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 khi lng kh) c tớnh nh sau:
C=C
'
mìV (àg/kg) trong ú:
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 loãng.
V là thể tích dung dịch thử, tính bằng mililít (ml).
Phương pháp phân tích sắt trong mẫu thân và rễ cỏ
Quá 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
Công 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 DDT lần lượt là 10,92; 12,18 và 13,26 phút.
Hình 13: Sắc đồ hỗn hợp chuẩn DDE, DDD, DDT nồng độ 100 µg/l trên GC/ECD
Bảng 9: Phương trình đường chuẩn DDE, DDD, DDT
Hoạt chất Phương trình đườngchuẩn Hệ số tương quan R2
DDE y = 13,57x – 0,07 0,9984
DDD y = 13,08x + 0,11 0,9970
Giới hạn phát hiện của phương pháp là 0,55 µg/kg và giới hạn định lượng là 1,65 µg/kg. Hiệu suất thu hồi được xác định trong nghiên cứu này dao động từ 69,35% - 85,93%.
3.1.2. Xây dựng đường chuẩn Fe
Nồng độ Fe trong mẫu đất được được xác định thông qua đường chuẩn Fe, xác định bởi ICP – OES. Đường chuẩn của Fe được pha từ dung dịch chuẩn gốc 1000 µg/ml. Pha dung dịch chuẩn trung gian có nồng độ 100 µg/ml. Từ dung dịch chuẩn trung gian 100 µg/ml pha dãy dung dịch chuẩn có nồng độ từ 0 – 1 µg/ml và bơm lên thiết bị ICP – OES thu được đường chuẩn như hình 15.
Hình 15: Đường chuẩn xác định định lượng Fe trên thiết bị ICP – OES
Phương trình đường chuẩn: y = 251436x – 398,79 với hệ số tương quan
R2 = 0,9999.
3.2. Nghiên cứu khả năng xử lý DDT bằng cỏ Vetiver và hệ Vetiver/nano
Fe3O4 quy mơ phịng thí nghiệm
3.2.1. Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển của cỏ Vetiver trong quá trìnhxử lý xử lý
Hầu hết cỏ được trồng có tỷ lệ sống rất cao, đạt khoảng 90%, mặc dù trồng trên đất ô nhiễm nhưng chiều cao thân lá của cỏ vẫn tăng trưởng liên tục qua các
giai đoạn thí nghiệm, sự sinh trưởng của cỏ được theo dõi thường xuyên 10 ngày đo một lần đối với 3 hộp thí nghiệm (Hình 16)
10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 ppm Fe3O4 25 ppm Fe3O4 100 ppm Fe3O4
Thời gian sinh trưởng (ngày)
C h iề u c a o ( cm )
Hình 16: Sinh trưởng của cỏ (chiều cao thân) theo thời gian
Theo kết quả trên nhận thấy, trong 60 ngày đầu của thí nghiệm, cỏ Vetiver ở cả 3 hộp có sự tăng trưởng mạnh mẽ về chiều cao một cách đáng kể. Trong thời gian đầu tiên, cây bắt đầu bám rễ, thích nghi với mơi trường sống mới, sinh trưởng về chiều cao cịn chậm nên khơng quan sát được q nhiều sự khác biệt so với lúc ban đầu. Sau 10 ngày, chiều cao cây tại thí nghiệm khơng bổ sung Fe3O4 cao gấp 1,17 lần so với ban đầu, tại thí nghiệm bổ sung Fe3O4 với nồng độ 100 mg/kg, cỏ Vetiver có triệu chứng sinh trưởng chậm, khơng nhận thấy sự thay đổi về chiều cao so với ban đầu. Tuy nhiên, sang đến 40 và 60 ngày sau, đã nhìn thấy sự phát triển nhanh chóng của cỏ ở cả 3 thí nghiệm, chiều cao cây đã tăng trưởng mạnh mẽ gấp 2– 2,5 lần từ 40 cm lên 80 – 100 cm. Điều này chứng tỏ rằng cây có khả năng sinh trưởng tốt trong môi trường đất nghèo dinh dưỡng và nhiễm độc, có mặt xúc tác sắt ở hàm lượng cao.
Trong điều kiện bổ sung xúc tác sắt, thí nghiệm nano Fe3O4 ở mức 100 mg/kg tăng trưởng chiều cao thân lá của cỏ tại thời điểm 60 ngày đạt 111 cm mạnh hơn so với thí nghiệm ở mức 25 mg/kg cùng thời điểm đó chỉ đạt 92 cm. Có thể ở
thực hiện phản ứng Fenton đồng thời Fe có khả năng kích thích sự sinh trưởng của cỏ.
Những thời gian tiếp theo, cỏ tiếp tục tăng trưởng về chiều cao tuy nhiên sự tăng trưởng chậm hơn so với thời gian ban đầu đối với thí nghiệm ở mức 0 và 25 mg Fe3O4 /kg, còn ở thí nghiệm bổ sung 100 mg Fe3O4 /kg thì cây tiếp tục phát triển nhanh.
3.2.2. Sự thay đổi nồng độ DDT trong đất và cỏ Vetiver
3.2.2.1. Hàm lượng DDT trong cỏ Vetiver
Kết quả phân tích hàm lượng DDT trong các mẫu khảo sát được trình bày trong hình 17 0 50 90 0 5 10 15 20 25 0 mgFe3O4 /kg 25 mgFe3O4/kg
Thời gian (ngày)
D D T t ro n g m ẫ u t h â n ( µ g /k g ) 0 50 90 0 20 40 60 80 100 120 0 mgFe3O4 /kg
Thời gian (ngày)
H à m l ư ợ n g D D T t ro n g m ẫ u r ễ ( µ g /k g )
Để đánh giá khả năng xử lý DDT của hệ cỏ Vetiver/ nano Fe3O4 , rễ và chồi cỏ được lấy trước khi trồng để phân tích hàm lượng DDT. Kết quả cho thấy khơng tìm thấy dư lượng hoạt chất này trong thân lá và rễ của cỏ. Kết quả sau 50 ngày trồng trên đất ô nhiễm đã chuẩn bị trước, hàm lượng DDT trong rễ cỏ tăng nhanh ở cả 3 thí nghiệm lần lượt 56,60; 64,04 và 97,15 µg/kg với thí nghiệm 0, 25, 100 mg/kg Fe3O4 tương ứng.
Sau 90 ngày, kết quả cho thấy hàm lượng DDT đã giảm so với 50 ngày đầu tiên. Ở thí nghiệm bổ sung 100 mg Fe3O4 /kg hàm lượng DDT biến đổi nhanh nhất trong cả thân lá và rễ của cỏ với nồng độ DDT lần lượt là 15,28 µg/kg và 81,40 µg/kg. Một phần chất ơ nhiễm được hấp thụ trong rễ có thể bị đào thải, một phần được vận chuyển lên lá và một phần có thể được chuyển hóa thành các chất ít độc hơn trong quá trình trao đổi chất của cây cỏ.
Hàm lượng DDT trong rễ và thân cỏ tăng nhanh hơn ở 50 ngày đầu và có sự phân hủy nhanh hơn trong 90 ngày tại các thí nghiệm được bổ sung thêm nano
Fe3O4 có thể là do đối với cỏ Vetiver, sắt được coi như là một chất dinh dưỡng, thêm các hạt nano sắt vào đất sẽ là nguồn dinh dưỡng giúp cây hấp thụ chất ô nhiễm, vận chuyển chất ô nhiễm trong rễ và chồi lá đồng thời cũng là yếu tố tạo ra một lượng lớn H2O2 trong rễ để thực hiện phản ứng Fenton.
3.2.2.2. Kết quả xử lý DDT trong đất
Đất trước xử lý có nồng độ DDT là 200 µg/kg, một số tính chất của đất trước quá trình xử lý được kiểm tra với pH 6,06 và hàm lượng cacbon tổng số là 1,24%.
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ Fe3O4 tới hiệu suất (H,%) phân hủy trung bình DDT được chỉ ra trong bảng 10
Bảng 10: Ảnh hưởng của hàm lượng Fe3O4 đến sự biến đổi nồng độ DDT và hiệu
suất phân hủy DDT trong đất Thời gian (ngày) 0 mg/kg Fe3O4 25 mg/kg Fe3O4 100 mg/kg Fe3O4 [DDT] (µg/kg) H (%) [DDT] (µg/kg) H (%) [DDT] (µg/kg) H (%) 0 200 - 200 - 200 - 50 132,94 33,53 112,46 43,77 91,56 54,22 90 98,03 51,00 91,45 54,28 71,00 64,5
Sau 90 ngày xử lý, độ pH của đất và hàm lượng cacbon tổng số trong đất dao động không đáng kể, pH từ 5,85 – 6,3, hàm lượng cacbon tổng số từ 1,8 – 2,18%. Hiệu suất thu hồi đối với mẫu kiểm soát được xác định trong nghiên cứu này dao động từ 69,35% - 85,93%.
Từ kết quả khảo sát cho thấy, hiệu suất phân hủy tăng theo thời gian. Hiệu suất phân hủy đối với thí nghiệm bố sung nano sắt tại nồng độ 100 mg/kg tương đối cao, đối với DDT hiệu suất phân hủy đạt 54,22% cao hơn so với 2 thí nghiệm chỉ bổ sung 25 mg/kg và không bổ sung sắt với hiệu suất phân hủy chỉ đạt từ 33,53% ở thí nghiệm 0 mg/kg Fe3O4 đến 43,77% ở thí nghiệm bổ sung sắt tại nồng độ 25 mg/kg trong cùng thời gian khảo sát.
Sau thời điểm 90 ngày xử lý, hiệu suất phân hủy ở các thí nghiệm vẫn tăng sau 90 ngày so với tại thời điểm 50 ngày đầu tiên. Có thể thấy trong các điều kiện thí nghiệm được khảo sát với nồng độ 100 mg/kg Fe3O4 được bổ sung vào đất thì hiệu suất phân hủy DDT đạt giá trị cao nhất tại các thời điểm nghiên cứu. Có thể lý giải được điều này là do có sự bổ sung Fe3O4 ở nồng độ cao hơn kích thích sự