Hệ dung môi Hexan (100%)
DCM:n-hex (1:4) DCM:n-hex (1:2) n-hex:DEE (4:1) %H %RSD %H %RSD %H %RSD %H %RSD PCB-28 68,5 7,5 69,1 5,6 70,9 6,7 57,8 10,3 PCB-52 79,8 10,4 75,4 6,3 76,44 7,5 60,4 11,5 PCB-101 89,8 8,2 89,4 7,5 70,4 8,3 53,4 12,5 PCB-114 93,1 9,0 90,7 11,5 73,8 9,2 60,1 11,7 PCB-138 90,7 6,7 82,3 9,6 78,4 8,6 65,4 10,5 PCB-153 90,1 9,8 84,0 9,6 77,2 8,3 61,8 9,4 PCB-180 92,0 5,6 90,7 8,2 80,4 8,9 63,9 9,9 Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, khi dùng dung mơi hồn tồn khơng phân cực là n-hexan, hiệu suất thu hồi của quá trình rửa giải là tốt nhất với khoảng từ 68,5% đến 93,1% với độ lệch chuẩn tƣơng đối đạt yêu cầu theo AOAC. Trong khi đó, khi sử dụng hỗn hợp n-hexan với dung mơi có tính phân cực nhƣ diclometan hoặc dietyl ete thì hiệu suất thu hồi giảm dần. Khi tăng tỷ lệ diclometan và giảm dần n-hexan, hiệu suất thu hồi của quá trình rửa giải hầu nhƣ nhỏ hơn 80% (với tỷ lệ
dung môi n-hexan:DCM là 2:1 và n-Hexan:DEE là 4:1). Do vậy, dung môi n-hexan đƣợc lựa chọn làm dung mơi rửa giải trong q trình làm sạch mẫu.
Khảo sát thể tích dung mơi rửa giải để phân tích PCBs trong mẫu trầm tích.
Dung mơi đƣợc lựa chọn để rửa giải trong quá trình làm sạch bằng cột florisil là n-hexan. Tiến hành lựa chọn lƣợng dung môi rửa giải là 10ml, 20ml, 50ml, 75ml. Kết quả độ thu hồi trung bình khi tiến hành lặp 2 lần với mỗi thể tích rửa giải. Kết quả độ thu hồi trung bình đƣợc thể hiện dƣới bảng 3.14:
Bảng 3.14. Hiệu suất thu hồi trong quá trình khảo sát thể tích dung mơi rửa giải
Dung mơi rửa giải 25 ml 30 ml 50 ml 75 ml
%H %RSD %H %RSD %H %RSD %H %RSD PCB28 19,5 5,3 69.5 8,6 94 8,5 84,5 6,4 PCB52 27,5 6,5 77 5,3 86.5 6,7 86,5 7,8 PCB101 21,5 4,6 82.5 9.5 88 7,5 90,5 7,5 PCB114 25 5,7 73 6,8 97.5 6,7 94,5 9,3 PCB138 18,5 7,5 70.5 5,3 88 6,8 90 7,8 PCB153 20,5 5.9 65.5 6,8 97.5 6,3 96,5 7,7 PCB180 36,5 6,3 50.5 5,8 94 7,2 96 6,9 Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, khi dùng thể tích dung mơi n-hexan là 50ml sẽ cho hiệu quả rửa giải cao nhất. Hiệu suất thu hồi với thể tích 50ml đạt từ 86,5 – 94 %, độ lệch chuẩn tƣơng đối cũng đều thỏa mãn giá trị yêu cầu theo AOAC. Trong khi đó sử dụng dung mơi rửa giải với thể tích 25ml khơng đạt hiệu suất thu hồi yêu cầu. Với thể tích dung mơi rửa giải là 75ml hiệu suất không tăng nhiều so với sử dụng 50ml nên để hạn chế việc sử dụng và tiết kiệm chi phí nên lựa chọn dung mơi rửa giải là n-hexan với thể tích sử dụng rửa giải là 50ml. Lựạ chọn này sẽ tiếp tục đƣợc sử dụng trong các nghiên cứu tiếp theo.
b. Khảo sát quy trình phân tích PBDEs trong mẫu trầm tích
Khảo sát dung mơi chiết soxhlet
Kết quả độ thu hồi trung bình và độ lệch chuẩn tƣơng đối của chất chuẩn đánh dấu đồng vị trong thí nghiệm đánh giá độ thu hồi của quá trình chiết soxhlet với 2 loại dung môi toluene và axeton:n-hexan(1:1). Thí nghiệm này xác định phƣơng pháp chiết soxhlet với dung môi tối ƣu trên nền mẫu giả, để xác định phƣơng pháp xử lý hiệu quả áp dụng cho quy trình nghiên cứu phƣơng phápvà phân tích mẫu thật.
