Các thơng số Các thí nghiệm Mục đích cần đạt được
Xây dựng đường chuẩn
Phân tích các dung dịch chuẩn có nồng độ tăng dần Xây dựng đường chuẩn của các hợp chất có hệ số tương quan 0,99≤ R2 ≤ 1 Giới hạn phát hiện và giới hạn
Phân tích mẫu tro sạch sạch thêm chuẩn nồng độ thấp, lặp lại 6 lần. Hàm
Xác định được giá trị MDL và MQL của các
định lượng của phương pháp (MDL, MQL)
lượng DCB thêm chuẩn là 1 ng/g và 1,2,4-TCB; 1,2,3,4-TeCB; 1,2,4,5- TeCB; PeCB, HCB là 0,5 ng/g hợp chất nghiên cứu trong nền mẫu rắn. Độ chính xác của phương pháp
Phân tích các mẫu mơi trường thêm chuẩn ở 3 mức nồng độ (mẫu được lặp lại 5 lần) thêm chuẩn đồng hành vào mẫu môi trường trước khi chiết mẫu
Độ lệch chuẩn lặp lại, độ thu hồi phải đạt ở mức tin cậy cho phép theo yêu cầu của tiêu chuẩn gốc và AOAC Ước lượng độ
không đảm bảo đo
Phân tích lặp lại mẫu tro sạch thêm chuẩn (Mẫu QC), mẫu thêm chuẩn và mẫu lặp các mẫu môi trường
ĐKĐBĐ mở rộng
2.4.3.1. Xây dựng đường chuẩn
Từ kết quả xác định giới hạn định lượng của thiết bị GC/ECD và GC-MS, tiến hành lập đường chuẩn với nồng độ hỗn hợp chuẩn CBz từ với các nồng độ là của 1,2/1,3-DCB là 1; 2; 10, 50, 100, 200, 400 ppb và các chất còn lại là 1, 2,5, 5, 25, 50, 100, 200 ppb, sử dụng chất nội chuẩn là Pentaclonitrobenzen (PeCNB). PeCNB có cấu trúc hóa học tương tự CBz với một gốc - NO2 thêm vào vòng benzen. Bổ sung thêm chất chuẩn đồng hành CB 209 với nồng độ 10ng/g.
Chất chuẩn đồng hành CB 209 và nội chuẩn PeCNB được thêm vào ngay trong quá trình xử lý mẫu và đo mẫu, do chúng đảm bảo các điều kiện: tính chất giống chất phân tích, khơng hoặc hiếm khi có mặt trong nền mẫu phân tích, tín hiệu khơng ảnh hưởng đến tín hiệu chất phân tích, nhằm kiểm sốt sự mất mẫu trong q trình xử lí và đo mẫu. Đo và dựng đường chuẩn nội bằng phần mềm excel. Đường chuẩn được chấp nhận với r2 ≥ 0,99.
2.4.3.2. Đánh giá giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng
Giới hạn phát hiện của phương pháp (MDL): được định nghĩa là giới hạn
nhỏ nhất của chất phân tích trong mẫu thực mà phương pháp có thể xác định định lượng được. Trong phương pháp phân tích này, MDL có đơn vị là nanogam chất phân tích (ở đây là các CBz) trên 1g mẫu chất thải công nghiệp đối với các mẫu rắn, và quy về điều kiện chuẩn 25 0C, 750 mmHg, khí khơ đối với các mẫu khí.
Để xác định MDL của các CBz đối với mẫu rắn và mẫu khí, nghiên cứu đã chuẩn bị nền mẫu giả là mẫu bụi lọc (tro bay) được thêm chất chuẩn ở mức tương ứng với 5 lần MDL ước tính (1 ng đối với 1,2 – DCB, 1,3 – DCB và 0,5 ng cho các chất cịn lại rồi tiến hành phân tích theo qui trình tối ưu đã chọn. MDL được xác định theo S/N = 3
2.4.3.3. Xác định độ chính xác của phương pháp: Hiệu suất thu hồi và độ chính xác
tương đối được đánh giá dựa trên phân tích các mẫu nền thêm chuẩn ở 3 mức nồng độ (mẫu được lặp lại 6 lần). Mẫu lặp chuẩn bị như sau: 10g mẫu môi trường được thêm dung dịch chuẩn CBz nồng độ 2 ng/g; 10 ng/g và 40 ng/g đối với 1,2 –DCB; 1,3-DCB và 1 ng/g; 5 ng/g và 10 ng/g đối với các CBz còn lại. Tất cả các mẫu được phân tích theo đúng qui trình phân tích tối ưu, rồi bơm lên máy GC/ECD. Hiệu suất thu hồi của CBz được tính tốn dựa trên tỉ lệ phần trăm giữa nồng độ thực của CBz và nồng độ CBz đã chuẩn bị ban đầu. Độ chính xác tương đối của q trình phân tích được xác định dựa trên hệ số biến thiên % CV. Giá trị % CV được tính tốn bằng tỉ lệ phần trăm giữa độ lệch chuẩn tương đối và nồng độ thực của mẫu. Để đảm bảo yêu cầu phân tích thì giá trị này phải nhỏ hơn 20%.
2.4.4. Phân tích mẫu
Xử lý mẫu rắn : Mẫu rắn gồm: tro bay, tro đáy, nguyên liệu đầu vào: đất, than..,
nguyên liệu đầu ra: thành phẩm gạch tuynel, xi măng, được bảo quản trong tủ lạnh sâu ở nhiệt độ -20 oC. Khi phân tích, mẫu được lấy ra khỏi tủ lạnh, để cân bằng nhiệt qua đêm về nhiệt độ phòng. Lấy khoảng 100 g mẫu ướt dàn mỏng lên mảnh phoi nhơm kích thước 20 cm × 20 cm, để khơ đến khối lượng khơng đổi ở nhiệt độ phịng và tránh ánh sáng (sau khoảng 2 tuần). Có thể sấy mẫu đến khối lượng khơng đổi trong tủ sấy ở nhiệt độ 40 đến 50 oC. Khi mẫu đã khô kiệt, dùng chày và cối sứ nghiền nhỏ và rây qua sàng cỡ 0,5 mm.
Chiết mẫu: Cân chính xác khoảng 10 g mẫu khơ (± 0,01 mg) trong bình nón
250 mL, trộn đều với 10 g Na2SO4 khan, thêm 10 µL chuẩn đồng hành CB nồng độ 10 ng/g cho tính tốn hiệu suất thu hồi. Thêm hệ dung môi chiết lựa chọn, nút kín, lắc nhẹ, lắc trên máy lắc rung cơ học, thời gian chiết 12 - 15 giờ và tốc độ chiết 150 vòng/phút. Sau khi chiết, dịch chiết được lọc gạn qua phễu có chứa 2 g Na2SO4 để loại nước vào bình quả lê 250 mL. Dịch chiết trong bình quả lê được chuyển sang cơ cất quay tại điều kiện:
Áp suất P = 700mbar - 350mbar Tốc độ quay V = 30 vòng/phút
Loại trừ các yếu tố ảnh hưởng
Loại lưu huỳnh bằng phoi đồng hoạt hóa: Chuyển phần dịch chiết vào bình cầu
250 mL và cơ quay chân khơng về thể tích khoảng 3 – 5 mL, cho phoi đồng hoạt hóa, lắc nhẹ và để yên trong 3 phút. Nếu phoi đồng chuyển thành màu đen thì thêm tiếp đến khi phoi đồng không bị đen. Loại chất màu và các hợp chất vơ cơ bằng axít sunfuric đặc bằng cách: thêm 1 mL axit H2SO4 vào dịch chiết trong ống nghiệm,sau đó đem rung trên máy Vortex mixer và để yên phân tách pha trong 5 phút, nếu sau 5 phút vẫn chưa phân tách pha thì sử dụng máy ly tâm để phân tách pha. Sử dụng pipet paster để hút phần dịch chiết có chứa CBz ở trên và loại bỏ phần chứa H2SO4 ở dưới. Lặp lại quy trình tới khi màu dịch chiết thu được không đổi.
Làm sạch mẫu bằng silicagel: silicagel có tác dụng loại trừ được các hợp chất
phân cực, kết hợp với than hoạt tính có khả năng lọc và loại mầu mẫu. Chuẩn bị cột thủy tinh kích thước 30 cm × 2,2 cm , mỗi cột được nhồi silicagel và than hoạt tính tỉ lệ 9: 1 về khối lượng (than hoạt tính đều được hoạt hóa tại 450 °C trong 8 giờ trước khi sử dụng), 2 g natri sunfat khan; 4 g silicagel + than hoạt tính bằng kĩ thuật nhồi cột ướt, hoạt hóa cột bằng dung mơi rửa giải thích hợp. Chuyển mẫu lên cột, cho chảy từ từ đến sát bề mặt chất hấp phụ, tráng bình cầu bằng khoảng 10 mL hecxan rồi chuyển phần dịch tráng lên cột, cho chảy từ từ đến sát bề mặt chất hấp phụ. Rửa giải các CBz bằng dung môi lựa chọn. Dịch chiết được hứng vào các bình cầu riêng biệt, cô quay chân không rồi cơ dưới dịng khí nitơ trong ống nghiệm chia vạch đến thể tích 5 mL và được chuyển vào ống nghiệm chia vạch có thể tích 10 mL, sau đó được làm giàu bằng phương pháp cô đuổi nitơ về 0,5 - 1 mL. Thêm 10 µL chất nội chuẩn PeCNB (Pentaclonitrobenzen) nồng độ 10 ng/g và định mức đến 1 mL bằng hecxan.
2.4.5. Tính tốn kết quả phân tích
a) Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng
Khi tiến hành thực nghiệm, MDL ước lượng dựa trên giá trị LOD của thiết bị [61,91]. Sau đó chuẩn bị các mẫu thêm chuẩn có nồng độ thấp trong khoảng 5 - 7 lần MDL ước lượng rồi tiến hành đo lặp 5 lần ở điều kiện tối ưu đã chọn (phân tích song song). Tính tốn giá trị LOD theo cơng thức:
Trong đó: SD là độ lệch chuẩn được tính như sau: 1 - ) - ( ∑ 1 2 n X X SD n k tb k (2.4)
Để đảm bảo độ tin cậy của giá trị LOD, luận án đánh giá kết quả thu được thông qua hệ số R theo khuyến cáo của AOAC: R = Xtb/LODTN.
- Nếu 4 < R < 10 thì nồng độ dung dịch là phù hợp và LOD đáng tin cậy; - Nếu R= 4 thì phải dùng dung dịch thử đậm đặc hơn;
- Nếu R > 10 thì phải dùng dung dịch thử loãng hơn.
Dùng kết quả của (2.2) để tính LOQ: LOQ = 10*SD (2.5)
b) Tính tốn độ lệch chuẩn để đánh giá độ chụm của kết quả
𝐶𝑉 (%) = 𝑅𝑆𝐷 (%) = 𝑆𝐷
𝑋𝑡𝑏 (2.6) Với: SD là độ lệch chuẩn lặp lại, đơn vị: ng/g
CV% là hệ số biến thiên (CV%=RSD%), đơn vị: %
c) Tính tốn độ thu hồi để đánh giá độ đúng của kết quả của chất chuẩn phân tích, chuẩn đồng hành
𝐻(%) = 𝑁ồ𝑛𝑔 độ 𝑝ℎâ𝑛 𝑡í𝑐ℎ (à/)
ờ (à/)ì 100 (2.7)
Để đảm bảo yêu cầu phân tích, hiệu suất thu hồi này phải nằm trong khoảng từ 80 - 120%. Trong trường hợp mẫu có hiệu suất thu hồi của chuẩn đồng hành nằm ngoài khoảng trên, cần tiến hành xem xét tìm nguyên nhân để khác phục và tiến hành xử lý mẫu, phân tích lại mẫu đó nếu cần.
Mức chấp nhận có thể cho trong phương pháp thử đã lựa chọn, hoặc tham khảo mức chấp nhận cho bởi AOAC, RSD% không được lớn hơn giá trị cho trong bảng về độ lệch chuẩn ở các mức nồng độ khác nhau theo yêu cầu của AOAC [92]
d) Tính tốn hàm lượng của các chất phân tích trong mẫu khí
𝐶𝑛 =𝐶𝑒𝑥 𝑥 𝑉𝑒𝑥
𝑉𝑛 (2.8)
Cn: nồng độ CBz trong mẫu khí (pg/Nm3)
Cex: nồng độ CBz trong dịch mẫu bơm phân tích (pg/L)
Vex: thể tích dịch mẫu được định mức trước khi định lượng trên thiết bị sắc kí (L) Vn: thể tích mẫu đem chiết: mẫu khí (Nm3)
𝐶𝑛 =𝐶𝑒𝑥 𝑥 𝑉𝑒𝑥
𝑚 (2.9)
Trong đó:
Cs: hàm lượng CBz trong mẫu (pg/g)
Cex: nồng độ CBz trong dịch mẫu bơm phân tích (pg/L)
Vex: thể tích dịch mẫu được định mức trước khi định lượng trên thiết bị sắc kí (L) m: khối lượng mẫu đem chiết (g)
f) Xác định độ không đảm bảo đo trên các mẫu nồng độ khác nhau [93, 94]
Độ KĐBĐ trong phịng thí nghiệm (UC) được ước lượng từ 2 thành phần chính: - Ước lượng độ KĐBĐ từ khả năng tái lặp trong phịng thí nghiệm (URw) Sử dụng mẫu chuẩn từ dung dịch chuẩn (mẫu QC): Tiến hành phân tích
lặp lại tối thiểu 20 lần mẫu chuẩn (mẫu trầm tích sạch thêm chuẩn). Sau đó tính độ KĐBĐ của mẫu chuẩn theo công thức:
𝑈𝑅𝑤,𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟𝑑 = 𝑆𝐷
𝑇𝐵× 100 (2.10) Trong đó:
URw, standard: độ KĐBĐ của mẫu chuẩn SD: độ lệch chuẩn
TB: giá trị hàm lượng trung bình của mẫu chuẩn (ng/g).
