TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
Tổng quan về Phenol
1.1.1 Giới thiệu chung về phenol
Phenol là hợp chất hữu cơ có nhóm OH liên kết trực tiếp với nguyên tử C vòng benzen, thường dùng trong công nghiệp hóa học, chất dẻo và hóa dược Khi lưu giữ lâu ngoài không khí, phenol có thể oxi hóa thành màu hồng và bị chảy rữa do hấp thụ hơi nước, đồng thời ít tan trong nước lạnh nhưng lại dễ hòa tan trong một số hợp chất hữu cơ Các dẫn xuất của phenol như acid cresylic (cresyl) thường được sử dụng rộng rãi trong sát khuẩn, tẩy uế và làm dung dịch 1% trong các ứng dụng công nghiệp và y tế.
Hình 1.1 Công thức cấu tạo của phenol
Phenol và các dẫn xuất của phenol là hợp chất hữu cơ cực kỳ độc hại, có khả năng gây bỏng nặng khi tiếp xúc với da và gây nguy hiểm cho sức khỏe con người cũng như sinh vật sống Chúng được xếp vào nhóm chất gây ô nhiễm môi trường do tính bền vững, khả năng tích lũy trong cơ thể và gây độc cấp tính, mãn tính Khi xâm nhập vào cơ thể, phenol và Clophenol có thể gây tổn thương cho nhiều cơ quan, đặc biệt tác động lên hệ thần kinh, hệ tim mạch và máu, với liều nguy hiểm từ 2-5 gam và liều gây chết trên 10 gam Ngoài ra, chúng còn có tác dụng ăn mòn tại chỗ và ức chế chuyển hóa, gây ra những tác hại nghiêm trọng đối với sức khỏe con người.
Phenol có nhiều dẫn xuất phụ thuộc vào nhóm gắn trên vòng nhân thơm, ảnh hưởng đến tính chất và ứng dụng của chúng Theo tổ chức Bảo vệ Môi trường Mỹ (EPA), hiện có 11 hợp chất phenol gây ô nhiễm môi trường chủ yếu, trong đó bao gồm các hợp chất như 4-Cloro-3-Methylphenol, 2-Clorophenol, 2,4-Dimethylphenol, 2,4-Dinitrophenol và 2-Methyl-4,6-Dinitrophenol, gây tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe cộng đồng.
Nitrophenol, 4-Nitrophenol, Pentaclorophenol, 2,4,6-Triclorophenol và phenol, [11],[10],[12]
Phenol và các chlorophenol được phát hiện trong chất thải động vật, là sản phẩm nội sinh từ quá trình trao đổi chất của các axit amin thơm trong ruột Ngoài ra, một số hợp chất này còn xuất hiện trong môi trường xuất phát từ nhựa cây và nhựa than đá, qua quá trình phân hủy sinh học các hợp chất tự nhiên có cấu trúc khác nhau Trong than, hàm lượng phenol có thể lên đến 0,001% trong than anthracit Một số loài sinh vật như nấm Penicillium đã phát hiện có 2,4-dichlorophenol, trong khi hàm lượng chlorophenol lớn còn được tìm thấy trong các môi trường tự nhiên.
Phenol được phát hiện vào năm 1834 và từ đó, các dẫn xuất của phenol như chlorophenol bắt đầu được ứng dụng rộng rãi trong các quy trình sản xuất, góp phần nâng cao hiệu quả trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
Ngành công nghệp nặng: công nghiệp gang thép, công nghiệp mạ, luyện kim Phenol là sản phẩm thứ cấp từ các quá trình luyện cốc sinh ra
Trong ngành công nghiệp dược phẩm, phenol là thành phần chính dùng để điều chế aspirin (axit acetylsalicilic hoặc axit 2-acetoxi benzoic), giúp giảm đau và điều trị các bệnh lý như huyết phổi Việc sử dụng phenol trong sản xuất thuốc đã thúc đẩy quá trình cung cấp nguyên liệu cho ngành công nghiệp dược phẩm, góp phần nâng cao năng lực sản xuất dược phẩm toàn cầu.
1.1.3 Tính chất vật lý của một số hợp chất phenols
Phenol, còn gọi là Carbolic Acid, Benzenol, Phenylic Acid, Hydroxybenzene hoặc Phenic acid, là hợp chất tinh thể không màu có mùi đặc trưng Nó ít tan trong nước lạnh nhưng hòa tan vô hạn ở nhiệt độ 66°C, đồng thời tan tốt trong các dung môi hữu cơ Ngoài những đặc điểm vật lý kể trên, Phenol còn có các tính chất vật lý khác đáng chú ý.
- Khối lượng phân tử: 94,11 g/mol
- Màu: không màu đến màu hồng nhạt
- Nhiệt độ tới hạn: 694,2ᵒC
Khi để lâu ngoài không khí, phenol chảy rữa do hấp thụ hơi nước và bị oxi hóa một phần nên tạo thành chất lỏng có màu hồng
Phenol có hiệu ứng cộng hưởng trong phân tử, giúp nhóm phenyl hút electron mạnh mẽ, từ đó làm phân cực liên kết O-H và tạo ra tính axit yếu Tuy nhiên, tính axit của phenol vẫn còn ở mức rất yếu với pKa = 9,75, do đó nó không làm đổi màu quỳ tím trong các phản ứng axit-bazơ.
Phenol tác dụng với bazơ mạnh tạo muối phenolat (VD: natri phenolat):
Phenol (C6H5OH) là hợp chất có tính axit yếu hơn axit cacbonic (CO2), vì vậy muối phenolat (C6H5ONa) phản ứng với axit cacbonic để tạo lại phenol Phản ứng này đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp, giúp tái tạo phenol một cách hiệu quả.
Phenol có thể tác dụng được với Na như ancol nhưng khác ở chỗ là tạo muối phenolat không bị thủy phân:
Do hệ liên hợp của nhóm OH với vòng thơm làm mật độ điện tích âm của
Phenol có nhóm -OH giảm hơn so với nhóm -OH trong ancol thông thường, do đó khả năng phản ứng của phenol yếu hơn Hiệu ứng không gian cản trở của vòng thơm gây ra sự hạn chế trong quá trình tấn công của nhóm -OH vào phân tử axit, làm giảm khả năng phản ứng của phenol với các chất phản ứng axit.
6 este Vì vậy phenol chỉ tạo được este khi tác dụng với clorua axit hoặc anhiđrit axit:
C6H5OH + CH3COCl -> CH3COOC6H5 + HCl
C6H5OH + (CH3CO)2O -> CH3COOC6H5 + CH3COOH
Phản ứng thế H ở vòng Benzen (Tính chất của nhân thơm)
Phenol phản ứng với dung dịch brom tạo kết tủa trắng, nếu Br2 dư cũng tạo kết tủa trắng
Phenol phản ứng với HNO3 tạo kết tủa vàng (axit picric), [13]
1.1.5 Độc tính của phenol và các hợp chất của phenol Độc cấp tính : Người sau khi nhiễm phenol ở liều lượng cao thường có những biểu hiện nhiễm độc cấp tính như sau:
Gây tổn thương hệ thần kinh ngoại vi (phá hủy bao myelin của sợi trục thần kinh) Làm biến chất Protein
Sự ngộ độc toàn thân do phenol có thể xảy ra khi tiếp xúc trực tiếp qua ba con đường chính gây ra Thông thường, phản ứng đầu tiên là kích thích hệ thần kinh trung ương, gây ra các triệu chứng nhanh chóng, sau đó hệ thần kinh này suy giảm chức năng một cách nhanh chóng.
Tổn thương hệ thần kinh gây ra hậu quả nghiêm trọng là tử vong Trong khi đó, khi ngộ độc ảnh hưởng đến các cơ quan khác, các triệu chứng có thể không xuất hiện ngay lập tức mà bị trì hoãn đến 18 giờ sau đó, khiến việc chẩn đoán và xử lý gặp nhiều khó khăn.
Ngộ độc phenol có thể gây ra các triệu chứng nghiêm trọng liên quan đến nhiều bộ phận cơ thể Trong hệ tim mạch, tiếp xúc với phenol có thể làm tăng huyết áp, sau đó giảm dần và dẫn đến sốc, đồng thời có thể gây rối loạn nhịp tim Ở hệ thần kinh, ngộ độc phenol gây ra buồn nôn, ói mửa, đau đầu, chóng mặt, ù tai, và có thể dẫn đến mất kiểm soát, hôn mê, suy giảm hô hấp và tử vong Về đường hô hấp, tiếp xúc với nồng độ cao có thể gây sưng cổ họng, viêm và loét khí quản, đặc biệt khi phenol nặng hơn không khí, dễ tích tụ trong phổi gây lỏng khí và khó thoát ra ngoài.
