4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
2.2.2.Rửa trôi [4]
Chất ô nhiễm đƣợc linh động hóa nhờ một dung môi, sau đó đƣợc kéo ra khỏi môi trƣờng. Đây là phƣơng pháp có thể ứng dụng cho hầu hết các chất ô nhiễm. Tùy từng chất ô nhiễm để lựa chọn dung môi phù hợp.
2.2.2.1. Rửa trong quy mô hẹp “in situ” [4]
Nguyên lý là tƣới dung môi thích hợp vào đất ô nhiễm để dung môi ngấm vào đất, chuyển chất ô nhiễm ra dạng linh động. Dung dịch chứa chất ô nhiễm đƣợc hút đi nhờ bơm nƣớc hay những ống chôn ngầm trong đất về phía hạ lƣu khu vực ô nhiễm.
Sau khi đƣa lên mặt đất, dung dịch chứa chất ô nhiễm đƣợc làm sạch rồi lại tiếp tục đƣa quay trở lại chu trình rửa. Quá trình này có thể quay vòng liên tiếp trong thời gian dài (vài tháng hay 1 năm). Khó khăn chính của phƣơng pháp là giám sát và quản lý sự biến đổi của khu vực để tránh dung dịch rửa ngấm vào đất gây lan rộng hay thất thoát chất ô nhiễm ra xung quanh. Giải pháp là cần nắm vững quy luật hoạt động thủy văn, địa chất của khu vực, đồng thời làm chủ đƣợc hệ thống này nhằm đảm bảo cho công việc đƣợc tiến hành thành công.
Ƣu điểm của phƣơng pháp là dễ làm, chi phí thấp (nếu dung môi rửa rẻ), công suất cao đối với những đất thấm nƣớc tốt.
K37C- CN Hóa 26 Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2
thƣờng chua và có thể mang theo chất độc, mặt khác có thể gây chặt đất làm đất bị thoái hóa, thậm chí đến mức khó phục hồi. Dung môi xử lý có thể di chuyển theo chiều ngang hay sâu của tầng chứa nƣớc nên cần bơm hút đầy đủ khối lƣợng bơm xuống và giám sát chặt chẽ bằng hệ thống áp kế.
2.2.2.2. Rửa tại chỗ [4]
Đất đƣợc đào lên, sàng lọc bỏ đá và cục lớn sau đó trộn đồng nhất nạp vào máy rửa. Trong máy, đất đƣợc trộn lẫn với một lƣợng dung môi thƣờng đƣợc bơm vào dƣới áp suất lớn. Đất đƣợc ngâm trong dung môi một thời gian để huy động và rửa các chất ô nhiễm. Đầu ra, đất sạch đƣợc tách ra khỏi dung dịch, chất ô nhiễm nằm trong phần mịn. Trộn đất với dung dịch theo tỷ lệ 1:10, dùng rây hay máy li tâm tách đất sau khi để đủ thời gian cho đất tiếp xúc với dung dịch. Đất mịn sau khi sấy khô đƣợc trộn trả lại đất khô và trả lại vị trí cũ. Việc xử lý có thể lặp lại nhiều lần hoặc dùng thiết bị có nhiều bộ phận thiết kế theo kiểu dây chuyền rửa liên tục để có thể tách các cấp hạt từ thô đến mịn. Phần mịn sẽ đƣợc xử lý nhiều bƣớc tùy theo chất ô nhiễm cần thu hồi.
Trong nhiều trƣờng hợp, chất ô nhiễm đƣợc hấp thu trên các phần tử mịn của đất nhƣ sét và limon hay chất hữu cơ. Để tách đƣợc chúng trƣớc tiên ngƣời ta dùng phƣơng pháp rây ƣớt để tách các cấp hạt trung bình và nhỏ ra khỏi phần mịn là phần mang nhiều chất ô nhiễm nhất, sau đó tập trung phần này để rửa bằng những chất đặc biệt. Các phần tử có kích thƣớc > 2 mm ngƣời ta chỉ sử dụng nƣớc đã rửa đƣợc 95% chất ô nhiễm. Các cấp hạt trung bình chứa chất ô nhiễm ít hòa tan trong nƣớc cần phải thêm chất hoạt động bề mặt. Các cấp hạt rất nhỏ (< 0,2 mm) phải xử lý bằng phƣơng pháp đặc biệt.
Để linh động hóa các chất ô nhiễm, ngƣời ta có thể sử dụng nhiều biện pháp nhƣ dùng các dung dịch nhũ tƣơng, hòa tan trong dung dịch, chuyển hóa hóa học... Tùy theo chất ô nhiễm cũng nhƣ nguyên lý vận dụng mà dùng các dung dịch khác nhau.
Nhìn chung, các dung dịch sau đây thƣờng đƣợc sử dụng: Nƣớc tinh khiết, chất axit-bazơ, dung môi hữu cơ hay vô cơ, các chất hoạt động bề mặt. Trong đó, nƣớc tinh
K37C- CN Hóa 27 Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2
khiết chỉ đƣợc dùng cho các chất ô nhiễm hòa tan trong nƣớc mặc dù rẻ và không có nguy cơ gây suy thoái môi trƣờng. Trong nhiều trƣờng hợp phải bổ sung thêm chất phụ gia do nƣớc tinh khiết không thể rửa hết chất ô nhiễm. Ngoài ra, ngƣời ta có thể cải thiện quá trình rửa bằng cách sử dụng siêu âm làm tác nhân xúc tác và oxi hóa các chất ô nhiễm nhƣ thuốc BVTV bằng ozon.
2.2.3. Phương pháp tách chiết
Tách là nhóm các phƣơng pháp hóa học, vật lý và hóa lý nhằm đi từ một hỗn hợp phức tạp hỗn hợp đơn giản từng chất.
Hỗn hợp phức tạp tách một chất hoặc một nhóm chất
Tách có thể dùng để tinh chế hoặc nghiên cứu thành phần của một hỗn hợp.
2.2.3.1.Các phương pháp tách
+ Tách hỗn hợp không đồng nhất
Hỗn hợp có ít nhất hai pha không trộn lẫn vào nhau,ví dụ nhƣ: nhũ tƣơng, hỗn dịch.
Tách hai pha:
Lọc, li tâm: áp dụng cho hỗn dịch
Thay đổi nhiệt độ, pH, lắng, gạn: áp dụng cho nhũ tƣơng + Tách hỗn hợp đồng nhất
Chia cắt pha: hỗn hợp đồng nhất hỗn hợp không đồng nhất
Chuyển pha: chuyển một chất từ pha này sang pha khác: chiết, thẩm thấu, sắc kí. Biến đổi trạng thái: cất, thăng hoa.
2.2.3.2 Đặc điểm của phương pháp chiết Chiết lỏng - lỏng
Ƣu điểm: đơn giản, dễ thực hiện Nhƣợc điểm:
Dùng nhiều dung môi ảnh hƣởng đến sức khỏe ngƣời phân tích và gây ô nhiễm môi trƣờng.
K37C- CN Hóa 28 Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2
Khó khăn trong việc kết nối với GC, HPLC,... gây cản trở cho quá trình tự động hóa việc phân tích (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đôi khi tạo nhũ tƣơng làm sai lệch kết quả
Chiết pha rắn
Ƣu điểm:
Lƣợng dung môi dùng ít hơn nhiều so với chiết lỏng - lỏng
Đã có một số thiết bị kết nối chiết pha rắn với GC hoặc HPLC, dễ dàng tự động hóa phân tích mẫu.
Có nhiều lựa chọn pha rắn SPE, nên có cơ chế chiết đa dạng, phù hợp hơn với chất phân tích, tính chọn lọc tốt hơn.
Nhƣợc điểm:
Khó lƣu giữ chất phân cực mạnh
Tính chọn lọc chỉ dựa vào tƣơng tác phân cực, tƣơng tác kị nƣớc, chƣa dựa vào đặc điểm của chất phân tích.
Lƣợng dung môi dùng đã giảm nhiều nhƣng hãy còn lớn.
2.2.4. Sắc ký khí ghép khối phổ (GC/MS-Gas Chromatography Mass Spectometry) Sắc ký khí ghép khối phổ (GC/MS_Gas Chromatography Mass Spectometry) là Sắc ký khí ghép khối phổ (GC/MS_Gas Chromatography Mass Spectometry) là một trong những phƣơng pháp sắc ký hiện đại nhất hiện nay với độ nhạy và độ đặc hiệu cao và đƣợc sử dụng trong các nghiên cứu và phân tích kết hợp. Thiết bị GC/MS đƣợc cấu tạo thành 2 phần: phần sắc ký khí (GC) dùng để phân tích hỗn hợp các chất và tìm ra chất cần phân tích, phần khối phổ (MS) mô tả các hợp phần riêng lẻ bằng cách mô tả số khối.
2.2.4.1. Sắc ký khí (GC_Gas Chromatography)
Sắc ký khí đƣợc dùng để chia tách các hỗn hợp của hóa chất ra các phần riêng lẻ, mỗi phần có một giá trị riêng biệt. Trong sắc ký khí (GC) chia tách xuất hiện khi mẫu bơm vào pha động. Trong sắc ký lỏng (LC) pha động là một dung môi hữu cơ, còn trong GC pha động là một khí trơ gống nhƣ helium. Pha động mang hỗn hợp mẫu đi
K37C- CN Hóa 29 Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2
qua pha tĩnh, pha tĩnh đƣợc sử dụng là các hóa chất, hóa chất này có độ nhạy và hấp thụ thành phần hỗn hợp trong mẫu.
Thành phần hỗn hợp trong pha động tƣơng tác với pha tĩnh, mỗi hợp chất trong hỗn hợp tƣơng tác với một tỷ lệ khác nhau, hợp chất tƣơng tác nhanh sẽ thoát ra khỏi cột trƣớc và hợp chất tƣơng tác chậm sẽ ra khỏi cột sau. Đó là đặc trƣng cơ bản của pha động và pha tĩnh, hơn nữa quá trình chia tách có thể xảy ra bởi sự thay đổi nhiệt độ của pha tĩnh hoặc là áp suất của pha động.
Cột trong GC đƣợc làm bằng thủy tinh, inox hoặc thép không rỉ có kích thƣớc, kích cỡ rất đa dạng. Cột của GC dài có thể là 25m, 30m, 50m, 100m và có đƣờng kính rất nhỏ, bên trong đƣờng kính đƣợc tránh bằng một lớp polimer đặc biệt nhƣphenyl 5% + dimetylsiloxane polymer 95%), đƣờng kính cột thƣờng rất nhỏ giống nhƣ là một ống mao dẫn. Thông thƣờng cột đƣợc sử dụng là semivolatile, hợp chất hữu cơ không phân cực nhƣ PAHs, các chất trong hỗn hợp đƣợc phân tích bằng cách chạy dọc theo cột này.
Một chất chia tách, rửa giải phóng đi ra khỏi cột và đi vào đầu dò. Đầu dò có khả năng tạo ra một tín hiệu bất kỳ lúc nào, khi phát hiện ra chất cần phân tích. Tín hiệu này phát ra từ máy tính, thời gian từ khi bơm mẫu đến khi rửa giải gọi là thời gian lƣu (TR).
Trong khi các thiết bị chạy, máy sẽ đƣa ra các biểu đồ từ các tín hiệu nhƣ hình 2.2. Đây gọi là sắc đồ, mỗi một peak trong sắc đồ sẽ miêu tả một tín hiệu tạo nên khi chất giải hấp từ cột sắc ký và đi vào đầu dò detector, trục hoành biểu diễn thời gian lƣu và trục tung biểu diễn cƣờng độ của tín hiệu, trong hình 1 mỗi đỉnh (peak) biểu diễn một chất riêng lẻ, chất này đƣợc tách từ hỗn hợp mẫu phân tích, peak có thời gian lƣu (TR) 4,97 phút là dodecane, 6.36 phút là biphenyl, 7.64 phút là chlolobiphenyl, 9.41 phút là hexadecanoic acid methyl ester.
