phân tích benene trong nước giải khát và tìm hiểu cơ chế hình thành benzene

29 PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG BENZENE TRONG NƯỚC GIẢI KHÁT-KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ TẠO THÀNH BENZENE-ĐỀ XUẤT CƠ CHẾ HÌNH THÀNH BENZENE .... Mục đích là xây dựng được một quy trì

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

o

NGUYỄN HUỲNH HIỆP

Chuyên ngành: HÓA LÝ THUYẾT VÀ HÓA LÝ

Mã số: 60 44 31

PHÂN TÍCH BENENE TRONG NƯỚC GIẢI KHÁT VÀ TÌM HIỂU

CƠ CHẾ HÌNH THÀNH BENZENE

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

Thành Phố Hồ Chí Minh - 2010

MỤC LỤC Trang

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ

PHẦN 1 1

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI VÀ TỔNG QUAN 1

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 1

TỔNG QUAN 2

1.1 SƠ LƯỢC VỀ BENZENE 2

1.1.1 Nguồn gốc xuất hiện 2

1.1.2 Công thức hóa học và tính chất của benzene 3

1.1.2.1.Cấu trúc của benzene 3

1.1.2.2.Tính chất hóa lý của benzene 3

1.1.3 Nguồn benzene 4

1.1.4 Độc tính của benzene 4

1.1.5 Ứng dụng của benzene 8

1.1.6 Nguồn gốc benzene trong nước giải khát 10

1.1.6.1.Sơ lược về sodium benzoate 10

1.1.6.2.Sơ lược về ascorbic acid 11

1.2 TÌNH HÌNH NHIỄM BENZENE TRONG NƯỚC GIẢI KHÁT 12

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG BENZENE TRONG NƯỚC GIẢI KHÁT 14

1.3.1 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao đầu dò UV-VIS 14

1.3.1.1.Nguyên lý của phương pháp 14

1.3.1.2 Nhược điểm của phương pháp 14

1.3.2 Phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ–kỹ thuật Headspace 14

1.3.2.1.Nguyên lý của phương pháp 14

1.3.2.2.Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp 14

1.3.3 Phương pháp sắc ký khí đầu dò khối phổ – kỹ thuật purge and trap 15

1.3.3.1.Nguyên lý của phương pháp 15

1.3.3.2.Ưu và nhược điểm của phương pháp 15

* Nhận xét và kết luận: 15

1.4 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SẮC KÝ 16

1.4.1 Sơ lược về phương pháp sắc ký 16

1.4.1.1.Các thông số cơ bản của sắc ký 16

1.4.1.2 Phương pháp sắc ký khí 18

1.4.1.3.Phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ (GCMS) 20

1.4.2 Phân tích định lượng bằng GCMS 24

1.4.2.1 Kỹ thuật quét phổ (Scan Mode): 25

1.4.2.2 Kỹ thuật chọn lọc ion (SIM Mode) 27

PHẦN 2 29

PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG BENZENE TRONG NƯỚC GIẢI KHÁT-KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ TẠO THÀNH BENZENE-ĐỀ XUẤT CƠ CHẾ HÌNH THÀNH BENZENE 29

2.1 ĐỊNH LƯỢNG BENZENE TRONG NƯỚC GIẢI KHÁT 29

2.1.1 Thiết bị dụng cụ hóa chất 29

2.1.1.1 Thiết bị 29

2.1.1.2.Hóa chất 30

2.1.2 Tối ưu hóa các thông số kỹ thuật cho hệ thống GCMS 33

2.1.2.1.Tối ưu hóa các thông số kỹ thuật cho hệ thống GC 33

2.1.2.2 Tối ưu hóa các thông số kỹ thuật của hệ thống MS 35

2.1.3 Phương pháp xác định benzene trong nước giải khát 36

2.1.3.1.Chuẩn bị mẫu: 36

2.1.3.2 Xây dựng đường chuẩn 37

2.1.3.3 Tóm tắt dạng sơ đồ qui trình phân tích benzene bằng kỹ thuật Headspace 38

2.1.3.4.Thứ tự tiêm mẫu phân tích benzene bằng kỹ thuật Headspace-GCMS38 2.1.3.5.Tính toán kết quả phân tích 38

2.1.4 Khảo sát các điều kiện ảnh hưởng đến qui trình phân tích Benzene

trong nước giải khát 39

2.1.4.1 Khảo sát giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng đặc trưng của phương pháp 39

2.1.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của lượng MeOH thêm vào 41

2.1.4.3.Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ mẫu trong bộ tiêm mẫu headspace 42

2.1.4.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ủ mẫu trong bộ tiêm mẫu headspace 43

2.1.4.5 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ủ mẫu 45

2.1.4.6 Khảo sát độ lặp lại của tín hiệu đo 46

2.1.4.7 Khảo sát độ thu hồi của phương pháp 48

2.1.4.8 Cải tiến qui trình phân tích cho mẫu có chứa khí CO 2 50

2.1.4.9 Khảo sát khoảng tuyến tính của đường chuẩn 53

2.1.4.10 Đánh giá độ chính xác của kết quả phân tích 58

2.1.5 Phương pháp phân tích benzoate và vitamin C [7] 59

2.1.5.1 Điều kiện phân tích trên thiết bị Sắc Ký Lỏng Hiệu Năng Cao 59

2.1.5.2 Kết quả phân tích Ascorbic acid và Benzoate trên một số mẫu nước giải khát (Tham khảo phụ lục 8) 60

2.2 TÌM HIỂU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ TẠO THÀNH BENZENE 61

2.2.1 Tóm tắt cơ chế hình thành benzene 61

2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hình thành benzene 61

2.2.2.1 Ảnh hưởng của pH dung dịch đến tốc độ phản ứng 61

2.2.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ benzoic và ascorbic acid lên sự tạo thành benzene 63

2.2.2.3 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến sự tạo thành benzene 66

2.2.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tốc độ phản ứng 68

2.2.2.5 Ảnh hưởng của tia UV lên tốc độ phản ứng 69

2.2.2.6 Ảnh hưởng của ion kim loại lên tốc độ phản ứng 70

2.2.2.7 Ảnh hưởng của nồng độ H 2 O 2 lên tốc độ phản ứng 74

2.2.2.8 Sản phẩm khác của quá trình phản ứng 75

2.2.3 Hạn chế và loại trừ khả năng hình thành benzene 79

HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 81

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ THỰC HIỆN 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

TIẾNG VIỆT 83

TIẾNG NƯỚC NGOÀI 83

PHỤ LỤC

C6D6 : Beuterated Benzene (Đồng vị Benzene Durterium)

EPA : Environmental Protection Agency

EI : Electron Ionization (Ion hóa điện tử)

IARC : International Agency of Research on Cancer

LOQ : Limit of Quatitation (Giới hạn định lượng)

