165
TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 50, 2009
SỬ DỤNG KỸ THUẬT KHÔNG GIAN HƠI KẾT HỢP GC-ECD (HS/GC/ECD)
ĐỂ XÁC ĐNNH TRIHALOMETHANES TRONG NƯỚC MÁY
TẠI THỪA THIÊN HUẾ
Ngô Văn Tứ, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế
Nguyễn Khoa Hiền, Công ty Xây dựng và Cấp nước Thừa ThiênHuế
TÓM TẮT
Bài báo này mô tả phương pháp xác định trihalomethanes trong nước, với sử dụng kỹ
thuật không gian hơi kết hợp với GC-ECD. Phương pháp này dựa trên cơ sở lựa chọn những
điều kiện kỹ thuật không gian hơi thích hợp. Trong điều kiện làm việc được mô tả, giới hạn định
lượng của CHCl
3
, CHCl
2
Br, CHClBr
2
và CHBr
3
tương ứng là 0,76, 0,51, 0,61 và 0,86
µ
g/L.
Phương pháp này đã được áp dụng để xác định trihalomethanes trong nước uống tại Thừa
Thiên Huế. Độ chính xác của phương pháp đã được kiểm tra bởi độ thu hồi.
I. Mở đầu
Từ những năm 74, qua một số khảo sát dịch tễ học, người ta đã nhận thấy có sự
liên quan giữa các bệnh ung thư bàng quang, ung thư ruột và đột biến gen với những
sản phNm phụ của quá trình khử khuNn nước bằng các hợp chất của clo, trong đó có các
hợp chất Trihalomethanes (THMs) [3]. Mặc dù hiện nay, một số nhà máy đã sử dụng
ozone, hoặc tia cực tím để khử khuNn nước, nhưng sau đó vẫn phải sử dụng các hợp
chất của clo để duy trì lượng hóa chất khử khuNn dư, để chống tái nhiễm bNn trên đường
ống vận chuyển. Tổ chức Y tế thế giới (WHO), nhiều quốc gia, kể cả Việt Nam đã đưa
ra khuyến cáo và tiêu chuNn cho những hợp chất hữu cơ dễ bay hơi trong nước uống cần
phải kiểm tra [1,7] bao gồm cả THMs. Theo hướng dẫn của Tổ chức Y tế Thế giới, giới
hạn nồng độ các THMs trong nước như sau: chloroform 200 µg/L,
bromodichloromethane 60µg/L, dibromochloromethane 100µg/L, bromoform 100 µg/L
[7]. Bộ Y tế Việt Nam quy định giới hạn cho phép của CHCl
3
, CHCl
2
Br, CHClBr
2
và
CHBr
3
trong nước uống tương ứng là 200, 60, 100 và 100 µg/L [1].
Hiện nay, để xác định THMs, người ta thường sử dụng: phương pháp “Pure and
Trap“ và sắc ký khí cột mao quản với detector đo độ dẫn điện (P&T/GC/ELCD) [6];
phương pháp sắc ký khí khối phổ (GC/MS) [5]; phương pháp chiết lỏng-lỏng và sắc ký
khí với detector bắt giữ điện tử (LLE/GC/ECD) [6]. Các phương pháp này có ưu điểm
là có độ nhạy cao, nhưng phải qua các giai đoạn làm giàu như tách, chiết
(LLE/GC/ECD), hoặc sử dụng các thiết bị đắt tiền (GC/MS), (P&T/GC/ELCD) nên
thường phức tạp và chi phí phân tích cao. Ở Việt Nam, đã có một số nghiên cứu xác
định THMs trong nước máy bằng kỹ thuật không gian hơi kết hợp với sắc ký khí khối
166
phổ (GC/MS) và áp dụng phân tích các mẫu nước máy của Hà Nội [2]. Tại Thừa Thiên
Huế, chưa có nghiên cứu nào về THMs trong nước và nước máy.
Bài báo này trình bày những kết quả nghiên cứu hoàn thiện quy trình phân tích
THMs trong nước bằng HS/GC/ECD, với mục đích chọn lựa các điều kiện kỹ thuật bay
hơi mẫu và áp dụng phân tích THMs trong một số mẫu nước máy tại Thừa Thiên Huế.
II. Phần thực nghiệm
2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất
- Máy sắc ký khí Model GC-Agilent 6580; cột mao quản DB624, dài 30m,
đường kính 0,25 mm; detector microECD; tủ sấy Memmert BE400, 50
0
C đến 300
0
C, độ
chính xác ±1
o
C; tủ ấm Memmert BE400, 25
0
C đến 60
0
C, độ chính xác ±0,1
o
C;
- Micropipet, xyranh các loại, các dụng cụ như chai, nắp và vành nhôm chuyên
dùng cho kỹ thuật không gian hơi của Agilent; dụng cụ thủy tinh của Nhật, Đức.
- Các dung dịch chuNn gốc THMs, nội chuNn, methanol 99,99% của Agilent,
Mỹ; khí nitơ 99,99% của Singapore; các hóa chất tinh khiết phân tích khác của Merck.
2.2. Quy trình thực nghiệm
2.2.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu
Dụng cụ lấy mẫu được sử dụng là các chai thuỷ tinh loại 100 ml, nắp vặn, có lớp
đệm PTFE, sạch, sấy khô ở 105
0
C trên 3 giờ, để nguội, đậy nắp thật chặt kín. Mẫu nước
lấy đầy chai và nút lại thật chặt, không trao đổi khí. Bảo quản mẫu ở nhiệt độ từ 0 đến
4
0
C trong tủ lạnh, tối, không quá 48 giờ. Sử dụng natri ascorbate từ 0,01 gam đến 0,02
gam để loại bỏ 1 mg clo dư.
2.2.2. Chu!n bị mẫu
Cân 3 gam NaCl tinh khiết phân tích, cho vào các lọ thủy tinh sạch; lấy 10 ml
mẫu cho vào lọ; đóng kín lọ mẫu bằng nút silicon, nắp nhôm với thiết bị dập nắp; dùng
xiranh, thêm chất nội chuNn 1,2-Dibromopropane với nồng độ mong muốn; lắc đều lọ
mẫu 1 phút; đặt lọ mẫu vào tủ sấy ở nhiệt độ và thời gian cần thiết; chuyển lọ mẫu sang
tủ ấm ở nhiệt độ và thời gian cần thiết.
2.2.3. Phân tích trên thiết bị GC/ECD
Sau khi hết thời gian cân bằng, dùng xyranh, đâm xuyên qua nút silicon, hút
chính xác 0,5 ml khí ở khoảng không gian phía trên pha lỏng; bơm mẫu khí vào
GC/ECD
Điều kiện làm việc của thiết bị GC/ECD:
- Cột mao quản DB624, dài 30 m, đường kính 0,25 mm, chiều dày film 1,4 µm;
detector uECD; khí mang sử dụng khí nitơ 99,99% của Singapore.
167
- Chương trình nhiệt: nhiệt độ ban đầu: 50
0
C; thời gian giữ: 1 phút; tốc độ gia
nhiệt: 7
0
C/ phút; nhiệt độ cuối 120
0
C; thời gian giữ: 20 phút.
- Nhiệt độ inlet: 250
0
C; nhiệt độ detector: 250
0
C
- Chương trình áp suất cột tách (biến thiên áp suất cột tách): áp suất ban đầu: 25
PSI; thời gian giữ: 5 phút; tốc độ giảm áp: 10PSI/ phút; áp suất cuối 10PSI; thời gian
giữ: 10 phút
- Chế độ chia dòng 1: 1; dòng khí bổ trợ make up flow: nitơ 40 mL/ phút; dòng
khí tiết kiệm: nitơ 20 mL/ phút.
III. Kết quả và thảo luận
3.1. Sự phụ thuộc của tỷ lệ diện tích các pic THMs/ nội chun vào nhiệt độ ủ
mẫu
Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ mẫu đến tỷ lệ diện tích các pic THMs/ nội chuNn được
khảo sát tại các nhiệt độ 50, 70, 100, 120
0
C, các điều kiện khác là như nhau: thời gian ủ
mẫu 30 phút; nhiệt độ cân bằng 50
0
C; thời gian cân bằng 30 phút; nồng độ THMs các
mẫu là như nhau, cụ thể CHCl
3
10µg/L, CHCl
2
Br 10µg/L, CHClBr
2
15µg/L, CHBr
3
15µg/L; nồng độ nội chuNn C
3
H
6
Br
2
300µg/L. Mỗi mẫu được tiến hành 3 lần thí nghiệm.
Kết quả thí nghiệm được trình bày tại bảng 1.
Bảng 1: Sự phụ thuộc của tỷ lệ diện tích các pic THMs /nội chu!n vào nhiệt độ ủ ấm
(TLDT: Tỷ lệ diện tích trung bình, S: độ lệch chu!n, RSD: hệ số biến động tính%)
Kết quả tính toán ANOVA: F
lý thuyết
(f
1
=3,f
2
=8,p=0,05) = 4,066; F
tính
(CHCl
3
)
=
21,7; F
tính
(CHCl
2
Br) = 65,5; F
tính
(CHClBr
2
) = 48,4; F
tính
(CHBr
3
) = 9,4;
Kết quả thí nghiệm và phân tích ANOVA cho thấy: Khi tăng nhiệt độ ủ mẫu, tỷ
lệ diện tích THMs/ nội chuNn tăng, điều này làm tăng giới hạn phát hiện của phương
pháp. Với kết quả đó, việc chọn nhiệt độ ủ mẫu ở 120
0
C sẽ tốt nhất, cho tỷ lệ diện tích
lớn nhất (RSD nhỏ hơn 5%).
3.2. Sự phụ thuộc của tỷ lệ diện tích các pic THMs/ nội chun vào thời gian ủ
mẫu
Ảnh hưởng của thời gian ủ mẫu đến tỷ lệ diện tích các pic THMs/ nội chuNn
CHCl
3
CHCl
2
Br CHClBr
2
CHBr
3
Nhiệt
độ TLDT
S RSD
TLDT
S RSD
TLDT
S RSD
TLDT
S RSD
50
o
C
0,023
0,0037
15,6
0,083
0,0069
8,3 0,080
0,0065
8,1 0,020
0,0043
21,3
70
o
C
0,027
0,0010
3,8 0,090
0,0023
2,6 0,069
0,0030
4,4 0,013
0,0007
5,7
100
o
C
0,030
0,0004
1,4 0,101
0,0019
1,9 0,076
0,0011
1,5 0,014
0,0005
3,5
120
o
C
0,037
0,0012
3,3 0,131
0,0049
3,7 0,103
0,0010
1,0 0,019
0,0002
1,2
168
được khảo sát tại các thời gian ủ mẫu 20, 30, 50,70, 90, 110, 130, 150, 170 phút, các
điều kiện khác là như nhau: nhiệt độ ủ mẫu 120
0
C; nhiệt độ cân bằng 50
0
C; thời gian
cân bằng 30 phút; nồng độ THMs các mẫu là như nhau, cụ thể CHCl
3
40µg/L, CHCl
2
Br
40µg/L, CHClBr
2
60µg/L, CHBr
3
40µg/L; nồng độ nội chuNn C
3
H
6
Br
2
300µg/L. Mỗi
mẫu được tiến hành 3 lần thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm được trình bày tại bảng 2.
Bảng 2: Sự phụ thuộc của tỷ lệ diện tích pic THMs /nội chu!n vào thời gian ủ ấm
Kết quả tính toán ANOVA: F
lý thuyết
(f
1
=8,f
2
=18,p=0,05) = 2,51; F
tính
(CHCl
3
) =
276; F
tính
(CHCl
2
Br) = 2,61; F
tính
(CHClBr
2
) = 371; F
tính
(CHBr
3
) = 334;
Kết quả thí nghiệm và phân tích ANOVA cho thấy: Khi tăng thời gian ủ mẫu, tỷ
lệ diện tích THMs/nội chuNn tăng, điều này làm tăng giới hạn phát hiện của phương
pháp. Thời gian ủ mẫu từ 20 phút đến 90 phút có hệ số biến động RSD nhỏ. Thời gian ủ
mẫu từ 110 phút trở lên có hệ số biến động RSD lớn, do đó không được lựa chọn. Mặc
dù vậy, để chọn thời gian ủ mẫu cần phải xem xét thêm hệ số tương quan tuyến tính
giữa tỷ lệ diện tích với tỷ lệ nồng độ được trình bày ở phần sau.
3.3. Mối liên hệ giữa hệ số tương quan tuyến tính (R) [giữa tỷ lệ diện tích các
pic THMs/ nội chun và tỷ lệ nồng độ THMs/nội chun] vào thời gian ủ mẫu
Ảnh hưởng của thời gian ủ mẫu đến hệ số tương quan tuyến tính R được khảo
sát tại các thời gian ủ mẫu 20, 30, 50, 70, 90 phút, các điều kiện khác là như nhau: Nhiệt
độ ủ mẫu 120
0
C; nhiệt độ cân bằng 50
0
C; thời gian cân bằng 30 phút; Dãy nồng độ
chuNn THMs các mẫu là như nhau, cụ thể CHCl
3
10, 30, 50, 70 µg/L, CHCl
2
Br 10, 30,
50, 70 µg/L, CHClBr
2
10, 30, 50, 70 µg/L, CHBr
3
10, 30, 50, 70 µg/L; nồng độ nội
chuNn C
3
H
6
Br
2
300 µg/L. Mỗi mẫu được tiến hành 3 lần thí nghiệm.
Kết quả thí nghiệm và phân tích ANOVA cho thấy: Thời gian ủ mẫu 10, 20, 30
phút có R tốt, đạt được 99,99%. Các thời gian ủ mẫu từ 50 phút đến 90 phút có hệ số R
nhỏ hơn. Thực tế khi tăng thời gian ủ mẫu từ 50 đến 90 phút, mặc dù tỷ lệ diện tích các
CHCl
3
CHCl
2
Br CHClBr
2
CHBr
3
Thời
gian
(phút)
TLDT
S RSD
TLDT
S RSD
TLDT
S RSD
TLDT
S RSD
20 0,047 0,001 1,42
0,218
0,009
4,29
0,155
0,002
1,31
0,017
0,000
2,02
30 0,069 0,001 0,99
0,338
0,009
2,73
0,243
0,004
1,70
0,026
0,000
1,37
50 0,193 0,002 1,03
0,901
0,005
0,59
0,628
0,019
3,06
0,063
0,001
2,00
70 0,283 0,012 4,31
1,222
0,007
0,54
0,822
0,009
1,08
0,085
0,002
2,13
90 0,574 0,006 1,09
2,365
0,035
1,49
1,392
0,021
1,48
0,136
0,005
3,41
110 0,706 0,048 6,84
2,666
0,144
5,39
1,530
0,073
4,79
0,150
0,008
5,09
130 0,755 0,046 6,06
2,889
0,154
5,33
1,598
0,083
5,17
0,160
0,006
3,43
150 0,798 0,052 6,50
2,924
0,194
6,64
1,660
0,085
5,11
0,166
0,009
5,29
170 0,896 0,059 6,62
3,279
0,242
7,38
1,791
0,096
5,34
0,184
0,011
6,22
169
pic THMs/ nội chuNn tăng, nhưng giá trị diện tích tất cả các pic THMs và nội chuNn đều
giảm, trong đó diện tích pic nội chuNn giảm rất mạnh. Điều này có thể là do sự bay hơi
tiếp tục của nước. Sự thay đổi mạnh diện tích pic nội chuNn theo thời gian dẫn đến hệ số
tương quan tuyến tính giữa tỷ lệ nồng độ các THMs/nội chuNn với tỷ lệ diện tích các pic
THMs/pic nội chuNn không được tốt. Từ đó, thời gian ủ ấm được chọn là 30 phút.
3.4. Khảo sát chọn lựa nhiệt độ cân bằng
Ảnh hưởng của nhiệt độ cân bằng mẫu được khảo sát tại các nhiệt độ ủ mẫu 30,
50, 70, 90
0
C, các điều kiện khác là như nhau: Nhiệt độ ủ mẫu 120
0
C; thời gian ủ mẫu 30
phút; thời gian cân bằng 30phút; nồng độ THMs các mẫu là như nhau, cụ thể CHCl
3
50
µg/L, CHCl
2
Br 50 µg/L, CHClBr
2
50µg/L, CHBr
3
50 µg/L; nồng độ nội chuNn C
3
H
6
Br
2
300 µg/L. Mỗi mẫu được tiến hành 3 lần thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm được trình bày
tại bảng 3.
Bảng 3: Ảnh hưởng của nhiệt độ cân bằng
Kết quả tính toán ANOVA: F
lýthuyết
(f
1
=4,f
2
=10,p=0,05) = 3,5; F
tính
(CHCl
3
) = 22,0,
∆
min
(CHCl
3
) = 0,04;F
tính
(CHCl
2
Br) = 6,7,∆
min
(CHCl
2
Br) = 0,14;F
tính
(CHClBr
2
) = 1,1,
∆
min
(CHClBr
2
) = 0,04; F
tính
(CHBr
3
) = 9,2, ∆
min
(CHBr
3
) = 0,02; (Với
∆
min
: độ lệch nhỏ
nhất lý thuyết )
Kết quả thí nghiệm và phân tích ANOVA cho thấy: Tỷ lệ diện tích các pic
THMs/nội chuNn phụ thuộc không đáng kể vào nhiệt độ cân bằng mẫu. Ngoại trừ CHCl
3
có sự khác biệt giữa mức 35
0
C với 50
0
C (có độ lệch thực tế lớn hơn độ lệch nhỏ nhất lý
thuyết); các mức còn lại của CHCl
3
và các chất còn lại không có sự khác biệt giữa các
mức (có độ lệch thực tế nhỏ hơn độ lệch nhỏ nhất theo lý thuyết). Mặc dù ở 35
0
C có tỷ
lệ diện tích pic CHCl
3
/pic nội chuNn lớn hơn một ít ở 50
0
C, nhưng chọn nhiệt độ cân
bằng 50
0
C để có RSD nhỏ nhất, đồng thời thuận lợi trong vận hành tủ ấm.
3.5. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian cân bằng
Ảnh hưởng của thời gian cân bằng mẫu đến tỷ lệ diện tích pic THMs/nội chuNn
được khảo sát tại các thời gian cân bằng mẫu 20, 30, 40, 50 phút, các điều kiện khác là
như nhau: Nhiệt độ ủ mẫu 120
0
C; thời gian ủ mẫu 30 phút; nhiệt độ cân bằng 50
0
C;
CHCl
3
CHCl
2
Br CHClBr
2
CHBr
3
t
0
C TLDT
S RSD
TLDT
S RSD
TLDT
S RSD
TLDT
S RSD
35 0,288 0,0081
2,8 1,312
0,0342
2,6 0,553
0,0146
2,6 0,088
0,0022
2,5
50 0,243 0,0064
2,6 1,204
0,0298
2,5 0,541
0,0070
1,3 0,095
0,0007
0,8
70 0,205 0,0174
8,5 1,055
0,0837
7,9 0,523
0,0370
7,1 0,101
0,0067
6,6
90 0,214 0,0144
6,7 1,060
0,0948
8,9 0,561
0,0558
9,9 0,120
0,0140
11,7
120
0,223 0,0110
4,9 1,064
0,1069
10,0
0,597
0,0728
12,2
0,137
0,0204
14,8