1.4.1 Giới thiệu về thiết bị sắc ký ghép khối phổ (GC/MS)
Sắc ký ghép khối phổ (Gas Chromatography Mass Spectometry - GC/MS) là một trong những phương pháp sắc ký hiện đại nhất hiện nay với độ nhạy và độ đặc hiệu và được sử dụng trong các nghiên cứu và phân tích kết hợp. Thiết bị GC/MS được cấu tạo thành 2 phần: phần sắc ký khí (GC) dùng để phân tích hỗn hợp các chất và tìm ra chất cần phân tích, phần khối phổ (MS) mô tả các hợp phần riêng lẻ bằng cách mô tả số khối. Bằng sự kết hợp 2 kỹ thuật này (GC/MS), các nhà hóa học có thể đánh giá, phân tích định tính và định lượng với nhiều loại chất. Ngày nay, kỹ thuật này đã được ứng dụng rộng rãi để phân tích các hợp chất hữu cơ trong nhiều ngành nghề và các thành phần môi trường.
1.4.2 Giới thiệu về hệ thống AIQS-DB
Hệ thống AIQS- DB là từ viết tắt bởi từ “Automated Identification and Quantification System with a Database” được phát triển bởi giáo sư Kadokami, trường đại học Kitakysuhu, Nhật bản và công ty Shimadzu, Nhật Bản [74]. Cấu tạo của hệ thống AIQS- DB gồm 2 chương trình phần mềm hỗ trợ nhau:
+ Phần mềm Compound Composer-Database Registration Phase: Phần mềm này sẽ chuyển thời gian lưu, khối phổ, đường chuẩn trong file đường chuẩn của GCMS vào cơ sở dữ liệu. Những thông tin này được đăng ký vào hệ thống cơ sở dữ liệu và có thể được chỉnh sửa trực tiếp nếu cần thiết.
+ Phần mềm Compound Composer-Method Creation Phase: Phần mềm này tạo đưa ra các file đường chuẩn GCMS từ cơ sở dữ liệu. Dựa vào file này ta có thể phân tích được các chất.
Các chất được đăng ký trong cơ sở dữ liệu GC/MS được phân loại và mã hóa dựa trên cấu tạo nguyên tử và ứng dụng của chúng. Việc sử dụng cơ sở dữ liệu này cho phép định tính, định lượng xem một hợp chất cần xác định có tồn tại trong mẫu hay không.
Tuy nhiên chỉ có thể định tính và định lượng được những chất mà đã được đăng kí, xây dựng trong cơ sở dữ liệu.
28
AIQS-DB chứa thông tin về mảnh phổ, thời gian lưu (dùng cho việc phát hiện) và đường chuẩn (sử dụng cho việc định lượng) của 970 SVOCs (Hình 1.10). Do đó, khi mẫu môi trường có chứa SVOCs đã được đăng ký trong cơ sở dữ liệu, AIQS-DB cho phép xác định và định lượng được chúng mà không cần sử dụng chất chuẩn.
Hình 1. 10: Cấu trúc của hệ thống AIQS
Tuy nhiên, trước khi phân tích mẫu môi trường, thiết bị GC/MS cần được hiệu chuẩn về cùng điều kiện như khi xây dựng cơ sở dữ liệu AIQS-GC bằng dung dịch hiệu chuẩn thiết bị (system performance check standards-PSC). Trường hợp kết quả phân tích PSC gần giống như kết quả chuẩn (Bảng 1.1), thiết bị GC/MS có thể được sử dụng để phân tích mẫu với độ tin cậy cao mà không cần sử dụng chất chuẩn. Trái lại nếu kết quả phân tích PSC khác xa với kết quả chuẩn, thiết bị GC/MS cần phải bảo dưỡng và hiệu chuẩn. Thêm vào đó, các chất mới có thể dễ dàng đưa thêm vào cơ sở dữ liệu do đó sử dụng GC/MS tích hợp AIQS-GC có thể phân tích được số lượng lớn các chất hữu cơ với hiệu quả cao và tiết kiệm chi phí. Bởi vậy phương pháp này rất
29
phù hợp cho phân tích đồng loạt OMPs trong môi trường tại các nước đang phát triển như Việt Nam khi mà cơ sở vật chất cũng như kinh phí sử dụng cho nghiên cứu còn hạn hẹp. Phương pháp này đã được ứng dụng rất hiệu quả cho đánh giá hiện trạng ô nhiễm OMPs trong môi trường nước, đất và trầm tích tại Nhật Bản, Việt Nam, Trung Quốc và Úc. Phương pháp này đã được công bố trong Tiêu chuẩn Công nghiệp Nhật Bản (JIS K0123-2018) và được Chính phủ Nhật Bản áp dụng trong một số giám sát môi trường tại Nhật Bản.
Bảng 1. 1: Kết quả phân tích PCS chuẩn khi xây dựng AIQS-DB trên thiết bị GC/MS
Chất chuẩn Thông số Tiêu chuẩn
Decafluorotriphenylphosphine (DFTPP)
Hiệu chuẩn phổ
Phổ khối của DFTPP phải đạt chuẩn theo phương pháp EPA1625
trans-Nonachlor Phổ khối của nonachlor phải
giống với phổ chuẩn Benzidine, pentachlorophenol Độ trơ của
cột và cổng bơm
Tín hiệu và cường độ peak của Benzidine, pentachlorophenol phải rõ nét, không có hiện tượng tailing
4,4'-DDT Độ trơ của
cổng bơm
Sự phân hủy của DDT thành DDD không vượt quá 20%
25 n-Alkanes (n-C9H20 to n-C33H68), n-octanol, 2,4-dichloroaniline, 2,6-
dichlorophenol, Tris(2-
chloroethyl)phosphate,
decafluorotriphenylphosphine,
benzothiazole, 2,4-dinitroaniline, benzidine, trans-nonachlor, 4,4'-DDT pentachlorophenol, 2,4,6- trinitrotoluene
Sự ổn định của tín hiệu
Nồng độ phát hiện của những hợp chất này phải đạt trên 95%
30
Hệ thống này đã được phía Nhật Bản chuyển giao cho Viện Công nghệ Môi trường từ năm 2009. Viện Công nghệ Môi trường đã tiếp nhận, sử dụng thành thạo và ứng dụng trong phân tích các chất ô nhiễm SVOCs trong mẫu nước, trầm tích, mẫu rắn. Với những ưu điểm vượt trội của AIQS-DB trong phân tích như: xác định và định lượng được đồng thời 940 chất hữu cơ với duy nhất 1 lần đo mẫu mà không cần sử dụng chất chuẩn, tiết kiệm thời gian, nhân lực, chi phí thấp hơn nhiều so với phương pháp phân tích truyền thống, độ chính xác cao, dễ dàng đưa thêm nhóm chất mới vào cơ sở dữ liệu. Do đó phương pháp này rất phù hợp cho phân tích đồng loạt các chất ô nhiễm hữu cơ trong môi trường tại các nước đang phát triển như Việt Nam do nguồn kinh phí hạn hẹp. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là không phân tích được những nhóm chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs), những nhóm chất hữu cơ phân cực (phenol, amin, ...) trong mẫu môi trường.
Tuy nhiên, hiện chưa có nghiên cứu nào trên thế giới hay Việt Nam được thực hiện nhằm phân tích được đồng thời số lượng lớn các chất hữu cơ trong bụi không khí. Do vậy trong nghiên cứu này chúng tôi đã ứng dụng hệ thống phát hiện và định lượng tự động với cơ sở dữ liệu GC/MS nhằm phân tích đồng thời các hợp chất SVOCs trong bụi không khí tại Việt Nam. Đây có thể coi là một phương pháp có tính ưu việt vượt trội, một giải pháp hứa hẹn góp phần khắc phục và giải quyết được những tồn tại trong phân tích môi trường của Việt Nam hiện nay.
1.4.3 Ứng dụng của hệ thống AIQS-DB trong phân tích môi trường
Trên thế giới, hệ thống AIQS-DB đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều nghiên cứu về hợp chất SVOC trong các thành phần môi trường tại nhiều quốc gia trên thế giới.Tại Serbia, Biljana và cộng sự đã ứng dụng hệ thống này để phân tích 940 chất hữu cơ trong môi trường nước mặt [75]. Tại Úc và Trung Quốc, hệ thống AIQS-DB đã được áp dụng để nghiên cứu ô nhiễm hữu cơ trong môi trường nước sông [76],[77].
Tại Việt Nam hiện nay, hệ thống dữ liệu AIQS-DB đã bắt đầu được ứng dụng phổ biến trong phân tích các thành phần môi trường. Hạnh D.T và các cộng sự đã ứng dụng hệ thống dữ liệu AIQS-DB tích hợp trên GC/MS để phân tích các hợp chất hữu cơ trong môi trường nước sông [78] và trầm tích sông [79] tại Việt Nam trong đó có 12 PAEs và 13 Sterol. Gần đây, hệ thống dữ liệu AIQS-DB đã được áp dụng để phân tích các
31
hợp chất hữu cơ trong môi trường không khí và bụi không khí. Năm 2018, Hạnh D.T và các cộng sự đã nghiên cứu quy trình chiết siêu để xác định 16 hợp chất PAHs có trong bụi không khí bằng AIQS-DB GC/MS [80].