Độ phân cực của các dung môi chiết có thể ảnh hƣởng đến hiệu suất thu hồi các WHO-PCB trong quá trình chiết chúng ra khỏi các nền mẫu khác nhau. Với mẫu nƣớc, các hợp chất PCB gần nhƣ không phân cực, ít phân cực nên chúng hầu nhƣ không tan trong nƣớc mà tan tốt trong các dung môi không phân cực, ít phân cực nhƣ n-hexan, diclometan. Các chất hữu cơ có lực tƣơng tác với các phân tử trong pha hữu cơ theo các lực phân cực hoặc lực phân tán.
Tuy nhiên để hiệu suất chiết cao, cần phải chọn dung môi chiết cho phù hợp để các chất phân tích tan tốt vào pha hữu cơ theo sự tƣơng tự về tính chất của chúng. Trong chiết lỏng-lỏng thƣờng sử dụng kỹ thuật chiết lặp để thu đƣợc hiệu suất chiết cao nhất. Các dung môi n-hexan, diclometan, hoặc hỗn hợp dung môi hexan:diclometan thƣờng sử dụng để chiết PCB ra khỏi nền mẫu nƣớc do cân bằng chiết đạt đƣợc nhanh, dung môi có độ tinh khiết cao, không trộn lẫn. Trong mẫu đất, trầm tích thƣờng sử dụng dung môi toluen, n-hexan để chiết PCB ra khỏi nền mẫu.
3.4.1. Ảnh hưởng của dung môi đến hiệu suất chiết WHO-PCB trong mẫu nước
Để chuyển đƣợc các chất phân tích từ pha nƣớc sang pha hữu cơ, một nguyên tắc cơ bản là các chất tƣơng tự nhau sẽ hòa tan vào nhau. Tiến hành thí nghiệm chiết bằng các dung môi n-hexan, diclometan để khảo sát độ thu hồi WHO- PCB. Đong 150 ml dung môi vào mẫu nghiên cứu ở 2.4.1, chiết lặp nhiều lần với máy khuấy đồng thể ở tốc độ 8000 vòng/phút, thời gian khuấy 5 phút. Chờ 10 phút cho phân lớp hoàn toàn, chuyển mẫu lên phễu chiết, tách lấy phần dung môi hexan phía trên vào bình tam giác, làm khan bằng 30 g Na2SO4 trong ít nhất 2 giờ, lọc gạn dung môi qua giấy lọc vào bình quả nhót, tráng giấy lọc 2 lần, mỗi lần 5 ml n- hexan. Cất quay đến 1ml, chuyển sang ống nhọn đáy, thêm 0,5 ml dung dịch chuẩn
13C12–PCBcó nồng độ 20 ng/ml, làm bay hơi dung môi dƣới tác dụng nhiệt, rửa ống nhọn đáy 2 lần, mỗi lần 50µl n-hexan, để bay hơi đến vạch mức 20µl, bơm 1,0 µl lên GC/MS để tính hiệu suất thu hồi cho từng lần chiết, thí nghiệm lặp lại 3 lần để
45 tính giá trị trung bình. Thực hiện các bƣớc trên với các lần chiết lặp tiếp theo. Các kết quả nghiên cứu đƣợc tổng hợp trong bảng 3.9 và 3.10
Bảng 3.9. Kết quả độ thu hồi WHO-PCB chiết lặp bằng n-hexan
WHO- PCB
Lƣợng thêm
(ng)
Chiết lần 1 Chiết lần 2 Chiết lần 3
R % RSD % (n=3) R % RSD % (n=3) R % RSD % (n=3) PCB 81 0,93 79,5 2,8 5,7 6,7 < 0,7 - PCB 77 5,13 73,7 0,9 7,3 2,4 < 0,4 - PCB 123 0,72 74,8 5,8 5,4 3,5 < 0,6 - PCB 118 9,36 71,5 0,6 5,1 8,9 < 0,3 - PCB 114 0,90 74,8 2,5 5,4 6,2 < 0,9 - PCB 105 9,68 73,6 3,8 4,7 2,3 < 0,3 - PCB 126 0,94 78,3 0,7 5,9 5,2 < 1,3 - PCB 167 1,08 77,2 7,1 4,2 10,4 < 0,7 - PCB 156 4,74 80,8 4,2 5,8 3,7 < 0,4 - PCB 157 0,93 73,7 6,6 5,3 3,8 < 1,1 - PCB 169 0,98 77,2 5,4 5,6 6,3 < 1,0 - PCB 189 0,93 81,2 1,7 6,1 3,2 < 1.1 -
Bảng 3.10. Kết quả độ thu hồi WHO-PCB chiết lặp bằng diclometan
WHO- PCB
Lƣợng thêm
(ng)
Chiết lần 1 Chiết lần 2 Chiết lần 3
R % RSD % (n=3) R % RSD % (n=3) R % RSD % (n=3) PCB 81 0,93 83,8 5,9 15,1 3,5 < 0,8 - PCB 77 5,13 81,6 0,8 12,3 1,1 < 0,1 - PCB 123 0,72 82,2 3,3 10,2 7,2 < 0,9 - PCB 118 9,36 82,4 7,7 12,1 0,7 < 0,1 -
46 WHO- PCB Lƣợng thêm (ng)
Chiết lần 1 Chiết lần 2 Chiết lần 3
R % RSD % (n=3) R % RSD % (n=3) R % RSD % (n=3) PCB 114 0,90 80,7 5,4 11,4 3,1 < 0,8 - PCB 105 9,68 78,6 2,0 12,7 4,7 < 0,1 - PCB 126 0,94 84,8 4,5 12,3 0,9 < 0,4 - PCB 167 1,08 82,3 9,0 12,8 8,8 < 0,7 - PCB 156 4,74 85,1 2,8 9,4 5,2 < 0,3 - PCB 157 0,93 84,6 3,4 12,6 8,2 < 0,6 - PCB 169 0,98 83,9 5,5 12,8 6,7 < 1,1 - PCB 189 0,93 85,4 2,8 8,0 2,1 < 0,5 -
Từ các bảng 3.9 và 3.10, vẽ đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa hiệu suất thu hồi các đồng loại WHO-PCB theo số lần chiết của từng dung môi chiết, từ đó chọn ra dung môi và thể tích tối ƣu nhất cho quy trình chiết mẫu nƣớc.
Hình 3.2 và 3.3 biểu diễn độ thu hồi WHO-PCB qua các dung môi chiết.
47 Hình 3.3. Độ thu hồi WHO-PCB khi chiết lặp bằng dung môi diclometan. Từ đồ thị các hình 3.2 và 3.3 chúng tôi nhận thấy, ở 150 ml n-hexan chiết lần 1, hiệu suất chiết các đồng loại WHO-PCB từ 71,5 đến 81,2%. Hiệu suất khi chiết lần 2 trong khoảng từ 4,2 đến 7,3 %. Không tìm thấy các PCB ở 150ml chiết lặp lần 3 do hầu hết các chất đồng loại WHO-PCB đƣợc chiết hoàn toàn ở 2 lần chiết trƣớc. Hiệu suất chiết trung bình của 12 đồng loại WHO-PCB khi chiết lặp 3 lần bằng dung môi n-hexan nằm trong khoảng từ 76,6 đến 87,3%, giá trị RSD nằm trong khoảng từ 0,6 đến 10,4%.
Với dung môi diclometan, ở 150 ml DCM chiết lần 1, hiệu suất chiết các đồng loại WHO-PCB từ 78,6 đến 85,5%. Chiết lần 2 bằng 150 ml DCM, hiệu suất chiết 12 WHO-PCB từ 8,0 đến 15,1 %. Ở 150ml chiết lặp lần 3, không tìm thấy các PCB do hầu hết các chất đồng loại WHO-PCB đƣợc chiết hoàn toàn ở 2 lần chiết trƣớc. Hiệu suất chiết 12 WHO-PCB khi chiết lặp 3 lần nằm trong khoảng từ 91,3 đến 98,9%, giá trị RSD nằm trong khoảng từ 0,6 đến 9,0 %. Điều này có thể giải thích do hiệu suất chiết phụ thuộc vào ái lực của chất phân tích với dung môi chiết và diện tích bề mặt tiếp xúc giữa dung môi và mẫu chiết.
Việc sử dụng thiết bị khuấy đồng thể ở vận tốc 8000 vòng/phút đảm bảo tăng tần suất và bề mặt tiếp xúc do trong quá trình khuấy, pha hữu cơ và pha nƣớc gần
48 nhƣ trộn lẫn vào nhau hoàn toàn. Dung môi n-hexan rất phù hợp để chiết các chất không phân cực. Mặc dù hòa tan tốt PCB nhƣng do tính kỵ nƣớc cao nên n-hexan khó phân tán vào trong nƣớc để lôi cuốn PCB ra khỏi nƣớc. Dung môi diclometan có hiệu quả chiết cao, có thể chiết các chất từ không phân cực đến phân cực, khả năng phân tán vào nƣớc để lôi cuốn các PCB ra khỏi nƣớc tốt hơn n-hexan, thiết lập cân bằng trong thời gian ngắn hơn, khả năng tách lớp hoàn toàn tốt hơn, có ƣu điểm là nhiệt độ sôi thấp nên dễ cô trong quá trình làm giàu mẫu.
Từ các kết quả thu đƣợc chúng tôi thấy rằng sử dụng kỹ thuật chiết lặp bằng dung môi diclometan để chiết mẫu nƣớc cho hiệu quả chiết cao nhất. Do vậy chúng tôi đề xuất sử dụng máy khuấy đồng thể để chiết lặp 3 lần, mỗi lần 150 ml diclometan, thời gian mỗi lần chiết là 5 phút để chiết các đồng loại WHO-PCB từ mẫu nƣớc.
3.4.2. Ảnh hưởng của dung môi đến hiệu suất chiết trong mẫu đất, trầm tích
Tiến hành thí nghiệm chiết soxlet bằng các dung môi n-hexan, toluen để khảo sát độ thu hồi 12 đồng loại WHO-PCB. Cân 20,0 g mẫu thử ở 2.4.1 trên cân phân tích, gói trong giấy lọc, đặt phần mẫu gói vào ống chứa mẫu của bộ chiết soxlet, thêm 0,5 ml dung dịch chuẩn chứa 12 chất chuẩn WHO-PCB, mỗi chất có nồng độ từ 2 đến 20 ng/ml vào trong mẫu. Đong 150 ml dung môi vào bình cầu đáy tròn, thêm vài viên đá bọt, chiết soxlet trong 10 h, điều chỉnh nhiệt độ bếp chiết để chu kỳ chiết từ 5 đến 10 lần/giờ.
Dịch chiết thu đƣợc, gạn qua phễu lọc vào bình quả nhót, tráng bình cầu, phễu và giấy lọc 2 lần, mỗi lần 5 ml n-hexan, cô quay dịch chiết thu đƣợc đến 1 ml, chuyển sang ống nhọn đáy, thêm 0,5 ml dung dịch chuẩn 13C12-PCB có nồng độ 20 ng/ml, làm bay hơi dung môi dƣới tác dụng nhiệt, rửa ống nhọn đáy 2 lần, mỗi lần 50µl n- hexan, để bay hơi đến vạch định mức 20µl, bơm 1,0 µl lên GC/MS để tính hiệu suất thu hồi, thí nghiệm lặp lại 3 lần để tính giá trị trung bình. Kết quả khảo sát đƣợc trình bày trong bảng 3.11.
49 Bảng 3.11. Độ thu hồi WHO-PCB khi chiết soxlet mẫu đất
WHO- PCB
Lƣợng thêm
(ng)
Chiết bằng n-hexan Chiết bằng toluen Tìm thấy (ng) R % RSD % (n=3) Tìm thấy (ng) R % RSD % (n=3) PCB 81 0,98 0,70 71,6 5,1 0,95 97,1 4,9 PCB 77 4,96 3,80 76,7 5,01 4,81 96,9 3,4 PCB 123 0,96 0,73 76,4 5,8 0,93 97,2 5,8 PCB 118 9,89 7,38 74,6 7,9 8,13 82,2 3,0 PCB 114 0,95 0,75 78,7 3,6 0,89 93,9 2,5 PCB 105 9,97 8,39 84,2 3,3 9,12 91,5 3,5 PCB 126 0,98 0,75 76,7 4,8 0,87 88,9 3,7 PCB 167 0,99 0,75 75,9 3,8 0,95 96,4 1,6 PCB 156 4,94 3,40 68,9 5,0 4,20 85,0 1,9 PCB 157 0,97 0,74 76,1 3,1 0,83 85,7 2,2 PCB 169 0,99 0,81 81,7 2,5 0,86 86,7 2,9 PCB 189 0,96 0,72 74,8 4,2 0,78 81,5 4,5
Từ các kết quả trong bảng 3.11, vẽ đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa hiệu suất thu hồi WHO-PCB với từng dung môi chiết, từ đó chọn ra dung môi tối ƣu nhất cho quy trình chiết mẫu đất, trầm tích. Hình 3.4 biểu diễn độ thu hồi WHO- PCB qua các dung môi chiết n-hexan và toluen.
50 Từ đồ thị hình 3.4 chúng tôi nhận thấy, hiệu suất thu hồi của 12 đồng loại WHO-PCB khi chiết mẫu đất trầm tích bằng dung môi n-hexan trong khoảng từ 68,9% đến 84,2%, độ lệch chuẩn tƣơng đối (RSD) nằm trong khoảng từ 2,5 đến 7,9% và giá trị RSD trung bình là 4,5%. Trong trƣờng hợp sử dụng dung môi chiết là toluen, hiệu suất thu hồi của 12 WHO-PCB trong khoảng từ 81,5 đến 97,2 %, giá trị RSD từ 1,6 đến 5,8% và RSD trung bình là 3,3%. Hiệu suất thu hồi và giá trị RSD khi chiết các đồng loại WHO-PCB từ mẫu đất, trầm tích bằng dung môi toluen cho hiệu suất chiết cao hơn, ổn định hơn.
Kết quả này cũng phù hợp với nghiên cứu của tác giả S.K.Shin [38] đã chọn đƣợc dung môi tốt nhất là toluen để chiết PCB từ mẫu đất, hiệu suất thu hồi trung bình là 79,7%. Từ các kết quả thu đƣợc, chúng tôi đề xuất chiết soxlet mẫu đất, trầm tích bằng 150 ml dung môi toluen trong thời gian chiết là 10 giờ.
3.5. Hiệu quả giai đoạn làm sạch sơ bộ
Trên thực tế, các mẫu thực thƣờng là những mẫu mà chúng ta không có nhiều thông tin về mẫu. Đặc biệt, với các mẫu trầm tích ao, hồ thƣờng có nền mẫu phức tạp sẽ gây nhiễu, làm sai lệch kết quả định tính, định lƣợng của phép phân tích. Khi tiến hành trên mẫu thật, chúng tôi nhận thấy sử dụng lƣợng axít và kiềm có thể tích bằng 10 - 15% thể tích mẫu cần rửa là phù hợp; thời gian mỗi lần rửa không quá 2 phút để tránh mất mẫu do phân hủy; tiến hành số lần rửa sao cho dịch chiết không màu là đạt yêu cầu.
Trong mẫu, ngoài chất phân tích còn có các nhóm chất không mong muốn khác cùng đƣợc tách chiết ra khỏi nền mẫu. Khi rửa bằng axít, các nhóm chất đa vòng, amin, nhóm mang màu, axít béo... có khả năng hòa tan tốt trong môi trƣờng axít sẽ tham gia phản ứng và đƣợc làm sạch ở giai đoạn này. Tƣơng tự, một số nhóm chất tan tốt trong môi trƣờng kiềm cũng sẽ đƣợc làm sạch khi tiến hành rửa với dung dịch kiềm. Để giảm thiểu yếu tố này, chúng tôi đề xuất tiến hành giai đoạn làm sạch sơ bộ mẫu nhƣ sau:
51 - Rửa mẫu bằng 6 - 8 ml axít H2SO4 97%, hút bỏ phần axít (làm lại vài lần đến
khi dung dịch mẫu trong suốt);
- Rửa mẫu bằng NaCl 5%, hút bỏ phần NaCl;
- Rửa mẫu bằng KOH 17%, hút bỏ phần KOH (lặp lại 2 lần); - Rửa mẫu bằng NaCl 5%, hút bỏ phần NaCl (lặp lại 2 lần).
Mẫu sau khi làm sạch, thêm 5 - 10 g Na2SO4 khan vào mẫu trong ít nhất 2 giờ để loại nƣớc.
3.6. Hiệu quả làm sạch trên các cột hấp phụ
Phƣơng pháp làm sạch sử dụng cột silicagel hoạt hóa tẩm KOH, tẩm H2SO4 và cột ôxit nhôm làm việc theo nguyên tắc của sắc ký hấp phụ lỏng. Sự tách xảy ra ở ranh giới pha rắn-lỏng, trong đó pha động là chất lỏng chứa những chất cần phân tách, pha tĩnh là các chất xốp mịn. Các lực hấp phụ bao gồm: lực Van der Walls, lực liên kết hydro, lực cảm ứng, hấp phụ hóa học. Quá trình tách sắc ký dựa trên tính chất hấp phụ khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp chất cần tách. Đối với các mẫu đất, trầm tích, nƣớc sử dụng quy trình làm sạch trên cột “đa lớp” (silicagel tẩm KOH và H2SO4) và cột nhôm ôxít. Chúng tôi tiến hành khảo sát độ thu hồi của các chất đồng loại WHO-PCB trên cột “đa lớp” và nhôm ôxít.
3.6.1. Khảo sát độ thu hồi WHO-PCB qua cột “đa lớp”
Sử dụng cột thủy tinh có đƣờng kính trong 11 mm, đƣợc nhồi lần lƣợt theo thứ tự từ dƣới lên: bông thủy tinh/ Na2SO4 (1 cm)/ SiO2 tẩm KOH (2-3 cm)/ 3 lớp (Na2SO4 (1 cm)/ SiO2 tẩm H2SO4 (5-7 cm). Đổ 30 ml dung dịch nghiên cứu ở 2.4.1 lên cột, rửa giải bằng 100 ml n-hexan. Cô dung dịch sau cột đến 1ml, chuyển sang ống nhọn đáy, thêm 0,5 ml dung dịch chuẩn 13C12-PCB có nồng độ 20 ng/ml. Làm bay hơi dung môi, rửa ống nhọn đáy 2 lần, mỗi lần 50µl n-hexan, để bay hơi trong tủ hút đến vạch định mức 20µl; bơm 1,0 µl lên GC/MS để tính hiệu suất thu hồi, thí nghiệm lặp lại 3 lần. Kết quả đƣợc trình bày trong bảng 3.12.
52 Bảng 3.12. Hiệu suất thu hồi WHO-PCB trên cột “đa lớp”
TT WHO-PCB Lƣợng thêm (ng) Lƣợng tìm thấy (ng) R % RSD % (n=3) 1 PCB 81 0,96 0,83 86,5 6,1 2 PCB 77 4,82 4,20 87,1 4,2 3 PCB 123 0,97 0,94 96,5 8,7 4 PCB 118 9,74 9,02 92,6 6,5 5 PCB 114 0,96 0,86 89,8 1,5 6 PCB 105 9,64 8,71 90,4 3,2 7 PCB 126 0,98 0,89 90,7 2,9 8 PCB 167 1,07 1,05 98,1 2,5 9 PCB 156 5,30 5,10 96,3 6,3 10 PCB 157 1,07 1,01 94,6 7,1 11 PCB 169 1,06 1,02 96,0 4,5 12 PCB 189 0,99 0,96 97,0 5,3
Kết quả thực nghiệm cho thấy, hiệu suất thu hồi trung bình của 12 đồng loại WHO-PCB nằm trong khoảng từ 87 đến 98%. Riêng với các nhóm PeCB, HxCB và HpCB có độ thu hồi trên 90%. Độ lệch chuẩn tƣơng đối từ 1,5 đến 8,7%, giá trị RSD trung bình là 4,9%. Từ các kết quả thu đƣợc, chúng tôi đề xuất sử dụng cột “đa lớp” vào quy trình phân tích mẫu với thể tích dung môi rửa giải là 100 ml n-hexan.
3.6.2. Khảo sát độ thu hồi WHO-PCB trên cột nhôm ôxít
Nhôm ôxít đƣợc dùng làm chất hấp phụ trong chiết pha rắn, trong nghiên cứu này sử dụng Al2O3 trung tính đƣợc hoạt hóa ở 600oC trong 24 giờ. Trong một nghiên cứu khác, chúng tôi đã khảo sát và nhận thấy ở tỷ lệ hexan:DCM (95:5), có từ 86% đến 97% các đồng loại WHO-PCB đƣợc rửa giải trên cột nhôm ôxít ở phân đoạn này [34]. Do vậy, chúng tôi chọn hỗn hợp hexan:DCM (95:5) làm dung môi rửa giải trong nghiên cứu này.
53
3.6.2.1. Tối ưu lượng chất hấp phụ trên cột nhôm ôxít
Khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng nhôm ôxít nhằm mục đích sử dụng một lƣợng tối thiểu chất hấp phụ và theo đó sẽ tiết kiệm đƣợc hóa chất, thời gian trong