2.3.2.2. Thiết kế thực nghiệm ngoài thực địa
Nghiên cứu được thực hiện trên phần đất của một nhà kho cũ tại tỉnh Bắc Giang. Sau khi tiến hành khảo sát khả năng chống chịu và xử lý thuốc BVTV của cỏ Vetiver trên đất ô nhiễm cũng như mức độ ô nhiễm tại một số tỉnh thành. Nghiên cứu hiệu quả xử lý của q trình Phyto – Fenton trên đất ơ nhiễm thực tế được thực hiện trên phần đất còn lại của một kho thuốc bảo vệ thực vật cũ tại thị trấn Neo, huyện Yên Dũng, tỉnh Bắc Giang (Tọa độ: 21 ° 12’46.00’’N; 106 °
15’01.99’’E). Ngôi nhà được xây dựng và sử dụng từ năm 1978 đến năm 1980, là nơi lưu trữ tạm thời chủ yếu hóa chất BVTV như DDT, 666, wafatox, bassa,… và ngơi nhà đã bị bỏ hoang hồn tồn trước nghiên cứu này. Trong thời kì sử dụng, thời gian lưu trữ hóa chất gần như quanh năm với lượng cao nhất là từ 8 – 10 tấn hóa chất trong kho. Một số rị rỉ hóa chất đã được báo cáo. Nhà kho được xây dựng trên một vùng đất tương đối thấp so với đường và các hộ giai đình xung quanh, do đó sàn của nhà kho thường bị ngập lụt trong các mùa mưa. Khi thử nghiệm được tiến hành, khơng khí vẫn cịn mùi hóa chất.
Để thiết lập thí nghiệm, phần còn lại của nhà kho trước tiên được loại bỏ và sau đó, lớp đất có độ sâu 60 cm ngay dưới sàn được đào bằng máy xúc và đổ lên một tấm nhựa trong khu vực đã chuẩn bị. Các tấm polypropylen được sử dụng để đổ đất lên có kích thước 60 x 60 cm2 đối với các điều kiện thí nghiệm khác nhau.
Ba vùng thử nghiệm được lựa chọn là: a (chỉ chứa đất ban đầu), b (chứa đất được bổ sung nano Fe3O4 ở nồng độ 25 mg/kg đất) và c (chứa đất được bổ sung
nano Fe3O4 ở nồng độ 100 mg/kg đất). Sau khi cố định vị trí của tấm nhựa, đất đào lên được trộn lẫn với nano Fe3O4 đến các nồng độ nhất định (25 và 100 mg nano
Fe3O4 /kg đất) trong máy trộn, sau đó đổ vào khn tương ứng. Sau khi chuẩn bị xong lớp đất, cỏ vetiver đã được lựa chọn và trồng trên mỗi khu vực thử nghiệm sao chỗ mỗi hộp chứa 9 cây với khoảng cách bằng nhau. Nghiên cứu được thực hiện trong vòng 6 tháng.
Tương tự, một khu vực khác được chuẩn bị và chia thành 3 hộp A, B, C với nồng độ khác nhau của nano Fe3O4 nhưng không trồng cỏ Vetiver trên các hộp.
Khu vực thí nghiệm được mơ tả như trong Hình 8.
Hình 8: Bố trí thí nghiệm ngồi hiện trường
2.3.3. Phương pháp thu mẫu và bảo quản mẫu
Phương pháp lấy mẫu đất
Mẫu đất được lấy theo TCVN 7538-2:2005 – Chất lượng đất – Lấy mẫu – Phần 2: Hướng dẫn kỹ thuật lấy mẫu.
Các mẫu đất được lấy khoảng 200g mỗi mất đất, lấy định kỳ hàng tháng tại khu vực rễ của cỏ Vetiver tại mỗi khu vực thử nghiệm. Chi tiết lấy mẫu đất được mô tả trong bảng 4.
Bảng 4: Chi tiết kế hoạch lấy mẫu đất tại các khu vực A, B, C, a, b, c
Thời gian
bê tông của nhà kho
1 Khu vực thử nghiệmA, B, C, a, b, c 100 mg Fe/kg đấtNồng độ 0, 25 và
Đất ở độ sâu 20 – 30 cm và tại vùng rễ của cỏ Vetiver 2 Khu vực thử nghiệmA, B, C, a, b, c 100 mg Fe/kg đấtNồng độ 0, 25 và
Đất ở độ sâu 20 – 30 cm và tại vùng rễ của cỏ Vetiver 4 Khu vực thử nghiệmA, B, C, a, b , c 100 mg Fe/kg đấtNồng độ 0, 25 và
Đất ở độ sâu 20 – 30 cm và tại vùng rễ của cỏ Vetiver 6 Khu vực thử nghiệmA, B, C, a, b , c 100 mg Fe/kg đấtNồng độ 0, 25 và
Đất ở độ sâu 20 – 30 cm và tại vùng rễ của cỏ Vetiver Sau khi lấy mẫu đất, các mẫu được vận chuyển trực tiếp đến phịng thí nghiệm, phơi khơ tự nhiên ở nhiệt độ phòng trong 2 ngày liên tiếp tránh ánh sáng mặt trời để tránh sự phân hủy của các hợp chất hữu cơ.
Phương pháp lấy mẫu thân rễ của cỏ và xác định khả năng sinh trưởng của cây * Lấy mẫu chồi:
- Nhổ cả cây lấy cả thân, lá của cỏ Vetiver ở từng lô trồng cỏ tại các vị trí đã thiết kế sẵn, giống với vị trí lấy mẫu đất.
- Sau khi cắt, chồi được sàng lọc để loại bỏ những lá không đạt tiêu chuẩn, chồi được cắt thành từng đoạn dài 5 – 7 cm, sau đó rửa sạch bằng nước, tráng bằng nước cất, acetone, để ráo nước trước khi cho vào túi zip.
- Mẫu được bảo quản lạnh trong phịng thí nghiệm để phân tích. - Đo chiều cao cây: đo từ cổ rễ đến chóp lá cao nhất.
* Lấy mẫu rễ:
- Dùng bay, kéo để đào và lấy mẫu rễ ở vị trí lấy mẫu đã được thiết kế và định sẵn, đào lây toàn bộ rễ trong phạm vi đường kính tán.
- Rễ sau đó được rửa sạch bằng nước máy, tráng rửa bằng nước cất, aceton, sau đó để ráo nước rồi cho vào túi zip.
2.3.4. Các phương pháp phân tích
2.3.4.1. Phương pháp sắc kí khí detector cộng kết điện tử (GC/ECD)
Phương pháp sắc kí khí
Trong thiết bị sắc kí khí (GC), mẫu được tách do sự phân bố chất giữa pha tĩnh (chất hấp phụ) và pha động (chất bị hấp phụ trong pha khí) nhờ cơ chế hấp phụ và phân bố giữa hai pha. Sơ đồ của một thiết bị GC được mơ tả trên hình 9.
Hình 9: Sơ đồ thiết bị sắc kí khí
Phương pháp sắc kí khí detector cộng kết điện tử (GC/ECD)
Detector cộng kết điện tử (ECD) hoạt động dựa trên đặc tính các chất có khả năng cộng kết điện tử trong pha khí. ECD sử dụng tia β phát ra từ nguồn 63Ni để ion hóa các khí mang. Khi các chất hữu cơ chứa halogen, photpho và nhóm nito đi qua detector, detector sẽ biến đổi số đo của dòng điện giữa các điện cực tạo ra tín hiệu đặc trưng cho chất, khả năng cộng kết điện tử lớn hay nhỏ phụ thuộc vào hợp chất có trong detector.
Để xác định DDT và các chất chuyển hóa của DDT trong mơi trường đất thường sử dụng detector cộng kết điện tử. Hệ thống phân tích GC/ECD cho phép định tính và định lượng các chất này ở mức độ cỡ ppb. Phép đo nồng độ DDT trong
luận văn được thực hiện trên hệ GC/ECD 450-GC, Bruker, tại Phịng Phân tích và kiểm tra chất lượng sản phẩm, Trung tâm Khoa học Cơng nghệ và mơi trường.
Hình 10: Thiết bị GC/ECD (450 - GC, Bruker)
2.3.4.2. Phương pháp quang phổ phát xạ Plasma cảm ứng (ICP – OES)
Phương pháp phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử dựa trên nguyên tắc đo cường độ phát xạ của nguyên tố có trong mẫu nghiên cứu khi bị kích thích bằng nguồn năng lượng cao. Khối plasma sẽ kích thích các nguyên tử và ion đi qua. Khi một nguyên tử hoặc ion bị kích thích, các electron của nguyên tử hoặc ion đó nhảy từ mức năng lượng thấp hơn lên cao hơn. Sau đó các electron này trở về trạng thái ban đầu của chúng, tại thời điểm này năng lượng được phát ra dưới dạng các photon. Các photon phát ra sở hữu các bước sóng đặc trưng cho các phần tử tương ứng của chúng. Một ngun tố có thể có nhiều mức kích thích điện tử, do đó có thể có nhiều bước sóng đặc trưng.
Cường độ vạch phổ phụ thuộc vào hàm lượng của các nguyên tố chứa trong mẫu và được ghi lại bằng detector. Hệ thống ICP – OES tận dụng phổ phát xạ riêng của từng nguyên tố để xác định và định lượng chúng. Phép đo nồng độ Fe được thực hiện trên hệ ICP – OES Prodigy XP, Teledyne Leeman Labs, tại Phịng Phân tích và kiểm tra chất lượng sản phẩm, Trung tâm Khoa học Cơng nghệ và mơi trường.
Hình 11: Thiết bị ICP - OES
2.3.5. Phương pháp xử lý mẫu trong phịng thí nghiệm
2.3.5.1. Quy trình phân tích dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật
Phương pháp phân tích mẫu đất
Sau khi được làm khô, các mẫu đất được chiết lỏng – lỏng. Q trình chuẩn bị mẫu phân tích DDT dựa theo các phương pháp US EPA (EPA 608, EPA 8082, EPA 8081B, EPA 1614).
Theo quy trình xử lý mẫu hình 12. Mẫu được lắc và chiết siêu âm, ly tâm với 15 ml axeton, tiến hành chiết 3 lần. Sau đó, dịch chiết được chuyển vào phễu 500 ml, tiến hành chiết lỏng – lỏng 2 lần, mỗi lần chiết với 60 ml H2O và 20 ml n – hexan, mẫu được loại sạch bằng phoi đồng đã được xử lý sạch, tiến hành cô quay mẫu về khoảng 5 ml. 5 ml dịch chiết lại được tiếp tục làm sạch với H2SO4 đậm đặc
và nước cất, sau đó cơ quay về 1 ml. Dịch chiết được làm sạch trên cột nhồi florisil đã hoạt hóa. Q trình rửa giải bằng 50 ml n- hexan chứa 2% axeton. Dịch chiết sẽ được cô đặc về 1 ml và chuyển vào lọ vial đựng mẫu, tiến hành phân tích DDT trên thiết bị GC/ECD theo các điều kiện đã thiết lập (Bảng 5).
Hình 12: Quy trình phân tích dư lượng DDT trong đất
Nồng độ dư lượng DDT trong mẫu đất (theo khối lượng khơ) được tính như sau:
C=C
'
m×V (µg/kg) trong đó:
C: nồng độ dư lượng DDT trong mẫu đất (khối lượng khơ) (µg/kg). C’: nồng độ của dư lượng DDT tính theo đường chuẩn (µg/l). m: khối lượng mẫu đất (g).
V: thể tích dịch chiết cuối cùng sau khi xử lý mẫu.
Để xác định tỷ lệ thu hồi, nội chuẩn PCB – 209 nồng độ 50 ng/g được thêm vào các mẫu đất. Các hỗn hợp sau đó được chiết như mục 2.3.5.1. Nồng độ cuối cùng của nội chuẩn được xác định và độ thu hồi được tính như sau:
R( )=Ctt C ×100
Trong đó: R(%): độ thu hồi, %
Ctt: Nồng độ PCB – 209 trong mẫu thêm chuẩn C: Nồng độ PCB – 209 thêm (lý thuyết)
Phương pháp phân tích mẫu chồi và rễ của cỏ Vetiver
Mẫu sau khi lấy được bảo quản từ 10 ℃ – 15 ℃ , mẫu được cắt, đồng nhất bằng thiết bị đồng nhất mẫu. Q trình phân tích mẫu được thực hiện theo phương pháp QuEChERs [10].
-Cân chính xác khoảng 10 g mẫu vào ống ly tâm 50 ml có nắp kín.
-Thêm 10 ml dung dịch acetonitril có axit acetic 1%, lắc trộn đều bằng tay vài lần.
-Thêm từ từ hỗn hợp muối chiết gồm 4 g Mg SO4 , 1g NaoAC, đo pH mẫu đạt 5 – 5,5, lắc trộn đều bằng tay 1 phút và ly tâm ở tốc độ 6000 rpm trong 5 phút để pha hữu cơ được phân tách.
-Hút 1 ml lớp trên, chuyển vào ống ly tâm 2 ml đã được chuẩn bị hỗn hợp chất phân bố gồm 50 mg PSA và 150 mg Mg SO4 , lắc 1 phút bằng máy Vortex. Hút lớp dịch pha hữu cơ phía trên cho vào vial. Phân tích trên GC – ECD.
Nồng độ dư lượng DDT trong mẫu được tính theo cơng thức:
Xi=CI×V ×k m
V thể tích dịch chiết (ml) K hệ số pha lỗng (nếu có) m khối lượng mẫu phân tích (g)
Điều kiện phân tích GC/ECD
Máy sắc ký khí với detector cộng kết điện tử (GC – ECD) được sử dụng để tách các chất nghiên cứu bằng cột mao quản VF – 5 Pesticides (30m x 0.25 mm x 0.25 µm). Các điều kiện chạy máy được thể hiện trong bảng 5.
Bảng 5: Điều kiện chạy máy GC/ECDGC – ECD GC – ECD
Nhiệt độ Injector 200 ℃
Chế độ bơm mẫu Khơng chia dịng
Thể tích bơm mẫu 2 µl Khí mang Helium (99.9995%) Tốc độ dịng khí 1.1 ml/phut Khí make-up Nitrogen (99.9995%) Tốc độ dịng khí make-up 25 ml/phút Nhiệt độ lị cột Tốc độ gia nhiệt ( ℃ /phút)
Nhiệt độ Thời gian giữ (phút) 80 0,5 50,0 200 2,0 5,0 240 2,0 20,0 270 3,0 20,0 300 4,0 Nhiệt độ Detector 280 ℃
Tổng thời gian phân tích 24,9 phút
2.3.5.2. Quy trình phân tích sắt tổng
Phương pháp phân tích sắt trong mẫu đất
Sau khi được làm khô, các mẫu đất được xử lý theo phương pháp US EPA Method 3501A và TCVN 6647:2007 (ISO 11464:2006).
Cân từ 0,3 – 0,5g mẫu cho vào ống Teflon, thêm 2 ml HNO3 65% và 6 ml HCl để trong khoảng 1 – 2h cho phản ứng xảy ra, sau đó cho vào lị vi sóng. Chương trình xử lý mẫu trong lị vi sinh được đặt theo chương tình tối ưu của lị đối với đất. Q trình xử lý trong lị được nêu trong bảng 6 dưới đây:
Bảng 6: Chương trình nhiệt lị vi sóng phân tích Fe trong đất
Bước 1 2 3 4 5
Tốc độ, phút 2 2 2 2 2
Thời gian, phút 15 15 15 15 15
Nhiệt độ oC 180 180 180 180 180
Mức năng lượng, % 100
Khi bình đã nguội đến nhiệt độ phịng, mở nắp bình, dung dịch mẫu tan hết, trong suốt có màu vàng, chuyển vào bình định mức 50 ml, định mức đến vạch bằng
Hàm lượng Fe trong mẫu (mg/kg):
X=(Cs−Co)× f ×V m
Trong đó:
X là hàm lượng các nguyên tố trong mẫu thử, tính bằng miligam trên kilogram (mg/kg).
Cs là nồng độ các nguyên tố trong dung dịch mẫu thử đọc từ đồ thị chuẩn, tính bằng miligam trên lít (mg/l).
Co là hàm lượng các nguyên tố trong dung dịch mẫu trắng đọc từ đồ thị chuẩn, tính bằng miligam trên lít (mg/l).
m là khối lượng phần mẫu thử, tính bằng gam (g). f là hệ số pha lỗng.
V là thể tích dung dịch thử, tính bằng mililít (ml).
Phương pháp phân tích sắt trong mẫu thân và rễ cỏ
Q trình phân tích mẫu được thực hiện theo TCVN 9525:2012 (EN 13805:2002).
Cân từ 1 – 3g mẫu đã nghiền nhỏ, cho vào ống Teflon, thêm 7 ml HNO3
và 1 ml H2O2 , để trong khoảng 3 giờ trước khi phá mẫu cho phản ứng xảy ra, sau đó cho vào lị vi sóng. Q trình xử lý trong lị được nêu trong bảng 7 dưới đây:
Bảng 7: Chương trình nhiệt độ lị vi sóng phân tích Fe trong mẫu sinh phẩm
Bước 1 2 3 4 5
Tốc độ tăng nhiệt, phút
5 1 1 1 1
Thời gian giữ, phút 10 15 10 10 1 Nhiệt độ oC 170 200 75 75 75 Mức năng lượng,% 90
Khi bình đã nguội đến nhiệt độ phịng, mở nắp bình, dung dịch mẫu tan hết, trong suốt màu vàng nhạt, chuyển vào bình định mức 50 ml định mức đến vạch bằng HNO3 2%.
Điều kiện phân tích máy quang phổ phát xạ Plasma cảm ứng
Luận văn sử dụng thiết bị quang phổ phát xạ Plasma cảm ứng ICP – OES Prodigy XP, Teledyne Leeman Labs với bước sóng của nguyên tố Fe ở 238,204 nm.
Điều kiện chạy máy được thể hiện trong bảng 8:
Bảng 8: Điều kiện chạy máy ICP – OES
Cơng suất nguồn 1,3 kW
Lưu lượng dịng khí Plasma 15,0 l/phút Lưu lượng dịng khí Auxiliary 0,2 l/phút Tốc độ dịng khí Nebulizer 0,8 l/phút
Plasma view Radial
Tốc độ hút mẫu 1 ml/phút
Thời gian chờ 30 giây
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN3.1. Xây dựng đường chuẩn xác định các chất phân tích 3.1. Xây dựng đường chuẩn xác định các chất phân tích
Xây dựng đường chuẩn là một trong những yêu cầu đầu tiên của phương pháp phân tích. Từ đường chuẩn ta có thể biết được khoảng tuyến tính của chất phân tích, từ đó đưa ra nồng độ mẫu thực nằm trong khoảng tuyến tính.
3.1.1. Đường chuẩn DDT, DDE và DDD
Pha các dung dịch làm việc có nồng độ 1, 5, 10, 25, 50, 75 và 100 µg/ml. Tiến hành bơm vào thiết bị GC – ECD với các điều kiện đã xác định.
Nồng độ DDT, DDE và DDD trong mẫu đất được xác định thông qua đường chuẩn của từng chất. Thời gian lưu của các hoạt chất được xác định bởi GC – ECD, sắc ký đồ của chúng được thể hiện trong hình 13. Thời gian lưu của DDE, DDD và