4. Tối ưu và kiểm định quy trình phân tích
4.1. Ảnh hưởng của acid dùng làm mơi trường
Sulphanilamid là chất khĩ tan trong nước, do vậy phải dùng một acid để ion hĩa nhĩm chức amin của nĩ giúp cho sự hịa tan dễ hơn. Mặt khác acid cũng là mơi trường cho phản ứng ghép cặp xảy ra.
Ảnh hưởng của các loại acid sử dụng làm mơi trường cĩ thể thấy trong hình 45.
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 Khơng acid - Sulfanilamid
HCl H2SO4 H3PO4 Khơng acid-
a.sulfanilic Mơi trường C h i u c a o
Hình 45: Ảnh hưởng của bản chất các loại acid khác nhau sử dụng để làm mơi trường phản ứng (trường hợp khơng acid sử dụng acid sulfanilic).
HCl cho kết quả kém nhất, trong khi kết quả thu được tốt hơn khi sử dụng H3PO4. Tuy nhiên, nếu thay thế sulphilamid bằng acid sulfanilic (acid sulfnilic dễ tan trong nước hơn), thì kết quả thu được tốt hơn hẳn. Bản thân dung acid sulfanilic cũng cung cấp H+ làm mơi trường cho phản ứng, do đĩ khơng phải sử dụng acid để làm mơi trường hịa tan cho nên chúng tơi sử dụng acid sulfanilic làm tác chất trong phản ứng ghép cặp và cĩ giá thành rẻ hơn sulfanilamid. Người ta cĩ khuynh hướng sử dụng sulfanilylamid vì chất này ít độc tính hơn acid sunfanilic.
4.2. Tỉ lệ của hai loại thuốc thử:
Ảnh hưởng này cĩ thể thấy trong hình 46, kết quả cho thấy ở tỉ lệ NED:SUL 1:2 cho chiều cao pic cao nhất.
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 1:0.5 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 Tỉ lệ NED:SUL (v/v) A
Hình 46: Ảnh hưởng của tỉ lệ pha trộn thuốc thửđến chiều cao của pic nitrit (1000ppb, thể tích tiêm mẫu 400µl, tốc độ bơm 2,4ml/phút).
Hình 47: Ảnh hưởng của thành phần chất mang tới chiều cao và hình dạng của pic (nitrit 81ppb, thể tích tiêm mẫu 400µl, tốc độ bơm 2,4ml/phút).
Thành phần của chất mang khơng ảnh hưởng mạnh đến hình dạng của pic, tuy nhiên độ nhạy trong trường hợp chất mang là hỗn hợp SUL:NED cao hơn đáng kể so với thành phần chất mang chỉ là nước.
4.3. Tốc độ của bơm nhu động:
Bơm nhu động sử dụng trong đề tài này cĩ thể thay đổi tốc độ bơm từ 0.9 – 4,00 ml/phút. Ảnh hưởng này cĩ thể thấy trong hình sau:
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 ml/phút A
Hình 48: Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhu động lên cường độ pic (80ppb N-NO2, thể
Khi tốc độ bơm càng tăng, thời gian phân tích cho một mẫu cũng như sự bành rộng pic càng nhỏ. Với tốc độ bơm ở 1,5ml/phút, độ nhạy thu được tốt nhất và thời gian phân tích cho một mẫu khoảng 2 phút cho chiều dài bộ phối trộn là 100cm. Ở tốc độ
bơm lớn, đường nền xuất hiện các xung của bơm khi bơm. Do vậy, tốc độ bơm thấp
được chọn lựa. Chúng tơi chọn tốc độ bơm 1,5ml/phút.
4.4. Khoảng tuyến tính – giới hạn phát hiện:
Chế độ tiêm dịng chảy liên tục: Với bộ phối trộn dài 250cm, đường kính trong 1,0mm, tốc độ tiêm mẫu 1,5ml/phút, thời gian tiêm mẫu 90s, khoảng tuyến tính được thiết lập từ 0.00152mg N/L (tương đương 5,00 µg NO2/L) đến 0.304mg N/L (tương
đương 1000 µg NO2/L). y = 2.7157x + 0.0017 R2 = 0.9999 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 N-mg/L A b s
Hình 49: Đường chuẩn của chếđộ tiêm dịng chảy liên tục. Chiều dài coil 250cm, tốc độ 1,50ml/phút, thời gian tiêm mẫu 90s.
Dựa vào đường chuẩn, giới hạn phát hiện của máy được ước lượng theo phương pháp của IUPAC[27], LODFIA = 3,12 ng N/ml.
Chếđộ tiêm dịng chảy khơng liên tục: Với bộ phối trộn dài 100cm, đường kính trong 1,0mm, tốc độ tiêm mẫu 1,5ml/phút, thời gian tiêm mẫu 30s, thời gian dừng 100s, đường chuẩn cĩ thểđược lập từ 0.0052 mg N/L đến 0.30 mg N/L. Giới hạn phát hiện cũng được ước lượng là LODSFIA = 5.61 ng N/ml.
y = 1.406x + 0.017 R2 = 0.9994 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 N-mg/L A b s
Hình 50: Đường chuẩn của chếđộ tiêm dịng chảy liên tục. Chiều dài coil 100cm, tốc độ 1,50ml/phút, thời gian tiêm mẫu 30s, thời gian dừng 100s.
4.5. Ảnh hưởng của nền:
Các ảnh hưởng của nền được nghiên cứu chi tiết trong rất nhiều tài liệu khác [19, 22 – 25]. Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6178: 1996 [19], ảnh hưởng đáng kể nhất trong mơi trường nước là chỉ cĩ cloramin, clo, thiosufat, natri polyphotphat và sắt (III). Thiosunfat trong nước cĩ hàm lượng thấp nên thực tế khơng gây ảnh hưởng, hàm lượng clo và Fe (III) trong nước tồn tại khá lớn nên gây ảnh hưởng rất đáng kể. Các
ảnh hưởng này được bù trừ bằng phương pháp thêm chuẩn. Độ mặn trong nước nuơi tơm thường dao động trong khoảng từ 8 – 25 o/oo (tương đương lượng Cl- từ 4,3g/L – 13,5g/L), hàm lượng Fe3+ trong nước tồn tại trong nước ở mức vài ppm. Các ảnh hưởng này được trình bày trong hình 51.
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 Cl (g/L) A b s 0.00 0.01 0.01 0.02 0.02 0.03 0.03 0 2 4 6 8 10 12 Fe(III) ppm A b s
Nĩi chung, khi mẫu cĩ Cl- lớn, độ nhạy sẽ giảm đi rõ rệt, trong khi đĩ Fe(III) cĩ
ảnh hưởng nhẹ. Đây là một yếu tố bất lợi khi phân tích mẫu nước nuơi tơm bằng phương pháp đường chuẩn.
4.6. Phân tích một số mẫu thật:
Mẫu nước nuơi tơm sú được lấy ở huyện Nhà Bè, lọc qua màng lọc 0,45µm và tiến hành phân tích ngay trong vịng 4 tiếng. Kết quả phân tích mẫu nước lấy về và các mẫu thêm chuẩn cĩ thể thấy trong hình 52. Các mẫu khác như mẫu nước suối đĩng chai, mẫu nước máy, mẫu nước giếng được phân tích trực tiếp. Các thơng số cài đặt máy như sau:
Bảng 12: Cài đặt các thơng số cho phân tích mẫu nước nuơi tơm sú
Tên thơng số Giá trị
Method SFIA After Feeding 15s Induration of 100s Sampling time 20s Timer Interval 100 Average Num 5 Coil 100cm Tốc độ bơm 1.3ml/phút
Các mẫu nĩi trên cũng được phân tích đối chứng bằng phương pháp quang phổ hấp thu phân tử theo TCVN 6178 : 1996 ISO 6777: 1984 (E). Kết quả phân tích đối chứng
Hình 52: Đường chuẩn và mẫu nước nuơi tơm sú và các mẫu thêm chuẩn.
Hình 53: Đường chuẩn và mẫu máy và các mẫu thêm chuẩn.
Bảng 13: So sánh kết quả phân tích nitrit mẫu nước nuơi tơm sú bằng hai phương pháp TCVN và phương pháp SFIA trong một số mẫu.
Tên mẫu TCVN 6178 : 1996 SFIA
Mẫu nước nuơi tơm Khơng phát hiện 3,90ppb Mẫu nước nuơi tơm
thêm chuẩn 10,0ppb
12,04ppb 12,60ppb
Nước giếng Khơng phát hiện Khơng phát hiện Nước suối đĩng chai Khơng phát hiện Khơng phát hiện Nước máy Khơng phát hiện Khơng phát hiện
Kết quả phân tích bằng hai phương pháp nhìn chung là khá tương đồng. Ảnh hưởng của nền cũng được thấy rõ trong kết quả phân tích mẫu thêm chuẩn. Khi xác định bằng phương pháp SFIA cho kết quả 12,6ppb trong khi hàm lượng nitrit cĩ sẵn trong mẫu là 3,90ppb, sai số - 13%. Do vậy, trong đối tượng này, chúng tơi đề nghị nên sử dụng phương pháp thêm chuẩn để định lượng, việc này cũng cần thiết phải áp dụng cho TCVN 6178: 1996. Cũng cĩ thể thấy trong hình 53, mặc dù mẫu nước máy được thêm chuẩn 0,0256mg N/L nhưng kết quả phân tích cho thấy tín hiệu bằng khơng. Điều này theo chúng tơi khi thêm chuẩn vào nước máy, nitrit đã bị clo dùng khử trùng oxid hĩa
thành nitrat. Do vậy, trong nước máy chúng tơi đề nghị phân tích chỉ tiêu nitrat thay cho nitrit.
Chương
4
Kết luận và kiến nghị
1. Kết luận
Đầu dị nitrit cĩ thể chế tạo với nguồn linh kiện trong nước, giá thành phần cứng của một đầu dị rất thấp. Nếu khơng kể chi phí cho modun AD/DA, giá thành phần cứng một đầu dị cĩ thể thấy trong bảng 14.
Bảng 14: Chi phí linh kiện phần cứng cho một đầu dị nitrit
TT Tên linh kiện Số lượng đơn giá (VNĐ) Thành tiền (VNĐ)
1 BPW21 1 15.000 15.000 2 DC/DC converter 1 16.000 16.000 3 R 1M 1 10 10 4 C 1000pF 1 10 10 5 LED 2SGY560 1 5.000 5.000 6 Mạch in 1 5.000 5.000 7 IC TL081 1 3.000 3.000 9 Volum 100k 1 1.000 1.000 10 Dây nối các loại # 8.000 8.000 11 Hộp sắt 1 7.000 7.000 12 đế cắm 2 1.000 2.000 13 Tổng 62.010 14 Modun AD/DA 1208LS 1 3.200.000 3.200.000 15 Modun AD/DA tự sản xuất 1 <500.000 <500.000
Tế bào dịng chảy loại chữ U dài 3,5cm làm bằng mica cĩ thể dùng để phân tích nitrit trong khoảng tuyến tính cĩ thểđạt tới 304ng/mL. Bộ phối trộn được cấu tạo với
ống teflon đường kính trong 1,0mm chiều dài 250cm cho chế độ tiêm dịng chảy liên tục và 100cm cho chếđộ tiêm dịng chảy khơng liên tục được làm thành hình cuốn. Vật liệu dùng làm bộ phối trộn cũng dễ dàng tìm thấy trong nước. Một số mẫu nước mơi trường đã được phân tích và chứng minh mức độ chính xác, độ nhạy vượt trội so sánh với các phương pháp trong các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành. Độ nhạy của chế độ
FIA đạt 3,12ppb của chế độ SFIA đạt 5,61ppb tương đương độ nhạy của thiết bị hãng FIALab (3,0ppb), tốt hơn so sánh với thiết bị FIA lắp đặt tại Viện Quy Hoạch Thủy Lợi Nam Bộ [24] là 8,0ppb.
Hệ thống FIA lắp ráp và tự chế tạo được đơn giản nhiều chi tiết đặc biệt là khơng cần van tiêm mẫu. Số kênh của bơm nhu động được giảm từ 3 xuống 2 kênh nhờ việc trộn thuốc thử thay vì dùng riêng rẽ.
Phần mềm điều khiển hệ thống điều khiển thơng qua modun USB PMD1208LS
được đơn giản hĩa dễ dàng sử dụng. Cách tính độ hấp thu bằng chính phần mềm cho phép đơn giản hĩa mạch điện và tiết kiệm được IC lấy logarit. Các tính năng lọc nhiễu bằng thuật tốn biến đổi Fourier nhanh và chuyển dịch trung bình được tích hợp làm cho việc xử lý tín hiệu thuận tiện hơn đồng thời tỉ lệ S/N tăng lên. Chế độ phân tích
định lượng được tích hợp dễ dàng sử dụng và thuận tiện trong tính tốn và hoạt động
độc lập như một chương trình riêng.
Các thơng số kỹ thuật của đầu dị được tĩm tắt trong bảng 15.
Bảng 15: Các thơng kỹ thuật và vận hành của đầu dị nitrit
STT Thơng số Tính chất
1 Hộp ngồi: dài x cao x rộng Sắt từ: 15 x 6 x 10 cm (màu xám bạc) 2 Điện thế hoạt động +5VDC từ nguồn USB máy tính 3 Điện thế cổng ra cực đại +11.5V DC
4 Khuếch đại thuật tốn IC TL081
5 Photodiod BPW21, hấp xạ cực đại 560nm 6 LED 2SYG560, bước sĩng cực đại 560nm
10 Tốc độđọc tín hiệu 1 – 1000 mẫu/giây, thay đổi được
11 Bộ phối trộn 250 cm cho chế độ tiêm dịng chảy liên tục (FIA), 100 cm cho chế độ tiêm dịng chảy khơng liên tục (SFIA). Ống teflon,
đường kính trong 1,0mm
12 AD/DA modun PMD1208LS/PMD1208FS
13 Bơm nhu động khuyến cáo sử dụng
2 kênh, tốc độ 1,3ml/phút
2. Kiến nghị
Để cho kết quả của đề tài này cĩ thể được ứng dụng trong thực tiễn, chúng tơi cĩ các kiến nghị sau:
Cần đầu tư kinh phí để chế tạo bơm nhu động trong nước.
Cần đầu tư kinh phí để chế tạo hệ thống lấy mẫu tựđộng (auto sampler). Cần đầu tưđể chế tạo modun AD/DA thay thế USB 1208LS. Về vấn đề
này, chúng tơi đã tiến hành chế tạo thử và thành cơng với modun AD/DA 1 kênh analog input và 1 kênh digita output, với chi phí cho riêng phần cứng nhỏ hơn 500.000 đồng.
Với các kiến nghị nĩi trên, tổng kinh phí để nghiên cứu chúng tơi ước tính khoảng 100 triệu đồng.
Tài liệu tham khảo:
[1]. J. Ruzicka & E.H.Hansen, Anal. Chim. Acta , 78, 145 (1975)
[2]. J. Ruzicka & E.H.Hansen, “Flow Injection Analysis” 2nd ed. J. Willey, N.Y. 1988
[3]. J. Ruzicka, Anal. Chim. Acta, 190, 155 (1986)
[4]. J. Ruzicka and Hansen, Anal. Chim. Acta., 161, 1 (1984)
[5]. K. Fukamachi, Anal. Chim. Acta, 119, 383 (1980)
[6]. Claudio C.Oliveira, J. Ruzicka, Anal. Let. 33, 929 (2000).
[7]. Chao-Hsiang Wu, Louis Scampavia and Jaromir Ruzicka, Analyst, 127, 898, (2002)
[8]. J. Ruzicka, G.D. Marshall, Anal. Chim. Acta, 237, 329 (1990)
[9]. Chao-Hsiang Wu, Louis Scampavia, Jaromir Ruzicka, and Bruce Zamost, Analyst, 126, 291 (2001).
[10]. Victor P. Andreev, Natalia B. Ilyina, David A. Holman, Louis D. Scampavia, Gary D. Christian, Talanta 48, 485 (1999).
[11]. Louis D. Scampavia and Jaromir Ruzicka, Anal. Sci. 17 supplement, i429, 2001.
[12]. P.S. Hodder and J. Ruzicka, Anal. Chem. 71, 1160 (1999).
[13]. P.S.Hodder et/al, Anal. Chem 72, 3109 (2000).
[14]. J. Wang & E.H.Hansen, J. Anal. At. Spectrom. 16, 1349 ( 2001).
[15]. J. Wang & E.H.Hansen, AnaL. Chim.Acta, 435, 331 (2001).
[16]. J.Wang & E.H.Hansen, Anal. Chim. Acta 424,223, (2000).
[17]. Yuko Ogata, F. Turecek et.al., Anal. Chem. 74, 4702 (2002).
[18]. Technical document, Nitrit 02, FIAlab Co., www.fialab.com .
[19]. TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 6178 : 1996 ISO 6777: 1984 (E) Chất lượng nước – Phương pháp xác định nitrit bằng phương pháp trắc phổ hấp thụ phân tử.
[20]. Chu Xuân Anh, Nguyễn Văn Ri, Âu Tấn Đức, 1993. Nghiên cứu khả năng thay thế kim loại trong các complexonat để phân tích nguyên tốđất hiếm bằng phương pháp phân tích dịng chảy (FIA), Báo cáo
tại Hội nghị Hố học tồn quốc lần thứ hai, trang 50.
[21]. Nguyễn Văn Ri, Nguyễn Thị Thương, Chu Xuân Anh, Nghiên cứu sử dụng thuốc thử Griss để xác định nitrit trong nước bằng kỹ thuật FIA, Đại học khoa học tự nhiên Hà Nội 1996.
[22]. Karin Heby, Malin Wikstrưm, Evaluation of a new portable instrument for measurement of NO2-/NO3- , and automatisation of the existing method at Southern Instute of Water Resources Research, Ho Chi Minh City, Viet Nam, Swedish University of Agricultural Sciences, Uppsala, 11, 2000.
[23]. Nguyễn Thành Đức, Nguyễn Minh Trúc, Vũ Trọng Hùng, Lê Thành Dũng, Nguyễn Bá Hoài Anh,
Hỗ trợ Cơng nghệđánh giá nhanh chất lượng mơi trường nuơi trồng thuỷ hải sản và du lịch bằng bộ
test nhanh và máy quang phổ hấp thu phân tử cầm tay PN01-Thuộc đề tài KC0907, Tuyển tập các Cơng trình Nghiên cứu Biển, Viện Hải Dương học Nha Trang, tháng 8/2004.
[24]. Stefan Jonson, David Nilsson, Construction and Evaluation of a Highly Sensitive Filterphotometer
Detector Coupled to a Segmented Flow AutoAnalyser for Determination of Nitrite and Nitrate in the Vietnamese Coastal Area, Umea University, Autumn 2003.
[25]. Lenore S. Clesceri, Arnold E.greenberg, R.Rhodes Trussel, Standard Methods for the examination of
water and wastewater, 17th Edition, American Public Health Assosiation, 1989.
[26]. Defenderfer, Holton, Principle of Electronic instrument, 3rd Edition, Saunders College Publishing, 1994.