Tên gọi Ký hiệu theo IUPAC
2,4,4’-Triclobiphenyl PCB 28 2,2’,5,5’-Tetraclobiphenyl PCB 52 2,2’,4,5,5’-Pentaclobiphenyl PCB-101 2,2’,3,4,4’,5-Hexaclobiphenyl PCB-138 2,2’,4,4’,5,5’-Hexaclobiphenyl PCB-153 2,2’,3,4,4’,5,5’-Heptaclobiphenyl PCB-180
- Dung môi n-hexan C6H6 98 %, d= 0,66 kg/l; - Dung môi toluen C7H8 99,5%, d=0.867 g/ml - Dung môi diclometan CH2Cl2 99,5 %;
- Dung môi methanol CH3OH 99,8 %, d= 0,79 kg/l; - Dung môi axeton CH3COCH3 99,8 %, d = 0,79 kg/l;
- Muối natri sunfate Na2SO4 99 %, muối natri clorua NaCl 99,5 %, (các chất này được sấy trong lò nung ở 4000C trong vòng 4 giờ).
- Phoi đồngđã hoạt hóa: Cho Cu vào 1 cốc thủy tinh, đổ a xít HCl 5% ngập lớp đồng, khuấy bằng đũa thủy tinh. Sau khi đồng đã sáng trắng, đổ hết phần dung dịch axit HCl. Rửa đồng bằng nước cất 3 lần, sau đó bằng axeton và n-hexan. đồng sau khi rửa phải được ngâm trong dung mơi n-hexan
- H2SO4 đặc, tinh khiết phân tích - Nước cất 2 lần, deion.
- Khí Heli 99,999% dùng làm khí mang, khí Nitơ 99,99% dùng để cơ mẫu, đuổi dung môi.
2.2.5. Phương pháp nghiên cứu
Sau khi nghiên cứu các tài liệu về phương pháp phân tích PCBs hiện nay đang sử dụng trên thế giới và các phịng thí nghiệm Việt Nam, luận văn tiến hành làm thực nghiệm dựa vào những trang thiết bị và hóa chất hiện có của Phịng thí nghiệm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Môi trường - Vilas 406HH- Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường - Đại học Bách khoa Hà Nội.
2.3.6. Phương pháp lấy mẫu
Phương pháp lấy mẫu ảnh hưởng lớn đến đánh giá về kết quả phân tích, do vậy khâu lấy mẫu phải tuân thủ chặt chẽ các yêu cầu kỹ thuật lấy mẫu.
- Phương pháp lấy mẫu đất
Phương pháp lấy mẫu đất theo hướng dẫn TCVN 7538-2:2005 (Chất lượng đất- Lấy mẫu. Phần 2: Hướng dẫn kỹ thuật lấy mẫu), mẫu đất được lấy đại diện cho khu vực cần quan trắc. Mẫu đất được lấy cho vào túi nhựa polyester (túi này đã được tráng aceton 3 lần, sau đó tráng tiếp 3 lần n-hexan), đánh số ghi ký hiệu, biên bản lấy mẫu. Mẫu đất mang về phịng thí nghiệm, để khơ ở điều kiện tự nhiên trong điều kiện phịng sạch sau đó nghiền nhỏ rồi sàng qua rây, đựng trong túi polyester, bảo quản ở khoảng 4oC trong tủ bảo quản để làm thí nghiệm.
- Phương pháp lẫy mẫu dầu biến thế
Áp dụng theo hướng dẫn EPA-305-X-04-002[20]:Vị trí lấy mẫu là van xả dầu ở đáy máy biến áp hoặc qua nắp đổ dầu bằng cách sử dụng bơm tay. Quy trình
lấy mẫu tại van xả dầu cần tuân thủ theo các bước như sau: Đặt khay kim loại dưới van xả, đặt túi/thùng đựng rác thải, vật liệu hút/hấp thụ dầu, giấy và giẻ lau ngay bên cạnh vị trí lấy mẫu, dùng giẻ lau sạch van. Tiếp theo, mở chai đựng mẫu và giữ ở dưới van xả. Dùng mỏ lết mở van, ốc cho đến khi có dầu chảy thành dịng nhỏ thì dừng lại. Dùng ly inox hứng để loại bỏ dầu cặn ban đầu. Lấy lượng mẫu khoảng 50 – 100 ml, sau đó đóng van lại, tránh dầu chảy ra ngồi trong suốt q trình lấy mẫu và phải có khay hứng ngay bên dưới. Cho mẫu vào lọ thủy tinh 100 ml đã được tráng sạch bằng axeton và n-hexan 3 lần sau đó đậy nắp teflon, đánh số kí hiệu vào lọ mẫu và ghi biên bản lấy mẫu và mang về phịng thí nghiệm bảo quản ở 40C tới khi làm thực nghiệm.
2.3.7. Phương pháp xử lý mẫu
Để phân tích PCBs cũng như các hợp chất hữu cơ khác trong các đối tượng mẫu để định lượng chính xác được thành phần các hợp chất trong mẫu thì việc chiết tách, làm sạch ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả phân tích. Vì vậy, lựa chọn phương pháp xử lý mẫu phù hợp với từng đối tượng mẫu là rất quan trọng. Hiện nay có rất nhiều phương pháp áp dụng để xử lý mẫu đã được trình bày mục 1.3 của luận văn.
a. Đối với mẫu đất: Khảo sát 2 phương pháp xử lý mẫu chiết soxhlet và chiết hỗ trợ sóng siêu âm.
Chiết soxlet: Chiết soxlet là phương pháp truyền thống sử dụng để tách các đồng loại PCB trong nền mẫuđất, trầm tích. Mẫu với lượng cân từ 5 -100g được gói bằng giấy lọc và đặt vào trong ống chứa mẫu. Các dung mơi chiết n-hexan, toluene với thể tích 100 - 200 ml được làm bay hơi, ngưng tụ, lọcthấm qua mẫu, hồn tan chất phân tích, chảy tràn xuống bình chứa mẫu tuần hồntheo chu kỳ chiết. Các chất phân tích trong mẫu sẽ được chiết sang pha hữu cơ, dịch chiết được làm sạch qua các phân đoạn, sau đó bay hơi dung mơi đến thể tích định mức và định lượng bằng phương pháp phântích phù hợp.
Chiết siêu âm: Mẫu được cân vào ống thủy tinh sau đó thêm dung mơi n- hexan/axeton(1:1) đặt vào bể siêu âm, sau đó chuyển qua máy lắc để chiết hoàn
dịch chiết đến khoảng 5ml, làm sạch rồi rửa giải PCBs bằng n-hexan, cô quay dịch rửa giải, định mức và tiến hành phân tích bằng GC-MS.
b. Đối với mẫu dầu biến thế
Để tách được PCBs ra khỏi dầu biến thế là rất khó khăn do tính chất vật lý và hóa học giữa chúng có những điểm giống nhau. Mẫu dầu biến thế cân chính xác, vào ống nghiệm rồi cho n-hexan, thêm axit H2SO4 đặc, lắc mạnh đến khi pha axit chuyển màu, tiếp tục đến khi pha axit không màu, rồi rửa bằng nước để loại axit, sau đó làm sạch bằng cột florisil, cơ mẫu rồi phân tích.
2.3.8. Phân tích định lượng
Cơ sở cần thiết để đánh giá định lượng là các cấu tử cần phải tách khỏi nhauhồn tồn mà khơng có pic này chồng lên pic khác. Việc nhận biết các cấu tửcần phải được xác định trên cơ sở đó tra cứu những hệ số hiệu chỉnh tương ứng từ các dữ liệu tham khảo. Trước khi thực hiện phân tích định lượng cần kiểm tra các điều kiện sau:
- Độ phân giải của cột mao quản đối với 6-PCBs: phân tách hoàn toàn.
- Độ lệch của hệ số đáp ứng tương quan của các chất chuẩn trong đường chuẩn ban đầu không lệch quá ±15%.
- Độ lệch của hệ số đáp ứng tương quan các chất chuẩn trong dung dịch kiểm tra đường chuẩn so với đường chuẩn ban đầu không lệch quá ±30%.
2.4. Tiến hành thực nghiệm
2.4.1. Thí nghiệm tìm điều kiện tối ưu phân tích 6 PCBs bằng GC-MS
- Khảo sát tìm các điều kiện tối ưu cho nhóm PCBs: Từ hỗn hợp dung dịch chuẩn 6-PCBs nồng độ 10mg/L pha lỗng qua nấc 1mg/L, tới 200µg/L bằng xylanh, dùng nồng độ 200µg/L này để khảo sát, mỗi lần khảo sát tiến hành tiêm mẫu lặp lại 3 lần, lấy kết quả trung bình để tính tốn kết quả.
- Thời gian lưu của các cấu tử
- Nhiệt độ bộ phận ghép nối giữa GC và MS.
2.4.2. Thí nghiệm tìm điều kiện xử lý mẫu 2.4.2.1. Đối với mẫu đất 2.4.2.1. Đối với mẫu đất
Chọn mẫu nền mẫu đất (mẫu giả - khơng có PCBs), thêm chuẩn vào 10g mẫu đất, rồi tiến hành thử nghiệm trên 2 kỹ thuật chiết.
a) Chiết soxhlet
Khảo sát hiệu suất thu hồi bằng thử nghiệm chiết bằng dung môi toluene và n-heaxan.
b) Chiết hỗ trợ bằng sóng siêu âm
Khảo sát hiệu suất thu hồi bằng chiết với dung môi axetone/n-hexane (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14), axetone/metylendiclorua (1:1, v/v CH3COCH3/CH2Cl2) và n-hexane (C6H14).
c) Làm sạch, làm giàu, giải hấp
- Dịch chiết được làm sạch bằng axit H2SO4, phoi đồng đã được hoạt hóa. - Khảo sát khối lượng florisil nhồi vào cột hấp phụ với khối lượng lần lượt là
4g, 6g, 8g, 10g,12g.
- Khảo sát thể tích dung mơi n-hexan rửa giải qua cột với phân đoạn: 0-35ml, 35- 45 ml, 45-60ml.
2.4.2.2. Đối với mẫu dầu biến thế
Lấy mẫu dầu biến thế khơng có PCBs (cam kết từ nhà sản xuất và được sản suất 2010), thêm dung chuẩn 6 cấu tử PCBs vào, tiến hành làm thực nghiệm
- Khảo sát thể tích dung mơi n- hexan chiết lỏng – lỏng: 2ml; 3ml; 4ml; 5ml, 6ml để tìm hiệu suất chiết triệt để.
- Khảo sát thể tích dung mơi n-hexan để rửa giải PCBs qua cột florisil thương mại mua sẵn qua các phân đoạn: 0-2ml,2ml - 4ml; 4 - 6ml.
2.5. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm
Kết quả thu được tính tốn từ phần mềm Chemstation cài đặt sẵn kết nối với thiết bị, số liệu tính tốn vẽ đồ thị trên Excel và Origin.
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Tối ưu hóa các điều kiệnphân tích PCBs bằng GC-MS 3.1. Tối ưu hóa các điều kiệnphân tích PCBs bằng GC-MS
3.1.1. Lựa chọn các thông số của thiết bị GC-MS
Theo các tài liệu tham khảo [4],[6],[7][10],[24]và điều kiện sẵn có của Phịng thí nghiệm, luận văn tiến hành chọn lựa một số thông số:
- Cột tách DB5-MS của hãng Agilent (0,25 mm x 0,25 µm x 30 m).
- Thể tích mẫu phân tích 2µl, chế độ khơng chia dòng, tiêm mẫu bằng taytheokỹ thuật tiêm kim nóng.
- Nhiệt độ cổng bơm mẫu 2800C
- Một số các thông số như nhiệt độ nguồn ion hóa 2300C; nhiệt độ tứ cực 1500C, năng lượng ion hóa Ei 0,7 eV; thời gian ngắt dung môi 7 phút; chế độ TIC: Quét ion trong khoảng m/z từ 150 đến 600 amu; chế độ SIM và SCAN.
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khí mang Heli tới thời gian lưu, diện tích pic pic
Tốc độ khí mang là đại lượng ảnh hưởng đến độ phân giải của chất phân tích theo phương trình Van-Deemter. Sự thay đổi tốc độ dòng sẽ làm thay đổi áp suất, thời gian lưu và diện tích pic. Luận văn đã tiến hành khảo sát tốc độ khí mang Heli (99,999%) ảnh hưởng đến thời gian lưu và diện tích pic ở các mức 0,6ml/phút, 0,8 ml/phút; 1,0 ml/phút; 1,2 ml/phút.
Qua khảo sát, kết qu khí mang Heli thì diện tích từng cấu tử PCB giảm đi
nghiên cứu do tại vận tốc này cho di
Hình 3.2. Ảnh hưởng của tốc độ khí mang Heli t
3.1.3. Khảo sát nhi (interface) tới độ nhạy
Bộ phận ghép nối gi ký dẫn trực tiếp đến nguồ nhạy vàthời lưu của hợp kết nối GC-MS ở các mứ
t quả biểu thị tại hình 3.1; 3.2 thấy rằng khi tăng d n tích pic khơng có sự chênh lệch nhiều và th m đi. Chúng tơi chọn tốc độ khí mang1,0 ml/phút đ
c này cho diện tích pic lớn nhất.
ởng của tốc độ khí mang Heli tới thời gian lưu c
o sát nhiệt độ của bộ phận ghép giữa máy sắc ký
i giữa GC và MS là nơi hợp chất ở pha khí ra kh ồn ion. Do vậy nhiệt độ của bộ phận này ảnh hư chất. Chúng tôi đã tiến hành khảo sát nhiệt đ ức 240oC, 260 oC và 280 oC.
ng khi tăng dần tốc độ thời gian lưu của 0 ml/phút để tiến hành
ưu của các cấu tử
c ký và khối phổ
pha khí ra khỏi máy sắc nh hưởng đến độ t độ của bộ phận
Kết quả khảo sát cho thấy rằng, khi thay đổi nhiệt độ bộ phận kết nối GC/MS, thời gian lưu hầu như khơng thay đổi, nhưng diện tích pic thu được lại cao đồng đều tại nhiệt độ 2600C so với 2 nhiệt độ còn lại vàsắc ký đồ cho thấy các chất vẫn tách nhau rất rõ ràng (xem Hình 3.4). Do đó chúng tơi lựa chọn nhiệt độ bộ phận kết nối là 2600C cho những nghiên cứu tiếp theo vì tại nhiệt độ này cho độ nhạy cao nhất thông qua kết quả diện tích pic thu được lớn nhất.
Hình 3.4. Sắc ký đồ khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ bộ phận ghép nối GC-MS
3.1.4. Lựa chọn chương trình nhiệt độ
Chương trình nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp sự tách nhau của các pic và tới thời gian phân tích mẫu. Nếu nhiệt độ được chọn quá thấp, những pic hòa tan đầu tiên sẽ có khoảng cách rất gần nhau, trong khi đó các cấu tử bị lưu giữ mạnh sẽ có các pic bị doãng rộng và nằm thấp Ngược lại nếu thực hiện việc tách ở nhiệt độ cao thì các cấu tử có điểm sơi cao sẽ rửa giải nhanh và có độ phân giải tốt, nhưng các cấu tử có điểm sơi thấp thì bị tách chậm và có độ phân giải kém, thậm chí nhiều pic bị chập lên nhau. Do vậy chọn chương trình hóa nhiệt độ, ở đây nhiệt độ của cột trong lò được tăng dần và giữa để đảm bảo tách tốt giữa các chất.
Bảng 3.1. Chương trình nhiệt độ lị
TT Nhiệt độ lò GC (0C)
Tốc độgia nhiệt (0C/phút)
Thời gian duy trì (phút) 1. 50 0 3 2. 100 4 2 3. 240 20 5 4. 300 20 5 Tổng thời gian ( phút ) 37.5
Với chương trình nhiệt độ xây dựng trên, ta thu được các pic tách nhau rõ ràng, có thời gian giữ nhiệt độ cuối 300oC ở 5 phút để đẩy hết các chất cịn lại ra khỏi cột khơng làm ảnh hưởng đến sắc ký đồ của mẫu tiêm sau. Thời gian lưu thu được chỉ ra ở bảng 3.2
3.1.5. Chế độ chạy chọn lọc ion (Selected Ion Monitoring-SIM)
Sau khi lựa chọn tối ưu các điều kiện phân tích sắc kí, mẫu nghiên cứu được bơm vào thiết bị theo các điều kiện trên. Các mảnh ion đặc trưng được lựa chọn trên cơ sở tham khảo thư viện phổ cấu trúc và phân tích hỗn hợp chuẩn PCBs hữu cơ ở chế độ SCAN, sau đó chọn ra được một số mảnh phổ có tính chất đặc trưng, mảnh phổ có tín hiệu lớn nhất; các mảnh phổ này dùng để phân tích chế độ SIM nhằm tăng độ nhạy và chọn lọc của phép phân tích. SIM là chế độ quét chọn lọc ion dùng để định lượng. Trong chế độ SIM, detector khối phổ chỉ ghi nhận tín hiệu một số mảnh ion đặc trưng cho chất cần xác định. Từ chế độ phân tích SCAN, chúng tơi đã xác định được các mảnh phổ cần phân tích, mảnh có độ nhạy cao hơn và ổn định hơn được chọn để định lượng cho hợp chất đó và 2 mảnh thấp hơn để đối chiếu. Tỷ lệ các mảnh phổ được chỉ ra trong Bảng 3.2, các thơng số tối ưu cho q trình chạy sắc ký được đưa ra trong Bảng 3.3
Bảng 3.2. Thời gian lưu của chất phân tích Chất phân Chất phân tích Mảnh định lượng (m/z) Mảnh đối chiếu (reference)
Thời gian lưu tR (phút) PCB 28 258 256; 260 16,753 PCB 52 292 290; 294 17,434 PCB 101 326 324; 328 19,105 PCB 138 360 358; 362 20,689 PCB 153 360 358; 362 21,188 PCB 180 396 394; 398 22,398
Bảng 3.3. Tổng hợp các điều kiện định lượng PCBs trên GC-MS.
TT Thông số Giá trị tối ưu cho GC/MS
1 Nhiệt độ nguồn ion hóa 2300C
2 Nhiệt độ bộ phận ghép nối (interface) 2600C
3 Nhiệt độ detector 2000C
4 Nhiệt độ cổng bơm mẫu 2500C
5 Thể tích mẫu phân tích 2 µl
6 Chế độ bơm mẫu Khơng chia dịng
7 Khí mang Heli (99,999)
8 Cột tách DB5-MS
9 Tốc độ khí mang (chế độ đẳng dòng) 1 ml/phút
10 Chế độ chạy GC SCAN và SIM
11 Điện thế detector 0,84 kV
12 Áp suất đầu cột 71 kPa
3.2. Xây dựng đường chuẩn và đánh giá phương pháp
3.2.1. Khảo sát để xây dựng đường chuẩn
Thực hiện thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của diện tích pic sắc ký vào nồng độ của các hợp chất PCBs để tìm giới hạn tuyến tính và lập đường chuẩn. Từ dung dịch chuẩn hỗn hợp gốc 10 mg/L pha thành dung dịch chuẩn trung gian 1 mg/L, pha 1 dãy các dung dịch chuẩn có nồng độ từ 1àg/L ữ 1000 àg/L. Cỏc dung dch chun được pha trong n-hexan. Sắc ký đồ của nồng độ 1µg/L cho tín hiệu không khác đường nền cịn với nồng độ 5µg/L thì tín hiệu của một số cấu tử có phát hiện nhưng không rõ ràng và khi tiêm lặp lại không ổn định.
Bảng 3.4. Sự phụ thuộc diện tích pic vào nồng độ các cấu tử Chất phân Chất phân tích Nồng độ (µg/L) 10 20 50 100 200 500 PCB 28 5137 9632 26617 60931 151891 390994 PCB 52 4487 7680 20393 44245 99356 296314 PCB 101 4091 7047 18990 46489 89944 241063