2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.3. Tối ƣu hóa các điều kiện phân tích với GC-MS/NCI
2.2.3.1. Xác định tác nhân ion hóa trung gian tối ƣu
Quá trình nghiên cứu, khảo sát đƣợc thực hiện trên cơ sở thử nghiệm 3 loại khí phổ biến đƣợc dùng với phƣơng pháp NCI là: NH3, CH4 và i-C4H10. Nhiệt độ
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Nguyễn Thị Phƣơng – K22
nguồn ion đặt ở chế độ mặc định với NCI là 1500C, nhiệt độ thanh tứ cực đặt ở giá trị mặc định: 1000C, áp suất buồng ion phụ thuộc vào lƣu lƣợng khí ion hóa trung gian, giá trị này đƣợc lựa chọn từ bƣớc 2 tối ƣu hóa detector khối phổ với chế độ PCI.
Nghiên cứu lựa chọn khí làm tác nhân ion hóa trung gian tối ƣu cho phân tích các chất dioxin/furan bằng cách chọn lần lƣợt 3 loại khí trên, phân tích dãy chuẩn với mỗi loại khí, so sánh diện tích pic của các chất thu đƣợc để lựa chọn khí cho độ nhạy tốt nhất. Trƣớc khi phân tích dãy chuẩn cần tiến hành chuẩn hóa detector khối phổ với mỗi loại khí trƣớc để đảm bảo thiết bị đang hoạt động ở chế độ tốt nhất với loại khí đang sử dụng.
2.2.3.2. Xác định lƣu lƣợng khí tác nhân ion hóa tối ƣu
Áp suất trong buồng ion gây ảnh hƣởng rất lớn đến q trình ion hóa hóa học mẫu chất phân tích. Nhƣng áp suất này lại phụ thuộc rất lớn vào lƣu lƣợng khí làm tác nhân ion hóa trung gian. Do đó, tiến hành thay đổi lƣu lƣợng khí này để khảo sát, lựa chọn lƣu lƣợng khí tối ƣu để tại đó detector khối phổ đạt độ nhạy cao nhất đối với các chất nghiên cứu.
Phƣơng pháp tiến hành: chuẩn hóa detector khối phổ ở chế độ NCI với khí ion hóa trung gian tối ƣu đã đƣợc lựa chọn từ kết quả nghiên cứu ở mục 2.3.1. Đặt các giá trị nhiệt độ nguồn ion ở giá trị mặc định là 1500C, tiến hành phân tích lần lƣợt cả 3 dãy chuẩn trên với các lƣu lƣợng khí tác nhân ion hóa trung gian khác nhau: từ 10 đến 70%. Dãy chuẩn đƣợc phân tích 3 lần ở cùng điều kiện, diện tích pic trung bình của 3 lần phân tích của từng chất trong dãy ở mỗi điều kiện đƣợc thu thập và so sánh, lựa chọn giá trị lƣu lƣợng khí mà tại đó diện tích pic thu đƣợc của hầu hết các chất cực đại.
2.2.3.3. Xác định nhiệt độ tối ƣu của nguồn ion
Tƣơng tự nhƣ quá trình nghiên cứu, khảo sát lƣu lƣợng khí làm tác nhân ion hóa trung gian. Tối ƣu hóa detector khối phổ ở chế độ NCI với khí tác nhân ion hóa và giá trị lƣu lƣợng tối ƣu đã đƣợc lựa chọn từ kết quả nghiên cứu trƣớc. Thay đổi nhiệt độ buồng ion: khảo sát với nhiệt độ buồng ion từ 120oC đến 220oC.
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Nguyễn Thị Phƣơng – K22
Chun ngành Hóa phân tích
So sánh giá trị diện tích pic mỗi chất tại các nhiệt độ của buồng ion từ đó lựa chọn nhiệt độ tối ƣu trên cơ sở diện tích pic lớn nhất tƣơng ứng độ nhạy detector cao nhất.
2.2.4. Đánh giá hiệu suất thu hồi của q trình xử lý mẫu
2.2.4.1. Tóm tắt quy trình xử lý mẫu phân tích các chất dioxin/furan
Phƣơng pháp phân tích EPA 8280b hƣớng dẫn quy trình phân tích hàm lƣợng các chất dioxin/furan trong mẫu đất, nƣớc và trầm tích trên máy sắc ký khí khối phổ phân giải thấp sử dụng nguồn ion hóa va chạm điện tử. Quy trình xử lý mẫu đất và mẫu trầm tích gồm các bƣớc sau:
- Đồng hóa mẫu đất
- Cân 30g mẫu, thêm nội chuẩn.
- Chiết soxhlet với 250ml toluen trong 24 giờ với tốc độ hồi lƣu của dung môi là 6-8 lần/giờ
- Cô cạn dịch chiết để chuyển sang dung môi n-hexan
- Rửa dịch chiết bằng axit và bazơ sau đó chiết tách loại bỏ axit, bazơ
- Cho qua cột silicagel đa lớp để loại bỏ các chất gây ảnh hƣởng, thu dung dịch rửa giải cần thiết.
- Tiếp tục cho qua cột than 2 lớp, sử dụng dung môi toluen để rửa giải các chất dioxin/furan ra khỏi cột than 2 lớp.
- Dung dịch rửa giải đƣợc bổ sung thêm 100l n-Nonan và cơ đặc cịn 100l, và phân tích trên máy.
2.2.4.2. Khảo sát thời gian chiết cần thiết của quá trình chiết soxhlet
Tiến hành chiết 02 mẫu (30g đất/mẫu) có nồng độ khác nhau, một mẫu có nồng độ rất lớn (cỡ 2.000.000ppt) và một mẫu có nồng độ cỡ 1000ppt. chiết 02 mẫu này trên máy chiết soxhlet với dung môi Toluen (250ml/mẫu) trong 24 giờ (hồi lƣu từ 6 đến 8 lần/giờ), thu dịch chiết lại. Tiếp tục chiết tiếp 02 mẫu đất này thêm 24giờ nữa bằng dung môi toluene khác. Sau 48 giờ chiết ta thu dịch chiết lại, cơ đặc cịn 1ml và tiến hành phân tích trên máy ở chế độ SIM.
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Nguyễn Thị Phƣơng – K22
Cho một lƣợng chất chuẩn có nồng độ 100pg/μl 2,3,7,8-TCDD qua cột đa lớp, sau đó thu lại dung dịch qua cột và tiến hành rửa giải để thu hồi phần nhỏ 2,3,7,8-TCDD cịn bị giữ lại trong cột. Sau đó phân tích trên máy, so sánh kết quả phân tích thu đƣợc của mẫu trƣớc và sau khi đi qua cột.
2.2.4.4. Đánh giá hiệu suất thu hồi quá trình làm sạch bằng cột than
Cho một lƣợng chất chuẩn có nồng độ 100pg/μl 2,3,7,8-TCDD qua cột than 2 lớp, sau đó tiến hành rửa giải để thu hồi 2,3,7,8-TCDD. Tiến hành phân tích trên máy, so sánh kết quả phân tích thu đƣợc của mẫu trƣớc và sau khi đi qua cột.
2.2.5. Đánh giá khả năng phân tích các hợp chất dioxin/furan 2.2.5.1. Giới hạn phát hiện 2.2.5.1. Giới hạn phát hiện
Để đánh giá giới hạn phát hiện của phƣơng pháp với 1 chất, cần tiến hành làm giảm nồng độ chất phân tích đến khi nào pic của chất đấy có giá trị tín hiệu/nhiễu (S/N) đạt giá trị 2,5. Khi đó, hàm lƣợng của chất tại thời điểm đấy chính là giới hạn phát hiện của phƣơng pháp với chất đó.
Pha 1 dãy mẫu chuẩn gần với giá trị khuyến cáo của phƣơng pháp phân tích, tiến hành phân tích và đánh giá kết quả thơng qua giá trị tín hiệu/nhiễu (S/N), so với giá trị 2,5.
2.2.5.2. Đánh giá độ lặp lại
Độ lặp lại của phƣơng pháp đƣợc đánh giá qua kết quả phân tích của cùng 1 mẫu trong 3 lần phân tích khác nhau.
Lấy một mẫu, thêm chuẩn chia thành 3 và tiến hành xử lý mẫu, phân tích trên máy, từ kết quả thu đƣợc đánh giá độ sai lệch về diện tích pic giữa các lần đo.
2.2.5.3. Độ tái lặp
Tiến hành thực nghiệm 3 lần, lần thứ nhất: tắt máy 3 ngày; lần thứ 2: tắt máy 7 ngày; lần thứ 3: tắt máy 15 ngày.
Sau khi tắt máy, mỗi lần bật lại thiết bị, cần để máy ổn định trong 24 giờ và tiến hành phân tích cùng 1 mẫu chuẩn ở các thời điểm khác nhau. Đánh giá kết quả
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Nguyễn Thị Phƣơng – K22
Chun ngành Hóa phân tích
2.2.6. Ứng dụng phƣơng pháp phân tích, phân tích mẫu thực lấy tại sân bay Biên Hòa. Biên Hòa.
Để bƣớc đầu sơ bộ đánh giá khả năng ơ nhiễm dioxin tại sân bay Biên Hịa, Luận văn đã tiến hành phân tích các mẫu lấy tại sân bay biên Hòa thuộc dự án Z9: “Điều tra, đánh giá mức độ ơ nhiễm chất độc hố học/dioxin do Mỹ sử dụng trong chiến tranh ở Việt Nam tại 7 sân bay và đề xuất các giải pháp xử lý” do Viện Hóa học - Mơi trƣờng qn sự chủ trì thực hiện.
2.2.6.1. Đặc điểm địa chất, thổ nhƣỡng
Dự án đã tiến hành khoan 3 lỗ khoan K1, K2, K3 để khảo sát. Kết quả phân tích thổ nhƣớng nhƣ sau:
Tại lỗ khoan K1: độ sâu từ 0 - 0,6 m thành phần lớp chủ yếu là đá 1x2, đất và cát; từ độ sâu 0,6 - 1,3 m là sét pha màu nâu trạng thái cứng; Từ 1,3 - 4,6 m là sét pha nặng màu hồng nhạt, vàng nhạt loang lổ xám trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng; từ 4,5 - 10,2 m là sét pha màu xám xi măng vàng nhạt, xám xanh, nâu; lớp sâu hơn chủ yếu là đá granit nứt nẻ; Chình vì thành phần nhƣ vậy nên khả năng thẩm thấu nƣớc mặt từ trên xuống dƣới tƣơng đối yếu do có các lớp sét pha trạng thái nửa cứng ở phía trên làm lớp ngăn thấm nƣớc, nhƣng bù lại bề mặt nƣớc áp lực ở lỗ khoan này khá cao xuất hiện ở độ sâu 0,5 - 1,0 m, từ đó chứng tỏ mực nƣớc ngầm ở khu vực này xuất hiện ở độ sâu khá nông và dễ chịu sự ảnh hƣởng của nƣớc chảy ngang. Qua tiến hành phân tích chất lƣợng nƣớc ngầm tại lỗ khoan K1 này cho kết luận, nƣớc tại khu vực này có mùi lạ (có mùi thuốc trừ sâu) có xuất hiện tại độ sâu tới 5 m, hàm lƣợng clo trong nƣớc khá cao chiếm tới 4,6 mg/l.
Tại vị trí lỗ khoan K2: ở độ sâu từ 0 - 1,8 m thành phần chủ yếu là sét pha nặng màu xám ximăng loang lổ hổng, đỏ. Trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng. Từ độ sâu 1,8 - 3,5 m thành phần là sét pha màu xám ximăng loang lổ hồng, đỏ. Trạng thái nửa cứng. Từ 3,5 -13,2 m là cát pha màu xám trắng, vàng nghệ, trạng thái dẻo. Từ độ sâu 13,2 - 15,1m là sét nhẹ xen kẹp cát màu xám đen, xám xanh. Trạng thái dẻo mềm. Từ 15,1 m là đá granit màu xám nứt nẻ. Tầng lớp nƣớc áp lực tồn tại ở độ sâu từ 0,5 - 1,0 m, ít chịu sự thẩm thấu bởi nƣớc bề mặt theo phƣơng thẳng đứng. Phân
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Nguyễn Thị Phƣơng – K22
tích thành phần nƣớc, nƣớc khơng có mùi vị gì đặc trƣng nhƣ ở lỗ khoan K1, hàm lƣợng Cl thấp hơn, chỉ chiếm 2,13 mg/l.
Lỗ khoan K3: ở độ sâu 0 - 0,5 m cát lẫn sỏi đá 4x6, từ 0,5 - 1,8 cát hạt vừa màu vàng, trạng thái chặt vừa. Từ độ sâu 1,8 - 4,5 m sét nhẹ đến sét pha nặng màu xám nhạt, xám ximăng lẫn ít hữu cơ phân bố không đều, trạng thái dẻo mềm. Tại độ sâu 4,0 - 4,5 m gặp lớp hữu cơ màu nâu. Ở độ sâu 4,5- 7,5 m cát pha màu xám lẫn ít hữu cơ phân bố khơng đều, trạng thái dẻo. Từ 7,5 - 10,8 m sét pha màu xám, trạng thái dẻo mềm đến dẻo cứng. Từ độ sâu 17 m là lớp đá granit màu xám nứt nẻ nhiều dăm, tảng. Phân tích thành phần nƣớc, nƣớc khơng có mùi vị gì đặc biệt, hàm lƣợng clo 5,67 mg/L. Tại lỗ khoan này, có xuất hiện nƣớc áp lực dƣơng, và nƣớc bề mặt có khả năng thẩm thấu xuống dƣới khá lớn, đặc biệt là về mùa mƣa.
Từ những đặc điểm khoan địa chất tại khu vực, ta thấy về mặt địa chất ở khu vực tƣơng đối đồng đều và ổn định về mặt địa chất. Chỉ có thành phần lớp đất bề mặt là khác nhau. Do vậy, đã tiến hành lấy và lựa chọn các mẫu có độ sâu khác nhau theo các tầng bao gồm: từ 0- 0,5m; 0,5 -1,5; 1,5 – 2,5m; 2,5 – 3,5m.
2.2.6.2. Phƣơng pháp lấy mẫu
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Nguyễn Thị Phƣơng – K22
Chuyên ngành Hóa phân tích
- Việc lấy mẫu chỉ thực hiện ở những vị trí nhiễm mà giai đoạn khảo sát thăm dò trƣớc đã xác định đƣợc. Cứ 10.000m2 mặt đất, chia thành 16 ơ kích thƣớc 25m x 25m, mỗi ơ đào một hố có kích thƣớc 2m x 1m x 0,5m và lấy ở đó 3 mẫu đất ở độ sâu từ 0 - 0,5m. Cứ 4 ơ đào 1 hố có kích thƣớc 2m x 1m x 3,5m lấy 12 mẫu (3 mẫu ở độ sâu 0 - 0,5m, 3 mẫu ở độ sâu 0,5 - 1,5m, 3 mẫu ở độ sâu 1,5 - 2,5m, 3 mẫu ở độ sâu 2,5 - 3,5m).
Khối lƣợng mỗi mẫu đất là 1,5 - 2,0 kg, mẫu đƣợc đựng trong túi nilon, cho trong hộp nhựa bên ngoài ghi số thứ tự và ký hiệu mẫu. Sau khi lấy mẫu xong hoàn thổ trả lại mặt bằng các vị trí thi cơng.
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Nguyễn Thị Phƣơng – K22
CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Thiết lập điều kiện phân tích sắc ký khí
Sử dụng các điều kiện phân tích trên sắc ký khí theo phƣơng pháp EPA 8280b và đặt tên là: “dioxin GC method”:
Chƣơng trình nhiệt độ cho lò: 170oC (giữ 10 phút), tăng 8oC/phút đến 320o
C (giữ 5phút) kết thúc chƣơng trình. Tổng thời gian làm việc 33,75 phút.
Điều kiện vận hành buồng bơm mẫu:
Bơm mẫu ở chế độ khơng chia dịng, nhiệt độ buồng bơm mẫu: 250oC, áp suất đầu cột 14psi, lƣu lƣợng dòng làm sạch: 300ml/phút, thời gian làm sạch: 1 phút. khí mang: Heli, lƣu lƣợng khí mang khơng đổi và bằng 1ml/phút.
