Hình 2.1. Hệ thống thiết bị GC– MS/MS

- Các kịch bản t nh toán: vào m mư và m khô củ năm 2014;

- Kiểm định mô hình: lấy 12 mẫu kh CO tại các vị tr dọc tuyến đại lộ ình Dương nhằm so sánh với kết quả củ mô hình Sutton. Từ đó đánh giá mức độ ch nh xác và khả năng áp dụng mô hình Sutton vào đánh giá ô nhiễm do gi o thông.

1.10.2. Mô hình Sutton nhằm tính toán sự lan truyền chất ô nhiễm trong không khí

Nồng độ chất ô nhiễm trung bình ở một vị tr bất kỳ trong không kh do nguồn đường phát thải liên tục được xác định theo công thức mô hình cải tiến

củ Sutton như s u:

Trong đó:

C: nồng độ chất ô nhiễm trong không kh (mg/m3)

M: Công suất nguồn thải, là lượng phát thải chất ô nhiễm của nguồn đường t nh trên một đơn vị khoảng cách trong một đơn vị thời gian (mg/m/s) z: độ c o điểm cần t nh (m)

x: Khoảng cách từ tâm đường đến điểm cần t nh theo hướng gió, m u: tốc độ gió trung bình (m/s) h: độ cao của nguồn đường so với mặt đất xung qu nh (m) σz : Hệ số khuyếch tán chất ô nhiễm theo phương z (m); σz là hàm số của khoảng cách x theo hướng gió thổi;

* σz được xác định bằng công thức của Slade (1968) - Kh quyển không ổn định:

- Kh quyển trung t nh: - Kh quyển rất ổn định:

Kết luận

Các P H là hợp chất có độc t nh c o, rất nguy hiểm đến sức khỏe con người, nhiều chất trong đó đã được xếp loại chất độc loại I, có khả năng gây ung thư. Trong quá trình nấu ăn, đi xe cộ, th m gi gi o thông,… một lượng lớn P H có thể phát thải r không kh gây ô nhiễm cho môi trường và sức khỏe con người. ể xác định P H các phương pháp sắc k như sắc k kh (GC), sắc ký lỏng (HPLC) thường được sử dụng, tuy nhiên, trong đó phương pháp sắc ký kh GC kết hợp với detector MS là ph hợp nhất để xác định hàm lượng nhỏ của P H trong không kh do có giới hạn phát hiện thấp và khả năng phân tách c o. Ngoài r để tách P H r khỏi mẫu không kh trước khi phân t ch trên các thiết bị sắc k , phương pháp chiết siêu âm và chiết pha rắn cho thấy nhiều ưu điểm như độ thu hồi cao, tốc độ chiết nhanh, tiết kiệm dung môi và th ch hợp với lượng nhỏ mẫu.

Ở Việt N m và trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về PAH trong mẫu bụi nhưng còn chư có nhiều nghiên cứu trong mẫu bụi mịn (PM2.5) và đặc biệt là trong mẫu bụi siêu mịn (PM0.1). Vì thế mục tiêu củ nghiên cứu này là phân t ch P H trong mẫu bụi mịn và siêu mịn bằng phương pháp GC/MS-MS và áp dụng vào để phân t ch đánh giá hàm lượng củ các P H trong bụi.

CHƯ NG 2. THỰC NGHIỆM

2.1. Đố tượng, mục t êu và nộ dun n ên cứu 2.1.1. Mục t êu n ên cứu

Thu thập mẫu bụi PM2.5 tại một số đị điểm trên đị bàn thành phố Hà Nội

Mục tiêu củ nghiên cứu này là hoàn thiện quy trình phân t ch P H trong mẫu bụi mịn bằng phương pháp GC/MS-MS và đánh giá mức độ ô nhiễm PAH trong mẫu bụi mịn (PM2,5) trong không kh trong nhà ở Hà Nội.

ối tượng phân t ch là 16 P H có khả năng gây ung thư theo US EP [27], được liệt kê trong ảng 2.1.

