Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học – Tập 22, Số 4/2017<br />
<br />
KHẢO SÁT QUY TRÌNH PHÂN TÍCH METYL THỦY NGÂN TRONG<br />
TRẦM TÍCH TRÊN THIẾT BỊ SẮC KÝ KHÍ GC-ECD<br />
Đến tòa soạn 5 - 9 – 2017<br />
Trịnh Thị Thủy, Lê Thị Trinh<br />
Đại học Tài Nguyên và Môi trường Hà Nội<br />
Dƣơng Tuấn Hƣng, Vũ Đức Lợi<br />
Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam<br />
SUMMARY<br />
RESEARCH ON METYLMERCURY ANALYSIS PROCEDURE IN<br />
SEDIMENTS BY GAS CHROMATOGRAPHY GC-ECD<br />
Metylmercury (Me-Hg) was well-known as a highly toxic substance which has<br />
high bioaccumulation potential. Research on the determination of metylmercury<br />
in environmental samples has received much attention from scientists around the<br />
world and in Vietnam. When developing a procedure to analyze metylmercury, it<br />
is difficult to select not only a suitable sample pretreatment method, which<br />
ensures great selection and recovery, but also a quantitative analytical method,<br />
which provides stable, accurate and reliable data. In this study, the appropriate<br />
characteristics of performance for quantifying metylmercury by gas<br />
chromatography with electron capture detector (GC-ECD) and selected optimal<br />
conditions of sediment sample preparation were studied. The established analysis<br />
procedure of metylmercury showed that the limit of detection of method (MDL)<br />
and the limit of quantification of method (MQL) were 0.215 ng Hg/g and 0.716 ng<br />
Hg/g, respectively. The recovery ranged from 80 to 110% with a relative standard<br />
deviation (RSD) lower than 15%, and the uncertainty was about 27%. Therefore,<br />
the determination method of metylmercury is highly accurate, reliable and<br />
applicable for the evaluation of levels of metylmercury in the sediment samples.<br />
The concentration of metyl mercury in some sediment samples of ponds and lakes<br />
collected in Minh Khai village, Nhu Quynh district, Hung Yen province ranged<br />
from 1.34 to 8.99 ng Hg/g.<br />
Keywords: Metylmercury, gas chromatography, sediment, validation of method<br />
13<br />
<br />
1. MỞ ĐẦU<br />
Thủy ngân (Hg) và các hợp chất của<br />
thủy ngân thu c nhóm các tác nhân<br />
hóa học có đ c tính cao, tồn t i bền<br />
vững, dễ lan truyền trong môi trường<br />
và có các ảnh hưởng xấu đến con<br />
người, sinh vật khi bị ph i nhiễm.<br />
Trong tự nhiên, các hợp chất của thủy<br />
ngân tồn t i ở nhiều d ng khác nhau,<br />
cả d ng vô c v d ng hữu c , trong<br />
đó metyl thủy ngân là m t d ng thủy<br />
ngân hữu c đ c nhất. Trong môi<br />
trường, metyl thủy ngân chủ yếu được<br />
sinh ra do sự chuyển hóa từ các d ng<br />
thủy ng n vô c dưới tác d ng của<br />
m t số vi khuẩn trong điều kiện yếm<br />
khí [1].<br />
Metyl thủy ng n có đ c tính cao và<br />
khả năng t ch lũy sinh học lớn trong<br />
chu i thức ăn, nó được xếp vào nhóm<br />
chất có đ c tính cao. Metyl thủy ngân<br />
thường tồn t i trong môi trường, c<br />
thể sinh vật ở h m lượng vết, siêu vết<br />
nên việc định lượng metyl thủy ngân<br />
trong các mẫu sinh học và trầm tích<br />
có vai trò quan trọng, được nhiều nhà<br />
khoa học quan tâm [2 Cho đến nay,<br />
có m t số công bố về phư ng pháp<br />
xác định h m lượng metyl thủy ngân<br />
trong các mẫu sinh học, tuy nhiên các<br />
nghiên cứu li n quan đến việc xác<br />
định metyl thủy ngân trong trầm tích<br />
còn h n chế, đặc biệt t i Việt Nam.<br />
Việc định lượng metyl thủy ngân<br />
trong trầm tích gặp nhiều khó khăn do<br />
h m lượng metyl thủy ngân trong<br />
trầm t ch thường rất nhỏ, đồng thời có<br />
nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình<br />
xác định như sunfit, axit humic, các<br />
amino axit và các protein. Mặt khác,<br />
lựa chọn phư ng pháp ph n t ch, điều<br />
<br />
kiện phân tích phù hợp để định lượng<br />
metyl thủy ngân sau khi xử lý mẫu<br />
cũng đang l vấn đề khó khăn đối với<br />
nhiều phòng thí nghiệm t i Việt Nam.<br />
Nghiên cứu này tiến hành khảo sát<br />
m t số điều kiện xử lý mẫu v điều<br />
kiện định lượng metyl thủy ngân trên<br />
thiết bị sắc ký khí detector c ng kết<br />
điện tử (GC-ECD), đồng thời tiến<br />
h nh đánh giá đ tin cậy của phư ng<br />
pháp phân tích và sử d ng quy trình<br />
đ khảo sát để xác định h m lượng<br />
metyl thủy ngân trong m t số mẫu<br />
trầm t ch được lấy t i m t số ao, hồ<br />
t i làng nghề tái chế nhựa Minh Khai,<br />
huyện Như Quỳnh, tỉnh Hưng Y n<br />
2. THỰC NGHIỆM<br />
2.1. Thiết bị và hóa chất<br />
Thiết bị<br />
Thiết bị sắc kí khí Varian GC - 450,<br />
Detector c ng kết điện tử (ECD); C t<br />
mao quản: DB - 608 (30m x 0,25mm<br />
x 0,25m); C n ph n t ch đ chính<br />
xác 0,1mg), AUX200 của Shimazdu;<br />
B siêu âm S30 Elmasonic; Các d ng<br />
c thủy tinh thông thường và d ng c ,<br />
vật liệu ph trợ khác.<br />
Hóa chất<br />
Metyl thuỷ ngân clorua khan, dung<br />
môi<br />
toluene,<br />
L-Cysteine<br />
(HSCH2CH(NH2)COOH.HCL·H2O),<br />
dung dịch KOH 25% trong methanol,<br />
dung dịch H2SO4 4M bão hòa CuSO4,<br />
dung dịch KBr 4M, dung dịch HCl<br />
6M. Các hóa chất sử d ng đều là các<br />
hóa chất tinh khiết phân tích của hãng<br />
Merck.<br />
Dung dịch chuẩn gốc metyl thủy ngân<br />
clorua 100 mg Hg/L được pha từ<br />
metyl thủy ngân clorua khan trong<br />
dung môi toluene. Các dung dịch<br />
14<br />
<br />
chuẩn làm việc metyl thủy ngân<br />
clorua có nồng đ khác nhau ph c v<br />
cho quá trình nghiên cứu được pha<br />
loãng từ dung dịch chuẩn gốc bằng<br />
dung môi Toluene.<br />
2.2. Khảo sát các điều kiện để định<br />
lượng metyl thủy ngân trên thiết bị<br />
GC-ECD<br />
Các điều kiện định lượng metyl thủy<br />
ngân trên thiết bị GC-ECD bao gồm:<br />
nhiệt đ detector, nhiệt đ injector,<br />
chư ng trình nhiệt đ lò c t được<br />
khảo sát, tối ưu l i theo điều kiện<br />
phân tích Metyl thủy ngân của m t số<br />
công bố quốc tế về quy trình định<br />
lượng metyl thủy ngân [3,4]. Quá<br />
trình khảo sát được thực hiện đối với<br />
dung dịch chuẩn metyl thủy ngân<br />
nồng đ 50 ppb.<br />
2.3. Khảo sát một số điều kiện xử lý<br />
mẫu để chiết dạng metyl thủy ngân<br />
trong trầm tích<br />
Quy trình xử lý mẫu để chiết tách<br />
Metyl thủy ngân trong trầm t ch được<br />
thực hiện theo kết quả nghiên cứu của<br />
m t số công bố [3,4,5,6], quy trình<br />
n y được tóm tắt như sau:<br />
Kiềm hóa m t lượng mẫu bằng dung<br />
dịch KOH/CH3OH (25%), siêu âm<br />
trong 45 phút. Mẫu sau khi được kiềm<br />
hóa được thêm tiếp dung dịch H2SO4<br />
4M bão hòa CuSO4, dung dịch KBr<br />
4M và dung môi toluene, lắc mẫu<br />
trong thời gian 3 phút, sau đó ly t m,<br />
chiết lấy pha hữu c , lặp l i quá trình<br />
chiết với dung môi toluene thêm 2<br />
lần. Metyl thủy ngân sau khi chiết vào<br />
pha toluene được làm s ch và làm<br />
giàu bằng 1 ml dung dịch L Cysteine, quá trình chiết lặp l i 3 lần.<br />
Thêm 0,5 ml dung dịch HCl 6M vào<br />
<br />
dịch chiết L - Cysteine, chiết metyl<br />
thủy ngân bằng toluene, quá trình<br />
chiết được lặp l i 2 lần, dịch chiết<br />
được làm s ch bằng Na2SO4 khan,<br />
phân tích dịch chiết trên thiết bị GCECD để định lượng metyl thủy ngân.<br />
Để tối ưu quy trình ph n t ch, nghi n<br />
cứu tiến h nh khảo sát m t số điều<br />
kiện xử lý mẫu bao gồm: thể t ch<br />
dung môi chiết toluene, nồng đ dung<br />
dịch L - Cysteine Tất cả các th<br />
nghiệm khảo sát được tiến h nh<br />
tr n mẫu trầm t ch không chứa thủy<br />
ng n được th m chuẩn metyl thủy<br />
ng n với h m lượng 20 ng Hg/g<br />
M i th nghiệm khảo sát tiến h nh<br />
l m lặp 3 lần<br />
2.4. Đánh giá độ tin cậy của phương<br />
pháp phân tích<br />
Sau khi khảo sát, lựa chọn các điều<br />
kiện tối ưu để định lượng metyl thủy<br />
ng n tr n thiết bị GC-ECD v điều<br />
kiện xử lý mẫu để chiết d ng metyl<br />
thủy ng n trong trầm t ch, tiến h nh<br />
đánh giá đ tin cậy của phư ng pháp<br />
ph n t ch thông qua việc khảo sát, xác<br />
định m t số đ i lượng [7,8,9 : giới<br />
h n phát hiện v giới h n định lượng<br />
của thiết bị; giới h n phát hiện v giới<br />
h n định lượng của phư ng pháp; đ<br />
ch m, đ đúng của phư ng pháp<br />
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br />
3.1. Kết quả khảo sát điều kiện xử lý<br />
mẫu và định lượng metyl thủy ngân<br />
trên thiết bị GC-ECD<br />
3.1.1 Kết quả khảo sát các điều kiện<br />
để định lượng metyl thủy ngân trên<br />
thiết bị GC-ECD<br />
Các điều kiện khảo sát để định lượng<br />
metyl thủy ngân trên thiết bị GC-ECD<br />
được thể hiện ở bảng 1.<br />
15<br />
<br />
Bảng 1: Khảo sát các điều kiện chạy GC-ECD<br />
Thông số<br />
Điều kiện 1<br />
Điều kiện 2<br />
Điều kiện 3<br />
Nhiệt đ Detector<br />
240°C<br />
300°C<br />
280°C<br />
Nhiệt đ Injector<br />
140°C<br />
240°C<br />
220°C<br />
Chư ng trình nhiệt đ c t - Nhiệt đ đầu: 100°C - Nhiệt đ đầu: 140°C - Nhiệt đ đầu: 50°C<br />
tách<br />
giữ trong 2 phút<br />
giữ trong 2 phút<br />
giữ trong 1 phút<br />
- Nhiệt đ<br />
cuối: - Nhiệt đ<br />
cuối: - Nhiệt đ<br />
cuối:<br />
160°C , giữ trong 2 160°C , giữ trong 2 240°C , giữ trong 15<br />
phút<br />
phút<br />
phút<br />
- Tốc đ tăng nhiệt đ - Tốc đ tăng nhiệt đ - Tốc đ tăng nhiệt đ<br />
thay đổi: 5°C; 10°C; thay đổi: 2°C; 4°C ; thay đổi: 5°C; 10°C;<br />
15°C; 20°C/phút<br />
10°C/phút<br />
15°C; 20°C/phút<br />
C t tách<br />
C t mao quản: DB – 608 (30m x 0,25mm x 0,25µm)<br />
Thể t ch b m mẫu<br />
1µl<br />
Tốc đ khí<br />
Khí mang: N2 (2 ml/phút); khí make up: N2 (30 ml/phút)<br />
<br />
Kết quả khảo sát cho thấy: Ở điều kiện<br />
1, các tín hiệu pic thu được không ổn<br />
định; Ở điều kiện 2, các tín hiệu pic đ<br />
có sự ổn định h n nhưng thời gian lưu<br />
của chất chuẩn và dung môi khá gần<br />
nhau nên việc định lượng sẽ gặp khó<br />
khăn; Ở điều kiện 3, tín hiệu pic khá<br />
ổn định và pic của chất chuẩn, dung<br />
môi không bị chồng chập.<br />
Do vậy, điều kiện 3 được lựa chọn sử<br />
d ng cho quy trình nghiên cứu, các<br />
thông số c thể là: nhiệt đ injector là<br />
220°C, nhiệt đ detector là 280°C,<br />
chư ng trình nhiệt đ c t bắt đầu từ<br />
50°C (giữ 1 phút) tăng l n 240°C với<br />
tốc đ tăng nhiệt đ là 20°C/phút (giữ<br />
ở nhiệt đ cuối 15 phút). Sắc đồ của<br />
chất chuẩn đo được ở điều kiện này<br />
trên hình 1.<br />
950,000<br />
µV<br />
900,000<br />
850,000<br />
800,000<br />
750,000<br />
700,000<br />
650,000<br />
600,000<br />
550,000<br />
500,000<br />
450,000<br />
400,000<br />
350,000<br />
300,000<br />
250,000<br />
200,000<br />
150,000<br />
100,000<br />
50,000<br />
0<br />
-50,000<br />
-100,000<br />
6.3<br />
<br />
a) Sắc đồ của dung dịch chuẩn<br />
200ppb<br />
<br />
MeHg<br />
<br />
RT [min]<br />
6.4<br />
<br />
6.45<br />
<br />
6.5<br />
<br />
6.55<br />
<br />
6.6<br />
<br />
6.65<br />
<br />
6.7<br />
<br />
6.75<br />
<br />
6.8<br />
<br />
6.85<br />
<br />
6.9<br />
<br />
6.95<br />
<br />
7<br />
<br />
7.05<br />
<br />
7.1<br />
<br />
7.15<br />
<br />
M eH g<br />
M eH g<br />
M eH g<br />
M eH g<br />
<br />
RT [min]<br />
6.42 6.44 6.46 6.48<br />
<br />
6.5<br />
<br />
6.52 6.54 6.56 6.58<br />
<br />
6.6<br />
<br />
6.62 6.64 6.66 6.68<br />
<br />
6.7<br />
<br />
6.72 6.74 6.76 6.78<br />
<br />
6.8<br />
<br />
6.82<br />
<br />
b) Sắc đồ của dung dịch chuẩn ở các<br />
nồng độ khác nhau<br />
Hình 1: Sắc đồ mẫu chuẩn metyl thủy<br />
ngân<br />
3.1.2 Kết quả khảo sát một số điều<br />
kiện xử lý mẫu để chiết dạng metyl<br />
thủy ngân trong trầm tích<br />
Kết quả khảo sát thể tích dung môi<br />
chiết<br />
Tiến hành thí nghiệm khảo sát thể<br />
tích dung môi chiết toluene ở các mức<br />
2,0 ml; 3,0 ml; 4,0 ml; 5,0 ml trên nền<br />
mẫu trầm tích không chứa thủy ngân<br />
thêm chuẩn metyl thủy ngân với nồng<br />
đ 20 ng Hg/g, kết quả cho thấy đ<br />
thu hồi trung bình của metyl thủy<br />
ng n tư ng ứng với các mức thể tích<br />
khảo sát lần lượt là 70,48%, 91,54%,<br />
98,24% v 102,61% Để tiết kiệm hóa<br />
<br />
MeHg200ppb2.DATA<br />
<br />
6.35<br />
<br />
MeHg500ppb1.DATA<br />
MeHg200ppb2.DATA<br />
MeHg100ppb2.DATA<br />
MeHg1000ppb Pha loang2.DATA<br />
MeHg50ppb2.DATA<br />
<br />
M eH g<br />
<br />
2,200,000<br />
2,100,000 µV<br />
2,000,000<br />
1,900,000<br />
1,800,000<br />
1,700,000<br />
1,600,000<br />
1,500,000<br />
1,400,000<br />
1,300,000<br />
1,200,000<br />
1,100,000<br />
1,000,000<br />
900,000<br />
800,000<br />
700,000<br />
600,000<br />
500,000<br />
400,000<br />
300,000<br />
200,000<br />
100,000<br />
0<br />
-100,000<br />
-200,000<br />
6.4<br />
<br />
7.2<br />
<br />
16<br />
<br />
chất mà vẫn đảm bảo đ thu hồi theo<br />
yêu cầu của tổ chức AOAC, thể dung<br />
môi toluene lựa chọn cho quy trình<br />
chiết là 3,0 ml.<br />
Kết quả khảo sát nồng độ dung<br />
dịch chiết L - Cysteine<br />
Tiến hành thí nghiệm khảo sát nồng<br />
đ dung dịch chiết L - Cysteine dùng<br />
để làm s ch và làm giàu metyl thủy<br />
ngân trong dịch chiết với dung môi<br />
toluene ở các mức 0,5%; 1,0%, 2,0%,<br />
3,0%; kết quả đ thu hồi trung bình<br />
của metyl thủy ng n tư ng ứng với<br />
các mức nồng đ khảo sát lần lượt là<br />
60,88%; 71,33%, 94,78% và 95,13%.<br />
Từ đó lựa chọn dung dịch chiết L Cysteine có nồng đ là 2% trong<br />
bước làm s ch và làm giàu mẫu.<br />
3.2 Đánh giá phương pháp phân tích<br />
3.2.1. Giới hạn phát hiện và giới hạn<br />
định lượng của thiết bị<br />
Giới h n phát hiện (IDL) và giới h n<br />
định lượng (IQL) của thiết bị được<br />
xác định bằng cách b m lặp l i 5 lần<br />
dung dịch chuẩn metyl thủy ngân có<br />
nồng đ 0,5 ppb. Từ việc tính toán tỷ<br />
lệ của tín hiệu trên nhiễu, chúng tôi<br />
xác định được IDL và IQL theo công<br />
thức sau [8,9]:<br />
IDL = Nồng đ t i đó có tỉ lệ tín<br />
hiệu/nhiễu bằng 3<br />
IQL = Nồng đ t i đó có tỉ lệ tín<br />
hiệu/nhiễu bằng 10<br />
Giá trị IDL v IQL xác định được của<br />
thiết bị đối với metyl thủy ngân lần<br />
lượt là 0,90 ppb và IQL là 3,00 ppb.<br />
Như vậy, ở các điều kiện đo đ khảo<br />
sát, thiết bị có thể sử d ng để định<br />
lượng h m lượng vết của metyl thủy<br />
ngân trong mẫu môi trường sau khi đ<br />
<br />
Diện tích pic (uV)<br />
<br />
làm s ch và làm giàu.<br />
3.2.2. Khoảng tuyến tính, giới hạn<br />
phát hiện, giới hạn định lượng của<br />
phương pháp<br />
Khảo sát khoảng tuyến tính<br />
Chuẩn bị các dung dịch chuẩn metyl<br />
thủy ngân có nồng đ lần lượt là 0,5<br />
ppb; 1 ppb; 2 ppb; 5 ppb; 10 ppb; 50<br />
ppb; 100 ppb; 200 ppb; 500 ppb;<br />
1000 ppb. Tiến h nh b m 1µl các<br />
dung dịch chuẩn trên thiết bị GCECD với điều kiện ch y đ lựa chọn,<br />
kết quả sự ph thu c của diện tích pic<br />
vào nồng đ được biểu thị ở đồ thị<br />
hình 2.<br />
<br />
20000<br />
15000<br />
10000<br />
5000<br />
0<br />
0<br />
<br />
y = 92.487x + 11.185<br />
R² = 0.9989<br />
100<br />
200<br />
300<br />
Nồng độ (ppb)<br />
<br />
Hình 2: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc<br />
của diện tích pic vào nồng độ<br />
Từ kết quả thu được, khoảng tuyến<br />
tính nồng đ của đường chuẩn trong<br />
điều kiện đo nghi n cứu trên thiết bị<br />
GC-ECD được lựa chọn từ 1ppb đến<br />
200 ppb. Sau khi lựa chọn được<br />
17<br />
<br />
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