Tiếp xúc với phenol qua đường tiêu hóa có thể gây ra viêm loét cổ họng, dạ dày và thực quản ngoài triệu chứng buồn nôn, ói mửa Trong khi đó, hệ tuần hoàn máu có thể gặp các thay đổi huyết học rõ ràng như tán huyết, ức chế tủy xương và thiếu máu sau khi tiếp xúc với phenol.
Ngoài ra phenol còn gây bỏng mắt, viêm mắt
Một số nghiên cứu về phenol trên thế giới và tại Việt Nam
Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã tập trung vào phenol và phương pháp xử lý nguồn thải nhiễm phenol, trong đó công nghệ màng lọc sinh học đã chứng minh hiệu quả trong việc giảm ô nhiễm phenol trong nước Theo các nghiên cứu của Lin J., Reddy M., Moorthu V., và Qoma B.E từ Đại học KwaZulu-Natal, công nghệ này đã trở thành một giải pháp tiên tiến và bền vững cho quá trình xử lý phenol trong các hệ thống nước thải.
Theo nghiên cứu và điều tra về sự hiện diện cũng như tác động của phenol đối với sức khỏe người dân sống dọc con sông Dzierzejzna tại miền trung Ba Lan, kết quả cho thấy nồng độ các hợp chất phenol trong nước dao động từ 0,01 đến 2 µg/L.
Năm 2004, một cuộc điều tra tại Nga (Czukczi, gần vùng Bắc Cực) đã xác nhận mức độ tập trung của Pentachlorophenol (PCP) trong huyết tương người là trung bình 0,64 àg/L Kết quả này cho thấy mức phơi nhiễm PCP ở cộng đồng sinh sống tại khu vực này khá thấp, góp phần vào việc hiểu rõ hơn về mức độ ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng sức khỏe của chất độc này.
Một vài nghiên cứu khác trên thế giới như: Theo nghiên cứu đánh giá sự hiện diện của ankylphenol trong mẫu cá thu thập từ sông kalamazoo (Michigan,
Nồng độ ankylphenol trong cơ thể người Mỹ được ghi nhận là 3,4 µg/Kg, cho thấy mức độ tồn tại của hoạt chất này trong môi trường sinh thái [20] Một nghiên cứu tại biển Baltic cũng đã phát hiện sự tích tụ của nonylphenol trong các mô của nhuyễn thể như Dreissena Plymorpha và Mytilus edulis, với mức độ lên đến 112 µg/Kg thể trọng, cho thấy khả năng sinh vật biển tích lũy tồn dư hóa chất này rất cao [21].
Theo báo cáo hiện trạng môi trường lưu vực sông Srepok năm 2013, hàm lượng Phenol trong nước dưới đất dao động từ 0,1 đến 1,9 µg/l, trung bình 0,6 µg/l Trong tổng số 177 mẫu phân tích, có 5 mẫu (chiếm 2,8%) vượt giới thiều cho phép, được xác định trong “Đề án Điều tra nguồn nước dưới đất ở một số vùng trọng điểm tỉnh Đắk Lắk” Các mẫu vượt giới hạn gồm 3 mẫu tại xã Dliờ Yang – Ea H’leo (0,3 – 1,9 µg/l), một mẫu tại xã Cư Pơng – Krông Buk (1,124 µg/l), và một mẫu tại xã Ea H’Đing – Cư M’gar (1,9 µg/l) Tuy nhiên, các hàm lượng này chỉ vượt chừng đó so với quy chuẩn cho phép là 1 µg/l, cho thấy mức độ ô nhiễm Phenol trong nước tương đối thấp và nằm trong giới hạn an toàn.
Năm 2016, sự kiện môi trường biển Việt Nam bị ô nhiễm do Công ty Hưng Nghiệp gang thép Formosa gây ra thu hút gần 100 nhà khoa học quốc tế nghiên cứu Kết quả điều tra xác nhận rằng nước thải của nhà máy chứa hàm lượng lớn độc tố cyanua và phenol, các chất này kết hợp với phức sắt ở dạng keo (Mixel) gây ra hiện tượng cá chết hàng loạt Quá trình gây cá chết đã được mô phỏng rõ ràng, cho thấy tác động của các chất độc hại này đối với hệ sinh thái biển.
Hình 1.2 Mô phỏng quá trình gây độc của phenol trong nước biển
Theo ước tính nếu lượng nước thải của nhà máy Formosa không được xử lý thì mỗi ngày sẽ có khoảng 1 tấn phenol được đổ ra biển [16]
Hậu quả của vụ việc đã ảnh hưởng đến hơn 100.000 người có thu nhập thấp, gây thiệt hại nghiêm trọng tới hệ sinh thái biển của 4 tỉnh miền Trung, và làm chết hơn 350 ha tôm nuôi cùng 1.613 lồng nuôi cá Ngoài ra, lượng hải sản tồn kho ngày càng tăng, gây khó khăn trong tiêu thụ và làm giảm giá trị kinh tế của ngành thủy sản địa phương.
Các phương pháp xác định phenol
Phenol tồn tại trong môi trường ở nhiều dạng dẫn xuất khác nhau, nhưng khả năng bay hơi của nó ở nhiệt độ khoảng 60°C gây khó khăn trong quá trình xác định nồng độ phenol trong đất, nước và không khí do quá trình phân hủy tự nhiên Việc áp dụng các phương pháp phân tích phù hợp là rất cần thiết để xác định chính xác hàm lượng phenol, đồng thời cần phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp để lựa chọn phương pháp tối ưu Điều này giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong công tác giám sát, kiểm soát ô nhiễm phenol trong môi trường.
1.3.1 Phương pháp so màu quang điện
Phương pháp phân tích quang học dựa trên cơ sở khoa học về sự tương tác chọn lọc giữa chất cần xác định và năng lượng bức xạ thuộc các vùng tử ngoại, khả kiến hoặc hồng ngoại Đây là phương pháp phản ánh chính xác các đặc điểm của mẫu dựa trên sự hấp thụ hoặc phát xạ ánh sáng trong các vùng phổ này, giúp xác định thành phần cấu tạo của mẫu một cách hiệu quả.
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc tách các chất phenol khỏi tạp chất và chất bảo quản mẫu bằng phương pháp chưng cất Vì hợp chất phenol có tốc độ bay hơi chậm, thể tích phần cất phải bằng thể tích mẫu đem chưng cất Sau đó, các hợp chất phenol chưng cất được phản ứng với 4-aminoantipyrin ở pH 10,0 ± 0,2 cùng với kali hexexyanoferat(III) để tạo thành phẩm màu antityrin Tiếp theo, phẩm màu này được chiết bằng cloroform và đo độ hấp thụ tại 450 nm, giúp xác định chỉ số phenol, thể hiện bằng miligam phenol trong một lít mẫu.
Phạm vi áp dụng của phương pháp: phương pháp này cho phép xác định chỉ số phenol khoảng từ 0,002 mg/l đến khoảng 0,10 mg/l
Lĩnh vực áp dụng: Phương pháp này được áp dụng dùng để xác định hàm lượng phenol tổng số ở trong nước mặt, nước uống và nước thải công nghiệp
- Ưu, nhược điểm của phương pháp:
- Giới hạn phát hiện thấp (0,002 mg/l) điều này đáp ứng được các mẫu có hàm lượng phenol thấp
- Sử dụng để phân tích phenol tổng số
- Mẫu phân tích có thể bị nhiễu dẫn đến kết quả không chính xác, điều này phụ thuộc vào quá trình chiết và chưng cất mẫu
- Thời gian phân tích lâu
- Cần sử dụng các thiết bị hiện đại
- Chất dùng chiết là dung môi dễ bay hơi và độc
- Cần chất phản ứng tạo phức màu chọn lọc với chất cần phân tích
1.3.2 Phương pháp sắc ký khí
Sắc ký khí là phương pháp phân tách dựa trên sự di chuyển của các hợp chất qua một cột chứa pha tĩnh là chất rắn hoặc lớp phim mỏng phủ lên thành cột, trong khi pha động là khí trơ để vận chuyển các hợp chất đó Phương pháp này chủ yếu được ứng dụng để phân tích các chất có khả năng bay hơi, giúp tách và định danh các hợp chất dễ bay hơi một cách chính xác.