LOD : Limit of detection (Giới hạn phát hiện)

MS : Mass Spectrometry (Khối phổ)

NaOH : Sodium Hydroxide

NIST : National Institute of Standards and Technology

ppb : Part per billion (phần tỉ)

ppm : Part per million (phần triệu)

DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang

Bảng 1.1 Bảng LD50 , LC 50 , LD của benzene một số thí nghiệm trên chuột 5

Bảng 1.2 Bảng độc tính theo Hodge and Sterner 6

Bảng 2.1 Tên tiếng Việt của một số quốc gia 31

Bảng 2.2 Kết quả LOD với phương pháp định lượng theo chế độ SIM 40

Bảng 2.3 Kết quả LOD với phương pháp định lượng theo chế độ Scan 40

Bảng 2.4 Ảnh hưởng của Methanol (MeOH) thêm vào lên tín hiệu phân tích 41

Bảng 2.5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ mẫu trong bộ tiêm mẫu headspace 43

Bảng 2.6 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ủ mẫu 44

Bảng 2.7 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ủ mẫu 45

Bảng 2.8 Kết quả độ lặp lại của diện tích peak chuẩn benzene 47

Bảng 2.9 Kết quả độ lặp lại của diện tích peak nội chuẩn benzene D6 47

Bảng 2.10 Kết quả hiệu suất thu hồi trên nền mẫu có khí CO2 49

Bảng 2.11 Hiệu suất thu hồi trên nền mẫu không có khí CO2 49

Bảng 2.12 Hiệu suất thu hồi phương pháp phân tích Benzene không xử lý với NaOH 52

Bảng 2.13 Hiệu suất thu hồi phương pháp phân tích Benzene có xử lý với NaOH 52 Bảng 2.14 Kết quả khảo sát đường chuẩn Benzene trong nước 54

Bảng 2.15 Kết quả tính toán mức độ phù hợp của nồng độ benzene từ MS-Excel 55 Bảng 2.16 Kết quả tính toán mức độ phù hợp của nồng độ benzene từ MS-Excel 56

Bảng 2.17 Kết quả tính toán mức độ phù hợp của nồng độ benzene từ MS-Excel 56

Bảng 2.18 Kết quả tính toán mức độ phù hợp của nồng độ benzene từ MS-Excel 57

Bảng 2.19 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của pH đến sự tạo thành benzene 62

Bảng 2 20 Kết quả ảnh hưởng của nồng độ ascorbic acid lên khả năng hình thành benzene 64

Bảng 2.21 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của nồng độ benzoic acid lên khả năng hình thành benzene 65

Bảng 2.22 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến sự tạo thành benzene 67

Bảng 2.23 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tốc độ phản ứng 68 Bảng 2.24 Ảnh hưởng của thời gian chiếu tia UV vào mẫu 69 Bảng 2.25 Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của nồng độ ion đồng (Cu 2+ ) lên lượng benzene tạo thành 71

Bảng 2.26 Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của ion đồng Cu 2+ lên tốc độ phản ứng hình thành benzene 73

Bảng 2.27 Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của nồng độ H2 O 2 lên sự tạo thành benzene 74

Bảng 2.28 Kết quả thực nghiệm sự tạo thành phenol trong phản ứng acid ascorbic

Bảng 2.29 Kết quả thực nghiệm sự tạo thành biphenyl trong phản ứng acid

ascorbic và sodium benzoate tại pH = 3 trong sự hiện diện của xúc tác đồng và

H 2 O 2 77 Bảng 2.30 Ảnh hưởng của thuốc thử tạo phức trong sự hiện diện Cu 2+ 78

Bảng 2.31 Kết quả thực nghiệm khả năng giảm-hạn chế-loại trừ sự tạo thành

benzene 80

DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ Trang

Hình 1.1 Cấu trúc lục giác của benzene 3

Hình 1.2 Ứng dụng của benzene trong ngành Polymer 9

Hình 1.3 Công thức phân tử của Sodium Benzoate 10

Hình 1.4 Công thức phân tử của ascorbic acid 11

Hình 1.5 Các thông số cơ bản của sắc ký 16

Hình 1.6 Mô hình thiết bị sắc ký khí 19

Hình 1.7 Mô hình sắc ký khí ghép khối phổ 20

Hình 1.10 Ion hóa hóa học dương tạo ion dương từ chất phân tích 23

Hình 1.11 Ion hóa hóa học âm 24

Hình 1.12 a Sắc đồ full scan của benzene và benzene C6 D 6 Hình 1.12.b Sắc đồ full scan của benzene và benzene C 6 D 6 chọn m/z = 78; 84 25

Hình 1.13 Sắc đồ của Benzene (Scan Mode) và khối phổ Benzene từ thư viện NIST 2005 26

Hình 1.14 Sắc đồ của Benzene và Benzene-d6 (Scan Mode ) lấy lần lượt theo ion m/z 78 của Benzene và ion m/z 84 của Benzene-d 6 26

Hình 1.15.a Sắc đồ SIM của Benzene và Benzene C6 D 6 27

Hình 1 16 SIM của Benzene(m/z =78) và Benzene D6 (m/z=84) 27

Hình 2.1 Lược đồ tóm tắt qui trình phân tích benzene bằng kỹ thuật Headspace 38

Hình 2.2 Ảnh hưởng của Methanol (MeOH) lên tín hiệu đo 42

Hình 2 3 Ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ ủ mẫu 46

Hình 2.4 Không xử lý và có xử lý qui trình phân tích Benzene trong mẫu chứa CO2 52

Hình 2.5 Đường chuẩn benzene nồng độ thấp hơn 15g/l sử dụng nội chuẩn 54

Hình 2 6 Đường chuẩn benzene với nồng độ 0,5 >7000 g/l sử dụng nội chuẩn 55 Hình 2.7 Đường chuẩn benzene nồng độ thấp hơn 15g/l theo diện tích peak benzene 56

Hình 2.8 Đường chuẩn benzene với khoảng nồng độ 0,5 – 150; 0,5 – 7000 g/l theo diện tích peak benzene 57

Hình 2.9 Ảnh hưởng của pH lên sự tạo thành benzene 63

Hình 2.10 Ảnh hưởng của Ascorbic acid đến sự tạo thành benzene 64

Hình 2.11 Ảnh hưởng của benzoic acid (benzoate) lên sự tạo thành benzene 66

Hình 2.12 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng lên sự hình thành benzene 67

Hình 2.13 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự hình thành benzene 68

