7. Bố cục của luận án
2.5. NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU CHO PHÂN TÍCH POP
2.5.1. Nghiên cứu lựa chọn dung môi để chiết các POP từ mẫu phân tích
Trong kỹ thuật sắc kí GC-ECD, việc lựa chọn dung môi có ý nghĩa quan trọng đến kết quả phân tích. Đặc biệt dung môi dùng cho máy Varian 3800 của Mỹ có gắn Detector ECD yêu cầu sử dụng dung môi siêu sạch.
- Dung môi n-hexan PA của hãng Prolabo Pháp.
- Dung môi n-hexan PG (Pesticide Grade – sạch cho phân tích dư lượng HCBVTV) của hãng Prolabo Pháp.
Lý do chọn sản phẩm của hãng Prolabo là vì nhà cung cấp có sản phẩm đóng chai 5 lít/chai nên giá thành giảm đi được khoảng 10% so với sản phẩm của hãng Merck (Đức) chỉ có loại 1 lít/chai lưu hành trên thị trường Việt Nam.
Tiến hành chạy sắc kí đồ trong cùng điều kiện, nếu loại dung môi nào cho kết quả đường nền phẳng, ít hoặc không nhiễu, sẽ được chọn.
2.5.2. Nghiên cứu lựa chọn kỹ thuật chiết và xác định hiệu suất thu hồi của quá trình chiết các hợp chất POP từ mẫu bùn trình chiết các hợp chất POP từ mẫu bùn
Có 3 phương pháp chiết: Chiêt Soxhlet, chiết lắc và chiết siêu âm được sử dụng để tách các hợp chất POP. Chúng tôi cần nghiên cứu lựa chọn phương pháp thích hợp.
Chuẩn bị 3 mẫu như nhau, mỗi mẫu gồm: 3g mẫu bùn và 500 ml nước cất, thêm 100 ng 2,3,5-TCB. Tiến hành chiết tách bằng 3 phương pháp (Soxhlet, lắc, siêu âm), dịch chiết đều được cô quay làm giàu và làm sạch trên cột Florisil. Sử dụng 2,3,5-TCB làm chất chỉ thị trong nghiên cứu xác định hiệu suất thu hồi (vì nó không có trong môi trường nên có thể thêm trực tiếp vào mẫu cần phân tích). Điều này là rất có ý nghĩa vì tính chất của mẫu thực sẽ không còn là yếu tố khác biệt trong hai trường hợp: xử lí mẫu giả và mẫu thực.
Quá trình chiết được thử nghiệm với ba phương pháp là chiết Soxhlet ở nhiệt độ sôi của dung môi, chiết trên máy lắc và chiết siêu âm đều ở nhiệt độ phòng. Dung môi chiết đều là n-hexan và thời gian chiết đều là 8 giờ. Hàm lượng 2,3,5- TCB được xác định bằng phương pháp ngoại chuẩn. Kết quả thu hồi (hay hiệu suất chiết tách) được trình bày trong chương 3, bảng 3.1.
2.5.3. Nghiên cứu xác định thời gian chiết tối ưu để đạt hiệu suất thu hồi cao Hiệu suất thu hồi của quá trình chiết tách các hợp chất POP bằng kỹ thuật Hiệu suất thu hồi của quá trình chiết tách các hợp chất POP bằng kỹ thuật chiết Soxhlet với dung môi n-hexan là tốt nhất (kết quả trình bày trong chương 3 hình 3.3). Để chọn khoảng thời gian chiết tối ưu nhằm đạt hiệu suất thu hồi cao, chúng tôi tiến hành 3 lần chiết lặp một mẫu bùn có cho thêm 100 ng 2,3,5-TCB ở
các khoảng thời gian khác nhau từ 2 ÷ 8 giờ. Hiệu suất thu hồi là kết quả trung bình (cùng với sai số chuẩn) của 3 lần chiết.
2.5.4. Nghiên cứu xử lí các hợp chất hữu cơ chứa S trong dịch chiết bằng bột Cu Hàm lượng các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh trong mẫu bùn thường rất Hàm lượng các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh trong mẫu bùn thường rất cao, cao hơn hẳn các hợp chất POP. Nếu không làm sạch các tạp chất hữu cơ lưu huỳnh thì chúng sẽ trùm hết các pic của POP gây nhiễu. Bởi vậy, đối với các mẫu bùn-sa lắng, khâu làm sạch các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh trước khi phân tích định lượng POP là khâu quan trọng và bắt buộc.
Phương pháp làm sạch các hợp chất hữu cơ lưu huỳnh là khử bằng bột Cu. Để làm việc này người ta cho vào dung dịch mẫu sau chiết (trước khi làm giàu), khoảng 1 g bột Cu để khử các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh. Thông thường sau khoảng 2 ÷ 3 phút, bột đồng chuyển sang màu đen xám, đó là màu của CuS. Khâu làm sạch các hợp chất hữu cơ lưu huỳnh được tiến hành trong khoảng 10 ÷ 15 phút, thỉnh thoảng lắc nhẹ hỗn hợp để tăng tốc độ phản ứng.
2.5.5. Nghiên cứu lựa chọn chế độ nhiệt tối ưu cho cột sắc kí
Chế độ làm việc của thiết bị sắc ký:
- Nhiệt độ buồng hóa hơi: 250oC; Nhiệt độ buồng detector: 290oC - Tốc độ dòng khí mang (N2): cố định là 1,2 ml/phút;
- Tốc độ dòng khí bổ trợ (N2): 25 ml/phút được đưa liên tục vào buồng detector để tạo đường nền là dòng điện tử do phân ly khí N2;
- Bật chế độ làm việc của chương trình tự điều chỉnh mức không của đường nền. Chế độ sắc ký tối ưu bao gồm áp suất đầu cột của khí, thời gian để hóa hơi trong buồng hóa hơi cũng như các thông số khác đã được nghiên cứu lựa chọn kỹ lưỡng.
Nhưng với các hợp chất POP tốc độ gia nhiệt cho cột quyết định điều kiện cân bằng phân bố hợp chất phân tích giữa hai pha khí, lỏng và quyết định thời gian phân tích cho một mẫu. Nếu tăng tốc độ gia nhiệt thì thời gian phân tích một mẫu sẽ giảm xuống, nhưng phân bố khó đạt cân bằng và hệ quả là chiều cao một đĩa lý thuyết sẽ tăng lên làm cho độ phân giải của các hợp chất POP sẽ giảm đi. Nói cách khác là kết quả phân tích sẽ kém chính xác.
độ gia nhiệt đối với cột sắc ký ở các nhiệt độ khác nhau. Sử dụng mẫu chuẩn của Aroclo 1254 với hai chế độ gia nhiệt cột sắc ký tương ứng là 7oC/phút và 3oC/phút. Hỗn hợp Aroclo 1254 là một loại dầu công nghiệp có mức clo hóa là 54% theo trọng lượng phân tử (số 12 là để chỉ hợp chất có 12 nguyên tử cacbon, tức là có cấu trúc hai mạch benzen nối với nhau). Hỗn hợp này bao gồm các CB có mức clo hóa từ di- đến octa-, tức là từ hai đến 8 vị trí cacbon trong phân tử được clo hóa.
Chế độ sắc ký tối ưu được lựa chọn như sau: - Giữ nhiệt độ buồng cột 65oC trong vòng 1 phút
- Tăng nhiệt độ buồng cột với tốc độ: 3oC/phút đến nhiệt độ 250oC - Giữ nhiệt độ buồng cột ở 250oC trong thời gian 7 phút.
Hình 2.4 trình bày chế độ gia nhiệt buồng cột sắc ký các hợp chất POP cuả thiết bị VARIAN 3800, cột mao quản Rtx-5 có đường kính trong Φ0,32 mm, lớp dầu silicone 0,25 µm, chiều dài 30 m.
Hình 2.4. Chế độ gia nhiệt sắc ký POP của thiết bị VARIAN 3800, cột mao quản Φ0,32 mm, lớp dầu silicone 0,25 µm, dài 30 (hãng Scientific, Thụy Sĩ)
2.6. CHƯƠNG TRÌNH ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TÍCH
Chương trình đảm bảo chất lượng được áp dụng với các biện pháp sau:
- Duy trì mức phông đối với tổng các hợp chất POP trong phòng thí nghiệm. Phòng thí nghiệm sạch không có hóa chất bảo vệ thực vật nói chung và POP nói riêng, được kiểm chứng bằng cách mỗi quý một lần: Hút 50 m3 không khí trong phòng xử lý mẫu cho qua cột nhồi Florisil. Dùng 75 ml n-hexan rửa bột rồi làm giàu bằng cô quay, thổi
N2 khô đến 1ml và sau cùng là phân tích sự hiện diện của các hợp chất POP. Tất cả các phân tích phải đảm bảo hàm lượng các hợp chất POP trong không khí phòng thí nghiệm luôn luôn ở mức 1 µg/m3 không khí.
- Phân tích mẫu trắng và mẫu vận chuyển. Mẫu trắng là nước lọc tinh khiết Aquafina đóng chai. Mẫu vận chuyển cũng là các chai nước Aquafina được vận chuyển cùng chai lấy mẫu đến hiện trường và vận chuyển quay ngược lại.
Độ chính xác của phương pháp được kiểm chứng qua phân tích mẫu chuẩn của Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế, ký hiệu là IAEA 459 (mẫu sa lắng vùng vịnh Vernice, Italy). Kết quả đánh giá tỷ số Z đối với tất cả các thành phần POP phân tích (ngoại trừ mirex, toxaphen, dioxin và furan do không tiến hành phân tích), phải đảm bảo có giá trị < 3, nghĩa là độ chính xác của quy trình nêu trên là đạt yêu cầu. Sai số của các hợp chất nhóm DDT, HCH, “drin”, clordan và 10 CB không sai lệch quá 7% so với giá trị trung bình do tất cả các phòng thí nghiệm cung cấp. Trong nghiên cứu này độ chính xác của phương pháp chấp nhận ở mức cao nhất là 7%. Chi tiết kết quả phân tích so sánh quốc tế được trình bày trong chương 3.
2.7. GIỚI HẠN PHÁT HIỆN CỦA PHƯƠNG PHÁP
Để xác định giới hạn phát hiện của phương pháp phân tích GC-ECD, chúng tôi đã thực hiện bằng kỹ thuật thêm chuẩn, trên cơ sở lấy mẫu bùn từ một ruộng lúa ở Đông Ngạc, Từ Liêm, Hà Nội. Cách tiến hành như sau:
Mẫu bùn được rây ướt qua rây đồng có lỗ <1 mm để loại bỏ hết các hạt sỏi, các rễ và lá cây có kích thước lớn hơn 1 mm . Để mãu lắng trong 24 giờ rồi gạn hết nước. Để mẫu khô tự nhiên trong không khí của phòng thí nghiệm đến mức có thể bóp vụn bằng tay. Sau đó mẫu được đưa vào lò nung, đốt ở 550oC trong vòng 4 giờ để thiêu hết hoàn toàn chất hữu cơ, trong đó có cả dư lượng nông hóa và đảm bảo chắc chắn rằng trong mẫu hoàn toàn không còn bất kỳ một hợp chất POP nào. Để mẫu nguội, lấy ra và nghiền mịn, rây qua rây bằng đồng kích thước lỗ < 1 mm.
Chuẩn bị 8 mẫu, mỗi mẫu khoảng 1 g bột bùn đã chuẩn bị ở trên, rồi thêm vào từng mẫu lượng TCB tăng dần từ 5 đến 10, 20, 30, 40, 50, 60 và 70 ng. Mẫu được xử lý theo quy trình mô tả trên hình 2.2 và phần dung dịch n-hexan cuối cùng đem phân tích là 1 ml. Mỗi mẫu được lặp ít nhất là 3 lần để tính sai số chuẩn.
Giới hạn phát hiện (LOD) của phương pháp được xác định trên cơ sở mối tương quan giữa hàm lượng TCB và diện tích pic. Mối tương quan này sẽ cho giá trị tín hiệu đường nền của quy trình phân tích, tức là giá trị “bkg” của công thức 3.2, làm cơ sở tính giới hạn phát hiện của phương pháp. Mức đường nền của phương pháp chính là giá trị hàm lượng chất phân tích (TCB) tại điểm giao cắt trục hàm lượng khi ngoại suy diện tích pic đến điểm 0.
Trên cơ sở giá trị LOD có thể tính được giá trị giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp theo biểu thức (1.17). Các giá trị LOD và LOQ của phương pháp phân tích dư lượng các hợp chất POP trong môi trường bùn-sa lắng và nước bằng kỹ thuật GC-ECD được trình bày trong chương 3.
2.8. PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TÍNH CÁC HỢP CHẤT POP
Các hợp chất POP trong mẫu được tách bằng sắc ký và nhận diện thông qua đại lượng thời gian lưu tương đối.
- Thời gian lưu của nhóm các hợp chất PCB được so sánh với thời gian lưu của nội chuẩn TCB là tlưu = 41,55 phút.
- Thời gian lưu của nhóm các hợp chất thuốc trừ sâu sẽ so sánh với thời gian lưu của -HCH là tlưu = 49,31 phút.
Sai lệch về thời gian lưu tương đối của mỗi hợp chất trong phép định tính được chấp nhận là ≤ ±5 %. Thí dụ thời gian lưu của p,p’-DDT (59,12 phút) so với thời gian lưu của -HCH (nội chuẩn là 49,31 phút) trên sắc đồ các chất chuẩn là 59,12/49,31 = 1,199. Như vậy, hợp chất p,p’-DDT sẽ được công nhận là có mặt trong mẫu phân tích nếu một pic nào đó trên sắc đồ phân tích mẫu thực có thời gian lưu tương đối nằm trong khoảng từ 1,14 ÷ 1,26.
2.9. PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG CÁC HỢP CHẤT POP
Trong nghiên cứu này phương pháp nội chuẩn với các chất nội chuẩn là 2,3,5-TCB và -HCH đã được áp dụng (xem mục 2.4.1.a. Tách các hợp chất POP trong mẫu bùn/sa lắng bằng chiết Soxhlet và mục 2.4.2. Xử lý mẫu nước). Chương trình xử lý số liệu Star của nhà cung cấp máy GC-ECD (hãng Varian) đã được cài đặt sẵn có tính năng tính toán hàm lượng các hợp chất POP trong mẫu phân tích theo phương pháp nội chuẩn (công thức 1.6 và 1.7).
Theo chương trình này thì trước tiên người phân tích phải chuẩn bị một hỗn hợp các chất chuẩn có nồng độ từ 30 ÷ 100 ng/ml, tùy thuộc vào độ nhạy của detector đối với mỗi hợp chất. Nói chung mức clo hóa càng cao thì độ nhạy của detector càng tốt. Trong trường hợp này hỗn hợp bao gồm 31 chất chuẩn là 29 hợp chất sẽ được phân tích định lượng và 2 chất nội chuẩn, được chia thành hai nhóm là nhóm PCB và nhóm thuốc trừ sâu. Nhóm PCB có 2,3,5-TCB làm chất nội chuẩn (100 ng/ml), nhóm thuốc trừ sâu có -HCH làm chất nội chuẩn (100 ng/ml). Sau đó người phân tích bơm lên cột sắc ký, mỗi nhóm hỗn hợp 2 l để sắc ký.
Trên sắc đồ, dựa vào thời gian lưu tương đối, người phân tích xác định được thời gian lưu tuyệt đối cho từng hợp chất POP. Trên cơ sở số liệu về thời gian lưu tuyệt đối của từng hợp chất (tính bằng phút), người phân tích mở của sổ “Biên tập phương pháp: Edit method) của chương trình và đánh dấu vào ô “tính kết quả theo phương pháp nội chuẩn”. Trên màn hình sẽ suất hiện bảng dạng Excel trong đó cần phải nhập các dữ liệu: Chất phân tích (theo cột); Thời gian lưu của từng chất chuẩn (theo hàng), hàm lượng của nội chuẩn (theo hàng và đánh dấu vào ô IS: chất nội chuẩn), hàm lượng của từng chất chuẩn (theo hàng) và giới hạn cho phép khoảng dao dộng thời gian lưu tuyệt đối tính bằng phần trăm (đánh dấu vào ô để điền số liệu giới hạn). Sau khi bảng số liệu đã hoàn thành, người phân tích lưu vào bộ nhớ của máy tính. Với bộ số liệu này, máy tính đã có thông tin về giá trị mA, SIS và [Achuẩn] để tính hàm lượng của từng chất cần phân tích A trong mẫu thực theo công thức (1.7) sau mỗi lần sắc ký mẫu.
2.10. NHẬN DIỆN CÁC NGUỒN PHÁT THẢI POP TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG BẰNG CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ THỐNG KÊ THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG BẰNG CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ THỐNG KÊ NHIỀU BIẾN
Trong nghiên cứu này chương trình thống kê dùng trong nghiên cứu xã hội học (SPSS: Statistical Program for Social Sciences). Như đã trình bày trong phần tổng quan tài liệu, chương trình máy tính này được áp dụng trong các nghiên cứu môi trường dựa trên mô hình điểm thu nhận. Mô hình này cho rằng tại khu vực
nghiên cứu, một tác nhân gây ô nhiễm môi trường i nào đó được phát sinh từ nhiều
nhiễm đó (ai) với phần đóng góp của nguồn thứ j, theo công thức (1.12). Trên cơ sở
nguyên lý cân bằng vật chất và những thuật toán thống kê ta có thể có được hai ma trận là ma trận số nguồn và ma trận phần đóng góp của từng chất gây ô nhiễm trong
mỗi số hạng nguồn j. Về bản chất phép phân tích thống kế trên cơ sở cân bằng vật chất là làm giảm số hàng và số cột của ma trận gồm n hàng là các vị trí lấy mẫu và m cột là các chất gây ô nhiễm sao cho số hàng bằng số các tác nhân gây ô nhiễm còn số cột bằng số hạng nguồn phát thải, tức là ma trận mới có số hàng bằng m và số cột chỉ là j.
Trong nghiên cứu này có 12 vị trí lấy mẫu và số chỉ tiêu phân tích (các POP) là 31, như vậy trong bảng số liệu ta sẽ có một ma trận có 12 hàng và 31 cột. Hàng đầu của ma trận này sẽ là tên các chất phân tích và khi nhập vào chương trình sẽ có câu hỏi: Phải chăng hàng đầu là tên chất phân tích (label)? Và ta phải trả lời là đúng (yes). Sau đó thao tác theo các câu hỏi tiếp của chương trình để cuối cùng, theo yêu cầu của người xử lý chương trình sẽ cho ta những thông tin cần thiết, trong đó có ma trận bao gồm số nguồn được chương trình gọi là “thành phần/component”. Các