Với thể tích mẫu trƣớc khi bơm lên cột là 100µl, thêm 100µl chuẩn LS10 ( chứa 10ng với các cấu tử PBDE khác BDE209L, với BDE 209L là 100ng).
Kết quả độ thu hồi và độ lệch chuẩn tƣơng đối của chất chuẩn đánh dấu đồng vị đƣợc thể hiện ở bảng 3.15
Bảng 3.15. Kết quả độ thu hồi của chất chuẩn đánh dấu đồng vị
TT Chất Dung môi Toluen
Dung môi hỗn hợp axeton:n-hexan H % RSD% H % RSD% 1 BDE-28L 88,4 7,5 90,5 10,2 2 BDE-47L 82,3 10,4 93,6 10,4 3 BDE-100L 90,5 8,2 97,8 11,2 4 BDE-99L 92,1 9,0 93,2 12,0 5 BDE-154L 87,5 11,7 94,2 9,9 6 BDE-153L 88,1 9,5 90,5 13,4 7 BDE-138L 89,7 10,7 96,4 12,7 8 BDE-209L 80,3 13,3 89,5 14,3
Độ thu hồi của các hợp chất đánh dấu đồng vị và %RSD quá trình chiết đều nằm trong giới hạn cho phép. Tuy nhiên, phƣơng pháp chiết soxhlet với dung môi axeton:n-hexan cho hiệu suất thu hồi cao hơn, do vậy chúng tôi sẽ áp dụng phƣơng pháp chiết với hệ dung môi này để tiếp tục nghiên cứu và áp dụng cho q trình phân tích mẫu.
Khảo sát quá trình rửa mẫu bằng axit, kiềm và muối
Các quá trình rửa mẫu để làm sạch đƣợc tiến hành dựa trên việc thêm chuẩn chất đánh dấu đồng vị BDE 139. Độ thu hồi của chất này trong q trình chiết có thể dùng để đánh giá độ thu hồi của các đồng loại PBDE khác do tính tƣơng đồng về tính chất của cả nhóm hợp chất. Kết quả khảo sát quá trình làm sạch của 3 bƣớc khảo sát đƣợc thể hiện trong bảng 3.16:
Bảng 3.16. Hiệu suất thu hồi trong quá trình làm sạch dịch chiết
Chất đồng hành Rửa bằng axit Rửa bằng KOH Rửa bằng NaCl
%H %RSD %H %RSD %H %RSD
BDE-139L 93,5 7,8 95,7 6,3 98,6 6
Kết quả trên cho thấy độ thu hồi và độ lệch chuẩn tƣơng đối của các khảo sát đều đạt chuẩn AOAC.
Xử lý dịch chiết bằng axit sunfuric đặc là một bƣớc quan trọng qui trình xử lý mẫu để làm sạch dịch chiết, mục đích của bƣớc này là loại bỏ lƣợng vết các hợp chất vô cơ (nhƣ các ion kim loại nặng, các muối), đốt cháy chất mùn, loại bỏ chất béo và các nhóm chất hữu cơ khác nhƣ amin, aminoaxit, cacbohidrat. Kĩ thuật rửa mẫu bằng axit sunfuric đặc thƣờng đƣợc thực hiện trong phễu chiết giống nhƣ kĩ thuật chiết lỏng lỏng, quá trình đƣợc lặp lại cho đến khi lớp axit sunfuric khơng cịn màu, tuy nhiên trong một số trƣờng hợp, trong đó có các PBDEs, cần phải khống chế số lần rửa mẫu (không quá 3 lần) để hạn chế phản ứng của chính chất phân tích với axit sunfuric.
Bƣớc rửa mẫu bằng dung dịch KOH đƣợc thực hiện với thao tác tƣơng tự nhƣ rửa mẫu bằng axit sunfuric. Mục đích của bƣớc này là loại bỏ khỏi dịch chiết mẫu các nhóm chất nhƣ phenol, axit cacboxylic, este, halogen ankan. Tuy nhiên, số lần rửa mẫu bằng dung dịch KOH cũng cần khống chế để tránh phản ứng debrom hóa theo phản ứng thế hoặc phản ứng tách.
Bƣớc rửa mẫu bằng dung dịch NaCl đƣợc thƣợc hiện với thao tác tƣơng tự nhƣ rửa mẫu bằng axit sunfuri và rửa mẫu bằng KOH. Mục đích của bƣớc này để
trung hịa mẫu. Số lần rửa mẫu bằng dung dịch NaCl cũng cần phải khống chế (không quá 3 lần) để hạn chế phản ứng của chính chất phân tích với NaCl.
Trong 3 thí nghiệm rửa dịch chiết mẫu bằng axit sunfuric, dung dịch KOHvà dung dịch NaCl, Tuy các chất phân tích bị mất mát một phần trong quá trình rửa mẫu, đặc biệt là bƣớc rửa bằng dung dịch axit sunfuric nhƣng để loại bỏ phần lớn các chất ảnh hƣởng gây nhiễm bẩn mẫu để tín hiệu nền thấp và ổn định, đảm bảo việc định lƣợng chính xác và đặc biệt là tránh nhiễm bẩn detector thì 3 bƣớc làm sạch mẫu bằng axit, kiềm và muối là rất cần thiết. Tiến hành áp dụng 3 bƣớc làm sạch mẫu này cho các thí nghiệm khảo sát tiếp theo và cho quy trình phân tích mẫu thật.
Khảo sát quá trình làm sạch mẫu trên cột silicagel đa lớp
Cột silicagel đa lớp đƣợc sử dụng để làm sạch dịch chiết cho phân tích sắc kí trên nguyên tắc chiết pha rắn, nhƣng bản chất của quá trình là chất hấp phụ sẽ giữ lại các chất ảnh hƣởng cịn chất phân tích gần nhƣ không bị lƣu giữ khi di chuyển qua cột. Cụ thể: natri sunfat để loại lƣợng vết nƣớc, silicagel để loại các hợp chất phân cực nhƣ axit cacboxylic, phenol, clorophenol, polyclo phenoxy phenol; silicagel tẩm axit H2SO4 để loại các hợp chất có tính bazơ; silicagel tẩm KOH để loại các hợp chất có tính axit. Dung mơi để rửa giải PBDE có độ phân cực thấp, thƣờng là n-hexan nhƣng phổ biến nhất hỗn hợp của n-hexan và lƣợng nhỏ diclometan; trong thí nghiệm này chúng tôi khảo sát 2 loại dung môi là hỗn hợp diclometan:n-hexan (5:95) và n-hexan để làm dung mơi rửa giải, với các thể tích rửa giải là 25ml, 50ml, 75ml, 100ml. Tiến hành thêm 100µl dung dịch chuẩn CS20 lên cột silicagel. Kết quả khảo sát đƣợc thể hiện trên biểu đồ hình 3.3 và 3.4:
Hình 3.3 Độ thu hồi của PDE-139l khi rửa giải bằng hỗn hợp DCM:n-hexan (5:95)
Đối với quá trình làm sạch dịch chiết mẫu bằng cột silicagel rửa giải bằng hỗn hợp DCM:n-hexan (5:95) chúng tơi nhận thấy khi tăng thể tích dung mơi rửa giải từ 25 ml đến 75 ml thì độ thu hồi của chất chuẩn đánh dấu đồng vị tăng đáng kể, ở thể tích 75ml độ thu hồi là 98,8%. Tiếp tục tăng thể tích dung mơi rửa giải đến 100 ml thì độ thu hồi gần nhƣ khơng có sự thay đổi rõ rệt.
Hình 3.4. Độ thu hồi của PBDEs khi rửa giải bằng dung dịch n-hexan
0 20 40 60 80 100 V=25 ml V=50 ml V=75 ml V=100 ml 52.3 75.6 98.8 99.1 %H 0 20 40 60 80 100 V=15 ml V=30 ml V=60 ml 50 94.9 95.1 %H
Đối với quá trình làm sạch dịch chiết mẫu bằng cột silicagel rửa giải bằng dung môi n-hexan chúng tôi nhận thấy khi tăng thể tích dung mơi rửa giải từ 15 ml đến 30 ml thì độ thu hồi của các chất chuẩn đánh dấu đồng vị tăng đáng kể, tiếp tục tăng thể tích dung mơi rửa giải đến 60 ml thì độ thu hồi gần nhƣ khơng có sự thay đổi rõ rệt.
Qua 2 lần khảo sát kết quả cho thấy sử dụng hỗn hợp DCM:n-hexan (5:95) làm dung mơi rửa giải có độ thu hồi cao hơn. Do vậy, chúng tôi chọn hỗn hợp dung mơi DCM:n-hexan với thể tích 75ml để rửa giải cho các thí nghiệm khảo sát tiếp theo và cho quy trình phân tích mẫu thật.
c . Xác nhận gía trị sử dụng của phương pháp phân tích PCBs trong mẫu trầm tích
Nghiên cứu tiến hành xác nhận giá trị sử dụng của phƣơng pháp phân tích PCBs bằng cách xác định giá trị độ thu hồi và độ không đảm bảo đo. Chuẩn bị các mẫu giả tiến hành thêm chuẩn, xử lý và phân tích. Tiến hành thêm chất chuẩn tại 3 nồng độ khác nhau là 5ppb; 10ppb; 20ppb, phân tích lặp lại 3 lần.Kết quả độ thu hồi trung bình và độ lệch chuẩnđƣợc thể hiện ở bảng 3.17:
Bảng 3.17Độ thu hồi và độ lệch chuẩn của phương pháp phân tích PCBs
%H TB SD %RSD PCB-28 82,7 7,59 9,18 PCB-52 83,37 7,88 9,45 PCB-100 82,0 6,6 8,04 PCB-114 85,8 7,98 9,30 PCB-153 81,5 7,22 8,86 PCB-138 86,1 7,51 8,73 PCB-180 86,6 7,24 8,36 TỔNG PCB7s 84,0 7,43 8,85
Độ thu hồi của các mẫu biến thiên trong khoảng 75,5 – 93,69% nằm trong khoảng chấp nhận về độ thu hồi của AOAC với cỡ nồng độ 10ppb thì độ thu hồi
Độ lệch chuẩn tƣơng đối của giá trị trung bình và các mẫu thử nghiệm nhỏ hơn 21% là chấp nhận đƣợc(theo AOAC)
Giá trị độ khơng đảm bảo đo ƣớc tính đều nhỏ hơn 21%.(AOAC)
Thông qua các thông số đánh giá trên xác nhận giá trị sử dụng của phƣơng pháp. Cho phép áp dụng phƣơng pháp vào phân tích hàm lƣợng PCBs trong mẫu trầm tích.
d . Xác nhận gía trị sử dụng của phương pháp phân tích PBDEs trong mẫu trầm tích
Hiệu suất thu hồi và độ chính xác của phƣơng pháp đƣợc khảo sát bằng cách phân tích lặp lại 3 lần 1 mẫu có thêm chuẩn LS10. Với thể tích bơm mẫu lên cột là 100µl,thêm 100µl chuẩn CS20.
Kết quả độ thu hồi và độ lệch chuẩn tƣơng đối của chất chuẩn đánh dấu đồng vị đƣợc thể hiện ở bảng 3.18
Bảng 3.18Độ thu hồi và độ lệch chuẩn của phương pháp phân tích PBDEs
Đồng phân %HTB SD %RSD BDE-28L 99,0 5,54 7,17 BDE-47L 87,0 3,88 12,5 BDE-100L 85,6 6,69 10,07 BDE-99L 82,9 8,98 5,15 BDE-154L 80,7 7,29 3,89 BDE-153L 85,3 5,51 7,17 BDE-138L 82,6 6,24 9,14 BDE-209L 83,5 7,43 9,84
Từ kết quả ta có thể thấy hiệu suất thu hồi các BDE của quy trình phân tích rất cao, nằm trong khoảng từ 80.7% đến 99.0%. Bên cạnh đó, %RSD đạt giá trị khá nhỏ từ 3.89% đến 12.5% điều này cho thấy khả năng lặp lại giữa các lần thí nghiệm rất cao. Những giá trị trên cho thấy quy trình phân tích PBDEs đã đƣợc khảo sát rất phù hợp để phân tích PBDEs.
c. Quy trình phân tích các hợp chất PCBs trong mẫu trầm tích
Quy trình phân tích các hợp chất PCBs trong mẫu trầm tích đƣợc thể hiện ở hình 3.6:
Hình 3.5. Sơ đồ quy trình phân tích PCB trong trầm tích d. Quy trình phân tích các hợp chất PBDE trong mẫu trầm tích d. Quy trình phân tích các hợp chất PBDE trong mẫu trầm tích
Qua q trình khảo sát quy trình phân tích PBDEs trong mẫu trầm tích đƣợc thể hiện trong sơ đồ hình 3.7:
Trầm tích (10g) 30 mL acetone Siêu âm (10 min) Gạn dịch chiết Ly tâm (15 min, 3000 rpm) 300 ml nƣớc cất 15 g NaCl 100ml n-hexan, 2 lần 2 lần Chiết lỏng – lỏng Cô đặc <5ml (thêm Cu)
SPE (8 gam florisil)
Rửa giải bằng 50ml n-hexan
n-hexane Cô về < 1ml
Định mức (đến 1 mL) GC/ECD
Hình 3.6. Sơ đồ quy trình phân tích PBDE trong trầm tích
Cân 10 gam mẫu trầm tích vào ống chiết Soxhlet
100 ml dịch chiết để rửa axit, bazơ
2ml dịch chiết,làm sạch với cột đa lớp
Bơm 1µl lên MS
←Thêm vào bình cầu 300ml hh axeton:n-hexan 1:1 ←Chiết Soxhlet trong 8h
←Tráng dụng cụ bằng khoảng 20 ml n-hexan, cô về 5 ml ←Chuyển dịch chiết vào phễu chiết 250 ml, tráng bình cầu = 10 ml n-hexan và thêm n-hexan đến 100ml
100 µl(+IS1000)
←Chuyển lên cột silicagel đa lớp
←Rửa giải bằng 75 ml DCM: Hexan (5:95) ←Cô quay, chuyển vào ống nghiệm đuôi chuột, định mức bằng xiclohexan
←Cơ nitơ về 200 µl
Rửa với 50 ml H2SO4 đặc, lắc 2 phút, rửa 3 lần Rửa với 50 ml NaCl 5%, lắc 2 phút, rửa 3 lần Rửa với 50 ml KOH 20%, lắc 2 phút, rửa 3 lần
3.2Kết quả phân tích và đánh giá hàm lƣợng PCBs và PBDEs trong mẫu trầm tích sơng Hàn, Đà Nẵng
3.2.1 Kết quả phân tích hàm lượng PCB trong mẫu trầm tích
a. Hàm lượng PCB trong mẫu trầm tích sơng Hàn
Sắc đồ phân tích mẫu trầm tích SH11 (tháng 4) đƣợc thể hiện trong hình 3.7. Kết quả phân tích các mẫu SH5, SH10, SH 11 đại diện chohai tháng đƣợc thể hiện trong bảng 3.13: Hình 3.7. Sắc đồ phân tích PCBsmẫu trầm tích SH11( tháng 4) 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 100,000 95,000 90,000 85,000 80,000 75,000 70,000 65,000 60,000 55,000 50,000 45,000 40,000 35,000 30,000 25,000 20,000 15,000 10,000 5,000 0 -5,000 -10,000 -15,000 PeC B PC B 28 PC B 52 PC B 101 PC B 114 PC B 138 PC B 153 PC B 180 RT [min] µV D1TTSH7.DATA SH11(T4)
Bảng3.19: Kết quả phân tích PCB trong trầm tích sơng Hàn STT Tên chất STT Tên chất Hàm lƣợng PCBs (ng/g) Tháng 4/2014 Hàm lƣợng PCBs (ng/g) Tháng 11/2014 SH5 SH10 SH11 SH5 SH10 SH11 1 PCB-28 4,67 20,6 4,91 - 9,65 4,51 2 PCB-52 - 4,62 3,81 1,17 2,14 4,26 3 PCB-101 25,6 34,5 27,6 44,5 15,4 23,6 4 PCB-114 1,05 - 14,5 15,1 9,69 6,10 5 PCB-138 29,9 19,2 44,3 14,5 25,1 6,10 6 PCB-153 24,6 3,20 17,3 47,9 17,4 43,7 7 PCB-180 10,1 13,3 44,7 8,91 21,7 14,7 8 PCB7s Tổng 95,9 95,4 157 132 101 103 ( - : không phát hiện)
Hình 3.8 : Biểu đồ hàm lượng các PCB trong trầm tích sơng Hàn tháng 4 và 11/2014
Hình 3.9 : Biểu đồ hàm lượng tổng PCB trong trầm tích sơng Hàn tháng 4 và 11/2014
Các đồng phân từ nhóm ba đến nhóm tám của PCB đƣợc phát hiện trong các mẫu phân tích. Hàm lƣợng các đồng phân giảm dần theo thứ tự PCB-101 >PCB-153 > PCB-138 > PCB-180 > PCB-114 > PCB-28 > PCB-52. Trật tự này có thể giải thích do các PCB có độ clo hóa thấp kém bền vững hơn và có giá trị lgKow thấp