35 Từ ion mẹ của kháng sinh khi bị bắn phá lần hai sẽ cho những ion con đặc trưng, các ion con này được sử dụng để phân tích định tính và định lượng chất đó. Các ion con của từng chất được xác định bằng cách đặt thông số của máy ở chế độ quét ion con (Scan Product), bắn phá ion mẹ với năng lượng va chạm CE là 10 V, sau đó quét phổ ion con.
Tối ưu hóa năng lượng phân mảnh F và năng lượng va chạm CE
Khi tối ưu hố các điều kiện MS, có 2 thơng số đặc biệt quan trọng là năng lượng phân mảnh (Fragmentor) và năng lượng va chạm (Collision Energy), ký hiệu là năng lượng F và năng lượng CE. Năng lượng F là điện áp tối ưu đặt vào buồng va chạm khi các ion đi qua tứ cực thứ nhất (MS1) để tạo ra được Ion mẹ (Precursor Ion) tức là mảnh ion chính lớn nhất. Năng lượng CE là điện áp tối ưu đặt vào buồng va chạm khi các ion mẹ đi qua tứ cực thứ 2 (MS2) để tạo ra các ion con (Product Ion). Như vậy năng lượng phân mảnh F và năng lượng va chạm CE ảnh hưởng trực tiếp tới cường độ tín hiệu thu nhận.
Hình 2. 3. Sự ảnh hưởng của F(a) và CE (b) lên tín hiệu ion hóa CBM
Để xác định được F và CE tối ưu đối với mỗi chất, giá trị của chúng được thay đổi trong quá trình thực hiện ion hóa để tìm ra giá trị cho tín hiệu diện tích peak cực đại: ở mỗi bước ion hóa F được thay đổi trong phạm vi (60 ÷ 140) V với bước nhảy 10 V, còn CE thay đổi trong khoảng (5 ÷ 20) V với bước nhảy 5 V, kết quả tín hiệu
36 thu được (A) sẽ là một hàm số phụ thuộc vào F và CE. Sau đó tín hiệu cực đại sẽ được nội suy từ việc phân tích tương quan đa biến bậc ba đã xây dựng được.
𝐴(𝑑𝑖ệ𝑛 𝑡í𝑐ℎ) = 𝑎. 𝐹3+ 𝑏. 𝐹2+ 𝑐. 𝐹 + 𝑑. 𝐹. 𝐶𝐸 + 𝑒. 𝐶𝐸3+ 𝑓. 𝐶𝐸2+ 𝑔. 𝐶𝐸 + ℎ
Các giá trị F và CE tối ưu tìm được đối với từng chất sẽ được sử dụng trong các quá trình tối ưu tiếp theo cũng như việc phân tích mẫu thực.
b. Tối ưu các điều kiện khác của khối phổ MS
Bên cạnh việc tối ưu hóa năng lượng phân mảnh F và năng lượng bắn phá CE thì các điều kiện khác có thể ảnh hưởng đến cường độ tín hiệu cũng được khảo sát như: nhiệt độ khí mang (gas temperature), tốc độ dịng khí mang (gas flow) và điện thế ion hóa (spray voltage) cũng được khảo sát.
c. Tối ưu hóa điều kiện sắc ký
- Lựa chọn cột phân tách và hệ pha động
Nghiên cứu khảo sát với hai loại cột tách là cột Eclipse Plus C18 (4,6×100mm) của Agilent và cột BEH C18 (2.1x×100mm) của Waters. Nghiên cứu tiến hành khảo sát với hệ pha động gồm kênh A là dung dịch axit formic 0,1% và kênh B là methanol (MeOH) với các tỉ lệ A:B khác nhau. Nghiên cứu thực hiện các thí nghiệm khác nhau với các gradient pha động khác nhau, đánh giá cường độ tín hiệu các peak thu được. Từ đó lựa chọn được cột và pha động tối ưu cho các hợp chất cần phân tích.
- Tốc độ dịng, thể tích mẫu nạp vào cột
Tốc độ dịng và thể tích mẫu được nạp vào cột đều có ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình tách sắc ký. Nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm nhằm lựa chọn giá trị tối ưu cho các thơng số này. Các thí nghiệm được thực hiện với tốc độ dịng thay đổi từ 0,075 mL/phút đến 0,15 mL/phút; thể tích mẫu nạp cột thay đổi từ 1µL đến 10 µL.
2.2.1.2. Thẩm định phương pháp phân tích
Thẩm định phương pháp là sự khẳng định bằng việc kiểm tra và cung cấp bằng chứng khách quan chứng minh rằng một phương pháp phân tích định lượng đáp ứng được các yêu cầu đặt ra. Kết quả của thẩm định phương pháp được sử dụng để đánh giá chất lượng, độ tin cậy của kết quả phân tích. Đặc biệt, đối với các phương pháp khơng phải là phương pháp tiêu chuẩn hay phương pháp nội bộ (là các phương pháp do phòng thử nghiệm tự xây dựng, phương pháp theo hướng dẫn của nhà sản xuất
37 thiết bị, hoặc các phương pháp theo các tạp chí, tài liệu chuyên ngành...) việc thẩm định phải trải qua nhiều bước hơn bắt đầu từ quá trình nghiên cứu khảo sát phương pháp, tối ưu hóa phương pháp đến khi hồn thiện phương pháp
Trong nghiên cứu này, các độ tin cậy của kết quả phân tích định lượng được đánh giá bằng các giá trị thống kê bao gồm lệch chuẩn tương đối (RSD), độ thu hồi, ảnh hưởng của chất nền, giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) và khoảng tuyến tính của phương pháp.
Độ lệch chuẩn SD và độ lệch chuẩn tương đối RSD hay hệ số biến thiên CV được xác định theo các công thức sau [81]:
𝑺𝑫 = √∑(𝒙𝒊−𝒙)𝟐 𝒏−𝟏 (2.1) 𝑹𝑺𝑫% = 𝑪𝑽% = 𝑺𝑫 𝒙 × 𝟏𝟎𝟎 (2.2) Trong đó: SD: độ lệch chuẩn n: số lần thí nghiệm
xi: Giá trị tính được của lần thử nghiệm thứ “i”
𝑥: Giá trị trung bình của các lần thử nghiệm
RSD%: Độ lệch chuẩn tương đối CV%: Hệ số biến thiên
Việc xác định độ đúng được thực hiện thông qua xác định độ thu hồi của phương pháp [81]. Thêm một lượng chất chuẩn xác định vào mẫu trắng, phân tích các mẫu thêm chuẩn đó, làm lặp lại 4 lần, độ thu hồi được tính theo cơng thức sau:
𝑅% = 𝐶𝑡𝑡
𝐶𝑐 × 100 (2.3)
Trong đó:
R%: Độ thu hồi, %
Cc: Nồng độ chuẩn thêm (lý thuyết)
Ctt: Nồng độ chất phân tích trong mẫu trắng thêm chuẩn
Sau đó tính độ thu hồi chung là trung bình của độ thu hồi các lần làm lặp lại Giới hạn phát hiện của phương pháp (Limit of Detection – LOD) là nồng độ mà tại đó giá trị xác định được lớn hơn độ khơng đảm bảo đo của phương pháp. Đây là
38 nồng độ thấp nhất của chất phân tích trong mẫu có thể phát hiện được. Có nhiều cách xác định LOD khác nhau tùy thuộc vào phương pháp áp dụng, các cách tiếp cận có thể chấp nhận được bao gồm dựa trên độ lệch chuẩn của mẫu trắng, tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu và dựa trên đường chuẩn. Ở nghiên cứu này, tác giả sử dụng phương pháp tính tốn LOD dựa trên đường chuẩn [82] theo cơng thức:
𝐿𝑂𝐷 =3,3×𝑆𝑏
𝑎 (𝑝𝑝𝑏) (2.4)
Trong đó: Sb: Độ lệch chuẩn của tín hiệu đường chuẩn a: Độ dốc của đường chuẩn
Giới hạn định lượng (Limit of Quantification – LOQ) là nồng độ tối thiểu của một chất có trong mẫu thử mà ta có thể định lượng bằng phương pháp khảo sát và cho kết quả có độ chụm mong muốn. Giống như LOD, có nhiều cách khác nhau để xác định LOQ phụ thuộc vào từng phương pháp cụ thể mà lựa chọn cho phù hợp. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp LOD dựa trên đường chuẩn, do đó LOQ cũng được tính tốn dựa trên đường chuẩn, theo cơng thức:
𝐿𝑂𝑄 = 10×𝑆𝑏
𝑎 (𝑝𝑝𝑏) (2.5)
2.2.2. Đánh giá ô nhiễm PPCPs trong nước và trầm tích sơng Cầu
2.2.2.1. Lấy mẫu
Quy trình lấy mẫu tuân thủ theo các tiêu chuẩn lấy mẫu, bảo quản mẫu hiện hành bao gồm TCVN 6663-1:2011: Chất lượng nước – Lấy mẫu - Phần 1: Hướng dẫn thiết kế chương trình lấy mẫu và kỹ thuật lấy mẫu; TCVN 6663-3:2008: Phần 3: Hướng dẫn bảo quản và lưu giữ mẫu nước; TCVN 6663-6:2008: Phần 6: Hướng dẫn lấy mẫu nước sông và suối và TCVN 6663-15:2004: Phần 15: Hướng dẫn bảo quản mẫu và lưu giữ mẫu bùn và cặn trầm tích.