Nếu trong cùng điều kiện sắc ký nhƣ nhiệt độ, loại cột… gống nhau thì cùng chất luôn có thời gian lƣu giống nhau, khi biết thời gian lƣu của hợp chất thì chúng ta có thể
K37C- CN Hóa 30 Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2
chấp nhận đƣợc độ nhạy của nó. Tuy nhiên, chất có tính chất giống nhau thì thƣờng có thời gian lƣu giống nhau.
Hình 2.2: Sắc đồ của sắc ký khí
2.2.4.2. Khối phổ:
Khối phổ đƣợc dùng để xác định một chất hóa học dựa trên cấu trúc của nó. Khi giải hấp các hợp chất riêng lẻ từ cột sắc ký, chúng đi vào đầu dò có dòng điện ion hóa (mass spectrometry). Khi đó, chúng sẽ tấn công vào các luồng, do chúng bị bỡ thành những mảnh vụn, những mảnh vụn này có thể lớn hoặc nhỏ;
Những mảnh vụn thực tế là các vật mang điện hay còn gọi là iôn, điều này là quan trọng bởi vì các hạt cần ở trạng thái tích điện thì mới đi qua đƣợc bộ lọc. Các khối nhỏ chắc chắn, khối của mảnh vỡ đƣợc chia bởi các vật mang gọi là tỉ lệ vật mang khối (M/Z);
Hầu hết các mảnh vụn có điện tích là +1, M/Z thƣờng miêu tả các phân tử nặng của mảnh vụn.Nhóm gồm có 4 nam châm điện gọi là tứ cực (quadrapole), tiêu điểm của các mảnh vụn đi xuyên qua các khe hở và đi vào đầu dò detector, tứ cự đƣợc thành lập bởi phần mền chƣơng trình và hƣớng các mảnh vụn đi vào các khe của khối phổ.
K37C- CN Hóa 31 Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2
Máy tính sẽ ghi lại các biểu đồ của mỗi lần quét. Trục hoành biểu diễn tỉ lệ M/Z còn trục tung biểu diễn cƣờng độ tín hiệu của mỗi mảnh vụn đƣợc quét bởi đầu dò detector. Đây là đồ thị của số khối. Làm thế nào để phân tích các kết quả từ máy tính? (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dƣới đây là một hình khối phổ. Trục X là khối lƣợng còn trục Y là số lƣợng. Mỗi hóa chất chỉ tạo ra một mô hình duy nhất, nói cách khác mỗi chất có một “dấu vân tay” để nhận dạng, dựa trên mô hình ion của nó.
Trên hình ta thấy phân tử ban đầu có khối lƣợng là 5. Trên sơ đồ khối phổ hạt lớn nhất này đƣợc gọi là ion phân tử (molecular ion). Các hạt nhỏ hơn có khối lƣợng 1,2,3 và 4 đƣợc gọi là các ion phân mảnh (fragment ions). Trong trƣờng hợp ví dụ trên ta thấy các phân tử của chất này có xu hƣớng bị phá vỡ thành các tổ hợp 1-4 hơn là 2-3.
Các nhà nghiên cứu có thể so sánh khối phổ thu đƣợc trong thí nghiệm của họ với một thƣ viện khối phổ của các chất đã đƣợc xác đinh trƣớc. Việc này có thể giúp họ định danh đƣợc chất đó (nếu phép so sánh tìm đƣợc kết quả tƣơng ứng) hoặc là cơ sở để đăng ký một chất mới (nếu phép so sánh không tìm đƣợc kết quả tƣơng ứng).
