Để khảo sát một số điều kiện chạy máy nhƣ tốc độ dịng khí mang, điều kiện lị cột với mục đích lựa chọn điều kiện tối ƣu cho việc tách các PCBs trên thiết bị sắc ký khí với detector cộng kết điện tử ECD, tiến hành bơm các dung dịch chuẩn hỗn hợp 50 ppb gồm 7 PCB (PCB28, PCB52, PCB101, PCB114, PCB138, PCB153, PCB180) vào hệ thống GC-ECD ở các điều kiện khảo sát, dựa trên việc nghiên cứu các tài liệu tham khảo trong và ngoài nƣớc, qua tham khảo một số tiêu chuẩn nƣớc ngoài một số điều kiện chạy GC-ECD nhƣ sau:
Cột tách sử dụng trong phân tích PCBs là cột mao quản CP-SIL 5 CB, chiều dài 25m, đƣờng kính trong 0,25mm, bề dày pha tĩnh 0,4m
Khí mang sử dụng trong phân tích PCB là khí heli có độ tinh khiết cao trên 99,99%; đƣợc duy trì ở chế độ đẳng dịng; tốc độ khí mang đi trong cột là 1,0 -1,5 ml/phút.
Nhiệt độ hóa hơi của PCBs là từ 325-3660C do vậy lựa chọn nhiệt độ cổng bơm mẫu từ 2500C - 2800C để đảm bảo hóa hơi tồn bộ cấu tử.
Nhiệt độ lò cột đƣợc cài đặt theo hƣớng dẫn của nhà sản xuất và một số tài liệu tham khảo, thực hiện 3 chƣơng trình nhiệt độ đƣợc cài đặt cho sự tăng nhiệt độ của lò cột để khảo sát: (1) Nhiệt độ đầu: 600C/5 phút; nhiệt độ cuối : 2800C, giữ 6 phút, tốc độ 50C/1 phút. (2) Nhiệt độ đầu: 600C/5 phút; nhiệt độ cuối : 2900C, giữ 5 phút, tốc độ 100C/1 phút. (3) Nhiệt độ đầu: 1000C tăng lên 1600C, 150C/1 phút; nhiệt độ cuối : 2900C, tốc độ 50C/1 phút.
Từ các điều kiện phân tích khảo sát đƣợc, tiến hành đánh giá độ ổn định và xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lƣợng của thiết bị GC/ECD – Varian 450 của phịng thí nghiệm Khoa Mơi trƣờng – Trƣờng Đại học Tài nguyên và Môi trƣờng Hà Nội:
Đánh giá độ ổn định của tín hiệu phân tích
Để đánh giá sự ổn định của tín hiệu phân tích (diện tích pic) chúng tơi tiến hành bơm lặp lại 3 lần các dung dịch chuẩn của PCBs ở nồng độ 10ppb và 100 ppb, đại diện cho mức nồng độ thấp và mức nồng độ cao của đƣờng chuẩn. Diện tích pic xuất hiện của các chất để tính độ lệch chuẩn tƣơng đối của phép phân tích các chất trên thiết bị.
Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của thiết bị
Đối với phƣơng pháp phân tích sắc kí nói chung, việc xác định giới hạn phát hiện (IDL) và giới hạn định lƣợng (IQL) bằng cách sử dụng mẫu trắng hay dựa trên phƣơng trình hồi qui của đƣờng chuẩn là không phù hợp do công thức tính tốn phức tạp và tốn nhiều thời gian. Do đó chúng tơi xác định IDL, IQL của thiết bị đối với các chỉ tiêu phân tích trên thiết bị sắc ký khí dựa trên cơng thức:
IDL = Nồng độ tại đó có tỉ lệ tín hiệu/nhiễu bằng 3 IQL = Nồng độ tại đó có tỉ lệ tín hiệu/nhiễu bằng 10
Chúng tơi tính tốn giá trị IDL, IQL dựa trên điểm chuẩn có nồng độ thấp nhất là 10 ppb.
b) Điều kiện định lượng PBDEs trên hệ thống GC-MS
Các hợp chất PBDEs đƣợc phân tích bằng hệ thống GC-MS. Trong đó, hệ thống sắc ký khí có vai trị tách ra PBDEs. PBDEs sau khi đƣợc tách từ hệ thống
sắc ký khí có thể đƣợc xác định bằng các detector ECD hay MS. Detector ECD nhìn chung có độ nhạy cao đối với các hợp chất halogen hữu cơ, tuy nhiên đây cũng là hạn chế khi sử dụng detector này để xác định PBDEs vì ảnh hƣởng rõ rệt của các nhóm halogen hữu cơ khác, nhƣ PCBs là những chất thƣờng có hàm lƣợng lớn hơn trong mẫu môi trƣờng. Các phƣơng pháp tiêu chuẩn của US EPA hay Ủy ban kĩ thuật điện quốc tế (IEC) cũng nhƣ các nghiên cứu về PBDEs đã công bố hầu hết đều sử dụng detector MS để định tính và định lƣợng PBDEs bằng phƣơng pháp nội chuẩn. Các ƣu điểm của detector MS và phƣơng pháp nội chuẩn là: độ nhạy cao, độ chọn lọc cao (chế độ quan sát SIM), độ chính xác cao (do sử dụng chất đồng hành là hợp chất đánh dấu đồng vị 13C12) có thể định tính và định lƣợng PBDEs một cách chính xác ngay cả khi q trình sắc kí khơng tách đƣợc các chất ra khỏi nhau hoàn toàn.
Dịch chiết sau khi đƣợc xử lý và cơ về thể tích rất nhỏ (100µl), sẽ đƣợc đƣa vào hệ thống GC tiến hành tách chất dựa vào thời gian lƣu của các PBDEs. Sau khi qua cột tách sắc ký, các chất đƣợc ion hóa, đi qua khối tứ cực và bị bắn phá thành các mảnh ion đặc trƣng, sau đó các mảnh ion này đƣợc thu lại thành tín hiệu peak. Từ tín hiệu thu đƣợc nhận biết và định lƣợng các PBDEs có trong mẫu phân tích. Sơ đồ khối hệ tách sắc ký GC-MS đƣợc thể hiện ở hình 2.3:
Dựa vào các phƣơng pháp tiêu chuẩn của US EPA 1614 hay Ủy ban kĩ thuật điện quốc tế (IEC) cũng nhƣ các nghiên cứu về PBDEs đã công bố, điều kiện chạy GC-MS đƣợc lựa chọn và kế thừa nhƣ sau:
Cột tách sử dụng trong phân tích PBDEs là cột mao quản CP-SIL 5 CB, chiều dài 15m, đƣờng kính trong 0,25mm, bề dày pha tĩnh 0,25m.
Khí mang sử dụng trong phân tích PBDEs là khí heli có độ tinh khiết cao trên 99,99%; thƣờng đƣợc duy trì ở chế độ đẳng dịng; tốc độ khí mang đi trong cột là 1,1 ml/phút. Dịng tổng là 30,0ml/ phút.
Nhiệt sơi của PBDEs là từ 300-3300C do vậy lựa chọn nhiệt độ cổng bơm mẫu từ 2700C để đảm bảo hóa hơi toàn bộ cấu tử.
Nhiệt độ lị cột đƣợc cài đặt theo chƣơng trình nhiệt độ: Nhiệt độ đầu: 700C/5 phút( giữ 5 phút; tăng đến 3200C, giữ 5 phút, tốc độ tăng 50C/1 phút. Thời gian phân tích 44 phút.
Điều kiện chạy khối MS : nhiệt độ nguồn ion 2900C. Nhiệt độ interface 3000C, thế ion hóa 70 eV, dịng ion 60µA.
Dựa vào các điều kiện chạy máy tham khảo đƣợc từ các tiêu chuẩn nƣớc ngoài và một số cơng trình đã nghiên cứu trên thế giới, áp dụng những điều kiện đó tiến hành chạy hệ thống GC-MS, đánh giá độ ổn định của tín hiệu phân tích có phù hợp với những điều kiện đã đƣa ra, đồng thời xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lƣợng của thiết bị:
Đánh giá độ ổn định của tín hiệu phân tích
Để đánh giá sự ổn định của tín hiệu phân tích (diện tích pic) chúng tơi tiến hành phân tích lặp 3 lần các dung dịch chuẩn NSC10 và NSC500, đại diện cho mức nồng độ thấp và mức nồng độ cao của đƣờng chuẩn. Diện tích pic trên sắc đồ tổng ion đƣợc lấy ra để tính tốn độ lệch chuẩn tƣơng đối.
Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của thiết bị
Để xác định IDL, IQL của thiết bị đối với các chỉ tiêu PBDEs, nhóm nghiên cứu đã tiến hành bơm mẫu chuẩn NSC10 trên thiết bị phân tích GC/MS và tỉ lệ tín
hiệu/nhiễu có thể xác định một cách dễ dàng trên phần mềm xử lí số liệu của hệ thống GC/MS. Giá trị IDL và IQL đƣợc tính nhƣ sau:
IDL = Nồng độ tại đó có tỉ lệ tín hiệu/nhiễu bằng 3 IQL = Nồng độ tại đó có tỉ lệ tín hiệu/nhiễu bằng 10.
2.2.4. Khảo sát quy trình xử lý mẫu
a. Khảo sát quy trình phân tích PCBs trong mẫu trầm tích
Sau khi tham khảo phƣơng pháp tiêu chuẩn US EPA method 8082 và một số nghiên cứu đã đƣợc công bố. Các điều khiện khảo sát trong quy trình phân tích PCBs đƣợc trình bày nhƣ sau:
Khảo sát sự ảnh hưởng của dung môi chiết lỏng –lỏng
Trong quá trình chiết lỏng –lỏng, dung mơi chiết ảnh hƣởng rất lớn đến hiệu quả chiết. PCBs là những hợp chất ít phân cực có chứa dẫn xuất halogen, theo nhiều nghiên cứu cho thấy, dung môi phù hợp để chiết PCBs, ra khỏi đối tƣợng mẫu nƣớc là Diclometan (DCM) hoặc n- hexan. Do vậy, chúng tôi đã tiến hành khảo sát quá trình chiết với tỷ lệ dung mơi n – hexan và diclometan khác nhau để xem xét hiệu quả chiết, nhằm lựa chọn hệ dung môi chiết phù hợp với điều kiện phịng thí nghiệm. Với mỗi mẫu giảthêm 100µl dung dịch chuẩn PCBs ở nồng độ 20ppb. Tiến hành thêm 100ml dung mơi có tỷ lệ khác nhau của n- hexan và DCM. Tính hiệu suất thu hồi và sai số tƣơng đối của quá trình chiết.
Khảo sát sự ảnh hưởng của lượng chất nhồi cột
Chất nhồi cột ảnh hƣởng đến hiệu quả làm sạch và làm giàu khi phân tích hàm lƣợng vết và siêu vết các hợp chất hữu cơ. PCBs là những chất hữu cơ ít phân cực, florisil đƣợc lựa chọn làm chất nhồi cột chiết pha rắn. Tiến hành khảo sát lƣợng florisil nhồi cột phù hợp để có thể làm sạch mẫu tốt nhất.Lƣợng florisilkhảo sát trong thí nghiệm là 4g, 8g và 15 g. Các điều kiện xử lý mẫu và phân tích khác đƣợc giữ nguyên.
Khảo sát sự ảnh hưởng của các loại dung môi rửa giải
Nguyên tắc lựa chọn dung môi dung môi rửa giải cho mẫu dựa trên độ phân cực và khả năng hòa tan của PCBs trong các dung môi. Để tiến hành rửa các chất
cần phân tích ra khỏi cột florisil, các loại dung môi đƣợc chọn khảo sát là những dung môi khơng phân cực có thể hịa tan đƣợc các chất phân tích, độ độc khơng cao và có tính kinh tế bao gồm : n – hexan; n-hexan:diclometan và n-hexan:dietylete.Để khảo sát ảnh hƣởng của hệ dung môi rửa giải đến độ thu hồi của quá trình làm sạch,thêm chuẩn 100µl dung dịch chuẩn PCBs có nồng độ 20ppb. Tiến hành rửa giải với 50ml dung môi khảo sát. Các dung môi đƣợc lựa chọn để khảo sát nhƣ trong bảng 2.4:
Bảng 2.4 Hệ dung môi rửa giải PCBs
STT Dung môi 1 Dung môi 2 Tỷ lệ thể tích (v/v)
1 Hexan - 1:0
2 Hexan Diclometan 2:1
3 Hexan Diclometan 4:1
4 Hexan Dietylete 4:1
Khảo sát sự ảnh hưởng của thể tích dung mơi rửa giải
Lƣợng dung môi rửa giảisẽ ảnh hƣởng đến hiệu suất rửa giải, lƣợng dung môi chiết phù hợp sẽ cho hiệu quả rửa giải cao nhất và không tiêu tốn nhiều dung mơi.Do đó, phải khảo sát lƣợng dung mơi thích hợp tiến hành rửa giải. Tiến hành rửa giải với lƣợng dung môi 25ml, 30ml, 50ml, 75ml dung môi đã đƣợc khảo sát tối ƣu, thêm 100µl chuẩn PCBs nồng độ 20ppb. Tiến hành rửa giải với các thể tích dung mơi đã lựa chọn.Tính tốn hiệu suất trung bình và độ lệch chuẩn tƣơng đối. Từ đó, lựa chọn thể tích dung mơi tối ƣu.
b. Khảo sát quy trình phân tích PBDEs trong mẫu trầm tích
Khảo sát dung mơi chiết soxhlet
Sau khi tham khảo phƣơng pháp tiêu chuẩn US EPA method 1614 và một số nghiên cứu đã đƣợc công bố. Dung mơi đƣợc lựa chọn cho q trình chiết soxhet để khảo sát là hệ dung môi Toluen và hỗn hợp dung môi axetone: n-hexan, tiến hành thêm 100µl chuẩn LS10. Lƣợng dung mơi tiến hành chiết là 300 ml, chiết trong khoảng thời gian 8giờ. Xác định hiệu xuất thu hồi và độ lệch chuẩn tƣơng
đối của 2 phƣơng pháp, dựa theo chuẩn AOAC tìm và lựa chọn phƣơng pháp tối ƣu để áp dụng cho quy trình phân tích mẫu thật.
Khảo sát quá trình làm sạch rửa mẫu bằng axit, kiềm và muối
Thêm vàophễu chiết 250ml, mỗi phễu chiết 100ml n-hexan, 100µl dung dịch chuẩn CS20 lắc đều. Dịch chiết thu đƣợc tiến hành rửa mẫu bằng cách thêm 50ml axit H2SO4 đặc, lắc cẩn thận trong 2 phút, để yên 10 phút cho chất lỏng phân lớp rõ ràng. Tháo bỏ lớp axit phía dƣới, lặp lại thao tác trên thêm 2 lần nữa. Sau 3 lần rửa mẫu bằng axit, thêm 100ml nƣớc cất vào phễu chiết, lắcmạnh trong 2 phút, để yên 10 phút cho chất lỏng phân lớp rõ ràng. Tháo bỏ lớp nƣớc phía dƣới, cho lớp n- hexan chảy qua một phễu thủy tinh có lớp Na2SO4 khan vào bình cầu 250ml, tráng phễu chiết 3 lần mỗi lần bằng 2ml n-hexan.
Thêm vào 2 phễu chiết 250ml, mỗi phễu chiết 100ml n-hexan, 100µl dung dịch chuẩn CS20 lắc đều. Thêm 50ml KOH 10%, lắc cẩn thận trong 2 phút, để yên 10 phút cho chất lỏng phân lớp rõ ràng. Tháo bỏ lớp kiềm phía dƣới, lặp lại thao tác trên thêm 2 lần nữa. Sau 3 lần rửa mẫu bằng axit, thêm 100ml nƣớc cất vào phễu chiết, lắc mạnh trong 2 phút, để yên 10 phút cho chất lỏng phân lớp rõ ràng. Tháo bỏ lớp nƣớc phía dƣới, cho lớp n-hexan chảy qua một phễu thủy tinh có lớp Na2SO4 khan vào bình cầu 250ml, tráng phễu chiết 3 lần mỗi lần bằng 2ml n-hexan.
Thêm vào 2 phễu chiết 250ml, mỗi phễu chiết 100ml n-hexan, 100µl dung dịch chuẩn CS20 lắc đều. Thêm 50ml NaCl 5%, lắc cẩn thận trong 2 phút, để yên 10 phút cho chất lỏng phân lớp rõ ràng. Tháo bỏ lớp dung dịch muối phía dƣới, lặp lại thao tác trên thêm 2 lần nữa. Sau 3 lần rửa mẫu bằng axit, thêm 100ml nƣớc cất vào phễu chiết, lắc mạnh trong 2 phút, để yên 10 phút cho chất lỏng phân lớp rõ ràng. Tháo bỏ lớp nƣớc phía dƣới, cho lớp n-hexan chảy qua một phễu thủy tinh có lớp Na2SO4 khan vào bình cầu 250ml, tráng phễu chiết 3 lần mỗi lần bằng 2ml n- hexan.
Các dung dịch sau đó đƣợc quay cô chân không về thể tích khoảng 2ml, chuyển vào ống nghiệm chia vạch, tráng bình cầu 3 lần , mỗi lần bằng 1 ml n-
hexan. Cơ dƣới dịng khí nito đến gần khơ, thêm 10ml dung dịch IS1000 rồi thêm isooctane đến 100µl. Tiêm 1µl mẫu vào hệ thống GC-MS.
Khảo sát dung môi rửa giải trên cột silicagel đa lớp
Khảo sát 2 loại dung môi là hỗn hợp diclometan:n-hexan (5:95) và n-hexan để làm dung môi rửa giải cho quá trình làm sạch trên cột silicagel đa lớp.
Chuẩn bị cột: cột silicagel đƣợc sử dụng có đƣờng kính 15mm. cho lần lƣợt vào cột 1 ít bơng thủy tinh + 1g silicagel hoạt hóa + 4g silicagel bazo + 1g silicagel hoạt hóa + 8g silicagel axit + 2g silicagel hoạt hóa + 1 lớp muối phía trên cùng. Gõ nhẹ để nhồi chặt cột.
Hoạt hóa cột: sử dụng 50-100 ml n-hexan tƣới đều lên cột. khóa van khi n- hexan còn khoảng 1mm trên lớp muối. Kiểm tra sự tách lớp của cột, nếu có sự tách lớp thì cần loại bỏ và làm lại cột.
Khảo sát 2 loại dung môi là hỗn hợp diclometan:n-hexan (5:95) và n-hexan. Tiến hành rửa giải với các loại dung mơi khác nhau và các thể tích khác nhau(25, 50, 75, 100 ml). Lựa chọn loại và lƣợng dung mơi tối ƣu để đƣa vào các thí nghiệm khảo sát và quy trình phân tích mẫu thật.
Chuẩn bị các cột silicagel đa lớp, thêm vào mỗi cột100µldung dịch chuẩn CS20, cho dung dịch chảy sát từ từ đến sát bề mặt chất rắn, hứng dung dịch chảy ra vào bình cầu 250ml. tiến hành rửa giải bằng các loại dung mơi và các thể tích dung mơi khác nhau. Các dung dịch sau đó đƣợc quay cơ chân khơng đến khoảng 2ml, chuyển vào ống nghiệm chia vạch, tráng bình cầu 3 lần, mỗi lần bằng 1ml n-hexan. Cơ gần khơ dƣới dịng khí nito, thêm 10µl dung dịch IS1000 rồi thêm isooctane đến 100µl. tiêm 1µl mẫu vào hệ thống GC-MS.
2.2.5 Xây dựng và đánh giá quy trình phân tích PCBs và PBDEs trong mẫu trầm tích.
a. Xây dựng và đánh giá quy trình phân tích hàm lượng PCBs
Với các kết quả khảo sát ở mục 2.2.4, điều kiện chạy thiết bị GC-ECD, theo các tài liệu tiêu chuẩn phân tích PCBs trong, ngồi nƣớc và các nghiên cứu đã đƣợc công bố. Đề xuất và 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. Tiến hành thêm chất chuẩn tại 3 nồng độ khác nhau là 5ppb; 10ppb; 20ppb, phân tích lặp lại 3 lần.
Độ thu hối trung bình các PCB phải đạt từ 70 – 120. Độ lệch chuẩn tƣơng đối