2.4.2.1. Chuẩn bị mẫu
Mẫu khí thu thập gồm hai phần: XAD-2 (pha khí) và giấy lọc (pha bụi) được gộp chung lại và chiết bằng phương pháp chiết Soxhlet. Quy trình chiết mẫu khí thải được thực hiện theo sơ đồ Hình 2.1.
Giấy lọc sợi thủy tinh XAD-2
Cắt nhỏ giấy lọc Chuyển vào cốc
Thimber
CB 209
Chiết Soxlet
12 h với 300 mL dung môi
Hình 2.1. Quy trình chiết mẫu khí thải cho phân tích các clobenzen
Đối với mẫu rắn khối lượng trung bình được thu thập cho mỗi mẫu là 1kg. Mẫu sau khi thu thập được chuyển vào túi nhựa polyester có khóa kéo và đưa về phòng thí nghiệm. Mẫu được loại bỏ các tạp chất thô (cát, sỏi, đá…) bằng lưới lọc có kích thước lỗ 0,2 – 0,5 mm và bảo quản ở nhiệt độ (- 25 oC) cho đến khi phân tích.
Mẫu nền là mẫu tro sạch được loại bỏ các tạp chất thô ( sỏi, đá…) bằng lưới lọc có kích thước lỗ 0,2 – 0,5 mm. Rửa sạch bằng nước cất, dung môi hữu cơ ( methanol, Axe, n-hec). Nung ở 700 o
C để loại bỏ các tạp chất hữu cơ. Nghiền nhỏ về kích thước 0,2 – 0,5 mm bằng thiết bị đồng hóa mẫu.
Mẫu được phơi khô tự nhiên, nghiền nhỏ về kích thước 0,2 – 0,5 mm. Mẫu khô có thể giữ được vài tháng tại nhiệt độ phòng hoặc vài năm nếu được bảo quản trong tủ lạnh sâu (-25 o
C). Mẫu được cân với khối lượng khoảng 10g, sau đó được chiết bằng kỹ thuật chiết soxhlet hoặc chiết lỏng – rắn với dung môi chiết thích hợp.
Tạo mẫu tro bay sạch
Lấy một lượng mẫu tro bay xác định đem chiết Soxhlet trong vòng 12 giờ, sau đó nung mẫu ở nhiệt độ 700 - 8000C trong 8 giờ để loại bỏ và phân hủy hết các chất hữu cơ có trong tro bay. Tro bay sau khi nung được sử dụng làm mẫu trắng và mẫu trắng thêm chuẩn
Tạo mẫu thêm chuẩn
Mẫu trắng thêm chuẩn và mẫu môi trường thêm chuẩn đều được tạo thành như sau: Cân chính xác một khối lượng mẫu theo quy trình cho vào ống chứa mẫu. Sau đó, thêm chính xác một lượng dung dịch chuẩn và chuẩn đồng hành (CB 209) có nồng độ xác định.
2.4.2.2. Độ thu hồi trong quá trình chiết lỏng - rắn dùng máy lắc
Quá trình thực nghiệm được tiến hành như sau: cân chính xác 10 g mẫu nền thêm các chất chuẩn với nồng độ 40 ng/g đối với 1,3 - DCB; 1,2 - DCB; và 20 ng/g đối với 1,2,4 - TCB; 1,2,4,5 – TeCB; 1,2,3,4 - TeCB; ; PeCB; HCB; 10 g Na2SO4 khan vào bình tam giác dung tích 250 mL thêm 60 mL dung môi chiết và chuẩn đồng hành CB- 209 có nồng độ 10 ng/g. Dựa trên tính phân cực của các CBz và tham khảo quy trình EPA 8121 [91], nghiên cứu lựa chọn các hệ dung môi được khảo sát bao gồm axeton : hecxan và diclometan : hecxan với các tỉ lệ về thể tích 1/1; 1/2; 1/3 và 1/1; 1/2; 1/3. Kí hiệu các loại hỗn hợp dung môi nghiên cứu khác nhau được trình bày trong Bảng 2.5
Bảng 2.5. Ký hiệu mẫu với các dung môi và tỷ lệ chiết
TT Ký hiệu Dung môi Tỷ lệ
1 DM1/1 Axeton : Hecxan 1/1 2 DM1/2 1/2 3 DM1/3 1/3 4 DM2/1 1/1 5 DM2/2 Diclometan : Hecxan 1/2 6 DM2/3 1/3
Các mẫu nghiên cứu được lắc chiết bằng thiết bị lắc ngang của hãng Kika (Nhật Bản). Thời gian chiết qua đêm với tốc độ chiết 150 vòng/phút. Sau khi chiết, dịch chiết được lọc gạn qua phễu có chứa 2 - 5 g Na2SO4 để loại nước. Dịch được cô về thể tích 1 mL và phân tích bằng thiết bị GC/ECD để xác định nồng độ các CBz. Kết quả phân tích 3 lần lặp lại lấy giá trị trung bình.
2.4.2.3. Độ thu hồi trong quá trình chiết soxhlet
Mẫu cho quá trình khảo sát này được chuẩn bị như sau: 10 g mẫu nền được cho vào ống đựng mẫu (Thimble), thêm chất chuẩn CBz nồng độ 10 ng/g, chuẩn đồng hành CB 209 nồng độ 10 ng/g và 10 g Na2SO4 khan. Phương pháp chiết Soxhlet sử dụng 300 mL cho mỗi loại hỗn hợp dung môi chiết gồm Axeton : Hecxan, DCM : Hecxan, DCM : Axeton, các tỉ lệ của từng hỗn hợp dung môi được khảo sát tương tự như tỉ lệ dung môi phương pháp chiết lỏng - rắn. Hệ chiết Soxhlet được chiết trong thời gian 12 giờ và tốc độ chiết 6 vòng/giờ. Sau khi chiết, mẫu được cô về thể tích 1mL và phân tích bằng thiết bị GC/ECD để xác định nồng độ CBz.
2.4.2.4. Độ thu hồi trong quá trình làm sạch trên cột silicagel – than hoạt tính
Silica gel sử dụng trong phương pháp này được hoạt hóa ở 150°C - 160 °C trong 12 giờ, và được trộn thêm 10 % than hoạt tính. Sử dụng cột nhồi thủy tinh 10 mL thêm vào đó 2 g Na2SO4, 4 g Silica gel + than hoạt tính tỉ lệ 9 : 1 về khối lượng. Hoạt hóa cột bằng 10 mL dung môi rửa giải trước, sau đó nhỏ từ từ 5 mL dung dịch chiết qua cột. Tiến hành các bước khảo sát đồng thời dung môi rửa giải và thể tích dung môi rửa giải khác nhau từ 40 mL đến 120 mL để lựa chọn được thể tích thích hợp nhất.
2.4.2.5. Độ thu hồi trong quá trình làm sạch trên cột florisil
Quá trình nghiên cứu được tiến hành như sau: 5 mL dung dịch chiết cần làm sạch đưa vào cột nhồi sử dụng chất nhồi là florisil, tốc độ dung môi rửa giải khoảng 10 mL/phút. 4 g Florisil được đưa vào cột nhồi thủy tinh có dung tích 10 mL, thêm 2 g Na2SO4 để loại nước. Hoạt hóa cột bằng 10 mL hỗn hợp mỗi loại dung môi rửa giải. Sử dụng mẫu thử nghiệm là nền tro thực tế của lò đốt rác thải Hải Dương bổ sung chất chuẩn CBz có nồng độ 10 ng/g. Thí nghiệm được đánh giá lặp lại 3 lần
2.4.3. Thẩm định quy trình xử lý mẫu cho phân tích POPs nghiên cứu
a) Lựa chọn phương pháp
Hiện nay, có rất nhiều phương pháp xử lý mẫu được áp dụng để xác định các chất/nhóm chất POPs trong mẫu khí thải và thải rắn. Tuy nhiên, trong điều kiện kinh phí nghiên cứu, cơ sở vật chất của phòng thí nghiệm, luận án đã lựa chọn phương pháp xử lý mẫu phù hợp với điều kiện thực tế nhưng vẫn phải đảm bảo độ tin cậy và chính xác. Các kỹ thuật xử lý mẫu và phương pháp phân tích được tối ưu và chuẩn hóa tại Phòng thí nghiệm phân tích chất lượng môi trường – Viện Hàn Lâm Khoa học và
Công nghệ Việt Nam. Quy trình xử lý mẫu cho phân tích các hợp chất nhóm clobenzen trong nghiên cứu này được xây dựng dựa trên cơ sở tham khảo một số công trình đã công bố và tiêu chuẩn của Cục bảo vệ Môi trường Mỹ - EPA method 8121
b) Bố trí thí nghiệm để thẩm định phương pháp phân tích
Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp được thực hiện theo một quy trình cụ thể. Dưới đây sẽ trình bày tóm tắt trình tự công việc cần thực hiện để xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp phân tích đồng thời các chỉ tiêu clobenzen trong mẫu rắn và mẫu khí thải định lượng bằng thiết bị GC - ECD và khẳng định sự có mặt của các clobenzen trên thiết bị GC-MS
Các thí nghiệm XNGTSD
Việc lựa chọn các thông số cần xác nhận phụ thuộc vào kỹ thuật phân tích áp dụng trong phương pháp, điều kiện kỹ thuật cụ thể của phòng thí nghiệm. Căn cứ vào điều kiện của Phòng thí nghiệm Viện Môi trường, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và kỹ thuật áp dụng trong phương pháp đo, luận án lựa chọn các thông số sau để xác nhận [92]:
- Xác định khoảng tuyến tính
- Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp - Xác định độ chính xác của phương pháp (bao gồm độ chụm - độ lặp lại và
độ đúng - độ thu hồi)
- Ước lượng độ không đảm bảo đo (ĐKĐBĐ)
Các thí nghiệm cần phải thực hiện cho mỗi nhóm chất POPs được nêu chi tiết trong Bảng 2.6
Bảng 2.6. Bố trí thí nghiệm xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp
Các thông số Các thí nghiệm Mục đích
cần đạt được
Xây dựng đường Xây dựng Phân tích các dung dịch chuẩn có chuẩn của các hợp đường chuẩn nồng độ tăng dần chất có hệ số tương
quan 0,99≤ R2 ≤ 1 Giới hạn phát Phân tích mẫu tro sạch sạch thêm Xác định được giá trị hiện và giới hạn chuẩn nồng độ thấp, lặp lại 6 lần. Hàm MDL và MQL của các
định lượng của lượng DCB thêm chuẩn là 1 ng/g và hợp chất nghiên cứu phương pháp 1,2,4-TCB; 1,2,3,4-TeCB; 1,2,4,5- trong nền mẫu rắn. (MDL, MQL) TeCB; PeCB, HCB là 0,5 ng/g
Phân tích các mẫu môi trường thêm Độ lệch chuẩn lặp lại,
Độ chính xác độ thu hồi phải đạt ở
chuẩn ở 3 mức nồng độ (mẫu được lặp
của phương mức tin cậy cho phép
lại 5 lần) thêm chuẩn đồng hành vào
pháp theo yêu cầu của tiêu
mẫu môi trường trước khi chiết mẫu
chuẩn gốc và AOAC Ước lượng độ Phân tích lặp lại mẫu tro sạch thêm
không đảm bảo chuẩn (Mẫu QC), mẫu thêm chuẩn và ĐKĐBĐ mở rộng đo mẫu lặp các mẫu môi trường
2.4.3.1. Xây dựng đường chuẩn
Từ kết quả xác định giới hạn định lượng của thiết bị GC/ECD và GC-MS, tiến hành lập đường chuẩn với nồng độ hỗn hợp chuẩn CBz từ với các nồng độ là của 1,2/1,3-DCB là 1; 2; 10, 50, 100, 200, 400 ppb và các chất còn lại là 1, 2,5, 5, 25, 50, 100, 200 ppb, sử dụng chất nội chuẩn là Pentaclonitrobenzen (PeCNB). PeCNB có cấu trúc hóa học tương tự CBz với một gốc - NO2 thêm vào vòng benzen. Bổ sung thêm chất chuẩn đồng hành CB 209 với nồng độ 10ng/g.
Chất chuẩn đồng hành CB 209 và nội chuẩn PeCNB được thêm vào ngay trong quá trình xử lý mẫu và đo mẫu, do chúng đảm bảo các điều kiện: tính chất giống chất phân tích, không hoặc hiếm khi có mặt trong nền mẫu phân tích, tín hiệu không ảnh hưởng đến tín hiệu chất phân tích, nhằm kiểm soát sự mất mẫu trong quá trình xử lí và đo mẫu. Đo và dựng đường chuẩn nội bằng phần mềm excel. Đường chuẩn được chấp nhận với r2 ≥ 0,99.
2.4.3.2. Đánh giá giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng
Giới hạn phát hiện của phương pháp (MDL): được định nghĩa là giới hạn
nhỏ nhất của chất phân tích trong mẫu thực mà phương pháp có thể xác định định lượng được. Trong phương pháp phân tích này, MDL có đơn vị là nanogam chất phân tích (ở đây là các CBz) trên 1g mẫu chất thải công nghiệp đối với các mẫu rắn, và quy về điều kiện chuẩn 25 0
Để xác định MDL của các CBz đối với mẫu rắn và mẫu khí, nghiên cứu đã chuẩn bị nền mẫu giả là mẫu bụi lọc (tro bay) được thêm chất chuẩn ở mức tương ứng với 5 lần MDL ước tính (1 ng đối với 1,2 – DCB, 1,3 – DCB và 0,5 ng cho các chất còn lại rồi tiến hành phân tích theo qui trình tối ưu đã chọn. MDL được xác định theo S/N = 3
2.4.3.3. Xác định độ chính xác của phương pháp: Hiệu suất thu hồi và độ chính xác
tương đối được đánh giá dựa trên phân tích các mẫu nền thêm chuẩn ở 3 mức nồng độ (mẫu được lặp lại 6 lần). Mẫu lặp chuẩn bị như sau: 10g mẫu môi trường được thêm dung dịch chuẩn CBz nồng độ 2 ng/g; 10 ng/g và 40 ng/g đối với 1,2 –DCB; 1,3-DCB và 1 ng/g; 5 ng/g và 10 ng/g đối với các CBz còn lại. Tất cả các mẫu được phân tích theo đúng qui trình phân tích tối ưu, rồi bơm lên máy GC/ECD. Hiệu suất thu hồi của CBz được tính toán dựa trên tỉ lệ phần trăm giữa nồng độ thực của CBz và nồng độ CBz đã chuẩn bị ban đầu. Độ chính xác tương đối của quá trình phân tích được xác định dựa trên hệ số biến thiên % CV. Giá trị % CV được tính toán bằng tỉ lệ phần trăm giữa độ lệch chuẩn tương đối và nồng độ thực của mẫu. Để đảm bảo yêu cầu phân tích thì giá trị này phải nhỏ hơn 20%.
2.4.4. Phân tích mẫu
Xử lý mẫu rắn : Mẫu rắn gồm: tro bay, tro đáy, nguyên liệu đầu vào: đất,
than.., nguyên liệu đầu ra: thành phẩm gạch tuynel, xi măng, được bảo quản trong tủ lạnh sâu ở nhiệt độ -20 oC. Khi phân tích, mẫu được lấy ra khỏi tủ lạnh, để cân bằng nhiệt qua đêm về nhiệt độ phòng. Lấy khoảng 100 g mẫu ướt dàn mỏng lên mảnh phoi nhôm kích thước 20 cm × 20 cm, để khô đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ phòng và tránh ánh sáng (sau khoảng 2 tuần). Có thể sấy mẫu đến khối lượng không đổi trong tủ sấy ở nhiệt độ 40 đến 50 oC. Khi mẫu đã khô kiệt, dùng chày và cối sứ nghiền nhỏ và rây qua sàng cỡ 0,5 mm.
Chiết mẫu: Cân chính xác khoảng 10 g mẫu khô (± 0,01 mg) trong bình nón
250 mL, trộn đều với 10 g Na2SO4 khan, thêm 10 µL chuẩn đồng hành CB nồng độ 10 ng/g cho tính toán hiệu suất thu hồi. Thêm hệ dung môi chiết lựa chọn, nút kín, lắc nhẹ, lắc trên máy lắc rung cơ học, thời gian chiết 12 - 15 giờ và tốc độ chiết 150 vòng/phút. Sau khi chiết, dịch chiết được lọc gạn qua phễu có chứa 2 g Na2SO4 để loại nước vào bình quả lê 250 mL. Dịch chiết trong bình quả lê được chuyển sang cô cất quay tại điều kiện:
Nhiệt độ t0 = 40oC trong suốt quá trình cất quay 56
Áp suất P = 700mbar - 350mbar Tốc độ quay V = 30 vòng/phút
Loại trừ các yếu tố ảnh hưởng
Loại lưu huỳnh bằng phoi đồng hoạt hóa: Chuyển phần dịch chiết vào bình cầu 250 mL và cô quay chân không về thể tích khoảng 3 – 5 mL, cho phoi đồng hoạt hóa, lắc nhẹ và để yên trong 3 phút. Nếu phoi đồng chuyển thành màu đen thì thêm tiếp đến khi phoi đồng không bị đen. Loại chất màu và các hợp chất vô cơ bằng axít sunfuric đặc bằng cách: thêm 1 mL axit H2SO4 vào dịch chiết trong ống nghiệm,sau đó đem rung trên máy Vortex mixer và để yên phân tách pha trong 5 phút, nếu sau 5 phút vẫn chưa phân tách pha thì sử dụng máy ly tâm để phân tách pha. Sử dụng pipet paster để hút phần dịch chiết có chứa CBz ở trên và loại bỏ phần chứa H2SO4 ở dưới. Lặp lại quy trình tới khi màu dịch chiết thu được không đổi.
Làm sạch mẫu bằng silicagel: silicagel có tác dụng loại trừ được các hợp chất
phân cực, kết hợp với than hoạt tính có khả năng lọc và loại mầu mẫu. Chuẩn bị cột thủy tinh kích thước 30 cm × 2,2 cm , mỗi cột được nhồi silicagel và than hoạt tính tỉ lệ 9: 1 về khối lượng (than hoạt tính đều được hoạt hóa tại 450 °C trong 8 giờ trước khi sử dụng), 2 g natri sunfat khan; 4 g silicagel + than hoạt tính bằng kĩ thuật nhồi cột ướt, hoạt hóa cột bằng dung môi rửa giải thích hợp. Chuyển mẫu lên cột, cho chảy từ từ đến sát bề mặt chất hấp phụ, tráng bình cầu bằng khoảng 10 mL hecxan rồi chuyển phần dịch tráng lên cột, cho chảy từ từ đến sát bề mặt chất hấp phụ. Rửa giải các CBz bằng dung môi lựa chọn. Dịch chiết được hứng vào các bình cầu riêng biệt, cô quay chân không rồi cô dưới dòng khí nitơ trong ống nghiệm chia vạch đến thể tích 5 mL và được chuyển vào ống nghiệm chia vạch có thể tích 10 mL, sau đó được làm giàu bằng phương pháp cô đuổi nitơ về 0,5 - 1 mL. Thêm 10 µL chất nội chuẩn PeCNB (Pentaclonitrobenzen) nồng độ 10 ng/g và định mức đến 1 mL bằng hecxan.
2.4.5. Tính toán kết quả phân tích
a) Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng
Khi tiến hành thực nghiệm, MDL ước lượng dựa trên giá trị LOD của thiết bị [61,91]. Sau đó chuẩn bị các mẫu thêm chuẩn có nồng độ thấp trong khoảng 5 - 7 lần MDL ước lượng rồi tiến hành đo lặp 5 lần ở điều kiện tối ưu đã chọn (phân tích song song). Tính toán giá trị LOD theo công thức: