CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.2. Tổng quan về các phương pháp phân tích dioxin/furan
1.2.2. Phương pháp phân tích dioxin, furan trên thiết bị
Tách các hợp chất dioxin, furan bằng sắc kí khí
Dioxin, furan chứa nhiều đồng phân hoặc đồng loại có cấu trúc tương tự do đó phổ khối của đồng phân của chúng (ví dụ, tetra dioxin) về cơ bản là giống hệt nhau. Ngoài ra, đồng loại của mức độ halogen hóa cao hơn có thể phân mảnh trong phổ khối để hình thành các ion gây nhiễu ở tỷ lệ khối lượng-điện tích của các mức halogen hóa thấp hơn tương ứng của chúng. Phần lớn các đồng phân dioxin và furan không được coi là độc hại, vì vậy u cầu đặt ra là phải có một cột sắc ký hoặc kết hợp các cột có thể tách riêng 17 đông phân độc hại ra khỏi 193 đồng phân còn lại [29]. Việc đồng rửa giải của các đồng phân không độc hại hoặc những yếu tố bên ngồi khác có thể dẫn đến kết quả sai lệch, ví dụ PCB có thể ảnh hưởng đến dioxin [4].
Các yếu tố cơ bản quyết định phép tách sắc kí các hợp chất dioxin, furan bao gồm: khí mang (loại khí mang, tốc độ khí mang), cột tách (thành phần pha tĩnh, độ phân cực pha tĩnh, bề dày lớp phim pha tĩnh, chiều dài cột tách) và chương trình nhiệt độ cho lị cột. Điều kiện cụ thể trong một số tài liệu được tổng hợp trong Bảng 1.8.
Bảng 1.8. Điều kiện tách dioxin, furan bằng sắc kí Chất phân Chất phân
tích
Khí
mang Cột tách Chương trình nhiệt độ TLTK
Dioxin, furan, PCB He (1mL /phút) DB-5MS (60 m × 0,25 mm × 0,25 μm)
120°C trong 3 phút, tăng lên 170 °C (tốc độ 20°C/phút); tăng đến 260°C (tốc độ 3°C/phút); tiếp tục tăng đến 300°C (25°C/phút), giữ trong 3 phút.
Tổng thời gian phân tích: 43 phút [21] Dioxin, Furan He Rtx-2330 (60 m × 0,25 mm × 0,1 μm) 90°C trong 1,5 phút; tăng lên 180°C (tốc độ 25°C/phút); tăng đến 260°C (tốc độ 3°C/phút và giữ trong 25 phút. [39]
Tổng thời gian phân tích: 56,8 phút Dioxin, Furan He (1mL /phút) RTX-200 (30 m × 0,25 mm × 0,25 μm)
150°C trong 1 phút; tăng lên 200°C (tốc độ 10°C/phút); tiếp tục tăng đến 310°C (5°C/phút), giữ trong 5 phút.
Tổng thời gian phân tích: 33 phút. [32] Dioxin, furan He (1mL /phút) DB-5MS (60 m × 0,32 mm × 0,25 μm)
120°C trong 1 phút; tăng lên 220°C (tốc độ 20°C/phút), giữ 20 phút; tăng đến 300°C (tốc độ 5°C/phút và giữ trong 18 phút.
Tổng thời gian phân tích: 60 phút [16] Dioxin, furan Heli (1,5mL /phút) Rtx-Dioxin2 (60 m × 0,25 mm × 0,2 μm) 130°C trong 1,5 phút; tăng lên 260°C (tốc độ 30°C/phút); tăng đến 305°C (tốc độ 5°C/phút) và giữ trong 20 phút; tiếp tục tăng đến 310°C (tốc độ 20°C/phút và giữ trong 15 phút.
Tổng thời gian phân tích: 50,08 phút
[12]
Loại khí mang được sử dụng phổ biến nhất để tách các dioxin, furan là khí hiếm heli, độ tinh khiết trên 99,99%; thường được duy trì ở chế độ đẳng dịng với tốc độ dòng qua cột từ 1,0 đến 1,5 mL/phút.
Các PCDD/F được tách trên các loại cột mao quản hở có thành trong phủ pha tĩnh silica biến tính (FS-WCOT); pha tĩnh nhìn chung đều có độ phân cực rất thấp, chủ yếu là loại pha tĩnh có thành phần Poly (5% diphenyl, 95% dimetylsiloxan), phổ
biến nhất là cột DB-5MS. Ngoài ra cột Rtx cũng được sử dụng khá nhiều trong phân tích dioxin Để phân tích được các PCDD/F cần dùng cột có chiều dài lớn thường là 60 m, lớp phim pha tĩnh thường dày 0,25 μm. Phân tích Dioxin bằng GC-HRMS sử dụng cột có pha tĩnh chứa 5% phenyl-dimethyl thơng thường, kích thước cột 60 m × 0,25 mm×0,25 mm thời gian phân tích thường khoảng 50 phút. Trước khi phân tích mẫu, thiết bị phải được điều chỉnh đến độ phân giải 10.000 và sau đó được hiệu chuẩn. Độ phân giải (ΔM/M) 10.000 là điều kiện cân bằng tốt nhất giữa độ chọn lọc (loại bỏ hầu hết các hợp chất gây nhiễu không được loại bỏ bằng cách chuẩn bị mẫu) và độ nhạy trên thiết bị điện từ.
Nếu sử dụng cột microbore có đường kính trong nhỏ hơn và màng mỏng hơn (đường kính trong <0,20 mm và độ dày màng <0,18 μm) có thể làm giảm đáng kể thời gian phân tích. Nếu tỷ lệ pha (tỷ lệ độ dày màng với đường kính trong cột) khơng đổi, thời gian lưu tương đối khơng thay đổi. Khi đường kính trong và độ dày giảm và tỷ lệ của chúng được giữ không đổi, thời gian lưu giảm và đỉnh pic sẽ hẹp hơn và cao hơn. Cột microbore có số đĩa lý thuyết nhiều hơn và chiều cao thấp hơn (HETP) so với cột cổ điển dẫn đến số đĩa lý thuyết tăng đáng kể trên mỗi mét, cho phép sử dụng cột ngắn hơn. Cột microbore yêu cầu áp lực đầu cột cao hơn, lưu lượng cao hơn và tốc độ tăng nhiệt độ cao hơn có thể giảm thời gian phân tích lên đến dẫn đến giảm thời gian chạy phân tích lên tới 50% và tăng chiều cao pic lên đến 5 lần [18,23,24,30]. Nhiệt độ cổng bơm mẫu phải đủ cao để đảm bảo hóa hơi được tồn bộ mẫu, thông thường nhiệt độ này khoảng 290oC, có thể đến 325oC. Đối với các hỗn hợp PCDD/F thì chương trình nhiệt độ cho lị cột được chia thành nhiều giai đoạn phức tạp, tốc độ tăng nhiệt độ của từng giai đoạn phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp cần tách.
Định tính và định lượng bằng HRMS:
Sau khi được tách bằng sắc kí khí, các hợp chất dioxin, furan được xác định bằng detector khối phổ. Thiết bị phổ khối phân giải cao (HRMS) được sử dụng lần đầu tiên vào đầu nhưng năm 1970s và là thiết bị có độ nhạy và chọn lọc nhất đối với phân tích dioxin [6,7,10]. Các phương pháp tiêu chuẩn US EPA 1613B, 8290A
[36,37] cũng như các nghiên cứu về dioxin đã công bố hầu hết sử dụng thiết bị HRMS để định tính và định lượng dioxin, furan bằng phương pháp pha loãng đồng vị. Các ưu điểm của HRMS và phương pháp pha loãng đồng vị và nội chuẩn là: độ nhạy cao, độ chọn lọc cao (chế độ quan sát nhiều phản ứng – MRM), độ chính xác cao (do sử dụng chất đồng hành là hợp chất đánh dấu đồng vị 13C12 của các chất phân tích, các hợp chất này khơng có trong mẫu phân tích và có tính chất hồn tồn tương tự với các chất phân tích nên có tương tác giống với chất phân tích trong tồn bộ q trình phân tích), hơn nữa vẫn có thể định tính và định lượng dioxin, furan một cách chính xác ngay cả khi q trình sắc kí khơng tách được các chất ra khỏi nhau hoàn toàn. Mỗi đồng loại dioxin, furan sẽ được định tính và định lượng bằng cách quan sát chọn lọc một số mảnh m/z đặc trưng và tính tốn nồng độ dựa trên tỉ lệ diện tích pic của chất phân tích so với hợp chất đánh dấu đồng vị tương ứng. Thông thường, một mảnh m/z sẽ được lựa chọn để làm mảnh định lượng, một hoặc hai mảnh m/z khác được dùng làm mảnh đối chứng. Mảnh m/z nào được lựa chọn để quan sát phụ thuộc vào chế độ ion hóa của khối phổ. Hai chế độ ion hóa được ứng dụng trong phân tích dioxin, furan là ion hóa va đập điện tử (EI) và ion hóa hóa học âm (NCI).
Đối với chế độ ion hóa EI, chất phân tích sau cột sắc kí sẽ được chuyển vào một chùm electron có năng lượng động học khoảng 70 eV hoặc thấp hơn. Khi sử dụng chế độ quan sát SIM, số lượng các ion tạo ra nên càng ít càng tốt vì vậy để giảm mức độ phân mảnh và ion quan sát được là ion phân tử, năng lượng của dòng electron thường được sử dụng là 35 eV. Năng lượng dòng electron giảm làm giảm mức độ phân mảnh và tăng cường tín hiệu ion phân tử nhờ đó tăng độ nhạy.
Ion hóa hóa học ion âm bắt giữ điện tử (ECNI) là một dạng ion hóa hóa học âm (NCI) sử dụng khí thử như metan để hấp thụ năng lượng từ các electron và dễ dàng gắn vào các phân tích. Độ nhạy của hầu hết các hợp chất đa halogen như PCDD/PCDF tăng khi mức độ clo hóa trong ECNI tăng lên và đối với hầu hết các đồng loại, độ nhạy trong NCI lớn hơn nhiều so với EI. Tuy nhiên, riêng đối với 2,3,7,8-TCDD, anion Cl- [17] là pic cơ sở dẫn đến anion phân tử 2,3,7,8-TCDD trong NCI có cường độ NCI thấp hơn nhiều so với ion phân tử trong EI. Do sự hiện diện
của nhiều hợp chất clo hóa khác trong hầu hết các dịch chiết mẫu, anion Cl xuất hiện phổ biến, do đó việc quan sát Cl là khơng chọn lọc. Ion hóa hóa học sử dụng O2 làm khí thử cũng đã được nghiên cứu [9]. Phương pháp này có thể được sử dụng để phân biệt các đồng loại khác nhau, nhưng khó sử dụng hơn EI rất nhiều và không đủ nhạy để sử dụng cho mục đích phân tích siêu vết với các nguồn chân khơng ion hóa hóa học thơng thường.