Tiến hành phân tích tối thiểu 10 mẫu mơi trường với các nền mẫu khác
nhau, mỗi mẫu lặp lại 2 lần. Tính giá trị trung bình của mỗi mẫu, tính sai số thực nghiệm của các lần lặp lại của các mẫu, tính phần trăm sai khác (RPD). Sau đó tính độ KĐBĐ của mẫu môi trường theo công thức:
𝑈𝑟,𝑟𝑎𝑛𝑔𝑒 = 𝑇𝐵𝑅𝑃𝐷
1,128 (2.11)
Từ dữ liệu thực nghiệm của mẫu chuẩn và mẫu môi trường, ước lượng được độ KĐBĐ URW từ khả năng tái lặp của PTN theo công thức sau:
𝑈𝑅𝑤 = √𝑈𝑅𝑤,𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟𝑑2+ 𝑈𝑟,𝑟𝑎𝑛𝑔𝑒2 (2.12)
- Ước lượng độ KĐBĐ từ độ thu hồi thực nghiệm của phịng thí nghiệm
được xác định theo công thức:
𝑈𝑏𝑖𝑎𝑠 = √𝑅𝑀𝑆𝑏𝑖𝑎𝑠2+ 𝑈𝑎𝑑𝑑2 (2.13) Trong đó:
𝑅𝑀𝑆𝑏𝑖𝑎𝑠 = √∑(𝑏𝑖𝑎𝑠)2
𝑛𝜂 (2.14) Ubias: độ KĐBĐ từ sai số của phịng thí nghiệm
RMSbias: được tính tốn từ sai số trong phịng thí nghiệm thơng qua giá trị độ thu hồi của mẫu thêm chuẩn.
Uadd: sai số từ hóa chất, dụng cụ thủy tinh. Sai số này rất nhỏ so với giá trị của Ubias nên coi Uadd = 0
Bias: sai khác của độ thu hồi trung bình so với 100% nη: số cấp nồng độ thêm chuẩn
Độ khơng đảm bảo đo tổng hợp được tính theo cơng thức sau:
𝑈𝐶(%) = √𝑈𝑅𝑤2+ 𝑈𝐵𝑖𝑎𝑠2 (2.15)
Độ không đảm bảo đo mở rộng được tính theo cơng thức sau:
𝑈 (%) = 2. 𝑈𝐶 (2.16)
2.4.6. Phương pháp phân tích tỉ lệ đặc trưng đồng loại của hợp chất clobenzen
Các đồng loại clobenzen có đặc trưng là đều chứa nguyên tử clo ở các vị trí khác nhau trong cấu trúc phân tử. Mỗi mẫu phân tích đều xác định đồng thời 7 đồng loại hợp chất clobenzen. Nồng độ của mỗi chất trong các mẫu không giống nhau và có những đặc trưng riêng về sự phân bố trong 7 đồng loại. Trong nghiên cứu này, tỷ lệ % nồng độ tuyệt đối của từng đồng loại được tính tốn từ kết quả phân tích và đưa ra biểu đồ đặc trưng của từng đồng loại, sự đóng góp của từng cấu tử vào giá trị nồng độ tổng clobenzen (∑CBz). Tỷ lệ % nồng độ tuyệt đối của từng đồng loại được tính theo cơng thức sau:
% CBzi = 100% x 𝐶𝑖
∑ 𝐶71 𝑖 (2.10)
Trong đó: Ci: Hàm lượng của đồng loại CBz trong mẫu (ng/g hoặc ng/Nm3) ∑ 𝐶7 𝑖
1 : Tổng nồng độ của 7 chất CBz trong mẫu (ng/g hoặc ng/Nm3)
2.4.7. Tính tốn hệ số phát thải và lượng phát thải
Đặc tính và mức độ phát thải của các CBz được đánh giá thông qua việc tính tốn hệ số phát thải, hệ số càng cao thì mức độ phát thải của chất ơ nhiễm vào môi trường càng lớn. Hệ số phát thải của clobenzen từ một ngành cơng nghiệp được
tính bằng µg/tấn hoặc ng/tấn, là tỉ số giữa khối lượng chất ơ nhiễm đó được tạo
sản phẩm được tạo thành. Từ hệ số phát thải, đánh giá lượng phát thải hàng năm của các CBzs vào mơi trường. Từ đó, có những định hướng để kiểm sốt nguồn phát thải.
