần: Đầu kỵ nước (Hydrophop) và đầu ưa nước (Hydrophyl) và tớnh chất hoạt động bề mặt phụ thuộc vào hai phần này.
Đầu kỵ nước phải đủ dài, mạch carbon từ 8 – 21, ankyl thuộc mạch ankan, anken mạch thẳng hay cú gắn vũng cyclo hoặc vũng benzen…
Đầu ưa nước phải là một nhúm phõn cực mạnh như cacboxyl (- COOH), hydroxyl (-OH), amin(- NH2), sulfat (-OSO3)…
2.3.2. Cỏc tớnh chất cơ bản 2.3.2.1. Tớnh thấm ướt
Tớnh thấm ướt tạo điều kiện để vật cần giặt rửa, cỏc vết bẩn tiếp xỳc với nước một cỏch dễ dàng nờn đúng vai trũ rất quan trọng.
Vải sợi cú khả năng thấm ướt dễ dàng nhưng nước khú thấm sõu vào bờn trong cấu trỳc vỡ sức căng bề mặt rất lớn, nhất là khi vải sợi bị dõy bẩn bằng dầu mỡ. Vỡ thế, dựng xà phũng để làm giảm sức căng bề mặt của nước và vải sợi - nước.
2.3.2.2. Khả năng tạo bọt
Bọt được tạo thành do sự phõn tỏn khớ trong mụi trường lỏng. Hiện tượng này làm cho bề mặt dung dịch chất tẩy rửa tăng lờn.
Khả năng tạo bọt và độ bền bọt phụ thuộc vào cấu tạo của chớnh chất đú, nồng độ, nhiệt độ của dung dịch, độ pH và hàm lượng ion Ca2+, Mg2+ trong dung dịch chất tẩy rửa.
2.3.2.3. Khả năng hũa tan
Tớnh hũa tan phụ thuộc vào cỏc yếu tố:
- Bản chất và vị trớ của nhúm ưa nước. Nhúm ưa nước ở đầu mạch dễ hũa tan hơn nhúm ở giữa mạch.
- Chiều dài của mạch hydrocacbon. Nhúm kỵ nước mạch thẳng dễ hũa tan hơn mạch nhỏnh.
- Nhiệt độ
- Bản chất của ion kim loại: với ion Na+, K+ dễ hũa tan hơn cỏc ion Ca2+, Mg2+…
2.3.2.4. Khả năng nhũ húa
Nhũ tương là hệ phõn tỏn khụng bền vững nờn muốn thu được hệ bền vững thỡ phải cho thờm chất nhũ húa.
Xà phũng thường được dựng làm chất ổn định nhũ tương. Tỏc dụng của chỳng là giảm sức căng bề mặt của hai hướng dầu - nước. Sau đú, làm cho hệ nhũ tương dễ dàng ổn định.
2.3.2.5. Điểm Kraft – điểm đục
Khả năng hũa tan của cỏc chất hoạt động bề mặt anion tăng lờn theo nhiệt độ. Khả năng hũa tan này tăng trưởng đột ngột khi tỏc nhõn bề mặt hũa tan đủ để tạo thành Micell. Điểm Kraft là điểm mà tại nhiệt độ đú cỏc Micell cú thể hũa tan được.
Độ tan của cỏc chất hoạt động bề mặt Ni phụ thuộc vào liờn kết hydro trong nước với chuỗi polyoxetylen. Năng lượng của liờn kết hydro rất lớn khi tăng nhiệt độ vỡ khi đú sự mất nước làm giảm độ tan. Điểm đục là điểm tại nhiệt độ đú cỏc chất hoạt động bề mặt Ni khụng hũa tan được.
2.3.2.6. HLB (tớnh ưa nước – tớnh ưa dầu – cõn bằng)
HLB là một đơn vị đo lường lưỡng tớnh đối cực của phõn tử Giỏ trị của HLB 1- 4 khụng phõn tỏn trong nước 3 -6 ớt phõn tỏn 8 – 10 phõn tỏn đục nhưng ổn định 13 dung dịch trong 2.3.3. Phõn loại
Cú nhiều cỏch phõn loại chất hoạt động bề mặt nhưng cỏch phõn loại hợp lý nhất là theo cấu tạo húa học. Phõn loại theo cấu tạo húa học chia chất hoạt động bề mặt ra làm hai loại:
- Chất hoạt động bề mặt sinh ra ion
- Chất hoạt động bề mặt khụng sinh ra ion
Trong chất hoạt động bề mặt sinh ra ion được chia làm ba loại sau: - Chất hoạt động bề mặt cation
- Chất hoạt động bề mặt anion - Chất hoạt động bề mặt lưỡng tớnh
2.4. Húa chất và dụng cụ 2.4.1. Húa chất
- Đất nghiờn cứu - Nước cất
- Phụ gia hoạt động bề mặt (butanol)
2.2.2. Dụng cụ
Bỡnh tam giỏc 100ml và 250ml, cốc thủy tinh 1000ml, phễu, pipet 5ml và 10ml, ống đong 100ml và 500ml, giấy lọc, đỏ bọt, bụng, đũa thủy tinh, lọ đựng dung dịch sau khi chiết, cột sắc kớ, giỏ sắt, gang tay, khẩu trang, ỏo bảo hộ.
2.5. Cỏc bước tiến hành thực nghiệm
2.5.1. Tiến hành với dung mụi nước khụng cú chất hoạt động bề mặt (HĐBM)
Lấy một mẫu đất được cõn 100g, trộn đều khụng vún cục đưa vào cột chiết đường kớnh 4cm đó được rửa sạch bằng nước cất, và lắp cột chiết lờn giỏ sắt sao cho thẳng đứng, song song với giỏ sắt và nhồi vào cột thứ tự như sau: 1 lớp bụng + lớp đỏ (50g) + lớp bụng+ đất (100g) + lớp bụng + lớp đỏ.(hỡnh 2.3)
Sau đú cho 100ml dung mụi nước vào cột, sao cho dung mụi thấm đều khụng bị đọng bọt trong lớp đất ụ nhiễm. Sau đú chiết với tốc độ 10 giọt/phỳt. Dung dịch chiết lần một được kớ hiệu là L1.i (i= 1,..,7) và cho vào 7 lọ mỗi lọ 13ml, và nỳt kớn bảo quản. Sau khi chiết hết 100ml dung mụi nước lần một, ta cho tiếp 100ml dung mụi nước vào chiết tiếp lần thứ hai cũng với tốc độ 10 giọt/phỳt. Dung dịch chiết lần hai được kớ hiệu là L2.i (i= 1,…,7) và cũng cho vào 7 lọ mỗi lọ cũng 13 ml và nỳt kớn bảo quản.
Cỏc mẫu dung dịch sau khi chiết L1.i (i= 1,…7), L2.i (i=1,…,7) đều được bảo quản và đúng gúi cẩn thận đem đi phõn tớch hàm lượng POP..
2.5.2. Tiến hành với dung mụi nước cú chất hoạt động bề mặt (HĐBM)
- Lấy năm mẫu đất giống nhau mỗi mẫu cõn 100g để riờng, sau đú trộn đều sao cho khụng bị vún cục, bết, hạt nhỏ mịn đều khụ rời.
- Pha chế 5 dung mụi nước mỗi dung mụi là 300ml trong đú cú 2,5%; 5%; 7,5%; 10% và 15%; thể tớch phụ gia QH3 (hay B1) và để bóo hũa tối thiểu là 30 phỳt cho dung mụi hũa tan vào trong nước, sau đú ta thu được 5 dung dịch lần lượt là QH3-2.5; QH3-5; QH3-7.5; QH3-10 và QH3-15.
Lắp cột chiết đó được rửa sạch bằng nước cất lờn giỏ sắt sao cho thẳng đứng và song song với giỏ sắt. Sau đú nhồi cột chiết với thứ tự như sau: 1 lớp bụng + lớp đỏ (50g) + lớp bụng+ đất (100g) + lớp bụng + lớp đỏ.(hỡnh 2.3)
Hỡnh 2.3:Cột sắc ký dựng để tỏch chiết trong thực nghiệm
Phải mở khúa hai đầu cho thụng khớ. Sau đú rút từ từ 100ml đầu của 300ml dung dịch QH3-2.5 vào cột cho đến khi cú giọt đầu tiờn nhỏ ra ở miệng khúa thỡ đúng khúa cột lại và rút tiếp đến hết 100ml đầu này. Vẫn khúa cột, mở lắp trờn để tối thiểu 30 phỳt để cho dung mụi ngấm vào đất, sau thời gian đú mở khúa cột và chiết với tốc độ 10 giọt/phỳt, 100ml dung dịch chiết hết thu thành 1 mẫu chiết và dung dịch chiết lần một kớ hiệu là QH3-2.5-1.
Lấy 100ml thứ hai của 300ml dung dịch QH3-2.5 trờn đổ vào cột chiết tiếp, chiết ngay với tốc độ 10 giọt/phỳt, chiết hết thu được dung dịch chiết lần hai và kớ hiệu là QH3-2.5-2.
Lấy 100ml thứ ba của 300ml dung dịch QH3-2.5 trờn đổ vào cột chiết tiếp, chiết ngay với tốc độ 10 giọt/phỳt, chiết hết thu được dung dịch chiết lần ba và kớ hiệu là QH3-2.5-3.
- Đối với mẫu đất thứ hai, thứ ba, thứ tư, thứ năm với 300ml dung mụi phụ gia QH3-5; QH3- 7.5; QH3- 10; QH3-15; cỏc bước tiến hành tương tự như mẫu đất một.
Tất cả cỏc mẫu dung dịch chiết QH3-5-i; QH3-7.5-i; QH3-10-i; QH3-15-i (i=1,2,3) đều cho vào lọ cú nỳt kớn và mẫu đất sau khi chiết thu vào tỳi kớn khớ , buộc gúi kớn khớ cú ghi tờn nhón mỏc đầy đủ (kể cả tờn người thớ nghiệm dung dịch chiết là loại nào, đúng hộp lưu cất), sau đú đúng gúi cẩn thận đem đi phõn tớch hàm lượng POP.
Sau đợt thớ nghiệm gửi cỏc mẫu đất trả về viện.
Mẫu đất cũn dư (chưa sử dụng, chưa chiết rửa) phải bao gúi kớn khớ bàn giao gửi trả về viện.
Cỏc dung dịch dư, chất HĐBM dư phải bao gúi kớn ghi đầu đủ tờn nhón - gửi lại trả về viện.
Trong quỏ trỡnh làm hết sực chỳ ý theo quy định đó hướng dẫn.
Khụng để bất kỡ dung mụi, dung dịch húa chất, mẫu đất mẫu nước... nào khụng được bảo quản, bị rơi vói, để trong phũng thớ nghiệm mà khụng bao gúi.
Thu dọn ngay khi xong mỗi thớ nghiệm, trước khi ra về khỏi phũng thớ nghiệm
2.5.3. Kết quả thu được cỏc mẫu
Sau khi tiến hành làm thớ nghiệm như trờn đó thu được kết quả như sau:
Mẫu Loại cột chạy Thời gian
QH3-2.5-1 500mm x 40mm 2h20ph QH3-2.5-2 500mm x 40mm 2h50ph QH3-2.5-3 500mm x 40mm 1h20ph QH3-5-1 500mm x 40mm 2h30ph QH3-5-2 500mm x 40mm 3h40ph QH3-5-3 500mm x 40mm 3h25ph QH3-7.5-1 500mm x 40mm 3h QH3-7.5-2 500mm x 40mm 3h30ph QH3-7.5-3 500mm x 40mm 4h20ph QH3-10-1 500mm x 40mm 3h20ph QH3-10-2 500mm x 40mm 3h35ph QH3-10-3 500mm x 40mm 4h QH3-15-1 500mm x 40mm 2h55ph QH3-15-2 500mm x 40mm 4h20ph QH3-15-3 500mm x 40mm 3h50ph
CHƯƠNG 3 .
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Phõn tớch hàm lượng POPs tổng trong mẫu đất
Mẫu đất được phõn tớch hàm lượng thuốc BVTV tổng, kết quả được giới thiệu trong bảng 3.1 STT Mẫu đất RH, % 15.23 1 166,41 2 182,57 TB 174,49
Bảng 3.1: Kết quả phõn tớch độ ẩm và hàm lượng POP tổng trong mẫu đất nghiờn cứu, mg/100g
DDT và cỏc chất biến đổi từ DDT (DDE và DDD). DDE (1,1-diclo-2,2-bis(4- clophenyl)eten) và DDD (1,1-diclo-2,2-bis(4-clophenyl)etan) là cỏc sản phẩm biến đổi cú khả năng độc hơn và thường đi kốm với DDT trong cỏc thành phần của mụi trường. Bởi vậy, sinh vật sống thường bị nhiễm độc đồng thời cỏc chất trờn. Mỗi chất lại cú 3 đồng phõn do vị trớ khỏc nhau của nguyờn tử Cl trong cụng thức cấu tạo, trong đú cỏc