Hình 2.14 Ảnh hưởng của thời gian chiếu tia UV lên sự tạo thành benzene 70

Hình 2.15 Ảnh hưởng của ion Cu 2+ lên sự tạo thành benzene 72

Hình 2.16 Ảnh hưởng của Cu 2+ lên sự hình thành benzene theo thời gian 73

Hình 2.17 a,b Ảnh hưởng của H2 O 2 lên sự hình thành benzene 75

Hình 2.18 Phức EDTA với ion kim loại 78

Hình 2.19 Ảnh hưởng của sự tạo thành benzene trong sự hiện diện của ion Cu 2+ và ligand tạo phức(EDTA) 79

Trang 1

PHẦN 1 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI VÀ TỔNG QUAN

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Trong những năm gần đây, với nỗ lực không ngừng, ngành thực phẩm Việt Nam nói chung đã và đang có nhiều chuyển biến rõ rệt cả về số lượng và chất lượng, góp phần lớn vào sự tăng trưởng và phát triển về kinh tế của cả nước nói chung và của ngành nói riêng

Trong giai đoạn phát triển và hội nhập kinh tế hiện nay, với thuận lợi và thách thức đan xen vào nhau, một trong những điều kiện của phát triển bền vững là thực phẩm phải đạt yêu cầu cả về lượng và chất, đặc biệt quan trọng là phải an toàn cho người sử dụng

Tuy nhiên, nhìn một cách tổng quát, hiện nay việc kiểm soát vệ sinh an toàn thực phẩm (VSATTP) chưa thật sự chủ động và đạt hiệu quả cao Các phòng kiểm nghiệm luôn bị động trước việc nhà sản xuất thực phẩm sử dụng tùy tiện vì mục đích lợi nhuận hoặc do thiếu hiểu biết những hóa chất bị cấm hay cần hạn chế, những hóa chất được phép sử dụng trong thực phẩm nhưng đã quá hạn, những hóa chất không có trong danh mục được phép sử dụng Hệ quả là một số thực phẩm lưu hành không an toàn cho người tiêu dùng, không bán được, gây thiệt hại lớn cho sản xuất và xuất khẩu trong thế hội nhập của đất nước

Nhằm đảm bảo yêu cầu an toàn cho người tiêu dùng, tránh thiệt hại cho doanh nghiệp, đảm bảo khả năng cạnh tranh đòi hỏi trước mắt và lâu dài, Việt Nam phải có biện pháp kiểm soát hữu hiệu hóa chất độc hại có trong thực phẩm hoặc sinh ra từ thực phẩm trong sản xuất, lưu hành và dự trữ Vì thế, cần phải có trang thiết bị, phương pháp kiểm tra thật chính xác, hiệu quả

Gần đây, nhiều nguồn thông tin từ nước ngoài: trên báo, tạp chí, trên mạng… cho biết nước giải khát có khả năng bị nhiễm độc chất benzen Với nguồn nước giải khát rất đa dạng từ sản xuất trong nước cũng như nhập từ nước ngoài, việc tìm hiểu

thực hiện đề tài:“ Phân tích Benzene trong nước giải khát và tìm hiểu cơ chế hình

thành Benzene” Mục đích là xây dựng được một quy trình ổn định đạt độ tin cậy

cao, độ nhạy thích hợp, đáp ứng yêu cầu quốc tế; có thể áp dụng cho các phòng thí nghiệm trong nước; đồng thời qua hiểu biết cơ chế tạo benzene trong nước giải khát, có thể thử đề xuất phương cách hạn chế sự hình thành không mong muốn nầy

TỔNG QUAN 1.1 SƠ LƢỢC VỀ BENZENE [8],[9],[10],[11],[14]

1.1.1 Nguồn gốc xuất hiện [11]

Năm 1825, benzene lần đầu tiên được nhà vật lý và hóa học người Anh Michael Faraday cô lập khi thực hiện chưng cất khí từ dầu thô và đặt tên là

“bicarburet of hydrogene”

Năm 1933, August Wilhelm Hofmann (nhà hóa học người Đức), qua chưng cất nhựa benzoin trộn với calcium oxide đã thu được hợp chất tương tự và đặt tên là bezoin Sau đó hóa chất được gọi là benzine Tuy nhiên, tên gọi này không được

chấp nhận vì có khả năng gây lẫn lộn với tên của họ alkaloid, ví dụ như quinine

Năm 1836, Auguste Laurent, (nhà hóa học người Pháp) cũng phát hiện ra

một chất khí có khả năng thắp sáng và đặt tên là pheno theo tiếng Hy Lạp là phanein có nghĩa là sáng chói Tên này không được thừa nhận nhưng sau này gốc

C6H5 từ benzene được gọi là phenyl

Ngoài ra một số cách gọi tên khác được chấp nhận như benzol (tiếng Đức); benzene (tiếng Pháp và tiếng Anh)

Trang 3

1.1.2 Công thức hóa học và tính chất của benzene [8],[9],[11],[15],[16]

1.1.2.1.Cấu trúc của benzene

Cấu trúc lục giác (hexagonal) do nhà hóa học người Đức Friedrich August Kekulé đề xuất

Hình 1.1 Cấu trúc lục giác của benzene

1.1.2.2.Tính chất hóa lý của benzene

- Tên khác : annulene, benzin, benzol, benzole, benzolene, phenyl hydride, pyrobenzole, coal naphtha, cyclohexatriene…

- Áp suất hơi ở 20oC : 9,95kPa

- Là chất lỏng trong, không màu ở nhiệt độ phòng, có vị ngọt, khả năng bắt cháy cao

- Tan ít trong nước : 0,8 g/lít ở 25oC

- Benzene tan trong hầu hết dung môi hữu cơ, carbon disulfide, acid acetic đậm đặc và dầu

- Giới hạn nổ trong không khí : 1,4-7,1 %

Trang 4

- Benzene tồn tại trong không khí chủ yếu pha hơi Nồng độ của benzene trong không khí phụ thuộc vào điều kiện môi trường khí hậu và mức độ ô nhiễm

1.1.3 Nguồn benzene [12],[17]

Từ công nghiệp:

- Là thành phần tự nhiên trong dầu thô và dầu hỏa Benzene chiếm khoảng

1 - 4% về thể tích và được sử dụng cho tổng hợp ethylbenzene, phenol, cyclohexane và một số hợp chất thơm khác

- Benzene được sinh ra từ những lò đốt than

- Vết của benzene sinh ra do đốt cháy không hoàn toàn các vật liệu hữu cơ giàu carbon

- Vết của benzene sinh ra từ thực phẩm trong một số điều kiện chế biến nhất định

- Benzene trong đất sẽ giải phóng một phần vào không khí do hóa hơi, một phần rất nhỏ vào nước mặt và nước ngầm Benzene trong không khí có thể quay trở lại đất, nước theo nước mưa

- Benzene trong nước giải khát theo tài liệu được hình thành do phản ứng giữa vitamin C và phụ gia bảo quản sodium benzoate có trong nước

1.1.4 Độc tính của benzene [13][15][34]

Benzene được tổ chức quốc tế nghiên cứu về ung thư (International Agency

for Research on Cancer, viết tắt là IARC) xếp vào loại hợp chất gây ung thư ở

người Điều này cũng được khẳng định tại ở hội nghị về vệ sinh công nghiệp của

Trang 5

Mỹ (American Conference of Governmental Industrial Hygienists, viết tắt là

ACGIH)

Độc tính cấp tính của benzene thể hiện qua các trị số LD, LD50, LC50

- LD50 : Liều độc gây chết 50% quần thể

- LC50 : Nồng độ gây chết 50% quần thể

- LD : Nồng độ gây chết

Bảng 1.1 Bảng LD 50 , LC 50 , LD của benzene một số thí nghiệm trên chuột

Đường miệng (Oral)

chuột (14 ngày tuổi) 3000 mg/kg

mol latm

atm mol

g M ppm X m mg

298

*)/

(082.0

)(1

*)/(

*)()/

)(1)/(

298

*)/

(082.0

*)/()(

3

atm mol

g M

K K

mol latm m

mg Y ppm X

w

o o



 Bảng 1.2 sẽ cho thấy độc tính cấp tính của benzene

LD50 (qua da) (Dermal)

6 Vô hại (tương đối) ≥15.000 100.000 ≥ 22.600 1 lít

Như vậy theo bảng độc tính theo Hodge and Sterner thì benzene thuộc loại độc tính cấp tính trung bình

Benzene vào cơ thể người thông qua đường hô hấp, qua da và qua đường ăn uống Trong đó, hô hấp là con đường chính đưa benzene trong môi trường không khí vào cơ thể người và động vật

Nhiều kết quả nghiên cứu về hô hấp trên người cho thấy: trong môi trường

có nồng độ benzene 160 đến 320 mg/m3 (tương đương 50 đến 100 ppm) thì 30% đến 50% được giữ lại khi hít vào Benzene đi vào cơ thể và những mô nhiều béo, tủy xương và nước tiểu là nơi chứa nhiều benzene nhất, cao hơn trong máu khoảng

20 lần

Triệu chứng cấp tính:

Việc tiếp xúc với benzene có ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe Hít thở trong điều kiện môi trường không khí ô nhiễm với nồng độ benzene cao trên 65000mg/m3 có thể làm tim ngừng đập, gây chết nhanh và đột ngột trong vài phút Với môi trường không khí có nồng độ benzene thấp 20000-30000 mg/m3có thể gây

ra một số triệu chứng như ngủ gật, chóng mặt, choáng váng, rùng mình, tim đập nhanh, rối loạn thần kinh hoặc bất tỉnh

Khi vào máu, benzene có thể gây ra các bệnh kinh niên, mãn tính…

Rối loạn tiêu hóa: ăn uống kém ngon, xung huyết niêm mạc miệng, nôn, hơi thở có mùi benzene

Rối loạn thần kinh: chóng mặt, nhức đầu, dễ cáu giận, chuột rút, cảm giác kiến bò, tê cóng…

Rối loạn huyết học: Benzene là tác nhân làm giảm hệ thống miễn dịch, tăng nguy cơ lây nhiễm, gây hại cho tủy sống, làm giảm hồng cầu trong máu dẫn đến bệnh thiếu máu, đặc biệt là bệnh bạch cầu và các bệnh ung thư máu khác

Benzene đi vào gan, thận, tim, não làm biến đổi cấu trúc DNA, nhiễm sắc thể

và có thể truyền qua nhau thai Sự ôxi hóa benzene trong cơ thể người xảy ra chủ yếu ở thận qua hệ thống tế bào sắc tố (cytochrome P-450 2E1 system) Sản phẩm chủ yếu của sự chuyển hóa này là phenol, catechol, hydroquinone và được tìm thấy trong tủy xương của những động vật thí nghiệm Nghiên cứu chỉ ra rằng phenol được chuyển hóa nhiều hơn ở người và thải ra nước tiểu dưới dạng muối sulfate hoặc kết hợp với glucoronide Ở chuột, thực nghiệm xác nhận sự biến đổi benzene thành dạng ít độc nhiều hơn dạng độc tính cao

Ngoài ra, theo kết quả của nhiều nghiên cứu, ở nồng độ cao hơn 32 mg/m3hoặc 10 ppm thì có sự tương quan giữa lượng phenol tạo thành và mức độ tiếp xúc Đối với nồng độ thấp hơn thì benzene chủ yếu thải ngược ra qua hô hấp

Thời gian bán hủy trung bình của benzene trong cơ thể người khoảng 28 giờ Benzene gây bệnh ung thư ở con người và cả động vật

Những báo cáo đầu tiên vào những năm 1920 cho rằng benzene là tác nhân gây ung thư cho người không được ngành công nghiệp hóa học thừa nhận cho đến khi có nhiều báo cáo y học kết luận ung thư ở con người có liên quan đến benzene

Nghiên cứu tác động của benzene trên người cho thấy, phụ nữ tiếp xúc nhiều với benzene hoặc trong môi trường có nồng độ benzene cao có chu kỳ kinh nguyệt không đều và bất thường, giảm khả năng rụng trứng, giảm kích thước buồng trứng

Tuy vậy, người ta vẫn chưa biết benzene ảnh hưởng như thế nào lên quá trình phát triển quái thai trong quá trình mang thai ở phụ nữ và vô sinh ở nam giới

Nồng độ benzene trong không khí giảm xuống do phản ứng với các gốc tự do như hydroxy, alkoxy, peroxy, ôxi nguyên tử hay ozone Sản phẩm chủ yếu của quá trình này là phenol, nitrobenzene, nitrophenol, các hợp chất dicarbonyl mở vòng khác

Benzene trong nước mặt và nước ngầm giảm xuống do vi sinh trong cả điều kiện hiếu khí và kị khí Trong cả hai điều kiện này, benzene giảm xuống do sự tạo thành hai sản phẩm chủ yếu là catechol và cis-1,2-dihydroxy- 1,2-dihydrobenzene

1.1.5 Ứng dụng của benzene [12],[14]

Benzene là một hợp chất tự nhiên trong dầu thô nên nó giữ vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp nhiên liệu chất đốt, là phụ gia anti-knocking rất hiệu quả cho động cơ xe (trước đây), đồng thời làm tăng chỉ số octane cho nhiên liệu

Là nguồn nguyên liệu quan cực kỳ trọng các ngành công nghiệp khác đặc biệt như sản xuất polymer, chế tạo bột giặt, xà phòng, mực in, thuốc nhuộm, dầu nhờn, thuốc trừ sâu, dược phẩm…

Trang 9

Hình 1.2.Ứng dụng của benzene trong ngành Polymer

Benzene được sử dụng như một dung môi trong phòng thí nghiệm trước đây nhưng hiện nay lượng dùng trong phòng thí nghiệm bị hạn chế hoặc giảm đi rất nhiều vì liên quan đến ung thư

Theo báo cáo của Global Industry Analysts Inc, nhu cầu sử dụng benzene như là một nguyên liệu ban đầu cho công nghiệp hóa chất trên phạm vi toàn cầu đặc biệt tăng và tăng nhanh hơn 10 năm trở lại đây: 27,2 triệu tấn năm 1996, 32,0 triệu tấn năm 2000, 35,1 triệu tấn 2005, 40 triệu tấn năm 2007 Dự đoán đến năm 2012, nhu cầu sử dụng benzene vượt quá 54 triệu tấn Như vậy, tính từ năm 1999-2007 nhu cầu sử dụng benzene tăng khoảng 47% và tốc độ tăng trưởng mỗi năm vào khoảng 4,2% Theo dự đoán, trong tương lai tốc độ sử dụng benzene tăng 35% đến

2012 và tăng 7% mỗi năm

Mặc dù benzene có độc tính cao, là tác nhân gây ung thư mạnh (IARC: International Agency of Research on Cancer xếp vào nhóm I) nhưng vẫn còn được

sử dụng rộng rãi vì lợi ích thương mại của nó mang lại vô cùng lớn Tuy nhiên, vì liên quan đến sức khỏe con người mà ngày nay người ta hạn chế sử dụng benzene ở

Trang 10

mức có thể chấp nhận và có luật, qui định rất chặt chẽ về hàm lượng cho phép của benzene trong nhiên liệu, trong nước cũng như trong thực phẩm

1.1.6 Nguồn gốc benzene trong nước giải khát [18,[19],[20],[21],[22],[23],[29]

Theo nhiều nghiên cứu trước đây (Gardner and Lawrence 1993; McNeal et

al 1993; Chang and Ku 1993; Barshick et al 1995), benzene hình thành là do sự khử nhóm COO- của sodium benzoate hoặc nhóm COOH của benzoic acid dưới sự hiện diện của vitamin C (ascorbic acid) có trong nước giải khát

1.1.6.1.Sơ lược về sodium benzoate

- Là muối natri của acid benzoic và tồn tại ở dạng này khi hòa tan vào nước

- Trong tự nhiên, có thể tìm thấy ở cây quất, mận đỏ, mận xanh, cây quế, đinh hương, táo… Trong một số loại trái cây nồng độ benzoate chiếm xấp xỉ nồng

độ cho phép theo tiêu chuẩn của Mỹ (0.1%)

- Nồng độ benzoate cho phép trong thực phẩm theo tiêu chuẩn Việt Nam

là không vượt quá 1g/kg

- Trong ngành công nghiệp thực phẩm, sodium benzoate được sử dụng làm chất bảo quản vì có hoạt tính kháng khuẩn và nấm mốc trong môi trường acid (pH < 7) và được sử dụng nhiều nhất trong nhiều loại thực phẩm có tính acid như salad trộn giấm, nước uống có CO2, mức, nước trái cây, syrô…Khi sử dụng sodium benzoate trong thực phẩm người ta phải khai báo trên nhãn và ký hiệu bắt buộc đối với nó là E 211

Công thức phân tử

Hình 1.3 Công thức phân tử của Sodium Benzoate

Tên theo UPAC : Sodium Bennzoate

Công thức phân tử : NaC6H5CO2

Khối lượng nguyên : 144,11g/mol

Trang 11

Khối lượng riêng : 1,44 g/cm3

Nhiệt độ nóng chảy : > 300oC

- Giới hạn cho phép theo cơ quan thực phẩm và thuốc của Mỹ (US.FDA)

là 0.1 % theo khối lượng

- Giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) đối với nước giải khát 400 ppm theo khối lượng

1.1.6.2.Sơ lược về ascorbic acid

Hình 1.4 Công thức phân tử của ascorbic acid

Tên theo IUPAC : (5R)-[(1S)-1,2-dihydroxyethyl]-

3,4-dihydroxyfuran-2(5H)-one

Khối lượng nguyên : 176,12 g/mol

Khối lượng riêng : 1,65 g/cm3

Nhiệt độ nóng chảy : 190 – 192oC

Độ tan trong nước : 33 g/100 ml

- Ascorbic acid bị ôxi hóa nên được sử dụng làm chất bảo quản chống ôxi hóa Vì nhạy với nhiệt, ánh sáng, ôxi nên ascorbic aicd phải được bảo quản trong lọ kín, tránh tiếp xúc với ánh sáng và vật chứa không phải là kim loại

- Dạng muối của ascorbic acid như sodium, potasium, calcium ascorbate được sử dụng làm chất bảo quản chống ôxi hóa Vì những dạng này tan trong nước nên chúng không có tác dụng bảo vệ acid béo khỏi bị ôxi hóa Người ta sử dụng ester của ascorbic acid gắn với mạch hữu cơ dài như ascorbyl palmitate hay ascorbyl stearate như là chất bảo quản trong thực phẩm

- Theo chương trình quốc tế về an toàn hóa học (The International

Programme on Chemical Safety), hàm lượng ascorbic trong thực phẩm được phép

sử dụng ở mức an toàn cho người là 647-825 mg trên một kg thể trọng

phẩm (Food and Drug Administratives viết tắt là FDA) xác nhận rằng có sự hình

thành benzene trong nước ngọt khi sử dụng vitamin C và chất bảo quản sodium benzoate

Tháng 12 năm 2005, cơ quan đánh giá rủi ro của cộng hòa liên bang Đức (Germany 's Federal Institute for Risk Assessment) đã xuất bản tạp chí nói về sự hình

thành benzene trong nước giải khát

Tháng 3 năm 2006 cơ quan tiêu chuẩn thực phẩm Anh (United Kingdom 's

Food Standards Agency) công bố kết quả kiểm tra 150 mẫu nước ngọt trong đó 43 mẫu bị nhiễm benzene và có 4 mẫu vượt quá mức độ an toàn theo tiêu chuẩn nước uống của tổ chức sức khỏe thế giới WHO (World Health Organization) là 10 ppb

Tháng 5 năm 2006, cơ quan thuốc và thực phẩm của Hàn Quốc (Korea Food

and Drug Administration viết tắt là KFDA) công bố kết quả kiểm tra benzene trên

30 mẫu nước giải khát giàu vitamin C trong đó có 27 mẫu nhiễm benzene từ 87,8 ppb

5,7-Tháng 6 năm 2006, cơ quan sức khỏe Canada (Health Canada) công bố kết quả nghiên cứu benzene trong nước giải khát trong đó có 4 mẫu vượt quá qui định

- 5 µg/L theo tiêu chuẩn EPA Mỹ và Canada

- 10 µg/L theo tiêu chuẩn WHO,

- 1µg/L theo tiêu chuẩn MAC của Châu Âu (Maximum Acceptable Concentration, Council Directive 98/83/EC, 3/11/1998),

- 10 µg/L theo tiêu chuẩn Việt Nam (Tiêu chuẩn Vệ sinh nước ăn uống kèm theo QĐ Bộ trưởng Bộ Y tế số 1329/2002/BYT/QĐ ngày 18/4/2002, Tiêu chuẩn TCVN 5502:2003 về nước cấp sinh hoạt)

Trang 14

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG BENZENE TRONG NƯỚC GIẢI KHÁT [19],[25],[33],[36],[39]

Tùy thuộc vào vào tính chất mẫu, yêu cầu, mục đích và điều kiện trang thiết

bị mà có thể áp dụng các phương pháp sắc ký lỏng đầu dò UV-VIS, sắc ký purge trap, sắc ký khí-headspace, sắc ký khí-purge trap ghép khối phổ, sắc ký khí-headspace ghép khối phổ để định lượng benzene

khí-Tuy nhiên, theo yêu cầu giới hạn phát hiện phải đạt được của tiêu chuẩn về nước uống của Việt nam cũng như của thế giới (như đã giới thiệu ở trên) nên chúng tôi chỉ đề cập đến phương pháp phù hợp, đáp ứng khả năng phân tích vết benzene trong nước giải khát

1.3.1 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao đầu dò UV-VIS

1.3.1.1.Nguyên lý của phương pháp

Benzene tách khỏi các thành phần khác khi qua cột sắc ký lỏng pha đảo (Reverse phase C8 Cartridge) và định lượng tại bước sóng λ = 204 nm với đầu dò UV-VIS

1.3.1.2 Nhược điểm của phương pháp

Có thể dùng để xác định benzene có hàm lượng tương đối thấp nhưng chịu ảnh hưởng nền rất lớn vì tiêm trực tiếp nền mẫu nước giải khát vào thiết bị

1.3.2 Phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ–kỹ thuật Headspace

1.3.2.1.Nguyên lý của phương pháp

Một thể tích xác định pha hơi được lấy và tiêm vào thiết bị GC Dựa vào ái lực của các thành phần pha hơi với cột sắc ký khí mà benzene được tách ra khỏi các cấu tử trong pha hơi đó Sau đó, các cấu tử phân tích được đưa vào đầu dò khối phổ Tại đây, các cấu tử bị ion hóa và phân thành các mảnh ion Trên cơ sở này, các cấu

tử sẽ được nhận danh và định lượng chính

1.3.2.2.Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp

Phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ–kỹ thuật Headspace (HS-GC/MS) có

ưu điểm lớn là tránh được đáng kể ảnh hưởng của nền mẫu phức tạp

Trang 15

Với đầu dò khối phổ, định lượng benzene đạt với độ chọn lọc và độ nhạy

cao hơn rất nhiều so với đầu dò ion hóa bằng ngọn lửa, vì tránh được sai số do hiện

tượng chập peak khi nền mẫu phức tạp, đồng thời xác nhận tốt hơn hóa chất bằng khối phổ của nó

Cách chuẩn bị mẫu nhanh và đơn giản

Nhược điểm của phương pháp là dụng cụ, thiết bị sử dụng khá đắt tiền

1.3.3 Phương pháp sắc ký khí đầu dò khối phổ – kỹ thuật purge and trap

1.3.3.1.Nguyên lý của phương pháp

Các chất khí dễ bay hơi được giải phóng ra khỏi mẫu bởi dòng khí trơ sục vào Những chất này theo dòng khí đó đi vào bẫy (trap), được giữ lại tại bẫy và sẽ được giải phóng ra khỏi bẫy sau đó để vào cột sắc ký khí bằng cách gia nhiệt bẫy theo một chương trình nhiệt độ thích hợp Sau đó, các cấu tử được đưa vào đầu dò khối phổ và bị ion hóa thành các mảnh ion Dựa trên các mảnh ion ấy, có thể nhận danh và định lượng được cấu tử

1.3.3.2.Ưu và nhược điểm của phương pháp

Phương pháp này cũng sử dụng đầu dò khối phổ và như vậy ưu điểm của nó cũng tương tự như phương pháp HS-GC/MS Tuy nhiên, phương pháp này cũng có hạn chế là đắt tiền và không thể áp dụng để phân tích định lượng benzene trong những mẫu đặc, sệt như syrô hoặc những nền mẫu có tính chất tương tự Phân tích benzene trong tất cả những mẫu này bắt buộc phải sử dụng kỹ thuật HS-GC/MS

* Nhận xét và kết luận:

Dựa trên ưu, nhược điểm của một số phương pháp phân tích benzene đã nêu (mục 1.3) cộng với điều kiện trang thiết bị hiện có tại cơ quan, chúng tôi quyết định chọn và áp dụng kỹ thuật HS-GCMS vào phân tích định lượng benzene trong các mẫu nước giải khát đang lưu hành và thực hiện những khảo sát khác trong đề tài này

Trang 16

1.4 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SẮC KÝ[3],[4],[5],[26]

1.4.1 Sơ lược về phương pháp sắc ký

1.4.1.1.Các thông số cơ bản của sắc ký

Hình 1.5 Các thông số cơ bản của sắc ký

a Thời gian lưu t R

Là thời gian để chất phân tích sau khi tiêm vào cột đến đầu dò, được tính bằng công thức:

o R

có thể được tính gần đúng theo công thức

V

dc L

t0 0,5  2

L: chiều dài cột, cm dc: đường kính cột, cm V: tốc độ dòng pha động, mL/phút

Có thể nhận danh chất thông qua thời gian lưu vì trong cùng điều kiện thí nghiệm trên một thiết bị sắc ký lỏng nhất định, thời gian lưu của chất đó là

một đại lượng xác định

S S

V

V K V C

V C





'

o

R o R

t

t t

- k'vừa tùy thuộc vào bản chất của chất tan, bản chất của pha tĩnh của cột

và pha động

- k' 0: chất ra rất nhanh, cột không có khả năng giữ chất lại

- k'càng lớn, thời gian phân tích càng kéo dài, mũi có khả năng bị dãn rộng do chất phân tích bị giữ lâu trong cột

Khoảng k'lý tưởng là 25, nhưng khi phân tích một hỗn hợp phức tạp,

-'

k có thể chấp nhận trong khoảng 110

c Hiệu năng

Hiệu năng hay số đĩa lý thuyết (ký hiệu N) của cột đặc trưng cho khả

năng tách mũi sắc ký của các cấu tử trên cột Ncàng lớn, hiệu quả tách càng cao

2 2

2 / 1

16 54

t

N R R

2 / 1

Số đĩa lý thuyết càng lớn, bề rộng Wcàng nhỏ, mũi càng thon

d Độ chọn lọc

Độ chọn lọc  đặc trưng cho khả năng tách của 2 cấu tử cần phân tích A

và B

Trang 18

o

A R o

B R A

B A

B

t t

t t k

k K

-  phụ thuộc rất nhiều vào bản chất pha tĩnh, thành phần pha động, pH

môi trường, nhiệt độ, …

Độ phân giải R S là một thông số dùng để đánh giá khả năng tách của hai

mũi sắc ký Độ phân giải được tính như sau:

N k

k W

W

t t R

B

B B

A

A R

B R

S 2[  ]41 1 ' 1

' )

( ) (

Đối tượng có thể phân tích bằng sắc ký khí tương đối đa dạng: các loại khí thải trong công nghiệp, dung môi hữu cơ, độ tinh khiết của hợp chất, thuốc trừ sâu, kháng sinh, tinh dầu…

Trang 19

Tùy theo loại hợp chất phân tích, tính chất và yêu cầu mà người ta sử

dụng sắc ký khí với các loại đầu dò khác nhau

a Thiết bị sắc ký khí

Hình 1.6 Mô hình thiết bị sắc ký khí

Thiết bị sắc ký khí bao gồm van tiêm mẫu (injector :2), khí mang (1), cột

sắc ký (Column: 3), đầu dò (Detector: 4) và phần điều khiển và xử lý dữ liệu

(Data Processor: 5) hình 2.2

b Nguyên lý hoạt động

Mẫu được tiêm vào van tiêm mẫu Tại đây, mẫu được hóa hơi trước khi

đi vào dòng khí mang Dòng khí mang được chuyển qua cột sắc ký Dựa vào

khả năng tương tác của những cấu tử với pha tĩnh mà chúng sẽ được tách

khỏi nhau và được ghi nhận sau khi ra khỏi cột bởi đầu dò

Sắc ký khí có thể ghép với nhiều loại đầu dò khác nhau như:đầu dò ion

hóa ngọn lửa (FID: Flame Ionization Detector), đầu dò dẫn nhiệt

(TCD: Thermal Conductivity Detector), đầu dò bắt electron hoặc công kết

electron (ECD: Electron Capture Detector), đầu dò ion hóa quang học (PhotoIonization Detector), đầu dò quang kế ngọn lửa (FPD), đầu dò đo độ

dẫn điện hóa (Hall Electrolytic Conductivity Detctor), đầu dò khối phổ

(MSD: Mass Spectrometer Detector) Hiện nay, đầu dò khối phổ đang được

ứng dụng rộng rãi trong phân tích vết và các hợp chất cần nhận danh và định

lượng chính xác

Trang 20

1.4.1.3.Phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ (GCMS) [4],[26],[27],[28],[29],[30],[38]

GC-MS là phương pháp thường được dùng trong phân tích vết và các hợp chất cần nhận danh chính xác vì trong những điều kiện vận hành nhất định, ngoài thời gian lưu đặc trưng, hóa chất còn được xác nhận bằng khối phổ của nó Độ nhạy của GC-MS tùy thuộc vào hợp chất cần phân tích và giao diện sử dụng

a Nguyên lý hoạt động

Trong sắc ký khí ghép khối phổ, hỗn hợp chất phân tích sau khi được tách ra khỏi cột sẽ đi qua một đường truyền đến đầu dò khối phổ Tại đây diễn ra quá trình ion hóa Ion sinh ra được tập trung và được đưa vào bộ phân tích khối Mỗi ion phân tích sẽ có một giá trị m/z xác định, nhờ đó chúng được tách một cách chọn lọc ra khỏi bộ phân tích khối và tạo tín hiệu đặc trưng tại hệ thống phát hiện ion Bộ phân tich khối có thể là một tứ cực (GCMS), ba tứ cực (GCMS/MS), bẩy ion, hay TOF…

Trang 21

c Các kiểu ion hóa trong sắc ký khí ghép khối phổ

Hiện nay, có hai kiểu ion hóa chính trong sắc ký khí ghép khối phổ là ion hóa điện tử và ion hóa hóa học

 Ion hóa điện tử

- Phân tử chất cần phân tích ở trạng thái hơi được đưa vào nguồn ion hóa đặt ở nhiệt độ cao (200-300oC) Electron tạo ra từ một dây tóc được

nung nóng (Filament), được gia tốc lên 70 eV trước khi vào buồng ion

hóa Những electron đi vào buồng ion hóa và tương tác với các phân tử trung hòa được đưa vào từ cột sắc ký, chúng sẽ cung cấp năng lượng cần thiết để tách một điện tử ở phân lớp ngoài của phân tử trung hòa, như thế

sẽ giải phóng một electron và một phân tử gốc tự do mang điện tích dương Năng lượng mà điện tử (electron) cung cấp cho phân tử trung hòa

đủ lớn để có thể phá vỡ cấu trúc ion dương mới tạo thành ra những mảnh ion mang điện tích dương nhỏ hơn đồng thời giải phóng các phân tử trung hòa hay gốc tự do

M + e-  M*+. + 2e-

M*+.  m+ + R*

Mô tả quá trình ion hóa điện tử

b Ion hóa hóa học (Chemical Ionization)

- Ion hóa hóa học dương (Positive Chemical Ionization)

Tương tự như ion hóa điện tử nghĩa là vẫn sử dụng dòng electron có năng lượng lớn Điểm khác biệt chính là không ion hóa mẫu trực tiếp bằng

Hình 1.8 Ion hóa điện tử

Trang 22

dòng electron ấy mà thay vào đó người ta cho dòng electron này ion hóa một

chất khí (Reagent Gas: khí tác chất) được đưa vào buồng ion hóa như

methane, ammoniac, hoặc isobutane

Hình 1.9 Ion hóa hóa học dương tạo ion tác chất

Trang 23

ion) Những ion này là acid Bronsted mạnh, chúng sẽ ion hóa các phân tử chất phân tích thành ion dương bằng cách nhường một proton

Hình 1.10 Ion hóa hóa học dương tạo ion dương từ chất phân tích

Không giống như ion hóa điện tử, các ion dương sinh ra MH+ bền hơn vì năng lượng cung cấp vào từ quá trình ion hóa ít hơn Như vậy, ion MH+ sinh

ra ít phân mảnh hơn và tín hiệu ion phân tử tăng lên

Ưu điểm của phương pháp ion hóa dương là tăng tín hiệu ion phân tử, giảm phân mảnh như mong muốn Tuy nhiên, trong một số phân tử như alcohol bão hòa có dây dài thì quá trình proton hóa sẽ xảy ra trên nhóm chức, phân tử trung hòa sẽ mất nước và như vậy nếu ion phân tử có hiện diện thì tín hiệu cũng sẽ rất nhỏ

Khi định lượng những hợp chất mà thời gian lưu nhỏ thì dung môi có thể đồng rửa giải với chất phân tích làm cho cường độ tín hiệu bị sai lệch vì dung môi có hoạt tính như một khí tác chất (reagent gas)

 Ion hóa hóa học âm (Negative Chemical Ionization)

Ion âm được tạo thành bằng hai quá trình

Quá trình 1: phân tử chất phân tích bắt giữ điện tử mang năng

lượng thấp sinh ra:

 Do sự ion hóa khí methane

 Từ điện tử của filament có năng lượng giảm dần sau

nhiều lần va chạm với khí methane

Trang 24

Quá trình 2: Phân tử chất phân tích cũng có thể bị phân mảnh

bởi điện tử có năng lượng còn tương đối lớn

Nói chung, điện tử mang năng lượng khoảng 5eV hoặc thấp hơn sẽ gắn vào những phân tử mẫu gọi là quá trình bắt giữ cộng hưởng (Resonance Capture) và như vậy ion phân tử âm được tạo thành Nếu điện tử có năng lượng lớn hơn 5 eV thì phân tử mẫu có thể bị phá vỡ và ion phân tử âm có khối lượng phân tử nhỏ hơn được tạo thành Quá trình này gọi là quá trình bắt giữ phân ly (Dissociative Capture) Như vậy, những hợp chất có halogen có ái lực với điện tử sẽ dễ dàng tạo ion âm

Áp suất cao của khí tác chất cũng làm tăng số điện tử có năng lượng thấp do tăng số lần va đập và như thế sinh ra nhiều phân tử ion hơn Tuy nhiên, tín hiệu giảm do quá trình chuyển ion bị găn chặn và độ

ồn tăng lên, nguồn ion hóa sẽ bị bẩn nhanh và tuổi thọ đầu dò giảm nếu

sử dụng khí tác chất dư

M + e-  M

-M + e-  A + B

-Mô tả quá trình ion hóa hóa học âm

Hình 1.11 Ion hóa hóa học âm

1.4.2 Phân tích định lƣợng bằng GCMS

Trang 25

Đối với kỹ thuật sắc ký khí ghép khối phổ như đã nêu ở trên, ngoài thời gian

lưu của cấu tử cần phân tích người ta còn có thêm một dữ liệu rất quan trọng là khối phổ của cấu tử đó Tùy vào mục đích nhận danh hay định lượng mà người ta sử dụng kỹ thuật quét (Scan mode) hoặc chọn lọc ion (SIM mode: Selected Ion Monitoring)

1.4.2.1 Kỹ thuật quét phổ (Scan Mode):

Kỹ thuật này thường được dùng để nhận danh các cấu tử bằng khối phổ, phân tích định lượng nếu nồng độ chất phân tích đủ lớn và xác định vài thông số cho chế độ SIM

Khối phổ được lấy liên tục trong một khoảng thời gian (interval) ví dụ như 0,5 giây bằng cách thay đổi thế đưa vào tứ cực Toàn bộ dữ liệu ghi nhận được lưu trên máy tính và có thể xử lý bằng phần mềm đi kèm

Ví dụ: Sắc đồ full scan của benzene và benzene-d6 trong GCMS và khối phổ

của nó

Hình 1.12 a Sắc đồ full scan của benzene và benzene C 6 D 6

Hình 1.12.b Sắc đồ full scan của benzene và benzene C 6 D 6 chọn m/z = 78; 84

Nhận xét: Trên hình 1.12.a , ở chế độ full scan hai mũi benzene và benzene

C6D6 nằm gần như phủ lên nhau Do đó, không thể phân tích định lượng benzene bằng kỹ thuật sắc ký khí thông thường khi có một hóa chất khác đồng rửa giải với benzene Tuy nhiên, với đầu dò khối phổ ta có thể định lượng được mặc dù hai hóa chất đồng rửa giải (hình 1.12.b)

Benzene Benzene D 6

Trang 26

Hình 1.13 Sắc đồ của Benzene (Scan Mode) và khối phổ Benzene từ thư viện NIST

2005

Hình 1.14 Sắc đồ của Benzene và Benzene-d 6 (Scan Mode ) lấy lần lượt theo ion

m/z = 78

m/z =84

Benzene Benzene D6

Trang 27

Nhận xét: Hình 1.14 cho thấy hoàn toàn có thể định lượng hai cấu tử đồng

rửa giải theo chế độ full scan dựa vào ion định lượng của từng cấu tử

1.4.2.2 Kỹ thuật chọn lọc ion (SIM Mode)

Những thông số về khối phổ được cài đặt sao cho dữ liệu chỉ ghi nhận tín hiệu của ion được chọn nghĩa là khi các ion qua tứ cực thì chỉ có ion định lượng đi vào detector còn các ion khác bị loại ra

Kỹ thuật này thường được sử dụng trong phân tích định lượng vết khi đã biết khối phổ của chất yêu cầu , độ nhạy của nó cao gấp nhiều lần kỹ thuật scan

Hình 1.15.a Sắc đồ SIM của Benzene và Benzene C 6 D 6

Hình 1.15.b Sắc đồ đường nền của hai chế độ Scan và SIM trên m/z =84

Hình 1 16 SIM của Benzene (m/z =78) và Benzene D 6 (m/z=84)

3.25 3.50 3.75 4.00 4.25 0.50

0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 (x100)

Trang 28

Nhận xét : Ở chế độ SIM (chế độ chọn lọc ion), ảnh hưởng của tín hiệu nền

thấp vì chỉ có ion định lượng đi vào detector Do đó, độ nhạy phương pháp phân tích ở chế độ SIM tăng lên rất nhiều so với khi phân tích theo chế độ Full Scan

Trang 29

PHẦN 2 NỘI DUNG

PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG BENZENE TRONG NƯỚC GIẢI KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ TẠO THÀNH

KHÁT-BENZENE-ĐỀ XUẤT CƠ CHẾ HÌNH THÀNH BENZENE

2.1 ĐỊNH LƯỢNG BENZENE TRONG NƯỚC GIẢI

CTC Analysis, Hamilton USA + Phần mềm xử lý số liệu : GCMS Solution-Shimadzu

+ Thư viện nhận danh : NIST (USA) cập nhật 2005

- Buồng ủ mẫu phân tích : Có thể điều khiển được nhiệt độ

- Cân phân tích độ chính xác 0,1mg : Sartorius CP225D, Germany

- Máy hiệu chỉnh pH : Sartorius, Germany

- Hệ thống thổi khí bằng nitơ : Khí nitrogen (độ tinh khiết của

khí 99,99%), Messer, Vietnam