ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-----------------------

NGÔ THỊ NGỌC THÚY

XÁC ĐỊNH HỢP CHẤT POLYBIPHENYL CLORUA (PCB)

TRONG MẪU MÔI TRƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP

SẮC KÝ KHÍ GHÉP NỐI KHỐI PHỔ (GC/MS)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-----------------------

NGÔ THỊ NGỌC THÚY

XÁC ĐỊNH HỢP CHẤT POLYBIPHENYL CLORUA (PCB)

TRONG MẪU MÔI TRƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP

SẮC KÝ KHÍ GHÉP NỐI KHỐI PHỔ (GC/MS)

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 60 44 29

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. PHẠM LUẬN

Hà Nội - 2014

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Phạm Luận -

Trường ĐH Khoa học Tự nhiên đã tận tình hướng dẫn về chuyên môn, phương

pháp nghiên cứu, luôn tận tình,thông cảm với hoàn cảnh của em giúp đỡ em hoàn

thành luận văn này.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô khoa Hóa học, Trường ĐH Khoa học

Tự nhiên đã tận tình chỉ dạy và hướng dẫn em trong quá trình học tập và động viên,

giúp đỡ em thực hiện đề tài.

Em cũng xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo và cán bộ Viện Khoa học và

Công nghệ Môi trường - Trường ĐH Bách khoa Hà Nội đặc biệt là Phòng thí

nghiệm nghiên cứu và triển khai Công nghệ Môi trường - Vilas 406HH đã tạo điều

kiện về phương tiện nghiên cứu, cơ sở vật chất và thời gian để em triển khai thí

nghiệm để hoàn thành thực nghiệm của luận văn này.

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè lớp Cao học khóa 2009

- 2011 đã giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn.

Hà Nội, ngày 12 tháng 12 năm 2014

Ngô Thị Ngọc Thúy

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG

MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................. 2

1.1. Tổng quan về Polyclo biphenyl (PCBs). ..................................................... 2

1.1.1. Giới thiệu chung ..................................................................................... 2

1.1.2. Tính chất hóa lý của các chất PCBs....................................................... 4

1.1.3. Ứng dụng của PCBs ............................................................................... 5

1.1.4. Tình hình sử dụng PCBs tại Việt Nam .................................................. 7

1.1.5. Sự ô nhiễm PCBs. .................................................................................. 8

1.1.5.1. PCBs trong không khí ....................................................................... 8

1.1.5.2. PCBs trong đối tượng sinh học ......................................................... 9

1.1.5.3. PCBs trong trầm tích ........................................................................ 9

1.1.6. Độc tính của các hợp chất PCBs. ......................................................... 10

1.1.6.1. Ảnh hưởng của PCBs đối với động vật ............................................ 10

1.1.6.2. Ảnh hưởng của PCBs đối với con người. ......................................... 11

1.2. Phương pháp xử lí mẫu để phân tích PCBs ............................................. 13

1.2.1. Chiết lỏng - lỏng ................................................................................... 13

1.2.2. Phương pháp chiết rắn - lỏng SLE (solid - liquid extraction) .............. 14

1.2.2.1. Chiết rắn - lỏng bằng kỹ thuật lắc ................................................... 15

1.2.2.2. Chiết rắn - lỏng bằng kỹ thuật siêu âm ............................................ 15

1.2.2.3. Chiết rắn - lỏng bằng kỹ thuật Soxhlet ............................................ 16

1.2.2.4. Chiết rắn - lỏng bằng kỹ thuật vi sóng ............................................. 17

1.2.3. Phương pháp chiết pha rắn SPE (solid phase extraction) ................... 19

1.2.4. Phương pháp vi chiết pha rắn SPME (solid phase microextraction) ... 19

1.2.5. Phương pháp chiết lỏng siêu tới hạn (Supercritical fluid extractionP:

SFE) ............................................................................................................... 21

1.2.6. Phương pháp chiết lỏng có hỗ trợ áp suất (Pressurized liquid

extraction: PLE) ............................................................................................ 22

1.3. Các phương pháp phân tích PCBs............................................................ 23

1.3.1. Phương pháp phân tích nhanh. ........................................................... 23

1.3.2. Phương pháp sắc kí khí ........................................................................ 24

1.3.3. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao ............................................. 28

1.3.4. Các phương pháp khác ........................................................................ 29

1.3.5. Các phương pháp phân tích PCBs áp dụng ở PTN tại Việt Nam ........ 30

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 33

2.1. Đối tượng và nội dung nghiên cứu ............................................................ 33

2.1.1. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................... 33

2.1.2. Nội dung nghiên cứu............................................................................ 33

2.2. Thiết bị , dụng cụ, hóa chất ....................................................................... 34

2.2.1. Thiết bị phân tích mẫu ......................................................................... 34

2.2.2. Thiết bị chuẩn bị mẫu .......................................................................... 34

2.2.3. Dụng cụ ................................................................................................ 35

2.2.4. Hóa chất ............................................................................................... 36

2.2.5. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................... 37

2.3.6. Phương pháp lấy mẫu .......................................................................... 37

2.3.7. Phương pháp xử lý mẫu ....................................................................... 38

2.3.8. Phân tích định lượng ........................................................................... 39

2.4. Tiến hành thực nghiệm ............................................................................. 39

2.4.1. Thí nghiệm tìm điều kiện tối ưu phân tích 6 PCBs bằng GC-MS ........ 39

2.4.2. Thí nghiệm tìm điều kiện xử lý mẫu .................................................... 40

2.4.2.1. Đối với mẫu đất .............................................................................. 40

2.4.2.2. Đối với mẫu dầu biến thế ................................................................ 40

2.5. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm ................................................... 40

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 41

3.1. Tối ưu hóa các điều kiện phân tích PCBs bằng GC-MS .......................... 41

3.1.1. Lựa chọn các thông số của thiết bị GC-MS ......................................... 41

3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khí mang Heli tới thời gian lưu, diện tích

pic ................................................................................................................... 41

3.1.3. Khảo sát nhiệt độ của bộ phận ghép giữa máy sắc ký và khối phổ

(interface) tới độ nhạy .................................................................................... 42

3.1.4. Lựa chọn chương trình nhiệt độ .......................................................... 43

3.1.5. Chế độ chạy chọn lọc ion (Selected Ion Monitoring-SIM) .................. 44

3.2. Xây dựng đường chuẩn và đánh giá phương pháp .................................. 46

3.2.1. Khảo sát để xây dựng đường chuẩn ..................................................... 46

3.2.2. Giới hạn phát hiện và định lượng ........................................................ 52

3.2.2.1. Giới hạn phát hiện (LOD) ............................................................... 52

3.2.2.2. Giới hạn định lượng (LOQ) ............................................................. 52

3.2.3. Đánh giá độ lặp lại của thiết bị ............................................................ 53

3.3. Khảo sát điều kiện xử lý mẫu đất ............................................................. 54

3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng dung môi đến hiệu suất chiết .............................. 54

3.3.2. Khảo sát tối ưu quá trình làm sạch và rửa giải. ................................... 58

3.4. Khảo sát điều kiện xử lý mẫu dầu biến thế. ............................................. 61

3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích dung môi tới hiệu quả làm sạch ...... 61

3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích dung môi rửa giải ........................... 63

3.5. Quy trình phân tích mẫu ........................................................................... 64

3.5.1. Quy trình phân tích mẫu đất ................................................................ 64

3.5.2. Quy trình phân tích mẫu dầu biến thế ................................................. 67

3.6. Tính toán kết quả ...................................................................................... 68

3.6.1. Tính nồng độ các cấu tử PCB trong mẫu phân tích ............................ 68

3.6.2. Tính hiệu suất thu hồi .......................................................................... 69

3.6.3. Tính độ lệch, độ lệch chuẩn tương đối ................................................. 69

3.7. Đánh giá quy trình phân tích .................................................................... 70

3.7.1. Mẫu trắng phương pháp ...................................................................... 70

3.7.2. Mẫu thêm, mẫu lặp .............................................................................. 70

3.7.3. Phân tích mẫu thực .............................................................................. 72

KẾT LUẬN .......................................................................................................... 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 78

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ELISA: Xét nghiệm miễn dịch liên kết với enzym

EPA: Cục bảo vệ môi trường Mỹ

GC-ECD: Sắc ký khí detector bắt điện tử

GC-MS Sắc ký khí ghép nối khối phổ

HPLC: Sắc ký lỏng hiệu năng cao

HRGC-HRMS: Sắc ký khí phân giải cao ghép nối với khối phổ phân giải cao

IUPAC: Liên minh Quốc tề về Hóa học thuần túy và Hóa học ứng dụng

LOD: Giới hạn phát hiện

LOQ: Giới hạn định lượng

MAE: Chiết kỹ thuật lò vi sóng

PCBs: Polyclo biphenyl

PLE: Chiết hỗ trợ áp suất

PTN: Phòng thí nghiệm

QCVN: Quy chuẩn Việt Nam

R%: Độ thu hồi

RSD: Độ lệch chuẩn tương đối

SD: Độ lệch chuẩn

SFE: Chiết siêu tới hạn

SIM: Chế độ chọn lọc ion

SLE: Chiết rắn lỏng

SPE: Chiết pha rắn

SPME: Vi chiết pha rắn

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

TEF: Hệ số độc tương đương

WHO: Tổ chức y tế thế giới

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Công thức cấu tạo của PCBs .................................................................... 2

Hình 1.2. Biểu đồ thống kê lượng PCBs đã sản xuất trên thế giới. ........................... 6

Hình 1.3. Sơ đồ miêu tả sự vận chuyển và tồn tại của các hợp chất PCBs trong môi

trường ...................................................................................................................... 9

Hình 1.4. Công thức cấu tạo của 12 PCBs giống dioxin. ........................................ 11

Hình 1.5. Mô hình chiết lỏng - lỏng ....................................................................... 14

Hình 1.6. Mô hình chiết hỗ trợ sóng siêu âm ......................................................... 15

Hình 1.7. Mô hình chiết Soxlhet ............................................................................ 17

Hình 1.8. Mô hình chiết lò vi sóng ......................................................................... 18

Hình 1.9. Các bước thực hiện của phương pháp SPE ............................................. 19

Hình 1.10. Ví dụ hai bộ kim chiết loại SPME ........................................................ 20

Hình 1.11. Mô hình phương pháp chiết PLE .......................................................... 23

Hình 1.12. Sơ đồ thiết bị sắc kí khí ........................................................................ 25

Hình 2.1. Thiết bị phân tích sắc kí ghép nối khối phổGC 6980-MS 5975 ............... 34

Hình 2.2. Một số thiết bị xử lí mẫu ........................................................................ 35

Hình 3.1. Ảnh hưởng của tốc độ khí mang Heli đến diện tích pic .......................... 41

Hình 3.2. Ảnh hưởng của tốc độ khí mang Heli tới thời gian lưu của các cấu tử .... 42

Hình 3.3. Ảnh hưởng nhiệt độ bộ phận ghép nối GC-MS tới độ nhạy ................... 42

Hình 3.4. Sắc ký đồ khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ bộ phận ghép nối GC-MS.......... 43

Hình 3.5. Sắc ký đồ hỗn hợp 6 cấu tử PCBs nồng độ 10µg/L ................................ 46

Hình 3.6. Sắc ký đồ hỗn hợp 6 cấu tử PCBs nồng độ 20µg/L ................................ 47

Hình3.7. Sắc ký đồ hỗn hợp 6 cấu tử PCBs nồng độ 50µg/L ................................. 47

Hình 3.8. Sắc ký đồ hỗn hợp 6 cấu tử PCBs nồng độ 100µg/L............................... 48

Hình 3.9. Sắc ký đồ hỗn hợp 6 cấu tử PCBs nồng độ 200µg/L............................... 48

Hình 3.10. Sắc ký đồ hỗn hợp 6 cấu tử PCBs nồng độ 500µg/L ............................. 49

Hình 3.11. Đường chuẩn của PCB 28 .................................................................... 49

Hình 3.12. Đường chuẩn của PCB 52 .................................................................... 50

Hình 3.13. Đường chuẩn của PCB 101 .................................................................. 50

Hình 3.14. Đường chuẩn của PCB 138 .................................................................. 50

Hình 3.15. Đường chuẩn của PCB 153 .................................................................. 51

Hình 3.16. Đường chuẩn của PCB 180 .................................................................. 51

Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi và dung môi chiết ............................ 56

Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi và dung môi chiết - chiết siêu âm .... 57

Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn hiệu suất chiết và khối Florisil .................................... 60

Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi và dung môi rửa giải ........................ 61

Hình 3.21. Độ thu hồi PCBs trong mẫu dầu biến thế vào thể tích n-hexan ............. 63

Hình 3.23. Sơ đồ phân tích mẫu đất ....................................................................... 66

Hình 3.24. Sơ đồ phân tích mẫu dầu biến thế ......................................................... 68

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Cách đánh số thứ tự PCBs theo IUPAC ................................................... 3

Bảng 1.2. Các nhóm (họ) PCBs và số các đồng phân trong mỗi nhóm ..................... 4

Bảng 1.3. Một số tính chất vật lí của các hợp chất PCBs[28 ] .................................. 5

Bảng 1.4. Hệ số độc TEF theo qui ước của WHO. ................................................ 11

Bảng 2.1. Tên gọi của các chất chuẩn PCBs .......................................................... 36

Bảng 3.1. Chương trình nhiệt độ lò ........................................................................ 44

Bảng 3.2. Thời gian lưu của chất phân tích ............................................................ 45

Bảng 3.3. Tổng hợp các điều kiện định lượng PCBs trên GC-MS. ......................... 45

Bảng 3.4. Sự phụ thuộc diện tích pic vào nồng độ các cấu tử ................................. 46

Bảng 3.5. Giới hạn định lượng và phát hiện của thiết bị phân tích ......................... 52

Bảng 3.6. Diện tích pic đo lặp lại tại nồng độ 20 µg/L ........................................... 53

Bảng 3.7. Diện tích pic đo lặp lại tại nồng độ 100 µg/L ......................................... 53

Bảng 3.8. Diện tích pic đo lặp lại tại nồng độ 500 µg/L ......................................... 54

Bảng 3.9. Kết quả khảo sát độ thu hồi khi thay đổi dung môi chiết ........................ 55

Bảng 3.10. Khảo sát độ thu hồi khi thay đổi dung môi - chiết siêu âm ................... 57

Bảng 3.11. Kết quả hiệu suất thu hồi và khối lượng Florisil ................................... 59

Bảng 3.12. Hiệu suất thu hồi và phân đoạn rửa giải ............................................... 60

Bảng 3.13. Hiệu suất thu hồi mẫu dầu biến thế và thể tích n-hexan ....................... 62

Bảng 3.14. Hiệu suất thu hồi dầu biến thế và từng phân đoạn rửa giải ................... 63

Bảng 3.15. Kết quả phân tích mẫu đất thêm chuẩn................................................. 71

Bảng 3.16. Kết quả phân tích mẫu dầu biến thế thêm chuẩn .................................. 71

Bảng 3.17. Kết quả phân tích mẫu thực lặp và thêm chuẩn .................................... 74

Bảng 3.18. Kết quả phân tích mẫu đất thực ............................................................ 74

Bảng 3.19. Kết quả phân tích mẫu mẫu dầu biến thế lặp và thêm chuẩn ................ 75

Bảng 3.20. Kết quả phân tích mẫu dầu biến thế thực ............................................. 76

1

MỞ ĐẦU

Polyclobiphenyl (PCBs) gồm có 209 chất đồng loại, được tổng hợp từ thế kỷ

thứ 19 vàđược sản xuất, sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới từ năm 1930.

PCBs cónhiều ứng dụng, chủ yếu dựa trên khả năng chịu nhiệt cao, khả năng dẫn

điện vàcách nhiệt tốt, đồng thời bền vững dưới tác động của môi trường. Trong đó

phổ biếnlà dùng làm chất phụ gia trong dầu cách điện của biến thế và tụ điện; thành

phầncủa chất lỏng truyền nhiệt; chất hóa dẻo trong polime, chất phủ bề mặt, phụ

giatrong sơn và mực in.... Tuy nhiên do tính bền vững trong môi trường và có tính

độccao đã gây nên các vụ ngộ độc nghiêm trọng ảnh hưởng đến sức khỏe con người

qua các thế hệ nên các PCBsđã trở thành những chất gây ô nhiễm môi trường nguy

hiểm vànằm trong danh mục các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân huỷ cần được kiểm

soátnghiêm ngặt theo công ước Stockholm.

Việt Nam không sản xuất PCBs mà chỉ nhập khẩu các thiết bị chứa PCBs

(biếnthế, tụ điện) từ Liên Xô cũ, Trung Quốc, Rumani và một số nước khác. Từ

năm1992, Việt Nam đã cấm nhập khẩu PCB, tuy nhiên đến nay vẫn còn một lượng

lớn dầucách điện trong toàn quốc có khả năng chứa PCBs. Lượng dầu này chủ yếu

từ cácbiến thế cũ có nguy cơ phát tán PCBs ra môi trường. Để triển khai các cam

kết trongcông ước Stockhom, Việt Nam đã xây dựng chương trình quốc gia về quản

lý antoàn hóa chất và thay thế dầu chứa PCBs, các thiết bị và sản phẩm công nghiệp

chứaPCBs.

Do đó, việc xây dựng năng lực cho các phòng thí nghiệm để có khả năng

phân tích PCBs trong mẫu dầu biến thế và mẫu đất, trầm tích, mẫu hải sản...... được

đặt ra đối với các phòng thí nghiệm để đáp ứng được yêu cầu phân tích các mẫu dầu

biến thế để đưa ra các hướng giải quyết kịp thời với chất thải nguy hại này. Bên

cạnh đó, tại các trạm biến thế có các máy biến thế PCBs cũng cần khảo sát các mẫu

môi trường như đất trồng, nước .... có bị ảnh hưởng của PCBs phán tán ra không.

Từ mục tiêu đó, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu xây dựng quy trình phân

tích6 PCBs chỉ thị (PCB 28, PCB 53, PCB 101, PCB 138, PCB 153, PCB 180) từ

đó tính tổng cho 209 PCBs trong mẫu môi trường bằng phương pháp sắc ký khí -

khối phổ(GC/MS).Từ quy trình xây dựng được áp dụng để phân tích mẫu dầu biến

thế và mẫu đất.

CHƯƠNG

1.1. Tổng quan về

1.1.1. Giới thiệu chung

Polyclobiphenyl (PCBs) đư

điều kiện nhiệt độ 150oC và có xúc tác. S

số nguyên tử clo từ 1 đến 10, tùy thu

Công thức cấu tạ

nhân tạo có công thức tổ

thay thế từ 1 đến 10 nguyên t

Hình 1.1. Công th

PCBscó sự khác nhau v

tất cả 10 nhóm các hợp ch

các đồng phân do vị trí th

lý thuyết tổng cộng có đ

gọi là các đồng loại. [11], [26].

Cách gọi tên:

Tên thương mại: PCBs đư

tên thương mại theo các nư

Pyralene (Pháp), Clophehn, Elanol (Đ

(Ý), Sovol ( Liên xô).

Danh pháp quốc t

sau: vị trí thế của các nguyên t

phân tử gốc (nhân biphenyl)

2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

ề Polyclo biphenyl (PCBs).

u chung

Polyclobiphenyl (PCBs) được tổng hợp từ phản ứng clo hóa biphenyl trong

C và có xúc tác. Sản phẩm thu được là hỗn h

n 10, tùy thuộc vào điều kiện phản ứng.

ạo chung: PCBs là tên gọi chung của nhóm ch

ổng quát là C12H10-n+n’Cln+n’ (với n, n’ = 1-

n 10 nguyên tử H trong phân tử biphenyl.

Hình 1.1. Công thức cấu tạo của PCBs

khác nhau về số nguyên tử clo trong phân tử từ 1 đ

p chất PCBs. Trong mỗi nhóm lại có một số lư

trí thế khác nhau của clo trong phân tử nhân biphenyl. V

ng có đến 209 hợp chất khác nhau có tên chung là PCBs và đư

[11], [26].

: PCBs được tổng hợp và bán trên thị trường v

i theo các nước sản xuất như Aroclor, Pyranol (Mỹ

Pyralene (Pháp), Clophehn, Elanol (Đức), Kanechlor, Santotherm (Nh

c tế: PCBs được gọi tên theo danh pháp quốc t

a các nguyên tử clo + tổng số nguyên tử clo thế trong phân t

c (nhân biphenyl)

ng clo hóa biphenyl trong

n hợp các chất có

a nhóm chất hữu cơ

-5, trong đó clo

1 đến 10 nên có

lượng nhất định

nhân biphenyl. Về mặt

t khác nhau có tên chung là PCBs và được

ng với rất nhiều

ỹ), Phenochlor,

c), Kanechlor, Santotherm (Nhật), Apirolio

c tế IUPAC như

trong phân tử + tên

3

Bảng 1.1. Cách đánh số thứ tự PCBs theo IUPAC

Vị trí của clo

0 2 3 4 23 24 25 26 34 35 234 235 236 245 246 345 2345 2346 2356 23456

23456 209

2356 202 208

2346 197 201 207

2345 194 196 199 206

345 169 189 191 193 205

246 155 168 182 184 188 204

245 153 154 167 180 183 187 203

236 136 149 150 164 174 176 179 200

235 133 135 146 148 162 172 175 178 198

234 128 130 132 138 140 157 170 171 177 195

35 80 107 111 113 120 121 127 159 161 165 192

34 77 79 105 109 110 118 119 126 156 158 163 190

26 54 71 73 89 94 96 102 104 125 143 145 152 186

25 52 53 70 72 87 92 95 101 103 124 141 144 151 185

24 47 49 51 66 68 85 90 91 99 100 123 137 139 147 181

23 40 42 44 46 56 58 82 83 84 97 98 122 129 131 134 173

4 15 22 28 31 32 37 39 60 63 64 74 75 81 114 115 117 166

3 11 13 20 25 26 27 35 36 55 57 59 67 69 78 106 108 112 160

2 4 6 8 16 17 18 19 33 34 41 43 45 48 50 76 86 88 93 142

0 0 1 2 3 5 7 9 10 12 14 21 23 24 29 30 38 61 62 65 116

4

Bảng 1.2. Các nhóm (họ) PCBs và số các đồng phân trong mỗi nhóm

1.1.2. Tính chất hóa lý của các chất PCBs.

- Tồn tại ở thể lỏng hoặc rắn

- Không có mùi, không vị.

- PCBs không kết tinh ở nhiệt độ thấp mà chỉ đóng rắn lại thành nhựa.

- Do có chứa các nguyên tử clo trong phân tử nên các hợp chất PCBs có tỉ

trọngcao.

- Mầu sắc: không màu hoặc có màu vàng nhạt đến vàng đậm.

- Một số PCBs dễ bay hơi và có thể thoát ra thành thể hơi trong không khí.

- Các PCBs tương đối khó tan trong nước và khả năng hoà tan giảm cùng với

sự tăng số nguyên tử clo thế trong phân tử. Nhưng chúng lại tan dễ dàng trong các

dung môi hữu cơ, chất béo, hiđrocacbon. Độ tan của các PCBs biến đổi tương đối

phức tạp, không theo một quy luật nào cả. Chúng rất dễ bị hấp thụ vào các mô mỡ.

Đây chính là một trong những lí do khiến các hợp chất này càng trở nên nguy hiểm

đối với các loài sinh vật. [27],[28].

Họ PCBs CTPT Số đồng

phân Khối lượng phân

tử

Monoclobiphenyl C12H9Cl 3 188,7

Diclobiphenyl C12H8Cl2 12 223,1

Triclobiphenyl C12H7Cl3 24 257,6

Tetraclobiphenyl C12H6Cl4 42 291,99

Pentaclobiphenyl C12H5Cl5 46 326,43

Hexaclobiphenyl C12H4Cl6 42 360,9

Heptaclobiphenyl C12H3Cl7 24 395,3

Octaclobiphenyl C12H2Cl8 12 429,8

Nonaclobiphenyl C12H1Cl9 3 464,2

Decaclobiphenyl C12Cl10 1 498,7

Tổng cộng 209

5

Bảng 1.3. Một số tính chất vật lí của các hợp chất PCBs[28 ]

Họ

PCBs

Nhiệt độ

nóng chảy

(oC )

Nhiệt

độ sôi

(oC)

Áp suất hơi

bão hòa (Pa)

Độ tan trong

nước (g/m3)

Hệ số phân

bố octanol-

nước lgK0w

MnoCB 25-77,9 285 0,9-2,5 1,21-5,5 4,7

DiCB 24,4-149 312 0,008-0,60 0,06-2,0 5,1

TriCB 28-87 337 0,003-0,22 0,015-0,4 5,5

TetraCB 47-180 360 0,002 0,0043-0,010 5,9

PentaCB 76,5-124 381 0,0023-0,051 0,004-0,02 6,3

HexaCB 77-150 400 0,0007-0,012 4,10-4-7. 10-4 6,7

HeptaCB 122,4-150 417 0,00025 4,5.10-5-2. 10-4 7,1

OctaCB 159-162 432 0,0006 2.10-4-3. 10-4 7,5

NonaCB 182,8-206 445 - 1,8.10-5-1,2. 10-3 7,9

DecaCB 305,9 456 0,00003 10-6-7, 61.10-5 8,3

- PCBs là chất hữu cơ khó phân hủy, có đầy đủ 4 tính chất đặc trưng để trở

thành chất gây ô nhiễm:

• Có độc tính cao, đặc biệt là các PCBs đồng phẳng, còn được gọi là PCBs

giống đioxin.

• Khó phân hủy trong môi trường tự nhiên (thời gian phân hủy có thể kéo dài

30- 40 năm).

• Phân tán nhanh trong môi trường nước, không khí, gây lan truyền ô nhiễm

xa so với nguồn ban đầu.

• Khó tan trong nước nhưng PCBs dễ dàng hòa tan trong dầu và các mô mỡ.

Do đó, PCBs có khả năng tích lũy sinh học và di chuyển trong chuỗi thức ăn.

1.1.3. Ứng dụng của PCBs

PCBs được tổng hợp từ thế kỷ 19 và đưa vào sản xuất ở quy mô công nghiệp

từ năm 1929. Do có các tính chất hóa học rất đặc biệt của như tính trơ với axit,

bazơ, tính tương thích với các chất hữu cơ, tính kháng oxi hóa khử, tính cách điện

tốt, tính bền nhiệt nên từ năm 1930 đến năm 1980 chúng được sử dụng rộng rãi cho

các mục đích công nghiệp và trong nhiều hoạt động khác nhau của con người. Ứng

6

dụng cụ thể như sau:

- Chất lỏng cách điện trong biến thế và tụ điện

- Chất làm mát trong việc truyền nhiệt năng

- Chất dung môi trong mực làm giấy than copy

- Dầu bôi trơn

- Keo gián

- Chất xúc tác trong công nghiệp hóa chất

- Phụ gia trong sơn

- Chất phủ bề mặt

Theo các số liệu ước tính có khoảng 2 triệu tấn đã được sản xuất trên thế giới,

trong đó có khoảng 1,340 triệu tấn tại Mỹ, 60.000 tấn tại Nhật và 600.000 tấn tại

các nước khác. Năm 1976, sau khi Mỹ cấm sản xuất PCBs thì các nước khác vẫn

tiếp tục sản xuất khoảng 16.000 tấn mỗi năm từ năm 1980 đến 1984 và 10.000 tấn

mỗi năm từ năm 1984 đến năm 1989.[11].

Hình 1.2. Biểu đồ thống kê lượng PCBs đã sản xuất trên thế giới.

7

1.1.4. Tình hình sử dụng PCBs tại Việt Nam

Việt Nam chỉ nhập khẩu PCBs từ Liên xô cũ và Trung Quốc, Rumani và một

số nước khác do có chứa trong các thiết bị như biến thế điện, tụ điện và các thiết bị

điện và một phần nhỏ chứa trong chất lỏng truyền nhiệt của máy tuabin, chất phụ

gia trong dầu nhờn, mực in, chất hóa dẻo.

Cục bảo vệ Môi trường thống kê năm 2005, tổng số lượng máy biến thế có

khả năng chứa PCBs trong cả nước khoảng 9639 chiếc, trong đó vùng Đông Bắc là

2236 chiếc, vùng đồng bằng Sông Hồng là 2068 chiếc, vùng Nam Trung Bộ là 1408

chiếc, vùng Bắc Trung Bộ là 1231 chiếc, vùng Tây Nguyên là 552 chiếc, vùng đồng

bằng sông Cửu Long là 13 chiếc.

Số lượng tụ điện sử dụng dầu cách điện có khả năng chứa PCBs theo thống

kê là 1784 chiếc trên cả nước, trong đó 719 chiếc ở vùng Đông Bắc Bộ, 684 chiếc ở

vùng đồng bằng sông Hồng, 169 chiếc ở Bắc Trung Bộ, 122 chiếc ở Duyên hải

miền Trung, 39 chiếc ở đồng bằng sông Cửu Long, 26 chiếc ở Tây Nguyên, 25

chiếc ở Đông Nam Bộ. [4]

Theo thống kê chưa đầy đủ của Tổng công ty điện lực Việt Nam tính tới

tháng 4 năm 1998 nước ta đã sử dụng trên 17.688 tấn dầu cách điện các loại, có

nguồn gốc từ 17 nước. Dầu cách điện có chứa PCBs đưa vào sử dụng tại Việt Nam

từ những năm 1970, chủ yếu là hỗn hợp dầu Sovol và Sovtol của Liên xô cũ, dầu

sovol có thành phần chính là các PCBs nhóm 4 và 5 và dầu Sovtol là hỗn hợp của

dầu Sovol với 1,2,4-triclobenzen theo tỷ lệ 9:1.

Tổng công ty điện lực Việt Nam thống kê lượng dầu có khả năng chứa trên

toàn quốc vào khoảng 5,2 triệu kg. Hiện nay mới chỉ thống kê được khoảng 70%

thiết bị nghi ngờ có PCBs. Bộ Tài nguyên và Môi trường đã điều tra được khối

lượng dầu có chứa PCBs có thể lên đến 19 triệu kg, chủ yếu từ các máy biến thế cũ.

Tại Việt Nam, các loại dầu cách điện khác nhau được sử dụng tùy thuộc vào

loại thiết bị điện. Các doanh nghiệp Việt Nam hiện đang sử dụng tiêu chuẩn IEC

của Hiệp hội điện Châu Âu làm tiêu chuẩn áp dụng khi mua dầu cách điện, áp dụng

8

tiêu chuẩn IEC-296 đối với dầu cách điện trong các máy biến thế và IEC-495 đối

với dầu cách điện trong các cáp dầu.[9].

Tổng công ty điện lực Việt Nam đã chính thức không mua mới các thiết bị sử

dụng dầu cách điện có chứa PCBs từ đầu năm 1990, nhưng lượng máy sử dụng từ

trước đến giờ là rất lớn. Năm 1999, Tổng công ty điện lực Việt Nam đã tiến hành

lấy mẫu và phân tích dầu biến thế trong một số loại máy tập trung ở các tỉnh phía

Bắc, có nguồn gốc từ Trung Quốc, châu Âu và các máy biến thế được nạp dầu

Castrol. Kết quả thu được cho thấy: 40% số máy biến thế có PCBs trong dầu lớn

hơn 50ppm.

Kết quả điều tra của Ngành điện lực kiểm tra sơ bộ trên toàn quốc năm 2011,

ở Việt Nam còn tồn đọng hơn 9.600 tấn hợp chất PCBs nằm trong 9.000 máy biến

thế và tụ điện. [11]

Trong Quyết định 184/2006/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về việc Việt

Nam thực hiện công ước Stockholm đối với các chất hữu cơ khó phân hủy, đến năm

2025 Việt Nam quản lý hợp chất PCBs một cách an toàn, đến năm 2028 thì tiêu hủy

hoàn toàn.

1.1.5. Sự ô nhiễm PCBs.

1.1.5.1. PCBs trong không khí

PCBs trong không khí có thể “chạm” tới mặt đất khi mưa và tuyết rơi hay

đơn giản chỉ là treo lơ lửng các hạt vật chất của chúng bằng lực hút. Trong không

khí, PCBs bị phân huỷ bởi tác động trực tiếp của ánh sáng mặt trời. Mất khoảng vài

ngày đến vài tháng mới phân huỷ được một nửa số lượng PCBs ban đầu.

Ở ngoài trời, người ta phát hiện thấy hàm lượng PCBs trong không khí ở

nông thôn và các vùng sâu, vùng xa thấp hơn ở các khu đô thị và khu công nghiệp.

Trong không khí trong nhà, mức độ tập trung PCBs cao hơn 10 lần trong không khí

ngoài trời. Tại những vùng biển gần các khu công nghiệp, hàm lượng PCBs trong

nước biển có xu hướng cao nhất. Kề từ những năm 1970, khi người ta áp đặt những

hạn chế lên việc sản xuất PCBs thì mức độ tập trung PCBs đã giảm dần dần trong

các chất lắng đọng mới của các lớp trầm tích ở sông và trong cá. [30],[40]

9

Hình 1.3. Sơ đồ miêu tả sự vận chuyển và tồn tại của các hợp chất PCBs trong

môi trường

Nguồn: http://www.hoahocngaynay.com/images/stories/pop-cycle.gif

1.1.5.2. PCBs trong đối tượng sinh học

PCBs có thể tồn tại trong động vật qua nhiều thời gian và theo chuỗi thức ăn.

PCBs được tìm thấy trong các mô mỡ của động vật sống trong nước hay trên mặt

đất, đặc biệt là những động vật ở đầu của chuỗi thức ăn. Do đó, con người cũng có

thể tích PCBs từ thức ăn mà họ ăn. Một số loài động vật bao gồm côn trùng và các

loài động vật không xương sống, chim, cá và các loài động vật có vú có thể phân

huỷ hay biến đổi một chút PCBs trong cơ thể chúng. [30],[40].

1.1.5.3. PCBs trong trầm tích

Ở sông hồ, PCBs đọng ở các lớp trầm tích nơi mà chúng có thể được chôn

trong một thời gian dài trước khi chúng được giải phóng vào nước và không khí.

Trong nước, sự phân huỷ PCBs chậm hơn và có thể xảy ra dưới ảnh hưởng của ánh

sáng mặt trời và các vi sinh vật. Những sinh vật này cũng đóng vai trò quan trọng

trong việc phân huỷ PCBs trong đất và các lớp trầm tích, do PCBs trong nước sa

lắng xuống theo thời gian tích tụ lại trong trầm tích. [30],[40].

10

1.1.6.Độc tính của các hợp chất PCBs.

PCBs có 209 chất đồng loại, trong đó có 12 chất được WHO đánh giá là cực

độc, nó là những hợp chất PCBs tương tự dioxin (“dioxin-like PCB”, hoặc “WHO-

PCB”) có hệ số độc được so sánh với hệ số độc của 2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-

dioxin theo qui ước của WHO có chỉ số là 1. Độc tính của PCBs thay đổi rất đa

dạng, Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng độc tính của PCBs phần lớn do sự có mặt của

các đồng phân dạng phẳng. Các PCBs đồng phân dạng phẳng độc hơn; các PCBs

đồng phân dạng khác ít độc hơn. Các PCBs không hoặc chỉ có một nhóm thế clo ở

vị trí ortho có tính chất tương tự dioxin được coi là các PCBs cực độc. Độ độc của

chúng giảm dần từ các PCBs không có nhóm thế clo ở vị trí ortho (PCB77; 81; 126;

169) đến có một nhóm thế clo ở vị trí ortho (PCB105; 114; 118; 123; 156; 157; 167;

189). Tên gọi, công thức phân tử, khối lượng phân tử của 12 chất đồng loại WHO-

PCBs theo IUPAC được đưa ra trong hình 1.4 và bảng 1.4. [39].

1.1.6.1. Ảnh hưởng của PCBs đối với động vật

Động vật ăn thức ăn có chứa một lượng nhỏ PCBs trong một thời gian dài sẽ

mắc phải nguy cơ gây thiếu máu trong cơ thể, ảnh hưởng đến da, bị phá hủy gan, dạ

dày. Một số ảnh hưởng khác như là làm mất khả năng miễn dịch, ảnh hưởng đến

khả năng phản ứng, ứng xử ảnh hưởng bất lợi đến khả năng sinh sản và gây ra ung

thư.; đến cuộc sống của nhiều loài sư tử biển và các loài cá. Người ta cho rằng

PCBs có thể là một trong những nguyên nhân chính gây ra các độc tố lâu dài và

hiện tượng rối loạn sinh lý của sư tử biển. Phân tích máu của các con sư tử biển này

cũng cho thấy có sự giảm đáng kể lượng hoocmon trong máu và tuyến giáp. Hiện

tượng này cũng giống như những triệu chứng quan sát được khi cho một số loài

động vật gặm nhấm tiếp xúc với các PCBs dạng phẳng.[40],[41].

11

Hình 1.4. Công thức cấu tạo của 12 PCBs giống dioxin.

Bảng 1.4. Hệ số độc TEF theo qui ước của WHO.

Số thứ tự theo IUPAC

Tên gọi Khối lượng

phân tử

(WHO -1993) –

TEF

(WHO -1998) - TEF

(WHO -2005) - TEF

77 3,3’,4,4’-TeCB 291,99 0,0005 0,0001 0,0001 81 3,4,4’,5-TeCB 291,99 - 0,0001 0,0003

126 3,3’,4,4’,5-PeCB 326,43 0,1 0,1 0,1 169 3,3’,4,4’,5,5’-HxCB 360,88 0,01 0,01 0,03 105 2,3,3’,4,4’-PeCB 326,43 0,0001 0,0001 0,00003 114 2,3,4,4’,5-PeCB 326,43 0,0005 0,0005 0,00003

118 2,3’,4,4’,5-PeCB 326,43 0,0001 0,0001 0,00003 123 2’,3,4,4’,5-PeCB 326,43 0,0001 0,0001 0,00003 156 2,3,3’,4,4’,5-HxCB 360,88 0,0005 0,0005 0,00003 157 2,3,3’,4,4’,5’-HxCB 360,88 0,0005 0,0005 0,00003 167 2,3’,4,4’,5,5’-HxCB 360,88 0,00001 0,00001 0,00003 189 2,3,3’,4,4’,5,5’-

HpCB 360,88 0,0001 0,0001 0,00003

1.1.6.2. Ảnh hưởng của PCBs đối với con người.

12

Nhiều kiểm tra trên máu và nước tiểu của những người bị nhiễm PCBs cho

thấy rằng PCBs sẽ làm ảnh hưởng đến da (da bị nổi mụn) và phá hủy gan.

Người ta chia những tác động của PCBs lên sức khỏe con người và động vât

thành hai dạng chính: Tác động gây ung thư và tác động không gây ung thư (tức là

những tác động lên hệ miễn dịch, cơ quan sinh sản, hệ thần kinh, tuyến nội tiết …)

Khả năng gây ung thư của PCBs chủ yếu xảy ra ở các cấu tử PCBs có hàm

lượng clo cao. Người ta cũng nhận thấy rằng những hỗn hợp PCBs hình thành trong

những quá trình tích lũy sinh học ở cá và trầm tích có khả năng gây ung thư cao

nhất. Sự tiếp xúc của PCBs với hàm lượng cao sẽ gây ra các bệnh như ung thư gan,

ung thư da…

Các hợp chất PCBs còn gây ra các ảnh hưởng tiềm năng nguy hiểm lên hệ

thống nội tiết bởi các chất này có khả năng cản trở các hoocmon endogenous hoặc

gây ra các trở ngại khác đến các khả năng thông thường của hệ thống nội tiết. Sự rối

loạn nội tiết làm phá vỡ chức năng giới tính, gây ra các bênh ung thư vú, tinh hoàn,

tuyến tiền liệt cũng như viêm màng dạ con.

PCBs cũng có thể xâm nhập vào tuyến sữa và bào thai gây ra khả năng bị

nhiễm PCBs di truyền, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của thai nhi. Vì vậy

những bà mẹ làm việc trong điều kiện bị phơi nhiễm PCBs cao (như là các nhà máy

sản xuất PCBs, nơi lưu giữ hoặc thiêu hủy PCBs …) hoặc ăn phải cá bị nhiễm PCBs

sẽ dễ bị sinh non, thai nhi thiếu cân và có trí nhớ kém.

Ngoài ra, PCBs còn là nguyên nhân làm tăng huyết áp, tăng hàm lượng

cholesterol trong máu…

PCBs là hợp chất bền vững, khó bị phân hủy nên sẽ tồn tại trong môi trường

trong một thời gian dài, là mối nguy hại đối với sức khỏe con người ở nhiều thế hệ

cũng như rất nhiều loài sinh vật trên trái đất. PCBs được xem là đối tượng gây ô

nhiễm nghiêm trọng để lại hậu quả lâu dài cho môi trường và sức khẻo con người vì

vậy vấn đề quản lý, tiêu hủy lượng PCBs tồn dư một cách tối ưu và thân thiện với

môi trường đang là một thách thức đặt ra đối với các nhà khoa học trên thế giới nói

chung và ở Việt Nam nói riêng. [27],[28]

13

1.2. Phương pháp xử lí mẫu để phân tích PCBs

1.2.1. Chiết lỏng - lỏng

Nguyên tắc: Chiết lỏng lỏng dựa trên sự phân bố của chất phân tích giữa hai

pha lỏng, sử dụng dung môi hữu cơ để chiết đối tượng phân tích tan trong dung môi

ở nhiệt độ thường, khi chất mẫu đã được làm nhỏ (nghiền hay băm). Hiệu quả của

việc chiết lỏng lỏng phụ thuộc vào ái lực của chất phân tích với dung môi chiết, tỉ lệ

thể tích mỗi pha. Có thể dùng thêm một số tác nhân bổ trợ như: lắc cơ học, khuấy

trộn siêu tốc, sóng siêu âm.[2]

Điều kiện chiết: Để có được kết quả chiết tốt, quá trình chiết phải có các điều

kiện và đảm bảo các yêu cầu nhất định sau đây:

- Dung môi chiết phải tinh khiết cao để không làm nhiễm bẩn thêm các chất

phân tích vào mẫu;

- Dung môi chiết phải hòa tan tốt các chất phân tích, nhưng lại không hòa tan tốt

các chất khác có trong mẫu;

- Hệ số phân bố của hệ chiết phải lớn, để cho sự chiết được triệt để;

- Chiết nhanh đạt cân bằng và thuận nghịch, để giải chiết tốt;

- Sự phân lớp khi chiết phải rõ ràng, nhanh và tách ra riêng biệt các pha;

- Phải chọn môi trường axit, pH thích hợp;

- Thực hiện chiết trong nhiệt độ phù hợp và giữ không đổi trong cả quá trình

- Phải lắc hoặc trộn đều mạnh để quá trình chiết xảy ra tốt.

14

Hình 1.5. Mô hình chiết lỏng - lỏng

Nguồn: http://chemwiki.ucdavis.edu/@api/deki/files/12592/Figure7.20.jpg

Các tác giả Carla Toledo, Luis Valle, Jessica Narváez, Pablo Richter [15]đã

nghiên cứu phương pháp phân tích nhanh và đơn giản để xác định polyclo biphenyl

trong dầu biến áp. Phương pháp này được dựa trên chiết lỏng-lỏng trong n-hexan và

sau đó định lượng bằng sắc kí. Kể từ khi thành lập quy định quốc tế đối với chất

thải có chứa PCBs là 50 mg/kg, phương pháp này nhanh chóng xác định xem dầu

máy biến áp là PCBs bị ô nhiễm hay không. Trong điều kiện tối ưu, sự thu hồi của

Aroclor 1256 và Aroclor 1260 là từ 80 đến 100%, và độ chính xác được thể hiện độ

lệch chuẩn tương đối là 2-4%. Phương pháp này được áp dụng cho mẫu thực ô

nhiễm PCBs.

1.2.2. Phương pháp chiết rắn - lỏng SLE (solid - liquid extraction)

Nguyên tắc: Phương pháp chiết rắn - lỏng được sử dụng để chiết tách các

chất hữu cơ (PCBs) trong nền mẫu rắn để phân tích. Đầu tiên dung môi chiết len lỏi

sâu vào giữa các hợp phần mẫu để tiếp xúc với chất phân tích, sau đó chất phân tích

khuếch tán đi vào dung môi chiết. Yếu tố quan trọng nhất của kỹ thuật chiết rắn

lỏng này là lựa chọn dung môi thích hợp. Tuy nhiên, những yếu tố khác như áp

15

suất, nhiệt độ cũng có ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả chiết. Khi tăng áp suất sẽ làm

tăng khả năng phân tán của dung môi đi sâu vào nền mẫu rắn, tăng nhiệt độ sẽ làm

tăng khả năng hòa tan của các chất phân tích vào dung môi. Trong phương pháp

chiết rắn - lỏng có 4 kỹ thuật chiết khác nhau đó là: Lắc chiết thông thường, chiết

soxhlet, chiết siêu âm và chiết vi sóng.[2]

1.2.2.1. Chiết rắn - lỏng bằng kỹ thuật lắc

Kĩ thuật chiết này là cách đơn giản và thuận tiện thường sử dụng chiết PCBs

từ mẫu rắn như mẫu đất, chất thải rắn từ quá trình xử lý rác thải công nghiệp. Chỉ

cần cho dung môi thích hợp rồi lắc trong khoảng thời gian xác định. Dung môi

thường sử dụng là n-hexan và diclometan vì nó có khả năng hoà tan và kéo các chất

phân tích, PCBs từ nền mẫu ra dung môi lỏng.

Kỹ thuật lắc với dung môi đơn giản nhưng không hiệu quả trong trường hợp

chất phân tích có liên kết chặt chẽ với nền mẫu. Trong trường hợp này, chiết siêu

âm là cách hỗ trợ tốt, giúp cho sự khuếch tán của dung môi vào mẫu, tăng thêm sự

tiếp xúc để quá trình chiết hiệu quả hơn.[2]

1.2.2.2. Chiết rắn - lỏng bằng kỹ thuật siêu âm

Nguyên tắc: Chiết hỗ trợ siêu âm là việc loại bỏ và thu hồi các chất phân tích

hữu cơ từ nền mẫu rắn bằng dung môi được khuếch tán bằng năng lượng siêu âm ở

tần số cao vượt quá âm thanh mà tai người có thể nghe (xem Hình 1.6). Năng lượng

siêu âm đủ mạnh để phá vỡ cấu trúc chất mẫu và tán nhỏ nền mẫu, do đó làm tăng

khả năng hòa tan các chất phân tích vào dung môi.[2]

Hình 1.6. Mô hình chiết hỗ trợ sóng siêu âm

Nguồn:http://www.investigateegypt.co.uk/images/CS_20080911_UniversityYorkLaboratory6_sm.jpg

Ứng dụng và ưu nhược điểm

16

+ Ứng dụng: dùng để chiết các hợp chất hữu cơ không bay hơi và dễ bay hơi

trong các mẫu dạng rắn như đất, bùn, chất thải rắn.

+ Ưu điểm: Kỹ thuật chiết siêu âm có thể giảm được thời gian và lượng dung

môi sử dụng, do đó tốc độ chiết nhanh (10-45 phút) và chiết an toàn hơn, bởi vì do

kỹ thuật này sử dụng nhiệt độ thấp, tránh được sự bay hơi của dung môi và chất

phân tích có nhiệt độ sôi thấp, đồng thời còn duy trì được các hoạt chất sinh học.

Siêu âm tần số cao tăng khả năng xâm nhập của dung môi, tăng khả năng kết dính

và hiệu quả chiết cao. Ngoài ra chiết siêu âm không phụ thuộc vào nền mẫu, thiết bị

chiết rẻ tiền.

+ Nhược điểm: Quá trình chiết gây ồn, nhất thiết phải qua quá trình lọc mẫu

làm dung môi có thể bay hơi ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

Các giả Aydin ME1, Tor A, Ozcan S [13] đã dùng phương pháp chiết dung

môi hỗ trợ song siêu âm để chiết PCBs trong mẫu đất. Độ thu hồi từ 40 đất là trên

90% với khoảng hàm lượng trong mẫu từ 40 – 120 µg/kg, độ lệch chuẩn dưới 7%.

Giới hạn phát hiện từ 0.003 tới 0.006 µg/kg. Hiệu quả của phương pháp này được

so sánh với các phương pháp chiết truyền thống bằng mẫu thêm chuẩn trên nền mẫu

đất thực cho kết quả tương tự. Song phương pháp chiết sử dụng sóng siêu âm có ưu

điểm hơn đó là lượng mẫu và dung môi sử dụng ít hơn nên giá thành cho phép phân

tích giảm đi.

1.2.2.3. Chiết rắn - lỏng bằng kỹ thuật Soxhlet

Nguyên tắc: Kỹ thuật chiết rắn lỏng Soxhlet dùng dung môi ở nhiệt độ cao,

sự chiết có sự tuần hoàn liên tục dung môi chiết và do đó chiết kiệt đối tượng phân

tích trong mẫu (xem Hình 1.7). Thời gian chiết phụ thuộc bản chất mẫu.

17

Hình 1.7. Mô hình chiết Soxlhet

Nguồn: http://whale.wheelock.edu/bwcontaminants/analysis.html

Ứng dụng và ưu, nhược điểm: Một số tác giả đã sử dụng chiết Soxhlet để

chiết PCBs trong đối tượng mẫu rắn. Đây là kỹ thuật chiết kinh điển nhưng khá hiệu

quả. Nhược điểm là thường tốn dung môi hữu cơ và thời gian chiết dài.[2]

1.2.2.4. Chiết rắn - lỏng bằng kỹ thuật vi sóng

Nguyên tắc: Chiết lò vi sóng (MAE) là kỹ thuật chiết mới, trong phương

pháp này sử dụng năng lượng của vi sóng để làm nóng dung môi và mẫu để tăng để

tỷ lệ chuyển khối của chất phân tích từ nền mẫu vào trong dung môi. Kỹ thuật chiết

lò vi sóng cũng được sử dụng để chiết các chất ô nhiễm trong mẫu môi trường.

Áp dụng và ưu nhược điểm: Kỹ thuật này cho hiệu quả chiết tương tự chiết

soxhlet, song thời gian chiết (khoảng 15 phút) và dung môi sử dụng (khoảng

25÷50ml) giảm rất nhiều. Do những ưu điểm này nên kĩ thuật này đã được áp dụng

nhiều trong phòng thí nghiệm hiện nay.[2]

18

Các tác giả M. Ramil Criado, I. Rodrıguez Pereiro, R. Cela Torrijos [32] đã

nghiên cứu phương pháp thay thế cho việc chiết các polyclo biphenyl (PCBs) trong

các mẫu tro với ưu điểm là ít thời gian và tiêu thụ dung môi hơn so với Soxhlet

trước đây. Trong nghiên cứu này đã đánh giá khả năng hỗ trợ của năng lượng vi

sóng (MAE) để xác định chính xác các thông số ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả

của quá trình chiết PCBs trong nền mẫu rắn khác, song phương pháp không chiết

được các đồng phân đồng phẳng trong mẫu tro. Do vậy các tác giả tiếp tục làm

nghiên cứu: chọn 2 mẫu tro bay có thành phần Carbon khác nhau, cố định loại dung

môi để chiết và thay đổi các thông số về thể tích dung môi, thời gian chiết, nhiệt độ

chiết sau đó bằng tối ưu hóa thực nghiệm đã chỉ ra rằng thể tích dung môi sử dụng

ảnh hưởng hiệu suất chiết hơn các yếu tố khác.Trong điều kiện tối ưu sử dụng năng

lượng của lò vi sóng hỗ trợ tại 110 0C, thời gian chiết chỉ 10 phút và thể tích dung

môi là 30 ml toluen. Độ thu hồi hơn 80% cho tất cả đồng loại PCBs bao gồm cả loại

đồng phẳng.

Hình 1.8. Mô hình chiết lò vi sóng

(Nguồn: http://share.psu.ac.th/blog/sci-discus/17171)

Các tác giảYifei Sun, Masaki Takaoka, Nobuo Takeda, Tadao Matsumoto,

Kazuyuki Oshita[42]đã nghiên cứu và áp dụng phương pháp chiết hỗ trợ vi sóng để

xác định PCBs trong trong tro bay của lò đốt rác thải đô thị và so sánh với phương

pháp chiết soxhlet truyền thống. Kết quả thu được thấy rằng thời gian chiết và dung

19

môi giảm đi so với chiết soxhlet. Điều kiện tối ưu nghiên cứu để thực hiện chiết hỗ

trợ vi sóng trong nghiên cứu này là sử dụng 30ml hỗn hợp toluene/axeton tỉ lệ 1:1

hoặc 15 ml toluene với mẫu hàm lượng ẩm nhỏ hơn 60% và thời gian chiết 15 phút.

1.2.3. Phương pháp chiết pha rắn SPE (solid phase extraction)

Nguyên tắc: SPE là phương pháp xử lý mẫu dựa trên nguyên tắc sắc ký lỏng

nhằm loại các ảnh hưởng của nền mẫu hoặc làm giàu đối tượng phân tích trước

phân tích (xem Hình 1.9).[12]

Áp dụng và ưu nhược điểm: Một số tác giả đã sử dụng phương pháp SPE để

chiết và làm sạch hóa chất PCBs trong mẫu phân tích. Ưu điểm là lượng dung môi

sử dụng thường nhỏ (< 10 ml), thời gian chiết nhanh, tỷ lệ thu hồi cao, không tạo

nhũ tương, độ lặp lại tốt.

Hơn nữa cột chiết SPE tái sinh và dùng lại được nhiều lần (đến 30 lần), nên

SPE có tính kinh tế cao hơn chiết bằng dung môi hữu cơ lỏng, vì sau một lần chiết

ta phải bỏ dung môi đi.

Hình 1.9. Các bước thực hiện của phương pháp SPE

1.2.4. Phương pháp vi chiết pha rắn SPME (solid phase microextraction)

Hoạt hóa cột Nạp mẫu Rửa tạp chất Rửa chất phân tích

20

Nguyên tắc: SPME là quá trình chiết dựa trên cơ sở sự hấp phụ và tự làm

giàu một cách chọn lọc các chất cần phân tích từ mẫu lỏng (chiết không gian lỏng)

hay mẫu khí (không gian hơi) lên pha tĩnh rắn xốp được phủ lên bề mặt một kim

(hay que) chiết trơ nhỏ (r=0,5mm và L=50 mm) bằng PVC hay kim loại. SPME là

quá trình chiết đạt tới cân bằng tuân theo định luật phân bố, trong quá trình chiết thì

mẫu luôn được khuấy trộn.

Thiết bị (kim chiết): Kim chiết có lớp silica xổp (của loại NP hay RP) phủ lên

lõi kim tạ ra lớp màng mỏng chất chiết của cơ chế hấp phụ pha thường (NP), hay

pha ngược (RP), chất chiết ở đây là các hợp chất carbowax, PDMS). Que chiết có

pha tĩnh chiết (SP) được đặt trong lòng một chiếc ốn kim tiêm nhỏ, đầu trên gắn với

một pít - tông làm bằng thép không gỉ. Tổ hợp này được đặt trong bộ phận bảo vệ

(ống sy-ranh), trông giốn như một bộ xy-lanh kim tiêm, hình 1.10 là ví dụ hai bộ

que vi chiết pha rắn.

Hình 1.10. Ví dụ hai bộ kim chiết loại SPME

21

Áp dụng và ưu nhược điểm: ban đầu SPME được áp dụng để chiết các chất

cơ clo trong môi trường. Gần đây SPME đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực như

dược phẩm, sinh học… Ưu điểm của phương pháp là rất nhạy, không sử dụng dung

môi hữu cơ. Nhược điểm là giá thành còn đắt, thời gian chiết kéo dài.

Các tác giả Cláudia H. KowalskiI, Josemar G. CostaII, Helena T. GodoyI,

Fabio Augusto [17]đã nghiên cứu xây dựng phương pháp để xác định polyclo

biphenyl (PCBs) trong sữa mẹ và áp dụng để đánh giá sự ô nhiễm của mẫu sữa lấy

từ bốn thành phố của Brazil. PCBs được chiết bằng vi chiết pha rắn và phân tích

bằng sắc ký khí với detector bắt điện tử. Nghiên cứu đã khảo sát khoảngtuyến tính

(16 mg L-1, r> 0,9884), độ chính xác (RSD <12%, n = 5), độ thu hồi (71-127%) và

giới hạn định lượng (giữa 0,45 và 2,42 mg L -1). Các kết quả phân tích của hai

mươi mẫu cho thấy hàm lượngcủa PCBs đều trên 11,8 mg/L, ở khu vực đô thị São

Paulo tjof PCBs 153 được tìm thấy trong tất cả các mẫu. Trong Vitória/ES và

Florianopolis / SC đã được tìm thấy PCB trong 100% và 60% các mẫu lấy được từ

thành phố này. Không ô nhiễm được phát hiện trong các mẫu từ Rio Branco/AC.

Qua đó, đã tìm thấy một tương quan cao giữa sự ô nhiễm của các mẫu và mức độ

công nghiệp hóa của khu vực đã được tìm thấy.

1.2.5. Phương pháp chiết lỏng siêu tới hạn(Supercritical fluid extractionP:

SFE)

Nguyên tắc: Chiết lỏng siêu tới hạn là loại chiết ra đời muộn nhất, vào giữa

những năm 80 của thế kỷ 20 được thực hiện khi chiết chất lỏng ở trong điều kiện

siêu tới hạn (là chất có nhiệt độ và áp suất cao hơn giá trị tới hạn) khi cho chất phân

tích trong dạng lỏng tiếp xúc với SP của cột chiết. Nhờ tính chất đặc biệt của chất

lỏng siêu tới hạn mà các chất phân tích, đặc biệt là các chất có khối lượng phân tử

lớn được chiết chọn lọc bằng phương pháp này vào một dung môi hữu cơ thích hợp.

Sau đó sẽ xác định các chất đã được chiết vào trong dung chiết đó.

Áp dụng và ưu nhược điểm: SFE được sử dụng để xác định số lượng lớn

thành phần của chất béo từ trong thịt lợn tới dầu hạt giống và rau quả. SFE còn

được dùng để phân tích PCBs trong thực phẩm. Ưu điểm của kỹ thuật chiết lỏng

22

siêu tới hạn là sự chiết trệt để hơn các phương pháp chiết truyền thống, lại tốn ít

thời gian và dung môi. Thêm vào đó, với kỹ thuật chiết lỏng siêu tới hạn, chúng ta

dễ dàng thay đổi lực dung môi bằng cách thay đổi nhiệt độ, áp suất và chất trợ chiết

cho mỗi quá trình chiết. [2]

Các tác giảBert van Bavel1, Petra Dahl, Lars Karlsson, Lennart Harden,

Christoffer Rappe1, Gunilla Lindstöm [14] đã nghiên cứu phương pháp chiết dùng

chất lỏng siêu tới hạn để xác định 36 PCBs từ mỡ của người. Chiết có chọn lọc

PCBs có thể đạt được bằng cách sử dụng CO2 siêu tới hạn với mật độ 0,9 g / ml

(281 bar) ở 40 ° C và với AlOx như một chất lưu giữ béo. So với phương pháp chiết

lỏng truyền thống tiếp bước tiếp theo làm sạch mẫu, SFE không chỉ nhanh hơn (2

giờ so với ba ngày) mà còn sử dụng lượng dung môi hữu cơ ít hơn (4 ml so với hơn

500 ml). Độ thu hồi của 7 chuẩn đồng hành C13PCBs them vào là 83-106%. Độ lặp

lại trong phân tích của 36 PCBs trong 6 mẫu giống nhau rất tốt, với độ lệch chuẩn

nhỏ hơn 10%.

1.2.6. Phương pháp chiết lỏng có hỗ trợ áp suất(Pressurized liquid

extraction: PLE)

Nguyên tắc: Khi áp dụng chiết lỏng có hỗ trợ áp suất thì điểm sôi của dung

môi được tăng lên dưới áp suất cao, vì vậy khi quá trình chiết được tiến hành ở

nhiệt độ cao thì độ nhớt dung môi và sức căng bề mặt giảm, khả năng hòa tan của

chất phân tích tăng, do sự tác dụng của áp suất và nhiệt độ cao đã làm suy yếu liên

kết giữa chất phân tích-nền mẫu. Áp lực cao cho phép các dung môi thâm nhập sâu

hơn vào nền mẫu, do đó tạo thuận lợi cho việc chiết tách các chất phân tích bị mắc

kẹt trong nền mẫu, làm quá trình chiết nhanh hơn và độ thu hồi tốt hơn (xem Hình

1.11).

Áp dụng và ưu nhược điểm: Kỹ thuật chiết PLE được áp dụng rộng rãi để

chiết các hợp chất PCBs, vì nó có ưu điểm là sự chiết nhanh, lượng dung môi cần ít,

tự động và dễ sử dụng. Tuy nhiên, trang thiết bị chiết còn đắt tiền nên chưa được áp

dụng phổ biến.[2]

23

Các tác giảPiotr Konieczkam, Jacek Namieœnik [34] đã nghiên cứu phương

pháp chiết dung môi hỗ trợ áp suất kết hợp với GC-MS để xác định hiệu quả hơn

các PCBs trong mẫu trầm tích. Phương pháp áp dụng để phân tích các mẫu trầm

tích biển. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi của các thử nghiệm liên phòng

của tổ chức (CCQM-K25). Các thông số xác nhận (tính chọn lọc, khoảng tuyến

tính, LOD, LOQ, phạm vi, độ lặp lại, độ chính xác, độ đúng) theo thủ tục phê duyệt

phương pháp. Giới hạn phát hiện là dưới 0,65 ng g-1 PCB, trong khi độ tái lặp và

độ chính xác trung bình (hệ số biến thiên) đều dưới 4,2% và 5,6%. Độ không đảm

bảo đo là 8,4% (k = 2). Độ đúng đã được khẳng định bằng cách so sánh các giá trị

thu được với giá trị trung bình ước tính trong thử nghiệm CCQM-K25, tương tự

như trong nghiên cứu độ thu hồi trong phạm vi 96-103%.

Hình 1.11. Mô hình phương pháp chiết PLE

Nguồn:http://mason.gmu.edu/~ssherwa1/projects/Plant/plant.htm

Vì các chất PCBs có tính độc hại, nên để đảm bảo điều kiện sống cho con

người và môi trường sạch, chúng ta cần phải có các phương pháp xác định các

PCBs hiệu quả để đáp ứng với những cầu cụ thể của thực tế đặt ra.

1.3. Các phương pháp phân tích PCBs

1.3.1. Phương pháp phân tích nhanh.

24

Các phương pháp này bao gồm: phương pháp thử tỉ trọng, thử màu ngọn lửa,

sử dụng bộ thử nhanh (test kit). Các phương pháp này có ưu điểm là giá thành rẻ, dễ

sử dụng, thời gian phân tích nhanh, linh hoạt sử dụng ngoài hiện trường. Nhưng có

nhược điểm là kết quả phân tích có độ chính xác không cao, chỉ là phương pháp bán

định lượng sơ bộ. Hiện nó cũng được áp dụng để phân tích PCBs trong dầu biến

thế.

Các phương pháp phân tích nhanh các PCBs gồm có:

a). Phương pháp thử tỉ khối

Nguyên tắc của phương pháp là dựa vào tỷ trọng của dầu khi cho tiếp xúc với

nước.

Cách tiến hành: sử dụng một ống nghiệm 10ml.Thêm vào một ít nước rồi

thêm mẫu dầu cần thử vào. Nếu dầu chìm xuống dưới đáy (tỉ trọng của dầu > 1g/ml)

thì có thể dự đoán hàm lượng PCBs là tương đối cao. Nếu dầu nổi trên nước (tỉ

trọng của dầu < 1g/ml) thì có thể dự đoán dầu không chứa hoặc chứa một lượng

không đáng kểPCBs.[3]

b). Phương pháp thử màu ngọn lửa

Nguyên tắc của phương pháp là dựa vào màu sắc của ngọn lửa để định tính

sự có mặt của PCBs.

Cách tiến hành: sử dụng một sợi dây đồng sạch nhúng vào mẫu dầu biến thế

càn phân tích rồi đem đốt. Nếu trong mẫu có PCBs thì clo trong PCBs sẽ nhuốm

màu ngọn lửa thành màu xanh. [3]

c). Phương pháp dùng bộ thử nhanh

Các bộ thử nhanh được sử dụng ngoài hiện trường phân tích nhanh hàm

lượng clo với điều kiện trong mẫu không có nguồn hữu cơ nào khác ngoài PCBs.

Thông qua các bước: xử lí mẫu, chuyển đổi clo vô cơ sang clo hữu cơ rồi định

lượng clo vô cơ thì ta có thể xác định PCBs theo phương pháp chất chuẩn sẵn có.

[3]

1.3.2. Phương pháp sắc kí khí

25

Đây là phương pháp dùng để xác định chính xác nồng độ các hợp chất PCBs

trong mẫu bởi nó có các ưu điểm: hiệu quả tách tốt (độ phân giải cao), giới hạn phát

hiện thấp, thời gian phân tích cũng tương đối nhanh, độ nhạy và độ chính xác cao.

Quá trình phân tích PCBs được thực hiện bằng hệ thiết bị sắc kí khí bao gồm

hai giai đoạn : giai đoạn tách (xảy ra ở cột sắc kí) và giai đoạn nhận biết – đo lường

(xảy ra trên detector và bộ phận xử lí số liệu). Quá trình tách xảy ra trên cột sắc kí

nhờ lực tương tác của pha tĩnh và pha động với từng hợp phần của mẫu. Quá trình

tách phụ thuộc nhiều yếu tố nhưng chủ yếu là phụ thuộc vào bản chất SP của cột

tách và các điều kiện chạy sắc kí.

Các điều kiện chạy sắc kí chủ yếu là chương trình nhiệt độ và kĩ thuật chia

hoặc không chia dòng.

Các Detector chọn lọc dùng để xác định các hợp chất PCBs là detector cộng

kết điện tử ECD và MS, ngoài ra còn sử dụng sắc kí khí ghép nối khối phổ có độ

phân giải cao.

Hình 1.12. Sơ đồ thiết bị sắc kí khí

a.Với detector ECD (GC-ECD), có độ nhạy rất cao đối với các hợp chất ái

điện tử, cực tiểu phát hiện có thể đạt tới 10-12 - 10-13g (0,1ppb). Nó hoạt động dựa

trên cơ sở của các chất có khả năng nhận (bắt, cộng kết) điện tử trong pha khí trong

flowcel làm thay đổi dòng điện nền tạo ra tín hiệu sắc kí của chất. Trong các hợp

chất PCBs, do có các liên kết đôi liên hợp của vòng benzen –C=C-C= và có chứa

26

các nguyên tử halogen clo (dị tố ái điện tử) nên khả năng bắt điện tử khá cao. Do đó

dùng detector ECD để phát hiện các hợp chất PCBs trong mẫu là thích hợp.[12]

Các tác giả Samuel Affula, Johannes A.M. Awudzab, Stevester K.

Twumasib, Shiloh Osaea [36]đã đề xuất phương pháp hiệu quả để xác định các

polyclo biphenyl (PCBs) chỉ thịbằng phương pháp sắc khí ghép nốidetector bắt điện

tử. Phương pháp GC-ECD đã xác địnhkhoảng tuyến tính để xác định các hợp chất

PCBs, giới hạn phát hiện (MDQ), độ chính xác và độ đúng của phương pháp để

phân tích các hợp chất. MDQ thu được cho các hợp chất dãy 0,0005-,002 ng. Từ kết

quả thu được thấy rằng độ nhạy tăng theo số lượng của các nguyên tử clo gắn vào

gốc nhân nhóm biphenyl. Độ chính xác của phương pháp dao động từ 2,4% đến

14,5% và độ sai sô từ -7,0% đến 14,6%. Độ thu hồi (độ đúng) với các hợp chất

PCBs trong khoảng 95,7-101,0%. Phương pháp đã được áp dụng để xác định PCBs

trong trầm tích được lấy mẫu từ mười một điểm lấy mẫu dọc theo hồ Bosuntwi ở

Ghana và PCB hàm lượng cao nhất 19,17 ng/g tại Pipie số 2. PCB 52 và PCB 101

tìm thấy là các PCBs chỉ số phổ biến nhất trong khu vực nghiên cứu, cả hai có mặt

trong 90,91% mẫu nghiên cứu.

b.Detector khối phổGC-MS: Chất phân tích sau khi được tách qua hệ thống

cột sắc kí khí, dòng pha động chứa chất mẫu được dẫn vào buồng ion hoá, để sinh

ra các các ion dương 1 có số khối m/Z của các chất phân tích, rồi các ion khối m/Z

sẽ được dẫn vào buồng phân giải khối và tại đây các ion có số khối m/Z khác nhau

sẽ được phân giải và dẫn vào detector để phát hiện các chất theo số khối m/Z đặc

trưng của nó (pic khối phổ). Mỗi ion phân tích sẽ có một số khối m/z xác định và

dựa vào giá trị này mà chúng được tách chọn lọc ra khỏi bộ phận phân tích khối.

Dựa vào khối phổ thu được của mẫu phân tích, ta có thể nhận danh (định tính) và

định lượng các chất phân tích. [12]

Bộ phân giải khối có thể là một tứ cực, hệ thống ba tứ cực hoặc bẫy ion. Kỹ

thuật GC-MS cho thông tin về định danh và định lượng tốt hơn, vì ngoài thu thập

thông tin từ thời gian lưu ta còn thu thập thông tin từ các giá trị m/z so sánh trong

thư viện phổ chuẩn. Ngoài ra kỹ thuật này tiến hành với lượng mẫu ít hơn, ít bị

27

nhiễu nền hơn, nhưng thiết bị khối phổ cònđắt tiền và sử dụng cũng phức tạp hơn.

Qunbiao Zhou, Yaxin Sang, Li Wang, Shuangshang Ji, Jing Ye, Xianghong

Wang [35] đã nghiên cứu phương pháp khai thác hiệu quả bằng cách chiết hỗ trợ

siêu âm(UAE) đã 180) các mẫu từ động vật có vỏ khác nhau, sau đó xác định các

PCBs bằng sắc ký khí khối phổtheo chế độ SIM. Tất cả các mẫu được chiết xuất

bằng dung môi n-hexane và làm sạch bằng axít sunfuric đặc. Các kết quả được xác

định bằng định lượng bằng phương pháp ngoại chuẩn. Độ thu hồi trung bình của

bảy loại PCBs dao động từ 80,92% đến 93,89%, và giới hạn phát hiện thấp nhất là

0,08-0,03 mg/kg. Nồng độ trung bình của tổng PCBs là 14,12-30,61 mg/kg trong

các mẫu. Phương pháp đạt hiệu quả cao trong việc giảm chi phí và thời gian tiền xử

lý mẫu. Phương pháp này có thể được áp dụng cho việc kiểm tra và giám sát PCBs

trong các động vật có vỏ do các chất ô nhiễm hữu cơ trong vùng nước ven biển.

c. Sắc ký phân giải cao ghép nối khối phổ phân giải cao HRGC/HRMS.

Đây là một công cụ phân tích hoàn hảo cho các ứng dụng rất cụ thể. Hệ thiết bị này

được trang bị một nam châm lớn và có những nguồn điện, ống kính ... Sử dụng loại

trang bị này cho độ phân giải đến 10.000 khối lượng nguyên tử. Thiết bị phân giải

khối có thể tách các phần tử có thời gian lưu tương tự nhưng số khối m/Z chỉ khác

nhau 0,0001 amu. Ngoài ra hệ HRGM/HRMS phép cho độ nhạy đến các bộ phận

phụ cho mỗi cấp độ nghìn triệu triệu. Khoảng đo rất rộng của HRGC/HRMS từ

điểm thấp tới điểm lớn nhất ( cao hơn 2000 lần điểm thấp nhất) nên các phòng thí

nghiệm có thể chọn khoảng đo linh hoạt mà không làm bão hòa detector.

Joseph Ferrario , Christian Byrne, Aubry E. Dupuy Jr [31]nghiên cứu phương

pháp để xác định các đồng loạipolyclo biphenyl (PCBs) "như dioxin" , để đánh giá

rủi ro liên quan đến việc thay thế dioxin 2,3,7,8-clo và furan đã tăng đáng kể số

lượng các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới đang phát triển các phương pháp

phân tích để phát hiện định lượng. Hầu hết các thí nghiệm này được dựa trên chuẩn

bị mẫu và phân tích mẫu thành lập các kỹ thuật sử dụng sắc ký khí độ phân giải cao

và detector MS độ phân giải cao (HRGC/HRMS), được sử dụng để phân tích dioxin

/ furan ở lượng vết, cấpphần trên một nghìn tỷ (ppt) .

28

Dale R. Rushnecka, Andy Beliveaub, Brian Fowlerc...[18]đã xác định các

thành phần polyclo biphenyl (PCBs) của chín sản phẩm Aroclor thương mại ở cấp

độ phần mỗi triệu bằng sắc ký khí có độ phân giải cao ghépvới khối phổ phân giải

cao theo phương pháp 1668A của Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA). Những dữ

liệu về thành phần Aroclorcho biết các đặc tính và đánh giá rủi ro ô nhiễm PCBs tại

nơi xử lý chất thải nguy hại, đặc biệt đối với các đồng phânPCBs giống dioxin.

Bằng cách kết hợp các dữ liệu về nồng độ của mỗi đồng loại giống dioxin, Tổ chức

Y tế thế giới tính độ độc tương đương của nó, các tác giả đã thiết lập nồng độ chất

độc dioxin tương đương cho mỗi sản phẩm Aroclor tinh khiết.

1.3.3. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao

Nguyên tắc: Phương pháp HPLC là 1 phương pháp phân tích hóa lý, dùng để

tách và định lượng các thành phần trong hỗn hợp mẫu dựa trên ái lực hấp phụ khác

nhau giữa các chất với 2 pha luôn tiếp xúc nhưng không hòa lẫn vào nhau: Pha tĩnh

(trong cột tách) và pha động (dung môi rửa giải). Khi dung dịch của hỗn hợp các

chất cần phân tích đưa nạp vào cột tách HPLC, chúng sẽ được hấp phụ hoặc phân

bố vào pha tĩnh tùy thuộc vào bản chất của SP của cột tách và của chất cần phân

tích. Khi ta bơm dung môi pha động rửa giải vào cột tách thì tùy thuộc vào ái lực

của các chất với hai pha, chúng sẽ di chuyển qua cột tách với vận tốc khác nhau dẫn

đến sự phân tách của các chất. Các chất sau khi ra khỏi cột tách sẽ được phát hiện

bởi bộ phận phát hiện gọi là detector và được chuyển qua bộ xử lý kết quả. Kết quả

cuối cùng được hiển thị trên màn hình hoặc đưa ra máy in sắc đồ của các chất có

trong mẫu, nếu sự tách là tốt, thì mẫu có bao nhiêu chất, trên sắc đồ sẽ có bấy nhiêu

pic và mỗi pic là của một chất.

Quá trình phân tách trong kỹ thuật HPLC là do quá trình vận chuyển và phân

bố của các chất tan giữa 2 pha khác nhau. Khi pha động di chuyển với một tốc độ

nhất định qua cột sắc ký sẽ hòa tan các chất tan đã bị pha tĩnh hấp phụ lưu giữ ra

khỏi cột. Tùy theo bản chất pha tĩnh, chất tan và pha động mà quá trình rửa giải tách

được các chất khi ra khỏi cột sắc ký. Nếu ghi quá trình tách sắc ký, chúng ta có sắc

đồ.

29

Tác giả Derek Hillbeck [19] đã đưa ra phương pháp HPLC sử dụng cột

Thermo Scientific Accucore C18 đã tách các PCBs trong hỗn hợp mẫu thương mại.

Phép phân tích với thời gian 20 phút và có độ phân giải tốt giữa tất cả thành phần

của chất mẫu.

1.3.4. Các phương pháp khác

Phương pháp xét nghiệm hấp thụ miễn dịch liên kết với Enzym.

Nguyên tắc: Phương pháp ELISA (Enzyme Linked Immunosorbent Assay-

xét nghiệm hấp thụ miễn dịch liên kết với enzyme) có rất nhiều dạng mà đặc điểm

chung là đều dựa trên sự kết hợp đặc hiệu giữa kháng nguyên và kháng thể, trong

đó kháng thể được gắn với một enzyme. Khi cho thêm cơ chất thích hợp (thường là

nitrophenol phosphate) vào phản ứng, enzyme sẽ thủy phân cơ chất thành một chất

có màu. Sự xuất hiện màu chứng tỏ đã xảy ra phản ứng đặc hiệu giữa kháng thể với

kháng nguyên và thông qua cường độ màu mà biết được nồng độ kháng nguyên hay

kháng thể cần phát hiện.

Phương pháp này được thiết kế cho việc phát hiện và định lượng các chất như

peptides, protein, antibodies, hormone,… Đôi khi nó còn được gọi bởi một tên gọi

khác là EIA (Enzyme ImmunoAssay)

Kĩ thuật này khá nhạy và đơn giản, cho phép ta xác định kháng nguyên hoặc

kháng thể ở một nồng độ rất thấp (khoảng 0,1 ng/ml). So với kĩ thuật miễn dịch

phóng xạ (RIA- Radio Immuno Assay) thì kĩ thuật này rẻ tiền và an toàn hơn mà

vẫn đảm bảo độ chính xác như nhau. ELISA được dùng để xác định nhiều tác nhân

gây bệnh như virus, vi khuẩn, nấm, kí sinh.

Kĩ thuật ELISA gồm ba thành phần tham gia phản ứng là: kháng nguyên,

kháng thể và chất tạo màu; thực hiện qua hai bước:

- Phản ứng miễn dịch học: Là sự kết hợp giữa kháng nguyên và kháng thể

- Phản ứng hóa học: Thông qua hoạt tính xúc tác của enzyme làm giải phóng

oxy nguyên tử [O] từ HO để oxy hóa cơ chất chỉ thị màu, do đó làm thay đổi màu

của hỗn hợp trong dung dịch thí nghiệm.[16]

30

Tomoaki Tsutsumia, Yoshiaki Amakuraa,..[38] đã sử dụng kit thử xét

nghiệm hấp thụ liên kết với enzym (ELISA)để xác định độ độc tương đương

(TEQs) của polyclo biphenyl giống dioxin (PCBs) trong cá bán tại các chợ. Phương

pháp ELISAnày xác định chọn lọc cụ thể cho 2,3, 4,4, 5 pentachlorobiphenyl (PCB

118), PCB giống như dioxin thường thấy trong cá. Giới hạn định lượng của phương

pháp ELISA (sử dụng 3,3', 4'-trichloro-4-methoxybiphenyl là chuẩn đồng hành để

xác định PCB 118) là 10 ng/ ml (125 pg / thử nghiệm) trong đường chuẩn, tương

ứng với 50 pg PCB 118/ g trong mẫu xét nghiệm. Độ thu hồi của cách chiết PCB

118 theo ELISA (78/,7-112,3%) làm thử nghiệm trên mẫu cá không chứa PCBs.

Khoảng tuyến tính rộng, không tín hiệu ảnh hưởng từ nền bằng phương pháp chiết

này.Độ thu hồi của PCB 118 được thêm vào mẫu cá từ (60,2-82,3%). Kết quả thu

được từ ELISA cho mẫu cá tương quan với nồng độ TEQ giống như dioxin-PCBs

thu được bằng phương pháp sắc ký khí độ phân giải cao ghép nối khối phổ độ phân

giải cao (r = 0,92, n = 26). Những dữ liệu này chỉ ra rằng các bộ kit ELISA là thích

hợp cho sàng lọc cá bán ở các chợ.

1.3.5. Các phương pháp phân tích PCBs áp dụng ở PTN tại Việt Nam

Hiện nay các phòng thí nghiệm Việt Nam phân tích PCBs theo hướng dẫn

phương phương pháp của Tổng cục đo lường chất lượng Việt Nam và quốc tế đã

xây dựng để xác định PCBs trong một số đối tượng mẫu

a. Phương pháp của Việt Nam

- TCVN 8061 : 2009 (ISO 10382 : 2002)- Chất lượng đất – Xác định hóa

chất bảo vệ thực vật clo hữu cơ và polyclorin biphenyl - Phương pháp sắc ký khí

với detector bẫy electron.

- TCVN 9241 : 2012 (ISO 6848:1996)- Chất lượng nước – Xác định thuốc

trừ sâu clo hữu cơ, polyclobiphenyl và clorobenzen – Phương pháp sắc ký khí sau

khi chiết lỏng – lỏng.

- TCVN 8346:2010 – Thủy sản và sản phẩm thủy sản (Xác định thuốc bảo vệ

thực vật nhóm clo hữu và polyclo biphenyl – Phương pháp sắc ký khí.

31

- TCVN 8101 : 2009 (ISO 8260 : 2008) – Sữa và sản phẩm sữa – Xác định

thuốc bảo vệ thực vật nhóm clo hữu cơ và polyclobiphenyl – Phương pháp sắc kí

khí – lỏng mao quản có detector bắt giữ electron.

- TCVN 8170-1:2009 – Thực phẩm chứa chất béo – Xác định thuốc bảo vệ

thực vật và polyclobiphenyl – Phần 1: Yêu cầu chung.

b. Một số phương pháp quốc tế

- EPA – Phương pháp 8082A – Xác định Polyclobiphenyl bằng phương pháp

sắc kí

- EPA – Phương pháp 617 – Xác định thuốc trừ sâu hữu cơ halogen và PCBs

trong đô thị và nước thải công nghiệp.

- ASTM D6160 - 98(2013) Phương pháp tiêu chuẩn xác định polyclo

biphenyl trong vật liệu thải bằng sắc kí khí.

- ASTM D4059 – Phương pháp tiêu chuẩn xác định Polyclo biphenyl trong

băng keo dán bằng phương pháp sắc ký khí.

Ở Việt Nam hiện nay đã có một số phòng thí nghiệm phân tích PCBs đạt kết

quả tốt. Theo thống kê của Dự án quản lý PCBs tại Việt Nam đánh giá qua kết quả

thử nghiệm thành thạo phân tích PCBs trong mẫu dầu biến thế như phòng thí

nghiệm: Độc học Môi trường – Viện Môi trường và Tài nguyên Thành phố Hồ Chí

Minh, phòng phân tích PCB – Trung tâm kỹ thuật Môi trường và An toàn Hóa chất,

Công t thí nghiệm điện Miền Nam – Tổng công ty Điện lực Miền Nam, Trung tâm

nghiên cứu Công nghệ Môi trường và Phát triển Bền vững (CETASD), Trạm quan

trắc và Phân tích Môi trường Lao động – Viện bảo hộ Lao động.....

c. Một số quy chuẩn về giới hạn PCBs

- Môi trường: Theo quy chuẩn Việt Nam QCVN 07:2009/BTNMT – Quy

chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại, ngưỡng chất thải nguy hại

đối với PCBs là 5ppm.

- Thực phẩm:Việt Nam chưa có quy định về nồng độ PCBs trong thực phẩm.

Nhiều nước và tổ chức trên thế giới đưa ra ngưỡng PCB cho phép đưa vào cơ thế

hàng ngày Tolerable Daily Intake (TDI) là 10 pg/kg trọng lượng cơ thể/ngày.

32

- Thiết bị và vật liệu chứa PCBs:Việt Nam chưa có quy định về nồng độ

PCBs trong thiết bị và vật liệu chứa PCBs. Tiêu chuẩn EU quy định ba ngưỡng sau:

Thiết bị nhiễm PCBs (> 50 ppm); Thiết bị có nguycơ nhiễm PCBs (20–50 ppm); và

Không nhiễm PCBs (< 20 ppm).

33

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng và nội dung nghiên cứu

2.1.1. Đối tượng nghiên cứu

Hợp chất PCBs hiện nay mặc dù đã cấm sản xuất từ năm 1970, nhưng do

lượng sử dụng lớn và thời gian phân hủy của PCBs lâu nên PCBs vẫn còn tồn dư

trong môi trường, gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và môi trường sống

nên việc xác định hàm lượng PCBs trong đối tượng mẫu môi trường bao gồm mẫu

đất, mẫu dầu biến thế là cần thiết để xác định xem nồng độ đó có ảnh hưởng tới môi

trường để có biện pháp phân loại, cảnh báo, xử lý thích hợp đảm bảo không gây ô

nhiễm môi trường.

PCBs gồm có 209 chất để xác định đồng thời sự có mặt của tất các chất này

trong một phương pháp phân tích là có thể nhưng nó sẽ gây tốn kém về chất chuẩn,

thời gian phân tích và điều kiện phân tích để có thể xác định từng chất. Viện tiêu

chuẩn của Đức (DIN) đã đưa cách xác định tổng PCBs qua 6 PCBs chỉ thị(PCB-28,

PCB-52, PCB-101, PCB-138, PCB-153, PCB-180). Từ kết quả của 6 PCBs chỉ thị

tính ra tổng của 209 chất PCBs theo công thức:

Tổng PCB = ([PCB28] + [PCB52] + [PCB101] + [PCB138] + [PCB153] +

[PCB180]) x 5. [1],[28].

Do vậy, trong luận văn này sẽ nghiên cứu xây dựng phương pháp phân tích

PCBs với 6 PCBs chỉ thị (PCB-28, PCB-52, PCB-101, PCB-138, PCB-153, PCB-

180), bằng phương pháp sắc ký ghép nối khối phổ khítừ đó áp dụng công thức trên

để xác định tổng PCBs trong đối tượng mẫu đất và mẫu dầu biến thế.

2.1.2. Nội dung nghiên cứu

a. Khảo sát phương pháp bao gồm:

- Điều kiện phương pháp GC/MS

- Điều kiện tách chiết mẫu

b. Thẩm định phương pháp:

- Giới hạn phát hiện LOD, giới hạn định lượng LOQ

34

- Khoảng tuyến tính

- Độ chụm (độ lặp lại)

- Độ đúng (độ chệch, độ thu hồi)

c. Áp dụng quy trình phân tích xây dựng được để phân tích mẫu thật.

2.2. Thiết bị , dụng cụ, hóa chất

2.2.1. Thiết bị phân tích mẫu

Máy sắc kí khí ghép nối khối phổ GC 6980-MS 5975 của hãng Agilent -

Mỹ,hệ thống máy ghép nối với máy tính, máy in, có phần mềm tính tính toán kết

quả tự động và thư viện phổ để so sánh. Với tính năng của thiết bị cho ta có thể định

lượng chính xác được các PCBs có mặt trong mẫu.

Hình 2.1. Thiết bị phân tích sắc kí ghép nối khối phổGC 6980-MS 5975

Cột tách DB5-MS của hãng Agilent (0,25 mm x 0,25 µm x 30 m).

2.2.2. Thiết bị chuẩn bị mẫu

o Bộ chiết soxhlet của hãng Wise Therm,nước Đức sản xuất.

o Bộ chưng K-D, hãng Wise Therm, nước Đức sản xuất.

o Máy lắc Gerharrdt, nước Đức sản xuất.

o Máy siêu âm LC 30H, Đức có tần số siêu âm 37.000 Hz, công suất siêu

âm là 600 W, có gia nhiệt.

35

1. Bộ chiết soxhlet 2. Bể siêu âm

3. Máy lắc

4. Bộ cất cô quay chân không

Hình 2.2. Một số thiết bị xử lí mẫu

o Máy cất quay chân không Buchi có tốc độ quay 20-190 vòng/phút, cấp

chân không < 1 mmHg

o Máy đồng nhất mẫu Vortex của Mỹ có tốc độ lắc dao động đến 3000 rpm

với hai chế độ hoạt động là liên tục và tiếp xúc START/STOP

o Cân phân tích (có độ chính xác 0,1mg và 0,01mg), GH 200, GH 252, Nhật

Bản…….

2.2.3. Dụng cụ

- Xilanh dùng pha chuẩn và pha loãng mẫu của hãng Agilent, sản xuất tại Úc

có thể tích: 10µl, 50µl, 100µl, 1ml

- Pipet: 1, 2, 5, 10, 20ml. Bình định mức: 5, 10, 50, 100ml.

- Lọ thủy tinh, ống thủy tinh chịu nhiệt.

36

- Phễu chiết thủy tinh thể tích 1 lít, 2 lít

- Cột chiết pha rắn Florisil (1g/6ml)

- Vial loại 1ml, 8ml.

- Ống đong, phễu, giấy lọc…..

2.2.4. Hóa chất

Các loại hoá chất sử dụng đều thuộc loại tinh khiết phân tích sắc ký của hãng

Merck

- Dung dịch chuẩn gốc PCBs gồm 6 cấu tửPCB-28, PCB-52, PCB-101, PCB-

138, PCB-153, PCB-180 với nồng độ mỗi cấu tử 10mg/l, dùng xilanh pha loãng

bằng dung môi n-hexan xuống nồng độ 1mg/l và các nồng độ cần thiết.

Bảng 2.1. Tên gọi của các chất chuẩn PCBs

Tên gọi Ký hiệu theo IUPAC

2,4,4’-Triclobiphenyl PCB 28

2,2’,5,5’-Tetraclobiphenyl PCB 52

2,2’,4,5,5’-Pentaclobiphenyl PCB-101

2,2’,3,4,4’,5-Hexaclobiphenyl PCB-138

2,2’,4,4’,5,5’-Hexaclobiphenyl PCB-153

2,2’,3,4,4’,5,5’-Heptaclobiphenyl PCB-180

- Dung môi n-hexan C6H6 98 %, d= 0,66 kg/l;

- Dung môi toluen C7H8 99,5%, d=0.867 g/ml

- Dung môi diclometan CH2Cl2 99,5 %;

- Dung môi methanol CH3OH 99,8 %, d= 0,79 kg/l;

- Dung môi axeton CH3COCH3 99,8 %, d = 0,79 kg/l;

- Muối natri sunfate Na2SO4 99 %, muối natri clorua NaCl 99,5 %, (các chất

này được sấy trong lò nung ở 4000C trong vòng 4 giờ).

37

- Phoi đồngđã hoạt hóa: Cho Cu vào 1 cốc thủy tinh, đổ a xít HCl 5% ngập

lớp đồng, khuấy bằng đũa thủy tinh. Sau khi đồng đã sáng trắng, đổ hết phần dung

dịch axit HCl. Rửa đồng bằng nước cất 3 lần, sau đó bằng axeton và n-hexan. đồng

sau khi rửa phải được ngâm trong dung môi n-hexan

- H2SO4 đặc, tinh khiết phân tích

- Nước cất 2 lần, deion.

- Khí Heli 99,999% dùng làm khí mang, khí Nitơ 99,99% dùng để cô mẫu,

đuổi dung môi.

2.2.5. Phương pháp nghiên cứu

Sau khi nghiên cứu các tài liệu về phương pháp phân tích PCBs hiện nay

đang sử dụng trên thế giới và các phòng thí nghiệm Việt Nam, luận văn tiến hành

làm thực nghiệm dựa vào những trang thiết bị và hóa chất hiện có của Phòng thí

nghiệm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Môi trường - Vilas 406HH- Viện

Khoa học và Công nghệ Môi trường - Đại học Bách khoa Hà Nội.

2.3.6. Phương pháp lấy mẫu

Phương pháp lấy mẫu ảnh hưởng lớn đến đánh giá về kết quả phân tích, do

vậy khâu lấy mẫu phải tuân thủ chặt chẽ các yêu cầu kỹ thuật lấy mẫu.

- Phương pháp lấy mẫu đất

Phương pháp lấy mẫu đất theo hướng dẫn TCVN 7538-2:2005 (Chất lượng

đất- Lấy mẫu. Phần 2: Hướng dẫn kỹ thuật lấy mẫu), mẫu đất được lấy đại diện

cho khu vực cần quan trắc. Mẫu đất được lấy cho vào túi nhựa polyester (túi này đã

được tráng aceton 3 lần, sau đó tráng tiếp 3 lần n-hexan), đánh số ghi ký hiệu, biên

bản lấy mẫu. Mẫu đất mang về phòng thí nghiệm, để khô ở điều kiện tự nhiên trong

điều kiện phòng sạch sau đó nghiền nhỏ rồi sàng qua rây, đựng trong túi polyester,

bảo quản ở khoảng 4oC trong tủ bảo quản để làm thí nghiệm.

- Phương pháp lẫy mẫu dầu biến thế

Áp dụng theo hướng dẫn EPA-305-X-04-002[20]:Vị trí lấy mẫu là van xả

dầu ở đáy máy biến áp hoặc qua nắp đổ dầu bằng cách sử dụng bơm tay. Quy trình

38

lấy mẫu tại van xả dầu cần tuân thủ theo các bước như sau: Đặt khay kim loại dưới

van xả, đặt túi/thùng đựng rác thải, vật liệu hút/hấp thụ dầu, giấy và giẻ lau ngay

bên cạnh vị trí lấy mẫu, dùng giẻ lau sạch van. Tiếp theo, mở chai đựng mẫu và giữ

ở dưới van xả. Dùng mỏ lết mở van, ốc cho đến khi có dầu chảy thành dòng nhỏ thì

dừng lại. Dùng ly inox hứng để loại bỏ dầu cặn ban đầu. Lấy lượng mẫu khoảng 50

– 100 ml, sau đó đóng van lại, tránh dầu chảy ra ngoài trong suốt quá trình lấy mẫu

và phải có khay hứng ngay bên dưới. Cho mẫu vào lọ thủy tinh 100 ml đã được

tráng sạch bằng axeton và n-hexan 3 lần sau đó đậy nắp teflon, đánh số kí hiệu vào

lọ mẫu và ghi biên bản lấy mẫu và mang về phòng thí nghiệm bảo quản ở 40C tới

khi làm thực nghiệm.

2.3.7. Phương pháp xử lý mẫu

Để phân tích PCBs cũng như các hợp chất hữu cơ khác trong các đối tượng

mẫu để định lượng chính xác được thành phần các hợp chất trong mẫu thì việc chiết

tách, làm sạch ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả phân tích. Vì vậy, lựa chọn phương

pháp xử lý mẫu phù hợp với từng đối tượng mẫu là rất quan trọng. Hiện nay có rất

nhiều phương pháp áp dụng để xử lý mẫu đã được trình bày mục 1.3 của luận văn.

a. Đối với mẫu đất: Khảo sát 2 phương pháp xử lý mẫu chiết soxhlet và

chiết hỗ trợ sóng siêu âm.

Chiết soxlet: Chiết soxlet là phương pháp truyền thống sử dụng để tách các

đồng loại PCB trong nền mẫuđất, trầm tích. Mẫu với lượng cân từ 5 -100g được gói

bằng giấy lọc và đặt vào trong ống chứa mẫu. Các dung môi chiết n-hexan, toluene

với thể tích 100 - 200 ml được làm bay hơi, ngưng tụ, lọcthấm qua mẫu, hoàn tan

chất phân tích, chảy tràn xuống bình chứa mẫu tuần hoàntheo chu kỳ chiết. Các chất

phân tích trong mẫu sẽ được chiết sang pha hữu cơ, dịch chiết được làm sạch qua

các phân đoạn, sau đó bay hơi dung môi đến thể tích định mức và định lượng bằng

phương pháp phântích phù hợp.

Chiết siêu âm: Mẫu được cân vào ống thủy tinh sau đó thêm dung môi n-

hexan/axeton(1:1) đặt vào bể siêu âm, sau đó chuyển qua máy lắc để chiết hoàn

toàn các hợp chất PCBs ra khỏi nền mẫu. Sau đó dịch chiết cô quay chân không

39

dịch chiết đến khoảng 5ml, làm sạch rồi rửa giải PCBs bằng n-hexan, cô quay dịch

rửa giải, định mức và tiến hành phân tích bằng GC-MS.

b. Đối với mẫu dầu biến thế

Để tách được PCBs ra khỏi dầu biến thế là rất khó khăn do tính chất vật lý và

hóa học giữa chúng có những điểm giống nhau. Mẫu dầu biến thế cân chính xác,

vào ống nghiệm rồi cho n-hexan, thêm axit H2SO4 đặc, lắc mạnh đến khi pha axit

chuyển màu, tiếp tục đến khi pha axit không màu, rồi rửa bằng nước để loại axit,

sau đó làm sạch bằng cột florisil, cô mẫu rồi phân tích.

2.3.8. Phân tích định lượng

Cơ sở cần thiết để đánh giá định lượng là các cấu tử cần phải tách khỏi

nhauhoàn toàn mà không có pic này chồng lên pic khác. Việc nhận biết các cấu

tửcần phải được xác định trên cơ sở đó tra cứu những hệ số hiệu chỉnh tương ứng từ

các dữ liệu tham khảo. Trước khi thực hiện phân tích định lượng cần kiểm tra các

điều kiện sau:

- Độ phân giải của cột mao quản đối với 6-PCBs: phân tách hoàn toàn.

- Độ lệch của hệ số đáp ứng tương quan của các chất chuẩn trong đường

chuẩn ban đầu không lệch quá ±15%.

- Độ lệch của hệ số đáp ứng tương quan các chất chuẩn trong dung dịch kiểm

tra đường chuẩn so với đường chuẩn ban đầu không lệch quá ±30%.

2.4. Tiến hành thực nghiệm

2.4.1. Thí nghiệm tìm điều kiện tối ưu phân tích 6 PCBs bằng GC-MS

- Khảo sát tìm các điều kiện tối ưu cho nhóm PCBs: Từ hỗn hợp dung dịch

chuẩn 6-PCBs nồng độ 10mg/L pha loãng qua nấc 1mg/L, tới 200µg/L bằng xylanh,

dùng nồng độ 200µg/L này để khảo sát, mỗi lần khảo sát tiến hành tiêm mẫu lặp lại

3 lần, lấy kết quả trung bình để tính toán kết quả.

- Thời gian lưu của các cấu tử

- Ảnh hưởng của nhiệt độ cổng bơm mẫu

- Tốc độ khí mang heli,

40

- Nhiệt độ bộ phận ghép nối giữa GC và MS.

2.4.2. Thí nghiệm tìm điều kiện xử lý mẫu

2.4.2.1. Đối với mẫu đất

Chọn mẫu nền mẫu đất (mẫu giả - không có PCBs), thêm chuẩn vào 10g mẫu

đất, rồi tiến hành thử nghiệm trên 2 kỹ thuật chiết.

a) Chiết soxhlet

Khảo sát hiệu suất thu hồi bằng thử nghiệm chiết bằng dung môi toluene và

n-heaxan.

b) Chiết hỗ trợ bằng sóng siêu âm

Khảo sát hiệu suất thu hồi bằng chiết với dung môi axetone/n-hexane (1:1,

v/v CH3COCH3/C6H14), axetone/metylendiclorua (1:1, v/v CH3COCH3/CH2Cl2) và

n-hexane (C6H14).

c) Làm sạch, làm giàu, giải hấp

- Dịch chiết được làm sạch bằng axit H2SO4, phoi đồng đã được hoạt hóa.

- Khảo sát khối lượng florisil nhồi vào cột hấp phụ với khối lượng lần lượt là

4g, 6g, 8g, 10g,12g.

- Khảo sát thể tích dung môi n-hexan rửa giải qua cột với phân đoạn: 0-35ml,

35- 45 ml, 45-60ml.

2.4.2.2. Đối với mẫu dầu biến thế

Lấy mẫu dầu biến thế không có PCBs (cam kết từ nhà sản xuất và được sản

suất 2010), thêm dung chuẩn 6 cấu tử PCBs vào, tiến hành làm thực nghiệm

- Khảo sát thể tích dung môi n- hexan chiết lỏng – lỏng: 2ml; 3ml; 4ml; 5ml,

6ml để tìm hiệu suất chiết triệt để.

- Khảo sát thể tích dung môi n-hexan để rửa giải PCBs qua cột florisil thương

mại mua sẵn qua các phân đoạn: 0-2ml,2ml - 4ml; 4 - 6ml.

2.5. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm

Kết quả thu được tính toán từ phần mềm Chemstation cài đặt sẵn kết nối với

thiết bị, số liệu tính toán vẽ đồ thị trên Excel và Origin.

41

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Tối ưu hóa các điều kiệnphân tích PCBs bằng GC-MS

3.1.1. Lựa chọn các thông số của thiết bị GC-MS

Theo các tài liệu tham khảo [4],[6],[7][10],[24]và điều kiện sẵn có của Phòng

thí nghiệm, luận văn tiến hành chọn lựa một số thông số:

- Cột tách DB5-MS của hãng Agilent (0,25 mm x 0,25 µm x 30 m).

- Thể tích mẫu phân tích 2µl, chế độ không chia dòng, tiêm mẫu bằng

taytheokỹ thuật tiêm kim nóng.

- Nhiệt độ cổng bơm mẫu 2800C

- Một số các thông số như nhiệt độ nguồn ion hóa 2300C; nhiệt độ tứ cực

1500C, năng lượng ion hóa Ei 0,7 eV; thời gian ngắt dung môi 7 phút; chế độ TIC:

Quét ion trong khoảng m/z từ 150 đến 600 amu; chế độ SIM và SCAN.

3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khí mang Heli tới thời gian lưu, diện tích

pic

Tốc độ khí mang là đại lượng ảnh hưởng đến độ phân giải của chất phân tích

theo phương trình Van-Deemter. Sự thay đổi tốc độ dòng sẽ làm thay đổi áp suất,

thời gian lưu và diện tích pic. Luận văn đã tiến hành khảo sát tốc độ khí mang Heli

(99,999%) ảnh hưởng đến thời gian lưu và diện tích pic ở các mức 0,6ml/phút, 0,8

ml/phút; 1,0 ml/phút; 1,2 ml/phút.

Hình 3.1. Ảnh hưởng của tốc độ khí mang Heli đến diện tích pic

Qua khảo sát, kết qu

khí mang Heli thì diện tích

từng cấu tử PCB giảm đi

nghiên cứu do tại vận tốc này cho di

Hình 3.2. Ảnh hưởng của tốc độ khí mang Heli t

3.1.3. Khảo sát nhi

(interface) tới độ nhạy

Bộ phận ghép nối gi

ký dẫn trực tiếp đến nguồ

nhạy vàthời lưu của hợp

kết nối GC-MS ở các mứ

Hình 3.3. Ảnh hưởng nhiệt độ bộ phận ghép nối GC

42

t quả biểu thị tại hình 3.1; 3.2 thấy rằng khi tăng d

n tích pic không có sự chênh lệch nhiều và th

m đi. Chúng tôi chọn tốc độ khí mang1,0 ml/phút đ

c này cho diện tích pic lớn nhất.

ởng của tốc độ khí mang Heli tới thời gian lưu c

o sát nhiệt độ của bộ phận ghép giữa máy sắc ký

i giữa GC và MS là nơi hợp chất ở pha khí ra kh

ồn ion. Do vậy nhiệt độ của bộ phận này ảnh hư

chất. Chúng tôi đã tiến hành khảo sát nhiệt đ

ức 240oC, 260 oC và 280 oC.

ởng nhiệt độ bộ phận ghép nối GC-MS tới độ nhạy

ng khi tăng dần tốc độ

thời gian lưu của

0 ml/phút để tiến hành

ưu của các cấu tử

c ký và khối phổ

pha khí ra khỏi máy sắc

nh hưởng đến độ

t độ của bộ phận

ới độ nhạy

43

Kết quả khảo sát cho thấy rằng, khi thay đổi nhiệt độ bộ phận kết nối

GC/MS, thời gian lưu hầu như không thay đổi, nhưng diện tích pic thu được lại cao

đồng đều tại nhiệt độ 2600C so với 2 nhiệt độ còn lại vàsắc ký đồ cho thấy các chất

vẫn tách nhau rất rõ ràng (xem Hình 3.4). Do đó chúng tôi lựa chọn nhiệt độ bộ

phận kết nối là 2600C cho những nghiên cứu tiếp theo vì tại nhiệt độ này cho độ

nhạy cao nhất thông qua kết quả diện tích pic thu được lớn nhất.

Hình 3.4. Sắc ký đồ khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ bộ phận ghép nối GC-MS

3.1.4. Lựa chọn chương trình nhiệt độ

Chương trình nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp sự tách nhau của các pic và tới

thời gian phân tích mẫu. Nếu nhiệt độ được chọn quá thấp, những pic hòa tan đầu

tiên sẽ có khoảng cách rất gần nhau, trong khi đó các cấu tử bị lưu giữ mạnh sẽ có

các pic bị doãng rộng và nằm thấp Ngược lại nếu thực hiện việc tách ở nhiệt độ cao

thì các cấu tử có điểm sôi cao sẽ rửa giải nhanh và có độ phân giải tốt, nhưng các

cấu tử có điểm sôi thấp thì bị tách chậm và có độ phân giải kém, thậm chí nhiều pic

bị chập lên nhau. Do vậy chọn chương trình hóa nhiệt độ, ở đây nhiệt độ của cột

trong lò được tăng dần và giữa để đảm bảo tách tốt giữa các chất.

44

Bảng 3.1. Chương trình nhiệt độ lò

TT Nhiệt độ lò GC

(0C)

Tốc độgia nhiệt

(0C/phút)

Thời gian duy trì

(phút)

1. 50 0 3

2. 100 4 2

3. 240 20 5

4. 300 20 5

Tổng thời

gian ( phút ) 37.5

Với chương trình nhiệt độ xây dựng trên, ta thu được các pic tách nhau rõ

ràng, có thời gian giữ nhiệt độ cuối 300oC ở 5 phút để đẩy hết các chất còn lại ra

khỏi cột không làm ảnh hưởng đến sắc ký đồ của mẫu tiêm sau. Thời gian lưu thu

được chỉ ra ở bảng 3.2

3.1.5. Chế độ chạy chọn lọc ion (Selected Ion Monitoring-SIM)

Sau khi lựa chọn tối ưu các điều kiện phân tích sắc kí, mẫu nghiên cứu được

bơm vào thiết bị theo các điều kiện trên. Các mảnh ion đặc trưng được lựa chọn trên

cơ sở tham khảo thư viện phổ cấu trúc và phân tích hỗn hợp chuẩn PCBs hữu cơ ở

chế độ SCAN, sau đó chọn ra được một số mảnh phổ có tính chất đặc trưng, mảnh

phổ có tín hiệu lớn nhất; các mảnh phổ này dùng để phân tích chế độ SIM nhằm

tăng độ nhạy và chọn lọc của phép phân tích. SIM là chế độ quét chọn lọc ion dùng

để định lượng. Trong chế độ SIM, detector khối phổ chỉ ghi nhận tín hiệu một số

mảnh ion đặc trưng cho chất cần xác định. Từ chế độ phân tích SCAN, chúng tôi đã

xác định được các mảnh phổ cần phân tích, mảnh có độ nhạy cao hơn và ổn định

hơn được chọn để định lượng cho hợp chất đó và 2 mảnh thấp hơn để đối chiếu. Tỷ

lệ các mảnh phổ được chỉ ra trong Bảng 3.2, các thông số tối ưu cho quá trình chạy

sắc ký được đưa ra trong Bảng 3.3

45

Bảng 3.2. Thời gian lưu của chất phân tích

Chất phân

tích

Mảnh định

lượng (m/z)

Mảnh đối chiếu

(reference)

Thời gian lưu

tR (phút)

PCB 28 258 256; 260 16,753

PCB 52 292 290; 294 17,434

PCB 101 326 324; 328 19,105

PCB 138 360 358; 362 20,689

PCB 153 360 358; 362 21,188

PCB 180 396 394; 398 22,398

Bảng 3.3. Tổng hợp các điều kiện định lượng PCBs trên GC-MS.

TT Thông số Giá trị tối ưu cho GC/MS

1 Nhiệt độ nguồn ion hóa 2300C

2 Nhiệt độ bộ phận ghép nối (interface) 2600C

3 Nhiệt độ detector 2000C

4 Nhiệt độ cổng bơm mẫu 2500C

5 Thể tích mẫu phân tích 2 µl

6 Chế độ bơm mẫu Không chia dòng

7 Khí mang Heli (99,999)

8 Cột tách DB5-MS

9 Tốc độ khí mang (chế độ đẳng dòng) 1 ml/phút

10 Chế độ chạy GC SCAN và SIM

11 Điện thế detector 0,84 kV

12 Áp suất đầu cột 71 kPa

13 Kiểu bơm mẫu Bằng tay

46

3.2. Xây dựng đường chuẩn và đánh giá phương pháp

3.2.1. Khảo sát để xây dựng đường chuẩn

Thực hiện thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của diện tích pic sắc ký vào nồng

độ của các hợp chất PCBs để tìm giới hạn tuyến tính và lập đường chuẩn. Từ dung

dịch chuẩn hỗn hợp gốc 10 mg/L pha thành dung dịch chuẩn trung gian 1 mg/L, pha

1 dãy các dung dịch chuẩn có nồng độ từ 1µg/L ÷ 1000 µg/L. Các dung dịch chuẩn

được pha trong n-hexan. Sắc ký đồ của nồng độ 1µg/L cho tín hiệu không khác

đường nền còn với nồng độ 5µg/L thì tín hiệu của một số cấu tử có phát hiện nhưng

không rõ ràng và khi tiêm lặp lại không ổn định.

Bảng 3.4. Sự phụ thuộc diện tích pic vào nồng độ các cấu tử

Chất phân

tích

Nồng độ (µg/L)

10 20 50 100 200 500

PCB 28 5137 9632 26617 60931 151891 390994

PCB 52 4487 7680 20393 44245 99356 296314

PCB 101 4091 7047 18990 46489 89944 241063

PCB 138 3245 5661 15314 37849 792289 208494

PCB 153 2760 4847 12904 31913 69251 196674

PCB 180 1935 3363 9500 22625 51099 135084

Hình 3.5. Sắc ký đồ hỗn hợp 6 cấu tử PCBs nồng độ 10µg/L

47

Hình 3.6. Sắc ký đồ hỗn hợp 6 cấu tử PCBs nồng độ 20µg/L

Hình3.7. Sắc ký đồ hỗn hợp 6 cấu tử PCBs nồng độ 50µg/L

48

Hình 3.8. Sắc ký đồ hỗn hợp 6 cấu tử PCBs nồng độ 100µg/L

Hình 3.9. Sắc ký đồ hỗn hợp 6 cấu tử PCBs nồng độ 200µg/L

49

Hình 3.10. Sắc ký đồ hỗn hợp 6 cấu tử PCBs nồng độ 500µg/L

Tiến hành bơm dung dịch hỗn hợp chuẩn PCBs vào hệ thống GC/MS theo

các điều kiện đã tối ưu ở mục 3.1. (điều kiện Bảng 3.3). Qua hình sắc ký đồ từ hình

(3.5 đến 3.10) nồng độ 10 µg/L cho các tín hiệu rõ ràng của các cấu tử. Nồng độ

càng cao tín hiệu càng sắc nét và lấn át đi những ảnh hưởng của đường nền. Luận

văn chọn xây dựng đường chuẩn với nồng độ từ (20; 50; 100; 200; 500 µg/L), phù

hợp với độ nhạy và ổn định của máy.

Hình 3.11. Đường chuẩn xác định PCB 28

50

Hình 3.12. Đường chuẩn xác định PCB 52

Hình 3.13. Đường chuẩn xác định PCB 101

Hình 3.14. Đường chuẩn xác định PCB 138

51

Hình 3.15. Đường chuẩn xác định PCB 153

Hình 3.16. Đường chuẩn xác định PCB 180

Kết quả thu được cho thấy: Trong khoảng nồng độ từ 20 µg/L đến 500µg/L

thì mối quan hệ giữa diện tích pic và nồng độ các chất PCBs là tuyến tính tốt với hệ

số tương quan tuyến tính R2> 0,995 (xem Bảng 3.4 và các Hình 3.11 đến Hình

3.15). Đường chuẩn được xây dựng trên phần mềm tính toán Chemstation cài đặt

của thiết bị. Phương trình hồi qui được dùng để tính toán nồng độ chất phân tích

trong dịch chiết từ mẫu thông qua diện tích pic tương ứng, qua đó sẽ tính toán được

hàm lượng chất phân tích trong mẫu.

52

3.2.2. Giới hạn phát hiện và định lượng

3.2.2.1. Giới hạn phát hiện (LOD)

Giới hạn phát hiện được xem là nồng độ nhỏ nhất của chất phân tích mà hệ

thống còn cho tín hiệu phân tích khác có nghĩa với tín hiệu mẫu trắng hay tín hiệu

nền.

Xác định giới hạn phát hiện bằng cách tiến hành pha loãng dung dịch chuẩn

đến nồng độ nhỏ nhất còn có thể xuất hiện tín hiệu chất phân tích và xác định tỷ số

tín hiệu/nhiễu (S/N). Giới hạn phát hiện được chấp nhận ở nồng độ mà tại đó tín

hiệu lớn gấp 3 lần nhiễu đường nền [8].

3.2.2.2. Giới hạn định lượng (LOQ)

Giới hạn định lượng được xem là nồng độ thấp nhất của chất phân tích mà

thiết bị phân tích có thể định lượng được với tín hiệu phân tích khác có ý nghĩa với

tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu nền [8]. LOQ được chấp nhận là nồng độ tại đó

tín hiệu lớn gấp 10 lần nhiễu đường nền. Như vậy

LOQ = 3,3×LOD.

Kết quả xác định giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng bằng thực nghiệm ở

bảng 3.5.

Bảng 3.5. Giới hạn định lượng và phát hiện của thiết bị phân tích

TT Tên chất LOQ (µg/l) LOD(µg/l)

1. PCB 28 3,9 13,0

2. PCB 52 3,6 11,8

3. PCB 101 4,3 14,1

4. PCB 138 3,7 12,1

5. PCB 153 3,5 11,5

6. PCB 180 3,6 11,8

53

Với giới hạn phát hiện và định lượng của thiết bị phân tích đáp ứng được yêu

cầu của phép phân tích môi trường hiện nay.

3.2.3. Đánh giá độ lặp lại của thiết bị

Để đánh giá độ lặp lại của thiết bị, chúng tôi tiến hành khảo sát ở 3 khoảng

nồng độ PCBs nằm trong khoảng tuyến tính là 20 µg/L, 100 µg/L và 500 µg/L. Ở

mỗi nồng độ, đo lặp lại 5 lần, kết quả thu được ở bảng 3.7; 3.8 và 3.9.

Bảng 3.6. Diện tích pic đo lặp lại tại nồng độ 20µg/L

Chất

phân tích

Diện tích pic Độ

lệch

chuẩn

%RSD Lần1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần5

Trung

bình

PCB28 9632 11609 11182 10517 9991 10586,2 730,8 6,9

PCB 52 7680 8868 7345 7923 7450 7853,2 545,1 6,9

PCB 101 7047 6352 6369 6671 7117 6711,2 324,1 4,8

PCB 138 5661 5503 5162 5114 5211 5330,2 213,8 4,0

PCB 153 4247 3740 3937 3824 4194 3988,4 200,3 5,0

PCB 180 3363 3740 3667 3670 3164 3520,8 220,9 6,3

Bảng 3.7. Diện tích pic đo lặp lại tại nồng độ 100 µg/L

Chất

phân tích

Diện tích pic Độ lệch

chuẩn %RSD

Lần1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần5 TB

PCB28 55430 60921 58900 62190 58399 59168 2317,0 3,9

PCB 52 41965 44245 48998 49335 44334 45775,4 2898,1 6,3

PCB 101 33196 37849 38546 37520 39483 37318,8 2168,4 5,8

PCB 138 28641 31913 29740 32914 29534 30548,4 1598,7 5,2

PCB 153 21071 22625 23409 20375 23582 22212,4 1277,2 5,8

PCB 180 21071 22625 24332 20119 22321 22093,6 1434,5 6,5

54

Bảng 3.8. Diện tích pic đo lặp lại tại nồng độ 500 µg/L

Chất

phân tích

Diện tích pic Độ lệch

chuẩn %RSD

Lần1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần5 TB

PCB28 461221 390994 411771 421232 441232 425290 24168,7 5,7

PCB 52 326215 299314 312144 331344 306745 315152,4 10917,4 3,5

PCB 101 314296 268494 304118 288518 324526 299990,4 18015,4 6,0

PCB 138 255131 216674 231333 227143 232121 232480,4 11495,1 4,9

PCB 153 218963 193584 203431 193321 210393 203938,4 9014,8 4,4

PCB 180 154366 163594 174377 159995 187213 167909 10639,1 6,3

Thực nghiệm cũng cho thấy khi bơm lặp lại 5 lần tại nồng độ 20 ppb, 100

ppb và 500 ppb theo các điều kiện tối ưu tìm được thì thiết bị có độ ổn định cao

vớiRSD < 7%(theo bảng 3.6; 3.7 và 3.8) phù hợp với yêu cầu của phân tích định

lượng.

3.3. Khảo sát điều kiện xử lý mẫu đất

3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng dung môi đến hiệu suất chiết

Độ phân cực của các dung môi chiết có thểảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi

các PCB trong quá trình chiết chúng ra khỏi các nền mẫu khác nhau. Các hợp chất

PCB gần như không phân cực, ít phân cực nên chúng hầu như không tan trong nước

mà tan tốt trong các dung môi không phân cực, ít phân cực như n-hexan,

diclometan, toluene và hỗn hợp axeton với n-hexan, aceton với metyl clorua...

Trong mẫu đất, trầm tích thường sử dụng dung môi toluen, n-hexan để chiết PCB ra

khỏi nền mẫu.

a. Khảo sát bằng phương pháp chiết soxhlet với dung môi n-hexan và

toluene.

Cân 10 g mẫu đất khô cho vào ống thimble, bơm 0,5 ml dung dịch chuẩn

chứa 6 chuẩn-PCB để mỗi chất có nồng độ 200 µg/L, thêm ống thimble 10 g Cu đã

hoạt hóa và 10g Na2SO4 . Cho ống thimble vào ống chiết Soxhlet, đổ100ml dung

55

môi vào ống chiết, lắp ống chiết Soxhlet vào bình cầu 500ml có chứa 200ml dung

môi, đá bọt.Bật bếp chiết Soxhlet, chiết với tốc độ3 chu kỳ/giờ, tổng thời gian chiết

mẫu 16-18 giờ. Cô đặc dịch chiết về 1 ml bằng thiết bị cô quay chân không, làm

sạch qua cột nhồi Florisil và Cu hoạt hóa, rửa giải bằng 45ml dung môi, thu dịch

rửa giải vào bình cầu rồi cô quay dịch chuyển vào lọ 10ml rồi thổi khô về 1ml bằng

khí N2, làm sạch dịch chiết bằng H2SO4 đặc, thêm 5ml dung môi vào lắc đều để

lắng đợi phân lớp hút bỏ lớp axit, rửa đến khi mất màu, sau đó rửa sạch bằng nước

cất deion, làm khô nước bằng Na2SO4. Chuyển dịch chiết vào ống chia vạch rồi cô

về 1ml bằng khí Nitơ, phân tích bằng GC-MS. Thí nghiệm tiến hành làm lặp 3 lần,

lấy kết quả trung bình. Kết quả khảo sát độ thu hồi đưa ra ở bảng 3.9. [4],[7],[21].

Bảng 3.9. Kết quả khảo sát độ thu hồi khi thay đổi dung môi chiết

Chất phân tích

Lượng thêm vào

(µg/L)

Chiết bằng n-hexan Chiết bằng toluen

Tìm thấy (µg/L)

R% RSD% (n=3)

Tìm thấy (µg/L)

R% RSD (n=3)

PCB28 100 77,7 77,7 5,3 86,3 86,3 2,9 PCB 52 100 76,0 76,0 6,0 91,0 91,0 2,7 PCB 101 100 73,3 73,3 4,5 83,7 83,7 4,4 PCB 138 100 88,3 88,3 8,7 92,7 92,7 1,3 PCB 153 100 78,0 78,0 5,2 94,7 94,7 2,8 PCB 180 100 92,0 92,0 3,2 92,3 92,3 1,8

Từbảng 3.9 thấy rằng với dung môi chiết n-hexan cho hiệu suất thu hồi (R%)

đạt từ 73,3% đến 92% cùng với độ lệch chuẩn tương đối (RSD%) 3,2% đến 8,7%

và RSD trung bình là 5,5%. Đối với dung môi chiết toluene hiệu suất thu hồi đạt từ

83,7% đến 94,7% và độ lệch chuẩn tương đối từ 1,3% đến 4,4%, trung bình độ lệch

chuẩn là 2,7%.

56

Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi và dung môi chiết

Theo kết quả biểu thị trên bảng và hình thấy rằng chiết PCBs bằng phương

pháp soxlet với dung môi toluene cho hiệu suất cao hơn và ổn định hơn. Chúng tôi

sẽ chọn dung môi này khi phân tích mẫu thực.

b. Khảo sát bằng phương pháp chiết siêu âm.

Khảo sát ảnh hưởng hỗn hợp dung môi chiết axeton/n-hexane (1:1),

axetone/diclo metan (1:1) và n-hexane (C6H14). Cân 10 g mẫu đất khô cho vào chai

thủy tinh 100ml, thêm 10 g Na2SO4, 0,5 ml dung dịch hỗn hợp chuẩn trộn đều, thêm

60ml hỗn hợp dung môi khảo sát, để chai đựng mẫu vào bể siêu âm trong 15 phút,

sau đó chai đựng mẫu được lắp sang máy lắc, lắc trong 2 giờ, để lắng mẫu. Lấy

40ml dịch chiết cô đặc về 1 ml, loại lưu huỳnh bằng Cu. Qúa trình làm sạch và rửa

giải và phân tích giống như trình chiết soxhlet[6],[13],[22]. Thí nghiệm khảo sát

ảnh hưởng đối với mỗi dung môi được tiến hành làm lặp 3 lần, lấy kết quả trung

bình. Kết quả tính toán thực nghiệm được đưa ra ở bảng 3.10

57

Bảng 3.10. Khảo sát độ thu hồi khi thay đổi dung môi - chiết siêu âm

Chất

phân

tích

Lượng

thêm

vào

Dung môi

axeton/n-hexan

Dung môi

axeton/Diclo

metan

Dung môin-hexan

R% RSD% R% RSD% R% RSD%

PCB28 100 92,0 3,2 97,7 6,3 85,3 4,3

PCB 52 100 88,7 3,7 85,3 3,6 79,7 3,1

PCB 101 100 95,0 3,0 78,3 11,5 85,7 4,0

PCB 138 100 88,7 4,2 81,7 5,5 92,7 2,2

PCB 153 100 104,3 5,0 89,0 4,9 85,7 2,0

PCB 180 100 93,0 4,0 74,3 4,2 83,3 2,5

Từ bảng kết quả thấy rằng khi chiết bằng hỗn hợp dung môi axeton/n-hexan

cho hiệu suất thu hồi từ 88,7% đến 104,3% với độ lệch chuẩn tương đối từ 3,2%

đến 5,0%. Với hỗn hợp dung môi chiết axeton/diclo metan và n-hexan hiệu suất thu

hồi từ 74,3%-97,7%; 79,7%-92,7% và độ lệch chuẩn tương đối từ 3,6%-6,3%;

2,0%-4,3%.

Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi và dung môi chiết - chiết siêu âm

58

Từ hình thấy rằng với hỗn hợp dung môi axeton/n-hexan cho hiệu suất chiết

cao đồng đều và ổn định hơn so với dung môi còn lại. Chúng tôi chọn dùng hỗ hợp

dung môi này để thực hiện phân tích mẫu thực bằng kỹ thuật chiết hỗ trợ sóng siêu

âm.

Nhận xét: Hai kỹ thuật chiết soxhlet và siêu âm kết hợp với lắc đều cho hiệu

suất thu hồi cao trên 70%, độ lặp lại ổn định đáp ứng yêu cầu của phép phân tích

lượng vết. So sánh 2 kỹ thuật chiết chiết siêu âm hỗ trợ lắc vận hành đơn giản hơn,

thời gian thực hiện ngắn hơn (khoảng 3-4 tiếng) thu được dịch chiết, lượng dung

môi sử dụng (60ml) ít hơn so với phương pháp chiết soxlet khi mất khoảng 18-20

giờ thu được dịch chiết và sử dụng khoảng 300ml dung môi. Những phương pháp

này hiện nay vẫn đang được dùng trong các phòng thí nghiệm.

3.3.2. Khảo sát tối ưu quá trình làm sạch và rửa giải.

Dịch chiết thu được sau chiết soxhlet và siêu âm hỗ trợ kỹ thuật lắc đều qua

quá trình làm sạch trên cột và rửa giải bằng dung môi n-hexan.Vì thực tế, các mẫu

thực thường là những mẫu mà chúng ta không có nhiều thông tin về mẫu. Đặc biệt,

với các mẫu đất có nền mẫu phức tạp sẽ gây nhiễu, làm sai lệch kết quả định tính,

định lượng của phép phân tích.Phương pháp làm sạch sử dụng cột florisil 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.

a. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng florisil

Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng florisil nhằm mục đích sử dụng một

lượng tối thiểu chất hấp phụ và theo đó sẽ tiết kiệm được hóa chất, thời gian trong

quy trình phân tích nhưng vẫn đảm bảo được hiệu quả hấp phụ của cột, giảm thiểu

lượng chất thải trong quá trình làm sạch, làm giàu mẫu.[6],[7],[20],[21], [22].

59

Thực nghiệm tiến hành nhồi cột thủy tinh đường kính trong 10 mm, chiều dài

50cm được nhồi theo thứ tự từ dưới lên: bông thủy, florisil đã được hoạt hóa, 1g

Na2SO4, sau đó hoạt hóa cột bằng 20ml n-hexan, tiếp tục cho 1ml dung chuẩn 6 cấu

tử PCB nồng độ 200µg/L pha trong n-hexan lên cột, dùng n-hexan để rửa giải, thu

dịch và cô đuổi dung môi, chuyển sang ống chia vạch thổi khô đến 1 ml, bơm 2µl

lên GC/MS để tính hiệu suất thu hồi, làm thí nghiệm lặp lại 3 lần để tính giá trị

trung bình. Khối lượng florisil khảo sát lần lượt là 4g, 6g, 8g, 10g, 12g. Kết quả

được trình bày ở bảng 3.11.

Bảng 3.11. Hiệu suất thu hồi và khối lượng Florisil

Chất phân

tích

Hiệu suất thu hồi (R%)

4 g 6g 8g 10g 12g

PCB28 71,1 77,4 89,9 92,1 93,7

PCB 52 69,8 78,9 93,9 95,7 94,5

PCB 101 65,5 76,9 90,4 91,2 93,4

PCB 138 72,3 80,1 92,9 93,8 94,1

PCB 153 68,7 79,6 88,7 91,7 92,1

PCB 180 73,2 83,1 85,4 88,6 89,1

Từ bảng kết quả tổng hợp vẽ đồ thị biểu diễn độ thu hồi của 6-PCBs vào

khối lượng Florisil. Đồ thị biểu diễn được đưa ra ở hình 3.19

60

Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn hiệu suất chiết và khối lượng Florisil

Từ hình 3.19nhận thấy rằng khi tăng khối lượng Florisil từ 4g đến 8g thì hiệu

suất thu hồi của các PCBs tăng lên rõ rệt từ 70% đến hơn 90%, nhưng khi tăng từ

8g đến 10g thì hiệu suất tăng không đáng kể, giữa khối lượng 10g và 12g hiệu suất

hầu như không thay đổi nhiều.

Theo kết thu được, thấy rằng với sử dụng khối lượng Florisil là 8g là hợp lý

để làm sạch dịch chiết. Chúng tôi sẽ chọn sử dụng khối lượng Florisil là 8g cho quá

trình thí nghiệm tiếp theo.

b.Khảo sát thể tích dung môi rửa giải

Thể tích dung môi sử dụng trong quá trình rửa giải cũng là một trong những

yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi. Nếu lượng dung môi sử dụng không đủ sẽ

không thể rửa giải hết các chất ra khỏi cột, hiệu suất thu hồi không cao. Nếu chất

phân tích ra hết rồi mà vẫn dùng dung môi rửa giải thì gây lãng phí… Vì vậy, tiến

hành khảo sát dung môi rửa giải ở phân đoạn 1: 0-30 ml, phân đoạn 2: 30 ml-45 ml

và phân đoạn 3: 45ml-60ml. Thực nghiệm tiến hành như sau cho 1ml dung dịch

chuẩn 6-PCBs nồng độ 100µg/l qua cột nhồi chứa 8g florisil, rửa giải bằng n-hexan,

thu dịch rửa giải của từng phân đoạn, cô quay dịch rồi chuyển sang ống chia vạch,

thổi khô đến 1ml, chuyển sang lọ đựng mẫu, tiêm 2µl vào máy GC-

M.[6],[7],[20],[21], [22]S. Thí nghiệm làm lặp 3 lần, lấy kết quả trung bình. Kết quả

được đưa ra ở bảng 3.12.

Bảng 3.12. Hiệu suất thu hồi và phân đoạn rửa giải

Chất phân tích

Hiệu suất thu hồi (R%)

Phân đoạn 1

(0-30ml)

Phân đoạn 2

(30-45 ml)

Phân đoạn 3

(45-60 ml)

PCB28 71,1 22,6 0,6

PCB 52 69,8 24,7 0,6

PCB 101 65,5 27,9 0,4

PCB 138 72,3 21,8 0,5

61

PCB 153 68,7 23,4 0,8

PCB 180 73,2 15,9 0,2

Từ các kết quả tổng hợp, vẽ đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi 6-PCBstheo thể

tích dung môi rửa giải trên cột Florisil. Độ thu hồi 6-PCBs theo từng phân đoạn thể

tích dung môi rửa giải được biểu diễn ở hình 3.20.

Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi và dung môi rửa giải

Qua đồ thị cho thấy, ở phân đoạn 1 (0-30 ml hexan) đã rửa giải từ65,5%-

73,2% các đồng loại PCB. Ở phân đoạn 2 (30 ml – 45ml), có từ 15,9% đến 27,7 %

PCB được rửa giải. Ở phân đoạn 3 (45ml-60 ml) lượng PCB tìm thấy là rất nhỏ do

hầu hết các PCB được rửa giải hoàn toàn ở các phân đoạn trước đó.

Từ kết quả thực nghiệm thu được, chúng tôi đề xuất thể tích dung môi n-

hexan ở phân đoạn rửa giải 6-PCB trên cột Florisil là 45ml đối với mẫu đất.

3.4.Khảo sát điều kiện xửlý mẫu dầu biến thế.

3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích dung môi tới hiệu quả làm sạch

Tiến hành thí nghiệm dùng mẫu dầu biến thế giả (mẫu không có PCBs), cân

lượng chính xác, pha loãng trong n-hexan, lấy 2ml dầu đã pha loãng vào ống

nghiệm 20ml có nắp đậy bằng Teflon thêm dung chuẩn 6-PCBs vào lắc để chuẩn

phân bố đều, sau đó thêm dung môi n-hexan.( Khảo sát thể tích dung môi n- hexan

62

chiết lỏng – lỏng: 2ml; 3ml; 4ml; 5ml, 6ml để tìm hiệu suất chiết triệt để). Sau đó

thêm tiếp 2ml H2SO4 đặc lắc đều khoảng 1 phút, chờ tách lớp, loại bỏ lớp axit bẩn,

lặp lại tới khi lớp này không màu. Tiếp tục rửa pha hữu cơ bằng 2ml nước cất đề ion

3 lần, sau đó làm khô bằng Na2SO4, chuyển dịch chiết vào ống chia độ, thổi khô

bằng khí Nitơ về 1ml cho qua cột Florisil thương phẩm (1g/6ml) để làm sạch, rửa

giải bằng n-hexan, thu dịch rửa giải thổi khô về 1ml, chuyển ống nghiệm, bơm 2µl

lên máy GC-MS.[5],[37],[43]. Với mỗi thể tích dung môi khảo sát tiến hành làm lặp

3 lần. Tính toán kết quả độ hồi chỉ ra ở bảng 3.13.

Bảng 3.13. Hiệu suất thu hồi mẫu dầu biến thế và thể tích n-hexan

Chất phân tích

Hiệu suất thu hồi (R%)

2ml 3ml 4ml 5ml 6ml

PCB28 61,1 71,1 78,9 88,9 90,3 PCB 52 58,4 74,8 76,9 92,6 92,7 PCB 101 62,5 75,5 77,3 94,4 94,2 PCB 138 63,1 76,3 81,5 91,3 92,8 PCB 153 59,7 73,2 78,8 96,8 957 PCB 180 63,2 70,2 80,1 89,7 89,6

Từ các kết quả tổng hợp, vẽ đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi 6-PCBs trong

mẫu dầu biến thế theo thể tích dung môi chiết. Độ thu hồi 6-PCBs theo thể tích

dung môi chiết được biểu diễn ở hình 3.21

63

Hình 3.21. Độ thu hồi PCBs trong mẫu dầu biến thế vào thể tích n-hexan

Qua đồ thị cho thấy khi tăng dần thể tích dung môi thì tiếp xúc của dung môi

và chất phân tích tăng lên do vậy độ thu hồi tăng lên. Từ thể tích dung môi 2ml-5ml

độ thu hồi tăng lên rõ rệt từ 60% lên đến hơn 90%, nhưng từ thể tích dung môi tăng

từ 5ml-6ml thì hiệu suất thu hồi hầu như không tăng lên. Do vậy, luận văn chọn thể

tích dung môi n-hexan chiết 5ml đối với mẫu dầu biến thế.

3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích dung môi rửa giải

Tiến hành khảo sát dung môi rửa giải ở phân đoạn 1: 0-2 ml, phân đoạn 2:

2ml-4ml và phân đoạn 3: 4ml-6ml. Thực nghiệm tiến hành như sau cho 1ml dung

dịch chuẩn 6-PCBs nồng độ 100µg/l qua cột Florisil thương phẩm loại 1g/6ml, rửa

giải bằng n-hexan, thu dịch rửa giải của từng phân đoạn rồi chuyển sang ống chia

vạch, thổi khô đến 1ml, chuyển sang lọ đựng mẫu, tiêm 2µl vào máy GC-MS. Thí

nghiệm làm lặp 3 lần, lấy kết quả trung bình. Kết quả được đưa ra ở bảng 3.14.

Bảng 3.14. Hiệu suất thu hồi dầu biến thế và từng phân đoạn rửa giải

Chất

phân tích

Hiệu suất thu hồi (R%)

Phân đoạn

(0-2ml)

Phân đoạn

(2-4ml)

Phân đoạn 3

(4-6ml)

PCB28 58,9 34,8 0,6

PCB 52 61,3 33,2 0,8

PCB 101 58,6 34,5 0,4

PCB 138 63,1 31,0 0,3

PCB 153 66,4 25,7 0,7

PCB 180 63,2 25,9 0,6

Tổng hợp kết quả thực nghiệm thu được vẽ đồ thị biểu hiện mối quan hệ giữa

hiệu suất thu hồi của 6-PCB và thể tích dung môi rửa giải. Đồ thị biểu diễn chỉ ra ở

hình 3.22.

64

Hình 3.22. Quan hệ giữa độ thu hồi dầu biến thế và phân đoạn rửa giải

Qua đồ thị cho thấy, ở phân đoạn 1 (0-2 ml n-hexan) đã rửa giải từ 58,6%-

66,4% các đồng loại PCB. Ở phân đoạn 2 (2 ml – 4ml), có từ 25,7% đến 34,8 %

PCB được rửa giải. Ở phân đoạn 3 (4ml-6ml) lượng PCB tìm thấy là rất nhỏ do hầu

hết các PCB được rửa giải hoàn toàn ở các phân đoạn trước đó.

Do vậy, chúng tôi đề xuất thể tích dung môi n-hexan ở phân đoạn rửa giải 6-

PCB trên cột Florisil thương phẩm đối với mẫu dầu biến thế là 4ml n-hexan.

3.5. Quy trình phân tích mẫu

Tổng hợp các điều kiện thực nghiệm tối ưu thu được, chúng tôi đề xuất quy

trình phân tích các mẫu môi trường như sau:

3.5.1. Quy trình phân tích mẫu đất

Mẫu đất chiết bằng phương pháp soxhlet: Cân 10 g mẫu đất khô cho vào

ống thimble,thêm tiếp 10 g Cu đã hoạt hóa và 10g Na2SO4. Cho ống thimble vào

ống chiết Soxhlet, đổ100ml toluen vào ống chiết, lắp ống chiết Soxhlet vào bình cầu

500ml có chứa 200ml dung môi, đá bọt. Bật bếp chiết Soxhlet, chiết với tốc độ3-5

chu kỳ/giờ, tổng thời gian chiết mẫu 18 giờ.

Mẫu đất chiết bằng siêu âm hỗ trợ lắc: Cân 10 g mẫu khô cho vào chai

thủy tinh 100ml, thêm 10 g Na2SO4, thêm 60ml hỗn hợp dung môi axeton/n-hexan

65

(1:1), để chai đựng mẫu vào bể siêu âm trong 15 phút, sau đó chai đựng mẫu được

lắp sang máy lắc, lắc trong 2 giờ, để lắng mẫu. Lấy dịch chiết cô quay rồi làm sạch

với đồng đã hoạt hóa.

Làm sạch, rửa giải: Cô đặc dịch chiết về 1 ml bằng thiết bị cô quay chân

không, làm sạch qua cột nhồi 8g Florisil và Cu hoạt hóa, rửa giải bằng 45ml n-

hexan, cô quay dịch chuyển vào lọ 10ml rồi thổi khô về 1ml bằng khí N2, làm sạch

dịch chiết bằng H2SO4 đặc, thêm 5ml dung môi lắc đều để lắng đợi phân lớp hút bỏ

lớp axit, rửa đến khi lớp axit không màu, sau đó rửa sạch bằng nước cất deion, làm

khô nước bằng Na2SO4.

Phân tích bằng GC-MS: Chuyển dịch chiết vào ống chia vạch thổi cô về

1ml,chuyển sang lọ đựng mẫu, tiêm 2µl lên GC-MS. Tính toán kếp quả, viết báo

cáo.

66

Sơ đồ phân tích mẫu đất:

Hình 3.23. Sơ đồ phân tích mẫu đất

Chiết siêu âm hỗ trợ lắc

- Cân 10g Na2SO4, thêm 60 ml aceton/n-hexan 1:1, siêu âm 15 phút, lắc 2 giờ, để lắng

- Cô về 1 ml, làm sạch phoi đồng

Mẫu đất (phơi khô, nghiền,sàng, cân)

Chiết Soxhlet

- Thêm 10g Cu+10g Na2SO4

- 100ml toluene ở ống chiết +

200ml toluene ở bình cầu

- Chiết 18 giờ, cô 1 ml

Làm sạch

- Làm sạch qua cột Floril 8g, phoi

Cu

- Rửa giải 45ml n-hexan

- Cô về 1 ml, làm sạch bằngH2SO4

- Thêm 5ml n-hexan, rửa bằng nước

cất, làm khô nước, thổi khô 1ml

Phân tích bằng GC-MS

- Bơm 2µl lên máy GC-MS

- Tính toán kết quả, viết báo cáo.

67

3.5.2. Quy trình phân tích mẫu dầu biến thế

Cân lượng chính xác mẫu vào bình định mức, pha loãng trong n-hexan, lấy

2ml dầu đã pha loãng vào ống nghiệm 20ml có nắp đậy bằngTeflonsau đó thêm5ml

dung môi n-hexan. Sau đó thêm tiếp 2ml H2SO4 đặc lắc đều khoảng 1 phút, chờ tách

lớp, loại bỏ lớp axit bẩn, lặp lại tới khi lớp này không màu. Tiếp tục rửa pha hữu cơ

bằng 2ml nước cất đề ion 3 lần, sau đó làm khô bằng Na2SO4, chuyển dịch chiết vào

ống chia độ, thổi khô bằng khí Nitơ về 1ml cho qua cột Florisil thương phẩm

(1g/6ml) để làm sạch, rửa giải bằng 4ml n-hexan, thu dịch rửa giải và thổi cô về

1ml, chuyển ống nghiệm, lấy2µl để phân tích bằng GC-MS. Tính toán kết quả, viết

báo cáo.

68

Sơ đồ phân tích mẫu dầu biến thế

Hình 3.24. Sơ đồ phân tích mẫu dầu biến thế

3.6. Tính toán kết quả

3.6.1. Tính nồng độ các cấu tử PCB trong mẫu phân tích

- Từ phương trình đường chuẩn trên phần mềm tính toán của thiết bị đưa ra

kết quả nồng độ của từng PCB trong mẫu: Cm (µg/l)

Mẫu dầu biến thế

(Cân, pha loãng, lấy thể tích xác định)

Làm sạch bằng H2SO4 đặc 98%

1. Thêm 5 ml n-hexan

2. Thêm 2ml H2SO4 làm sạch, tiếp tục

đến khi lớp này không màu.

3. Rửa bằng 2ml nước cất 3 lần, làm

khô bằng Na2SO4

4. Cô mẫu về 1ml

Làm sạch và rửa giải

5. Làm sạch bằng cột Florisil (1g/6ml)

6. Rửa giải bằng 4ml n-hexan 7. Cô quay và thổi khô về 1 ml

Phân tích bằng GC-MS

- Bơm 2µl lên máy GC-MS

- Tính toán kết quả, viết báo cáo.

69

- Tính nồng độ của cấu tử PCB có mặt trong mẫu C (mg/kg)

�(��/��) = k ×�� × � × �

m × 1000

Trong đó: Cm- nồng độ cấu tử PCB tính theo đường chuẩn

- k: Hệ số chuyển thể tích dung môi

- V: thể tích dung dịch thu được cuối cùng (ml)

- D: hệ số pha loãng

- m: Khối lượng cân của mẫu (g)

Tính tổng PCBs: Từ kết quả tính của từng cấu tử, tính tổng 6 cấu tử PCBs,

tính tổng cho 209 PCBs:’

∑��� (��/��) = ∑6��� �5. [1][28]

3.6.2. Tính hiệu suất thu hồi

Hiệu suất thu hồi được tính theo công thức sau:

R% =Cf

��× 100

Trong đó: Cf: Nồng độ chất tìm thấy

- Ca: Nồng chất thêm vào

3.6.3. Tính độ lệch, độ lệch chuẩn tương đối

Độ độ lệch chuẩn, độ lêch chuẩn tương đối, % độ lệch chuẩn được tính theo

công thức sau:

��� =∑ ���

���

�, RSD%=

��

���× 100, �ớ�SD = �

∑ (������)�����

���

Trong đó:

- Ctb: giá trị trung bình, n: số lần thực nghiệm

- SD: độ lệch chuẩn

- RSD: độ lệch chuẩn tương đối.

70

3.7. Đánh giá quy trình phân tích

Để đánh giá qui trình phân tích 6 cấu tử PCB vừa xây dựng được, chúng tôi

tiến hành thực nghiệm kiểm tra thông qua mẫu trắng phương pháp và mẫu thêm với

các mẫu đất, mẫu dầu biến thế.

3.7.1. Mẫu trắng phương pháp

Kiểm tra sự nhiễm bẩn của các PCBs từ dung môi, hoá chất, dụng cụ trong

toàn bộ quy trình phân tích mẫu.

- Với mẫu đất:Thực hiện như quy trình áp dụng cho mẫu đất chiết soxhlet và

chiết siêu âm đã đề xuất ở trên nhưng không có mẫu đất.

-Với dầu biến thế: Tiến hành quy tình đối với mẫu dầu biến thế nhưng không

có mẫu dầu.

Kết quả phân tích thu được cho thấy không có bất kỳ sự có mặt của PCBs

nào trong mẫu khảo sát.

3.7.2. Mẫu thêm, mẫu lặp

Để đánh giá độ đúng và độ lặp lại của phương pháp phân tích PCBs trong

mẫu môi trường, chúng tôi đã tiến hành thực nghiệm như sau:

Mẫu đất: Thêm một lượng nhất định chất chuẩn PCBs10 g mẫu. Tách chiết,

làm sạch, làm giàu và phân tích mẫu trên GC/MS theo qui trình đã xây dựng được,

thí nghiệm lặp lại 3 lần để tính giá trị trung bình.

Mẫu dầu biến thế: Thêm một lượng chuẩn nhất định vào mẫu dầu biến thế ở

mức nồng độ thấp và nồng độ cao. Tiến hành tách chiết, làm sạch, làm giàu, phân

tích như quy trình đã xây dựng được, thí nghiệm lặp lại 3 lần để tính giá trị trung

bình.

71

Bảng 3.15. Kết quả phân tích mẫu đất thêm chuẩn

Chất phân

tích

Chiết soxlet Chiết siêu âm

Độ thu hồi

(R%) RSD%

Độ thu hồi

(R%) RSD%

PCB28 80,0 5,1 82,0 6,6

PCB 52 78,1 5,8 81,8 7,5

PCB 101 80,0 8,1 78,0 7,2

PCB 138 80,3 8,2 82,6 5,6

PCB 153 81,9 4,6 81,6 6,3

PCB 180 77,6 3,5 83,6 5,1

Từ bảng 3.15 cho thấy kết quả của 6-PCBs tìm thấy tính theo phần trăm khi

thêm vào mẫu đất khá cao, hiệu suất thu hồi trung bình trên 75%, giá trị hiệu suất

thu hồi nằm trong khoảng 77,6% đến 85,3%; giá trị độ lệch chuẩn tương đối trong

khoảng 3,5% đến 8,2%.

Bảng 3.16. Kết quả phân tích mẫu dầu biến thế thêm chuẩn

Chất phân

tích

Nồng độ thêm chuẩn thấp Nồng độ thêm chuẩn cao

Độ thu hồi

(R%) RSD%

Độ thu hồi

(R%) RSD%

PCB28 75,7 4,2 85,3 4,0

PCB 52 75,4 3,6 83,1 7,9

PCB 101 75,3 4,5 84,0 6,0

PCB 138 75,6 5,0 82,6 4,5

PCB 153 76,9 4,9 84,9 6,0

PCB 180 76,0 5,0 83,6 5,1

Kết quả của 6-PCB tìm thấy tính theo phần trăm ở mức nồng độ thấp khi

thêm vào mẫuđều trên 75%. Hiệu suất thu hồi trong khoảng từ 75,4% đến 76,9 %;

72

độ lặp lại của các kết quả phân tích đánh giá qua thông số RSD từ 3,6%đến 5,0 %.

Kết quả của 6-PCB tìm thấy tính theo phần trăm ở mức nồng độ cao khi thêm vào

mẫu dầu biến thế khá cao, hiệu suất thu hồi trung bình trên 80%, hiệu suất thu hồi

trong khoảng 82,6%đến 85,3%; độ lặp lại của các kết quả phân tích đánh giá qua

thông số RSD từ 4,0%đến 6,0% %.

Từ bảng kết quả khảo sát cho thấy, hiệu suất thu hồi trong các mẫu thêm đều

trên 75%, giá trị RSD nhỏ hơn 10%. Như vậy phương pháp đã xây dựng hoàn toàn

đáp ứng các điều kiện để phân tích PCBs.

3.7.3. Phân tích mẫu thực

- Mẫu thực phân tích gồm mẫu đất và mẫu dầu biến thế được tiến hành lấy tại

trạm biến thế Đại Thanh – Hà Đông – Hà Nội

Mẫu đất chọn lấy tại khu vực đặt máy biến thế và khu vực lân cận, khi lấy

mẫu gạt bỏ lá khô, sỏi, rác… trên bề mặt, tiến hành đào bằng xẻng chuyên dụng, thu

mẫu vào túi đựng mẫu, dán nhãn ghi kí hiệu và biên bản lấy mẫu. Mẫu mang về

phòng thí nghiệm phơi khô ở nhiệt độ phòng, nghiền và sàng qua rây kích thước

nhỏ hơn 1mm, cho vào túi đựng mẫu, bảo quản trong tủ lạnh 4oC.

Mẫu dầu được tháo ra trực tiếp từ máy biến thế cho vào chai đựng mẫu, đóng

nắp, dán nhãn kí hiệu, ghi biên bản. Mẫu mang về phòng thí nghiệm bảo quản tại

nhiệt độ 4oC.

Mẫu đất và mẫu dầu biến thế được tiến hành phân tích theo quy trình đã xây

dựng ở mục 3.5. Chương trình chạy máy GC-MS theo các điều kiện tổng hợp ở

bảng 3.3 và 3.4

Khi tiến hành mỗi đợt phân tích mẫu đều làm kèm mẫu trắng phương pháp,

mẫu kiểm soát (QC, có nồng độ nằm ở giữa đường chuẩn), mẫu lặp, mẫu thêm

chuẩn. Khi phân tích mẫu bằng thiết bị GC-MS, tiến hành bơm mẫu trắng thiết bị,

mẫu trắng phương pháp, đường chuẩn (bơm từ nồng độ thấp đến cao, nếu đường

chuẩn mới dựng thì bơm điểm chuẩn có nồng độ ở giữa để kiểm tra đường chuẩn),

tiếp đến là mẫu QC, tiếp mẫu lặp, mẫu thêm chuẩn, mẫu. Kết quả phân tích mẫu

được chỉ ra ở bảng 3.17.

73

74

Bảng 3.17. Kết quả phân tích mẫu thực lặp và thêm chuẩn

Chất phân

tích

Mẫu lặp Mẫu thêm chuẩn

Lần 1

(mg/kg)

Lần

2(mg/kg) RSD%

Kết quả

(mg/kg) R%

PCB 28 0,15 0,12 11,1 0,225 90,1

PCB 52 1,45 1,48 1,0 1,575 110,3

PCB 101 2,45 2,56 2,2 2,587 82,5

PCB 138 3,56 3,64 1,1 3,679 79,6

PCB 153 3,00 2,95 0,8 3,059 84,3

PCB 180 0,57 0,58 0,9 0,658 83,4

Từ bảng kết quả phân tích trên thấy về mẫu lặp có độ lệch chuẩn tương đối

từ 0,8% đến 11,1% và mẫu thêm chuẩn có độ thu hồi từ 79,% đến 110,1%. Kết quả

thu được như vậy chứng tỏ quy trình phân tích tin cậy được.

Bảng 3.18. Kết quả phân tích mẫu đất thực

Chất phân

tích

Đ1-ĐT

(mg/kg)

Đ2-ĐT

(mg/kg)

Đ3–ĐT

(mg/kg)

PCB 28 0,06 0,09 0,04

PCB 52 0,15 0,17 0,07

PCB 101 0,21 0,27 0,22

PCB 138 0,24 0,28 0,26

PCB 153 0,17 0,34 0,12

PCB 180 0,06 0,29 0,04

∑6PCBs 0,89 1,44 0,75

∑PCBs 4,45 7,20 3,75

Trong các mẫu phân tích cho thấy trong đất có mặt PCBs, hàm lượng mỗi cấu

tử từ 0,04 mg/kg đến 0,75 mg/kg, tổng của 6 cấu tử PCBs từ 0,89 đến 2,67 mg/kg.

75

Kết quả tổng PCBs mẫu Đ1-ĐT và Đ3-ĐT có nồng độ thấp hơn so với QCVN

07:2009/BTNMT về ngưỡng chất thải nguy hại cho phép đối với PCBs là 5

ppm[11] và mẫu Đ2-ĐT có tổng PCBs lớn hơn. Từ kết quả phân tích thấy rằng đất

tại khu lấy mẫu có dấu hiệu ô nhiễm PCBs, để khẳng định thì cần lấy mẫu quan trắc

định kỳ tiếp theo để tìm hiểu xu hướng và có biện pháp xử lý thích hợp.

Bảng 3.19. Kết quả phân tích mẫu mẫu dầu biến thế lặp và thêm chuẩn

Chất phân tích

Kết quả mẫu lặp(mg/kg) Kết quả mẫu thêm chuẩn

(mg/kg) Lần 1 Lần 2 Mẫu thêm R%

PCB 28 - - 0.092 92.0

PCB 52 - - 0.109 109.0

PCB 101 - - 0.88 88.0

PCB 138 - - 0.83 83.0

PCB 153 - - 0.102 102.0

PCB 180 - - 0.092 92.0

-:Không phát hiện được

Qua bảng kết quả trên thấy rằng mẫu lặp đều không phát hiện được sự có mặt

của PCBs trong mẫu. Đối với mẫu thêm chuẩn độ thu hồi được từ khoảng 83% đến

109%. Kết quả thu được của mẫu lặp và mẫu thêm chuẩn chứng tỏ quy trình phân

tích phù hợp với phân tích dầu biến thế.

76

Bảng 3.20. Kết quả phân tích mẫu dầu biến thế thực

Chất phân tích DBT1-ĐT (mg/kg)

DBT2-ĐT (mg/kg)

DBT3–ĐT (mg/kg)

PCB 28 1,12 31,11 -

PCB 52 1,63 15,05 -

PCB 101 0,52 22,07 -

PCB 138 0,25 17,06 -

PCB 153 0,15 18,16 -

PCB 180 0,11 4,01 -

∑6PCBs 3,78 107,46 -

∑PCBs 18,90 537,30 -

-: Không phát hiện được

Kết quả phân tích mẫu thực có một mẫu không phát hiện được sự có mặt của

PCBs trong mẫu. Mẫu DBT1-ĐT có nồng độ các cấu tử từ 0,11mg/kg đến 1,63

mg/kg, tổng của 6 cấu tử PCBs là 3,78 mg/kg, tổng 18,9 mg/kg. Mẫu DBT2-ĐT

phát hiện có mặt của PCB từ 4,01 mg/kg đến 31,11 mg/kg, tổng 6 cấu tử PCBs là

107,46mg/kg, tổng PCBs là 537,30 mg/kg. Theo tiêu chuẩn EU nồng độ PCBs< 20

ppm (mg/kg) không nhiễm và PCBs > 50ppm thiết bị nhiễm[11]. Vậy mẫu DBT1-

ĐT không nhiễm PCBs và mẫu DBT2-ĐT bị nhiễm PCBs. Kết quả này phù hợp với

thực tế, vì mẫu DBT2- ĐT được lấy từ máy biến thế điện đã dán nhãn cảnh báo có

chứa PCBs đang chờ xử lý.

77

KẾT LUẬN

Qua quá trình làm thực nghiệm và những kết quả nghiên cứu của đề tài luận

văn, xin rút ra một số kết luận sau:

1. Chọn được các điều kiện phù hợp để phân tích 6-PCBschỉ thị bằng thiết bị

sắc kí khí-khối phổ. Các pic của chất phân tích được tách hoàn toàn.

2. Đã chọn được dung môi thích hợp, tìm được điều kiện chiết phù hợp để

tách chiết 6 chất đồng loại PCBs từ mẫu đất, dầu biến thế:

- Mẫu đất: chiết soxhlet 10 g mẫu trong 18 giờ bằng toluene hoặc chiết hỗ trợ

sóng siêu âm 15 phút kết hợp với lắc trong 2 giờ bằng 60ml hỗn hợp dung môi

axeton/n-hexan tỉ lệ 1:1. Sau đó làm sạch trong cột chứa 8g Florisil và rửa giải bằng

45 ml n-hexan.

- Mẫu dầu biến thế: Cân lượng chính xác, cho 5ml dung môi n- hexan, 2 ml

axit H2SO4 đặc làm sạch, cho hấp phụ trên cột florisil thương phẩm, giải hấp bằng

4ml n-hexan.

3. Đã đánh giá, kiểm tra quy trình phân tích 6-PCBs trong mẫu đất và mẫu

dầu biến thế.Với mẫu đất kết quả của 6-PCBs tìm thấy tính theo phần trăm khi thêm

vào mẫu trung bình trên 75%, giá trị hiệu suất thu hồi nằm trong khoảng 77,6% đến

85,3%; giá trị độ lệch chuẩn tương đối trong khoảng 3,5% đến 8,2%. Đối với mẫu

dầu biến thế, hiệu suất thu hồi trong các mẫu thêm đều trên 75%, giá trị RSD nhỏ

hơn 10%. Chứng tỏ rằng quy trình xây được có có độ đúng, độ lặp tốt và hoàn toàn

tin cậy được. Như vậy, quy trình xây dựng được đã đáp ứng hoàn toàn các yêu cầu

của phương pháp phân tích .

4. Áp dụng quy trình xây dựng được vào phân tích mẫu đất và mẫu dầu biến

thế tại trạm biến thế. Kết quả phân tích mẫu lặp tốt RSD<11%, thêm chuẩn có độ

thu hồi từ 80-110%.

78

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TIẾNG VIỆT

1. Dương Hồng Anh (2011), Bài giảng 4: “Tính tổng polyclobiphenyl (PCBs) trong

dầu biến thế, mẫu đất”, Hội thảo tập huấn phân tích PCBs trong mẫu dầu biến thế.

2. Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyễn Xuân Trung (2003), “Hóa

học phân tích”, ĐHKHTN-ĐHQGHN,

3. Từ Minh Hiệu (2009), “Tập huấn sử dụng thiết bị phân tích nhanh L2000DX”,Dự

án PCB-MEPV.

4. Lê Bảo Hưng, (2012), “Nghiên cứu các điều kiện để phân tích các hợp chất cơ clo

PCB trong mẫu môi trường bằng GC-MS”, luận văn thạc sĩ khoa học Hóa Học,

ĐHKHTN-ĐHQGHN, Hà Nội.

5. Quy trình phân tích PCBs trong mẫu dầu biến thế, CETASD, tài liệu tập huấn tại

Hội thảo tập huấn phân tích PCBs năm 2011 tại Hà Nội

6. Qui trình phân tích PCBs trong mẫu đất và trầm tích bằng phương pháp chiết siêu

âm/lắc, rửa axit, loại lưu huỳnh, qua cột florisil và định tính, định lượng bằng sắc ký

khối phổ(GCMS), CETASD, tài liệu tập huấn tại Hội thảo tập huấn phân tích PCBs

năm 2011 tại Hà Nội.

7. Qui trình phân tích PCBs trong mẫu đất và trầm tích bằng phương pháp chiết

Soxhlet, rửa axit, loại lưu huỳnh, qua cột florisil và định tính, định lượng bằng sắc

ký khối phổ, tài liệu tập huấn tại Hội thảo tập huấn phân tích PCBs năm 2011 tại Hà

Nội.

8. Tạ Thị Thảo (2006), “Bài giảng thống kê trong hóa phân tích”, khoa Hóa học-

ĐHKHTN-ĐHQGHN, Hà Nội.

9. Phan Thị Thủy Tiên (2012), Tập đoàn điện lực Việt Nam với vấn đề quản lý PCBs,

Báo cáo tại “Hội thảo truyền thông về các hợp chất hữu cơ khó phân hủy và PCBs”.

10. TCVN 8061 : 2009 (ISO 10382 : 2002)- Chất lượng đất – Xác định hóa chất bảo vệ

thực vật clo hữu cơ và polyclorin biphenyl - Phương pháp sắc ký khí với detector

bẫy electron.

79

11. Sổ tay hỏi đáp PCB,(2012), Dự án quản lý PCB tại Việt Nam, pp 25

12. Phạm Hùng Việt (2003), Cơ sở lý thuyết của phương pháp sắc ký khí, Nhà xuất bản

khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.

TIẾNG ANH

13. Aydin ME1, Tor A, Ozcan S (2006), “Determination of selected polychlorinated

biphenyls in soil by miniaturised ultrasonic solvent extraction and gas

chromatography-mass-selective detection” , Anal Chim Acta,pp 232-237.

14. Bert van Bavel1, Petra Dahl1, Lars Karlsson2, Lennart Harden3, Christoffer

Rappe1, Gunilla Lindstöm1(1995), “Supercritical fluid extraction of PCBs from

human adipose tissue for HRGC/LRMS analysis”, Chemosphere, Volume 30, Issue

7, pp 1229–1236.

15. Carla Toledo, Luis Valle, Jessica Narváez, Pablo Richter (2007), “Screening

method for rapid determination of polychlorinated biphenyls in transformer oil by

liquid-liquid extraction and gas chromatography-mass spectrometry”, J. Braz.

Chem. Soc. vol.18 no.5.

16. Chemicon International USA, introduction to antibodie, 2nd Edition.

17. Cláudia H. KowalskiI, Josemar G. CostaII, Helena T. GodoyI (2010),

“Determination of polychlorinated biphenyls in brazilian breast milk samples using

solid-phase microextraction and gas chromatography-electron capture detection”,

Journal of the Brazilian Chemical Society, vol.21 no.3.

18. Dale R. Rushnecka, Andy Beliveaub, Brian Fowlerc, Coreen Hamiltonc, Dale

Hooverc, Katharine Kayec, Marlene Bergd, Terry Smithd, William A. Telliardd,

Henry Romane, Eric Rudere, Liza Ryane (2009), “Concentrations of dioxin-like

PCB congeners in unweathered Aroclors by HRGC/HRMS using EPA Method

1668A”, Chemosphere, Volume 54, Issue 1,pp 79–87.

19. Derek Hillbeck (2012), “Separation of a Mixture of PCBs Using an Accucore C18

HPLC Column”, Thermo Scientific, Application Note 20573.

80

20. EPA-305-X-04-002 (2004), Polychlorinated Biphenyl Inspection Manual August

Office of Compliance Office of Enforcement and Compliance Assurance U.S,

Chapter Six Sampling.

21. EPA Method 3541automated soxhlet extraction

22. EPA Method 3550C ultrasonic extraction

23. EPA Method 3620C florisil cleanup

24. EPA Method 8082A Polyclorinated Biphenyls by gas chromatography.

25. Guohua Xionga, Xiaoqing Heb, Zhanxia Zhangb (2000), “Microwave-assisted

extraction or saponification combined with microwave-assisted decomposition

applied in pretreatment of soil or mussel samples for the determination of

polychlorinated biphenyls”,Analytica Chimica Acta,Volume 413, Issues 1–2, pp

49–56.

26. http://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp17-c4.pdf

27. http://www.chem.unep.ch/pops/pops_inc/proceedings/bangkok/fiedler1.html

28. http://www.chem.unep.ch/pops/POPs_Inc/proceedings/cartagena/FIEDLER3.html

29. http://www.env.gov.bc.ca/wat/wq/BCguidelines/pcbs/pcbs-01.htm

30. http://www.epa.gov/wastes/hazard/tsd/pcbs/pubs/effects.htm

31. Joseph Ferrario , Christian Byrne, Aubry E. Dupuy Jr (1997), “Background

contamination by coplanar polychlorinated biphenyls (PCBs) in trace level high

resolution gas chromatography/high resolution mass spectrometry (HRGC/HRMS)

analytical procedures”, Chemospher, Volume 34, Issue 11, pp 2451–2465.

32. M. Ramil Criado, I. Rodrıguez Pereiro, R. Cela Torrijos (2003), “Optimization of a

microwave-assisted extraction method for theanalysis of polychlorinated biphenyls

in ash samples”, Journal of Chromatography A, 985 pp 137–145

33. Martin Van den Berg, Linda Birnbaum, Albertus T.C. Bosveld, et al. (1998) “Toxic

Equivalency factors (TEFs) for PCB, PCDDs, PCDFs for humans and wildlife”,

Environment HealthPerspectieves, V.106, N12, pp 775-792.

34. Piotr Konieczkam, Jacek Namieœnik (2008), “Determination of PCBs in Marine

Sediment Using Pressurised Liquid Extraction–Gas Chromatography–Isotope

81

Dilution Mass Spectrometry – Method Validation”, Chem. Anal. (Warsaw), 53, pp

785.

35. Qunbiao Zhou, Yaxin Sang, Li Wang, Shuangshang Ji, Jing Ye, Xianghong

Wang(2010), “Determination of polychlorinated biphenyls by GC/MS with

ultrasound-assisted extraction from shellfish”, Frontiers of Agriculture in China,

Volume 4, Issue 4, pp 489-493.

36. Samuel Affula, Johannes A.M. Awudzab, Stevester K. (2013), “Determination of

indicator polychlorinated biphenyls (PCBs) by gas chromatography–electron

capture detector”, Chemosphere,Volume 93, Issue 8, pp 1556–1560.

37. Sun Kyoung Shin , Tae Seung Kim (2006), “Levels of polychlorinated biphenyls

(PCBs) in transformer oils from Korea”, Journal of Hazardous Materials B137,

pp1514–1522.

38. Tomoaki Tsutsumia, Yoshiaki Amakuraa, Akira Okuyamab, Youhei Taniokac,

Kazuto Sakatac, Kumiko Sasakia, Tamio Maitania (2006), “Application of an

ELISA for PCB 118 to the screening of dioxin-like PCBs in retail fish”,

Chemosphere, Volume 65, Issue 3, pp 467–473.

39. Toxocological profile for polychlorinated biphenyls (PCBs) (2000), US

Departement of Health and Human services, Agency for Toxic Substances and

Disease Registry. Độc học PCBs.

40. Van den Berg and et al (2006) “The 2005 World Heath Organization of Human and

Mammalian Toxi Equivalency Factors of Dioxins and Dioxin- like Compounds” ,

Toxicological Sciences 2006, 93(2), pp223-241 .

41. Yifei Sun, Masaki Takaoka, , Nobuo Takeda, Tadao Matsumoto, Kazuyuki Oshita

(2006), “Application of microwave-assisted extraction to the analysis of PCBs and

CBzs in fly ash from municipal solid waste incinerators”, Journal of Hazardous

Materials, Volume 137, Issue 1, pp 106 - 112

42. Yun-Cheol Na, Kang-Jin Kim, Jongki Hong, Jung-Ju Seo (2008), “Determination of

polychlorinated biphenyls in transformer oil using various adsorbents for solid

phase extraction”, Chemosphere 73, S7–S12.