Trong hình 2.3, hình ảnh khối cao nhất là dodecane, phần nềm của GC/MS nó giống nhƣ là một thƣ viện hình ảnh dùng để nhận ra các chất chƣa biết tồn tại trong hỗn hợp mẫu. Thƣ viện này có thể so sánh hình ảnh khối từ thành phần của mẫu
K37C- CN Hóa 32 Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2 Hình 2.3:Mass-spectrum
2.2.4.4. Sắc ký khí ghép khối phổ (GC/MS_Gas Chromatography Mass Spectometry)
Sắc ký khí ghép khối phổ (GC/MS) có thể phân tích các hỗn hợp hóa chất phức tạp nhƣ không khí, nƣớc…Nếu trong mẫu có một chất lạ xuất hiện, khối phổ có thể nhận dạng cấu trúc hóa học độc nhất của nó (giống nhƣ việc lấy dấu vân tay). Cấu trúc của chất này sau đó đƣợc so sánh với một thƣ viện cấu trúc các chất đã biết. Nếu không tìm ra đƣợc chất tƣơng ứng trong thƣ viện thì nhà nghiên cứu, có thể dựa trên cấu trúc mới tìm đƣợc để phát triển các ý tƣởng về cấu trúc hóa học. Nói cách khác, nhà nghiên cứu thu đƣợc 1 dữ liệu mới và có thể đóng góp vào thƣ viện cấu trúc nói trên, sau khi tiến hành thêm các biện pháp để xác định chính xác loại hợp chất mới này.
Khi GC kết hợp với MS, nó sẽ trở thành 1 máy phân tích đa năng, các nhà nghiên cứu hóa học có thể hòa tan hỗn hợp các hợp chất hữu cơ, tách chiết và bơm vào máy để nhận dạng chúng, hơn nữa các nhà nghiên cứu cũng xác định nồng độ của mỗi thành phần hóa chất.
K37C- CN Hóa 33 Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2
Hình 2.4: Mô tả kết quả của phân tích qua hệ thống sắc ký khí khối phổ 3D
2.2.5. Phương pháp vẽ đồ thị origin
Origin là phần mềm hỗ trợ cho các kỹ sƣ và các nhà khoa học để phân tích dữ liệu bằng cách thể hiện trên các dạng đồ thị.
Các ƣu điểm của phần mềm:
a. Sử dụng một cách dễ dàng với giao diện đồ họa và các kiểu cửa sổ con.
b. Trao đổi dữ liệu dễ dàng với nhiều phần mềm xử lý dữ liệu (Excel, Matlab, Ladview…).
c. Hiển thị dữ liệu cần phân tích dƣới các dạng đồ thị (Graph) khác nhau một cách linh hoạt mềm dẻo. Các dữ liệu này có thể đƣợc lấy từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau.
d. Tự động cập nhật các giá trị
e. Hỗ trợ lập trình trên ngôn ngữ C chuẩn (ANSI C). f. Hỗ trợ truyền thông thông qua cổng COM
K37C- CN Hóa 34 Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2
CHƢƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Kết quả chiết rửa đất
Tiến hành chiết rửa đất bằng dung môi có chứa polyphenol chè xanh thì lƣợng POP chiết ra đƣợc phụ thuộc vào nhiều yếu tố sau:
- Chủng loại chất thêm (additive)
- Tỉ lệ chất thêm/dung môi (nƣớc tinh khiết) - Điều kiện chiết
- Thời gian ngâm đất trong dung môi - Thời gian chiết và tốc độ nhỏ giọt - Kích thƣớc cột chiết
Trƣớc khi tiến hành chiết rửa, đất đƣợc phân tích hàm lƣợng POP có trong mẫu đất nghiên cứu ban đầu chƣa xử lí và có kết quả sau thể hiện ở bảng 3.1.
Bảng 3.1. Kết quả phân tích độ ẩm và hàm lƣợng POP tổng trong mẫu đất
Tên mẫu POP
(mg/kg) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
RH (%) 15.23
K37C- CN Hóa 35 Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2 3.2 Màu của dung dịch sau khi chiết
Bảng 3.2. Màu của dung môi sau khi chiết rửa
Kí hiệu mẫu Lần 1 Lần 2 Lần 3 E25 E255 D1-25
K37C- CN Hóa 36 Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2 3.3 Phổ đồ sắc kí
Giản đồ sắc kí đặc trƣng TBVTV đƣợc giới thiệu trong hình 3.2.
Hình 3.2a
K37C- CN Hóa 37 Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2
Hình 3.2c
Hình 3.2. Phổ đồ sắc kí GC/MS của một số dung dịch sau chiết rửa
3.4 Kết quả phân tích hàm lƣợng POP( ppb)