c. Sự ô nhiễm môi trường đất :
I.4.2Bộ phận tiêm mẫu (injector)
I.4.2.1 Các kỹ thuật tiêm mẫu
Đối với hệ sắc ký, bộ phận quan trọng cần được quan tâm đầu tiên là bộ phận tiêm mẫu (injector), trong sắc ký khí cột mao quản hiện nay có một số kỹ thuật tiêm phổ biến như : tiêm chia dòng (split), không chia dòng (splitless), tiêm trực tiếp (on
column injection), tiêm có sử dụng chương trình nhiệt độ và áp suất (PTV : Progamn Temperature Vaporizer).
Hình I-3 : Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các kỹ thuật tiêm mẫu.
Đối với kỹ thuật tiêm split/splitless toàn bộ mẫu sau khi được tiêm sẽ được hóa hơi hoàn toàn trong liner. Sau đó mẫu sẽ được chia theo tỉ lệ nhất định giữa cột và van chia. Chính vì vậy van chia có tác dụng như là pha loãng mẫu, đối với những mẫu phức tạp, mẫu dơ.
Đối với kỹ thuật tiêm on column, mẫu sẽ được tiêm trực tiếp vào đầu cột, như thế sẽ loại bỏ được những yếu tổ ảnh hưởng khác xảy ra trong liner.
Đặc biệt được chú ý là bộ tiêm có thể chương trình hóa nhiệt độ và áp suất (PTV).
I.4.2.2 Kỹ thuật tiêm mẫu PTV (Progamn Temperature Vaporizer) a. Cấu tạo a. Cấu tạo
Cũng như các loại injector thông thường về mặt hình thức cấu tạo, tuy nhiên chi tiết có một số điểm khác biệt như :
− Kết cấu nhỏ hơn.
Tiêm PTV (c) Tiêm trên cột (b)
− Liner sử dụng nhỏ hơn, thường dùng bằng thép không ghỉ hay hợp kim được xử lý bề mặt bằng lớp phủ silic, có thể dùng liner thạch anh.
− Công suất cung cấp nhiệt rất cao, tốc độ tăng nhiệt có thể lên tới 20ºC/giây.
− Có hệ thống làm nguội bằng quạt thổi khí.
b. Nguyên lý hoạt động
Hoạt động của PTV được tiến hành theo 3 giai đoạn chính bao gồm: tiêm mẫu, đuổi dung môi và chuyển mẫu vào cột.
Giai đoạn 1 : Tiêm mẫu
Trong bước tiêm mẫu, van chia dòng được mở, nhiệt độ injector được hạ thấp trong khoảng 0 đến 50ºC, áp lực khí mang trong injector lúc này có thể giảm thấp để tăng nhanh sự hóa hơi của dung môi cũng như tránh hiện tượng rò khí ở đầu kim tiêm.
Giai Đoạn 2 : Đuổi dung môi
Trong bước này van chia dòng tiếp tục mở, dòng khí mang tiếp tục đuổi hầu hết dung môi ra khỏi injector theo đường chia dòng. Tùy theo dung môi sử dụng và cấu tử phân tích mà nhiệt độ được tăng nhiều hay ít để dung môi có thể hóa hơi hoàn toàn và chất phân tích được giữ nguyên. Thời gian giữ nhiệt độ đuổi dung môi phụ thuộc vào lượng mẫu tiêm, thông thường từ 0.4 – 2.5 phút cho lượng mẫu tiêm từ 3µl - 10µl.
Giai đoạn 3 : Chuyển mẫu vào cột :
Sau khi dung môi được loại khỏi injector, chất cần phân tích được giữ lại trong liner sẽ được hóa hơi hoàn toàn và chuyển vào cột nhờ sự cung cấp từ bộ nhiệt trở công suất lớn và dòng khí mang. Nhiệt độ cuối và tốc độ tăng nhiệt phải đủ lớn để hóa hơi hoàn toàn các cấu tử phân tích, có thể thay đổi từ 0.1 - 20ºC/giây. Thời gian chuyển mẫu vào cột (thời gian không chia dòng) phụ thuộc vào tốc độ tăng nhiệt độ của injector. Trong giai đoạn này áp lực khí mang có thể được tăng lên để làm giảm thể tích hơi của mẫu phân tách khi đi vào cột. Sau giai đoạn này, van chia dòng sẽ được mở và nhiệt độ có thể được nâng cao hơn để đuổi các phần tử khó bay hơi ra ngoài (làm sạch liner). Tuy nhiên không nên cao tăng nhiệt độ cao quá có thể làm nhiễm bẩn cột và hỏng đầu cột.
Như vậy các yếu tố có khả năng ảnh hưởng đến độ nhạy và độ phân giải khi sử dụng hệ tiêm mẫu PTV là :
− Nhiệt độ và thời gian đuổi dung môi
− Thời gian không chia dòng và tốc độ tăng nhiệt độ khi chuyển mẫu vào cột
− Lượng mẫu tiêm
c. Ưu điểm của kỹ thuật tiêm PTV
− Có thể chương trình hóa được nhiệt độ và áp suất nên có thể đuổi dung môi
trước khi chuyển chất phân tích vào cột, điều này làm có thể làm giàu mẫu, tăng được độ nhạy
− Không cần thiết phải dùng cột để tạo khoảng giữ (retention gap) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
− Phần đuổi dung môi trong hệ thống PTV được kiểm soát chính xác về nhiệt độ
và áp suất làm gia tăng độ ổn định của kết quả.
− Do khả năng gia nhiệt nhanh và nhiệt độ cao đồng thời, tránh được sự phân biệt
đối xử chất phân tích khó bay hơi và dễ bay hơi.
− Giảm thiểu được sự phân hủy các chất không bền nhiệt ở injector.
− Cho phép tiêm thể tích lớn giảm được một số bước làm giàu dung dịch khi
chuẩn bị mẫu.
Do những ưu điểm của kỹ thuật tiêm PTV do đó việc phân tích các cấu tử có nhiệt độ hóa hơi cao và dễ phân hủy như PBB và PBDE sẽ có những thuận lợi hơn khi sử dụng kỹ thuật này.
I.4.3 Cột tách (column)
Đây là bộ phận chính nhằm tách các cấu tử cần phân tích khỏi các tạp chất hoặc tách chúng riêng biệt nhau cho thuận tiện việc định danh và định lượng. Hiện nay người ta chủ yếu dùng cột mao quản cho hệ sắc ký khí dùng cho phân tích.
Cấu tạo gồm một ống silic nung chảy bọc ngoài bằng một lớp film polyimide chịu nhiệt đến trên 400ºC, hoặc bằng một lớp nhôm chịu nhiệt. Pha tĩnh được tráng bên
trong thành ống được làm bằng chuỗi polymer với độ phân cực khác nhau tùy theo ứng dụng.
Với cột mao quản, độ phân giải, độ nhạy không những phụ thuôc vào chất làm pha tĩnh mà còn phụ thuộc vào kích thước cột (chiều dài cột, đường kính trong, bề dày lớp film), hiện nay người ta thường dùng cột với chiều dài khoảng 10-100m, phổ biến nhất là 30m với đường kính trong từ 0.1 đến 0.53mm, chiều dày lớp film 0.1 đến 5µm. Mỗi loại cột sẽ được sử dụng trong một một khoảng nhiệt độ nhất định, thông thường trong khoảng 60 đến 300ºC (đối với cột không phân cực hoặc ít phân cực) và thấp hơn đối với những cột có độ phân cực trung bình cao (40 đến 240ºC). Tuy nhiên cũng có một số cột được chế tạo đặc biệt sử dụng cho những chất khó bay hơi, có thể chịu nhiệt đến 400ºC như DB-5HT, HT5, DB-17HT….
Đối với những hợp chất khó bay hơi, dễ bị phân hủy nhiệt như PBB và PBDE nên sử dụng cột có lớp film mỏng, chịu được nhiệt cao tránh tình trạng chất phân tích bị giữ lâu trong cột, dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao. Bên cạnh đó, đường kính trong cột vừa phải không quá nhỏ để việc tách các cấu tử tốt, độ phân giải cao.
I.4.4 Bộ phân tích khối. I.4.4.1 Ion source: I.4.4.1 Ion source:
Các thành phần trong mẫu sau khi ra khỏi cột lần lượt được chuyển vào hệ thống phân tích khối phổ (Mass spectrometer – MS) thông qua một đường dẫn gọi là transfer line.
Có thể tóm gọn gồm 4 bước diễn ta trong hệ thống phổ kế (MS): Quá trình ion hóa (ionization) → Quá trình phân tách khối (mass analysis-separation) → phát hiện tín hiệu (detection) → ghi nhận tín hiệu (Recording).
Hình I-5 : Các quá trình diễn ra trong bộ phận khối phổ
Trước tiên các hợp chất sẽ vào nguồn ion (Ion Source), tại đây quá trình ion hóa sẽ diễn ra.
Có nhiều phương pháp ion hóa được sử dụng trong khối phổ nhưng phương pháp tương tác điện tử (EI) được sử dụng phổ biến nhất. Dựa vào năng lượng thế áp, các phân tử trung hòa sẽ tương tác, va chạm với các electron làm phân tử bị mất hoặc thừa, hoặc bị phân mảnh tạo thành các ion.
Hình I-6 : Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của buồng ion hóa
Dựa vào hình I.4, mẫu khi vào nguồn ion dưới áp suất rất thấp (môi trường chân
không 10-5 – 10-7 mmHg) sẽ chịu sự tương tác của chùm electron có năng lượng 10-
100eV (thường là 70eV) phát sinh từ Filament và sẽ bị ion hóa, ngay sau đó các ion sẽ
Nguồn Ion Thấu kính Các trụ
cực
Detector
Ion hóa Tập trung
chịu sự tác động của lực tĩnh điện, hệ các bản cực, repeller thúc đẩy về bộ phân tích ion một cách định hướng và chọn lọc khi qua các khe lọc. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong khối phổ EI thế áp đặt là 70 eV, ở thế này không những đủ để ion hóa (tách
một e- khỏi phân tử) mà còn có đủ năng lượng cho sự phân mảnh tiếp các ion phân tử
tạo thành các ion có khối lượng bé hơn. Điều này cung cấp một khối lượng thông tin lớn cho việc định danh hợp chất phân tích.
Kiểu mẫu phân mảnh cho một hợp chất sẽ cố định trong điều kiện không đổi của hệ thống khối phổ (70eV) và được sử dụng làm dữ liệu cho việc định danh. Thực tế, hiện nay trên thế giới đã và đang sử dụng phổ biến một số thư viện khối phổ phân mảnh theo kiểu EI như WILEY và NIST, hầu hết các thiết bị GC/MS đều tích hợp thư viện sẵn trong phần mềm để người sử dụng tiện lợi hơn.
I.4.4.2 Bộ phân tích khối (Mass Analyzer):
Các ion vừa được hình thành trong bộ ion hóa sẽ được hướng đến bộ phân tích khối (Mass Analyzer) thông qua một bộ phận lọc ion (Mass filter), ở đây các ion sẽ được phân tích, phân biệt khỏi nhau một cách chọn lọc dựa vào đặc trưng của khối lượng của các ion, mà thực tế là đo lường số m/z của các ion.
Đây là bộ phận được xem là quan trọng nhất trong khối phổ kế, chính vì vậy đã có rất nhiều nghiên cứu với nhiều kỹ thuật khác nhau cho bộ phận này. Hiện nay người ta đã và đang sử dụng các kỹ thuật phân tích khối ion phổ biến như :
Bẫy Ion (Ion Trap Analyzer -IT)
Từ Trường (Mass Field – Magnetic Analyzer)
Bộ phân tích khối Tứ cực (Quadrupole Mass Analyzer)
Bộ phân tích khối theo thời gian bay (Time of Flight Analyzer- TOF)
Trong hệ thống tứ cực, người ta đặt vào hai điện cực đối diện một điện thế một chiều DC và một thế xoay chiều cao tần RF vào hai điện cực còn lại. Các ion từ buồng
Khi ion tiến vào vùng điện trường dao động liên tục gây bởi tứ cực, chúng vừa chuyển động theo hướng z đồng thời lại dao động theo phương x và y dưới ảnh hưởng của điện trường xoay chiều RF. Các ion có trị số m/z xác định thỏa mãn mối tương quan giá trị điện thế cao tầng và tần số xoay chiều, sẽ không bị thay đổi biên độ dao động và do đó có thể đi qua hết chiều dài của tứ cực, còn các ion khác có biên độ dao động tăng do có sự va đập của chúng với bộ tiền lọc trước khi vào tứ cực, và sẽ bị loại bỏ hoàn toàn ở tứ cực, chính vì vậy chúng sẽ không phát hiện được ở bộ phận phát hiện (detector).
Hình I-7 : Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống tứ cực I.4.4.3 Detector:
Detector được xem như là bộ phận cuối cùng tiếp nhận các ion từ bộ phân tách tứ cực . Detector nhân điện tử hiện nay vẫn là loại phổ biến nhất dùng cho máy phân tích khối phổ.
Hình I-8 : Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của detector nhân điện tử dùng cho
Detector giống như hệ thống quang điện trong máy quang phổ UV-VIS. Mỗi một dynode được cấp một thế cao hơn dynode kế tiếp. Những bề mặt dynode này sẽ phát ē khi bị tác động bởi năng lượng của ion hay ē, với 20 dynode có thể thu được độ lợi lên
đến 107, do đó cho một khả năng khếch đại dòng e- cao tạo nên tín hiệu lớn dù chỉ với
một lượng ion mẫu bé (<ng). Tín hiệu này một lần nữa được khếch đại và được chuyển thành tín hiệu phổ ghi lên tục cường độ của khối quyét theo thời gian nhờ bộ giao tiếp giữa máy khối phổ và hệ thống thu, xử lý dữ liệu, thường là hệ vi tính có tốc độ xử lý nhanh.
I.5 KỸ THUẬT FULLSCAN VÀ SIM TRONG PHÂN TÍCH PBB VÀ PBDE I.5.1 Kỹ thuật Fullscan: I.5.1 Kỹ thuật Fullscan:
Trong việc phân tích PBB và PBDE, vì khoảng khối rất rộng từ 100 – 960 amu, vì vậy việc thực hiện chế độ Full scan sẽ giảm độ nhạy nhiều, tuy nhiên Full scan giúp ích cho việc định danh, việc định lượng sẽ được thực hiện theo phương pháp chọn lọc ion. Ion được chọn là những ion cơ bản hay ion mẹ hoặc một ion phụ khác nếu có sự trùng lặp ion xảy ra khi hai peak có cùng thời gian lưu. Việc chọn lọc này sẽ nâng cao khả năng phát hiện đồng thời giảm thiểu sai sót trong định danh cũng như định lượng do sự trùng lặp thời gian lưu giữa các cấu tử trong mẫu.
I.5.2 Kỹ thuật SIM :
So với kỹ thuật fullscan, kỹ thuật SIM thực hiện ở khoảng khối ngắn hơn, số ion được chọn cho quyét ít hơn, do vậy tần số quyét cao hơn nhiều lần, chính vì vậy làm tăng độ nhạy đồng thời giảm khả năng định tính. Kỹ thuật SIM đặc biệt thuận lợi cho việc phân tích những hợp chất có hàm lượng rất nhỏ, cỡ ppb, tuy nhiên đòi hỏi cột phải có độ phân giải cao.
Việc chọn ion cho kỹ thuật SIM tương tự như việc chọn lọc lại ion trong fullscan nhưng số ion có thể nhiều hơn.
CHƯƠNG II
CÁCH THỨC TIẾN HÀNH PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM
II.1.THIẾT BỊ - DỤNG CỤ- HÓA CHẤT
II.1.1 THIẾT BỊ : MÁY PHÂN TÍCH SẮC KÝ KHÍ KHỐI PHỔ GC-MS
Trong đề tài này, thiết bị chính được sử dụng là máy sắc ký khí Trace 2000 ghép với detector khối phổ Voyayer MS của hãng Thermo Quest. Máy được trang bị bộ tiêm mẫu tự động AS 2000, bộ tiêm PTV và hệ thống máy tính với phần mềm Xcaribur để thu nhận dữ liệu và xử lý kết quả.
Hệ thống khí (Gas system): Lưu lượng và áp suất khí mang cho cột cũng như (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
injector được điểu khiển tự động nhờ hệ thống DPFC (Digital Pressure Flow Control) và DGFC (Digital Gas Flow Control).
Cột sắc ký (Column) : DB-5HT (15 m (L) x 0.25 mm (ID) x 0.1 µm (Df)) fused
silica column (hoặc tương đương)
Detector khối phổ có thể quyét khoảng khối từ 1- 1100 amu với độ phân giải ±
0.1 amu. Bộ phân giải khối kiểu tứ cực (quadrupole).
II.1.2 DỤNG CỤ
Hệ chiết shoxlet
- Bình cầu 100mL
- Túi chiết (Cellulose, đường kính trong 22mm, chiều cao 80mm)
- Bộ bếp gia nhiệt cho bình cầu chiết shoxlet.
Cân phân tích, chính xác đến 0.1 mg,
Thiết bị cung cấp dòng Nitơ lỏng dùng cho thiết bị nghiền mẫu lạnh
Cột sắc kí thủy tinh : đường kính trong 15mm, dài 70cm.
Vortex, tủ hút, máy cô quay chân không, máy li tâm, các thiết bị phòng thí nghiệm khác dùng để hỗ trợ chuẩn bị mẫu và pha chất chuẩn như bình định mức, pipet.
II.1.3 HÓA CHẤT
Các hóa chất được sử dụng là loại tinh khiết phân tích hoặc tốt hơn bao gồm :
Các dung môi chiết, hòa tan : Acetone, toluene, cyclohexane, hexane, methanol,
dichloromethane, isooctane,… tinh khiết phân tích của hãng Merck – Đức.
Chất hấp thụ : than hoạt tính, silicagel hoạt tính, Florisil (kích thước hạt 60-100
mesh), tinh khiết phân tích của hãng Alltech-Mỹ.
Dung dịch chuẩn gốc PBB và PBDE (bao gồm các đồng phân từ mono đến
deca) có nồng độ ban đầu là 50 µg/mL từ nhà cung cấp Accustandard và Dr.Ehrenstorfer.
Các dung dịch chuẩn PBB và PBDE làm việc được pha từ chuẩn gốc trong dung
môi isooctane có nồng độ từ 0.5 – 5 µg/mL.
Dung dịch chuẩn đại diện (surrogate standard) : dùng cho việc kiểm soát hiệu
suất thu hồi, 4,4’dibromooctafluorobiphenyl hoặc penathrene D10.
Dung dịch nội chuẩn (internal standard : IS) : Decachlorobiphenyl (CB-209).
Mẫu chuẩn plastic Polypropylene ERM - EC 591, chứa các cấu tử từ TriBDE
đến DecaBDE có hàm lượng được chứng nhận (IRMM – ERM : Institute for Reference Materials and Measurements – European Reference Materials) :
II.2 QUI TRÌNH PHÂN TÍCH : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hiện nay, chưa có một qui trình chuẩn thống nhất để phân tích PBB và PBDE trong các sản phẩm nhựa, đồ điện và điện tử. Hầu hết các cơ quan phân tích đều ghi phương pháp thử là US EPA3540C/3550B và 8082A/8081A/8270C (chỉ là các phương