TT Kí hiệu Thành phần/ Thể tích cần lấy (µl) Mục đích sử dụng NS1000 LS IS5000 Isooctan 1 NS100 100 - - 900 Chuẩn bị dung dịch để dựng đƣờng chuẩn 2 LS1000 - - - - 3 IS1000 200 800 Chuẩn bị dung dịch để dựng đƣờng chuẩn và thêm chuẩn vào mẫu
4 NS10 Lấy 50 µl dung dịch NS1000, định mức
bằng isooctan trong bình định mức 5 ml
Thí nghiệm đánh giá độ thu hồi
5 CS20
Lấy 200 µl dung dịch CS1000, định mức bằng isooctan trong bình định mức 10 ml (nồng độ BDE 139 là 20ppb)
Kiểm tra độ thu hồi của quá trình làm sạch 6 LS10 Lấy 100 µl dung dịch LS1000, định mức bằng isooctan trong bình định mức 10 ml
Thêm chuẩn vào mẫu
Trong các dung dịch chuẩn để dựng đƣờng chuẩn: Hàm lƣợng các chất chuẩn thƣờng (NS) tuyến tính tăng dần, trong khi đó chất chuẩn đồng vị (LS) và nội chuẩn (IS) có nồng độ giữ nguyên trong các điểm chuẩn.
2.2.3. Điều kiện định lượng các PCBs và PBDEs
a) Điều kiện định lượng PCBs trên hệ thống GC-ECD
PCBs trong mẫu thƣờng đƣợc phân tích bằng thiết bị sắc ký khí với Detector ECD hoặc MS. Detector MS cho độ chính xác và chọn lọc cao hơn ECD, tuy nhiên sự kết hợp giữa ECD và GC đơn giản, chi phí thấp và độ chọn lọc với các hợp chât halogen rất tốt, vì vậy detector ECD đƣợc lựa chọn và khuyến khích sử dụng trong phân tích PCBs.
Dịch chiết sau khi đƣợc xử lý và cơ về những thể tích rất nhỏ khoảng 0,5-2ml, sẽ đƣợc đƣa vào hệ thống GC tiến hành tách chất dựa vào thời gian lƣu của các PCBs. Để phép tách có hiệu quả cần khảo sát lựa chọn điều kiện phân tích nhƣ: cột tách, loại khí mang, tốc độ dịng phù hợp. Sau khi qua cột tách sắc ký, tín hiệu đƣợc thu vào detector ECD để nhận biết thời gian lƣu và peak của các PCB khác nhau. Từ tín hiệu thu đƣợc để nhận biết và định lƣợng các PCB có trong mẫu phân tích. Sơ đồ khối hệ tách sắc ký GC-ECD đƣợc thể hiện ở hình 2.2:
Hình 2.2. Sơ đồ khối thiết bị GC
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 Môi 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 cơng 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. Dòng tổng là 30,0ml/ phút.
Nhiệt sôi của PBDEs là từ 300-3300C do vậy lựa chọn nhiệt độ cổng bơm mẫu từ 2700C để đảm bảo hóa hơi tồn 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 ngồi 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 môi n – hexan và diclometan khác nhau để xem xét hiệu quả chiết, nhằm lựa chọn hệ dung mơi 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 hịa tan của PCBs trong các dung mơi. Để tiến hành rửa các chất
cần phân tích ra khỏi cột florisil, các loại dung môi đƣợc chọn khảo sát là những dung mơi 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: