Giới hạn phát hiện (GHPH) là nồng độ nhỏ nhất của chất phân tích tạo ra đƣợc một tín hiệu có thể phân biệt đƣợc một cách tin cậy với tín hiệu trắng (hay tín hiệu nền).
Phương pháp AIQS-DB
Đƣờng chuẩn đƣợc đăng ký trong dữ liệu phần mềm đƣợc chuẩn bị từ bốn điểm chuẩn có nồng độ là 0,01; 0,1; 1 và 10 µg/ml. giới hạn phát hiện của 64% các hợp chất có giới hạn phát hiện nhỏ hơn 0.01 µg/ml, giới hạn phát hiện của 30% các hợp chất đƣợc đăng ký nhỏ hơn 0,1 µg/ml [13].
Phương pháp truyền thống.
+ Mẫu nƣớc:, thêm chuẩn (lƣợng chuẩn thêm vào sao cho khi cô đặc mẫu trƣớc khi đem phân tích là 40ppb) vào 500ml nƣớc cất, cô đặc mẫu đến 1 ml tức đã làm giàu mẫu 500 lần, nồng độ thuốc trừ sâu trong mẫu nƣớc sẽ là 0,08 ppb. Thí nghiệm này đƣợc lặp lại 5 lần quá trình xử lý mẫu nhƣ thực hiện trên mẫu thật, nhằm kiểm tra với nồng độ ở ngƣỡng thấp nhất, phƣơng pháp nghiên cứu có đảm bảo độ chính xác hay không?
23
Giá trị đo lặp lại 5 lần tính giới hạn phát hiện của phương pháp khi phân tích TTS
TT Tên chất Nồng độ chuân thêm vào (ppb) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 GTTB 1 a BHC 40 28 41 42.2 41.6 56 41.8 2 g BHC 40 38 42 40.5 42.3 50.2 42.6 3 b BHC 40 45.6 56.3 56.3 35.5 40.5 46.8 4 x BHC 40 29.5 36.4 43.2 46.5 47.7 40.7 5 Hep. 40 35.6 53.4 35.4 37.5 54.3 43.2 6 Aldrin 40 35 65.3 47.5 45.6 24.5 43.6 7 Hep. Epro. 40 31.2 46.5 40 36.7 35.4 38.0 8 g chlordane 40 37.5 42.2 34.2 32.4 54.5 40.2 9 4,4DDE 40 38.4 37.4 57.5 60.4 37.5 46.2 10 Endosulfan I 40 24.3 37.4 50.4 54.3 35.3 40.3 11 a Chlordane 40 25.4 38.5 56.4 45.4 43.2 41.8 12 Dieldrin 40 30.4 29.8 47 57.3 46 42.1 13 Endrin 40 34 42.4 38 56.4 24.5 39.1 14 Endosulfan II 40 28.4 45 41.2 43 46.4 40.8 15 4,4DDD 40 34.2 53.2 43.4 43.5 55.4 45.9 16 End. Ald. 40 38 51.2 45.3 34.5 29.4 39.7 17 Endo. Sulfate 40 26.5 52.3 56 54.3 34.5 44.7 18 4,4 DDT 40 25 53.4 35.5 25.5 58.3 39.5 19 End. keton 40 35.6 45.2 64 27.5 53.4 45.1 20 Methoxychlor 40 32 46.2 53.4 42.3 45.3 43.8
Giới hạn phát hiện của phương pháp và phần trăm sai số biến thiên khi phân tích TTS
TT Tên chất GTTB ồ ọ SD %CV MDL(ppb) 1 a BHC 41.8 1.8 4.4 9.91 23.7 0.06 2 g BHC 42.6 2.6 6.5 4.58 10.7 0.03 3 b BHC 46.8 6.8 17.1 9.34 20.0 0.06 4 x BHC 40.7 0.7 1.7 7.63 18.8 0.05 5 Hep. 43.2 3.2 8.1 9.73 22.5 0.06 6 Aldrin 43.6 3.6 9.0 15.24 35.0 0.09
24 7 Hep. Epro. 38.0 -2.0 5.1 5.72 15.1 0.03 8 g chlordane 40.2 0.2 0.4 8.84 22.0 0.05 9 4,4DDE 46.2 6.2 15.6 11.65 25.2 0.07 10 Endosulfan I 40.3 0.3 0.8 12.12 30.0 0.07 11 a Chlordane 41.8 1.8 4.4 11.27 27.0 0.07 12 Dieldrin 42.1 2.1 5.3 11.82 28.1 0.07 13 Endrin 39.1 -0.9 2.3 11.73 30.0 0.07 14 Endosulfan II 40.8 0.8 2.0 7.21 17.7 0.04 15 4,4DDD 45.9 5.9 14.9 8.55 18.6 0.05 16 End. Ald. 39.7 -0.3 0.8 8.65 21.8 0.05 17 Endo. Sulfate 44.7 4.7 11.8 13.35 29.9 0.08 18 4,4 DDT 39.5 -0.5 1.2 15.56 39.4 0.09 19 End. keton 45.1 5.1 12.9 14.37 31.8 0.09 20 Methoxychlor 43.8 3.8 9.6 7.77 17.7 0.05
1.8.1. Thử nghiệm trên mẫu dung dịch chuẩn sử dụng phần mềm AIQS-DB
Để đánh giá đô ̣ chính xác c ủa phƣơng pháp phân tích sử dụng AIQS -DB, chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm phân tích dung dịch chuẩn thuốc trừ sâu nhóm cơ Clo với nồng đô ̣ 0,1 mg/L bằng phần mềm AIQS-DB.
Kết quả cho thấy , phần mềm đã phát hiê ̣n đƣợc toàn bô ̣ các thuốc trƣ̀ sâu nhóm cơ Clo trong chất chuẩn với giá trị SI > 80% (similar index).
Kết quả đi ̣nh lƣợng bằng phần mềm cho thấy các chất đều đƣợc đi ̣nh lƣợng với sai số <30% và thời gian lƣu giữa thời điểm phân tích và dự đoán < 3s.
Bảng 1.3. Kết quả thử nghiê ̣m phân tích thuốc trừ sâu cơ Clo bằng AIQS-DB
ID# Name ISTD Group # Mass Ret.Tim e Conc (ppb) Std.Ret.Time SI 312 7;1;;a-HCH 6 219 20.736 112 20.727 89 333 7.1;;b-HCH 6 219 21.098 114 21.089 84 350 7;1;;g-HCH 6 219 21.634 100 21.620 93
25 ID# Name ISTD Group # Mass Ret.Tim e Conc (ppb) Std.Ret.Time SI 381 7;1;;d-HCH 6 219 22.395 110 22.364 92 432 7;1;;Heptachlor 6 272 23.513 103 23.493 94 480 7;1;;Aldrin 7 263 24.413 110 24.387 94 524 7;1;;Heptachlor epoxide (B) 7 353 25.376 104,0 25.350 91 624 7;1;;p,p'-DDE 7 246 26.798 105 26.781 95 631 7;1;;Dieldrin 7 79 26.924 102 26.889 90 661 7;1;;Endrin 7 263 27.421 112 27.388 92 672 7;1;;Endosulfan II 7 195 27.684 104 27.647 89 677 7;1;;p,p'-DDD 7 235 27.795 114 27.775 95 685 7;1;;Endrin aldehyde 8 345 28.024 115 27.981 90 715 7;1;;Endosulfan sulfate 8 272 28.581 110 28.538 84 723 7;1;;p,p'-DDT 8 235 28.679 103 28.659 95 761 7;1;;Endrin ketone 8 317 29.677 110 29.635 90 783 7;1;;Methoxychlor 8 227 29.968 112 29.935 89
26
Hình 1.4. Phân tích thuốc trừ sâu cơ Clo bằng phần mềm AIQS-DB 1.8.2. Phân tích dung dịch chuẩn cơ clo bằng phương pháp truyền thống
Dung dịch cơ clo chuẩn có nồng độ 100ppb đƣợc bơm vào hệ thống GC/MS, trên cơ sở của việc xây dựng đƣờng ngoại chuẩn.
Hình 1.5. Phân tích thuốc trừ sâu cơ clo theo phương pháp truyền thống
Sắc đồ
Kết quả phân tích Phổ khối
Peak của chất phân tích
27
Bảng 1.4. Kết quả thử nghiệm thuốc trừ sâu cơ clo bằng phương pháp truyền thống
STT Tên hợp chất Thời gian lƣu Mảnh phổ Nồng độ (ppb)
1 a-HCH 6.635 101 97.2 2 Beta BHC 7.271 109 106.0 3 Gama BHC 7.493 181 98.0 4 Delta BHC 8.222 181 105.0 5 Heptachlor 9.3322 100 98.4 6 Aldrin 11.759 66 99.5 7 Heptachlor epoxi 12.069 81 98.9 8 p,p'-DDE 12.623 246 99.5 9 Dieldrin 12.728 79 99.3 10 Endrin 13.228 67 107.0 11 Endosulfan 13.490 195 99.5 12 p,p'-DDD 13.622 235 98.4 13 Endrin aldehyde 13.836 67 103.0 14 Endosulfan sulfate 14.397 272 98.9 15 p,p'-DDT 14.509 235 97.5 16 Endrin ketone 15.495 67 98.5 17 Methoxychlor 15.818 227 94.7
28
Nhận xét: Độ lệch chuẩn tƣơng đối của phƣơng pháp AIQS- DB là 4.8% độ lệch chuẩn tƣơng đối của phƣơng pháp truyền thống là 3.3%. Độ lệch này cho thấy hai phƣơng pháp phân tích có độ lệch chuẩn đều thấp, và tƣơng đối gần nhau. Phƣơng pháp truyền thống cho kết quả phân tích chính xác hơn tuy nhiên phƣơng pháp AIQS-DB có ƣu điểm hơn là có thể xác định đƣợc nhiều hợp chất mà không cần chất chuẩn.
29
Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG, PHƢƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
- Các chất hữu cơ độc hại trong nƣớc Sông Hồng
- Luận văn tổng hợp kết quả phân tích theo nhóm chất hữu cơ bền, đánh giá mức độ phân bố tại các vị trí nghiên cứu.
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu
Tiến hành thu thập các số liệu, dữ liệu, thông tin có sẵn liên quan đến nội dung của đề tài nghiên cứu.
2.2.2. Phương pháp điều tra và khảo sát thực tế
Mục đích khảo sát thực địa nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm một cách trực quan, hỗ trợ cho quá trình nghiên cứu, đánh giá mức độ phân bố chất ô nhiễm.
a. Xác định khoảng thời gian lấy mẫu
Các mẫu nƣớc đƣợc lấy vào mùa khô từ ngày 28 tháng 3 năm 2013
b. Vị trí lấy mẫu
Tiến hành lấy mẫu nƣớc sông Hồng từ Cầu Cốc Lếu (Lào Cai) chảy qua các tỉnh, thành của Việt Nam và kết thúc ở Ba Lạt (Nam Định), chúng tôi tiến hành lấy ít nhất mỗi tỉnh là một mẫu. Cụ thể nhƣ sau:
Bảng 2.1. Tổng hợp các vị trí lấy mẫu
STT Tên mẫu Vị trí Tọa độ Ghi chú
1 Red 1 Cầu Cốc Lếu- Lào Cai 22°30'11.61"N 103°58'6.90"E 2 Red 2 Cầu Bảo Hà – Lào Cai 22°10'14.21"N 104°21'17.41"E 3 Red 3 Cầu Yên Bái- Yên Bái 21°41'41.45"N
104°52'13.90"E 4 Red 4 Cầu Phong Châu- Phú Thọ 21°17'8.35"N
30
5 Red 5 Cầu Trung Hà- Phú Thọ 21°14'4.15"N 105°21'4.61"E 6 Red 6 Cầu Việt Trì - Phú Thọ 21°18'1.53"N
105°26'36.52"E 7 Red 7 Phà Vĩnh Thịnh- Vĩnh Phúc 21°10'0.39"N
105°29'7.40"E 8 Red 8 Cầu Thăng Long- Hà Nội 21° 5'57.33"N
105°47'11.22"E 9 Red 9 Cầu Thanh Trì - Hà Nội 20°59'37.09"N
105°54'5.66"E 10 Red 10 Phà Chƣơng Dƣơng - Hà Nội 20°50'39.80"N 105°55'9.67"E 11 Red 11 Cầu Yên Lệnh- Hƣng Yên 20°39'29.22"N 106° 2'5.38"E 12 Red 12 Cầu Tân Đệ- Thái Bình 20°26'37.82"N
106°13'6.76"E 13 Red 13 Cửa Sa Cao- Thái Bình 20°22'12.39"N 106°20'38.83"E 14 Red 14 Cửa Ba Lạt- Nam Định 20°17'29.68"N
106°32'57.05"E
Các điểm thu thập mẫu nƣớc sông Hồng dọc từ đầu nguồn (Cốc Lếu) cho đến kết thúc ở Ba Lạt theo sơ đồ sau:
31
Hình 2.2b. Tổng hợp các vị trí lẫy mẫu dọc theo sông Hồng
2.2.3. Phương pháp thực nghiệm
a. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu
Mẫu đƣợc lấy dựa theo TCVN 6663-6 : 2008 tiêu chuẩn quốc gia về chất
lƣợng nƣớc – lấy mẫu – Phần 6: Hƣớng dẫn lấy mẫu ở sông và suối.
Tất cả các mẫu nƣớc mặt đƣợc lấy ở giữa dòng của con sông Hồng bắt đầu từ cầu Cốc Lếu - Lào Cai và kết thúc ở Ba Lạt - Nam Định, mỗi tỉnh lấy một điểm, mỗi điểm lấy 3 mẫu.
Cách lấy mẫu: Mẫu nƣớc đƣợc lấy bằng vật liệu đƣợc làm bằng thép không rỉ , lấy cách bề mặt khoảng 5 cm ở giữa dòng chảy sau đó đƣợc chứa vào chai thủy tinh 1 lít (chai này đã đƣợc rửa sạch bằng chất tẩy rửa, tráng bằng nƣớc cất, dung môi aceton và hexane. Chai chứa mẫu đƣợc giữ trong bình đá trong quá trình vận chuyển từ nơi lấy mẫu về phòng thí nghiệm. Mẫu đƣợc bảo quản trong bóng tối và
32
đƣợc giữ ở 40C trƣớc khi phân tích. Mẫu đƣợc đƣa vào chiết tách trực tiếp không qua xử lý sơ bộ.
Lấy mẫu từ thƣợng nguồn sông Hồng (giáp Trung Quốc) dọc xuống hạ lƣu nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm tại từng khu vực (do sông Hồng chạy dọc theo hơn 9 tỉnh phía bắc), từ đó tìm ra nguồn phát thải của những chất ô nhiễm đó. Hơn nữa cũng nhằm để kiểm tra xem có hay không sự trung chuyển của các chất ô nhiễm (ô nhiễm xuyên biên giới).
Tuy nhiên việc lựa chọn các điểm lấy mẫu dày đặc hơn tại các khu vực đông dân cƣ sinh sống hoặc có hoạt động công nghiệp (từ Phú Thọ xuống Hà Nội) hơn là những khu vực miền núi thƣa dân cƣ (từ Lào cai xuống đầu tỉnh Phú Thọ), ít có hoạt động công nghiệp (dự đoán ít nguồn phát thải), nhằm đánh giá ảnh hƣởng của hoạt động sinh hoạt, sản xuất ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc sông Hồng nhƣ thế nào (xem có hoạt dộng thải bỏ hóa chất, nƣớc thải sinh hoạt chƣa qua xử lý vào lƣu vực sông hay không).
b. Phương pháp xử lý mẫu
Đối với mẫu cần phân tích các chất hữu cơ độc hại với nhiều thành phần chúng tôi sử dụng phƣơng pháp chiết pha rắn. Chiết pha rắn (SPE) là một phƣơng pháp chuẩn bị mẫu để làm giàu và làm sạch mẫu phân tích từ dung dịch bằng cách hấp phụ lên một cột pha rắn, sau đó chất phân tích đƣợc rửa giải bằng dung môi thích hợp. Phƣơng pháp SPE có hiệu suất thu hồi cao, khả năng làm sạch chất phân tích lớn, dễ tự động hóa, có khả năng tƣơng thích với phân tích sắc ký và giảm lƣợng dung môi tiêu thụ.
33
Quy trình chiết pha rắn được biểu thị như sau:
Hình 2.3. Quy trình chiết pha rắn [2]
Thế tích mẫu chuẩn bị cho quá trình chiết là 500mL. Các dung môi sử dụng
cho quá trình chiết là diclometan (DCM) dùng để hoạt hóa màng hấp phụ và chiết tách các hợp chất hữu cơ không phân cực; dung dịch Acetone dùng để hoạt hóa màng hấp phụ carbon AC phụ và chiết tách các hợp chất hữu cơ bán phụ và chiết tách các hợp chất hữu cơ bản; dung môi metanol (MeOH) dùng để hoạt hóa màng
34
hấp phụ; dung dịch Hexane dùng để chuyển mẫu từ môi trƣờng acetone dễ bay hơi ở nhiệt độ bình thƣờng sang nhiệt độ bay hơi cao hơn và dung môi hexane tốt cho hoạt động của máy GC-MS hơn acetone.
Tác dụng của hệ thống màng lọc:
- Màng GMF-150 [22]: là một loại giấy lọc vi sợi thủy tinh với lớp thô ở trên (10 µm) kết hợp với một lớp mịn 1.0µm hay 2.0µm. Đƣợc làm từ 100% vi sợi thủy tinh borosilicate, không có chất phụ gia. Nó lý tƣởng cho việc tải hạt cao hơn với tốc độ lọc nhanh hơn. Tác dụng lọc lớp huyền phù trong xử lý mẫu.
- Màng hấp phụ XD: Hấp phụ các hợp chất hữu cơ bán phân cực và không phân cực
- Màng hấp phụ AC (than hoạt tính): Hấp phụ các hợp chất hữu cơ không phân cực.
c. Phương pháp phân tích mẫu
Quá trình phân tích mẫu là một quá trình vận hành tổ hợp 3 thiết bị riêng biệt đƣợc ghép nối với nhau bao gồm máy sắc kí, máy khối phổ và máy vi tính. Để vận hành thiết bị không xảy ra lỗi chúng ta phải thực hiện quy trình một cách trình tự và khoa học theo các bƣớc thể hiện ở hình 2.4.
35
Hình 2.4. Sơ đồ phân tích mẫu [2]
2.2.4. Phương pháp phân tích, xử lý số liệu
- Đánh giá, tổng hợp, xử lý số liệu
- Các số liệu sau khi thu thập, phân tích... đƣợc đánh giá tổng hợp, xử lý và tổng kết thành một bản kết quả cô đọng nhất làm nổi bật vấn đề cần nghiên cứu.
2.3. Nội dung nghiên cứu
- Thu thập tài liệu nghiên cứu liên quan đến tình hình ô nhiễm các hợp chất hữu cơ độc hại trên thế giới và Việt Nam.
1.Chuẩn bị 2. Thiết lập điều kiện 3. Đo dung dịch chuẩn
4. Đăng kí thời gian lƣu của n-alkan từ C9-C33 Dữ liệu cho hệ GC-MS
5.Kiểm tra thành phần dữ liệu
6. Đánh giá kết quả đo dung dịch chuẩn
Đáp ứng tiêu chuẩn 7. Chuẩn bị mẫu đo
Phân tích dữ liệu
9.Chạy chƣơng trình đo mẫu 10. Xuất file kết quả
8. Tạo file chứa thời gian lƣu của dữ liệu Thời gian lƣu khối phổ đƣờng cong hiệu chuẩn
36
- Thu thập tài liệu liên quan đến các phƣơng pháp phân tích hợp chất hữu cơ (trên thiết bị sắc ký khí, sắc ký lỏng…)
- Xây dựng quy trình phân tích
- Đánh giá một số thông số kỹ thuật của phƣơng pháp (giới hạn phát hiện, giới hạn định lƣợng, độ thu hồi…)
- Tiến hành lấy mẫu và phân tích mẫu nƣớc thu thập đƣợc tại lƣu vực sông Hồng và đánh giá mức độ ô nhiễm.
37
Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả phân tích
3.1.1. Các kết quả phân tích thu được
Sau khi phân tích 14 mẫu nƣớc sông Hồng đƣợc lấy tại các điểm (Bảng 2.1) sử dụng thiết bị GC-MS kết hợp cơ sở dữ liệu AIQS cho thấy thu đƣợc 22 chất khác nhau cụ thể:
38
Bảng 3.1. Nồng độ các chất hữu cơ độc hại trong mẫu nƣớc tại các vị trí nghiên cứu
Compounds Red River
Hong san's code Red_1 Red_2 Red_3 Red_4 Red_5 Red_6 Red_7 Red_8 Red_9 Red_10 Red_11 Red_12 Red_13 Red_14
Naphthalene - - - 0.001 0.018 0.016 0.005 - 2-Methylnaphthalene 0.003 0.006 - - - - - - - 0.006 0.002 - - 1-Methylnaphthalene - 0.004 - - - 0.003 0.002 - - Acenaphthylene - - - 0.001 - - 0.002 - - Acenaphthene - - - 0.003 - - - 0.002 - - Fluorene 0.006 - - - 0.001 0.002 0.002 0.002 - - Phenanthrene 0.017 - 0.003 0.003 0.002 0.003 - 0.003 0.005 0.006 0.014 0.006 0.004 - 3-Methylphenanthrene - - - 0.003 - 0.004 - - 0.002 0.002 0.011 0.002 0.002 - 2-Methylphenanthrene 0.004 - - - - 0.001 - - 0.002 - 0.013 - - -