Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu xác định các hidrocacbon thơm nhóm BTEX bằng phương pháp phân tích động lực học kết hợp với vi chiết pha rắn màng kim rỗng và sắc kí khí

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------------

Đào Thu Giang

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC HIDROCACBON THƠM NHÓM BTEX BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC KẾT HỢP VỚI VI CHIẾT PHA RẮN MÀNG KIM RỖNG VÀ SẮC KÍ KHÍ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2011

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------------

Đào Thu Giang

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC HIDROCACBON THƠM NHÓM BTEX BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC KẾT HỢP VỚI VI CHIẾT PHA RẮN MÀNG KIM RỖNG VÀ SẮC KÍ KHÍ

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

Mã số: 60 44 27

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. TSKH. NGUYỄN ĐỨC HUỆ

Hà Nội – Năm 2011

MỤC LỤC

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

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................................... 3

1.1. GIỚI THIỆU NHÓM CHẤT HỮU CƠ BAY HƠI BTEX ...................................... 3

1.1.1 Cấu tạo và tính chất của các hợp chất hiđrocacbon thơm BTEX ........................... 3

1.1.2 Giới hạn cho phép của các hợp chất hiđrocacbon thơm nhóm BTEX trong nƣớc 4

1.2 ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP VI CHIẾT TRONG PHÂN TÍCH CÁC HỢP CHẤT

NHÓM BTEX.................................................................................................................. 5

1.2.1. Một số kỹ thuâ ̣t chuẩn bị mẫu hiê ̣n đa ̣i ................................................................. 6

1.3 PHƢƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC TRONG ĐỊNH LƢỢNG CÁC HỢP CHẤT

BAY HƠI BẰNG VI CHIẾT PHA RẮN KHÔNG GIAN HƠI ................................... 13

1.4. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SẮC KÍ KHÍ ........................................................ 17

1.4.1. Giới thiệu chung về phƣơng pháp sắc kí khí ....................................................... 17 1.4.2. Đetectơ ion hoá ngọn lửa ..................................................................................... 19

1.5. ĐÁNH GIÁ PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ......................................................... 21

1.5.1.Giới hạn phát hiện ................................................................................................ 21

1.5.2. Giới hạn định lƣợng ............................................................................................. 22

1.5.3. Khoảng tuyến tính ............................................................................................... 22

1.5.4. Độ nhạy................................................................................................................ 22

1.5.5. Độ đúng của phƣơng pháp phân tích ................................................................... 23

CHƢƠNG 2: THƢ̣C NGHIÊ ̣M .................................................................................... 25

2.1. HOÁ CHẤT VÀ THIẾT BỊ ................................................................................... 25

2.1.1. Hoá chất ............................................................................................................... 25

2.1.2. Thiết bị ................................................................................................................. 25

2.2. CHẾ TẠO THIẾT BỊ VI CHIẾT MÀNG KIM RỖNG PHỦ TRONG ................. 25

2.2.1. Bơm và kim tiêm trong vi chiết màng kim rỗng ................................................. 25 2.2.2. Pha tĩnh và dung dịch pha tĩnh ............................................................................ 25 2.2.3. Cách phủ pha tĩnh ................................................................................................ 26 2.2.4. Tính toán độ dày màng pha tĩnh .......................................................................... 26

2.3 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CỦA KIM .................................................. 26

2.3.1 Khảo sát thời gian giải hấp ................................................................................... 26

2.3.2 Khảo sát khả năng sử dụng của kim ..................................................................... 27

2.4. XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH CÁC HỢP CHẤT NHÓM BTEX

TRONG MẪU NƢỚC .................................................................................................. 28

2.4.1. Điều kiện phân tích sắc kí của các chất nhóm BTEX ......................................... 28

2.4.2. Xây dựng đƣờng chuẩn phân bố các chất nhóm BTEX trong KGH mẫu nƣớc .. 32

2.4.3. Xác định các hợp chất thơm nhóm BTEX trong một số mẫu nƣớc thật ............. 33 CHƢƠNG 3: KẾ T QUẢ VÀ THẢ O LUẬN ................................................................ 34

3.1. THIẾT BỊ VI CHIẾT MÀNG KIM RỖNG PHỦ TRONG ................................... 34

3.2. PHA TĨNH SỬ DỤNG TRONG THIẾT BỊ VI CHIẾT MÀNG KIM RỖNG PHỦ

TRONG ......................................................................................................................... 36

3.2.1. Nguyên tắc lựa chọn pha tĩnh phủ lên thành trong của kim tiêm rỗng ............... 36

3.2.2. Độ dày màng pha tĩnh phủ trong kim vi chiết ..................................................... 36

3.2.3. Tính toán độ dày màng phủ và quan sát trên kính hiển vi điện tử quét

(SEM) ........................................................................................................................... 37

3.3. KIM VI CHIẾT ...................................................................................................... 39

3.3.1. Thời gian giải hấp của kim vi chiết ..................................................................... 39

3.3.2. Khả năng sử dụng của kim vi chiết ..................................................................... 42

3.4. QÚA TRÌNH GIẢI HẤP CÁC CHẤT KHỎI MÀNG PHA TĨNH ....................... 43

3.5. PHÂN TÍCH CÁC HỢP CHẤT BTEX TRONG MẪU NƢỚC ........................... 44

3.5.1. Quy trình phân tích nhóm BTEX trong mẫu nƣớc .............................................. 44

3.5.2 Các thông số đánh giá phƣơng pháp phân tích các chất nhóm BTEX trong

mẫu nƣớc ....................................................................................................................... 48

3.5.3 Kết quả phân tích các chất nhóm BTEX trong một số mẫu nƣớc thật ................. 48

3.6. PHƢƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC- ƢU VÀ NHƢỢC ĐIỂM ........................... 50

3.7. SO SÁNH, ĐÁNH GIÁ CÁC THÔNG SỐ THỐNG KÊ PHÂN TÍCH

CỦA KĨ THUẬT CỦA MÌNH VỚI CÁC KĨ THUẬT TÁCH CHẤT KHÁC

TRONG SỰ PHÂN TÍCH CÁC CHẤT NHÓM BTEX TRONG MẪU NƢỚC ........ 51

KẾT LUẬN ................................................................................................................... 54

PHỤ LỤC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

BTEX: Benzen, Toluen, Etylbenzen, Xylen (m-Xylen)

BTNMT: Bộ tài nguyên môi trường

BYT: Bộ y tế

FID: Detector ion hóa ngọn lửa (Flame Ionization Detector)

GC: Sắc kí khí (Gas Chromatography)

HNF- ME: Vi chiết màng kim rỗng (Hollow Needle Film Microextraction)

HF-LPME: Vi chiết pha lỏng sợi rỗng (Hollow Fiber Liquid Phase

Microextraction)

HPLC: Sắc kí lỏng hiệu năng cao (High Performance Liquid Chromatography)

HS: Không gian hơi (Headspace)

LOD: Giới hạn phát hiện (Limit of Detection)

LOQ: Giới hạn định lượng (Limit of Quantitation)

LPME: Vi chiết pha lỏng (Liquid Phase Microextraction)

QCVN: Quy chuẩn Việt Nam

KGH: Không gian hơi

SPME: Vi chiết pha rắn (Solid Phase Microextraction)

SPE-DI : Chiết pha rắn bơm trực tiếp (Solid Phase Extraction Direct

Injection)

SEM: Kính hiển vi điện tử quét (Scan Electronic Microscopy)

VOC: Hợp chất hữu cơ bay hơi (Volatile Organic Compounds)

DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN

Bảng 1.1: Công thức và một số tính chất của các chất nhóm BTEX

Bảng 1.2: Quy chuẩn Việt Nam về chất lượng nước ăn uống với các chất nhóm BTEX

(QCVN 01-2009/BYT)

Bảng 1.3: Quy chuẩn Việt Nam về phát thải của các chất nhóm BTEX (QCVN 07:

2009/BTNMT)

Bảng 2.1: Khảo sát thời gian giải hấp khi vi chiết các chất nhóm BTEX trong KGH

mẫu nước

Bảng 2.2: Khảo sát số lần tái sử dụng của thiết bị

Bảng 2.3: Thời gian lưu chuẩn

Bảng 2.4: Kết quả xây dựng đường chuẩn dùng bơm tiêm Hamilton với các chất

nhóm BTEX

Bảng 2.5: Kết quả xây dựng đường chuẩn phân bố khi vi chiết các chất nhóm BTEX

trong KGH mẫu nước

Bảng 3.1: Tính toán độ dày màng phủ lên thành trong của kim tiêm rỗng

Bảng 3.2: Kết quả xác định các thông số đánh giá phương pháp phân tích các chất

nhóm BTEX trong mẫu nước

Bảng 3.3: Kết quả xác định các chất nhóm BTEX trong một số mẫu nước thật

Bảng 3.4: Kết quả so sánh các phương pháp phân tích các chất nhóm BTEX trong

mẫu nước

Hình 1.1: Mô hình kĩ thuật không gian hơi trực tiếp

Hình 1.2: Mô hình cấu tạo của bơm kim vi chiết pha rắn

Hình 1.3: Sơ đồ khối thiết bị sắc kí khí

Hình 1.4: Sơ đồ cấu tạo của đetectơ ion hoá ngọn lửa

Hình 2.1: Sắc kí đồ hỗn hợp các chất nhóm BTEX

Hình 2.2: Phương trình đường chuẩn halmiton của benzen

Hình 2.3: Đường chuẩn halmiton của toluen

Hình 2.4: Đường chuẩn halmiton của etylbenzen

Hình 2.5: Đường chuẩn halmiton của m-xilen

Hình 3.1: Quá trình hấp phụ của chất phân tích lên màng pha tĩnh kim vi chiết

Hình 3.2 : Thiết bị vi chiết màng kim rỗng phủ trong

Hình 3.3: Sơ đồ mặt cắt ngang kim vi chiết

Hình 3.4 : Kết quả chụp đo chiều dày màng phim pha tĩnh

Hình 3.5: Khảo sát thời gian giải hấp của kim vi chiết

Hình 3.6: Sắc kí đồ của các chất BTEX tại thời gian giải hấp 3s

Hình 3.7: Sắc kí đồ của các chất BTEX tại thời gian giải hấp 5s

Hình 3.8: Sắc kí đồ của các chất BTEX tại thời gian giải hấp 15s

Hình 3.9: Khảo sát khả năng sử dụng của kim vi chiết

Hình 3.10: Quy trình phân tích các hợp chất nhóm BTEX trong không gian hơi mẫu

nước

Hình 3.11: Đường chuẩn phân bố của benzene trong mẫu nước

Hình 3.12: Đường chuẩn phân bố của toluen trong mẫu nước

Hình 3.13: Đường chuẩn phân bố của etylbenzen trong mẫu nước.

Hình 3.14: Đường chuẩn phân bố của m-xilen trong mẫu nước.

Hình 3.15: Sắc kí đồ mẫu thực tế BTEX-1

DANH MỤC PHỤ LỤC Phụ lục 1: Sắc kí đồ của mẫu thực tế BTEX-2

Phụ lục 2: Sắc kí đồ của mẫu thực tế BTEX-4

Phụ lục 3: Sắc kí đồ của mẫu thực tế BTEX-5

Phụ lục 4: Sắc kí đồ của mẫu thực tế BTEX-6

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

MỞ ĐẦU

Ngày nay, nhờ áp dụng triệt Ďể khoa học kĩ thuật nhằm cải tạo thiên nhiên, tìm

kiếm nguồn tài nguyên, con người ngày càng chế tạo Ďược nhiều sản phẩm phục vụ

cho Ďời sống của mình. Tuy nhiên cùng với những thành tựu to lớn Ďạt Ďược trong sản

xuất và Ďời sống Ďó cũng kéo theo những Ďe dọa nghiêm trọng tới Ďời sống con người.

Vì vậy, việc Ďánh giá, tìm ra những biện pháp gìn giữ và bảo vệ môi trường sống ngày

càng trở nên cấp bách Ďối với các quốc gia trên thế giới.

Trong các ngành công nghiệp, Ďặc biệt là công nghiệp hóa học thì nước thải và

khí thải của các nhà máy, xí nghiệp, các cơ sở sản xuất, dịch vụ có ảnh hưởng rõ rệt tới

chất lượng nước ngầm, nước mặt và môi trường khí xung quanh chúng ta. Các thành

phần chủ yếu của nguồn thải Ďó là các hợp chất hữu cơ dễ bị phân hủy, các hợp chất

hữu cơ bền vững, các chất rắn, kim loại nặng, các vi sinh vật gây hại…

Thực trạng trình Ďộ xử lí môi trường của nước ta hiện nay còn rất nhiều vấn Ďề

bất cập, Ďiển hình như các vụ gây ô nhiễm nghiêm trọng do các nhà máy lớn như

Miwon, Vedan tạo ra trong nhiều năm nay nhưng bây giờ mới Ďược phát hiện. Điều

này gây ảnh hưởng lớn Ďối với hệ sinh thái cũng như sức khỏe con người.

Trong vài thập niên gần Ďây, các nhà khoa học Ďã có nhiều nghiên cứu Ďể xác

Ďịnh thành phần Ďịnh tính và Ďịnh lượng các chất thải công nghiệp ra môi trường nước

và không khí nhằm phục vụ cho công tác xử lí và bảo vệ môi trường. Một trong những

nhóm hợp chất Ďược quan tâm nhiều Ďó là các hidrocacbon thơm BTEX. Đây là những

hợp chất Ďược sử dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp khác nhau như sản xuất sơn,

giầy da, dệt vải, thuốc bảo vệ thực vật, công nghiệp hoá chất… Sự có mặt của nhóm

chất này trong môi trường nước hay không khí cũng gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới

sức khỏe con người, ảnh hưởng tới môi trường thủy sinh. Do Ďó, việc thiết lập một quy

trình phân tích hàm lượng các hợp chất nhóm BTEX trong môi trường phù hợp với

những Ďiều kiện phòng thí nghiệm hiện có, thỏa mãn Ďộ chính xác, nhanh và rẻ là hết

sức cần thiết.

Xuất phát từ những yêu cầu trong thực tế, chúng tôi Ďã tiến hành “Nghiên cứu

xác Ďịnh các hidrocacbon thơm nhóm BTEX bằng phương pháp phân tích Ďộng lực

học kết hợp với vi chiết pha rắn màng kim rỗng và sắc kí khí” với mục tiêu Ďặt ra như

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

- Xây dựng Ďược phương pháp phân tích có Ďộ chính xác và tin cậy Ďể xác

Ďịnh nhóm BTEX trong môi trường nước.

- Phương pháp mới phải có tính khả thi, dễ áp dụng và có tính ưu việt hơn các

phương pháp sử dụng trước Ďây.

- Áp dụng quy trình Ďã Ďược nghiên cứu trong việc Ďánh giá hàm lượng các

hidrocacbon thơm nhóm BTEX trong nước thải tại một số Ďịa bàn trên thành phố Hà

nội.

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. GIỚI THIỆU NHÓM CHẤT HỮU CƠ BAY HƠI BTEX

1.1.1 Cấu tạo và tính chất của các hợp chất hiđrocacbon thơm BTEX

Bảng 1.1: Công thức và một số tính chất của các chất nhóm BTEX [9, 16].

STT Benzen Toluen Etylbenzen m-Xilen

1 C6H6 C6H5CH3 C6H5C2H5 m-CH3C6H4CH3

3 87,12 92,15 106,17 106,17

4 80,1 110,6 136,2 139,1

5 5,5 -95 -95 -47,9

6 0,876520/4 0,866920/4 0,867020/4 0,864220/4

7 3,0 2,3 - 2,4

8 - Không Không

9 -

10 Không 0,225 (250C) 0,224 (250C) 0,232-0,248 (250C) Là hợp chất không mầu, ở Ďiều kiện bình thường tồn tại dạng thể lỏng, dễ cháy, có mùi Ďặc trưng của hiĎrocacbon thơm, tan trong ancol, clorofom, ete, cacbonĎisunfua, axeton...

Đặc tính Công thức phân tử Khối lượng phân tử (gam/mol) Điểm sôi (0C) ở 760mmHg Điểm nóng chảy (0C) Tỷ trọng (g/cm3) Độ phân cực Tính trộn lẫn với nước Hệ số K’H Một số tính chất chung của các chất nhóm BTEX Ghi chú: “-”: không có số liệu

* Ứng dụng và nguồn phát thải các hợp chất hiđrocacbon thơm nhóm BTEX

Dung môi hữu cơ nói chung và các hiĎrocacbon thơm nhóm BTEX nói riêng Ďược sử

dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp khác nhau như sản xuất sơn, giầy da, dệt vải,

thuốc bảo vệ thực vật, công nghiệp hoá chất… Chúng Ďược dùng như một loại dung

môi pha chế thường xuyên nhằm phân tán hoàn toàn các hoá chất tác nhân chính và do

Ďó chúng thường Ďược dùng với hàm lượng rất lớn. Trong quá trình sản xuất cũng như

sử dụng các sản phẩm có sử dụng dung môi, sự phát tán vào môi trường sống như

nước, không khí, Ďất là không thể tránh khỏi. Khi Ďó con người cũng như các loại

Ďộng vật nói chung tiếp xúc và hấp thụ chúng vào cơ thể bằng nhiều con Ďường khác

nhau như hô hấp, ăn uống, qua da trong thời gian liên tục hoặc cục bộ.

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật, các Ďộng cơ Ďốt trong sử dụng

nhiên liệu xăng dầu cũng là nguồn phát thải mạnh mẽ các hiĎrocacbon thơm nhóm

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

BTEX vào môi trường sống. Do quá trình Ďốt cháy trong các Ďộng cơ là không hoàn

toàn và bộ phận xử lí khí thải ra hoạt Ďộng không hiệu quả. Ngay trong thành phần của

xăng, dầu cũng chứa một hàm lượng hiĎrocacbon thơm nhóm BTEX nhất Ďịnh. Trong

quá trình khai thác, vận chuyển và sử dụng, một lượng không nhỏ xăng dầu phân tán

dễ dàng vào môi trường do chúng là các hoá chất rất dễ bay hơi.

* Một số tác hại của các hợp chất nhóm hiđrocacbon thơm BTEX đối với sức khoẻ

con người

Các chất nhóm BTEX Ďặc biệt là benzen, toluen, etylbenzen và xilen xâm nhập vào

cơ thể con người chủ yếu thông qua con Ďường hô hấp. Tác hại của các chất này là làm

suy yếu hệ thần kinh trung ương, kích ứng da và các màng nhầy, làm hoại tuỷ xương

mạnh và là chất gây ra bệnh bạch cầu. Giống như nhiều chất gây ung thư khác, không

có mức tiếp xúc nào an toàn về mặt lí thuyết cho các chất nhóm BTEX, vì vậy sự tiếp

xúc với chúng nên giữ ở mức thấp nhất.

1.1.2 Giới hạn cho phép của các hợp chất hiđrocacbon thơm nhóm BTEX trong

nƣớc

Bảng 1.2: Quy chuẩn Việt Nam về chất lượng nước ăn uống với các chất nhóm BTEX

(QCVN 01-2009/BYT)

Benzen 10 Toluen 700 Etylbenzen Xilen 300 500

B C C C

Chất Nồng Ďộ tối Ďa cho phép (10- 6g/lít) Mức Ďộ giám sát

A- Xét nghiệm ít nhất 01 lần/01 tuần do cơ sở cấp nước thực hiện

B- Xét nghiệm ít nhất 01 lần/06 tháng do cơ sở cấp nước thực hiện

C- Xét nghiệm ít nhất 01 lần/02 năm do cơ sở cung cấp nước thực hiện

Bảng 1.3: Quy chuẩn Việt Nam về phát thải của các chất nhóm BTEX (QCVN 07:

2009/BTNMT)

Benzen Toluen Etylbenzen Xilen 10 0,5 20.000 8.000 1.000 20.000 1.000 400 Chất Hàm lượng tuyệt Ďối cơ sở, H (ppm) Nồng Ďộ ngâm chiết, Ctc (mg/l)

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

+ Hàm lượng tuyệt Ďối là hàm lượng phần trăm (%) hoặc phần triệu (ppm), của một

thành phần nguy hại trong chất thải. Ngưỡng hàm lượng tuyệt Ďối (Htc) là ngưỡng chất

thải nguy hại tính theo hàm lượng tuyệt Ďối

+ Nồng Ďộ ngâm chiết là nồng Ďộ (mg/l) của một thành phần nguy hại trong dung dịch

sau khi ngâm chiết, Ďược thôi ra từ chất thải khi tiến hành chuẩn bị mẫu bằng phương

pháp ngâm chiết. Ngưỡng nồng Ďộ ngâm chiết (Ctc), là ngưỡng chất thải nguy hại tính

theo hàm lượng ngâm chiết [7, 8].

Tóm lại, sự ô nhiễm của các dung môi nói chung và các hợp chất nhóm BTEX

nói riêng là hình thức khó nhận thấy nhưng lại có ở nhiều nơi và gây những tác hại

Ďáng kể Ďến môi trường sống của nhiều loài sinh vật cũng như con người. Vì vậy, cần

có những biện pháp hữu hiệu Ďể hạn chế sự có mặt của chúng trong môi trường.

1.2 ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP VI CHIẾT TRONG PHÂN TÍCH CÁC

HỢP CHẤT NHÓM BTEX

Việc xác Ďịnh các hợp chất hữu cơ nhóm BTEX trong môi trường và trong các

mẫu sinh học là một thách thức lớn Ďối với các nhà phân tích do:

- Các hợp chất nhóm BTEX có khả năng bay hơi cao

- Nồng Ďộ các hợp chất BTEX trong môi trường thường nhỏ, khó phát hiện

- Thành phần mẫu thường phức tạp

Hiện nay, chỉ có phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại ( UV- DOAS) Ďược sử dụng

phân tích các hợp chất VOC mà không cần giai Ďoạn chuẩn bị mẫu, tuy nhiên nó chỉ

có thể phù hợp với một số hợp chất nhất Ďịnh, khả năng áp dụng với nhiều Ďối tượng

còn hạn chế. Việc cô Ďặc, tập trung mẫu có thể tiến hành ngay khi lấy mẫu thực tế

hoặc tại phòng thí nghiệm tùy theo từng phương pháp.

Trong các phương pháp phân tích nói chung và phân tích sắc kí nói riêng, việc lựa

chọn, sử dụng kĩ thuật chuẩn bị mẫu phù hợp là một trong những bước tiến hành quan

trọng có ảnh hưởng trực tiếp Ďến kết quả phân tích. Các kĩ thuật chuẩn bị mẫu ngày

nay càng quan tâm Ďến các yếu tố như thao tác Ďơn giản, giảm thời gian chuẩn bị mẫu,

hạn chế sử dụng lượng lớn dung môi Ďộc hại, tiết kiệm Ďược vật tư, giảm lượng mẫu

cần dùng và giảm chi phí… Tuy nhiên, các kĩ thuật này vẫn phải Ďáp ứng Ďược các

yêu cầu chung là có Ďộ chính xác cao, Ďộ lặp lại tốt, khả năng chọn lọc cao và kết hợp

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

với các công cụ phân tích như sắc kí khí Ďể có Ďược giới hạn phát hiện phù hợp theo

các tiêu chuẩn, chỉ tiêu cho phép trong từng trường hợp cụ thể. Việc chuẩn bị mẫu

càng có ý nghĩa quan trọng nghiêm ngặt hơn cho các thiết bị phân tích có Ďộ chính xác

cao và giới hạn phát hiện thấp như phương pháp phân tích sắc kí [17, 25, 35, 46, 52,

53].

Ngay từ khi phương pháp phân tích sắc kí ra Ďời Ďã có nhiều kĩ thuật chuẩn bị

mẫu không ngừng Ďược nghiên cứu, phát triển và ứng dụng như kĩ thuật lấy mẫu trực

tiếp, không gian hơi, chiết pha lỏng, chiết pha rắn… Từ Ďầu thập kỉ chín mươi của thế

kỉ trước, kĩ thuật vi chiết Ďã bắt Ďầu Ďược quan tâm, nghiên cứu, áp dụng cho phân tích

sắc kí tại nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới [4, 18, 37, 43]. Tuỳ theo cách thức thực

hiện chiết tách và bản chất của pha tĩnh mà chia thành vi chiết pha rắn và vi chiết pha

lỏng. Nhằm Ďóng góp cho sự phát triển hoàn thiện kĩ thuật vi chiết nói chung, kĩ thuật

vi chiết màng kim rỗng (Hollow Needle Film Microextraction: HNF-ME) Ďã Ďược

quan tâm nghiên cứu và ứng dụng trên thiết bị sắc kí khí nhằm xây dựng quy trình

phân tích một số nhóm hợp chất hữu cơ bay hơi.

1.2.1. Một số kỹ thuâ ̣t chuẩn bị mẫu hiê ̣n đa ̣i

* Kĩ thuật không gian hơi trực tiếp

Không gian hơi (headspace: HS) là một kỹ thuật chuẩn bị mẫu cho phân tích

sắc kí rất Ďơn giản và hiệu quả. Nguyên tắc của kĩ thuật này là dựa vào khả năng dễ

bay hơi của các chất cần phân tích trong mẫu mẹ ban Ďầu. Hiệu quả của quá trình bay

hơi Ďược tăng lên bằng việc gia nhiệt, thêm muối, thay Ďổi pH cho mẫu hoặc giảm áp

trên phần KGH mẫu.

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Cách thức tiến hành (hình 1.1): Một lượng mẫu vừa Ďủ (có thể là lỏng hoặc rắn) Ďược

cho vào lọ có nắp kín. Tiến hành gia nhiệt Ďể cho cân bằng lỏng-hơi hoặc rắn-hơi của

các chất Ďược thiết lập, sau Ďó dùng kim tiêm lấy phần không gian hơi trên mẫu bơm

trực tiếp vào cổng bơm mẫu injectơ của máy sắc kí khí Ďể tiến hành phân tích. Ưu

Ďiểm của phương pháp là lượng mẫu sử dụng ít (cỡ vài ml), thao tác Ďơn giản, thời

gian chuẩn bị mẫu nhanh, không cần dùng dung môi chiết và cột tách như các phương

Cân bằng lỏng-hơi

Nút kín

pháp cổ Ďiển. Tuy nhiên hạn chế của kĩ thuật này là chỉ áp dụng tốt cho các hợp chất

GC

Chuẩn bị mẫu

Gia nhiệt

Hình 1.1: Mô hình kĩ thuật không gian hơi trực tiếp

có nhiệt Ďộ bay hơi thấp và tính chọn lọc không cao khi trong mẫu có nhiều chất Ďều

có khả năng bay hơi [1].

* Kĩ thuật vi chiết pha rắ n thườ ng (sử dụng sợi chiết)

Kĩ thuật vi chiết pha rắn (solid-phase microextraction: SPME) lần Ďầu tiên

Ďược Ďề xuất tại trường Ďại học Waterloo (Ontrio, Canada), khoảng những năm 1990

[15, 31, 38]. Đây là một phương pháp lấy mẫu hiện Ďại Ďể tách và làm giàu các hợp

chất hữu cơ từ nền mẫu mà không cần sử dụng Ďến dung môi. Nguyên tắc của phương

pháp là dựa trên sự hấp thu của các chất hữu cơ cần phân tích từ pha lỏng hoặc pha khí

lên trên sợi chiết (màng pha tĩnh phủ trên sợi nhỏ). Sau Ďó chất phân tích sẽ Ďược giải

hấp bởi nhiệt ra khỏi sợi chiết tại injectơ của máy sắc kí khí Ďể Ďưa vào cột tách và xác

Ďịnh bởi các Ďetectơ khác nhau. Mô hình cấu tạo của thiết bị SPME Ďược trình bày như

trong hình 1.2:

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Dụng cụ này bao gồm hai phần: sợi chiết và các bộ phận phụ trợ Ďược bố trí

Hình 1.2: Mô hình cấu tạo của bơm kim vi chiết pha rắn

theo kiểu xilanh. Sợi chiết ở Ďây là một Ďoạn sợi silica (sợi thủy tinh quang học) dài

khoảng 1cm, Ďường kính ngoài cỡ 0,11 mm, Ďược phủ một lớp pha tĩnh polime kị

nước. Lớp pha tĩnh polime thường là poliĎimetylsiloxan (PDMS),

polimetylphenylsiloxan (PMPS), polimetylacrilat (PA), polietilenglycol, hay có thể

trộn thêm với các chất hấp phụ khác như nhựa ĎivinylĎiclometan, nhựa chịu nhiệt

hoặc than xốp tuỳ theo từng Ďối tượng chất nghiên cứu. Sợi chiết Ďược gắn với một

cần kim loại, tất cả Ďược Ďặt trong một ống kim loại bảo vệ. Cần kim loại sau Ďó Ďược

gắn với pittông Ďặt trong xilanh. Trên thế giới hiện Ďã có những dụng cụ thương mại

và sợi phủ pha tĩnh có thể tái sử dụng nhiều lần.

Kĩ thuật SPME gồm hai bước: (1) phân bố chất phân tích giữa mẫu và pha tĩnh

trên sợi cáp quang, (2) chất phân tích Ďã Ďược làm giàu Ďược giải hấp từ pha tĩnh trên

sợi thủy tinh quang học (cáp quang) vào thiết bị phân tích. Để thực hiện quá trình

chiết, mẫu lỏng hoặc mẫu rắn chứa chất hữu cơ dễ bay hơi cần phân tích Ďược chứa

trong lọ, Ďậy kín bằng nắp cao su có khả năng Ďàn hồi. Kim chứa sợi chiết và pha tĩnh

Ďược xuyên qua nút cao su của lọ Ďựng mẫu, sợi chiết tiếp xúc với chất phân tích trực

tiếp trong dung dịch hoặc trong không gian hơi, nhờ Ďó có thể hấp thu chất phân tích

lên trên sợi. Chất phân tích Ďược hấp thu lên lớp pha tĩnh nhờ ái lực của nó Ďối với pha

tĩnh, Ďể yên cho hấp thu Ďạt cân bằng trong một thời gian nhất Ďịnh. Khi Ďã Ďạt tới cân

bằng thì cho dù có tiếp tục kéo dài thời gian chiết cũng không làm tăng hiệu quả chiết

nữa. Sau Ďó, sợi chiết Ďược kéo vào trong lòng ống bảo vệ, rồi rút ra khỏi ống Ďựng

mẫu, và Ďưa vào thiết bị GC hoặc HPLC tuỳ theo nhóm chất cần phân tích. Tại Ďó các

chất Ďược giải hấp bởi nhiệt (Ďối với GC) hoặc bởi dung môi pha Ďộng (Ďối với HPLC)

Ďể Ďi vào cột tách sắc kí và Ďược ghi nhận bởi các loại Ďetectơ khác nhau.

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Trong kĩ thuật tách chất SPME, chất phân tích không Ďược chiết hoàn toàn khỏi

nền mẫu [29, 39, 45]. Phương pháp này có các ưu Ďiểm so với các phương pháp truyền

thống là mẫu Ďi nhanh, trực tiếp vào sợi tách và không tốn kém dung môi [3, 10,18].

So với phương pháp chiết thì phần lớn chất phân tích Ďược tách ra (>90%) nhưng chỉ

1-2% Ďược bơm vào máy sắc kí, còn phương pháp SPME tuy tách Ďược lượng nhỏ

chất phân tích (khoảng 1-10%) nhưng toàn bộ chúng Ďược Ďưa vào máy sắc kí. Tuy

nhiên trên thực tế Ďiều Ďáng lưu ý là sợi vi chiết rất dễ bị bẻ cong và màng pha tĩnh

phủ trên nó có thể bị biến dạng do va chạm với thành của kim tiêm nên cần phải hết

sức cẩn thận khi tiến hành phân tích mẫu.

Quá trình hấp phụ của chất phân tích lên trên màng phim pha tĩnh Ďã Ďược

Louch và cộng sự nghiên cứu [32]. Theo tác giả thì mọi trường hợp vi chiết pha rắn

không phải là sự tách chiết triệt Ďể chất tan từ mẫu vào màng phim pha tĩnh, bởi vì tại

Ďó chỉ có một Ďĩa lí thuyết hoặc một bậc hấp phụ. Ngoài ra cân bằng còn Ďược thiết lập

giữa nồng Ďộ chất phân tích trong mẫu và nồng Ďộ chất phân tích Ďược hấp phụ trên

pha tĩnh [10, 20, 21]. Có thể Ďạt Ďược hiệu suất chiết cao nếu tiến hành trong những

Ďiều kiện phù hợp, khi thể tích mẫu nhỏ và ái lực của chất cần phân tích với pha tĩnh

(1.2.1)

Kfs lớn. Lượng chất phân tích Ďược hấp phụ trên pha tĩnh tại thời Ďiểm cân bằng là:

Trong Ďó: Vf: thể tích của pha tĩnh.

Vs: thể tích mẫu.

Co: nồng Ďộ ban Ďầu của chất phân tích ở trong mẫu.

Kfs: hệ số phân bố của chất phân tích giữa pha tĩnh và mẫu.

Phương trình (1.2.1) cho ta thấy có mối liên quan trực tiếp giữa nồng Ďộ ban

Ďầu của chất phân tích trong mẫu với lượng chất chiết Ďược trên pha tĩnh mặc dù có

nhiều yếu tố ảnh hưởng Ďến hiệu quả chiết như ái lực của pha tĩnh Ďối với chất cần

phân tích, thể tích mẫu, nhiệt Ďộ, pH, lượng muối..

Theo thuyết hấp phụ Langmuir, phương trình (1.2.2) sau có thể dùng Ďể mô tả

quá trình vi chiết pha rắn:

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

(1.2.2)

Với n: lượng chất phân tích hấp phụ bởi lớp pha tĩnh polime tại thời Ďiểm cân

bằng.

: nồng Ďộ của chất phân tích A trên sợi tại trạng thái cân bằng.

KA: hệ số hấp phụ cân bằng của chất A.

COA: nồng Ďộ ban Ďầu của chất A trong mẫu phân tích.

Vs, Vf: tương ứng là thể tích mẫu và thể tích sợi chiết.

Cf max: nồng Ďộ của các vị trí hoạt Ďộng trên bề mặt pha tĩnh (tương ứng

với nồng Ďộ chất phân tích thu Ďược lớn nhất trên bề mặt).

Dạng của phương trình (1.2.2) gần tương tự như phương trình (1.2.1). Sự khác

nhau cơ bản giữa hai phương trình là sự có mặt của hai Ďại lượng và Cf max. Ở tử số

và mẫu số của phương trình (1.2.2) (cần lưu ý sự khác nhau của KA và Kfs: KA là hằng

số cân bằng hấp phụ còn Kfs là hệ số phân bố). Khi lượng chất chiết Ďược trên sợi rất

. Để Ďạt Ďược Ďiều này thì nồng Ďộ của chất phân nhỏ, ta có thể cho rằng Cf max >>

tích trong mẫu hoặc ái lực của nó với pha tĩnh phải nhỏ. Nếu như các yếu tố trên Ďều

thoả mãn thì ta có thể quan sát Ďược sự phụ thuộc tuyến tính. Tuy nhiên khi lượng chất

phân tích trên sợi là không Ďáng kể so với tổng các vị trí hoạt Ďộng trên sợi thì lại

không có sự phụ thuộc tuyến tính.

Sợi vi chiết có thể Ďưa vào trong các mẫu rắn, lỏng, khí theo nhiều cách khác

nhau:

- Ngâm trực tiếp sợi vào trong mẫu (với mẫu lỏng hoặc mẫu khí).

- Chiết phần không gian hơi trên mẫu rắn hoặc mẫu lỏng.

- Nếu như mẫu quá bẩn (Ďặc biệt là với mẫu lỏng): Ďưa sợi vi chiết Ďược bảo vệ

bởi một lớp màng bằng hợp chất cao phân tử.

Từ các cách tiến hành SPME khác nhau có thể có sự khác nhau khi so sánh

phương trình về lượng mẫu chiết ra. Nếu thể tích mẫu chiết lớn, ví dụ như với mẫu khí

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

hoặc mẫu nước sông hồ hoặc hằng số Kfs nhỏ (ái lực của pha tĩnh với chất phân tích

nhỏ) thì giá trị Vs trong phương trình (1.2.1) lớn hơn rất nhiều so với KfsVf nên có thể

bỏ qua giá trị này. Do Ďó có thể biểu diễn lượng mẫu Ďược hấp phụ trên sợi vi chiết

như sau:

(1.2.3)

Với n là lượng chất chiết Ďược tại thời Ďiểm cân bằng giữa hai pha, không phụ

thuộc vào thể tích mẫu. Điều này có nghĩa rằng việc lựa chọn thể tích mẫu khi lấy mẫu

là không cần thiết nữa và có thể Ďưa trực tiếp sợi vi chiết vào môi trường mẫu. Lượng

mẫu chiết là không Ďáng kể so với tổng lượng chất có mặt trong một thể tích mẫu lớn.

Khi quá trình chiết Ďược tiến hành trong một thể tích mẫu xác Ďịnh thì phương

trình (1.2.3) có dạng:

(1.2.4)

Vs: thể tích mẫu phân tích.

Quá trình cân bằng là sự thay Ďổi của tỉ số phân bố, Ďó là liên hệ giữa lượng

chất Ďược pha tĩnh hấp phụ chia cho lượng chất trong pha lỏng. Ta thấy rằng trong cả

hai phương trình (1.2.3) và (1.2.4) thì lượng chất Ďược hấp phụ trên pha tĩnh tỉ lệ với

nồng Ďộ ban Ďầu của chất phân tích trong dung dịch. Tuy nhiên trong phương trình

(1.2.4) có thêm Ďại lượng KfsVf ở mẫu số làm giảm lượng chất Ďược hấp phụ. Ta xét

các trường hợp sau:

+) Khi KfsVf << Vs thì ta có thể bỏ qua Ďại lượng KfsVf ở mẫu số, phương trình

(1.2.4) trở về (1.2.3).

+) Khi KfsVf >> Vs thì ta có thể bỏ qua Ďại lượng Vs ở mẫu số, lúc Ďó phương

trình (1.2.4) có dạng:

(1.2.5)

Theo tác giả Berg Fohn R. [13] thì nhiều hợp chất có thể Ďược chiết ra khỏi dung dịch

bằng phương pháp này, nhưng ở trạng thái cân bằng thì không phải chất phân tích

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Ďược chiết hoàn toàn ra khỏi dung dịch mẫu, mà chỉ có khoảng từ 2 – 20% lượng chất

phân tích Ďược chiết ra khỏi mẫu. Vì vậy Ďể phân tích Ďịnh lượng theo phương pháp

này thì các chất chuẩn và các mẫu thực phải Ďược phân tích trong cùng một Ďiều kiện.

* Kĩ thuật vi chiết pha rắn màng kim rỗng phủ trong (HNF-ME)

Nguyên tắc của kĩ thuật vi chiết màng kim rỗng phủ trong là sự cải tiến của kĩ

thuật vi chiết pha rắn thường (sử dụng sợi cáp quang hoặc kim loại phủ pha tĩnh). Quá

trình vi chiết dựa vào cân bằng phân bố của các cấu tử chất từ môi trường chứa chất

phân tích lên một màng pha tĩnh mỏng, Ďã Ďược phủ lên thành bên trong của một kim

tiêm bằng hợp kim có Ďường kính nhỏ (cỡ 0,2-0,8mm). Pha tĩnh thường là các hợp

chất cao phân tử có tính chất hoá, lí ổn Ďịnh, Ďặc biệt là bền nhiệt. Trong kĩ thuật HNF-

ME, việc lựa chọn pha tĩnh, Ďộ dày màng phủ cũng như cách thức tạo màng phủ chính

là những yếu tố có thể mang lại hiệu quả ưu việt cao hơn cho phương pháp tách chất.

So với kĩ thuật vi chiết pha rắn thường, sự cải tiến này nhằm khắc phục Ďược một số

nhược Ďiểm: lượng pha tĩnh phủ lên sợi nhỏ là có giới hạn, gặp khó khăn khi phân tích

trực tiếp với mẫu khí và Ďộ bền của thiết bị kém do sợi nhỏ dễ gẫy, màng pha tĩnh phủ

dễ bị hỏng [3, 14, 26, 36, 38].

Màng pha tĩnh Ďược phủ lên thành bên trong của một kim tiêm rỗng với một Ďộ

dày nhất Ďịnh. Đưa kim tiêm vi chiết vào môi trường chứa mẫu có thể là khí, lỏng hoặc

KGH mẫu lỏng, KGH mẫu rắn... Thực hiện kéo, Ďẩy pittông Ďể cho một phần lượng

mẫu liên tục Ďược tiếp xúc với màng pha tĩnh. Với mỗi chu kì tiếp xúc như vậy, nhờ

Ďồng thời quá trình hấp phụ và hấp thụ (gọi chung là hấp thu) của các chất lên màng pha

tĩnh cho Ďến khi Ďạt trạng thái cân bằng Ďộng học. Sau Ďó, toàn bộ lượng chất vi chiết

Ďược trên màng pha tĩnh Ďược Ďưa vào cổng bơm mẫu injectơ của máy sắc kí khí. Nhờ

dòng khí mang nóng, các chất Ďược giải hấp bởi nhiệt khỏi màng pha tĩnh và Ďi vào cột

tách sắc kí. Kim tiêm vi chiết Ďưa ra khỏi cổng bơm mẫu injectơ và có thể tái sử dụng

[24, 34, 48].

Kết hợp với phương pháp vi chiết pha rắn sử dụng sợi chiết, phương pháp Ďộng

lực học cũng Ďược áp dụng dựa trên các quy tắc chuyển khối giữa các pha lỏng, pha

hơi và màng phim polime Ďể Ďịnh lượng các hợp chất BTEX.

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

1.3 PHƢƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC TRONG ĐỊNH LƢỢNG CÁC HỢP

CHẤT BAY HƠI BẰNG VI CHIẾT PHA RẮN KHÔNG GIAN HƠI [28 ]

Áp dụng phương pháp Ďộng lực học trong quá trình SPME không gian hơi tập

trung vào sự chuyển khối giữa hai pha, pha lỏng/ pha hơi và pha hơi/ polime SPME. Tỉ

số- bước quyết Ďịnh của quá trình SPME có thể là quá trình bay hơi chất phân tích từ

pha lỏng thành pha hơi hoặc khuếch tán chất phân tích từ bề mặt polime SPME vào

các lớp trong của nó. Sự chuyển khối trong pha hơi diễn ra rất nhanh. Phương pháp

toán học cho thấy có sự tương quan giữa lượng chất phân tích chiết Ďược và nồng Ďộ

ban Ďầu trong pha lỏng. Một mối quan hệ tuyến tính tồn tại giữa chúng trong tất cả các

SPME không gian hơi, và mối quan hệ này cho thấy có thể Ďịnh lượng SPME trước

khi Ďạt tới cân bằng với Ďiều kiện SPME và thời gian lấy mẫu là không thay Ďổi. Dữ

liệu thời gian chiết thực tế phù hợp với dự Ďoán lí thuyết. Đồ thị biểu diễn quan hệ

giữa lượng chiết Ďược và nồng Ďộ ban Ďầu là một Ďường thẳng với thời gian lấy mẫu

ngắn hơn thời gian cần thiết Ďạt tới cân bằng.

Ba pha tồn tại trong quá trình SPME không gian hơi: pha lỏng, pha hơi và màng

polime SPME. Theo lí thuyết về quá trình Ďộng lực học Ďược nghiên cứu bởi

Pawliszyn và cộng sự, quá trình chuyển khối của một chất phân tích từ pha lỏng sang

không gian hơi của nó và trong màng polime SPME Ďược mô tả bởi một phương trình

khuếch tán duy nhất.

Trong nghiên cứu trước Ďây, một mô hình Ďộng lực học Ďã Ďược sử dụng cho

quá trình vi chiết pha rắn trong một hệ thống hai pha (nền mẫu và polime SPME). Sự

chuyển khối trên bề mặt Ďã Ďược sử dụng với giả Ďịnh hợp lí ngược với phương trình

khuếch tán bậc hai. Mô hình Ďó dự Ďoán các quan sát thực nghiệm và cung cấp phương

pháp phân tích cho quá trình vi chiết pha rắn trong dung dịch nước. Đối với vi chiết

pha rắn không gian hơi, có sự phụ thuộc của ba pha, và ở Ďây có hai bề mặt thay thế

cho một. Trọng tâm ở Ďây vẫn là sự chuyển khối trên bề mặt. Trên bề mặt hơi/polime,

Ďịnh luật Fick Ďầu tiên về sự khuếch tán Ďược sử dụng Ďể mô tả sự chuyển khối thay

cho Ďịnh luật Fick thứ hai. Tại bề mặt pha lỏng/pha hơi, sự bay hơi chất phân tích từ

pha lỏng Ďược xem là ….sự chênh lệch nồng Ďộ không gian hơi của chất phân tích so

với giá trị tại trạng thái cân bằng. Sự chuyển khối tại hai bề mặt này tương quan theo

quy tắc chuyển khối cân bằng khi Ďạt Ďược dòng khối ổn Ďịnh. Một phương trình

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

chênh lệch Ďơn giản thay thế cho một phương trình riêng phần bậc hai, và do Ďó Ďược

dùng Ďể mô tả quá trình Ďộng lực học của vi chiết pha rắn không gian hơi. Một phương

trình tuyến tính mô tả quan hệ giữa lượng chất chiết Ďược và nồng Ďộ ban Ďầu của chất

phân tích trong pha lỏng. Mô hình có thể Ďược sử dụng Ďể dự Ďoán quan sát thực

nghiệm tại các Ďiều kiện chiết khác nhau.

Quá trình động lực học của vi chiết pha rắn không gian hơi

Trong quá trình chiết pha rắn không gian hơi, có 3 pha phụ thuộc: pha lỏng, pha

hơi và polime SPME. Ở Ďây có hai bề mặt, bề mặt lỏng/hơi và bề mặt hơi/ polime. Tại

bề mặt hơi/ polime, sự chuyển khối là sự khuếch tán chất phân tích từ pha hơi vào

trong màng polime SPME. Quá trình này Ďược biểu thị bằng Ďịnh luật Fick thứ nhất

của sự khuếch tán. Để có một cân bằng chuyển khối, chúng ta có:

(1.3.1)

ở Ďây, F là tỉ lệ dòng khối, bằng tỉ lệ các khuếch tán trong pha hơi và pha

polime SPME Ďối với sự chuyển khối cân bằng. D1 và D2 là hệ số khuếch tán của chất

phân tích trong pha hơi và pha màng polime. Cg là nồng Ďộ chất phân tích trong pha

không gian hơi. Cf là nồng Ďộ chất phân tích trong màng polime SPME. Gọi n là lượng

chất phân tích chiết Ďược bởi màng polime SPME tính theo Ďơn vị mol, và tỉ lệ chiết

SPME sẽ liên quan với tỉ lệ dòng khối như sau:

(1.3.2)

Ở Ďây, A là diện tích bề mặt của màng polime SPME.

Sự khuếch tán của chất trong pha hơi nhanh hơn trong pha polime SPME. D1 thường lớn hơn D2 104-105 lần. Từ phương trình 1.3.1, cho thấy rằng gradient nồng Ďộ trong pha hơi không Ďáng kể so với trong màng polime SPME. Kết hợp phương trình

(1.3.1) và (1.3.2), chúng ta có:

(1.3.3)

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Trong pha polime, sự khuếch tán của chất phân tích ở trong Ďiều kiện trạng thái ổn

Ďịnh vì khoảng cách khuếch tán là Ďộ dày của màng polime. Phương trình (1.3.3) có

thể viết như sau:

(1.3.4)

ở Ďây, là Ďộ dày của màng polime. Cf là nồng Ďộ chất phân tích trong màng polime

ở bề mặt hơi/polime. C’f là nồng Ďộ tại bề mặt trong của màng polime. m2 là hệ số

Nó là không chuyển khối của chất phân tích trong pha polime SPME và bằng D2/

Ďổi Ďối với khuếch tán trạng thái ổn Ďịnh.

Trong suốt quá trình lấy mẫu SPME không gian hơi, các chất phân tích trong

pha hơi Ďược chiết trong màng polime. Cân bằng ban Ďầu của chất phân tích giữa pha

lỏng và không gian hơi trước quá trình chiết SPME bị phá vỡ. Nồng Ďộ chất phân tích

trong không gian hơi cạn kiệt do sự hấp thụ SPME, chất phân tích trong pha lỏng sẽ

bay hơi vào không gian hơi. Tại bề mặt lỏng/hơi, lực Ďộng lực của sự bốc hơi chất

phân tích thực từ pha lỏng là sự chênh lệch nồng Ďộ không gian hơi của nó với giá trị cân bằng. Gọi C0

g là nồng Ďộ không gian hơi của chất phân tích tại cân bằng. Lực Ďộng 0 – Cg. Tỉ lệ bay hơi Ďược giả Ďịnh là ti lệ thuận 0 –Cg. Khi quá trình chiết SPME Ďạt trạng thái ổn Ďịnh, tỉ lệ dòng khối ở bề mặt

lực của sự bay hơi chất phân tích là Cg

với Cg

lỏng/hơi sẽ bằng trên bề mặt hơi/ polime. Vì thế, tỉ lệ bay hơi sẽ bằng tỉ lệ dòng khối F.

Chúng ta có:

(1.3.5)

Ở Ďây, k là hằng số tỉ lệ bay hơi. Nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như nhiệt Ďộ,

diện tích bề mặt, các Ďiều kiện khuấy của pha lỏng. Gọi Cs là nồng Ďộ của chất phân

tích trong pha lỏng và K1 là hằng số cân bằng phần của chất phân tích giữa pha lỏng và

không gian hơi của nó. Chúng ta có:

(1.3.6)

Phương trình (1.3.5) có thể viết lại thành:

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

(1.3.7)

Phương trình trên, kết hợp với phương trình (1.3.4) có thể viết lại là:

(1.3.8)

Gọi K2 là hằng số cân bằng từng phần của chất phân tích giữa pha polime SPME và

pha hơi. Chúng ta có:

(1.3.9)

Có thể giả Ďịnh rằng chất phân tích có sự tuyến tính về nồng Ďộ trong màng polime

SPME. Giả Ďịnh này thường trong sự xử lí khuếch tán chuyển khối Ďược kiểm soát.

Khi nồng Ďộ trung bình của chất phân tích trong màng polime là xấp xỉ (Cf + Cf’)/2.

Gọi Vf là thể tích của màng polime, và lượng chiết Ďược n là:

(1.3.10)

Gọi C0 là nồng Ďộ ban Ďầu của chất phân tích trong pha lỏng. Chất phân tích trong

không gian hơi và màng polime SPME Ďều bắt Ďầu từ pha lỏng. Nồng Ďộ của chất

phân tích còn lại trong pha lỏng là:

(1.3.11)

V là thể tích. Còn các kí tự s, g và f biểu thị pha lỏng, không gian hơi và pha polime

SPME. Sử dụng phương trình (1.3.8-11) Ďể biểu thị K, Cs –Cg theo các số hạng C0 và

n, và thay thế kết quả vào phương trình (1.3.7), chúng ta có:

(1.3.12)

Phương trình (1.3.12) là phương trình vi phân thông thường với 2 biến, n và t. Nó có

thể Ďược giải với Ďiều kiện ban Ďầu sau: khi t = 0, n = 0.

(1.3.13)

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Phương trình (1.3.13) là phép giải tích Ďối với quá trình Ďộng lực học của SPME

không gian hơi. Phương trình này thể hiện mối liên quan trực tiếp giữa lượng chiết

Ďược n và nồng Ďộ ban Ďầu C0, và ở Ďây có một mối quan hệ tỉ lệ thuận tuyến tính giữa

chúng. Tại thời gian lấy mẫu t kể từ lúc bắt Ďầu, phương trình (1.3.13) trở thành:

(1.3.14)

Phương trình (1.3.14) thể hiện SPME không gian hơi tại cân bằng từng phần. Gọi

(1.3.15)

Phương trình (1.3.13) sau Ďó trở thành:

(1.3.16)

Một mô hình theo cấp số nhân giống phương trình (1.3.16) Ďã Ďược sử dụng Ďể

mô tả sự hấp thụ của các khí trên bề mặt rắn. Trong nghiên cứu này, nó Ďược suy ra từ

quá trình Ďộng lực học của sự chuyển khối ở hai bề mặt của SPME không gian hơi.

Tham số a Ďể Ďo một cân bằng phân bố có thể Ďạt Ďược nhanh như thế nào. Nó phụ

thuộc vào hệ số chuyển khối, hằng số tỉ lệ bay hơi, hằng số phân bố và kích thước vật

lí của hệ thống SPME không gian hơi. Tham số a càng lớn, càng nhanh Ďạt tới cân

bằng phân bố. Mối quan hệ tỉ lệ thuận trực tiếp giữa n và C0 trong phương trình

(1.3.13) cung cấp cơ sở cho việc Ďịnh lượng trước khi Ďạt tới cân bằng.

Các dung dịch phân tích trong SPME không gian hơi tại các Ďiều kiện khác

nhau Ďều tuân theo lí thuyết như trên. Dù cho trạng thái cân bằng có Ďược Ďạt tới hay

không, n luôn tỉ lệ tuyến tính với C0. Mối quan hệ tuyến tính này là chìa khóa quan

trọng trong phân tích Ďịnh lượng.

1.4. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SẮC KÍ KHÍ

1.4.1. Giới thiệu chung về phƣơng phá p sắ c kí khí Hệ thống chung của một thiết bị sắc kí khí bao gồm các bộ phận chính là khí

mang (pha Ďộng), cổng bơm mẫu (injectơ), cột tách và Ďetectơ.

Nguyên tắc hoạt Ďộng là dòng khí mang Ďược cấp liên tục từ bộ phận cấp khí, qua

cổng bơm mẫu, tại Ďây mẫu Ďược bơm vào dưới dạng lỏng hoặc khí, nhờ nhiệt Ďộ cao,

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

các chất Ďều Ďược hoá hơi và dòng khí mang Ďưa toàn bộ mẫu hoặc một phần Ďi vào

cột tách. Tại cột tách, nhờ lực tương tác khác nhau của các pha tĩnh trong thành cột

(với cột mao quản) và các hạt pha tĩnh (với cột nhồi), mà các chất ra khỏi cột Ďến

Ďetectơ với những khoảng thời gian khác nhau. Tại Ďetectơ, mỗi chất khi Ďến nơi Ďều

Ďược nhận biết bằng việc thay Ďổi thế Ďiện hoặc nhiệt so với dòng khí mang ổn Ďịnh

khi không có chất. Mỗi sự thay Ďổi này Ďều Ďược chuyển thành tín hiệu Ďiện, khuyếch

Hình 1.3: Sơ Ďồ khối thiết bị sắc kí khí

Ďại, lưu trữ thông qua bộ xử lí số liệu và Ďược in ra dưới dạng sắc kí Ďồ [4, 11].

Trong máy sắc kí khí, cột tách là bộ phận chính của máy. Có hai loại cột chủ

yếu Ďược sử dụng là cột nhồi và cột mao quản. Cột nhồi gồm hai kiểu là: cột nhồi có

Ďường kính trong từ 1,6 Ďến 9,5 mm, chiều dài từ 1 Ďến 6m (thông thường là 3m) và

cột nhồi mao quản có Ďường kính trong dưới 1mm và chiều dài từ 1-3m ( thường là

2m). Các cột có Ďường kính trong 1mm và nhỏ hơn, phần giữa lòng cột hoàn toàn

trống gọi là cột mao quản hở. Cột mao quản hở có Ďộ dài từ hàng chục Ďến hàng trăm

mét. Người ta thường chọn cột mao quản vì nó có Ďộ dài và số Ďĩa lí thuyết lớn hơn cột

nhồi nên cho hiệu suất tách cao hơn.

Bộ phận quan trọng thứ hai trong GC chính là detector. Detector Ďược Ďặt ở lối

ra của cột tách Ďể cảm nhận sự có mặt của các cấu tử riêng rẽ khi chúng vừa ra khỏi

cột. Thể tích của detector phải nhỏ Ďể tránh cho sự trộn lại của các cấu tử Ďã Ďược tách

trên cột. Tín hiệu Ďiện tương ứng sinh ra của detector Ďược khuếch Ďại và sau Ďó Ďược

chuyển trực tiếp Ďến bộ ghi Ďồ thị hoặc Ďược chuyển thành tín hiệu số và chuyển Ďến

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

hệ thống máy vi tính. Hệ thống máy vi tính có thể xử lí các dữ liệu, lưu giữ chúng và

thể hiện sắc kí Ďồ cùng với các kết quả phân tích Ďược trên màn hình hoặc máy ghi. Có

nhiều loại detector như: detector dẫn nhiệt (TCD), detector ion hóa ngọn lửa (FID),

detector ion hóa nhiệt ion (TID), detector quang ngọn lửa (FPD), detector cộng kết

Ďiện từ (ECD), mỗi loại có những ưu và nhược Ďiểm riêng, tùy thuộc vào mục Ďích

phân tích mà chúng ta có thể lựa chọn loại detector phù hợp. Sắc kí cũng có thể ghép

nối với thiết bị phân tích khác như khối phổ, quang phổ hồng ngoại biến Ďổi Fourier và

những thiết bị này Ďóng vai trò như detector.

Một yếu tố nữa cũng cần quan tâm khi sử dụng phương pháp sắc ký khí Ďó là

pha tĩnh. Pha tĩnh Ďóng vai trò chính trong việc tạo nên các tương tác cần thiết Ďể tách

các cấu tử ra khỏi nhau và không Ďược phản ứng với khí mang, chất mang rắn và các

cấu tử cần tách. Pha tĩnh phải có Ďộ chọn lọc cao, ổn Ďịnh nhiệt, có Ďộ nhớt và có sự

lưu giữ khác nhau Ďối với các chất trong hỗn hợp, mặt khác nó phải không bay hơi và

bền ở Ďiều kiện nhiệt Ďộ thí nghiệm.

Trong luận văn này, chúng tôi phân tích các hợp chất hydrocacbon thơm nhóm

BTEX , do vậy chúng tôi sử dụng detector FID…

Trong quá trình sắc ký khí, người ta sử dụng chương trình nhiệt Ďộ Ďể thúc Ďẩy

các quá trình tách các thành phần trong hỗn hợp phức tạp có nhiệt Ďộ sôi trong khoảng

rộng. Thường thì các thành phần có nhiệt Ďộ sôi thấp sẽ cho pic nhọn, cao xuất hiện

trước và những thành phần có nhiệt Ďộ sôi cao sẽ xuất hiện sau, cho pic rộng và thấp

hơn.

Tóm lại, sắc kí khí là một trong những phương pháp phân tích phổ biến, quan

trọng và có hiệu quả cao trong việc phân tích các hợp chất hữu cơ. Phương pháp này

có tính phổ biến rộng rãi, có thể tách Ďược hầu hết các chất dễ bay hơi, ngoài ra còn

dùng Ďể tách những hợp chất trung gian của phản ứng tổng hợp và cả những phức,

những hỗn hợp khó tách trong các sản phẩm tự nhiên và môi trường.

1.4.2. Đetectơ ion hoá ngọn lửa

Đetectơ ion hoá ngọn lửa FID (Flame Ionization Detector: FID) là một trong

những Ďetectơ có Ďộ nhạy cao và thông dụng nhất trong phương pháp sắc kí khí.

Nguyên tắc làm việc của Ďetectơ ion hoá ngọn lửa là dựa vào sự ion hoá chất tan trong

ngọn lửa hiĎro-không khí Ďặt ở trong một Ďiện trường (300-400V) tạo bởi hai Ďiện cực

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

là ống muống Ďèn hiĎro và Ďiện cực góp hay Ďiện cực tín hiệu là ống nắp hình trụ Ďặt ở

vị trí cao hơn Ďầu ống muống 0,5-1,0cm). Thế này hạ thấp Ďiện trở giữa hai Ďiện cực và gây ra một dòng (~10-12A) Ďể lưu thông. Dòng này xuất hiện từ các ion và các electron

tự do Ďược sinh ra trong ngọn lửa hiĎro-không khí tinh khiết. Khi chất có khả năng ion

hoá (như hiĎrocacbon) rửa ra từ cột Ďi vào ngọn lửa nhờ nhiệt Ďộ cao nó bị bẻ gẫy mạch,

bị oxi hoá nhờ oxi của không khí. Ví dụ như có chế hình thành ion trong trường hợp

benzen như sau:

C6H6 → 6CH 6CH + O2 → 6CHO+ + 6e-

Các ion Ďược tạo thành chuyển về các bản Ďiện cực trái dấu nằm ở hai phía ngọn lửa

(thế hiệu giữa hai bản Ďiện cực này khoảng 300-400V). Dòng này Ďược chạy qua Ďiện

trở nội, Ďược Ďánh giá như là sự sụt thế, Ďược khuếch Ďại và cuối cùng Ďược chuyển

Ďến máy ghi hoặc máy vi tính. Một thế Ďối diện cũng bằng như vậy Ďối với tín hiệu từ

ngọn lửa hiĎro-không khí khi chỉ có một khí mang tinh khiết Ďi qua cho phép Ďể Ďiều

chỉnh Ďường nền [4]. Sơ Ďồ của một Ďetectơ ion hoá ngọn lửa Ďược trình bày như ở

hình dưới Ďây.

Truyền tín hiệu

Ngọn lửa hiđro Bộ góp

Không khí

Đầu phun

Khí makeup và hiđro)

Hình 1.4: Sơ Ďồ cấu tạo của Ďetectơ ion hoá ngọn lửa

Đầu cột

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

1.5. ĐÁNH GIÁ PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH

1.5.1.Giới hạn phát hiện

Giới hạn phát hiện (LOD) Ďược xem là nồng Ďộ thấp nhất (xL) của chất phân

tích mà hệ thống phân tích còn cho tín hiệu phân tích (yL) khác có ý nghĩa với tín hiệu

của mẫu trắng hay tín hiện nền [22].

Tức là: (1.5.1)

Với là tín hiệu trung bình của mẫu trắng sau nb thí nghiệm lặp lại (thông thường là

7-10 thí nghiệm). Sb là Ďộ lệch chuẩn tín hiệu của mẫu trắng, k là Ďại lượng số học

Ďược chọn theo Ďộ tin cậy mong muốn.

(1.5.2)

(1.5.3) Và

(1.5.4) Như vậy

Mẫu trắng là mẫu Ďược chuẩn bị với nồng Ďộ chất phân tích xB=0. Và do Ďó, giới hạn

phát hiện là:

(1.5.5)

Trong trường hợp không phân tích mẫu trắng thì có thể xem như Ďộ lệch chuẩn mẫu

trắng SB Ďúng bằng sai số của phương trình hồi quy, hay là SB=Sy và tín hiệu thu Ďược

khi phân tích với mẫu nền yB=a. Khi Ďó tín hiệu thu Ďược ứng với nồng Ďộ phát hiện

YLOD=a+3.Sy. Sau Ďó nhờ phương trình hồi quy có thể tìm Ďược LOD theo công thức

(1.5.6)

1.5.2. Giới hạn định lƣợng

Giới hạn Ďịnh lượng (LOQ) Ďược xem như là nồng Ďộ thấp nhất (xQ) của chất phân

tích mà phương pháp Ďịnh lượng Ďược với tín hiệu phân tích (yQ) khác có ý nghĩa Ďịnh

lượng với tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu Ďường nền [22, 33].

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

(1.5.7)

Thường thì giới hạn Ďịnh lượng Ďược tính với K=10 do Ďó ta có:

(1.5.8)

1.5.3. Khoảng tuyến tính

Trong phân tích Ďịnh lượng, khi tăng nồng Ďộ hay lượng chất phân tích Ďến giá

trị nào Ďó thì quan hệ những tín hiệu S Ďo Ďược và nồng Ďộ C của chất phân tích không

còn phụ thuộc tuyến tính nữa. Khoảng nồng Ďộ có sự phụ thuộc tuyến tính giữa tín

hiệu Ďo S và nồng Ďộ chất phân tích C gọi là khoảng tuyến tính. Khoảng này bắt Ďầu ở

nồng Ďộ thấp nhất có thể Ďịnh lượng Ďược (còn Ďược gọi là giới hạn Ďịnh lượng) Ďến

nồng Ďộ cao nhất lệch khỏi Ďường tuyến tính [33, 42].

1.5.4. Độ nhạy

Như Ďã biết, phương pháp phân tích càng tốt khi nồng Ďộ chất phân tích có thể

phát hiện Ďược càng nhỏ. Vì vậy giới hạn phát hiện có thể Ďược xem là một trong

những Ďại lượng Ďặc trưng của quá trình phân tích. Tuy nhiên không dễ dàng so sánh

các quá trình phân tích chỉ dựa trên giới hạn phát hiện vì rất nhiều bài báo nghiên cứu

phương pháp không công bố giới hạn phát hiện.

Độ nhạy là tính Ďáp ứng của hệ thống phân tích khi thay Ďổi nồng Ďộ chất phân

tích hay khả năng phát hiện sự thay Ďổi tín hiệu khi có sự thay Ďổi rất nhỏ về nồng Ďộ

chất phân tích. Thông thường một phương pháp phân tích hay thiết bị phân tích Ďược

coi là nhạy nếu có giới hạn phát hiện thấp. Do Ďó, trong nhiều trường hợp có thể xem

hai Ďại lượng này Ďồng nghĩa.

Hiện có hai khái niệm.

- Độ nhạy Ďường chuẩn: chính là Ďộ dốc của Ďường chuẩn (khi phân tích hồi quy

tuyến tính) và Ďược xác Ďịnh tại bất kỳ Ďiểm nào trên Ďường chuẩn. Do Ďó, Ďộ nhạy

Ďường chuẩn Ďược tính theo công thức m=dy/dx. Nói cách khác Ďộ nhạy Ďường chuẩn

Ďơn giản là sự thay Ďổi tín hiệu khi thay Ďổi một Ďơn vị nồng Ďộ chất phân tích.

- Độ nhạy phân tích: Vì tính xác Ďịnh của Ďường chuẩn bị ảnh hưởng bởi Ďộ phân tán

làm cho kết quả Ďo không chính xác. Do Ďó, phép Ďo Ďộ nhạy bị ảnh hưởng bởi Ďộ dốc

của Ďường chuẩn và Ďộ chính xác của Ďường chuẩn (tức là bị ảnh hưởng bởi Ďặc tính kĩ

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

thuật Ďo). Ví dụ, có thể tăng Ďộ nhạy bằng cách tăng Ďộ dày lớp hấp thụ trong phân

tích trắc quang hoặc thay Ďổi sự khuyếch Ďại trong phân tích Ďiện hoá [22, 33, 42].

1.5.5. Độ đúng của phƣơng pháp phân tích

Cơ sở lí thuyết Ďể kiểm tra Ďộ Ďúng của phương pháp phân tích dựa trên

phương pháp phân tích phương sai nhằm so sánh giá trị trung bình của tập số liệu thực

nghiệm ( ) với giá trị thực (μ). Phép sai số này Ďược thực hiện nhờ chuẩn student (t).

Với việc phân tích n mẫu chuẩn Ďã Ďược chuẩn bị có nồng Ďộ xác Ďịnh (μ) theo Ďúng

quy trình phân tích Ďã Ďược lập dựng [42]. Từ các số liệu thực nghiệm thu Ďược các

kết quả x1, x2, x3...xn ta tính giá trị trung bình như công thức sau:

(1.5.9)

Độ lệch chuẩn S của phương pháp sẽ là

(1.5.10)

Hệ số biến thiên CV (hay Ďộ lệch chuẩn tương Ďối RSD) tương ứng là

(1.5.11)

Với một phương pháp phân tích có Ďộ Ďúng chấp nhận Ďược khi mà sự sai khác giữa

và giá trị thực μ là không Ďáng kể. Phép so sánh này Ďược tiến hành nhờ chuẩn

Student như sau:

(1.5.12)

và giá trị thực μ sai khác không Nếu ttn < t(f=0.95, n-1) thì có thể xem giá trị trung bình

Ďáng kể hay là sai số của phương pháp phân tích là có thể chấp nhận Ďược. Ta cũng có

thể Ďánh giá sai số của phương pháp ngay bởi hệ số biến thiên CV theo công thức

(1.5.11).

Ngoài ra Ďộ Ďúng của phương pháp phân tích còn Ďược biểu diễn thông qua sai số

tương Ďối X%

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

(1.5.13)

Trong Ďó A1 và A2 là giá trị thu Ďược giữa hai lần Ďo.

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

CHƢƠNG 2: THƢ̣C NGHIỆM

2.1. HOÁ CHẤT VÀ THIẾT BỊ

2.1.1. Hoá chất

+ Chất chuẩn nhóm BTEX: benzen, toluen, etylbenzen, m-xilen (PA. tinh khiết cho

sắc kí, hãng Merck- Đức).

+ Polime nhóm siloxan dùng làm pha tĩnh bao gồm: polimetylhiĎrosiloxan (hãng

Merck- Đức).

+ Dung môi tinh khiết cho sắc kí (hãng Merck- Đức): n-hexan, Ďiclometan, etanol,

xiclohexan...

2.1.2. Thiết bị

+ Hệ thống sắc kí khí với Ďetectơ FID: GC-2010, Shimadzu.

+ Kính hiển vi Ďiện tử (SEM): JEOL-5410LV (chân không cao, thế 15kV)

+ Cân phân tích, máy khuấy từ gia nhiệt, kim tiêm y tế, bơm tiêm thuỷ tinh, bơm kim

tiêm Hamilton các loại.....

+ Dụng cụ thuỷ tinh phòng thí nghiệm Ďầy Ďủ.

Tất cả các dụng cụ thủy tinh Ďều Ďược làm sạch bằng cách ngâm trong dung

dịch rửa (kalibicromat và axit sunfuric Ďặc) khoảng 24 giờ. Sau Ďó rửa bằng nước nóng rồi tráng lại bằng nước cất hai lần và axeton, sau Ďem sấy ở 1500 C Ďến khô.

2.2. CHẾ TẠO THIẾT BỊ VI CHIẾT MÀNG KIM RỖNG PHỦ TRONG [12]

2.2.1. Bơm và kim tiêm trong vi chiết màng kim rỗng

Bơm tiêm là bơm bằng thủ y tinh . Kim tiêm Ďươ ̣c lựa cho ̣n chính là kim t iêm y tế thông thườ ng , có chiều dài : 30,8mm; Ďườ ng kính ngoài : 0,52mm và Ďườ ng kính trong: 0,28mm. Trong xylanh có một số chất làm trơn pittong, Ďể tránh ảnh hưởng

trong quá trình thí nghiệm ta rửa xylanh, pittong và kim tiêm với các loại dung môi khác nhau: axeton, diclometan, n-hexan. Sau khi rửa sạch bằng các dung môi, sấy khô Ďể chuẩn bị tẩm kim.

2.2.2. Pha ti ̃nh và dung di ̣ch pha tĩnh Pha tĩnh Ďươ ̣c nghiên cứ u trong luâ ̣n văn là: - PolimetylhiĎrosiloxan:

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

ến hành ph ủ lên thành bên trong của kim

Pha tĩnh Ďươ ̣c pha trong Ďiclometan Ďể ti tiêm rỗng và xác Ďi ̣nh Ď ộ dày màng sau khi ph ủ theo công thức bán thực nghiệm xây

dựng Ďược và so sánh với kết quả quan sát trên kính hiển vi Ďiện tử quét SEM.

2.2.3. Cách phủ pha ti ̃nh

Kim tiêm (phần ống tru ̣ bằng hơ ̣p kim ) Ďươ ̣c làm Ďầy bằng dung d ịch của pha tĩnh polihidrometylsiloxan Ďược pha sẵn trong Ďiclometan với một nồng Ďộ 0,3g/ml

(cân 7,5g polihidrometylsiloxan và hoà tan vào trong 25ml diclometan). Ngâm kim

. Kết quả là toàn bộ lượng pha

vào dung dịch pha tĩnh vừa pha Ďến một Ďoạn chính xác 2 cm. Dùng một kim tiêm khác lắp vào Ď ầu kim trên, Ďẩy pittong lên xuống Ďể hút dung dịch pha tĩnh vào kim. Sau Ďó dùng giấy thấm lau sạch lớp pha tĩnh ở bên ngoài kim và giữ yên ở nhiệt Ďộ thường cho dung môi Ďiclometan bay hơi hết kho ảng 1 giờ, sau Ďó Ďưa kim vào injectơ (nitơ) cho Ďi qua kim , cùng với việc nâng của máy sắc kí khí và dù ng dòng khí trơ nhiê ̣t Ďô ̣ kho ảng 2000C Ďể làm sa ̣ch triê ̣t Ďể dung môi tĩnh Ďược phủ lên thành bên trong của kim tiêm rỗng. Kim tiêm màng pha tĩnh kim rỗng chế ta ̣o hoàn chỉnh cần Ďươ ̣c bảo quản Ďể sử du ̣ng , tiến hành vi chiết và có thể tái sử du ̣ng nhiều lần. 2.2.4. Tính toán độ dày màng pha tĩnh

Độ dày màng pha tĩnh Ďược tính toán theo công thức bán thực nghiệm (3.1).

Từ các kết quả có Ďược là Ďường kính trong của kim tiêm, khối lượng riêng của pha

tĩnh và các giá trị nồng Ďộ của pha tĩnh trong Ďiclometan khác nhau. Dựa trên kết quả

khảo sát Ďộ dày màng pha tĩnh polimetylhydrosilosan trong khoảng nồng Ďộ từ

0,025g/ml Ďến 0,3g/ml của nghiên cứu trước Ďó [12], chúng ta lựa chọn nồng Ďộ Ďể có

Ďược Ďộ dày màng pha tĩnh phù hợp Ďể phân tích các chất nhóm BTEX. Tiến hành

quan sát lại trên kính hiển vi Ďiện tử SEM (loại máy JEOL-5410LV, Ďiều kiện thực

hiện ở áp suất chân không cao với thế 15kV). Kết quả tính toán theo công thức bán

thực nghiệm và quan sát trên kính hiển vi Ďiện tử SEM Ďược cho như ở bảng 3.1 và

hình 3.4.

2.3 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CỦA KIM

2.3.1 Khảo sát thời gian giải hấp

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Thời gian giải hấp là khoảng thời gian Ďược tính từ khi Ďưa kim tiêm vi chiết

lên injector của máy GC Ďến khi rút kim ra. Thời gian giải hấp là tối ưu khi lượng chất

chiết Ďược trong kim Ďược giải hấp hoàn toàn bởi nhiệt Ďộ tại Ďầu injector của máy sắc

kí khí. Để khảo sát thời gian giải hấp, các khoảng thời gian Ďược nghiên cứu là 3s, 5s,

7s, 10s, 13s, 15s, 20s. Tiến hành vi chiết với tốc Ďộ kéo Ďẩy pittong 30 lần/ phút. trong

thời gian 5 phút, tốc Ďộ khuấy 100 vòng/phút ở nhiệt Ďộ phòng. Các chất vi chiết Ďược giải hấp bởi nhiệt tại Ďầu injectơ của máy sắc kí khí GC-FID, ở 2000C, (sự phụ thuộc

của số Ďếm diện tích píc vào thời gian giải hấp Ďược chỉ ra ở bảng 2.1 và hình 3.5).

Bảng 2.1: Khảo sát thời gian giải hấp khi vi chiết các chất nhóm BTEX trong KGH

mẫu nước

Số Ďếm diện tích píc của các chất

Thời gian giải hấp (s) 3 5 7 10 13 15 20 Benzen 8283 13421 20635 25213 29268 29942 29938 Toluen 8676 13844 20221 24090 27338 28039 28025 Etylbenzen 6594 10940 16943 19368 21409 21740 21745 m-Xilen 7296 12743 19426 21252 24294 24835 24901

2.3.2 Khảo sát khả năng sử dụng của kim

Khả năng áp dụng của kim tiêm vi chiết là số lần có thể sử dụng Ďể vi chiết của

1 kim sau khi Ďã tiến hành phủ pha tĩnh polyhidrometylsiloxan và làm bay hơi dung

môi diclometan. Tiến hành khảo sát như sau: pha dung dịch benzen, toluen,

etylbenzen, m-xilen trong nước với thể tích mẫu 7ml trong lọ 14ml, thêm 4g muối

Na2SO4, khuấy Ďều với tốc Ďộ 100 vòng/ phút, chuẩn bị kim tiêm phủ pha tĩnh

polyhidrometylsiloxan và làm bay hơi dung môi diclometan, tiến hành vi chiết với tốc

Ďộ kéo Ďẩy pittong 30 lần/ phút trong thời gian 5 phút. Đưa kim giải hấp trên Ďầu

injector của máy sắc kí khí thu Ďược số Ďếm diện tích pic trên máy tính thông qua phần

mềm GC solution. Làm lặp lại nhiều lần quá trình vi chiết và giải hấp với các Ďiều kiện

không Ďổi, so sánh số Ďếm diện tích pic của các lần giải hấp. Nếu số Ďếm diện tích pic

không Ďổi qua các lần giải hấp, chứng tỏ kim tiêm vẫn Ďang còn có thể sử dụng tốt. Ta

Ďược kết quả khảo sát ở bảng 2.2 và hình 3.9.

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Bảng 2.2: Khảo sát số lần tái sử dụng của thiết bị

Số Ďếm diện tích píc của các chất

Số lần giải hấp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Benzen 30122 29564 29785 29985 30346 30435 29887 29324 29539 29209 30482 30785 30134 30231 30875 Toluen 27102 28213 28024 29034 28209 29278 28217 27953 28275 28249 28237 27294 28973 27836 28095 Etylbenzen 21856 21776 21788 21261 21822 22710 21125 21910 21034 21956 21622 21732 21634 21813 21887 m-Xilen 24820 23719 23976 24965 25813 25898 24723 24791 24904 24975 24861 23719 24725 24036 23902

2.4. XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH CÁC HỢP CHẤT NHÓM BTEX

TRONG MẪU NƢỚC

2.4.1. Điều kiện phân tích sắc kí của các chất nhóm BTEX

a) Điều kiện phân tích sắc kí khí của các chất nhóm BTEX

Đetectơ FID: Nhiệt Ďộ 2000C; tốc Ďộ dòng khí làm sạch Ďetectơ 30ml/phút;

dòng không khí 400ml/phút; dòng khí hydro 40ml/phút.

Thông tin cột mao quản: Cột SPB-50: 30m x 0,25mm x 0,25μm, pha tĩnh phủ

lên thành trong của cột dựa trên nền của poliĎimetylsiloxan, Qua khảo sát nhiệt Ďộ làm

việc của lò cột Ďể phân tích các chất nhóm BTEX là chương trình nhiệt Ďộ: nhiệt Ďộ Ďầu 600C, giữ 15 phút, sau Ďó tăng lên 2000C với tốc Ďộ 200C/ phút giữ ở 0 phút.

Nhiệt Ďộ injectơ 2000C; khí mang N2; áp xuất khí mang 100kPa; chia dòng với

split ratio là 200. Sắc kí Ďồ hỗn hợp các chất nhóm BTEX trên Ďiều kiện phân tích của

máy GC-FID Ďược chỉ ra như hình 2.1.

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Hình 2.1: Sắc kí Ďồ hỗn hợp các chất nhóm BTEX

Từ Ďó, ta biết Ďược thời gian lưu của các chất nhóm BTEX như sau:

Bảng 2.3: Thời gian lưu chuẩn

Chất Thời gian lưu (phút)

Benzen 2,879

Toluen 4,383

Etylbenzen 7,563

m-xilen 9,383

b) Xây dựng đường chuẩn dùng bơm tiêm Hamilton với các chất nhóm BTEX

Đường chuẩn sử dụng bơm tiêm Hamilton (gọi tắt là Ďường chuẩn Halmiton) là

phương trình Ďường thẳng tuyến tính biểu thị sự phụ thuộc của số Ďếm diện tích píc

tương ứng với mỗi lượng chất Ďi qua và Ďược Ďetectơ ghi nhận. Tiến hành lập dựng

Ďường chuẩn dùng bơm tiêm Hamilton cho các chất BTEX trong Ďiều kiện sắc kí như

trên ứng với Ďetectơ FID. Kết quả biểu diễn sự phụ thuộc của số Ďếm diện tích píc theo

lượng chất phân tích Ďược bơm vào sắc kí khí chỉ ra như bảng 2.4.

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Bảng 2.4: Kết quả xây dựng Ďường chuẩn dùng bơm tiêm Hamilton với các chất nhóm

BTEX

Số Ďếm diện tích píc của các chất

Lượng chất (x10-10g) 0,05 0,1 0,3 0,5 1 3 5 Benzen 188 359 1248 1989 4194 12320 20401 Toluen 158 268 741 1293 2573 8075 13071 Etylbenzen 392 656 2164 3870 7504 22659 37476 m-Xilen 147 313 947 1733 3563 11053 17529

Hình 2.2: Phương trình Ďường chuẩn halmiton của benzen

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Hình 2.3: Đường chuẩn halmiton của toluen

Hình 2.4: Đường chuẩn halmiton của etylbenzen

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Hình 2.5: Đường chuẩn halmiton của m-xilen

2.4.2. Xây dựng đƣờng chuẩn phân bố các chất nhóm BTEX trong KGH mẫu

nƣớc

Xây dựng Ďường chuẩn phân bố cho quá trình vi chiết các chất nhóm BTEX trong

KGH mẫu nước kết hợp với sắc kí khí GC/FID dựa trên kết quả các Ďiều kiện tối ưu Ďã

Ďược khảo sát. Các chất nhóm BTEX Ďược pha trong nước với các nồng Ďộ khác nhau,

chuẩn bị Ďiều kiện và tiến hành vi chiết như sau: Thể tích dung dịch mẫu là 7ml trong lọ 14ml, thêm 4g muối Na2SO4, giữ ở nhiệt Ďộ phòng 200C, khuấy Ďều với tốc Ďộ 100

vòng/phút và vi chiết trong thời gian 5 phút. Ứng với mỗi giá trị nồng Ďộ Ďược làm lặp

lại 3 lần và toàn bộ lượng chất vi chiết lên màng pha tĩnh Ďược giải hấp tại Ďầu injectơ của máy sắc kí khí GC-FID, ở 2000C. Kết quả xây dựng Ďường chuẩn phân bố biểu

diễn sự phụ thuộc của số Ďếm diện tích píc theo nồng Ďộ ban Ďầu của từng chất nhóm

BTEX trong mẫu nước Ďược chỉ ra như ở bảng 2.5

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Bảng 2.5: Kết quả xây dựng Ďường chuẩn phân bố khi vi chiết các chất nhóm BTEX

trong KGH mẫu nước

Số Ďếm diện tích píc của các chất

Benzen Toluen Etylbenzen m-Xilen

Nồng Ďộ ban Ďầu (x10-6g/lít) 0,05 0,10 0,50 1,00 2,00 5,00 10,00 506 784 3016 5804 11608 29020 58040 327 635 3099 5930 11727 27831 56067 236 466 2240 4663 8730 22384 42954 271 524 2487 5093 9623 23502 45439

2.4.3. Xác định các hợp chất thơm nhóm BTEX trong một số mẫu nƣớc thật

Các mẫu nước Ďược lấy từ nguồn nước thải của các nhà máy, xưởng sản xuất

sơn, và dệt bao gồm: BTEX-1: Mẫu nước thải từ nhà máy sơn tổng hợp Hà Nội (cách

nhà máy khoảng 20m); BTEX-2: Mẫu nước từ cống thoát nước của xưởng sơn nước-

Viện Hoá học Công nghiệp Việt Nam; BTEX-3: Mẫu nước thải từ xưởng dệt-Công ty

dệt 8-3 (cách xưởng dệt khoảng 15m); BTEX-4: Mẫu nước từ cống thải của Công ty

Sơn Hà Nội-Cầu giấy- Từ Liêm- Hà Nội. BTEX-5: Mẫu nước thải từ khu công nghiệp

Bắc Thăng long- Hà nội, BTEX-6: Mẫu nước từ kênh nước thải của khu công nghiệp

Quang Minh- Hà nội.

Các mẫu Ďược lấy vào lọ kín (không có KGH), bảo quản ở nhiệt Ďộ 5-150C.

Tiến hành phân tích trên hệ thống sắc kí khí GC/FID với kĩ thuật chuẩn bị mẫu HNF-

ME Ďúng theo quy trình Ďã Ďược xây dựng.Từ số Ďếm diện tích píc thu Ďược và dựa

vào Ďường chuẩn phân bố Ďể tính nồng Ďộ của các chất nhóm BTEX có trong mẫu

nước, kết quả xác Ďịnh các chất nhóm BTEX trong mẫu nước thật Ďược chỉ ra như ở

bảng 3.3

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

CHƢƠNG 3: KẾ T QUẢ VÀ THẢ O LUẬN

3.1. THIẾT BỊ VI CHIẾT MÀNG KIM RỖNG PHỦ TRONG

Các kĩ thuật chuẩn bị mẫu hiện Ďại hiện nay thường Ďược sử dụng cho phân tích

sắc kí Ďó là kĩ thuật vi chiết: vi chiết pha rắn (SPME) và vi chiết pha lỏng (LPME).

Đặc Ďiểm chung của các kĩ thuật này là thiết bị tương Ďối Ďơn giản, dễ sử dụng, Ďộ

chính xác cao và tính chọn lọc tương Ďối. Sự thành công của việc sử dụng phương

pháp vi chiết chuẩn bị mẫu cho phân tích sắc kí phụ thuộc nhiều vào phương thức tiến

hành vi chiết, trong Ďó quan trọng hơn cả là thiết bị vi chiết. Trong các phòng thí

nghiệm trên thế giới ngày nay, thiết bị của kĩ thuật vi chiết Ďã Ďược ứng dụng rất rộng

rãi và có thể tự Ďộng gắn kết cùng với hệ thống sắc kí khí (như kim tiêm vi chiết pha

rắn thường). Tuy nhiên việc sử dụng những thiết bị này Ďòi hỏi chi phí rất lớn (vài

trăm Ďôla/ một thiết bị) và cũng gặp phải những hạn chế chung của kĩ thuật vi chiết

pha rắn thường. Vì vậy, chúng tôi Ďã tự chế tạo thiết bị vi chiết pha rắn màng kim rỗng

phủ trong mới mà kim tiêm Ďược dùng chính là một loại kim y tế thông dụng bằng hợp

kim có chiều dài 30,8mm, Ďường kính ngoài 0,53mm và Ďường kính trong 0,28mm, có

bán phổ biến trên thị trường. Do thành trong của kim có một Ďộ nhám nhất Ďịnh nên ta

có thể phủ lớp pha tĩnh lên trên Ďó Ďủ chắc chắn. Nếu so sánh giữa việc sử dụng sợi

cáp quang với thành trong của kim tiêm thì ta có thể thấy rằng: sợi cáp quang là một

sợi nhỏ, Ďộ Ďàn hồi kém, dễ gãy khi thao tác sử dụng và chi phí lớn, còn kim y tế thì

Ďơn giản, dễ kiếm và rẻ tiền nên có ý nghĩa lớn về mặt kinh tế và hiệu quả sử dụng.

Mặt khác, bề mặt thành bên trong của kim lớn nên sự hấp phụ của các chất lên trên Ďó

Ďược nhiều, do Ďó cho phép ta có thể phân tích Ďược Ďối với những mẫu với nồng Ďộ

thấp hơn. Tuy nhiên, sợi cáp quang Ďược phủ lớp pha tĩnh trần trên bề mặt nên nó có

khả năng tiếp xúc trực tiếp với môi trường mẫu. Mặc dù vậy, vi chiết pha rắn màng

kim rỗng phủ trong (HNF-ME) lại có những ưu Ďiểm riêng là có thể tiến hành vi chiết

pha rắn Ďộng, bằng việc kéo, Ďẩy pittông lên xuống nhiều lần. Quá trình kéo, Ďẩy

pittông lên xuống nhiều lần giúp cho môi trường chứa mẫu liên tục Ďược tiếp xúc với

màng pha tĩnh và sau mỗi chu kì như vậy, các cân bằng phân bố tức thời của chất phân

tích lên trên pha tĩnh liên tục Ďược thiết lập, nhờ vậy có thể rút ngắn thời gian Ďạt tới

cân bằng của cả quá trình và rút ngắn thời gian chuẩn bị mẫu cho phương pháp phân

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

tích. Có thể hình dung quá trình khuếch tán từ môi trường mẫu của các chất phân tích

Quá trình kéo Ďẩy pittong giúp phân tử các chất phân tích tiếp xúc với màng pha tĩnh

Các phân tử chất phân tích khuếch tán và hấp phụ lên màng pha tĩnh ở thành trong của kim rỗng

Mẫu phân tích

lên màng pha tĩnh phủ trên kim qua hình vẽ sau:

Hình 3.1: Quá trình hấp phụ của chất phân tích lên màng pha tĩnh kim vi chiết

Kim vi chiết mà chúng tôi tự tạo mang một số ưu Ďiểm nhất Ďịnh, dễ chế tạo,

bền vững và có thể sử dụng Ďược nhiều lần, có thể ứng dụng phù hợp trong phân tích

cả về mặt hiệu quả tập trung và làm giàu mẫu, cũng

như ý nghĩa về mặt kinh tế. Hiệu quả sử dụng của

kim tiêm vi chiết phụ thuộc rất nhiều vào thể tích

và Ďộ dày của màng pha tĩnh bám trên kim.

Có thể nói, vi chiết màng kim rỗng phủ

Hình 3.2 : Thiết bị vi chiết màng kim rỗng phủ trong

trong có một bước cải tiến Ďáng kể về hiệu quả sử dụng so với các kĩ thuật chuẩn bị mẫu trước Ďó. Kĩ thuật HNF-ME dễ dàng khi thực hiện với mẫu khí mà vi chiết pha rắn thường gặp khó khăn bởi rút ngắn Ďược thời gian vi chiết. So với LPME, kĩ thuật HNF-ME do Ďa dạng trong việc lựa chọn pha tĩnh hơn nên hạn chế Ďược những trường hợp giọt dung môi bị khuyếch tán dẫn Ďến giảm thể tích trong quá trình vi

chiết. Việc nghiên cứu thành công kĩ thuật HNF-ME, cùng với kĩ thuật LPME và

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

SPME, mang lại sự hoàn thiện hơn của vi chiết nói chung áp dụng trong phân tích sắc

kí.

3.2. PHA TĨNH SỬ DỤNG TRONG THIẾT BỊ VI CHIẾT MÀNG KIM RỖNG

PHỦ TRONG

3.2.1. Nguyên tắc lựa chọn pha tĩnh phủ lên thành trong của kim tiêm rỗng

Có thể nói việc lựa chọn pha tĩnh phù hợp là bước quan trọng nhất của kĩ thuật

ết tự chế vi chiết pha rắn nói chung và kĩ thu ật vi chiết màng kim rỗng nói riêng (thường là các vật liệu pha tĩnh sử dụng trong cột sắc kí mao quản). Pha tĩnh sẽ quyết Ďi ̣nh Ďến Ďô ̣ chọn lọc , giớ i ha ̣n phát hiê ̣n củ a phương pháp và Ďô ̣ bền củ a thiết bi ̣ vi chi

tạo…

Qua quá trình nghiên cứu chúng tôi thấy rằng pha tĩnh là các polime sử dụng trong kĩ

thuật vi chiết màng kim rỗng phủ trong phải thoả mãn một số tính chất sau:

+ Có Ďộ ổn Ďịnh và bền nhiệt

+ Có khả năng bám dính tốt lên thành bên trong của kim tiêm

+ Có khả năng hấp thu và giải hấp các chất phân tích bởi nhiệt

+ Có khả năng tách chọn lọc tương Ďối với mỗi chất hoặc mỗi nhóm chất cần phân

tích nhất Ďịnh.

Trong Ďó khả năng chọn lọc Ďối với các chất phân tích phụ thuộc vào hai yếu tố chính:

Ďộ phân cực của phân tử và tính tương Ďồng về cấu trúc. Trong Ďó sự ảnh hưỏng của

Ďộ phân cực chất và pha tĩnh quyết Ďịnh nhiều hơn bởi khi Ďó có các lực tương hỗ như

lực liên kết tĩnh Ďiện yếu, lực Van der Wals.

Polimetylhydrosilosan là một polime nhóm silosan có khối lượng riêng D ở 250C bằng 1 g/cm3. Polime này có Ďộ phân cực yếu, phù hợp Ďể tách các hợp chất có

Ďộ phân cực yếu hoặc không phân cực. Qua khảo sát về ảnh hưởng của các loại pha

tĩnh Ďến hiệu quả vi chiết [12], chúng tôi thấy polimetylhidrosilosan là một pha tĩnh

mang lại hiệu quả vi chiết tốt. Vì vậy, chúng tôi chọn polimetylhidrosilosan làm pha

tĩnh phủ trong kim tiêm rỗng Ďể phân tích các hợp chất nhóm BTEX trong luận văn

này.

3.2.2. Độ dày màng pha tĩnh phủ trong trong kim vi chiết

Việc tìm ra Ďược pha tĩnh phù hợp cho quá trình vi chiết một số nhóm chất là

bước rất quan trọng trong kĩ thuật này. Bên cạnh Ďó, Ďộ dày màng phủ cũng là yếu tố

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

quyết Ďịnh Ďến hiệu quả của kĩ thuật lựa chọn Ďể tách chất như thời gian vi chiết, giới

hạn phát hiện của phương pháp. Do Ďó, bước khảo sát lựa chọn Ďộ dày màng pha tĩnh

phủ thích hợp cũng rất cần thiết. Cơ sở chung cho việc lựa chọn pha tĩnh và màng pha

tĩnh phù hợp là dựa vào hằng số cân bằng phân bố (K) của các cấu tử cần tách với

màng pha tĩnh. Khi hằng số cân bằng phân bố K càng lớn thì khả năng chiết tách càng

Ďược nhiều, và nhanh Ďạt trạng thái cân bằng [4, 36, 38, 47].

Về mặt lí thuyết, khi Ďộ dày màng phủ tăng, nói chung là lượng chất chiết Ďược nhiều

hơn do Ďó giới hạn phát hiện của phương pháp sẽ tăng lên. Điều này rất có ý nghĩa Ďối

với các mẫu thực tế cần làm giàu mà có nồng Ďộ chất phân tích thấp. Một phương pháp

tách không sử dụng dung môi, lượng mẫu cần ít, thực hiện Ďơn giản mà có thể xác

Ďịnh Ďược các chất dưới nồng Ďộ giới hạn phát hiện cho phép sẽ mang lại một ý nghĩa

thực tiễn to lớn, Ďóng góp vào sự phát triển của các kĩ thuật chuẩn bị mẫu cho các

phương pháp phân tích công cụ.

Tuy nhiên, cũng cần lưu ý rằng Ďộ dày màng phủ tăng sẽ làm cho thời gian Ďạt

trạng thái cân bằng phân bố của chất phân tích lên màng phân tích lâu hơn, kéo dài

thời gian phân tích [12]. Hơn nữa, tại Ďầu injectơ của máy sắc kí quá trình giải hấp với

các cấu tử của cùng một loại chất vào cột tách không Ďồng thời, Ďiều này dẫn Ďến trên

sắc kí Ďồ chân píc bị rộng ra và gây ra sai số Ďến phương pháp [19, 23].

3.2.3. Tính toán độ dày màng phủ và quan sát trên kính hiển vi điện tử quét

(SEM)

Kĩ thuật vi chiết màng kim rỗng phủ trong dựa trên cân bằng



phân bố của các cấu tử phân tích từ môi trường

mẫu lên một màng pha tĩnh mỏng Ďã Ďược phủ

R

r

lên thành bên trong của một kim tiêm bằng hợp

kim có Ďường kính nhỏ (cỡ 0,2 – 0,6mm). Pha

tĩnh là các hợp chất cao phân tử có tính chất hoá,

h

Hình 3.3: Sơ Ďồ mặt cắt ngang kim vi chiết

lý ổn Ďịnh, Ďặc biệt là có Ďộ bền nhiệt Ďủ lớn. Độ

dày màng phim pha tĩnh có ảnh hưởng rất lớn Ďến thời gian Ďạt cân bằng phân bố, giới

hạn phát hiện và hiệu quả vi chiết của các cấu tử [41, 42, 48, 51, 52, 53]. Độ dày màng

phủ Ďược tính theo công thức bán thực nghiệm (3.1) [12] và Ďược Ďo bằng phương

pháp kính hiển vi Ďiện tử quét (SEM) Ďể kiểm tra.

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

 = R – r = R – R(1-C/D)1/2 (3.1)

Trong Ďó D là tỷ trọng và m là khối lượng của pha tĩnh, R là bán kính trong của

kim khi chưa phủ pha tĩnh; r là bán kính trong của kim sau khi phủ pha tĩnh, C là nồng

Ďộ khối lượng pha tĩnh/ thể tích dung dịch.

Từ công thức này ta thấy  phụ thuộc vào bán kính ống rỗng của kim tiêm R,

nồng Ďộ dung dịch phủ C (biết trước khi pha dung dịch Ďể phủ) và tỷ trọng D của pha

tĩnh. Với cùng một loại loại pha tĩnh Ďược phủ trên một kim rỗng nhất Ďịnh, khi Ďó Ďộ

dày màng chỉ còn phụ thuộc vào nồng Ďộ dung dịch pha tĩnh hay chính là lượng pha

tĩnh phủ lên thành bên trong của kim rỗng.

Dựa theo công thức bán thực nghiệm xây dựng Ďược (3.1), cùng với các thông số của

kim tiêm, tỉ trọng pha tĩnh và nồng Ďộ pha tĩnh trong Ďiclometan, kết quả tính Ďộ dày

màng pha tĩnh phủ lên thành trong của kim tiêm rỗng Ďược cho như ở bảng 3.1.

Bảng 3.1: Tính toán Ďộ dày màng phủ lên thành trong của kim tiêm rỗng [12]

Nồng Ďộ pha tĩnh trong Ďiclometan (g/ml)

Chiều dầy màng phủ của pha tĩnh polymetylhydrosiloxan ứng với các nồng Ďộ khác nhau (µm) SEM - 3,5 - 7,5 - - - LT 1,8 3,6 5,4 7,2 10,9 14,8 22,9 0,0250 0,0500 0,00 0,1000 0,1500 0,2000 0,3000

Ghi chú: + LT: Kết quả tính toán theo công thức bán thực nghiệm 3.1

+ SEM: Kết quả quan sát Ďược trên kính hiển vi Ďiện tử quét SEM.

+ “-”: Không có số liệu

Từ kết quả tính toán Ďộ dày màng phủ theo công thức bán thực nghiệm ta thấy khi

nồng Ďộ dung dịch tăng, lượng pha tĩnh hoà tan trong cùng một lượng dung môi lớn

hơn, do Ďó Δ sẽ tăng dần theo chiều tăng của nồng Ďộ dung dịch (bảng 3.1), Ďiều này là

phù hợp với công thức bán thực nghiệm.

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

∆= 22 µm

Hình3.4: Kết quả chụp đo chiều dày màng phim pha tĩnh

Sự lựa chọn pha tĩnh phù hợp trong kĩ thuật vi chiết pha rắn sử dụng kim rỗng

phủ trong là một bước quan trọng, tuy nhiên Ďộ dày màng phủ cũng quyết Ďịnh Ďến

hiệu quả vi chiết, nhất là về yếu tố thời gian và Ďộ nhạy của phương pháp. Bước cải

tiến quan trọng của kĩ thuật HNF-ME so với SPME thường là Ďộ dày màng phủ có thể

thay Ďổi Ďược theo ý muốn. Hơn nữa, pha tĩnh Ďược phủ lên thành bên trong của kim

rỗng có thể tránh Ďược các tác Ďộng cơ học làm biến dạng và dễ hỏng màng phủ như

trong kĩ thuật SPME thường [2, 17, 20, 30, 44, 46].

Đối với phương pháp Ďộng lực học không cần phải Ďợi tới thời gian Ďạt cân

bằng hấp phụ, nên chiều dày màng pha tĩnh chỉ ảnh hưởng Ďến Ďộ nhạy của phương

pháp phân tích. Màng pha tĩnh mỏng quá, cùng với thời gian lấy mẫu ngắn (t=5 phút)

nên lượng chất phân tích hấp phụ lên màng Ďược ít, Ďặc biệt khi nồng Ďộ chất phân tích

thấp. Vì thế, cần một chiều dày màng Ďủ Ďể lượng chất phân tích hấp phụ lên có thể

phát hiện Ďược trên máy GC. Nếu màng pha tĩnh quá dày, lượng chất phân tích hấp thụ

Ďược nhiều, có thể rút ngắn thời gian phân tích (xuống 2-3 phút ), nhưng sẽ ảnh hưởng

Ďến phần rỗng nòng kim sau khi phủ bị thu hẹp lại….

Vì vậy, việc lựa chọn chiều dày màng pha tĩnh trong trường hợp ở Ďây là 22µm

là thích hợp vừa Ďảm bảo có thể phát hiện ra chất phân tích vừa Ďảm bảo thời gian

phân tích phù hợp.

3.3 KIM VI CHIẾT

3.3.1 Thời gian giải hấp của kim vi chiết

Từ kết quả ở bảng (2.1) và hình 3.5, ta có Ďược kết quả số Ďếm diện tích pic ứng

với từng thời gian giải hấp khác nhau. Từ 3s Ďến 20s, số Ďếm diện tích pic tăng dần

cho thấy thời gian giải hấp tỉ lệ với lượng chất Ďược giải hấp ở Ďầu injector. Khi tiếp

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

tục với các thời gian dài hơn 15s, số Ďếm diện tích pic cũng không thay Ďổi. Cho thấy,

ở thời gian giải hấp15s là thời gian giải hấp tối ưu của kim vi chiết.

Hình 3.5: Khảo sát thời gian giải hấp của kim vi chiết

Bằng thực nghiệm, với các hợp chất dễ bay hơi nhóm BTEX cho thấy thời gian giải hấp của các chất khỏi màng pha tĩnh tại Ďầu injectơ của máy sắc kí khí ở 2000C là

15 giây. Sau khoảng thời gian trên, kết quả không tìm thấy sự có mặt của các chất còn

dư lại trên màng pha tĩnh khi Ďưa kim tiêm vi chiết trở lại Ďầu injectơ của máy sắc kí

khí thêm một lần nữa. Và như vậy có thể nói rằng với khoảng thời gian 15 giây, các

chất Ďã có thể giải hấp hoàn toàn khỏi màng pha tĩnh. Giải hấp triệt Ďể và nhanh chóng

là những ưu Ďiểm nổi bật của thiết bị vi chiết tự chế tạo so với các nghiên cứu trước

Ďây.

Sắc kí Ďồ của các chất nhóm BTEX tương ứng với các thời gian giải hấp 3s, 5s

và 15s chúng tôi ghi nhận Ďược như sau:

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Hình 3.6: Sắc kí Ďồ của các chất BTEX tại thời gian giải hấp 3s

Hình 3.7: Sắc kí Ďồ của các chất BTEX tại thời gian giải hấp 5s

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Hình 3.8: Sắc kí Ďồ của các chất BTEX tại thời gian giải hấp 15s

Tại 3s, 5s các chất chưa kịp giải hấp hết khỏi màng pha tĩnh, lượng chất thu

Ďược không phải tối Ďa. Tại thời gian giải hấp là 15s, lượng chất phân tích giải hấp

Ďược là lớn nhất, quan sát thấy các pic ở sắc kí Ďồ này vẫn Ďối xứng, không có hiện

tượng chân pic bị kéo dài do kéo dài thời gian giải hấp. Như vậy, chúng ta chọn thời

gian giải hấp 15s là hợp lí.

3.3.2 Khả năng sử dụng của kim vi chiết

Việc khảo sát thời gian giải hấp của chất phân tích khỏi kim tiêm Ďể tìm ra Ďược

thời gian giải hấp tối ưu Ďể nhằm các mục Ďích góp phần xây dựng quy trình chuẩn Ďể

phân tích các hợp chất cần phân tích. Từ Ďó, áp dụng Ďối với các mẫu thực tế.

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Hình 3.9: Khảo sát khả năng sử dụng của kim vi chiết

Từ kết quả khảo sát khả năng sử dụng của kim tiêm vi chiết (bảng 2.2, hình 3.9)

cho ta thấy Ďược khả năng sử dụng thực tế Ďối với các mẫu cần phân tích. Qua khảo

sát cho thấy một kim tiêm vi chiết tự chế tạo, Ďược phủ bởi pha tĩnh

polymetylhidrosiloxan có thể tái sử dụng lên Ďến hơn 15 lần, tương Ďương với hơn 15

lần giải hấp trên máy GC, phân tích Ďược hơn 15 mẫu. Trên thị trường hiện nay, thiết

bị vi chiết pha rắn với giá thành Ďắt Ďỏ không mang lại lợi ích về kinh tế cho người

phân tích. Với một kim tiêm vi chiết có khả năng tái sử dụng nhiều lần, mang lại hiệu

quả kinh tế cao hơn thiết bị Ďược bán trên thị trường hiện nay là Ďiều rất Ďáng lưu ý,

cho thấy Ďây là một phương pháp hiệu quả cần Ďược phát triển.

3.4. QUÁ TRÌNH GIẢI HẤP CÁC CHẤT KHỎI MÀNG PHA TĨNH

Nguyên tắc của quá trình giải hấp bởi nhiệt ở Ďây là nhờ vào dòng khí mang

nóng tại cổng bơm mẫu injectơ của máy sắc kí khí. Đây là quá trình ngược lại của quá

trình vi chiết hấp thu các chất lên màng pha tĩnh. Sử dụng kim Halmiton Ďể tạo thiết bị

vi chiết màng kim rỗng phủ trong [25, 50, 36] có hai khó khăn: thứ nhất, Ďường kính

của kim nhỏ, dẫn Ďến lượng pha tĩnh phủ lên thành bên trong của kim bị hạn chế

nhiều. Thể tích bơm tiêm quá nhỏ (khoảng 10μl), trong quá trình kéo, Ďẩy pittông nên

lượng mẫu tiếp xúc với màng pha tĩnh ít, khi vi chiết thì lượng mẫu Ďi qua Ďể tiếp xúc

với màng pha tĩnh nhỏ làm kéo dài thời gian phân tích. Thứ hai, kim Hamilton thường

có chiều dài từ 4 Ďến 8cm, khi giải hấp nhiệt tại cổng bơm mẫu injectơ, phần trên của

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

kim tiêm thường không Ďược làm Ďủ nóng hoặc làm nóng không Ďều, dẫn Ďến việc giải

hấp của các chất khỏi màng pha tĩnh không hoàn toàn, sự giải hấp bị kéo dài là nguyên

nhân gây ra sai số.

Trong khi Ďó, với kim tiêm tự chế tạo trong vi chiết màng kim rỗng có Ďộ dài

30,8mm và Ďường kính trong Ďủ lớn 0,28mm. Do Ďó, khi giải hấp nhiệt, dòng khí

mang nóng dễ dàng Ďi vào kim rỗng và tiếp xúc với màng pha tĩnh làm quá trình giải

hấp diễn ra nhanh chóng. Độ dài của kim ngắn làm cho sự gia nhiệt Ďồng Ďều trên cả

kim và quá trình giải hấp của các chất Ďược diễn ra hoàn toàn hơn.

3.5 PHÂN TÍCH CÁC HỢP CHẤT NHÓM BTEX TRONG MẪU NƢỚC

3.5.1 Quy trình phân tích nhóm BTEX trong mẫu nƣớc

Từ kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng Ďến kĩ thuật vi chiết trong KGH mẫu lỏng

kết hợp với phương pháp phân tích sắc kí khí GC-FID, chúng tôi Ďã xây dựng Ďược

quy trình Ďể phân tích các chất hiĎrocacbon thơm nhóm BTEX trong không gian hơi

mẫu nước Ďược chỉ ra như hình (3.10) dưới Ďây:

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Thiết bị vi chiết pha rắn màng

Lấy 7ml mẫu lỏng vào lọ 14ml

kim rỗng phủ trong với:

có nút kín, thêm 4g Na2SO4,

- pha tĩnh polimetylhydrosiloxan

khuấy 100 vòng/phút ở nhiệt Ďộ

- Ďộ dày màng pha tĩnh phủ là

phòng, pH=7

22μm

Vi chiết trên KGH mẫu nước trong 5 phút, tốc Ďộ kéo Ďẩy

pittông 30 lần/phút

Các chất phân tích Ďược giải hấp tại

Ďầu injectơ của máy sắc kí khí (GC/FID), 2000C trong 15 giây

Hình 3.10: Quy trình phân tích các hợp chất nhóm BTEX trong không gian hơi mẫu

nước

Với quy trình xây dựng Ďược Ďể phân tích các chất nhóm BTEX trong mẫu

nước, kết quả dựng Ďường chuẩn phân bố Ďược chỉ ra như ở bảng 2.5. Từ các số liệu

biểu diễn sự phụ thuộc của diện tích píc theo nồng Ďộ của chất có trong mẫu lỏng,

phương trình Ďường chuẩn phân bố và hệ số hồi quy của từng chất nhóm BTEX Ďược

tính toán trên phần mềm Origin 6.0 như sau.

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Hình 3.11: Đường chuẩn phân bố của benzen trong mẫu nước

Hình 3.12: Đường chuẩn phân bố của toluen trong mẫu nước

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Hình 3.13: Đường chuẩn phân bố của etylbenzen trong mẫu nước.

Hình 3.14: Đường chuẩn phân bố của m-xilen trong mẫu nước.

Từ các phương trình Ďường chuẩn phân bố trên, cho thấy có sự tỉ lệ thuận giữa

nồng Ďộ ban Ďầu của chất phân tích benzen, toluen, etylbenzen và m-xilen với số Ďếm

diện tích pic. Số Ďếm diện tích pic chính là lượng chất phân tích Ďã Ďược hấp thu trên

màng pha tĩnh, Ďược giải hấp bởi nhiệt bằng Ďầu injector của máy GC. Từ Ďó, có thể

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

cho thấy sự tuyến tính giữa nồng Ďộ ban Ďầu chất phân tích và lượng chất phân tích

chiết Ďược, phù hợp với lí thuyết Ďộng lực học Ďã Ďưa ra. Sự tuyến tính này chính là

chìa khóa trong phân tích Ďịnh lượng, chúng ta có thể dựa vào các phương trình Ďường

chuẩn phân bố này Ďể biết Ďược nồng Ďộ ban Ďầu trong pha lỏng của các chất cần phân

tích trong mẫu thực tế.

3.5.2 Các thông số đánh giá phƣơng pháp phân tích các chất nhóm BTEX trong

mẫu nƣớc

Kết quả tính toán trên phần mềm Origin 6.0 ngoài các phương trình Ďường

chuẩn thu Ďược, kết hợp với các vào các phương trình (1.5.6), (1.5.8) và (1.5.11), một

số giá trị Ďịnh lượng cho phương pháp phân tích Ďược chỉ ra như ở bảng 3.2.

Bảng 3.2: Kết quả xác Ďịnh các thông số Ďánh giá phương pháp phân tích các chất

nhóm BTEX trong mẫu nước

Benzen 0,070 0,172 1,2 1,0 Toluen 0,168 0.465 2,3 3,0 Etylbenzen 0,290 0,864 2,3 2,8 m-Xilen 0,292 0,810 2,9 1,7

Chất LOD (x10-6g/lít) LOQ(x10-6g/lít) Sai số tương Ďối X% CV%

Kết quả bảng 3.2 cho thấy, sai số tương Ďối của phép Ďo Ďối với các hợp chất

BTEX là tương Ďối nhỏ và Ďều thấp hơn mức sai số cho phép của các phương pháp

phân tích công cụ xác Ďịnh lượng vết (<15%). Độ lặp lại của phương pháp Ďược Ďánh

giá qua hệ số biến Ďộng CV%. Hệ số biến Ďộng của mẫu khá nhỏ chứng tỏ Ďộ lặp lại

của phương pháp tương Ďối tốt.

Kết quả trên cũng cho thấy, khoảng tuyến tính của các chất nhóm BTEX là 0,6. 10-6 g/lít Ďến 10-5 g/lít, giới hạn phát hiện Ďạt 7.10-8 g/lít. Với giới hạn phát hiện này

thấp hơn tiêu chuẩn giới hạn cho phép của các chất nhóm BTEX trong nước ăn uống

[5, 6]. Như vậy, bằng phương pháp Ďộng lực học kết hợp kĩ thuật chuẩn bị mẫu HNF-

ME và hệ thống phân tích sắc kí khí có thể sử dụng Ďể xây dựng phương pháp xác

Ďịnh các chất nhóm BTEX trong nước sinh hoạt.

3.5.3 Kết quả phân tích các chất nhóm BTEX trong một số mẫu nƣớc thật

Các mẫu lỏng sau khi thu thập về Ďược phân tích trực tiếp theo quy trình như

trên. Từ phần mềm của hệ thống sắc kí khí GC-FID, thông tin chỉ ra là số Ďếm diện

tích píc Ďược áp Ďược áp vào các phương trình Ďường chuẩn phân bố lập Ďược Ďể tính

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

nồng Ďộ của chất có mặt trong mẫu lỏng. Nồng Ďộ của các chất nhóm BTEX có trong

6 mẫu nước thật Ďược chỉ ra như ở bảng 3.3, sắc kí Ďồ thể hiện qua hình 3.15 và phụ

lục.

Bảng 3.3: Kết quả xác Ďịnh các chất nhóm BTEX trong một số mẫu nước thật

Mẫu Nồng Ďộ của các chất trong mẫu nước (10-6g/lít)

BTEX-1 BTEX-2 BTEX-3 BTEX-4 BTEX-5 BTEX-6 Benzen 6,5 10,2 - 7,0 14,2 6,6 Toluen 7,1 11,9 - 6,9 16,3 8,4 Etylbenzen 9,2 12,4 - 7,8 29,1 9,5 m-Xilen - - - - 5,2 -

Trong đó: “- ”: Không phát hiện được

Từ kết quả xác Ďịnh một số mẫu kiểm chứng cho thấy, hàm lượng các chất

hiĎrocacbon thơm nhóm BTEX có mặt trong các mẫu BTEX-1, BTEX-2, BTEX-4 và

BTEX-5, BTEX-6. Nhìn chung, nồng Ďộ của các chất Ďều thấp hơn giới hạn cho phép

của nước thải công nghiệp [6]. Có thể thấy Ďây là các mẫu nước Ďược lấy từ các nguồn

nước thải của các xưởng sản xuất sơn, nơi mà có sử dụng các hiĎrocacbon thơm làm

dung môi pha chế. Trong Ďó benzen, toluen có mặt trong cả 5 mẫu trên do chúng là

thành phần chính của dung môi hiĎrocacbon thơm. Với mẫu BTEX-3 không thấy sự

xuất hiện của các hiĎrocacbon thơm có thể do Ďây là cơ sở không sử dụng các loại

dung môi này. Mẫu BTEX-5 là mẫu có cả 4 chất benzen, toluen, etylbenzen và m-

xilen. Đây là kết quả phân tích kiểm chứng phương pháp, do Ďó số lượng mẫu lấy còn

hạn chế, số liệu còn mang tính cục bộ do lấy mẫu tại một thời Ďiểm nhất Ďịnh. Hơn

nữa, hiĎrocacbon thơm là các chất dễ bay hơi nên nồng Ďộ của các chất còn phụ thuộc

rất nhiều vào thời gian cũng như Ďịa Ďiểm lấy mẫu khác nhau.

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Hình 3.15: Sắc kí Ďồ mẫu thực tế BTEX-1

3.6. PHƢƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC- ƢU VÀ NHƢỢC ĐIỂM Áp dụng phương pháp Ďộng lực học kết hợp với thiết bị vi chiết pha rắn màng kim

rỗng và GC trong phân tích các hợp chất BTEX mang lại một số ưu Ďiểm sau:

Thứ nhất, thời gian phân tích Ďược rút ngắn (do thời gian lấy mẫu là 5 phút). Vì

thế, hiệu quả kinh tế cao hơn so với lấy mẫu tại thời Ďiểm cân bằng (t= 13-15 phút).

Thứ hai, tính toán Ďơn giản: do dựa trên mối quan hệ tuyến tính giữa nồng Ďộ

chất phân tích trong mẫu lỏng ban Ďầu và lượng chất chiết Ďược sau thời gian t (ở Ďây

t= 5 phút), chúng ta xây dựng Ďược một Ďồ thị với trục tung là lượng chất chiết Ďược

(n) và trục hoành là nồng Ďộ ban Ďầu của chất phân tích trong mẫu lỏng (C0), từ Ďó biết

trực tiếp nồng Ďộ chất phân tích.

Tuy vậy, trong phương pháp này chúng ta cần lưu ý: Điều kiện phân tích cần giống

nhau Ďối với tất cả các mẫu, bao gồm lọ Ďựng mẫu, thể tích mẫu lấy, tốc Ďộ khuấy, tốc

Ďộ kéo Ďẩy pittong, lượng muối cho vào và quan trọng nhất là kiểm soát thời gian lấy

mẫu Ďúng 5 phút. Do Ďó, quá trình thao tác thí nghiệm không chính xác sẽ dẫn Ďến sai

lệch giữa các lần Ďo, dẫn Ďến sai số phân tích.

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

3.7. SO SÁNH, ĐÁNH GIÁ CÁC THÔNG SỐ THỐNG KÊ PHÂN TÍCH CỦA

KĨ THUẬT CỦA MÌNH VỚI CÁC KĨ THUẬT TÁCH CHẤT KHÁC TRONG

SỰ PHÂN TÍCH CÁC CHẤT NHÓM BTEX TRONG MẪU NƢỚC Theo tác giả Jurdáková H. và các cộng sự Ďã nghiên cứu phương pháp chiết

không dung môi kết hợp với sắc kí khí mao quản (GC/FID) xác Ďịnh các chất hữu cơ

bay hơi nhóm BTEX trong mẫu nước. Theo phương pháp này, một lượng lớn mẫu

lỏng (10-250μL) Ďược bơm trực tiếp vào một ống hấp phụ (chứa chất hấp phụ chuẩn

Chromosorb P NAW) gắn ngay tại cổng bơm mẫu injectơ của máy sắc kí khí [27]. Kết

quả cho thấy, giới hạn phát hiện LOD của các chất nhóm BTEX này trong khoảng 0,6 (với benzen) Ďến 1,1μg.l-1 (với xilen) và giới hạn Ďịnh lượng LOQ trong khoảng 2,0- 3,6μg.l-1.

Yazdi Sarafraz và các cộng sự Ďã sử dụng kĩ thuật tách chất HF-LPME kết hợp

với sắc kí khí GC/FID Ďể xác Ďịnh các chất BTEX trong nước [49]. Theo Ďó, giới hạn phát hiện LOD của các chất nhóm BTEX nằm trong khoảng 0,005-3μg.l-1, hệ số biến

Ďộng RSD trong khoảng 2,02-4,61%.

Pusvaškienė E. và các cộng sự Ďã nghiên cứu xác Ďịnh các chất nhóm BTEX trong

nước máy bằng kĩ thuật HF-LPME (màng pha tĩnh là polipropylen) kết hợp với sắc kí

khí GC/FID []. Kết quả cho thấy, giới hạn phát hiện LOD của các chất nhóm BTEX trong khoảng 0,06-0,16μg.l-1, hệ số làm giầu trong khoảng 112-260 và hệ số biến Ďộng

6,5-11,4% (n=5)

Theo tác giả Dương Hồng Anh Ďã xây dựng quy trình xác Ďịnh các chất nhóm

BTX (benzen, toluen và m-xilen) trong mẫu nước sử dụng kĩ thuật không gian hơi kết

hợp với sắc kí khí khổi phổ GC-MS/QP 5000 Shimadzu [1]. Kết quả xác Ďịnh Ďược giới hạn phát hiện LOD 0,1-0,2μg.l-1 và Ďộ lệch chuẩn tương Ďối CV% trong khoảng

4,7-9,8%.

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Bảng 3.4: Kết quả so sánh các phương pháp phân tích các chất nhóm BTEX trong

mẫu nước

R2 CV% liệu Kĩ thuật chuẩn bị mẫu Kĩ thuật phân tích Các thông số so sánh LOD (μg.l-1) LOQ (μg.l-1) Tài tham khảo

1,0-3,0 Khoảng tuyến tính (μg.l- 1) 0,6- 10 0,07- 0,292 GC/FI D 0,171- 0,864 0,9997 - 0,9999

3,0-9,1 0,2-150 12 PP động lực học kết hợp HNF- ME HNF-ME GC/FID 0,06- 0,27 0,21- 0,91

GC/FID 0,005-3 0,9990 - 0,9998 - - - 49

- - - 40 GC/FID 0,06- 0,16

HF- LPME HF- LPME SPME 2,02- 4,61 6,5- 11,4 9-13 45 GC/MS 0,009- 0,015

HS GC/MS 0,1-0,2 0,996- 0,999 - 4,7-9,8 - 1

0,027- 0,045 - ≥2,0- 3,6 GC/FID 0,6-1,1 - - - 27

SPE-DI Trong đó: “-”: không có số liệu so sánh

Từ kết quả ở bảng 3.4 như trên, ta thấy giới hạn phát hiện LOD và giới hạn Ďịnh

lượng LOQ của phương pháp Ďộng lực học kết hợp kĩ thuật chuẩn bị mẫu HNF-ME và

GC/FID tương Ďương với kĩ thuật HF-LPME-GC/FID [40], cao hơn so với phương

pháp HNF-ME-GC/FID [12], SPME-GC/MS [45] và phương pháp HF-LPME-GC/FID

[49], thấp hơn phương pháp HS-GC/MS [1].

Sự sai khác này là hoàn toàn có thể chấp nhận Ďược bởi Ďây là các phương pháp

phân tích lượng vết các hợp chất dễ bay hơi. Phương pháp áp dụng Ďộng lực học kết

hợp HNF-ME và GC/FID minh chứng cho khả năng Ďịnh lượng trước cân bằng, Ďây là

một phương pháp khó, sai số phương pháp phụ thuộc nhiều vào thao tác thí nghiệm.

Mặt khác, giới hạn phát hiện, giới hạn Ďịnh lượng và Ďộ lặp lại của mỗi phương pháp

phân tích còn phụ thuộc rất nhiều vào thiết bị phân tích. Tuy nhiên, với một thiết bị

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

chuẩn bị mẫu HNF-ME tự chế tạo tương Ďối Ďơn giản kết hợp với thiết bị phân tích sắc

kí GC/FID của hãng Shimadzu, kết quả xác Ďịnh giới hạn phát hiện và giới hạn Ďịnh

lượng thấp hơn nhiều so với giới hạn cho phép của QCVN [5, 6].

Như vậy, phương pháp phân tích Ďộng lực học kết hợp với kĩ thuật chuẩn bị mẫu

mới này Ďã Ďáp ứng Ďầy Ďủ các yêu cầu cho một kĩ thuật chuẩn bị mẫu sử dụng trong

phân tích sắc kí xác Ďịnh lượng vết các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi.

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

KẾ T LUẬN

Nội dung nghiên cứu thực hiện trong luận văn có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

nhằm góp phần hoàn thiện kĩ thuật chuẩn bị mẫu mới sử dụng trong phương pháp phân

tích sắc kí khí. Trên cơ sở những kết quả Ďã Ďạt Ďược, có thể rút ra một số kết luận sau:

1. Đã tự chế tạo Ďược dụng cụ vi chiết pha rắn màng kim rỗng Ďơn giản, hiệu quả

Ďối với việc phân tích các hợp chất hữu cơ nhóm BTEX

2. Đã xây dựng quy trình phân tích các hợp chất hữu cơ nhóm BTEX theo phương

pháp Ďộng lực học dựa trên mối quan hệ tuyến tính giữa nồng Ďộ ban Ďầu của chất

phân tích và lượng chất chiết Ďược.

3. Đã áp dụng các quy trình phân tích xây dựng Ďược Ďể phân tích các hidrocacbon

thơm nhóm BTEX trong mẫu nước thải thực tế của một số nhà máy và khu công

nghiệp trên Ďịa bàn Hà nội.

Qua thời gian nghiên cứu và kết quả thu Ďược, chúng tôi nhận thấy SPME màng kim rỗng là một kĩ thuật phân tích mới có giới hạn phát hiện thấp (cỡ 10-7 mg/ml),

Ďơn giản, dễ thực hiện, không tốn kém dung môi, có thể áp dụng phân tích Ďối với

nhiều Ďối tượng mẫu. Chúng tôi hy vọng có thể tiếp tục Ďược nghiên cứu sâu hơn

về phương pháp Ďể ứng dụng rộng rãi hơn Ďối với các Ďối tượng khác trong môi

trường cũng như trong các mẫu thực phẩm.

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Viê ̣t

1. Dương Hồng Anh (2003), “Sử dụng phương pháp sắc kí khí khối phổ để đánh giá

tiềm năng hình thành các độc tố hữu cơ nhóm trihalogenmetan trong quá

trình khử trùng nước cấp bằng clo tại thành phố Hà Nội”, Luận án tiến sĩ

hoá học, ĐH Quốc gia Hà Nội.

2. Nguyễn Thị Hà, Nguyễn Thị Thanh, Trần Thị Hồng, Nguyễn Quang Trung

(2010), “Phân tích hàm lượng BTX (benzen, toluen, xylen) trong không khí

khu Ďô thị bằng phương pháp GC/MS kết hợp giải hấp nhiệt ATD”, Tạp chí

phân tích Hoá, Lý và Sinh học, tập 15 (số 3), tr.285-289.

3. Nguyễn Thị Vân Hải (2005), “Nghiên cứu phát triển phương pháp phân tích đa

siêu vi lượng một số hoá chất bảo vệ thực vật”, Luận án tiến sĩ hoá học,

Trường ĐH Khoa hoc Tự nhiên, ĐHQGHN.

4. Nguyễn Đức Huệ (2005), “Các phương pháp phân tích hữu cơ”, NXB Đại học

Quốc gia Hà Nội, 453tr.

5. Quy chuẩn Việt Nam QCVN 01:2009/BYT, “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất

lượng nước ăn uống”, CHXHCNVN.

6. Quy chuẩn Việt NamQCVN 24:2009/BTNMT, “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về

nước thải công nghiệp”, CHXHCNVN.

7. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5938: 2005 (xuất bản lần 2), “Chất lượng không khí-

nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại trong không khí xung

quanh”.

8. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5940: 2005 (xuất bản lần 2), “Chất lượng không khí-

Tiêu chuẩn khí thải công nghiệp đối với một số chất hữu cơ”.

9. Trịnh Thị Thanh (2003), “Độc học môi trường và sức khoẻ con người”, NXB Đại

học Quốc gia Hà Nội.

10. Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Đức Huệ, Trần Mạnh Trí (2004), “Nghiên cứu chế tạo kim bơm mẫu dùng trong vi chiết pha rắn Ďể phân tích một số hoá chất

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

Pyrethoid”, Tạp chí phòng chống sốt rét và các bệnh ký sinh trùng (số 4),

tr.59-65.

11. Phạm Hùng Việt (2005), “Sắc kí khí cơ sở lí thuyết và khả năng ứng dụng”, NXB

ĐH Quốc gia Hà Nội, 264tr.

12. Trần Mạnh Trí (2011), “ Nghiên cứu phát triển phương pháp vi chiết kết hợp với

sắc kí khí phân tích hợp chất hữu cơ bay hơi”, Luận án tiến sĩ hóa học, ĐH

QGHN

Tiếng Anh

13. Berg Fohn R. (1997), ''Method and device for solid phase microextraction'',

United States Patent 6164144.

14. Boutou S., Chatonnet P., (2007), “Rapid headspace solid-phase

microextraction/gas chromatographic/mass spectrometric assay for the

quantitative determination of some of the main odorants causing off-flavours

in wine”, Journal of Chromatography A, 1141, pp.1-9.

15. Chai M., Arthur L. C., Pawliszyn., Belardi P. R., and Pratt F. K., (1993),

“Determination of volatile chlorinated hydrocarbons in air and water with

solid-phase microextraction”, Analyst, 118, 1501-1505.

16. CRC Handbook of Chemistry and Physics (1985), 65th, CRC Press, Inc. Boca

Raton, Florida.

17. Demeestere K., Dewulf J., Witte D. B., Herman, Langenhove V. H., (2007),

“Sample preparation for the analysis of volatile organic compounds in air

and water matrices”, Journal of Chromatography A, 1153, 130-144.

18. Elke K., Jermann E., Begerow J., Dunemann L., (1998), “Determination of

benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes in indoor air at environmental

levels using diffusive samples in combination with headspace solid-phase

microextraction and high-resolution gas chromatography-flame ionization

detection”, Journal of Chromatography A, 826, pp.191-200.

19. Flórez M. C. J., Fernández S. L. M., Fernández M. E., J.E.Sánchez Uría, A.Sanz-

Medel (2004), “Static headspace versus head space solid-phase

microextraction (HS-SPME) for the determination of volatile organochlorine

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

compounds in landfill leachates by gas chromatography”, Talanta, 63, pp.

809-814.

20. Fu H., Guan J., and Bao J. J., (2006), “A Hollow Fiber Solvent Microextraction

Approach to Measure Drug- Protein Binding”, The Japan Society for

Analytical Chemistry, vol-22, p.1565-1569.

21. Gomes B. R., Nogueira R., Oliveira M. J., Peixoto J., Brito G. A., (2009),

“Determination of total and available fractions of PAHs by SPME in oily

wastewaters: overcoming interference from NAPL and NOM”, Environ Sci

Pollut Res, 16, pp.671-678.

22. Harris C. Daniel (2003), “Quantitative chemical analysis”, W. H. Freeman and

Co., 744 pages.

23. HRIVŃÁK Jan, Eva KRÁL’OVIČOVÁ, Peter TÖLGYESSY and Ján

ILAVSKY(2009), “Analysis of Unmetabolized VOCs in Urine by

Headspace Solid-Phase Microcolumn Extraction”, J. Occup Health, 51,

pp.173-176.

24. Jage D. S. L. and Andrews J. R. A., (2001), “Preliminary studies of a fast

screening method for cocaine and cocaine metabolites in urine using hollow

fibre membrane solvent microextraction (HFMSME)”, Anlyst, 126, pp.1298-

1303.

25. Jakubowska N., Zygmunt B., Polkowska Z., Zabiegala B., Namiesnik J. (2009),

“Sample preparation for gas chromatographic determination of halogenated

volatile organic compounds in environmental and biological samples”, J.

Chromatogr A, 1216, pp.422-41.

26. JUNG M. D. AND SUSAN E. EBELER (2003),“Headspace Solid-Phase

Microexatraction Method for the Study of the Volatility of Selected Flavor

Compounds”, J.Agric. Food Chem, 51, pp.200-205.

27. Jurdáková H., Kraus A., Lorenz W., Kubinec R., Krkošová Z., Blaško J.,

Ostrovský I., Soják L., Pacáková V., (2005), “Determination of gasoline and

BTEX in water samples by gas chromatography with direct aqueous

injection”, J. Petroleum & Coal, ISSN 1337-7027, 47, (3), pp.49-53.

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

28. Jui Ai, (1997), “ Headspace solid phase microextraction. Dynamics and

quantitative analysis before reaching a partition equilibrium”, Analytical

Chemistry, Vol. 69, No. 16, pp.3260-3266.

29. Kataoka Hiroyuki (2005), “Recent Advances in Solid-Phase Microextraction and

Related Techniques for Pharmaceutical and Biomedical Analysis”, School of

Pharmacy, Shujitsu University, Nishigawara, Okayyama 703-8516, p.65-84.

30. Kataoka Hiroyuki (2010), “Recent developments and applications of

microextraction techniques in drug analysis”, Anal Bioanal Chem, 396,

pp.339-364.

31. Ketola A.R., Kotiaho T., Cisper E.M., Allen M.T. (2002) “Enviromental

application of membrane introduction mass spectrometry”, Journal of mass

spectrometry, (37), pp.457-476.

32. Louch D. Motlagl S. Pawliszyn J. (1992) “Dynamics of organic compound

extraction from water using liquid-coated fused silica fiber”, Anal. Chem.,

84, (No10), 1187-1199.

33. Meier C. Peter, Richard E. Zünd (2000), “Statistical methods in analytical

chemistry”, (153), John Wiley and Sons, 424 pages.

34. Moxom Jeremy, Peter T. A. R., William B. W., and Ramsey M. J. (2003),

“Analysis of volatile organic compounds in air with a micro ion trap mass

analyzer”, Anal. Chem., (15), pp.3739-3743.

35. Musteata Marcel Florin, Pawliszyn Janusz (2006), “Determination of free

Concentration of Paclitaxel in Liposome Formulations”, J.Pharm Pharmceut

Sci., Vol-9, (2): 231-237.

36. Ouyang G., Chen Y., Selkova L., Pawliszyn J., (2005), “Calibration of solid-phase

microextraction for quantitative analysis by gas chromatography”, Journal of

chromatography A, 1097, pp.9-16.

37. Park G.Y., Kim K. S., Choi K., Son H. B., Park S. J., and Kang K. H., (2009),

“Analysis of Chemical Warfare Agents in Water Using Single-Drop

Microextraction”, Bull. Korean Chem. Soc, vol-30, (1), pp.49-52.

38. Pawliszyn Janusz (1997), “Solid phase microextraction”, Inc., New York, vol-2,

(4), ISSN 1430-4171.

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

39. Pfannkoch E., Whitecavage J., (2000), “Comparation of the sensitivity of static

headspace GC, Solid phase microextraction and direct thermal extraction for

the analysis of volatiles in solid matrices”, Global analytical solution, (6),

pp.1-10.

40. Pusvaśkienė E., Spirova N., Prichodko A., Vičkačkaitė V., (2010), “Hollow fiber

liquid phase microextraction of volatile aromatic hydrocarbons”, Chemija,

Vol-21, (1), p.48-53.

41. Rasmussen E. K., Bjergaard P. S., (2004), “Developments in hollow fibre-based,

liquid-phase microextraction”, Trends analytical Chemistry, Vol-23, (1), p.1-

10.

42. Rouessac F., Rouessas A., (2007) “Chemical analysis: Modern insstrumentation

methods and technique”, John Wiley and Sons, 574 pages.

43. Shahtaheri J. S., Heidari R. H., Golbabaei F., Alimohammadi A., Froshani R. A.,

(2006), “Solid phase microextraction for trace analysis of urinary benzene in

environmental monitoring”, Iran. J. Environ. Health. Sci. Eng., vol-3, (3),

pp.169-176.

44. Sobhanzadeh E., Bakar A.K.N., Abas R.M., Nemati K., (2009), “Sample

preparation methods for pesticides analysis in food matrices and

environmental samples by chromatography-based techniques”, Journal of

Fundamental Sciences, Vol-5, (2), pp.106-128.

45. Soh C.S., and Abdullah P.M., (2005), “Applicability of Direct Extraction of Solid

Phase Micro-Extraction to the Determination of 54 Volatile Organic

Compounds in Drinking Water”, Malaysian, Journal of Chemistry, vol-7,

(1), pp.19-25.

46. Thurman E.M., Mills M.S. (1998) “Solid-Phase Extraction” John Willey & Sons,

Inc, New York.

47. Vas György, Vékey Károly (2004), “Solid-phase microextraction: a powerful

sample preparation tool prior to mass spectrometric analysis”, Journal of

Mass Spectrometry, 39, pp.233-254.

48. Yang Jyisy and Tsai Fang-Pei (2001), “Developments of a solid-phase

microextraction/ reflection-absorption infrared spectroscopic method for the

Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang

detection of chlorinated aromatic amines in aqueous solutions”, the Japan

Society for analytical chemistry, Ana. Sci., vol-17, pp.751-756.

49. Yazdi S.A., Amiri H.A., Es’haghi Z., (2008), “BTEX determination in water

matrices using HF-LPME with gas chromatography flame ionization

detector”, ScienceDirect, Chemosphere, 71, pp.671-676.

50. Yu C., Liu Q., Lan L., Hu B. (2008), “Comparison of dual solvent-stir bars

microextraction and U-shaped hollow fiber-liquid phase microextraction for

the analysis of Sundan dyes in food samples by high-perfoemance liquid

chromatography-ultraviolet/massspectrometry”, Journal of Chromatography

A, 1188, pp.124-132

51. Zadora S.M., Grochowalski A., (2008), “Using a membrane technique (SPM) for

high fast food sample preparation in the determination of chlorinated

persistent organic pollutants by a GC/ECD method”, Food Che., 111,

pp.230-235.

52. Zhao WWennan (2008), “Solid phase microextraction in aqueous sample

analysis”, Waterloo, Ontario, Canada.

53. Zoccolillo L., Amendola L., Cafaro C., Insogna S. (2005), “Improved analysis of