Hệ số phát thải của CBz được hình thành từ quá trình đốt cháy của các hoạt động công nghiệp trong nghiên cứu này có thể được tính theo cơng thức sau [65]:
Đối với mẫu khí: 𝐹𝐸 = 𝐶 𝐶𝐵𝑧𝑠×𝐹
𝑃𝑥1000 (2.11) Đối với mẫu rắn: 𝐹𝐸 = 𝐶 𝐶𝐵𝑧𝑠×𝑚𝑡ℎả𝑖
𝑚𝑛𝑔𝑢𝑦ê𝑛 𝑙𝑖ệ𝑢 (2.12) Trong đó:
FE – Hệ số phát thải của CBz (µg/tấn)
C CBz – Nồng độ CBz (ng/g) trong mẫu phân tích F: Lưu lượng khí thải (Nm3/giờ)
mthải – Khối lượng chất thải (tro hoặc xỉ thải) (kg) được tạo thành trong thời điểm khảo sát.
mnguyên liệu – khối lượng nguyên liệu đem đốt (tấn), m nguyên liệu được xác định theo công thức sau: 𝑚𝑛𝑔𝑢𝑦ê𝑛 𝑙𝑖ệ𝑢 = 𝑡đố𝑡× 𝑃𝑙ị
tđốt – thời gian lị hoạt động (giờ) trong thời điểm khảo sát. P lò – Cơng suất hoạt động lý thuyết của lị trong 1 giờ (tấn/giờ).
Từ kết quả tính tốn hệ số phát thải có thể tính tốn sơ bộ được lượng CBz có khả năng phát thải vào môi trường hàng năm dựa vào công thức:
Phát thải (CBz) = FE x mchất thải đốt (tấn/năm) (mg/năm) (2.13)
Trong đó: mchất thải đốt (tấn/năm) là sản lượng hay cơng suất công nghiệp (tấn/năm) 𝑭𝑬 CBz: Hệ số phát thải các CBz từ nguồn thải (mg CBz/tấn sản lượng)
2.4.8. Đánh giá mức độ phơi nhiễm CBz trên cơ thể người qua con đường hấp thụ bụi và tiếp xúc qua da
Theo cục bảo vệ mơi trường Mỹ (EPA), TDI được tính tốn dựa trên liều lượng ảnh hưởng thấp nhất được quan sát thấy (LOAEL - Lowest Observed Adverse Effect Level) chia cho hệ số không chắc chắn (uncertainty factor) 300. Mơ hình này cho rằng, sự sống trong khu vực bị ô nhiễm UPOPs sẽ dẫn đến phơi nhiễm những hợp chất hóa học này thơng qua con đường trực tiếp (hô hấp, hấp thụ qua da và hấp thụ bụi) hoặc con đường gián tiếp (tiêu thụ thực phẩm được chăn nuôi trong khu vực ô nhiễm như: trứng, sữa hoặc thịt của gia súc, gia cầm). Nouwen và cộng sự đã tính
tốn rằng sự phơi nhiễm qua con đường gián tiếp chiếm khoảng 95% và qua con đường trực tiếp chiếm khoảng 2% [95]. Trong luận án này, liều lượng hấp thụ của 7 CBz sẽ được tính tốn qua con đường trực tiếp và tổng lượng hấp thụ các hợp chất này vào cơ thể được suy ra từ kết quả của con đường trực tiếp có nhân thêm hệ số theo mơ hình tính tốn của Nouwen và cộng sự [95]. Sự hấp thụ CBz qua con đường trực tiếp được tính tốn dựa vào các cơng thức dưới đây: