Phương pháp phân tích PCDD/PCDF trên hệ thống sắc ký khí khối phổ phân giải cao

1.2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH DIOXIN, FURAN

1.2.2. Phương pháp phân tích PCDD/PCDF trên hệ thống sắc ký khí khối phổ phân giải cao

1.2.2.1. Tách các hợp chất dioxin, furan bằng sắc ký khí

Sắc ký khí sử dụng cột mao quản (GC) là một kỹ thuật rất hữu ích để xác định các hỗn hợp phức tạp của các chất ô nhiễm halogen hóa. Ban đầu, kỹ thuật này đã cho thấy hiệu quả trong việc xác định biphenyl polyclo hóa và thuốc trừ sâu clo hữu cơ. Hiện nay, GC sử dụng cột mao quản là kỹ thuật được hầu hết các phòng thí nghiệm

24

sử dụng để xác định dioxin. Hiệu quả của việc tách sắc ký các PCDD/PCDF được quyết định bởi các yếu tố như: khí mang (loại khí mang, tốc độ khí mang), cột tách (thành phần pha tĩnh, độ phân cực pha tĩnh, bề dày lớp phim và chiều dài cột tách) và chương trình nhiệt độ của lò cột.

Khí mang sử dụng cho các phép phân tích trên thiết bị sắc ký khí phải trơ và không bị hấp phụ bởi pha tĩnh của cột. Hiện nay, loại khí mang được sử dụng phổ biến nhất là heli, với độ tinh khiết 99,99%. Khí mang thường được duy trì ở chế độ đẳng dòng với vận tốc tuyến tính là 30 cm/giây và tốc độ dòng từ 1,0 đến 1,5 ml/phút.

Trong các phương pháp tiêu chuẩn như EPA 1613B, EPA 8290 và phương pháp tiêu chuẩn châu Âu EN 1948, PCDD/PCDF được phân tách phát triển dựa trên cột DB-5 (5% diphenyl 95% dimethylpolysiloxane) của hãng J&W Scientific hoặc các cột có thành phần pha tĩnh tương đương (HP-5MS, Rtx-5MS và Equity-5). Tuy nhiên, cột DB-5 không thể tách hoàn toàn bốn đồng phân 1,2,3,7,8,9-HxCDD;

2,3,7,8-TCDF; 2,3,4,7,8-PeCDF và 1,2,3,4,7,8-HxCDF trong số tổng tất cả 17 đồng phân thế 2,3,7,8-TCDD ra khỏi các đồng phân đồng rửa giải khác của chúng, do đó giá trị TEQ có thể bị sai lệch. Cột DB-5MS (đồng trùng hợp 5% Silphenylene Silicone hoặc Si-Arylene) của J&W Scientific có độ ổn định nhiệt cải thiện hơn so với cột DB-5. Ngược lại với cột DB-5, cột DB-5MS không thể tách hoàn toàn 2,3,4,7,8- PeCDF; 2,3,4,6,7,8-HxCDF và 1,2,3,7,8,9-HxCDF nhưng đã cải thiện khả năng tách đối với 2,3,7,8-TCDF. Cột SP-2331 (90% biscyanopropyl 10% phenyl cyanopropylsiloxane 1:1) với giới hạn nhiệt độ cao cũng được sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm. So với phân tích các nhóm chất POPs khác, ví dụ như phân tích thuốc trừ sâu nhóm cơ clo hữu cơ hoặc PCBs sử dụng cột 30 m với lớp phim 0,25 àm; thỡ phõn tớch dioxin, furan sử dụng cột cú chiều dài lớn hơn thường là 60 m với lớp phim pha tĩnh dày 0,25 àm.

Điều kiện tách dioxin, furan bằng sắc ký khí trong một số tài liệu được đưa ra ở Bảng 1.8.

25

Bảng 1.8: Một số phương pháp phân tích trên GC [27,55]

Chất phân tích

Khí

mang Cột tách Chương trình nhiệt độ TL

Dioxin, furan

(Các đồng phân thế

2,3,7,8- TCDD, và không

thế 2,3,7,8- TCDD)

Heli

DB-5, HP-5MS, Rtx-5MS, Equity-5

- 200°C (giữ 2 phút), tăng đến 220°C (5°C/phút) giữ 7 phút. Tăng lên 235°C (5°C/phút) giữ 7 phút. Tiếp tục tăng đến 310°C (5°C/phút), giữ 10 phút.

- Tổng thời gian phân tích: 53,11 phút.

[51]

ZB-5MS

- 120°C (giữ 1 phút), tăng lên 220°C (20°C/phút) giữ 16 phút. Tăng lên 235°C (5°C/phút) giữ 7 phút. Tiếp tục tăng đến 300°C (5°C/phút), giữ 5 phút.

- Tổng thời gian phân tích: 52,06 phút.

VF-5MS

- 160°C (giữ 1 phút), tăng lên 220°C (30°C/phút) giữ 16 phút. Tăng lên 230°C (5°C/phút) giữ 5 phút. Tiếp tục tăng đến 310°C (5°C/phút), giữ15 phút.

- Tổng thời gian phân tích: 54,05 phút.

Rtx- Dioxin2

- 200°C (giữ 2 phút), tăng lên 235°C (5°C/phút) giữ 16 phút. Tăng lên 250°C (5°C/phút) giữ 8 phút. Tiếp tục tăng đến 310°C (5°C/phút), giữ 19 phút.

- Tổng thời gian phân tích: 64,19 phút.

SP-2331

- 160°C (giữ 1 phút), tăng lên 220°C (40°C/phút). Tăng lên 260°C (2°C/phút) giữ 21 phút.

- Tổng thời gian phân tích: 49,51 phút.

DB-225

- 160°C (giữ 1 phút), tăng lên 200°C (40°C/phút). Tăng lên 220°C (1°C/phút) đến 240°C (0,3°C/phút) giữ cho đến khi tách đến đồng phân cuối cùng OCDD.

- Tổng thời gian phân tích: 52,06 phút

26 136 đồng

phân PCDD/Fs

từ tetra- đến octa-

Heli

DB-1, DB-5

- 120°C (giữ 1 phút), tăng lên 180°C (50°C/phút). Tăng lên 280°C (3°C/phút).

[26]

DB-17, OV-17

- 120°C (giữ 1 phút), tăng lên 160°C (20°C/phút). Tăng lên 240°C (2°C/phút).

DB-210, DB-225

- 120°C (giữ 1 phút), tăng lên 180°C (20°C/phút). Tăng lên 240°C (2°C/phút).

CPS-1, - 120°C (giữ 1 phút), tăng lên 180°C (30°C/phút). Tăng lên 230°C (2°C/phút).

SP-2331 - 120°C (giữ 1 phút), tăng lên 200°C (50°C/phút). Tăng lên 260°C (2°C/phút).

1.2.2.2. Định tính và định lượng PCDD/PCDF bằng HRMS

Khối phổ lần đầu tiên được sử dụng để xác định các hợp chất chlorodioxin trong nghiên cứu của Ress và cộng sự vào năm 1970. Các thí nghiệm tiến hành định lượng chlorodioxin trong chất béo, dầu và axit béo bằng sắc ký khí bắt giữ điện tử (ECGC). Năm 1973, Crummett và Stehl đã định lượng chlorodioxin bằng sắc ký khí ghép nối khối phổi (GCMS). Nghiên cứu đã phát hiện nhiều ion (MID) với bộ tách tia Ryhage được sử dụng để xác định nồng độ 2,3,7,8-TCDD, hexa-CDD và octa- CDD trong nhiều loại chlorophenol, thuốc diệt cỏ axit phenoxy và các chế phẩm [35].

Sự kết hợp của GC và khối phổ phân giải cao (HRMS) đã được sử dụng để xác định 2,3,7,8-TCDD trong nhiều nền mẫu khác nhau và có thể phát hiện dioxin ở mức hàm lượng phần tỉ (ppt). Các phương pháp tiêu chuẩn như US EPA 1613B, 8920A [1,45]

cũng như nhiều nghiên cứu về dioxin đã công bố hầu hết đều sử dụng HRMS để định tính và định lượng PCDD/PCDF bằng phương pháp pha loãng đồng vị và phương pháp nội chuẩn. Kỹ thuật phổ khối phân giải cao - HRMS kết hợp với phương pháp pha loãng đồng vị và nội chuẩn đem lại nhiều ưu điểm cho việc xác định dioxin trong các nền mẫu như: độ nhạy cao, độ chọn lọc cao (với độ phân giải khối m/Δm ≥ 10,000 và chế độ quan sát chọn lọc ion – SIM), độ chính xác cao (do sử dụng chất chuẩn đồng hành là chuẩn đánh dấu đồng vị 13C12 của các chất phân tích, các chất này không có trong mẫu phân tích và có tính chất hóa lý hoàn toàn tương tự với chất phân tích).

27

Chế độ quan sát chọn lọc ion – SIM cho phép định tính và định lượng mỗi đồng loại PCDD/PCDF bằng cách quan sát chọn lọc một số mảnh m/z đặc trưng, sau đó nồng độ được xác định dựa trên tỉ lệ diện tích pic của chất phân tích so với hợp chất đánh dấu đồng vị tương ứng. Thông thường, một mảnh m/z sẽ được lựa chọn để làm mảnh định lượng, một hoặc hai mảnh m/z khác được dùng làm mảnh đối chứng.

Chế độ ion hóa của khối phổ quyết định việc lựa chọn mảnh m/z để quan sát. Hai chế độ ion hóa phổ biến được ứng dụng để phân tích dioxin là chế độ ion hóa va đập điện tử (Electron Ionization - EI) và chế độ ion hóa hóa học (Chemical Ionization - CI).

Chế độ ion hóa va đập điện tử (EI) cho đến nay là phương pháp ion được sử dụng phổ biến nhất. Các chất phân tích sau khi được tách trên cột sắc ký sẽ được chuyển vào một chùm electron có năng lượng động học khoảng 70 eV hoặc thấp hơn.

Để hạn chế sự phân mảnh và ion quan sát được là ion phân tử, năng lượng của dòng electron thường được sử dụng ở 35 eV. Đối với các PCDD/PCDF có số clo thấp (nhóm tetra-) mảnh phổ quan sát thường là ion phân tử [M]+; còn đối với các PCDD/PCDF có số clo cao (các nhóm thế penta-, hexa-, hepta- và octa-) mảnh phổ này là [M+2]+.

Giống như ion hóa va chạm điện tử (EI) ion hóa hóa học (CI) tạo ra các ion bằng cách sử dụng chùm tia điện tử. Sự khác biệt chính là buồng ion hóa phải kín hơn so với buồng ion EI để có thể tạo áp suất cao trong khi vẫn duy trì được chân không tốt dọc theo đường bay của ion. Ion hóa hóa học âm (Nagative Chemical Ionization - NCI) chứa các ion thuốc thử âm được tạo ra từ quá trình ion hóa tác động điện tử của khí tác nhân như metan. PCDD/PCDF là các hợp chất có ái lực điện tử cao nên khi sử dụng chế độ ion hóa NCI dẫn đến tăng độ nhạy so với EI. Đối với chế độ này mảnh phổ quan sát thường là [M]-, [M-Cl]-, và [M-2Cl]- (tùy thuộc vào từng đồng phân) [7].

28