Bơm tiêm là bơm bằng thủy tinh . Kim tiêm Ďươ ̣c lựa cho ̣n chính là kim tiêm y tế thông thườ ng , có chiều dài : 30,8mm; Ďường kính ngoài : 0,52mm và Ďường kính trong : 0,28mm.
2.2.2. Pha tĩnh và dung di ̣ch pha tĩnh
Pha tĩnh dựa trên nền là các polime nhóm este và siloxan Ďươ ̣c nghiên cứu trong luâ ̣n án bao gồm :
- Polimetylacrylat: PT1
CH2 CH COOCH3
n
- Bis (2-ethylhexyl) sebasat: PT2
C4H9 CH CH2 C2H5 OOC CH2 COO CH2 CH C4H9 C2H5 8
- Đietilen glycol sucxinat polieste: PT3
OC CH2 CH2 COO CH2 CH2 O CH2 CH2 O n - PoliĎimetylsiloxan: PT4 O Si CH3 CH3 n - Polimetylphenylsiloxan: PT5
59 O Si CH3 CH3 O Si 50% 50% - PolimetylhiĎrosiloxan: PT6 (CH3)3Si O Si O CH3 H Si(CH3)3 n
Các pha tĩnh Ďược pha trong Ďiclometan với những nồng Ďô ̣ khác nhau Ďể tiến hành phủ lên thành bên trong của kim tiêm rỗng và xác Ďịnh Ďộ dày màng sau khi phủ theo công thức bán thực nghiệm xây dựng Ďược và so sánh với kết quả quan sát trên kính hiển vi Ďiện tử quét SEM.
2.2.3. Cách phủ pha tĩnh
Kim tiêm (phần ống trụ bằng hơ ̣p kim ) Ďươ ̣c làm Ďầy bằng dung d ịch của mỗi loại pha tĩnh Ďược pha sẵn trong Ďiclometan với một nồng Ďộ nhất Ďịnh. Giữ yên ở nhiê ̣t Ďô ̣ phòng cho dung môi Ďiclometan bay hơi hết khoảng 1 giờ, sau Ďó Ďưa kim vào injectơ của máy sắc kí khí và dùng dòng khí trơ (nitơ) cho Ďi qua kim, cùng với việc nâng nhiê ̣t Ďô ̣ khoảng 2000
C Ďể làm sạch triê ̣t Ďể dung môi . Kết quả là toàn bộ lượng pha tĩnh Ďược phủ lên màng bên trong của kim tiêm rỗng. Kim tiêm màng pha tĩnh kim rỗng chế ta ̣o hoàn chỉnh cần Ďược bảo quản Ďể sử dụng , tiến hành vi chiết và có thể tái sử dụng nhiều lần.
2.2.4. Tính toán độ dày màng pha tĩnh
Độ dày màng pha tĩnh Ďược tính toán theo công thức (3.3.7). Từ các kết quả có Ďược là Ďường kính trong của kim tiêm, khối lượng riêng của từng loại pha tĩnh và các giá trị nồng Ďộ của pha tĩnh trong Ďiclometan khác nhau. Kết
60
quả tính toán Ďộ dày màng pha tĩnh trong khoảng nồng Ďộ từ 0,025g/ml Ďến 0,3g/ml. Tại hai nồng Ďộ 0,05g/ml và 0,1g/ml, sau khi phủ trên kim tiêm rỗng Ďược quan sát lại trên kính hiển vi Ďiện tử SEM (loại máy JEOL-5410LV, Ďiều kiện thực hiện ở áp suất chân không cao với thế 15kV). Kết quả tính toán theo công thức bán thực nghiệm và so sánh trên kính hiển vi Ďiện tử SEM Ďược cho như ở bảng 3.4 và các hình từ hình SEM1 Ďến hình SEM12.
2.3. XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH CÁC HỢP CHẤT NHÓM BTEX TRONG MẪU NƢỚC BTEX TRONG MẪU NƢỚC
2.3.1. Điều kiện phân tích sắc kí của các chất nhóm BTEX
a) Điều kiện phân tích sắc kí khí của các chất nhóm BTEX
Thông tin cột mao quản: Cột DH: 100m x 0,25mm x 0,5μm, nhiệt Ďộ tối Ďa 3500C, pha tĩnh phủ lên thành trong của cột dựa trên nền của poliĎimetylsiloxan: Qua khảo sát nhiệt Ďộ làm việc của lò cột Ďể phân tích các chất nhóm BTEX là Ďẳng nhiệt 1000C.
Cột HP-5: 30m x 0,32mm x 0,25μm, nhiệt Ďộ tối Ďa 3500C, pha tĩnh phủ trong cột dựa trên nền poliĎimetyl(95%)Ďipheyl(5%)siloxan. Điều kiện làm việc của lò cột Ďể phân tích các chất nhóm BTEX là Ďẳng nhiệt 400C.
Nhiệt Ďộ injectơ 2000C; khí mang N2; áp xuất khí mang 100kPa; không chia dòng.
61
Đetectơ FID: Nhiệt Ďộ 2500C; tốc Ďộ dòng khí làm sạch Ďetectơ 30ml/phút; dòng không khí 400ml/phút; dòng hiĎro 40ml/phút (sắc kí Ďồ hỗn hợp các chất nhóm BTEX thu Ďược trên Ďiều kiện chạy máy GC-FID chỉ ra như hình 2.1).
+ Điều kiện cho MS: Khí mang He; nhiệt Ďộ buồng ion 2000C; nhiệt Ďộ bộ phận kết nối GC-MS là 2500C; thế của Ďetectơ MS là 1,2kV; chế Ďộ ghi nhận Scan; thời gian 2,2-15 phút.
b) Xây dựng đường chuẩn dùng bơm tiêm Hamilton với các chất nhóm BTEX
Đường chuẩn sử dụng bơm tiêm Hamilton là phương trình Ďường thẳng tuyến tính biểu thị sự phụ thuộc của số Ďếm diện tích píc tương ứng với mỗi lượng chất Ďi qua và Ďược Ďetectơ ghi nhận. Tiến hành lập dựng Ďường chuẩn dùng bơm tiêm Hamilton cho các chất BTEX trong Ďiều kiện sắc kí như trên ứng với Ďetectơ FID. Kết quả biểu diễn sự phụ thuộc của số Ďếm diện tích píc theo lượng chất phân tích Ďược bơm vào sắc kí khí chỉ ra như bảng 2.1.
Bảng 2.1: Kết quả xây dựng Ďường chuẩn dùng bơm tiêm Hamilton với các chất nhóm BTEX
Lượng chất (x10-10g)
Số Ďếm diện tích píc của các chất
Benzen Toluen Etylbenzen m-Xilen
0,05 628 526 1308 489 0,1 1197 893 2185 1043 0,3 4160 2471 7212 3155 0,5 6631 4309 12901 5778 1 13981 8577 25012 11876 3 41066 26919 75531 36844 5 68003 43570 124920 58433
Phương trình Ďường chuẩn của từng chất là: Benzen: y=13629x + 7,69 (R2=0,9999); Toluen: y=8777x – 9,4859 (R2=0,9997); Etylbenzen: y=25039x- 10,528 (R2=1); m-Xilen: y=11851x-42,807 (R2=0,9991).
62
2.3.2. Khảo sát lựa chọn pha tĩnh để vi chiết các chất BTEX
Với Ďối tượng là các hiĎrocacbon thơm nhóm BTEX, các pha tĩnh sử dụng Ďể làm màng phủ lần lượt là các polime: poliacrilat; bis (2-etylhexyl) sebasat; Ďietilen glycol succinat polieste; poliĎimetylsiloxan, polimetylphenylsiloxan và polimetylhiĎrosiloxan. Các pha tĩnh này Ďều Ďược pha trong Ďiclometan với cùng một nồng Ďộ xác Ďịnh là 0,15g/ml. Tiến hành phủ lên thành trong kim rỗng Ďể tạo thiết bị vi chiết màng kim rỗng phủ trong. Vi chiết trên KGH của mẫu giả với nồng Ďộ các chất BTEX trong nước Ďều là 10-6g/ml, trong thời gian 30 phút, cố Ďịnh vi chiết ở nhiệt Ďộ phòng 250C, tốc Ďộ khuấy của dung dịch là 200 vòng/phút, tốc Ďộ kéo, Ďẩy pittông là 30 lần/phút. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của loại pha tĩnh Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm BTEX thu Ďược như ở bảng 2.2.
Bảng 2.2: Khảo sát ảnh hưởng của pha tĩnh Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm BTEX
Loại pha tĩnh Số Ďếm diện tích píc của các chất
Benzen Toluen Etylbenzen m-Xilen
PT1 3109 3309 3210 2570 PT2 27680 4699 4681 9821 PT3 9412 5410 2639 1208 PT4 60456 100921 46573 18983 PT5 67832 175487 56440 30980 PT6 25671 55453 11764 16877
2.3.3. Khảo sát ảnh hƣởng của độ dày màng pha tĩnh
Cùng với loại pha tĩnh Ďược lựa chọn, Ďộ dày màng pha tĩnh phủ lên thành bên trong của kim tiêm rỗng cũng là một yếu tố quan trọng quyết Ďịnh Ďến hiệu quả của quá trình vi chiết. Về lí thuyết, Ďộ dày màng pha tĩnh tăng sẽ có thể vi chiết Ďược lượng chất nhiều hơn lên màng pha tĩnh, cùng với thiết bị phân tích sẽ làm tăng giới hạn phát hiện của phương pháp. Tuy nhiên, Ďộ dày
63
màng tăng trong quá trình vi chiết có thể kéo dài thời gian Ďạt cân bằng phân bố. Để khảo sát ảnh hưởng của Ďộ dày màng pha tĩnh polimetylphenylsiloxan Ďược lựa chọn khi vi chiết các chất nhóm BTEX trong KGH mẫu nước (nồng Ďộ các chất là 10-6
g/ml), chúng tôi Ďã tạo 3 màng có Ďộ dày khác nhau là 8,5 μm; 22μm và 30μm. Thực hiện vi chiết khảo sát thời gian Ďạt cân bằng phân bố, hằng số phân bố Ďiều kiện và giới hạn phát hiện (kết hợp với GC/FID) ở Ďiều kiện nhiệt Ďộ phòng 250
C, tốc Ďộ khuấy dung dịch là 200 vòng/phút, tốc Ďộ kéo Ďẩy pittông trung bình 30 lần/phút. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Ďộ dày màng phủ Ďến thời gian Ďạt cân bằng phân bố và giới hạn phát hiện của phương pháp Ďược chỉ ra như ở bảng 3.3.
2.3.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu quả vi chiết các chất BTEX trong mẫu nƣớc chất BTEX trong mẫu nƣớc
Để xây dựng quy trình vi chiết cần phải tối ưu hoá các yếu tố ảnh hưởng nhằm làm tăng hiệu quả của vi chiết các chất lên màng pha tĩnh. Vi chiết trong KGH mẫu nước do các tác Ďộng thay Ďổi bên ngoài có thể làm thay Ďổi cả hai cân bằng lỏng-hơi và hơi-rắn nên các yếu tố cần Ďược khảo sát bao gồm: Tỉ lệ thể tích không gian hơi (KGH) và dung dịch, nhiệt Ďộ, pH, loại muối thêm vào dung dịch, nồng Ďộ muối, thời gian Ďạt cân bằng phân bố… Mỗi một yếu tố ảnh hưởng Ďược nghiên cứu, khảo sát Ďộc lập khi cố Ďịnh các yếu tố còn lại. Ở Ďây, hiệu quả vi chiết Ďược hiểu là lượng chất vi chiết Ďược lên màng pha tĩnh Ďược nhiều hơn, toàn bộ lượng chất vi chiết Ďược Ďưa vào giải hấp trực tiếp ngay tại Ďầu injectơ của máy sắc kí khí. Do Ďó, tín hiệu thu Ďược từ máy sắc kí khí là số Ďếm diện tích píc nhiều hay ít sẽ phản ánh mức Ďộ và hiệu quả vi chiết của phương pháp. Hiệu quả vi chiết Ďược hiểu như là lượng chất vi chiết Ďược nhiều hơn, Ďộ chọn lọc của màng pha tĩnh và thời gian vi chiết Ďược rút ngắn hơn.
64
2.3.4.1. Khảo sát thời gian đạt cân bằng phân bố khi vi chiết các chất BTEX trong mẫu nƣớc
Thời gian vi chiết là khoảng thời gian Ďược tính từ khi bắt Ďầu Ďưa kim vi chiết vào và ra khỏi KGH mẫu. Thời gian vi chiết là tối ưu khi cân bằng phân bố của các chất phân tích vào pha tĩnh Ďược thiết lập. Để xác Ďịnh thời gian cân bằng phân bố, các khoảng thời gian Ďược nghiên cứu lần lượt là: 3 phút, 5 phút, 7 phút, 10 phút, 13 phút; 15 phút và 20 phút với tốc Ďộ kéo, Ďẩy pittông trung bình là 30 lần/phút, cố Ďịnh tốc Ďộ khuấy dung dịch là 200 vòng/phút và vi chiết ở nhiệt Ďộ 250C. Các chất vi chiết Ďược giải hấp bởi nhiệt tại Ďầu injectơ của máy sắc kí khí GC-FID, ở 2000
C, sự phụ thuộc của số Ďếm diện tích píc vào thời giai vi chiết Ďược chỉ ra ở bảng 2.3 và hình 3.7.
Bảng 2.3: Khảo sát thời gian Ďạt cân bằng phân bố khi vi chiết các chất nhóm BTEX trong KGH mẫu nước
Thời gian vi chiết (phút)
Số Ďếm diện tích píc của các chất
Benzen Toluen Etylbenzen m-Xilen
3 10381 22384 29013 37211 5 16820 35719 48137 64989 7 25906 52171 74550 99075 10 36271 70226 94020 123688 13 36682 70532 94198 123901 15 37527 72341 95670 126662 20 37522 72367 95679 126701
2.3.4.2. Khảo sát tỉ lệ thể tích KGH mẫu trên dung dịch đến hiệu quả vi chiết
Mẫu Ďược chứa trong lọ (14ml) với các tỉ lệ thể tích khác nhau là: 9:5; 7:7; 4:10; 2:12. Thực hiện pha mẫu giả với nồng Ďộ các chất BTEX là 10-
6
g/ml (benzen là 10-7g/ml). Tiến hành vi chiết màng kim rỗng trong khoảng thời gian Ďều là 15 phút, không thêm muối và dung dịch Ďược khuấy với tốc
65
Ďộ 200 vòng/phút ở nhiệt Ďộ 250
C, tốc Ďộ kéo Ďẩy pittông là 30 lần/phút (bơm tiêm vi chiết là 1ml). Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích KGH mẫu trên thể tích dung dịch Ďến hiệu quả vi chiết thu Ďược như ở bảng 2.4 và hình 3.9.
Bảng 2.4: Ảnh hưởng tỉ lệ thể tích KGH/thể tích mẫu Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm BTEX trong KGH mẫu nước.
Tỉ lệ KGH/thể tích mẫu
Số Ďếm diện tích píc của các chất
Benzen Toluen Etylbenzen m-Xilen
9/5 25891 46078 66231 84312
7/7 32664 60324 82079 103272
4/10 43827 82897 112958 146126
2/12 43618 83370 114063 148875
2.3.4.3. Khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ khuấy dung dịch đến hiệu quả vi chiết
Để cho cân bằng lỏng hơi của các chất trong dung dịch và trên phần KGH liên tục Ďược thiết lập nhanh trong quá trình vi chiết, nên dung dịch cần Ďược khuấy Ďều. Mẫu giả Ďược pha trong lọ 14ml với thể tích mẫu là 7ml và sử dụng thanh từ 1cm. Tốc Ďộ khuấy Ďược thay Ďổi lần lượt: không khuấy, 50 vòng/phút, 100 vòng/phút và 200 vòng/phút. Thực hiện vi chiết ở nhiệt Ďộ phòng (khoảng 250C) không thêm muối và các Ďiều kiện khác khi vi chiết Ďều cố Ďịnh như tỉ lệ thể tích KGH trên thể tích dung dịch, tốc Ďộ kéo, Ďẩy pittông 30 lần/phút và thời gian vi chiết là 13 phút. Sau khi vi chiết các chất BTEX Ďược giải hấp và phân tích trên thiết bị GC-FID, sự phụ thuộc của số Ďếm diện tích píc vào tốc Ďộ khuấy dung dịch Ďược chỉ ra như bảng 2.5 và hình 3.11.
Bảng 2.5: Ảnh hưởng của tốc Ďộ khuấy dung dịch Ďến khả năng vi chiết các chất nhóm BTEX trong KGH mẫu nước.
66
Tốc Ďộ khuấy
Số Ďếm diện tích píc của các chất
Benzen Toluen Etylbenzen m-Xilen
Không khuấy 2205 5659 7155 8108
50 2796 6388 8564 10715
100 3383 6423 9380 12622
200 3307 6439 9359 12395
2.3.4.4. Khảo sát ảnh hƣởng của loại muối đến hiệu quả vi chiết
Tiến hành khảo sát quá trình vi chiết khi thêm vào dung dịch nước từng loại muối gồm: NaCl, Na2SO4, NaNO3, K2SO4, KNO3 có nồng Ďộ bão hoà của từng muối tương ứng ở Ďiều kiện nhiệt Ďộ phòng. Thực hiện việc vi chiết màng kim rỗng trong khi cố Ďịnh các Ďiều kiện khác như tốc Ďộ khuấy trộn dung dịch 100 vòng/phút, tiến hành vi chiết ở nhiệt Ďộ phòng trong khoảng thời gian 13 phút và tốc Ďộ kéo Ďẩy pittông 30 lần/phút. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của loại muối thêm vào dung dịch mẫu Ďến cân bằng lỏng-hơi và làm thay Ďổi hiệu quả vi chiết thu Ďược như ở bảng 2.6 và hình 3.13.
Bảng 2.6: Ảnh hưởng của muối Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm BTEX trong KGH mẫu nước
Loại muối Số Ďếm diện tích píc của các chất
Benzen Toluen Etylbenzen m-Xilen
Không muối 5004 4129 2173 2607 NaCl 26469 23165 21926 16327 Na2SO4 44573 45228 37909 35692 NaNO3 45991 41720 30829 37910 K2SO4 8445 6089 4071 7239 KNO3 10067 8790 6823 7901
2.3.4.5. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ muối đến hiệu quả vi chiết
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của loại muối thêm vào dung dịch, với hai muối Na2SO4 và NaNO3 cho hiệu quả vi chiết cao hơn cả. Chúng tôi lựa chọn
67
một muối Na2SO4 Ďể tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nồng Ďộ muối thêm vào. Lấy từng lượng 4; 3; 2; 1 gam muối Na2SO4 vào dung dịch mẫu giả các chất nhóm BTEX với thể tích mẫu 7ml trong lọ 14ml. Tiến hành vi chiết trong khi cố Ďịnh các Ďiều kiện khác như tốc Ďộ khuấy trộn dung dịch là 100 vòng/phút, thời gian vi chiết là 13 phút ở nhiệt Ďộ phòng với tốc Ďộ kéo, Ďẩy pittông 30 lần/phút. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng Ďộ muối Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm BTEX trong KGH mẫu nước thu Ďược như ở bảng 2.7 và hình 3.15.
Bảng 2.7: Ảnh hưởng của nồng Ďộ muối thêm vào dung dịch Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm BTEX trong KGH mẫu nước.
Nồng Ďộ muối (g/7ml)
Số Ďếm diện tích píc của các chất
Benzen Toluen Etylbenzen m-Xilen
1 19377 16095 10266 8825
2 27284 25610 21535 19511
3 32189 31900 30183 25538
4 45102 44982 38219 34012
2.3.4.6. Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến hiệu quả vi chiết
Với yếu tố ảnh hưởng này Ďược khảo sát khi chỉnh pH của dung dịch với các giá trị khác nhau là 3, 5, 7, 9 và 11, bằng cách thêm những lượng chính xác dung dịch HCl 0,1N khi muốn pH bằng 3 và 5, cũng như thêm NaOH 0,1N khi muốn pH là 9 và 11 (giá trị pH Ďược kiểm chứng lại bằng máy Ďo pH cầm tay). Tiến hành vi chiết trong khi các Ďiều kiện khác Ďều giữ cố Ďịnh như không thêm muối, tốc Ďộ khuấy dung dịch 100 vòng/phút, thời gian vi chiết là 13 phút với tốc Ďộ kéo, Ďẩy của pittông là 30 lần/phút. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của sự thay Ďổi pH trong dung dịch Ďến hiệu quả vi chiết thu Ďược như ở bảng 2.8 và hình 3.17.
68
Bảng 2.8: Ảnh hưởng của pH Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm BTEX trong KGH mẫu nước.
pH Số Ďếm diện tích píc của các chất
Benzen Toluen Etylbenzen m-Xilen
3 47865 87347 132966 173421
5 46779 85901 127567 160783
7 46321 84531 122902 159921
9 48527 86012 130135 175690
11 48904 86745 137756 178561
2.3.4.7. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả vi chiết