Từ hình thấy rằng với hỗn hợp dung mơi axeton/n-hexan cho hiệu suất chiết cao đồng đều và ổn định hơn so với dung mơi cịn lại. Chúng tơi chọn dùng hỗ hợp dung môi này để thực hiện phân tích mẫu thực bằng kỹ thuật chiết hỗ trợ sóng siêu âm.
Nhận xét: Hai kỹ thuật chiết soxhlet và siêu âm kết hợp với lắc đều cho hiệu suất thu hồi cao trên 70%, độ lặp lại ổn định đáp ứng yêu cầu của phép phân tích lượng vết. So sánh 2 kỹ thuật chiết chiết siêu âm hỗ trợ lắc vận hành đơn giản hơn, thời gian thực hiện ngắn hơn (khoảng 3-4 tiếng) thu được dịch chiết, lượng dung môi sử dụng (60ml) ít hơn so với phương pháp chiết soxlet khi mất khoảng 18-20 giờ thu được dịch chiết và sử dụng khoảng 300ml dung môi. Những phương pháp này hiện nay vẫn đang được dùng trong các phịng thí nghiệm.
3.3.2. Khảo sát tối ưu q trình làm sạch và rửa giải.
Dịch chiết thu được sau chiết soxhlet và siêu âm hỗ trợ kỹ thuật lắc đều qua quá trình làm sạch trên cột và rửa giải bằng dung mơi n-hexan.Vì thực tế, các mẫu thực thường là những mẫu mà chúng ta khơng có nhiều thơng tin về mẫu. Đặc biệt, với các mẫu đất có nền mẫu phức tạp sẽ gây nhiễu, làm sai lệch kết quả định tính, định lượng của phép phân tích.Phương pháp làm sạch sử dụng cột florisil làm việc theo nguyên tắc của sắc ký hấp phụ lỏng. Sự tách xảy ra ở ranh giới pha rắn-lỏng, trong đó pha động là chất lỏng chứa những chất cần phân tách, pha tĩnh là các chất xốp mịn. Các lực hấp phụ bao gồm: lực Van der Walls, lực liên kết hydro, lực cảm ứng, hấp phụ hóa học. Q trình tách sắc ký dựa trên tính chất hấp phụ khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp chất cần tách.
a. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng florisil
Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng florisil nhằm mục đích sử dụng một lượng tối thiểu chất hấp phụ và theo đó sẽ tiết kiệm được hóa chất, thời gian trong quy trình phân tích nhưng vẫn đảm bảo được hiệu quả hấp phụ của cột, giảm thiểu lượng chất thải trong quá trình làm sạch, làm giàu mẫu.[6],[7],[20],[21], [22].
Thực nghiệm tiến hành nhồi cột thủy tinh đường kính trong 10 mm, chiều dài 50cm được nhồi theo thứ tự từ dưới lên: bông thủy, florisil đã được hoạt hóa, 1g Na2SO4, sau đó hoạt hóa cột bằng 20ml n-hexan, tiếp tục cho 1ml dung chuẩn 6 cấu tử PCB nồng độ 200µg/L pha trong n-hexan lên cột, dùng n-hexan để rửa giải, thu dịch và cô đuổi dung môi, chuyển sang ống chia vạch thổi khô đến 1 ml, bơm 2µl lên GC/MS để tính hiệu suất thu hồi, làm thí nghiệm lặp lại 3 lần để tính giá trị trung bình. Khối lượng florisil khảo sát lần lượt là 4g, 6g, 8g, 10g, 12g. Kết quả được trình bày ở bảng 3.11.
Bảng 3.11. Hiệu suất thu hồi và khối lượng Florisil Chất phân
tích
Hiệu suất thu hồi (R%)
4 g 6g 8g 10g 12g PCB28 71,1 77,4 89,9 92,1 93,7 PCB 52 69,8 78,9 93,9 95,7 94,5 PCB 101 65,5 76,9 90,4 91,2 93,4 PCB 138 72,3 80,1 92,9 93,8 94,1 PCB 153 68,7 79,6 88,7 91,7 92,1 PCB 180 73,2 83,1 85,4 88,6 89,1
Từ bảng kết quả tổng hợp vẽ đồ thị biểu diễn độ thu hồi của 6-PCBs vào khối lượng Florisil. Đồ thị biểu diễn được đưa ra ở hình 3.19
Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn hiệu suất chiết và khối lượng Florisil
Từ hình 3.19nhận thấy rằng khi tăng khối lượng Florisil từ 4g đến 8g thì hiệu suất thu hồi của các PCBs tăng lên rõ rệt từ 70% đến hơn 90%, nhưng khi tăng từ 8g đến 10g thì hiệu suất tăng khơng đáng kể, giữa khối lượng 10g và 12g hiệu suất hầu như không thay đổi nhiều.
Theo kết thu được, thấy rằng với sử dụng khối lượng Florisil là 8g là hợp lý để làm sạch dịch chiết. Chúng tôi sẽ chọn sử dụng khối lượng Florisil là 8g cho q trình thí nghiệm tiếp theo.
b.Khảo sát thể tích dung mơi rửa giải
Thể tích dung mơi sử dụng trong q trình rửa giải cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi. Nếu lượng dung môi sử dụng không đủ sẽ không thể rửa giải hết các chất ra khỏi cột, hiệu suất thu hồi không cao. Nếu chất phân tích ra hết rồi mà vẫn dùng dung mơi rửa giải thì gây lãng phí… Vì vậy, tiến hành khảo sát dung môi rửa giải ở phân đoạn 1: 0-30 ml, phân đoạn 2: 30 ml-45 ml và phân đoạn 3: 45ml-60ml. Thực nghiệm tiến hành như sau cho 1ml dung dịch chuẩn 6-PCBs nồng độ 100µg/l qua cột nhồi chứa 8g florisil, rửa giải bằng n-hexan, thu dịch rửa giải của từng phân đoạn, cô quay dịch rồi chuyển sang ống chia vạch, thổi khô đến 1ml, chuyển sang lọ đựng mẫu, tiêm 2µl vào máy GC- M.[6],[7],[20],[21], [22]S. Thí nghiệm làm lặp 3 lần, lấy kết quả trung bình. Kết quả được đưa ra ở bảng 3.12.
Bảng 3.12. Hiệu suất thu hồi và phân đoạn rửa giải
Chất phân tích
Hiệu suất thu hồi (R%) Phân đoạn 1 (0-30ml) Phân đoạn 2 (30-45 ml) Phân đoạn 3 (45-60 ml) PCB28 71,1 22,6 0,6 PCB 52 69,8 24,7 0,6 PCB 101 65,5 27,9 0,4 PCB 138 72,3 21,8 0,5
PCB 153 68,7 23,4 0,8
PCB 180 73,2 15,9 0,2
Từ các kết quả tổng hợp, vẽ đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi 6-PCBstheo thể tích dung mơi rửa giải trên cột Florisil. Độ thu hồi 6-PCBs theo từng phân đoạn thể tích dung mơi rửa giải được biểu diễn ở hình 3.20.
Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi và dung môi rửa giải Qua đồ thị cho thấy, ở phân đoạn 1 (0-30 ml hexan) đã rửa giải từ65,5%- Qua đồ thị cho thấy, ở phân đoạn 1 (0-30 ml hexan) đã rửa giải từ65,5%- 73,2% các đồng loại PCB. Ở phân đoạn 2 (30 ml – 45ml), có từ 15,9% đến 27,7 % PCB được rửa giải. Ở phân đoạn 3 (45ml-60 ml) lượng PCB tìm thấy là rất nhỏ do hầu hết các PCB được rửa giải hoàn toàn ở các phân đoạn trước đó.
Từ kết quả thực nghiệm thu được, chúng tôi đề xuất thể tích dung mơi n- hexan ở phân đoạn rửa giải 6-PCB trên cột Florisil là 45ml đối với mẫu đất.
3.4.Khảo sát điều kiện xửlý mẫu dầu biến thế.
3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích dung mơi tới hiệu quả làm sạch
Tiến hành thí nghiệm dùng mẫu dầu biến thế giả (mẫu khơng có PCBs), cân lượng chính xác, pha lỗng trong n-hexan, lấy 2ml dầu đã pha lỗng vào ống nghiệm 20ml có nắp đậy bằng Teflon thêm dung chuẩn 6-PCBs vào lắc để chuẩn
chiết lỏng – lỏng: 2ml; 3ml; 4ml; 5ml, 6ml để tìm hiệu suất chiết triệt để). Sau đó thêm tiếp 2ml H2SO4 đặc lắc đều khoảng 1 phút, chờ tách lớp, loại bỏ lớp axit bẩn, lặp lại tới khi lớp này không màu. Tiếp tục rửa pha hữu cơ bằng 2ml nước cất đề ion 3 lần, sau đó làm khơ bằng Na2SO4, chuyển dịch chiết vào ống chia độ, thổi khơ bằng khí Nitơ về 1ml cho qua cột Florisil thương phẩm (1g/6ml) để làm sạch, rửa giải bằng n-hexan, thu dịch rửa giải thổi khơ về 1ml, chuyển ống nghiệm, bơm 2µl lên máy GC-MS.[5],[37],[43]. Với mỗi thể tích dung mơi khảo sát tiến hành làm lặp 3 lần. Tính tốn kết quả độ hồi chỉ ra ở bảng 3.13.
Bảng 3.13. Hiệu suất thu hồi mẫu dầu biến thế và thể tích n-hexan
Chất phân tích
Hiệu suất thu hồi (R%)
2ml 3ml 4ml 5ml 6ml PCB28 61,1 71,1 78,9 88,9 90,3 PCB 52 58,4 74,8 76,9 92,6 92,7 PCB 101 62,5 75,5 77,3 94,4 94,2 PCB 138 63,1 76,3 81,5 91,3 92,8 PCB 153 59,7 73,2 78,8 96,8 957 PCB 180 63,2 70,2 80,1 89,7 89,6
Từ các kết quả tổng hợp, vẽ đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi 6-PCBs trong mẫu dầu biến thế theo thể tích dung mơi chiết. Độ thu hồi 6-PCBs theo thể tích dung mơi chiết được biểu diễn ở hình 3.21
Hình 3.21. Độ thu hồi PCBs trong mẫu dầu biến thế vào thể tích n-hexan
Qua đồ thị cho thấy khi tăng dần thể tích dung mơi thì tiếp xúc của dung mơi và chất phân tích tăng lên do vậy độ thu hồi tăng lên. Từ thể tích dung mơi 2ml-5ml độ thu hồi tăng lên rõ rệt từ 60% lên đến hơn 90%, nhưng từ thể tích dung mơi tăng từ 5ml-6ml thì hiệu suất thu hồi hầu như không tăng lên. Do vậy, luận văn chọn thể tích dung mơi n-hexan chiết 5ml đối với mẫu dầu biến thế.
3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích dung mơi rửa giải
Tiến hành khảo sát dung môi rửa giải ở phân đoạn 1: 0-2 ml, phân đoạn 2: 2ml-4ml và phân đoạn 3: 4ml-6ml. Thực nghiệm tiến hành như sau cho 1ml dung dịch chuẩn 6-PCBs nồng độ 100µg/l qua cột Florisil thương phẩm loại 1g/6ml, rửa giải bằng n-hexan, thu dịch rửa giải của từng phân đoạn rồi chuyển sang ống chia vạch, thổi khô đến 1ml, chuyển sang lọ đựng mẫu, tiêm 2µl vào máy GC-MS. Thí nghiệm làm lặp 3 lần, lấy kết quả trung bình. Kết quả được đưa ra ở bảng 3.14.
Bảng 3.14. Hiệu suất thu hồi dầu biến thế và từng phân đoạn rửa giải
Chất phân tích
Hiệu suất thu hồi (R%) Phân đoạn (0-2ml) Phân đoạn (2-4ml) Phân đoạn 3 (4-6ml) PCB28 58,9 34,8 0,6 PCB 52 61,3 33,2 0,8 PCB 101 58,6 34,5 0,4 PCB 138 63,1 31,0 0,3 PCB 153 66,4 25,7 0,7 PCB 180 63,2 25,9 0,6
Tổng hợp kết quả thực nghiệm thu được vẽ đồ thị biểu hiện mối quan hệ giữa hiệu suất thu hồi của 6-PCB và thể tích dung mơi rửa giải. Đồ thị biểu diễn chỉ ra ở hình 3.22.
Hình 3.22. Quan hệ giữa độ thu hồi dầu biến thế và phân đoạn rửa giải Qua đồ thị cho thấy, ở phân đoạn 1 (0-2 ml n-hexan) đã rửa giải từ 58,6%- 66,4% các đồng loại PCB. Ở phân đoạn 2 (2 ml – 4ml), có từ 25,7% đến 34,8 % PCB được rửa giải. Ở phân đoạn 3 (4ml-6ml) lượng PCB tìm thấy là rất nhỏ do hầu hết các PCB được rửa giải hoàn toàn ở các phân đoạn trước đó.
Do vậy, chúng tơi đề xuất thể tích dung mơi n-hexan ở phân đoạn rửa giải 6- PCB trên cột Florisil thương phẩm đối với mẫu dầu biến thế là 4ml n-hexan.
3.5. Quy trình phân tích mẫu
Tổng hợp các điều kiện thực nghiệm tối ưu thu được, chúng tơi đề xuất quy trình phân tích các mẫu mơi trường như sau:
3.5.1. Quy trình phân tích mẫu đất
Mẫu đất chiết bằng phương pháp soxhlet: Cân 10 g mẫu đất khô cho vào ống thimble,thêm tiếp 10 g Cu đã hoạt hóa và 10g Na2SO4. Cho ống thimble vào ống chiết Soxhlet, đổ100ml toluen vào ống chiết, lắp ống chiết Soxhlet vào bình cầu 500ml có chứa 200ml dung mơi, đá bọt. Bật bếp chiết Soxhlet, chiết với tốc độ3-5 chu kỳ/giờ, tổng thời gian chiết mẫu 18 giờ.
(1:1), để chai đựng mẫu vào bể siêu âm trong 15 phút, sau đó chai đựng mẫu được lắp sang máy lắc, lắc trong 2 giờ, để lắng mẫu. Lấy dịch chiết cô quay rồi làm sạch với đồng đã hoạt hóa.
Làm sạch, rửa giải: Cô đặc dịch chiết về 1 ml bằng thiết bị cô quay chân không, làm sạch qua cột nhồi 8g Florisil và Cu hoạt hóa, rửa giải bằng 45ml n- hexan, cô quay dịch chuyển vào lọ 10ml rồi thổi khơ về 1ml bằng khí N2, làm sạch dịch chiết bằng H2SO4 đặc, thêm 5ml dung môi lắc đều để lắng đợi phân lớp hút bỏ lớp axit, rửa đến khi lớp axit khơng màu, sau đó rửa sạch bằng nước cất deion, làm khơ nước bằng Na2SO4.
Phân tích bằng GC-MS: Chuyển dịch chiết vào ống chia vạch thổi cô về 1ml,chuyển sang lọ đựng mẫu, tiêm 2µl lên GC-MS. Tính toán kếp quả, viết báo cáo.
Sơ đồ phân tích mẫu đất:
Hình 3.23. Sơ đồ phân tích mẫu đất
Chiết siêu âm hỗ trợ lắc
- Cân 10g Na2SO4, thêm 60 ml
aceton/n-hexan 1:1, siêu âm 15 phút, lắc 2 giờ, để lắng
- Cô về 1 ml, làm sạch phoi đồng
Mẫu đất (phơi khô, nghiền,sàng, cân)
Chiết Soxhlet
- Thêm 10g Cu+10g Na2SO4
- 100ml toluene ở ống chiết +
200ml toluene ở bình cầu
- Chiết 18 giờ, cô 1 ml
Làm sạch
- Làm sạch qua cột Floril 8g, phoi
Cu
- Rửa giải 45ml n-hexan
- Cô về 1 ml, làm sạch bằngH2SO4
- Thêm 5ml n-hexan, rửa bằng nước
cất, làm khơ nước, thổi khơ 1ml
Phân tích bằng GC-MS
- Bơm 2µl lên máy GC-MS
3.5.2. Quy trình phân tích mẫu dầu biến thế
Cân lượng chính xác mẫu vào bình định mức, pha loãng trong n-hexan, lấy 2ml dầu đã pha lỗng vào ống nghiệm 20ml có nắp đậy bằngTeflonsau đó thêm5ml dung mơi n-hexan. Sau đó thêm tiếp 2ml H2SO4 đặc lắc đều khoảng 1 phút, chờ tách lớp, loại bỏ lớp axit bẩn, lặp lại tới khi lớp này không màu. Tiếp tục rửa pha hữu cơ bằng 2ml nước cất đề ion 3 lần, sau đó làm khơ bằng Na2SO4, chuyển dịch chiết vào ống chia độ, thổi khơ bằng khí Nitơ về 1ml cho qua cột Florisil thương phẩm (1g/6ml) để làm sạch, rửa giải bằng 4ml n-hexan, thu dịch rửa giải và thổi cơ về 1ml, chuyển ống nghiệm, lấy2µl để phân tích bằng GC-MS. Tính tốn kết quả, viết báo cáo.
Sơ đồ phân tích mẫu dầu biến thế
Hình 3.24. Sơ đồ phân tích mẫu dầu biến thế
3.6. Tính tốn kết quả
3.6.1. Tính nồng độ các cấu tử PCB trong mẫu phân tích
- Từ phương trình đường chuẩn trên phần mềm tính tốn của thiết bị đưa ra kết quả nồng độ của từng PCB trong mẫu: Cm (µg/l)
Mẫu dầu biến thế
(Cân, pha lỗng, lấy thể tích xác định)
Làm sạch bằng H2SO4 đặc 98%
1. Thêm 5 ml n-hexan
2. Thêm 2ml H2SO4 làm sạch, tiếp tục
đến khi lớp này không màu.
3. Rửa bằng 2ml nước cất 3 lần, làm
khô bằng Na2SO4
4. Cô mẫu về 1ml
Làm sạch và rửa giải
5. Làm sạch bằng cột Florisil (1g/6ml)
6. Rửa giải bằng 4ml n-hexan
7. Cô quay và thổi khô về 1 ml
Phân tích bằng GC-MS
- Bơm 2µl lên máy GC-MS
- Tính nồng độ của cấu tử PCB có mặt trong mẫu C (mg/kg)
( / ) = k × × ×
m × 1000
Trong đó: Cm- nồng độ cấu tử PCB tính theo đường chuẩn - k: Hệ số chuyển thể tích dung mơi
- V: thể tích dung dịch thu được cuối cùng (ml) - D: hệ số pha loãng
- m: Khối lượng cân của mẫu (g)
Tính tổng PCBs: Từ kết quả tính của từng cấu tử, tính tổng 6 cấu tử PCBs, tính tổng cho 209 PCBs:’
∑ ( / ) = ∑ 6 5. [1][28]
3.6.2. Tính hiệu suất thu hồi
Hiệu suất thu hồi được tính theo cơng thức sau:
R% = Cf × 100
Trong đó: Cf: Nồng độ chất tìm thấy - Ca: Nồng chất thêm vào
3.6.3. Tính độ lệch, độ lệch chuẩn tương đối
Độ độ lệch chuẩn, độ lêch chuẩn tương đối, % độ lệch chuẩn được tính theo cơng thức sau:
=∑ , RSD%= × 100, ớ SD = ∑ ( )
Trong đó:
- Ctb: giá trị trung bình, n: số lần thực nghiệm - SD: độ lệch chuẩn
3.7. Đánh giá quy trình phân tích
Để đánh giá qui trình phân tích 6 cấu tử PCB vừa xây dựng được, chúng tôi tiến hành thực nghiệm kiểm tra thông qua mẫu trắng phương pháp và mẫu thêm với các mẫu đất, mẫu dầu biến thế.
3.7.1. Mẫu trắng phương pháp
Kiểm tra sự nhiễm bẩn của các PCBs từ dung mơi, hố chất, dụng cụ trong tồn bộ quy trình phân tích mẫu.
- Với mẫu đất:Thực hiện như quy trình áp dụng cho mẫu đất chiết soxhlet và chiết siêu âm đã đề xuất ở trên nhưng khơng có mẫu đất.
-Với dầu biến thế: Tiến hành quy tình đối với mẫu dầu biến thế nhưng khơng có mẫu dầu.
Kết quả phân tích thu được cho thấy khơng có bất kỳ sự có mặt của PCBs nào trong mẫu khảo sát.
3.7.2. Mẫu thêm, mẫu lặp
Để đánh giá độ đúng và độ lặp lại của phương pháp phân tích PCBs trong mẫu mơi trường, chúng tôi đã tiến hành thực nghiệm như sau:
Mẫu đất: Thêm một lượng nhất định chất chuẩn PCBs10 g mẫu. Tách chiết, làm sạch, làm giàu và phân tích mẫu trên GC/MS theo qui trình đã xây dựng được, thí nghiệm lặp lại 3 lần để tính giá trị trung bình.
Mẫu dầu biến thế: Thêm một lượng chuẩn nhất định vào mẫu dầu biến thế ở