Sau khi tiêm mẫu thử vào máy, dung dịch sẽ hóa hơi, các hơi này được thổi vào dòng khí và chuyển đến cột phân tích Quá trình hấp phụ giữa các thành phần hóa học trong dòng khí (cả khí mang và hơi mẫu) với pha tĩnh quyết định sự phân tách các hợp chất trong hỗn hợp Các chất có sự tương tác khác nhau sẽ lưu lại trong cột ở thời gian khác nhau, giúp xác định thành phần dựa trên so sánh thời gian lưu với đường chuẩn của từng chất phân tích Sau khi ra khỏi cột, chất phân tích được đưa tới đầu dò, nơi bộ phận xử lý tín hiệu ghi nhận nồng độ chất dưới dạng các tín hiệu, phù hợp với loại đầu dò sử dụng.
1.3.2.2 Sơ đồ khối và nguyên tắc hoạt động của sắc ký khí
Hình 1.3 trình bày sơ đồ máy sắc ký khí (GC), trong đó nguồn khí, chứa trong bình dung môi pha động, cung cấp khí trơ không tương tác với chất phân tích trong mẫu Hệ thống này giúp đảm bảo quá trình phân tích chính xác và hiệu quả, là một phần quan trọng của kỹ thuật sắc ký khí trong phân tích hoá học.
Thiết bị đầu vào bao gồm bộ phận bơm mẫu (auto sampler) giúp tự động chuyển mẫu chứa phenol vào thiết bị hóa hơi Tại đây, dung dịch mẫu sẽ được hóa hơi và chuyển vào dòng khí mang pha động (khí trơ) để đưa mẫu đến cột phân tích, đảm bảo quá trình phân tích chính xác và hiệu quả.
Lò cột trong phân tích hóa học giúp tách các chất phân tích khác nhau dựa trên sự khác biệt về tương tác với pha tĩnh, thường là dạng lỏng phủ lên bề mặt chất mang rắn Đầu dò đóng vai trò quan trọng trong xác định và đo lường nồng độ phenol, dựa trên tín hiệu phản hồi của nó, với loại tín hiệu phụ thuộc vào loại derector sử dụng và phương pháp phân tích Một trong những derector chính được sử dụng để phân tích phenol là Derector ion hóa ngọn lửa (FID), giúp nâng cao độ chính xác trong đo lường.
Dựa trên sự biến đổi độ dẫn điện của ngọn lửa được tạo bởi hộn hợp khí H2 và
O2 trong không khí (nguồn ion hóa) và được đặt trong một điện trường (buồng điện cực)
Khí mang sau khi rời khỏi cột đi qua nguồn ion hóa vào buồng điện cực, nơi chúng bị tấn công bởi các chùm hạt electron tạo thành các hạt tích điện như ion dương, ion âm và electron Quá trình này tạo ra dòng điện giữa hai bản điện cực, dòng điện này đi qua điện trở đo R Hiện tượng rơi thế E0 qua điện trở R sẽ được khuếch đại và ghi lại dưới dạng sắc ký đồ để phân tích Đường nền trong sắc ký được hình thành do dòng khí mang thành phần và tốc độ ổn định, và để giảm thiểu dòng này người ta sử dụng một dòng điện bổ chính.
Khi khí mang theo các phân tử cần phân tích, các phân tử này bị ion hóa, gây ra sự tăng dòng điện cực trong quá trình phân tích Các tín hiệu này sau đó được ghi lại dưới dạng các đỉnh (peak), phản ánh chính xác hàm lượng các chất cần đo lường Quá trình này giúp phân tích khí hiệu quả, đảm bảo kết quả chính xác và tin cậy trong các ứng dụng phân tích chất lượng cao.
Hình 1.4 Mô hình mô phỏng derector ion hóa ngọn lửa FID
Không bị ánh hưởng bởi vận tốc khí mang
Thời gian chỉ tín hiệu nhở hơn 0,1 giây và có độ nhạy gấp 1000 derector TCD
Giới hạn phát hiện dưới 10-12 (g/s)
Tuy nhiên cũng có những điểm bất lợi là phải dùng thêm hệ thống khí đốt, ngoài khí mang không được dùng các khí như SO2, CO2, H2O, NOx
Cấu tử mẫu bị phân hủy trong ngọn lửa, do đó không phù hợp để sử dụng trong các phương pháp phân tích khác như máy hồng ngoại Điều này làm hạn chế khả năng áp dụng của cấu tử mẫu trong quá trình kiểm tra và xác định chất lượng, đặc biệt khi cần chuyển đổi sang các thiết bị phân tích hiện đại Việc hiểu rõ đặc tính này giúp đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của kết quả phân tích hóa học.
Khoảng động học từ 10 6 đến 10 7
Nhiệt độ làm việc khoảng 400 ᵒ C
Phân hủy chất đòi hỏi 3 khí: khí mang, hydro và oxi Độ ổn định cao ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và tốc độ dòng
The Flame Ionization Detector (FID) offers significantly higher sensitivity—approximately 1,000 times greater—compared to the Thermal Conductivity Detector (TCD) This makes the FID particularly suitable for analyzing organic compounds containing carbon, ensuring precise and reliable detection in organic chemistry applications.
Một số hợp chất không thể phát hiện bằng detector này bao gồm axit formic, fomandehit, NOx, NH3, các hợp chất halogen, CS2, H2O, H2S, CO và CO2 Trong phân tích sắc ký khí, để xác định phenol chính xác hơn, người ta thường bổ sung phương pháp phân tích bằng khối phổ MS để tăng độ nhạy và độ chính xác của kết quả.
- Ưu, nhược điểm của sắc ký khí:
- Hiệu quả tách hay độ phân giải cao
- Tiến hành nhanh, ít qua các bước do đó hạn chế được sự nhiễm bẩn từ môi trường
- Giới hạn phát hiện rất thấp
- Xác định được nhiều chất trong cùng một lần phân tích, có thể tách riêng từng dẫn xuất của phenol
Kỹ thuật sắc ký khí yêu cầu trang thiết bị hiện đại để đảm bảo độ chính xác cao trong phân tích Người thực hiện cần có trình độ chuyên môn và sự am hiểu sâu rộng về kỹ thuật để vận hành máy móc hiệu quả Đồng thời, mẫu phân tích phải được xử lý kỹ lưỡng để loại bỏ tối đa các chất gây nhiễu, nhằm nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của kết quả phân tích.
1.3.2.3 Ứng dụng của phương pháp sắc ký khí trong phân tích các hợp chất nhóm VOC s
Hiện nay, kỹ thuật sắc ký khí được ứng dụng rộng rãi trong phân tích các chất hữu cơ và dẫn xuất của chúng, mang lại độ chính xác cao và độ tin cậy vượt trội Công nghệ này rất phổ biến trong ngành phân tích hóa học để xác định thành phần của các hợp chất hữu cơ Áp dụng kỹ thuật sắc ký khí giúp các nhà nghiên cứu có thể thực hiện phân tích nhanh chóng và chính xác, hỗ trợ các lĩnh vực như y học, thực phẩm, môi trường và công nghiệp hóa chất Với sự phổ biến ngày càng tăng, kỹ thuật sắc ký khí đã trở thành phương pháp chuẩn trong phân tích hóa học hiện đại.
MỤC TIÊU - ĐỐI TƯỢNG - NỘI DUNG - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mục tiêu nghiên cứu
Để đảm bảo chất lượng trong quá trình phân tích đánh giá môi trường, cần xây dựng cơ sở khoa học vững chắc nhằm đề xuất các giải pháp nghiên cứu phù hợp Việc chọn lựa phương pháp phân tích hợp lý và hiệu quả đóng vai trò then chốt trong quá trình này, giúp nâng cao độ chính xác và tin cậy của kết quả đánh giá Từ đó, đảm bảo các thông số môi trường được phân tích chính xác, phục vụ tốt cho việc ra quyết định và quản lý môi trường bền vững.
Khảo sát đánh giá đã xác định được hiệu quả của nhiều phương pháp phân tích trong việc xác định hàm lượng phenol trong nước Các phương pháp này cho kết quả chính xác và đáng tin cậy, góp phần nâng cao khả năng giám sát và kiểm soát ô nhiễm phenol trong môi trường Bước đầu, các phương pháp này đã được áp dụng để đánh giá hàm lượng phenol trong một số nguồn thải, mở ra triển vọng cải thiện công tác quản lý chất lượng nước.
- Đề xuất được phương pháp phân tích xác định hàm lượng phenol nhằm nâng cao hiệu quả trong quá trình phân tích đánh giá chất lượng môi trường.
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu mà đề tài hướng đến là các phương pháp xác định hàm lượng phenol trong môi trường nước
Nội dung nghiên cứu
- Khảo sát một số phương pháp phân tích xác định hàm lượng phenol trong môi trường nước
Phương pháp so màu quang điện
Phương pháp sắc ký khí
- Đánh giá hàm lượng phenol trong một số nguồn thải
- Đề xuất phương pháp phân tích phenol phù hợp.
Phương pháp nghiên cứu
2.4.1 Phương pháp kế thừa tài liệu
Phương pháp này nhằm khám phá nguồn gốc, trạng thái tồn tại, tính chất và độc tính của Phenol cùng các dẫn xuất của nó Nghiên cứu đã tham khảo nhiều đề tài và tài liệu uy tín để cung cấp thông tin chính xác và toàn diện về đặc điểm hóa học, ứng dụng cũng như mức độ độc hại của Phenol Thông qua đó, bài viết giúp độc giả hiểu rõ hơn về các đặc tính nổi bật của hợp chất này trong các lĩnh vực công nghiệp và y học, đồng thời hỗ trợ các nhà nghiên cứu, chuyên gia đánh giá rủi ro và an toàn liên quan đến Phenol.
Trong bài báo cáo, đã sử dụng 18 nguồn tài liệu mới từ các báo trong nước và quốc tế để cung cấp thông tin khoa học giá trị, góp phần xây dựng phương pháp phân tích phù hợp với đối tượng nghiên cứu Để phát triển phương pháp phân tích đề tài, tác giả đã tham khảo các tài liệu như Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6216:1996 (ISO 6439:1990), EPA Method 604 cùng nhiều tài liệu khác nhằm hoàn thiện và chính xác hóa phương pháp phân tích.
2.4.2 Phương pháp bố trí nghiệm
Phương pháp thực nghiệm là cách xác định quy trình và tiến hành các thí nghiệm một cách có hệ thống để đạt được các mục tiêu đề ra Trong đó, phương pháp so màu quang điện là một kỹ thuật quan trọng giúp đo lường chính xác các nguyên tố và hợp chất thông qua phản ứng quang điện, từ đó cung cấp dữ liệu tin cậy cho các nghiên cứu và phân tích.
Quy trình tổng quát của phương pháp như sau:
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sử dụng mẫu nước hồ tại Trường Đại học Lâm Nghiệp cùng với mẫu nước cất để đánh giá ảnh hưởng của thành phần nền mẫu đến kết quả phân tích Việc so sánh giữa các loại mẫu giúp xác định độ chính xác và độ tin cậy của phương pháp phân tích trong điều kiện thực tế Kết quả cho thấy thành phần nền mẫu có tác động đáng kể đến kết quả phân tích, từ đó đề xuất các biện pháp kiểm soát và điều chỉnh phù hợp để nâng cao độ chính xác của phân tích nước Đây là bước quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng số liệu và nâng cao hiệu quả công tác nghiên cứu và giám sát môi trường.
Quá trình chưng cất mẫu được thực hiện trên hai thiết bị chính là thiết bị chưng cất đạm bán tự động UDK 139 và bộ chưng cất thủy tinh để đảm bảo độ tin cậy trong phân tích phenol Phương pháp sắc ký khí được áp dụng để xác định hàm lượng phenol một cách chính xác và hiệu quả, giúp nâng cao độ tin cậy của kết quả phân tích chất lượng mẫu.
Quy trình tổng quát của phương pháp được nêu như sau:
Việc làm sạch mẫu cần chú trọng điều chỉnh pH của mẫu trước khi tiến hành để đảm bảo quá trình rửa bằng n-Hexan không làm ảnh hưởng đến hàm lượng phenol trong mẫu, góp phần giúp quá trình phân tích chính xác hơn.
Quá trình chiết mẫu được thực hiện bằng hai dung môi là n-Hexan và Diclometan để đánh giá khả năng thu hồi phenol Việc sử dụng phương pháp chưng cất chân không giúp làm giàu lượng phenol trong mẫu, từ đó tăng khả năng phát hiện và phân tích chính xác hơn.
2.4.3 Phương pháp so sánh và xử lý số liệu Đây là phương pháp quan trọng trong việc đánh giá và đưa ra kết luận, các số liệu thu được trong quá trình thực hiện đề tài sẽ được đưa vào xử lý trên phần mềm Excel
THỰC NGHIỆM
Khảo sát một số phương pháp phân tích xác định phenol trong môi trường nước
3.1.1 Khảo sát phương pháp so màu quang điện
3.1.1.1 Khảo sát phương pháp xây dựng đường chuẩn phenol
3.1.1.1.1 Dụng cụ, thiết bị hóa chất sử dụng a Dụng cụ, thiết bị sử dụng
- Máy so màu quang điện DR 3900 của hãng HACH
- Máy chưng cất đạm bán tự động UDK 139 của hãng Velp
- Bộ chưng cất thủy tinh và bếp điện
- Cốc đong 250 ml, bình tam giác 250 ml b Hóa chất sử dụng
- Dung dịch đệm pH Kali natri tarat Hòa tan 3,4 g amoni clorua
NH4Cl và 20 g kali natri tarat (NaKC4H4O6) trong 70 ml nước Thêm 15 ml amoni hidroxit (0,9 g/ml) rồi thêm nước đến vạch 100 ml
- Dung dịch: 4-aminoantipyrin Hoàn tan 2,0 g 4-aminoantipyrin (C11H13N2O) vào nước và định mức đến 100 ml
- Dung dịch kali hexaxyanoferat(III) (80g/l) Hòa tan 8 g kali hexaxynoferat (III) (K3[Fe(CN)6] trong nước và định mức đến vạch 100 ml
- Natri sunfat khan Na2SO4, dạng hạt
- Dung dịch CuSO4 : Hoà tàn 19 g CuSO4 trong nước và định mức đến 100ml
- Axit photphoric : 1,70 g/ml trộn theo tỉ lệ 1:9 với nước cất
- Dung dịch đệm amoni 0,9 g/ml
3.1.1.1.2 Bố trí và tiến hành thí nghiệm
Tiến hành xây dựng 3 đường chuẩn phenol bao gồm:
- ĐC1: Đường chuẩn phenol không qua chưng cất
Đề tài sử dụng thiết bị chưng cất đạm bán tự động UDK 139 của hãng Velp để đánh giá mức độ phù hợp của thiết bị đối với chất phân tích là phenol, theo hướng dẫn của nhà sản xuất Thiết bị này có công dụng chính trong việc chưng cất và phân tích các hợp chất như amoni, nito tổng số và các chất dễ bay hơi như phenol, góp phần nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong phân tích hóa học.
Hình 3.1 Thiết bị chưng cất đạm bán tự động UDK 139 của hãng Velp
(Phòng phân tích môi trường - Trung tâm Phân tích môi trường và ứng dụng công nghệ địa không gian Khoa QLTNR & MT)
Đường chuẩn phenol được chuẩn hóa bằng bộ chưng cất thủy tinh để đảm bảo độ chính xác cao trong các phân tích Mục đích của việc xây dựng ba đường chuẩn này nhằm đánh giá ảnh hưởng của quá trình chưng cất lên kết quả của đường chuẩn, đảm bảo quá trình phân tích diễn ra chính xác và đáng tin cậy Việc tối ưu hóa quá trình chưng cất giúp nâng cao độ chính xác của các kết quả đo lường, góp phần cải thiện chất lượng phân tích phenol.
22 từ đó lựa chọn đường chuẩn phenol phù hợp vào trong quá trình phân tích định lượng hàm lượng phenol trong môi trường
Hệ thống chưng cất được bố trí như sau:
Hình 3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm bộ chưng cất thủy tinh
(Phòng phân tích môi trường - Trung tâm Phân tích môi trường và ứng dụng công nghệ địa không gian Khoa QLTNR & MT)
- Chuẩn bị dung dịch chuẩn gốc 18111 mg/l bằng cách cân 1,8111 g phenol và pha loãng vào BĐM 100 ml
- Từ dung dịch chuẩn gốc pha dung dung dịch chuẩn 10 mg/l bằng cách lấy chớnh xỏc 52,21 àL dung dịch chuẩn gốc và cho vào BĐM 100 ml
Để xác định nồng độ phenol trong dung dịch, lấy 50 ml dung dịch chuẩn có nồng độ 1 mg/l, pha vào bình định mức 500 ml bằng cách bổ sung nước cất đến vạch Trong quá trình này, 1 ml dung dịch chứa 0,001 mg phenol, giúp dễ dàng tính toán lượng phenol có trong mẫu phân tích Phương pháp này đảm bảo độ chính xác cao trong đo lường nồng độ phenol, phù hợp với quy chuẩn xét nghiệm môi trường.
- Xây dựng dãy dung dịch chuẩn bằng cách lấy lần lượt các thể tích: 0; 5; 10; 20; 30 và 40 ml dung dịch phát hiện cho vào BĐM 100 ml và định mức đến vạch
- Tùy vào việc xây dựng đường chuẩn ĐC1, ĐC2 hay ĐC3 mà ta tiến hành như sau:
Đối với mẫu ĐC1, tiến hành điều chỉnh pH của các mẫu về mức 10 ± 2 để đảm bảo quá trình phản ứng diễn ra chính xác Sau đó, chuyển từng mẫu vào phễu chiết, thêm 3 ml dung dịch K3Fe(CN)6 cùng 3 ml dung dịch 4-aminoantipyrin, rồi lắc đều và để trong vòng 15 phút để phản ứng hoàn tất.
Trong quá trình xử lý mẫu ĐC2 và ĐC3, thêm 1 ml dung dịch CuSO4 và điều chỉnh pH về khoảng giữa 1 và 2 bằng axit photphoric để đảm bảo điều kiện thích hợp cho quá trình phân tích Sau đó, tiến hành chưng cất để lấy thể tích mẫu bằng với thể tích dung dịch ban đầu, giúp đảm bảo độ chính xác và lặp lại của kết quả phân tích Cuối cùng, các mẫu sau chưng cất được xử lý theo quy trình giống như mẫu ĐC1 để duy trì tính đồng nhất trong các bước phân tích.
Sau 15 phút phản ứng tạo phức, thêm chính xác 25 ml dung dịch chloroform vào phễu chiết để chuyển phenol vào dung môi hữu cơ Tiếp theo, lắc đều để hòa trộn và chờ phân lớp, sau đó tách lấy phần dung môi hữu cơ chứa phenol Dung môi sau chiết được lọc qua Na2SO4 để loại bỏ hoàn toàn nước, giúp đảm bảo độ chính xác trong quá trình đo.
Hình 3.3 Quá trình tách chiết phenol
- Tiến hành khảo sát bước sóng và đo độ hấp thụ quang của các mẫu và thiết lập đường chuẩn tương ứng
- Xác định phương trình đường chuẩn và hệ số tương quan mẫu
Phương trình đường chuẩn có dạng:
- Y là giá trị độ hấp thụ quang đo được
- X là nồng độ phenol xác định được nhờ đường chuẩn
- A là hệ số góc của phương trình
- B là hằng số tự do
- R 2 là hệ số tương quan mẫu
3.1.1.2 Đánh giá độ thu hồi, độ lặp lại của phương pháp chưng cất
Độ thu hồi là tỷ lệ giữa khối lượng chất phân tích xác định được sau quá trình xử lý và phân tích so với khối lượng thực đã thêm vào, phản ánh mức độ chính xác của phương pháp Việc đánh giá độ thu hồi giúp xác định mức độ gần của kết quả thử nghiệm so với giá trị thật hoặc giá trị chấp nhận được Để đánh giá độ thu hồi của phương pháp chưng cất phenol, thí nghiệm được bố trí theo sơ đồ cụ thể, đảm bảo tính chính xác và đáng tin cậy trong quá trình phân tích.
Hình 3.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm đánh giá độ thu hồi của phương pháp chưng cất
25 Độ thu hồi của phương pháp chưng cất được xác định theo công thức như sau :
Trong đó, m1 thể hiện khối lượng phenol xác định được trong mẫu thật M1 (mg), m2 là khối lượng phenol xác định trong mẫu giả M2 (mg), và m0 thể hiện khối lượng phenol bổ sung vào mẫu giả (mg) Để đánh giá độ thu hồi của phương pháp chưng cất, đề tài tiến hành thử nghiệm trên hai loại nước có thành phần nền khác nhau nhằm đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của phương pháp phân tích phenol.
Mẫu nước cất có thêm chuẩn phenol
Mẫu nước hồ trường Đại học Lâm Nghiệp
Các quy trình phân tích đối với 2 loại nước là như nhau và đều thực hiện trình tự mẫu như sau:
- Mẫu trắng: là mẫu thử có cùng nền mẫu với mẫu phân tích nhưng xác định là không có nồng độ phenol
- Mẫu giả: để xác định được độ thu hồi R % của 2 phương pháp chưng cất đề tài thực hiện mẫu giả như sau :
Trong quá trình phân tích, chuẩn bị hai mẫu gồm mẫu thật M1 và mẫu giả M2 từ cùng một mẫu nước, áp dụng đồng thời cho cả hai bộ chưng cất Mẫu M1 được chưng cất và so màu theo quy trình đã định, trong khi mẫu M2 được thêm vào một lượng phenol xác định (10 μg) trước khi tiến hành chưng cất và phân tích giống hệt quy trình của M1 Sau khi phân tích, hàm lượng phenol trong cả hai mẫu M1 và M2 được xác định chính xác để đánh giá tính chính xác của phương pháp phân tích.
Hút chính xác 10 ml dung dịch phenol chuẩn có nồng độ là 1 ppm và thêm vào mẫu sau đó định mức đến vạch 100 ml
Mỗi loại mẫu tiến hành thực hiện 3 lần để lấy giá trị trung bình và đánh giá
Đánh giá độ lặp lại là yếu tố đo lường mức độ nhất quán của các kết quả thí nghiệm thực hiện nhiều lần dưới cùng điều kiện phân tích và phương pháp phân tích khác nhau trên các nền mẫu khác nhau trong thời gian ngắn [7] Độ lặp lại phản ánh mức độ tập trung của kết quả, giúp xác định tính đáng tin cậy của phương pháp phân tích trong các nghiên cứu khoa học.
Thực hiện thí nghiệm lặp lại 3 lần trên cùng một mẫu thử để đánh giá độ lặp lại của đề tài dựa trên kết quả đánh giá độ thu hồi Độ lặp lại được xác định bằng độ lệch tiêu chuẩn (SD) và độ lệch chuẩn tương đối (RSD) hoặc hệ số biến động (CV), giúp đánh giá tính chính xác và nhất quán của phương pháp phân tích Công thức tính độ lệch tiêu chuẩn được sử dụng để đo lường độ phân tán của các giá trị trong các lần lặp lại, đảm bảo kết quả nghiên cứu chính xác, tin cậy theo các chuẩn SEO phù hợp.
S: độ lệch tiêu chuẩn xi: giá trị đo được của các mẫu
Giá trị trung bình mẫu (𝑥̅) phản ánh trung tâm của dữ liệu phân tích, trong khi n đại diện cho số lượng mẫu được phân tích Độ lệch chuẩn tương đối (RSD) là tỷ lệ giữa độ lệch chuẩn và giá trị trung bình mẫu, giúp đánh giá độ chính xác của phép đo RSD càng nhỏ thể hiện phép đo càng chính xác, đảm bảo kết quả phân tích đáng tin cậy.
3.1.2 Khảo sát phương pháp sắc ký khí
3.1.2.1 Dụng cụ, thiết bị hóa chất sử dụng a Dụng cụ thiết bị sử dụng
- Máy sắc ký khí đầu dò FID (GC/FID)
- Máy chưng cất chân không
- Ống li tâm, thể tích 1 ml
- Găng tay và thiết bị bảo hộ b Hóa chất sử dụng
- Phenol chuẩn gốc có nồng độ 1000 ppm pha trong n- Hecxan
- Phenol chuẩn có nồng độ 1000 ppm pha trong nước cất
3.1.2.2 Thiết lập đường chuẩn và đánh giá độ thu hồi của phương pháp sắc ký khí
3.1.2.2.1 Thiết lập đường chuẩn phenol bằng phương pháp sắc ký khí a Bản chất
Việc thiết lập mối quan hệ giữa nồng độ đã biết của chất phân tích và diện tích peak tương ứng là bước quan trọng trong phân tích hóa học Trong cùng một điều kiện về chương trình nhiệt độ, khí mang và dung môi chiết, diện tích peak sẽ phản ánh chính xác nồng độ của mẫu Khi phân tích các mẫu có nồng độ khác nhau cùng điều kiện, diện tích peak sẽ thay đổi tương ứng, giúp xác định chính xác nồng độ của chất phân tích trong mẫu.
Hình 3.5 Máy sắc ký khí
(Phòng phân tích môi trường - Trung tâm Phân tích môi trường và ứng dụng công nghệ địa không gian Khoa QLTNR & MT) b Tiến hành
Tiến hành thiết lập chương trình nhiệt độ cho máy sắc ký khí như sau:
Bảng 3.1 Chương trình nhiệt độ máy sắc ký khí (GC/FID)
Để xác định thời gian lưu của phenol, cần sử dụng mẫu chuẩn nhằm đảm bảo độ chính xác Chuẩn bị dung dịch phenol chuẩn gốc có nồng độ 1000 ppm bằng cách lấy chính xác 9,3 μL phenol có tỷ khối 1.078 g/ml, rồi pha loãng đến 10 ml bằng bình định mức với n-hexan Quá trình này giúp đảm bảo độ chính xác của mẫu chuẩn để xác định thời gian lưu của phenol trong các phân tích chromatographic.
Từ dung dịch chuẩn gốc xây dựng dãy dung dịch có nồng độ lần lượt là 1; 10; 50; 100 ppm
Tiến hành sử dụng bơm tiêm mẫu lấy chính xác 1 μL lần lượt từ dãy dung dịch chuẩn (đã pha ở trên) và bơm vào buồng bơm mẫu
Sau khi thu được sắc ký đồ tiến hành đo diện tích peak và thiết lập đường chuẩn
Để đánh giá độ thu hồi của phương pháp sắc ký khí (GC/FID), đề tài sử dụng mẫu nước hồ trường ĐH Lâm nghiệp để phân tích Quá trình đánh giá ảnh hưởng của thành phần nền mẫu và dung môi chiết diễn ra theo quy trình thống nhất nhưng sử dụng các dung môi chiết khác nhau Trong đó, dung môi chiết n-Hexan được sử dụng để xác định tác động của loại dung môi này đến hiệu quả thu hồi trong phương pháp phân tích.
Đánh giá độ thu hồi của phương pháp sử dụng n- Hecxan đối với mẫu chưa được làm sạch
Với mẫu chưa được làm sạch ta tiến hành như sau:
Thực hiện mẫu thêm chuẩn (TC) và mẫu không thêm chuẩn (KTC)
Đánh giá nồng độ phenol trong một số nguồn thải
Để đánh giá nồng độ phenol trong một số nguồn thải đề tài tiến hành trên các loại nước thải như sau:
- Nước thải sản xuất gang thép
- Nước thải khu công nghiệp sản xuất tập trung a Quá trình lấy mẫu được tiến hành như sau:
Để đảm bảo chính xác trong việc phân tích hàm lượng phenol và các dẫn xuất của phenol, mẫu lấy ngoài thực địa cần phải được bảo quản trong bình thủy tinh, nhằm tránh sai số do tác động của các yếu tố bên ngoài Quá trình lấy mẫu phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn quốc tế và Việt Nam như ISO 5667-1, TCVN 5992:1995 (ISO 5667-2) và TCVN 5993:1995 (ISO 5667-3), nhằm đảm bảo tính khách quan và độ chính xác của kết quả phân tích.
Các hợp chất phenol trong nước dễ bị oxi hóa cả về mặt hóa học và sinh học, gây ảnh hưởng đến kết quả phân tích Để bảo đảm độ chính xác của mẫu, cần thực hiện bảo quản sơ bộ ngay sau khi lấy mẫu, tránh tiếp xúc với oxy và các yếu tố gây oxi hóa Việc bảo quản mẫu đúng cách giúp giữ nguyên thành phần phenol trong nước, từ đó đảm bảo độ tin cậy của kết quả phân tích.
Axit hóa mẫu bằng axit photphoric đến pH bằng 4 Thêm 1 g đồng (II) sunfat CuSO4 vào 1 lít mẫu Bảo quản mẫu ở 5 ᵒ C đến 10 ᵒ C b Chuẩn bị mẫu và tiến hành phân tích
Sử dụng mẫu với thể tích mẫu mang đi chưng cất là 100 ml Thêm 1 ml CuSO4 nếu mẫu chưa được bảo quản
Quá trình phân tích và định lượng được tiến hành như mẫu xây dựng đường chuẩn phenol bằng phương pháp so màu
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Kết quả khảo sát phương pháp phân tích phenol bằng phương pháp so màu
4.1.1 Kết quả xây dựng đường chuẩn
Quá trình xây dựng đường chuẩn phenol dựa trên việc đo độ hấp thụ quang (Abs) của các dung dịch chuẩn có nồng độ đã biết trước, giúp xác định mối liên hệ giữa nồng độ và độ hấp thụ quang của phenol Các kết quả của việc xác lập 3 đường chuẩn theo các phương pháp khác nhau thể hiện khả năng ứng dụng đa dạng trong phân tích hóa học, đảm bảo độ chính xác và tin cậy trong quá trình đo lường Việc xây dựng các đường chuẩn này là bước quan trọng trong việc tối ưu hóa phương pháp phân tích phenol, góp phần nâng cao độ nhạy cảm và độ chính xác của kết quả phân tích.
Đường chuẩn phenol không qua chưng cất (ĐC1) được xây dựng để xác định nồng độ chính xác của phenol mà không cần qua quá trình chưng cất, đảm bảo độ chính xác cao trong phân tích Các giá trị đo được về độ hấp thụ quang và nồng độ tương ứng đã biết trước thể hiện trong bảng, giúp thuận tiện trong việc xác định nồng độ phenol một cách nhanh chóng và chính xác Phương pháp này tối ưu hóa quy trình phân tích và nâng cao độ tin cậy của kết quả đo, phù hợp với các yêu cầu trong phân tích hóa học môi trường và phòng lab.
Bảng 4.1 Giá trị độ hấp thụ quang đo được của các mẫu không qua chưng cất ứng với các nồng độ Thể tích BĐM
Thể tích dung dịch chuẩn (ml)
Nồng độ (mg/l) Độ hấp thụ quang Abs
Quá trình khảo sát bước sóng cực đại 𝜆 𝑚𝑎𝑥 và đo độ hấp thụ quang Abs từ các mẫu ta thu được đồ thị đường chuẩn như sau:
Hình 4.1 Biểu đồ đường chuẩn Phenol không qua chưng cất
Bước sóng hấp thụ đo được 𝜆 𝑚𝑎𝑥 = 451 𝑛𝑚 Hệ số tương quan R 2 0,9931 cho thấy mối tương quan giữa các giá trị là chặt Hệ số góc của phương trình bằng 7,888
Đường chuẩn phenol được tinh chế thông qua quá trình chưng cất bằng thiết bị chưng cất tự động UDK 139 (ĐC2) Quá trình chưng cất đường chuẩn bằng thiết bị tự động này tương tự như phương pháp chưng cất đường chuẩn không dùng thiết bị tự động, và kết quả thu được đã được trình bày rõ ràng trong bảng dữ liệu đi kèm.
Bảng 4.2 Giá trị độ hấp thụ quang đo được của các mẫu qua chưng cất bằng thiết bị tự động UDK 139 ứng với các nồng độ
Thể tích dung dịch chuẩn (ml)
Nồng độ (mg/L) Độ hấp thụ quang Abs
0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 Độ hấ p t hụ qu an g Ab s
Quá trình khảo sát 𝜆 𝑚𝑎𝑥 và đo độ hấp thụ quang Abs của mẫu được thực hiện tương tự như phương pháp đường chuẩn Phenol không qua chưng cất Kết quả thu được thể hiện qua đồ thị đường chuẩn, giúp xác định chính xác các đặc tính quang học của mẫu Việc này là bước quan trọng trong phân tích hợp lý, đảm bảo độ chính xác và tin cậy trong quá trình xác định nồng độ của hợp chất cần khảo sát.
Hình 4.2 Biểu đồ đường chuẩn Phenol qua chưng cất bằng thiết bị chưng cất tự động UDK 139
Bước sóng hấp thụ cực đại đo được là 𝜆𝑚𝑎𝑥 = 449 nm, phản ánh đặc điểm quang học của mẫu Phân tích đồ thị của đường chuẩn phenol qua quy trình chưng cất bằng thiết bị tự động cho thấy các giá trị có độ phân tán lớn, điều này thể hiện qua hệ số tương quan mẫu R² = 0,8382, khá thấp, ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả.
Thời gian chưng cất mẫu tương đối nhanh khoảng 7,5 (phút/mẫu)
Trong phân tích này, các giá trị nồng độ từ 0, 0,5 và 0,1 mg/L cho thấy sự biến động lớn về độ hấp thụ quang (Abs), tăng từ 0,316 đến 3,168, so với các nồng độ cao hơn là 0,2; 0,3; 0,4 mg/L Hệ số góc của phương trình tương quan là 10,228, phản ánh mức độ biến đổi đáng kể trong dữ liệu Điều này cho thấy hàm lượng phenol khi chưng cất bằng thiết bị này không được chưng cất hết, dẫn đến tích lũy và gây ra sự dao động trong giá trị độ hấp thụ quang tại các mức nồng độ khác nhau.
Trong quá trình định lượng hàm lượng phenol, không thể sử dụng đường chuẩn phenol qua phương pháp chưng cất tự động UDK 139 do hiệu quả của thiết bị này hạn chế Thay vào đó, cần sử dụng một thiết bị chưng cất phù hợp hơn để đảm bảo độ chính xác cao trong phân tích phenol Hàm hồi quy y = 10.228x - 0.0815 với hệ số xác định R² = 0.8382 cho thấy mối liên hệ rõ ràng giữa nồng độ phenol và kết quả đo, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc chọn thiết bị chưng cất phù hợp để đạt độ chính xác tối đa trong phân tích.
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Độ hấp t hụ qu ang
Đường chuẩn phenol thông qua chưng cất bằng bộ chưng cất thủy tinh (ĐC3)
Chúng tôi tiến hành xây dựng đường chuẩn phenol bằng phương pháp chưng cất sử dụng bộ thủy tinh để đảm bảo độ chính xác cao trong phân tích Quá trình thực hiện cho kết quả thu được đáng tin cậy, phản ánh chính xác nồng độ phenol trong mẫu Đây là bước quan trọng trong việc thiết lập phương pháp phân tích chuẩn, giúp nâng cao độ chính xác và độ lặp lại của kết quả xét nghiệm.
Bảng 4.3 Giá trị độ hấp thụ quang đo được của các mẫu qua chưng cất bằng bộ chưng cất thủy tinh ứng với các nồng độ
Thể tích dung dịch chuẩn (ml)
Nồng độ (mg/l) Độ hấp thụ quang Abs
Quá trình khảo sát bước sóng cực đại 𝜆 𝑚𝑎𝑥 và giá trị độ hấp thụ quang đo được ta thu được đồ thị đường chuẩn Phenol như sau:
Hình 4.3 Đường chuẩn Phenol qua chưng cất bằng bộ chưng cất thủy tinh
Bước sóng hấp thụ cực đại đo được là 𝜆 𝑚𝑎𝑥 = 449 nm, cho thấy tính chất quang học của mẫu vật Dựa trên đồ thị phân tích, các giá trị có sự phân tán rất thấp so với đường xu hướng, thể hiện độ chính xác cao trong quá trình đo lường Phương trình đường hồi quy y = 2.8878x + 0.0461 và hệ số xác định R² = 0.9923 cho thấy mô hình phù hợp rất tốt với dữ liệu, xác nhận mối quan hệ tuyến tính giữa các biến.
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 Độ hấ p t hụ qu an g Ab s
37 này được thể hiện thông qua hệ số tương quan R 2 = 0,9923 rất cao và có thể tin tưởng sử dụng được trong quá trình định lượng hàm lượng Phenol
Thời gian chưng cất mẫu tương đối lâu khoảng 40 (phút/mẫu)
Kết quả xây dựng đường chuẩn không qua chưng cất và đường chuẩn phenol trên hai thiết bị cho thấy, đường chuẩn phenol không qua chưng cất ĐC 1 có hệ số tương quan mẫu cao, nhưng trong phân tích xác định hàm lượng phenol trong môi trường mẫu, có nhiều tạp chất gây nhiễu, do đó không nên sử dụng đường chuẩn này Ngược lại, đường chuẩn phenol qua chưng cất bằng thiết bị chưng cất tự động UDK được khuyến nghị để đạt độ chính xác và độ tin cậy cao hơn trong phân tích hàm lượng phenol.
Dựa trên kết quả của đường chuẩn chưng cất, ĐC2 cho thấy quá trình chưng cất mẫu diễn ra nhanh chỉ khoảng 7,5 phút/mẫu, nhưng hệ số tương quan giữa các giá trị độ hấp thụ quang rất thấp và có sự phân tán lớn Sự thay đổi mạnh này chủ yếu do các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất và độ chính xác của phương pháp đo, gây ra biến động lớn trong các kết quả thu nhận.
Thiết kế của thiết bị không phù hợp để phân tích các chất hữu cơ, đặc biệt do ống sinh hàn của máy UDK 139 sử dụng chất liệu cao su làm ống dẫn từ bầu mẫu đến đầu ra sau ống sinh hàn Điều này làm giảm độ chính xác của phân tích vì các chất hữu cơ có khả năng bị hấp phụ vào trong ống cao su, ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng.
Thiết bị sử dụng bộ hơi dùng hơi nước có nhiệt độ cao để đẩy các chất phân tích ra khỏi mẫu, khác biệt so với các thiết bị khác về cách ra nhiệt Tuy nhiên, hiệu quả trao đổi nhiệt giữa hơi nước và mẫu thường không triệt để, điều này ảnh hưởng đến quá trình bay hơi của các chất cần phân tích, làm giảm độ chính xác và hiệu quả của quá trình phân tích.
4.1.2 Kết quả đánh giá độ thu hồi của các phương pháp chưng cất hàm lượng Phenol
Kết quả đánh giá độ thu hồi R (%) của phương pháp chưng cất được thực hiện trên hai loại mẫu có thành phần nền khác nhau là mẫu nước cất và mẫu nước hồ, qua đó xác định hiệu quả của phương pháp Quá trình này dựa trên việc thêm chuẩn vào mẫu và đo lường các thông số như khối lượng phenol xác định trong mẫu thật (mg), nhằm đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả phân tích.
38 m2 : khối lượng phenol xác định được trong mẫu giả M2 (mg) m0 : khối lượng phenol cho thêm vào mẫu giả (mg)
4.1.2.1 Kết quả đánh giá độ thu hồi đối với mẫu nước cất
Độ thu hồi của phương pháp chưng cất sử dụng thiết bị chưng cất bán tự động UDK 139 đối với mẫu nước cất thêm chuẩn
Việc xây dựng đường chuẩn phenol bằng phương pháp chưng cất truyền thống gặp nhiều hạn chế, do đó nghiên cứu đề xuất sử dụng bộ chưng cất thủy tinh để xác định chính xác các giá trị M1 và M2 Kết quả thu được từ quá trình chưng cất thủy tinh đã cho thấy độ chính xác cao hơn, góp phần nâng cao độ tin cậy trong quá trình định lượng phenol Phương pháp này giúp khắc phục những hạn chế của phương pháp chưng cất truyền thống, đảm bảo kết quả phân tích chính xác hơn.
Bảng 4.4 Độ thu hồi của phương pháp chưng cất sử dụng thiết bị tự động
UDK 139 đối với mẫu nước cất
Khối lượng m2 (μg) Độ hấp thụ quang Abs Độ thu hồi R (%)
Ghi chú: KTC: Không thêm chuẩn; TC: Thêm chuẩn
Dựa vào bảng giá trị trên ta thấy Kết quả thu được là giá trị trung bình của
3 lần tiến hành mẫu giả, giá trị R (%) của các lần lần lượt là: 66,7 %; 69,5 %; 46,1
Vậy độ thu hồi R(%) trung bình của phương pháp chưng cất sử dụng thiết bị chưng cất tự động UDK 139 có giá trị là: R(%) = 60,8 %
Kết quả khảo sát phương pháp phân tích phenol bằng phương pháp sắc ký khí đầu dò ion hóa ngọn lửa FID (GC/FID)
ký khí đầu dò ion hóa ngọn lửa FID (GC/FID)
4.2.1 Kết quả xây dựng đường chuẩn phenol trên máy sắc ký khí (GC/FID) Đường chuẩn phenol xây dựng nhờ phương pháp sắc ký khí được thiết lập dựa trên mối quan hệ giữa nồng độ chất phân tích với diện tích peak tương ứng mà máy đo được Qua khảo sát thời gian lưu và diễn tích peak của mẫu xây dựng đường chuẩn Xác định được thời gian lưu của phenol qua cột khoảng tử 3,91 – 4,81 (phút) kết quả thu được thể hiện thông qua một số sắc ký đồ sau:
Hình 4.4 Sắc ký đồ của phenol trong n- Hecxan có nồng độ 10 ppm (GC/FID)
Hình 4.5 Sắc ký đồ của phenol trong n- Hecxan có nồng độ 100 ppm (GC/FID)
Trong sơ đồ sắc ký, dung môi n-Hecxan cùng với nhiều chất gây nhiễu khác đều có thời gian lưu khá ngắn, thường từ 2 đến 4 phút sau khi bơm mẫu, giúp dễ dàng phân biệt các thành phần trong mẫu phân tích.
Theo sắc ký đồ, thời gian lưu trung bình của phenol khoảng 4,7 phút, cho thấy dung môi chiết không ảnh hưởng lớn đến tín hiệu của phenol Điều này cho thấy quá trình phân tích phenol diễn ra ổn định và đáng tin cậy.
Kết quả đo của các mẫu xây dựng đường chuẩn được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 4.13 Kết quả đo diện tích peak với mỗi mức nồng độ tương ứng của dãy dung dịch chuẩn
Kí hiệu mẫu Thể tích mẫu (μL) Nồng độ (ppm) Diện tích peak
Từ bảng kết quả nồng độ với diện tích peak tương ứng trên ta tiến hành xây dựng mối quan hệ và thu được biểu đồ sau:
Hình 4.6 Biểu đồ đường chuẩn phenol xây dựng trên thiết bị sắc ký khí đầu dò ion hóa ngọn lửa (GC/FID) y = 1.5061x + 4.7828 R² = 0.9978
Dựa vào đồ thị đã phân tích, có thể thấy mối quan hệ tuyến tính chặt chẽ giữa nồng độ chất phân tích và diện tích peak, với hệ số tương quan R² đạt 0,9978, thể hiện độ chính xác cao của phương pháp Sự phân tán nhỏ trong các giá trị đo lường khẳng định tính ổn định và đáng tin cậy của đường chuẩn trong quá trình phân tích và định lượng hàm lượng phenol.
4.2.2 Đánh giá sự ảnh hưởng của thành phần nền mẫu và dung môi chiết đến độ thu hồi của phương pháp sắc ký khí (GC/FID) a Kết quả đánh giá độ thu hồi đối với mẫu sử dụng dung môi chiết n – Hecxan Đối với dung môi chiết n – Hecxan, ta tiến hành và thu được kết quả được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 4.14 Độ thu hồi của phương pháp sắc ký khí sử dụng dung môi chiết n – Hecxan
Khối lượng phenol m 2 (àg) Độ thu hồi R (%)
Dựa trên bảng số liệu, độ thu hồi của phương pháp sắc ký khí phụ thuộc lớn vào hiệu quả của quá trình tách chiết Nếu mẫu chưa được làm sạch và chỉ tiến hành chiết đơn giản, tỷ lệ thu hồi thấp chỉ khoảng 43,01% Tuy nhiên, khi thực hiện rửa mẫu để loại bỏ tạp chất, độ thu hồi có thể tăng đáng kể lên tới 92,4%, đảm bảo hiệu quả phân tích cao hơn.
Kết quả đánh giá cho thấy, thành phần nền mẫu có ảnh hưởng khá lớn đến độ thu hồi của phương pháp sắc kỹ khí Để đánh giá hiệu quả chiết, đề tài sử dụng dung môi Diclometan trong quá trình phân tích Quá trình đánh giá độ thu hồi được thực hiện theo mẫu đã được làm sạch, đảm bảo độ chính xác của kết quả Kết quả thể hiện rõ trong bảng, cho thấy khả năng chiết của dung môi Diclometan phù hợp với phương pháp phân tích của đề tài.
Bảng 4.15 Độ thu hồi của phương pháp sắc ký khí sử dụng dung môi chiết
Dựa trên bảng số liệu, dung môi chiết Diclometan cho độ thu hồi cao hơn so với n-Hexan, đạt 99,2% Với độ thu hồi này, khả năng thu lấy chất cần thiết rất đáng tin cậy, giúp đảm bảo hiệu quả quá trình chiết xuất Do đó, Diclometan là lựa chọn phù hợp để nâng cao hiệu suất chiết trong quá trình nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn.
Tổng kết kết quả tiến hành trên 2 dung môi chiết n – Hecxan và Diclometan Ta thu được biểu đồ sau:
Hình 4.7 Biểu đồ hiệu suất thu hồi phenol đối với từng dung môi chiết
Trong quá trình phân tích, việc tiến hành chiết rửa mẫu trước khi thực hiện chiết phenol là rất quan trọng để đảm bảo kết quả chính xác Sử dụng dung môi chiết Diclometan cho độ thu hồi hợp chất cao hơn so với dung môi chiết n-Hexan, giúp nâng cao hiệu quả phân tách và tối ưu hóa quá trình phân tích mẫu.
Đánh giá nồng độ phenol trong một số nguồn thải
Trong quá trình phân tích các mẫu nước thải, đề tài đã xác định được nồng độ phenol trong các nguồn thải khác nhau Kết quả đo lường nồng độ phenol này đã được trình bày rõ ràng trong bảng số liệu đi kèm, giúp đánh giá mức độ ô nhiễm và khả năng xử lý của các nguồn thải Các số liệu này cung cấp thông tin quan trọng để đưa ra các giải pháp giảm thiểu tác động của phenol đến môi trường và sức khỏe cộng đồng.
Bảng 4.16 Giá trị nồng độ phenol phân tích được trong một số nguồn thải
Mẫu nước hồ không được làm sạch bằng n - Hecxan
H iệu su ất t hu hồ i ( %)
Loại mẫu Độ thu hồi R (%) Tiêu chuẩn
Thể tích mẫu phân tích (ml) Độ hấp thụ quang Abs Nồng độ (mg/L)
Nước thải khu công nghiệp sản xuất bao bì 1 100 0,026 0
Nước thải sản xuất dược phẩm 100 100 0,491 17,72
Dựa vào bảng kết quả và biểu đồ, nồng độ phenol cao nhất đo được là 17,72 mg/L từ nguồn nước thải sản xuất dược phẩm, cho thấy nguy cơ ô nhiễm nghiêm trọng nếu không được xử lý giảm thiểu Các nguồn thải khác có nồng độ phenol thấp hơn đáng kể, nhưng việc chỉ mới xác định được một số nguồn thải khiến việc đánh giá toàn diện về mức độ ô nhiễm vẫn còn hạn chế Để đưa ra đánh giá chính xác về ô nhiễm phenol, cần có các hệ số Kq phù hợp nhằm đánh giá tác động môi trường toàn diện hơn.
Các hệ số Kf thay đổi tùy theo khu vực tiếp nhận, do đó, trong phạm vi đề tài này, chỉ thực hiện đánh giá sơ bộ và so sánh giữa các nguồn thải đã nêu để đảm bảo độ chính xác trong phân tích môi trường.
Đề xuất giải pháp phân tích phenol phù hợp
Dựa trên kết quả đạt được, đề xuất phương pháp phân tích phenol bằng phương pháp so màu quang điện, trong đó xây dựng đường chuẩn phenol thông qua chưng cất mẫu bằng bộ chưng cất thủy tinh Đồng thời, bộ chưng cất thủy tinh cũng được sử dụng để chưng cất phân tích mẫu thật, đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của quá trình phân tích phenol.
Nồng độ phenol thực tế trong môi trường sẽ được xác định theo công thức sau:
Trong phương pháp sắc ký khí sử dụng đầu dò ion hóa ngọn lửa (GC/FID), cần thực hiện làm sạch mẫu và sử dụng dung môi chiết bằng Dichloromethane theo quy trình đã đề ra để đảm bảo độ chính xác Mức độ còn lại tối đa của hợp chất trong mẫu là 86,9 mg/L, phù hợp với tiêu chuẩn phân tích Việc áp dụng quy trình chuẩn và sử dụng dung môi phù hợp rất quan trọng để đạt được kết quả phân tích chính xác và đáng tin cậy.
Với phương pháp sắc ký khí nồng độ phenol thực tế có trong môi trường sẽ được xác định theo công thức sau: