Trong đó:
Pump: bộ phận bơm mẫu.
Solvent: dung dịch đƣợc đƣa vào cột để rửa giải HPLC Column: Cột tách trong kỹ thuật HPLC.
Injection – AutoSampler: bộ phận van tiêm mẫu, hoặc tự động bơm mẫu. Detector: bộ phận bắt tín hiệu của chất tan đi vào cột.
27
Data: bộ phận ghi nhận tín hiệu từ detector và xử lý số liệu.
Định lƣợng Methomyl bằng HPLC đƣợc thực hiện trên máy Hệ thống HPLC Shimadzu 10 Avp với detector PDA Shimadzu-M10 Avp thuộc Khoa Hóa Học - Đại học Khoa Học tự nhiên- ĐHQGHN. Các điều kiện để định lƣợng Methomyl:
Hệ thống HPLC Shimadzu 10 Avp với detector PDA Shimadzu-M10 Avp
Sử dụng cột pha đảo Cadenza CD – C18 (250 x 4,6mm x 3m).
Nhiệt độ cột: 25oC
Detector: PDA đặt ở bƣớc sóng 234 nm
Pha động đƣợc thay đổi theo điều kiện thực tế với: tỉ lệ hỗn hợp ACN : H2O
Tốc độ dòng 0,5 – 1ml/phút.
2.2.3. Phƣơng pháp xác định các ion sinh ra trong q trình khống hóa 2.2.3.1.Phân tích Amoni theo phƣơng pháp Nessler 2.2.3.1.Phân tích Amoni theo phƣơng pháp Nessler
* Nguyên tắc: Amoni trong môi trƣờng kiềm phản ứng với thuốc thử Nessler
(K2HgI4) tạo thành phức có màu vàng hay nâu sẫm theo phƣơng trình sau:
Cƣờng độ màu của phức này phụ thuộc vào nồng độ amoni có trong nƣớc. Độ nhạy của phức này là 0.25microgam amoni, giới hạn pha loãng là 1 2.107
.
Dùng phƣơng pháp trắc quang để xác định nồng độ amoni : Đo mật độ quang của hỗn hợp phản ứng ở bƣớc sóng 420nm.
* Chuẩn bị hóa chất:
Dung dịch Xenhet: Hòa tan 50g KNaC4H4O6 (Kali-Natri tactrat) trong 100ml nƣớc cất, đun sôi một thời gian để loại hết NH3. Sau đó thêm nƣớc cất đến vạch mức
Thuốc thử Nessler: Hòa tan 100g HgI2 và 70g KI bằng một lƣợng nhỏ nƣớc cất, khuấy đều chậm. Thêm vào dung dịch này một dung dịch mát của 160g NaOH
28
hòa tan trong 500ml nƣớc cất. Định mức đến 1 lít ta thu đƣợc dung dịch Nessler. Dung dịch cần đƣợc bảo quản tránh ánh sáng và đậy nắp.
* Dung dịch chuẩn amoni: Cân chính xác 0.1486g NH4Cl đã sấy khô ở 100o
C trong thời gian khoảng 1h. Sau đó hịa tan vào bình định mức 1 lít lắc đều, dùng pipet hút chính xác 10ml dung dịch vừa pha đƣợc cho vào bình định mức 1 lít rồi định mức đến vạch bằng nƣớc cất thu đƣợc dung dịch có nồng độ 5mgNH4+
/l.
* Xây dựng đƣờng chuẩn sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ amoni: - Lần lƣợt pha các mẫu dung dịch chuẩn có nồng độ amoni tăng dần từ 05mgNH4+
/l theo bảng 2.1.
Bảng 2.1. Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn NH4+
Ống nghiệm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Thể tích dung dịch NH4+(ml) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Thể tích H2O(ml) 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Thể tích dung dịch Xenhet(ml) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 VNessler (ml) 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 [NH4+] (mg/l) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 A(Mật độ quang) 0,172 0,245 0,297 0,353 0,410 0,463 0,512 0,558 0,606 0,654 0,720
29
Hình 2.2. Đƣờng chuẩn NH4+
2.2.3.2. Phân tích nitrat (Dựa theo tài liệu Standard Methods for Water and Wastewater Examination. 1995)
Nguyên tắc :
Phản ứng giữa nitrat và brucide ở pH= 2-3 tạo thành dung dịch có màu vàng. Đo màu ở bƣớc sóng 415nm.
a/ Chuẩn bị thuốc thử :
Hòa tan 1g Brucide (C23H26O4N2)2. H2SO4.7H2O) + 0,1g Axit sulfanil (H2NC6H4SO3H) + 3ml HCl vào 70ml nƣớc cất nóng, làm lạnh tới nhiệt độ phịng sau
đó định mức đến 100ml với nƣớc deion.
b/ Lập đƣờng chuẩn :
Chuẩn bị các ống thủy tinh có nút, dung tích khoảng 20ml.
Chuẩn bị dung dịch gốc: Hòa tan 6,071g NaNO3 đã sấy khô ở 105oC/3h trong 100ml nƣớc đề ion, định mức đến 1000ml. Dung dịch có nồng độ là 1gN-NO3-
/l. Chuẩn bị dung dịch chuẩn 1mg N-NO3-/l từ dung dịch gốc 1gN-NO3-/l.
30
Chuẩn bị các ống nghiệm, cho vào mỗi ống nghiệm lần lƣợt các dung dịch chuẩn gốc, dung dịch nƣớc deion, dung dịch H2SO4 80% và dung dịch Brucide sulfanil với thể tích nhƣ bảng 2.2. Đun sơi cách thủy ở ở >95oC trong vòng 30 phút. Làm lạnh ở nhiệt độ phịng. Đo quang ở bƣớc sóng 415nm.
Bảng 2.2. Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn NO3-
Nồng độ N-NO3- (mg/L) 0,0 0,2 0,4 0,5 0,6 0,8 1,0 Vdung dịch chuẩn(ml) 0 1 2 2,5 3 4 5 Vdeion (ml) 5 4 3 2,5 2 1 0 DD H2SO4 80% 5 5 5 5 5 5 5 Brucide sulfanil 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 Mật độ quang (ABS) 0,025 0,071 0,122 0,152 0,187 0,227 0,295 Hình 2.3. Đƣờng chuẩn NO3- 2.3. Tổng hợp vật liệu 2.3.1. Tổng hợp vật liệu TiO2
- Chuẩn bị dung dịch A: 6ml TIOT hòa tan vào 34ml etanol.
31
- Nhỏ từ từ từng giọt dung dịch A vào dung dịch B đồng thời khuấy mạnh ở nhiệt độ thƣờng. Hỗn hợp thu đƣợc đƣợc khuấy ở nhiệt độ phòng trong 2h cho đến khi thu đƣợc dạng sol trong suốt. Sol đƣợc để ở nhiệt độ thƣờng trong 2 ngày thu đƣợc gel. Gel đƣợc sấy trong 24h rồi tiếp tục nung ở 500o
C trong 3h. Sau khi vật liệu thu đƣợc đem rửa sạch bằng nƣớc cất, sấy khô ở 100C trong 24h thu đƣợc vật liệu xúc tác TiO2.
2.3.2. Tổng hợp vật liệu Fe – C – TiO2
- Chuẩn bị dung dịch A: 6 ml TIOT hịa tan vào 34 ml etanol; (TIOT cũng đóng vai trị là tiền chất cung cấp cacbon)
- Chuẩn bị dung dịch B: 17 ml etanol, 0,4 ml axit nitric đặc (68%), 1,6 ml nƣớc cất và 48,2mg Fe(NO3) 3.9H2O (Tỉ lệ mol Fe/Ti dioxit = 0,6%)
- Sau đó, nhỏ từ từ từng giọt dung dịch A vào dung dịch B đồng thời khuấy mạnh ở nhiệt độ thƣờng. Hỗn hợp thu đƣợc đƣợc khuấy ở nhiệt độ phòng trong 2 giờ cho đến khi thu đƣợc dạng sol trong suốt. Sol sau đó đƣợc làm già ở nhiệt độ thƣờng trong 2 ngày sẽ thu đƣợc gel. Gel đƣợc chuyển vào bình teflon dung tích 100ml và đƣợc giữ trong 10 giờ ở 1800C để kết tinh (áp suất trong bình teflon khoảng 1.5MPa). Sau khi thủy nhiệt, chất rắn thu đƣợc đƣợc rửa sạch bằng nƣớc cất rồi sấy khô ở 1000C trong 24 giờ. Cuối cùng, mẫu đƣợc nghiền lại thật mịn bằng cối mã não, ta thu đƣợc vật liệu Fe-C-TiO2.
2.3.3. Tổng hợp vật liệu tổ hợp quang xúc tác Fe – C – TiO2/AC Qui trình biến tính than hoạt tính bằng PSS Qui trình biến tính than hoạt tính bằng PSS
Than hoạt tính của Trà Bắc (AC) đƣợc nghiền và rây để đƣợc kích thƣớc 0,05 – 0,1 mm. Sau đóAC đƣợc khuấy với HNO3 lỗng 1M trong 2h để loại bỏ tạp chấtrồirửa lại với nƣớc cất. Tiếp đó,AC đƣợc đun sơi với nƣớc cất để loại bỏ bọt khí, sấy khơ. Sau khi đƣợc làm sạch, AC đƣợc biến tính với PSS theo tỉ lệ 1g AC/100mL dung dịch PSS lỗng có nồng độ 0,5% theo khối lƣợng, khuấy 3 tiếng, ngâm qua đêm, lọc và sấy khơthu đƣợc than hoạt tính đã đƣợc hoạt hóa bằng PSS (AC-P).
32
- Chuẩn bị dung dịch A: 6ml TIOT hòa tan vào 34ml etanol;
- Chuẩn bị dung dịch B: 17 ml etanol, 0,4ml axit nitric đặc (68%), 1,6 ml nƣớc cất và 48,2mg Fe(NO3)3.9H2O.
- Khuấy dung dịch B trên máy khuấy từ, nhỏ giọt từ từ dung dịch A cho đến hết. Khuấy đến khi hỗn hợp tạo sol. Sau đó cho 0,2g AC đã biến tính vào hỗn hợp sol, khuấy trong vòng 15h. Làm già gel 2 ngày rồi thuỷ nhiệt ở 180oC trong vòng 10h. Rửa sạch với nƣớc cất, sấy khô ở 100o
C trong 24h. Trộn đều hỗn hợp thu đƣợc trƣớc khi cân để thử hoạt tính.
2.4. Thí nghiệm khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu
Thực hiện phản ứng phân hủy Methomyl nồng độ 40mg/l trong điều kiện ánh sáng nhìn thấy (λ = 400 – 600nm), sử dụng đèn compac 36W làm nguồn sáng. Ở mỗi thí nghiệm, một lƣợng nhất định vật liệu xúc tác đƣợc hoặc vật liệu tổ hợp xúc tác đƣợc phân tán trong 100ml dung dịch methomyl và khuấy với tốc độ không đổi bằng máy khuấy từ. Khuấy 30 phút trong bóng tối để sự hấp phụ methomyl trên bề mặt xúc tác đạt đến cân bằng, rồi chiếu sáng bình phản ứng và bắt đầu tính thời gian. Cứ sau một khoảng thời gian nhất định, lấy khoảng 5ml mẫu, lọc qua màng lọc 0,45μm. Nồng độ methomyl trong dịch lọc đƣợc xác định bằng HPLC.
2.4.1. Khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng xúc tác Fe-C-TiO2 tới quá trình phân hủy Methomyl Methomyl
Để khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng chất xúc tác tới quá trình phân hủy Methomyl chúng tôi tiến hành phản ứng nhƣ sau: Lấy 100 ml dung dịch Methomyl nồng độ 40mg/L cho vào bình phản ứng dung tích 500 ml, sau đó thêm vật liệu xúc tác Fe-C- TiO2với các lƣợng: 0; 1; 2; 4; 5; 10g/l, thêm H2O2 với nồng độ 0,5mM. Tiến hành lấy mẫu và lọc mẫu tại các thời gian khác nhau theo qui trình tƣơng tự nhƣ mục 2.4.
2.4.2. Khảo sát ảnh hƣởng của pH
Để khảo sát ảnh hƣởng của pH tới q trình phân hủy Methomyl chúng tơi tiến hành phản ứng nhƣ sau: Lấy 100 ml dung dịch Methomyl nồng độ 40mg/L cho vào
33
bình phản ứng dung tích 500 ml, sau đó thêm xúc tác Fe-C-TiO2 vớilƣợng 10g/l, thêm H2O2 với nồng độ 0,5mM. Chỉnh pH đến các giá trị 2; 3; 4; 5. Khuấy với tốc độ không đổi bằng máy khuấy từ. Tiến hành lấy mẫu và lọc mẫu tại các thời gian khác nhau theo qui trình tƣơng tự nhƣ mục 2.4.
2.4.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ H2O2
Để khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ H2O2 tới quá trình phân hủy Methomyl chúng tôi tiến hành phản ứng nhƣ sau: Lấy 100 ml dung dịch Methomyl nồng độ 40mg/L cho vào bình phản ứng dung tích 500 ml, sau đó thêm xúc tác Fe-C-TiO2 vớilƣợng 10g/l, thêm H2O2 với các nồng độ 0mM; 0,1mM; 0,3mM; 0,5mM; 0,7mM; 1mM; 2mM. Tiến hành lấy mẫu và lọc mẫu tại các thời gian khác nhau theo qui trình tƣơng tự nhƣ mục 2.4.
2.4.4. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu Fe-C-TiO2/AC
Để khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu chúng tôi tiến hành phản ứng nhƣ sau: Lấy 100 ml dung dịch Methomyl nồng độ 40mg/L cho vào bình phản ứng dung tích 500 ml, sau đó thêm xúc tác Fe-C-TiO2/ACvới lƣợng 2,5g/l. Tiến hành lấy mẫu và lọc mẫu tại các thời gian khác nhau theo qui trình tƣơng tự nhƣ mục 2.4.
2.4.5.Khảo sát hoạt tính xúc tác phân huỷ methomyl của vật liệu Fe-C-TiO2/AC
Để khảo sát hoạt tính của xúc tácFe-C-TiO2/AC tới quá trình phân hủy Methomyl chúng tơi tiến hành phản ứng nhƣ sau: Lấy 100 ml dung dịch Methomyl nồng độ 40mg/L cho vào bình phản ứng dung tích 500 ml, sau đó thêm vật liệu xúc tác Fe-C-TiO2/ACvới các lƣợng: 2,5; 5g/l. Tiến hành lấy mẫu và lọc mẫu tại các thời gian khác nhau theo qui trình tƣơng tự nhƣ mục 2.4.
34
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Tối ƣu hóa điều kiện chạy HPLC
3.1.1. Khảo sát và chọn thành phần pha động
Trong sắc ký, cùng với pha tĩnh, pha động là yếu tố thứ 2 quyết định kết quả tách, nó là một hệ dung môi để rửa giải chất phân tích ra khỏi cột sắc ký. Nhƣ vậy, trong một hệ pha sắc ký, pha tĩnh và pha động là hai yếu tố quyết định quá trình tách sắc ký của một hỗn hợp mẫu. Hai yếu tố này quyết định thời gian lƣu ti, kết quả tách các chất và pha động cũng là một yếu tố rất linh hoạt để điều chỉnh quá trình tách trong HPLC.
Dựa trên cấu trúc phân tử và phân tử lƣợng của Methomyl cùng với các kết quả nghiên cứu đã đƣợc cơng bố[16, 23] chúng tơi khảo sát q trình phân tích bằng cách sử dụng chƣơng trình sắc ký pha đảo và cột C18 khơng phân cực với hỗn hợp pha động là ACN và nƣớc. Thực hiện khảo sát tối ƣu hóa thành phần pha động ở các tỉ lệ khác nhau với tốc độ dòng là 0,8ml/phút.
Kết quả đƣợc chỉ ra ở bảng 3.1.
Bảng 3.1. Kết quả khảo sát tỉ lệ thành phần pha động
STT Tỉ lệ thể tích ACN : H2O
Kết quả
1 ACN : H2O = 30:70 Pic dỗng chân, khơng cân đối, tR = 6,356, hệ số đối xứng F = 2,488
2 ACN : H2O = 35: 65 Pic doãng chân, tR = 5,547, hệ số đối xứng F = 2,596 3 ACN : H2O = 40 : 60 Pic gọn, cân đối, tR = 5,117, hệ số đối xứng F = 1,010 4 ACN : H2O = 50 : 50 Có hiện tƣợng chẻ pic, tR = 4,261, hệ số đối xứng F =
2,184
Dựa trên kết quả thu đƣợc chúng tôi chọn tỉ lệ dung mơi pha động (tính theo thể tích) ACN : H2O là 40:60 cho q trình phân tích định lƣợng.
35