Bảng 2.1. Các PAH có khả năng gây ung thư theo US EPA

STT Hợp chất PAH Tên hợp chất viết tắt

1 Naphthalene NA 2 Methyl-Naphthalene 1-NA 3 Acenaphthylene ACL 4 Acenaphthene ACE 5 Fluorene FLU 6 Phenanthrene PH 7 Anthracene ANT 8 Fluoranthene FLUO 9 Pyrene PYR 10 Benz(a)anthracene BaA 11 Chrysene CHR 12 Benzo(b) fluoranthene BbF 13 Benzo(a)pyrene BaP 14 Indeno(1,2,3-cd)pyrene IcdP 15 Dibenz(a,h)anthracene DahA 16 Benzo(g,h,i)perylene BghiP

2.1.2. Nộ dun n ên cứu

ể thực hiện được mục tiêu nghiên cứu đặt r , chúng tôi tiến hành thực hiện các nội dung nghiên cứu sau:

Thu thập mẫu bụi PM2.5 tại một số đị điểm trên đị bàn thành phố Hà Nội, tiến hành xử lý phâm tình hàm lượng bụi PM2.5 trong các mẫu đã lấy được.

- Lựa chọn các thông số tối ưu của hệ sắc ký ghép nối khối phổ GC- MS/MS để phân t ch đồng thời 16 PAH trong mẫu bụi PM2,5 không kh .

- ánh giá phương pháp phân t ch trên thiết bị GC- MS/MS: - Xây dựng đường chu n

- Xác định giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng củ phương pháp - ánh giá hiệu suất thu hồi, độ tái lặp củ phương pháp

- p dụng phân t ch mẫu bụi PM2.5 lấy tại Hà Nội

- Xử lý số liệu, đánh giá sơ bộ mức độ ô nhiễm PAH trong bụi mịn không kh .

2.2. P ươn p áp n ên cứu

2.1.1. Phương pháp GC-MS/MS

Phương pháp phân t ch sắc k kh ghép nối hai lần khối phổ GC– MS/MS cho phép xác định trực tiếp các PAH dự trên sự khác biệt về cấu trúc và nhiệt độ hó hơi của từng PAH, được coi là phương pháp phân t ch có độ nhạy và độ chọn lọc rất c o. ộ chọn lọc cao của detecter khối phổ (MS/MS) cho phép tối giản quá trình chu n bị mẫu, phép t ch phân pic dễ dàng và nh nh hơn, từ đó đơn giản hó việc xử lý dữ liệu, loại bỏ nhiễu, tăng hiệu quả phân t ch cho GC và đư r kết quả tin cậy hơn. ộ nhạy cao khiến MS/MS có thể phân t ch được những mẫu có hàm lượng vết hoặc siêu vết, giảm thiểu tối đ thời gi n phân t ch cũng như loại bỏ được phần lớn ảnh hưởng từ nền mẫu.

Nguyên tắc định lượng đối với hệ thống sắc k : PAH trong mẫu được định t nh bằng cách so sánh thời gi n lưu trong cột của hợp chất chư biết với thời gi n lưu trong cột của hợp chất PAH tiêu chu n trên sắc phổ ion ghi được và bằng cách so sánh khối phổ của hợp chất chư biết với hợp chất PAH tiêu chu n. Việc định lượng PAH được thực hiện bằng phương pháp đường chu n, một số nồng độ nhất định củ các chất PAH chu n từ 0,5 µg/L đến 20 mg/L được bơm vào hệ thống sắc ký. Mỗi điểm chu n ứng với một diện t ch pic tương ứng, từ đó t nh r phương trình hồi quy và hệ số tương qu n (R2

) củ phương trình.

2.1.2. Phương pháp xử lí mẫu

Phương pháp chiết siêu âm tạo sự tiếp xúc hiệu quả hơn giữa chất phân t ch và dung môi chiết so với phương pháp lắc thông thường, tạo kết quả về độ thu hồi tốt hơn, tốn t thời gi n và dung môi hơn phương pháp chiết Soxhlet. ây là phương pháp chiết hiện đại với nhiều ưu điểm như tốc độ chiết nhanh, tiết kiệm dung môi và th ch hợp với lượng nhỏ nên rất nhiều nghiên cứu đã sử dụng phương pháp này. Nên chúng tôi sẽ sử dụng phương pháp chiết này để xử lý mẫu bụi trong nghiên cứu của minh.

Sau khi chiết siêu âm, kỹ thuật chiết pha rắn (Solid Phase Extraction, SPE) được sử dụng để làm sạch và làm giàu mẫu phân t ch. Về nguyên tắc và th o tác, kỹ thuật SPE là quá trình phân bố củ các chất giữ 2 ph , trong đó lúc đầu chất mẫu ở dạng lỏng, còn chất chiết ở dạng rắn, dạng hạt nhỏ và xốp đường k nh 25- 70µm. Về mặt hiệu quả và ứng dụng, kỹ thuật SPE có nhiều ưu điểm nổi bật hơn như th o tác nh nh, lượng dung môi sử dụng t, điều kiện tách đơn giản, hệ số làm giàu c o và dễ tự động hoá: Mẫu phân t ch được cho chảy qua cột với tốc độ th ch hợp (điều khiển bằng máy hút chân không hoặc bơm nhu động). Chất phân

t ch được giữ lại trên cột và được rửa giải bằng dung dịch th ch hợp. Tất cả quá trình này có thể tự động hó một cách dễ dàng.

2.1.3. Phương pháp xử lí mẫu

2.3. Thiết bị và óa c ất

2.3.1. Thiết bị sắc ký khí - khối phổ(GC-MS/MS)

- Hệ thống sắc ký kh - khối phổ (GC-MS/MS) củ hãng Thermo, US . - Phần sắc ký: GC Tr ce 1310.

- Bộ phận bơm mẫu tự động: TriPlus RSH Autosample. - Phần khối phổ: TSQ 8000.

- Phần mềm xử lý số liệu: TraceFinder - Thermo.

- Cột sắc ký kh D 5-MS (30 m x 0,25 mm; 0,25 µm) được sử dụng để phân tách P H ( gilent, US ).

Hình 2. 1. Hệ thống thiết bị GC – MS/MS 2.3.2. Các thiết bị khác

30  Máy ly tâm Z32 HK, Hermle, ức  Máy lắc vortex velp ZX3, Velp – Italy

 Thiết bị cô mẫu bằng Nito MG-2220, Eyela, Nhật Bản  Bộ chiết pha rắn loại 12 – Port, Mỹ.

2.3.3. Dụng cụ

 ng falcon 15mL, 50mL  Vial 1,5 mL

 Cột chiết pha rắn nhồi sẵn d ng cột: Bond Elut Si

 Một số dụng cụ khác: pipet P steur, giấy nhôm, micropipette, kéo, p r fim,…

2.3.4. Hóa chất, chất chuẩn

Hó chất: Toàn bộ hó chất phải có độ tinh khiết dung cho phân t ch hoặc chuyên d ng cho sắc ký kh và sắc ký lỏng: n-hexan (Merck), Acetonitril (ACN) (Merck), Metanol (Merck), Diclometan (DCM)

Chất chu n

 Chất chu n PAH gốc: 2000 ppm code CRM 47930, ampul 1mL

 Nội chu n: Internal Standards Mix 33 ampul 1 mL, nồng độ các chất 2000 ppm, trong dung môi Toluen, Code: DRE-YA08273300TO

2.4. Qu tr n t ực nghiệm

2.4.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu

Thu thập các mẫu bụi mịn PM2.5 ở một số khu vực đặc trưng tại Hà Nội như khu vực có mật độ gi o thông c o ( Ngã tư Hoàng Quốc Việt; Nguyễn Văn Huyên); Khu vực có hoạt động công nghiệp mạnh ( Mê Linh); Khu vực có hoạt động nông nghiệp ( ông nh). Vì lý do tình hình dịch bệnh Covid kéo dài nhóm nghiên cứu bị mắc kẹt lại trong TP. Hồ Ch Minh nên không thể tiến hành lấy mẫu phân t ch ở cả b đị điểm trên được.

ể đánh giá được mức độ ô nhiễm PAH trong bụi PM2.5 tại một số đị điểm tại Hà Nội, nhóm nghiên cứu lự chọn viện Hàn lâm Kho học và Công nghệ Việt N m làm trung tâm cho việc lấy mẫu. Các mẫu phân t ch được lấy tại các đị điểm xung qu nh viện hàn lâm để đánh giá về mức độ phát tán củ bụi.

ể thực hiện hướng nghiên cứu củ đề tài, chúng tôi đã thu thập ở ngã tư Nguyễn Văn Huyên và tầng 17 củ tò Ươm tạo Công nghệ, Viện Hàn lâm Kho học và Công nghệ Việt N m. ây là 2 khu vực được lự chọn trong nghiên cứu với đặc trưng là khu vực có mật độ gi o thông c o và một khu vực không chịu ảnh hưởng củ quá trình hoạt động củ gi o thông

 ặc điểm lấy mẫu:

- Vật liệu lấy mẫu: sử dụng giấy qu tz 47µm, chiều cao lấy mẫu 1,5m so với mặt đất.

- Thiết bị lấy mẫu PM2,5: ơm thể t ch lớn HV-500 với cut-off PM2.5 của Sibata

 Cách thức lấy mẫu: Tại điểm lấy mẫu đặt máy ở độ cao 1,5m so với mặt đất hay mặt đường chỉnh tốc độ dòng ph hợp với yêu cầu và thu thập mẫu phân t ch.

. Thiết bị trước khi lấy được hiệu chỉnh lưu lượng và làm sạch sau khi lấy mẫu.

Mẫu được thay hằng ngày. Mẫu được đựng trong petri sạch, gói giấy bạc rồi đem về phòng cân chu n để cân bằng nhiệt độ (20-250C) và độ m (RH:30- 40%) t nhất trong 1 ngày rồi mới xác định khối lượng thông qu cân 6 số.

2.4.2. Quy trình xử lý mẫu

Trên cơ sở tham khảo một số quy trình xử lý mẫu theo các phương pháp xử lý mẫu đã được chỉ ra trong mục 1.9, chúng tôi đã xây dựng quy trình xử lý mẫu để phân t ch P H (như hình 2.2). Mẫu được xử lý qu 3 gi i đoạn: chiết tách, làm giàu và làm sạch. S u c ng mẫu được phân t ch trên thiết bị sắc ký kh .

Quy trình xử lý mẫu được tóm tắt như s u:

- Các mẫu bụi sẽ được cắt nhỏ s u đó được chuyển vào ống nghiệm 15mL có nút đậy. Cho vào mỗi ống nghiệm chất nội chu n 200ng IS (20 µL của IS nồng độ 10 ppm) và để yên 20 phút. S u đó, cho 10mL hỗn hợp n-hexan :axeton (1/1,v/v) chiết siêu âm bằng bể siêu âm 30 phút. S u 30 phút, ly tâm tách ph và gạn dịch chiết vào ống falcon 50mL. Tiến hành lặp lại th o tác chiết mẫu 3 lần. Các phần dịch chiết được gộp lại, cô đuổi dung môi.

- S u khi cô mẫu, dịch chiết được cho qua cột chiết pha rắn SPE. Hoạt hó cột bằng 10 mL met nol và 10 mL n-hexan. Nạp dịch chiết lên cột ( để khoảng 15 – 20 phút). Rửa giải bằng 12 mL n-hexan : DCM (v/v, 1/1).

- Cuối c ng cô dịch chiết về 1mL bằng bộ cô Nitơ. Dịch chiết được đuổi dung môi n-hexan về ch nh xác 1 mL, s u đó chuyển vào vi l và phân t ch bằng máy sắc ký khối phổ GC – MS/MS.

Hình 2.2. Quy trình xử lý mẫu 2.4.3. Phân tích bằng GC – MS/MS

S u khi được xử lý, mẫu được phân t ch trên hệ thống sắc ký kh ghép nối hai lần khối phổ với các điều kiện phân t ch như s u:

- Cột sắc ký DB-5MS, ph tĩnh (5%-phenyl) – metylpolisilox ne, k ch thước 30 m x 0.25 mm i.d x 0.25 µm.

- Nhiệt độ buồng bơm mẫu: 2800C - Chế độ bơm mẫu: không chi dòng - Thể t ch bơm mẫu: 2 µL

- Kh m ng: Heli, độ tinh khiết 99,999%

- Tốc độ dòng kh m ng: 1mL/phút (chế độ đẳng dòng)

- Thêm 200 ng IS (20 µL của IS nồng độ 10 ppm) và để yên 20 phút

Chiết mẫu

- Chiết siêu âm mỗi lần 10 mL n-hexan : axeton (1/1, v/v) (30 phút mỗi lần bằng thiết bị bể siêu âm)

- tách ph và gạn dịch chiết vào ống falcon 50 mL - Lặp lại th o Ly tâm tác chiết mẫu 3 lần

- Các phần dịch chiết được gộp lại, cô đuổi dung môi n-hexan

Làm sạch dịc c êt trên cột SPE

- Hoạt hó cột bằng 10 mL metanol và 10 mL n-hexan - Nạp dịch chiết lên cột

- Rửa giải bằng 12 mL n-hexan : DCM (v/v, 1/1)

- Dịch chiết được đuổi dung môi, về ch nh xác 1 mL và chuyển vào vi l

1 mL mẫu

- Phân t ch trên GC-MSMS

Địn tín và địn lượng PAHs

- Chương trình nhiệt độ cho cột: bắt đàu từ 800

C (giữ 3 phút), tăng đến