Vì nhiệm vụ chính của thiết bị sắc ký khí là phân tách các đơn chất từ hỗn hợp chất ban đầu, do đó để xác định tính khả dụng của phƣơng pháp, cần tiến hành kiểm tra độ phân giải của sắc ký, mỗi điều kiện vận hành sắc ký sẽ tƣơng ứng với một độ phân giải. Kiểm tra độ phân giải khi sử dụng “dioxin GC method” bằng cách bơm 1l chuẩn CC3 có chứa 2 đồng loại độc 13C-1,2,3,4-TCDD và 13C- 2,3,7,8-TCDD có nồng độ 1pg/l.
Hình 3.1: Sắc ký đồ thu được khi kiểm tra độ phân giải của sắc ký ứng với “dioxin GC method” 1 9 . 0 0 1 9 . 2 0 1 9 . 4 0 1 9 . 6 0 1 9 . 8 0 2 0 . 0 0 2 0 . 2 0 2 0 . 4 0 2 0 . 6 0 2 0 . 8 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0 1 7 0 1 8 0 1 9 0 2 0 0 2 1 0 2 2 0 2 3 0 2 4 0 2 5 0 2 6 0 T i m e - - > A b u n d a n c e I o n 3 3 4 . 0 0 ( 3 3 3 . 7 0 t o 3 3 4 . 7 0 ) : 0 2 - 0 4 - 2 0 1 1 G C r e s a n d s e n s i t i v i t y c h e c k . D \ d a t a . m s Y X C ƣờn g độ tín h iệ u (Ab un dan ce) Thời gian (phút)
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Nguyễn Thị Phƣơng – K22
Chun ngành Hóa phân tích
Hai đồng loại độc trên chỉ khác nhau ở vị trí đính của nguyên tử clo vào vịng benzen nên chúng có thời gian lƣu rất gần nhau. Theo EPA 8280b thì 2 đồng loại độc này đƣợc sử dụng để đánh giá độ phân giải R của sắc ký, R = X/Y với X là khoảng cách từ chân pic đến nền, Y là khoảng cách từ đỉnh pic của 13
C-1,2,3,4- TCDD đến nền (mơ tả trên hình 3.1)
Detector khối phổ với chế độ ion hóa va chạm điện tử đã ghi lại sự hiện diện của 2 pic của 2 chất trên. Từ hình 3.1, có thể tính đƣợc R xấp xỉ 24%, phù hợp với yêu cầu của phƣơng pháp EPA 8280b là R≤ 25%. Từ kết quả, ta có thể kết luận phƣơng pháp “dioxin GC method” đã thiết lập có thể sử dụng với sắc ký khí để phân tích dioxin/furan.
Từ kết quả khảo sát độ phân giải của sắc ký khí, ta thấy, với các điều kiện sắc ký đã thiết lập, độ phân giải của sắc ký thu được đạt yêu cầu. Do đó, chúng ta có thể áp dụng điều kiện vận hành cho sắc ký nói trên và tiếp tục tiến hành thay đổi điều kiện phân tích của detector khối phổ để so sánh, nghiên cứu và thiết lập điều kiện tối ưu cho detector khối phổ.
3.2. Chuẩn hóa detector khối phổ với nguồn ion hóa hóa học, ion âm (Tuning NCI)
Đối với detector khối phổ, việc chuẩn hóa nguồn ion trƣớc khi phân tích rất quan trọng bởi nó khơng những quyết định độ chính xác của phổ khối thu đƣợc mà còn quyết định độ nhạy của thiết bị. Tùy thuộc vào từng chế độ làm việc, loại nguồn ion đƣợc sử dụng mà việc chuẩn hóa đƣợc thực hiện khác nhau. Thơng thƣờng, các hãng đều có chế độ chuẩn hóa tự động khi phân tích máy với nguồn ion EI nên việc chuẩn hóa tƣơng đối đơn giản, khơng u cầu nhiều thao tác kỹ thuật phức tạp. Tuy