Các dụng cụ lấy và đựng mẫu được tráng rửa bằng methanol tiếp theo là nước siêu sạch (Milli Q water) để tránh ô nhiễm chéo giữa các mẫu khác nhau. Ngoài ra, để tránh các tác động như sự phát triển của các vi sinh vật, sự biến đổi cuả các tiền chất mẫu sau khi lấy sẽ được bảo quản lạnh mẫu ở nhiệt độ < 4 oC trong suốt thời gian vận chuyển đến phịng thí nghiệm.
Mẫu được lấy tại vị trí giữa dịng hoặc cách bờ tối thiểu 5m, để đảm bảo tính đặc trưng của trầm tích sơng. Với mẫu nước được thu thập bằng gàu múc. Mẫu trầm tích
39 mặt được lấy bằng gàu đáy, mẫu cột trầm tích được lấy bằng cách sử dụng dụng cụ lấy mẫu chuyên dụng gồm có: các ống nhựa acrylic có chiều dài 120cm, thanh địn ngang, các quả tạ gia lực, dây tời để kéo mẫu lên. Trầm tích lấy lên được chứa trong các ống nhựa, bịt kín hai đầu để tránh mất mẫu và xáo trộn mẫu. Mỗi cột trầm tích có chiều dài 30 cm được cắt thành các lát bằng dao inox, mỗi lát có chiều dày 5cm. Vì vậy, mỗi cột trầm tích sẽ có 6 mẫu trầm tích đại diện cho các độ sâu khác nhau. Tất cả các mẫu trầm tích được đựng trong các túi polypropylene (PP) riêng biệt, sau đó được bọc giấy bạc và bảo quản trong thùng lạnh trong suốt q trình vận chuyển về phịng thí nghiệm, và được xử lý trong vòng 24 giờ sau khi lấy mẫu.
Giai đoạn khảo sát sàng lọc (2015): bao gồm 8 điểm lấy mẫu (Hình 2.4 và Bảng 2.1) dọc Sông Cầu chảy từ Bắc Cạn qua Thái Nguyên, Bắc Ninh xuống Hải Dương. Tổng cộng có 24 mẫu nước và 10 mẫu trầm tích.
Giai đoạn đánh giá các PPCPs điển hình (2019-2020): Như đã đề cập ở Chương 1, PPCPs có nguồn gốc từ nước thải sinh hoạt và chăn nuôi. Đây là dạng các nguồn phân tán trong khu dân cư, theo kênh mương xả vào các nhánh sơng sau đó mới đổ ra sơng chính. Theo đó, vị trí lấy mẫu được lựa chọn dựa trên nguyên tắc là đánh giá sự ảnh hưởng từ các dịng thải từ các khu đơ thị, các dịng nhánh đổ vào dịng chính dọc theo sơng đến nồng độ PPCPs trong nước và trầm tích. Do đó các điểm lấy mẫu bao gồm điểm trước và sau hợp lưu với nhánh, bao gồm cả các vị trí có trạm xử lý nước thải. Tổng số mẫu bao gồm 22 mẫu nước và 5 mẫu trầm tích. Vị trí và đặc điểm các điểm lấy mẫu được trình bày trong Bảng 2.1, Hình 2.4 và 2.5.
40 Bảng 2. 1. Các vị trí lấy mẫu dọc sơng Cầu
TT Kí hiệu Tọa độ vị trí lấy mẫu Vị trí lấy mẫu Thời gian Mơ tả vị trí 1 CR-R1 105° 51'53.62" 22° 9'15.59" Bắc Cạn 2015
Điểm đầu sông Cầu thuộc thành phố Bắc Cạn
2 CR-R2 105° 52'26.67" 22° 3'39.52"
Thác
Giềng 2015 Sau khi qua Thành phố Bắc Cạn 3 CR-R3* 105047’38.3”
21052’08.0" Chợ mới 2015 Điểm chảy vào Tỉnh Thái Nguyên 4 M1* 21°38'40.9"N 105°48'21.9"E Sông Cầu 2019- 2020
Điểm đầu của sông Cầu đi vào thành phố Thái Nguyên. Trước điểm hợp lưu với Sơng Đu khoảng 300m về phía thượng lưu
5 M2 21°38’25.0N
105°47’35.7E Sông Đu
2019- 2020
Trước điểm hợp lưu với sông Cầu khoảng 1140m 6 M3 21°37'50.3"N 105°48'21.5"E Sông Cầu 2019- 2020
Sau điểm hợp lưu với sông Đu khoảng 500m về phía hạ lưu
7 M4 21°36'16.2"N 105°50'00.8"E Sông Cầu 2019- 2020
Trước điểm xả của suối Mỏ Bạch vào sông Cầu khoảng 430m về phía thượng lưu
8 M5 21°36'03.0"N 105°49'54.4"E Suối Mỏ Bạch 2019- 2020
Trước điểm hợp lưu với sông Cầu khoảng 170m 9 CR-R4/ M6* 21°35'57.2"N 105°50'08.3"E Cầu Gia Bảy 2019- 2020
Sau điểm hợp lưu của suối Mỏ Bạch với sơng Cầu khoảng 280m về phía hạ lưu
10 M7 21°36'17.1"N 105°50'41.9"E Sông Cầu 2019- 2020
Trước điểm hợp lưu của suối Linh Nham với sông Cầu tại Bến Oánh khoảng 920m về phía thượng lưu
11 M8 21°36'35.7"N 105°51'21.9"E Suối Linh Nham 2019- 2020
Trước điểm hợp lưu với sông Cầu khoảng 520m 12 M9 21°36'10.1"N 105°51'24.7"E Sông Cầu 2019- 2020
Sau điểm hợp lưu của suối Linh Nham với sơng Cầu khoảng 600m về phía hạ lưu
13 M10 21°35'02.4"N 105°51'56.0"E Sông Cầu 2019- 2020
Trước điểm hợp lưu của suối Xương Rồng với sơng Cầu khoảng 650m về phía thượng lưu
14 M11 21°34'46.7"N 105°51'31.9"E Suối Xương Rồng 2019- 2020
Trước điểm hợp lưu với sông Cầu khoảng 180m, sau điểm xả của nhà máy nước thải thành phố Thái Nguyên khoảng 185m.
41 TT Kí hiệu Tọa độ vị trí lấy mẫu Vị trí lấy mẫu Thời gian Mơ tả vị trí 15 M12* 21°34'33.2"N 105°51'42.4"E Sơng Cầu 2019- 2020
Sau điểm hợp lưu của suối Xương Rồng với sông Cầu khoảng 480m
16 M13 21°34'06.4"N 105°51'55.2"E Suối Lồng 2019- 2020
Trước điểm hợp lưu với sơng Cầu khoảng 120m 17 M14* 21°34'24.7"N 105°52'43.1"E Sông Cầu 2019- 2020
Tại đập Thác Huống, sau điểm hợp lưu của sông Bạch Giương và sơng Cầu khoảng 270m về phía hạ lưu 18 M15 21°34'33.0"N 105°52'47.3"E Sông Bạch Giương 2019- 2020
Trước điểm hợp lưu với sông Cầu khoảng 420m 19 M16 21°33'27.5"N 105°53'03.4"E Suối Cam Giá 2019- 2020
Trước điểm hợp lưu với sông Cầu khoảng 1440m 20 M17 21°33'14.1"N 105°53'31.4"E Sông Cầu 2019- 2020
Sau điểm hợp lưu của sông Cầu với suối Cam Giá khoảng 200m về hạ lưu 21 M18 21°32'41.4"N 105°53'46.8"E Sông Cầu 2019- 2020
Trước điểm hợp lưu của suối Vó Ngựa với sơng Cầu khoảng 200m về thượng lưu 22 M19 21°32'31.8"N 105°53'43.5"E Suối Vó Ngựa 2019- 2020
Trước điểm hợp lưu với sông Cầu khoảng 120m 23 M20 21°32'30.1"N 105°53'46.9"E Sông Cầu 2019- 2020
Sau điểm hợp lưu của mương Hương Sơn với sông Cầu, khoảng 100m về hạ lưu 24 M21* 21°32'05.0"N 105°54'20.7"E Sông Cầu 2019- 2020
Điểm cuối sông Cầu thuộc địa phận thành phố Thái Nguyên
25 M22 21°35'02.7"N 105°51'20.2"E Suối Xương Rồng 2019- 2020
Mẫu nước suối Xương Rồng trước khi tiếp nhận nước thải từ Nhà máy xử lý nước thải thành phố Thái Nguyên, cách điểm xả của nhà máy xử lý nước thải khoảng 425m
26 CR-R5* 105
057’01.4”
42 TT Kí hiệu Tọa độ vị trí lấy mẫu Vị trí lấy mẫu Thời gian Mơ tả vị trí 27 CR-R6* 105°54.154’ 21°21.630’ Tân Phú 2015
Sông Cầu trước khi chảy vào nơi hợp lưu giữa sông Công và sông Cầu. Đây cũng là đoạn cuối của sông Cầu thuộc tỉnh Thái Nguyên trước khi chảy vào tỉnh Bắc Ninh
28 CR-R7* 106005’59.1 21012’09.8"
Như
Nguyệt 2015 Trung tâm Thành phố Bắc Ninh
29 CR-R8* 106°17.752'
21°06.849' Phả lại 2015
Sau ngã ba sông Cầu và sông Thương
Ghi chú: (*) các vị trí lấy mẫu nước và trầm tích; CR-R: là kí hiệu mẫu giai đoạn sàng lọc;
M: là ký hiệu mẫu giai đoạn đánh giá ô nhiễm PPCPs điển hình.
43 Hình 2. 5. Vị trí lấy mẫu nước và trầm tích sơng Cầu tại TP. Thái Nguyên
2.2.2.2. Phân tích thành phần lý hóa của mẫu nước và trầm tích
a. Mẫu nước:
- Nhiệt độ, pH, độ dẫn điện, tổng chất rắn hòa tan (TDS), oxy hịa tan (DO), thế oxy hóa được đo tại hiện trường bằng thiết bị cầm tay đo đa chỉ tiêu 650 MDS (YSI - Mỹ);
- Hàm lượng TSS được xác định tại phịng thí nghiệm bằng phương pháp khối lượng theo TCVN 6625:2000/ ISO 11923:1997;
44 - Các ion hòa tan trong nước (NH4+; Na+; K+; Mg2+; Ca2+) được phân tích tại phịng thí nghiệm theo TCVN 6660:2000 (ISO 14911:1988) bằng máy sắc ký ion IC CBM- 20A DGU-20.
- Chỉ tiêu E.coli được phân tích theo TCVN 6187-1:2009 (ISO 9308-1:2000); b. Mẫu trầm tích
- Độ ẩm: được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 4048:2011 bằng phương pháp sấy khô ở nhiệt độ 105oC;
- pH: được xác định bằng tiêu chuẩn TCVN 6492:2011 (ISO 10523:2008); - Phân bố kích thước hạt và thành phần sét được xác định dựa trên TCVN 6862:2001 (ISO 11277:1998);
- Thành phần carbon hữu cơ (TOC) được xác định dựa trên phương pháp đốt khô (TCVN 6642:2000/ ISO 10694:1995) bằng máy phân tích carbon TOC-Vcph (Shimadzu, Nhật Bản);
2.2.2.3. Xử lý mẫu phân tích PPCPs
Trong q trình phân tích các hợp chất hữu cơ, một trong những yếu tố quyết định sự thành cơng trong việc định tính và định lượng tốt các hợp chất PPCPs là quy trình xử lý mẫu sơ bộ trước khi phân tích. Q trình xử lý mẫu được tham khảo từ quy trình nội bộ phân tích PPCPs của Trung tâm Quản lý Chất lượng Mơi trường – Đại học Kyoto. Phương pháp này được phát triển từ hướng dẫn trong tiêu chuẩn EPA 1694 (Cơ quan bảo vệ Môi trường – Mỹ) và phương pháp phân tích PPCPs của Phịng nghiên cứu kỹ thuật mơi trường, Trường Đại học Massachusetts – Mỹ [81].
a. Xử lý mẫu nước
Xử lý mẫu sơ bộ bao gồm các quá trình lọc mẫu và chiết tách mẫu. Quá trình chiết nhằm (1) tách các chất cần phân tích ra khỏi những hợp chất không mong muốn,