Sử dụng các phương pháp định lượng để xử lý nước thải

Nước là tài nguyên phổ biến nhất trên trái đất che phủ khoảng 71% bề mặt trái đất (khoảng 361 triệu m3)ơ trữ lượng nước được ước tính khoảng 1,5 tỷ m3. Trong đó nước ngọt chỉ chiểm 28,25 triệu km2(1,88% thủy quyển). Nước đồng nghĩa với sự sống,nó là thành phần chính của các vật thể sống. ở người nước chiếm từ 60 đến 70% trọng lượng cơ thể,ở trong một số loại sinh vật biển có khi lượng nước lên tới 90%. Nước tham gia vào thành phần sing quyển và điều hoá các yếu tố khí hậu, đất đai, sinh vật ...Thông qua chương trình vận động của nó. Cùng với sự phát triển của văn minh nhân loại, nhu cầu nước ngày càng lớn. Hiện tại toàn bộ lượng nước sử dụng trong sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp, lượng nước sử dụng cho nhu cầu này thải ra ngày càng lớn, gây ô nhiễm đáng kể đến nguồn nước và môi trường. Nước thải đưa vào nước các loại hoá chất khác nhau, từ trạng thái tan hoặc huyền phù, nhũ tương đến các loại vi khuẩn. Mặt khác khi thải vào nước do tương tác hoá học của các chất mà tạo nên các chất mới ngăn cản quá trình làm sạch nước và ảnh hưởng đến sự sống của các sinh vật trong nước. Quá trình đô thị hoá, công nghiệp và nông nghiệp hoá thâm canh càng phát triển thì tình trạng ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm đ• xuất hiện ở nhiều nước, nhiều nơi và ngày càng trở nên nghiêm trọng. Sự ô nhiễm nước không chỉ đơn thuần là do vi sinh vật và các chất hưu cơ dễ phân huỷ, mà còn do nhiều chất hưu cơ khác, các sản phẩm dầu, các chất tẩy rửa các chất phóng xạ... Đó là các chất độc hại gây nguy hiểm cho sức khoẻ con người và mọi sinh vật sống. Trên góc độ môi trường phenol và các dẫn xuất của phenol được xếp vào loại chất gây ô nhiễm. đây là nhóm tương đối bền , có khả năng tích luỹ trong cơ thể sinh vật và có khả năng gây nhiễm độc cấp tính, m•n tính cho con người. Khi xâm nhập vào cơ thể các phenol nói chung và Clophenol nói riêng gây ra nhiều tổn thương cho các cơ quan và hệ thống khác nhau nhưng chủ yếu là tác động lên hệ thần kinh, hệ thống tim mạch và máu. Do vậy việc nghiên cứu, xác định sự có mặt của phenol, clophenol và các dẫn xuất khác của nó để tìm cách loại bỏ nó là điều quan trọng và đặc biệt cần thiết. Việc phân tích xác định mức độ ô nhiễm môi trường do phenol và các clophenol gây ra đ• được nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới quan tâm và nghiên cứu. Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (US - EPA) và cộng đồng Châu Âu đ• có những quy định chung cho quy trình chuẩn phân tích đối tượng này. các phương pháp phân tích xác định phenol và các clophenol thông thường gồm 2 giai đoạn. 1. Sử dụng kỹ thuật tách chiết và làm giàu. - Chiết lỏng lỏng trực tiếp từ nước bằng dietylete hoặc diclometal. - Cất lôi cuốn hơi nước. - Kỹ thuật sục khí và bẫy chất phân tích lại. - Kỹ thuật sục khí tuần hoàn. - Chiết pha rắn với các chất hấp thụ, XAD-2, XAD-4, C6 , C8, C18 , ... 2. Sử dụng các phương pháp định lượng như: - Sắc khí lỏng hiệu năng cao với detector quang (uv) và huỳnh quang (RF). - Sắc kí khí với detector ion hoá ngọn lửa (FID), Bắt giữ điện tử (ECD) và khối phổ (MS). - Phân tích dòng chảy (FIA). - Trắc quang. Các quy trình phân tích này đều có thể áp dụng vào điều kiện ở nước ta. Trong khuôn khổ luận văn này chúng tôi muốn nghiên cứu xây dựng một quy trình để xác định các clophenol trong nước bao gồm các bước sau: - Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật chiết pha rắn để tách và làm giầu các clophenol trong nước. - Sử dụng kỹ thuật tách sắc kí lỏng hiệu năng cao với detector (UV-VIS) để định lượng chúng đồng thời áp dụng để phân tích một số mẫu thực tế tại một số khu vực thuộc địa bàn Hà Nội. Tuy nhiên, do điều kiện hạn chế của phòng thí nghiệm nên chúng tôi chỉ nghiên cứu với 5 clophenol bao gồm (dẫn xuất từ mono cho đến penta): 2. Clophenol; 2.4 Di clophenol; 2.4.6 Tri clophenol; 2.3.4.6 Tetra clophenol; Penta clophenol.

Mở đầu

Nớc là tài nguyên phổ biến nhất trên trái đất che phủ khoảng 71% bềmặt trái đất (khoảng 361 triệu m3) trữ lợng nớc đợc ớc tính khoảng 1,5 tỷ m3.Trong đó nớc ngọt chỉ chiểm 28,25 triệu km2(1,88% thủy quyển) Nớc đồngnghĩa với sự sống,nó là thành phần chính của các vật thể sống ở ngời nớcchiếm từ 60 đến 70% trọng lợng cơ thể,ở trong một số loại sinh vật biển cókhi lợng nớc lên tới 90% Nớc tham gia vào thành phần sing quyển và điềuhoá các yếu tố khí hậu, đất đai, sinh vật Thông qua chơng trình vận độngcủa nó

Cùng với sự phát triển của văn minh nhân loại, nhu cầu nớc ngày cànglớn Hiện tại toàn bộ lợng nớc sử dụng trong sinh hoạt, công nghiệp và nôngnghiệp, lợng nớc sử dụng cho nhu cầu này thải ra ngày càng lớn, gây ônhiễm đáng kể đến nguồn nớc và môi trờng Nớc thải đa vào nớc các loại hoáchất khác nhau, từ trạng thái tan hoặc huyền phù, nhũ tơng đến các loại vikhuẩn Mặt khác khi thải vào nớc do tơng tác hoá học của các chất mà tạonên các chất mới ngăn cản quá trình làm sạch nớc và ảnh hởng đến sự sốngcủa các sinh vật trong nớc

Quá trình đô thị hoá, công nghiệp và nông nghiệp hoá thâm canh càngphát triển thì tình trạng ô nhiễm nguồn nớc mặt, nớc ngầm đã xuất hiện ởnhiều nớc, nhiều nơi và ngày càng trở nên nghiêm trọng Sự ô nhiễm nớckhông chỉ đơn thuần là do vi sinh vật và các chất hu cơ dễ phân huỷ, mà còn

do nhiều chất hu cơ khác, các sản phẩm dầu, các chất tẩy rửa các chất phóngxạ Đó là các chất độc hại gây nguy hiểm cho sức khoẻ con ngời và mọi sinhvật sống Trên góc độ môi trờng phenol và các dẫn xuất của phenol đợc xếpvào loại chất gây ô nhiễm đây là nhóm tơng đối bền , có khả năng tích luỹtrong cơ thể sinh vật và có khả năng gây nhiễm độc cấp tính, mãn tính cho conngời Khi xâm nhập vào cơ thể các phenol nói chung và Clophenol nói riênggây ra nhiều tổn thơng cho các cơ quan và hệ thống khác nhau nhng chủ yếu

là tác động lên hệ thần kinh, hệ thống tim mạch và máu Do vậy việc nghiêncứu, xác định sự có mặt của phenol, clophenol và các dẫn xuất khác của nó đểtìm cách loại bỏ nó là điều quan trọng và đặc biệt cần thiết Việc phân tích xác

định mức độ ô nhiễm môi trờng do phenol và các clophenol gây ra đã đợc

nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới quan tâm và nghiên cứu Cơ quan bảo vệmôi trờng Mỹ (US - EPA) và cộng đồng Châu Âu đã có những quy địnhchung cho quy trình chuẩn phân tích đối tợng này các phơng pháp phân tíchxác định phenol và các clophenol thông thờng gồm 2 giai đoạn.

1 Sử dụng kỹ thuật tách chiết và làm giàu

- Chiết lỏng lỏng trực tiếp từ nớc bằng dietylete hoặc

diclometal

- Cất lôi cuốn hơi nớc

- Kỹ thuật sục khí và bẫy chất phân tích lại

- Kỹ thuật sục khí tuần hoàn

- Chiết pha rắn với các chất hấp thụ, XAD-2, XAD-4, C6 ,

C8, C18 ,

2 Sử dụng các phơng pháp định lợng nh:

- Sắc khí lỏng hiệu năng cao với detector quang (uv) và

huỳnh quang (RF)

- Sắc kí khí với detector ion hoá ngọn lửa (FID), Bắt giữ

điện tử (ECD) và khối phổ (MS)

- Phân tích dòng chảy (FIA)

- Trắc quang

Các quy trình phân tích này đều có thể áp dụng vào điều kiện ở nớc ta.Trong khuôn khổ luận văn này chúng tôi muốn nghiên cứu xây dựngmột quy trình để xác định các clophenol trong nớc bao gồm các bớc sau:

- Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật chiết pha rắn để tách và làm giầu

các clophenol trong nớc

- Sử dụng kỹ thuật tách sắc kí lỏng hiệu năng cao với detector

(UV-VIS) để định lợng chúng đồng thời áp dụng để phân tíchmột số mẫu thực tế tại một số khu vực thuộc địa bàn Hà Nội Tuynhiên, do điều kiện hạn chế của phòng thí nghiệm nên chúng tôichỉ nghiên cứu với 5 clophenol bao gồm (dẫn xuất từ mono cho

đến penta): 2 Clophenol; 2.4 Di clophenol; 2.4.6 Tri clophenol;2.3.4.6 Tetra clophenol; Penta clophenol.

Các clophenol là hợp chất hữu cơ đợc tạo thành bằng cách thay thế mộthay nhiều nguyên từ Hidro trong vòng thơm của phân tử phenol bằng cácnguyên tử clo

Công thức tổng quát: C6H5-nClnOH với n = 1-> 5

Công thức cấu tạo của các clophenol nh sau:

Với X = 1 -> 5 nguyên tử clo

Các phân tử clophenol lập thành dãy 19 chất gồm các mono, di ,tri, tetra

và một pentaclophenol

1.1.2 Tính chất vật lý hoá học của các clophenol

ở nhiệt độ phòng , hầu hết các clophenol ở trạng thái rắn có cấu trúctinh thể ngoại trừ o-clophenol (2.clophênol) Các chất này có mùi khá mạnh

ít tan trong nớc, thay đổi từ 2,1.10-2 mol/lít với o-clophenol cho tới 7.10-9mol/lít với 2.3.4.6 tetraclophenol, nhng chúng dễ dàng tan trong một số dungmôi hu cơ nh: metanol, ête, diclometan, axetonitril, [13]

Các clophenol trong dung dịch nớc có tính axit Tính chất này tăng lênkhi số lợng clo thế trong vòng benzen tăng lên Do có tính axit nên trong môitrờng kiềm các clophenol tạo thành các muối tơng ứng tan tốt hơn cácclophenol ban đầu

Bảng 1: Tính chất vật lý của các Clophenol

T

T Tên hợp chất Ký hiệu Khối lợngPhân tử Nhiệt độsôi

Co (760mHg)

Nhiệt độnóngchảy Co(760mHg)

1.1.3 ứ ng dụng của các clophenol

Ngay từ đầu thập kỷ 30, các clophenol đã đợc tổng hợp trong côngnghiệp để sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau Trong công nghiệp sản xuấtthuốc bảo vệ thực vật, diclophenol và triclophenol đợc sử dụng để sản xuất cácchất diệt cỏ nhóm phenolxy nh: 2.4-D; 2.3.5-T Các tetraclophenol vàtriclophenol đợc dùng làm thuốc diệt khuẩn, diệt nấm mốc và tẩy uế, khửtrùng, pentaclophenol và các tetraclophenol đợc sử dụng để tẩm tre, gỗ nhằmchống mối mọt và chống mốc, ngoài ra các clophenol còn đợc sử dụng trongcông nghiệp da, dày, vải, sợi và làm chất trung gian trong quá trình sản xuấtthuốc nhuộm, thuốc chữa bệnh.

1.1.4 Độc hại của clophenol đối với ngời và động vật

Các clophenol với số nguyên tử clo khác nhau có mức độ độc hại khácnhau đối với các loại động thực vật Nhiều thí nghiệm đã chỉ ra rằng độ độchại của clophenol đối với các loài sinh vật tăng theo mức độ clo hoá vòngthơm và độ độc tính của chúng cũng thay đổi rõ rệt theo pH của môi trờng ở

pH thấp, các clophenol duy trì ở dạng phân tử và dễ dàng đi qua màng tế bào.Khi pH tăng độc tính của các clophenol giảm rõ rệt, ảnh hởng này đặc biệtquan trọng khi số lợng các nguyên tử clo có mặt trong vòng khác nhau

Độc tính của clophenol thay đổi phụ thuộc vào số lợng nguyên tử clo cómặt trong vòng thơm Các clophenol có ít nguyên tử clo gây ra những rối loạn,còn các clophenol có nhiều nguyên tử clo sẽ ảnh hởng tới quá trình phốt pháthoá trong cơ thể sinh vật

Biểu hiện tác động của các clophenol nói riêng và phenol nói chung đến

quần thể sinh học

Mất ph ơng h ớng Mất phản xạ trong Mất tính năng bơi lội

Hình 1: Biểu hiện tác động của clophenol nói riêng và của phenol nóichung đối với quần thể sinh học

-Farquahanrsen và cộng sự đã nghiên cứu những ảnh hởng của phenollên chuột cho thấy khi tiêm 2,6 - DCP và 2, 4, 6 - T3CP làm chuột bị rối loạn

nh run rẩy, mất phản xạ tự nhiên, thậm chí bị rối loạn trầm trọng với 2,3,6 T3CP kèm theo thay đổi nhiệt độ cơ thể Khi tiêm T4CP và PCP thì dẫn đếntình trạng ngạt thở hoặc chết sau thời gian ngắn do thiếu oxi Khi tiêmpentaclophenol với hàm lợng 10 đến 20 ppm cho thấy 90% chất độc đợc thải

-ra khỏi cơ thể chuột, còn lại chủ yếu đợc tích luỹ trong thận, gan và máu.Thận bị tổn thơng sau khoảng thời gian từ 20 đến 40 giờ, gan bị tổn thơng sau

3 dến 5 ngày

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng hầu nh các mono - , di - , triclophenol có độctính vừa phải khoảng 23-400g/kg trọng lợng Các clophenol có ít nguyên tửclo có độc tính gần giống phenol Cònvới T4CP và PCP thì độc tính mạnh hơnkhoảng 10-40mg/kg trọng lợng

1.1.4.2 Sự độc hại của clophenol đối với ngời

Các clophenol có mùi rất đặc trng và có độc tính mạnh Chúng có khảnăng làm ngng tụ protein và làm bỏng nặng trên da Biểu hiện của triệu chứngnhiễm độc có clophenol là: chóng mặt, nôn mửa, rối loạn tim mạch, tê liệt cử

động, hôn mê, nớc tiểu trở nên xanh nhợt hoặc có màu tro, nhiệt độ cơ thểthay đổi, đặc biệt T4CP và PCP làm da xanh xám lại, co thắt một thời gianngắn trớc khi chết

Hình2: Biểu hiện tác động của các clophenol và phenol đối với cơ thể con

diclophenol đợc phát hiện trong nấm penicilium, 2,6 - điclophenol đóng vai

trò nh một phenomon của một số loài phát ra Lợng lớn các hợp chấtclophenol đợc phát hiện trong môi trờng có nguồn gốc tự nhiên

1.2.2 Nguồn nhân tạo

Vào thập kỷ 70, sản lợng hàng năm của clophenol trên toàn thế giới ớctính khoảng 200 nghìn tấn, và chủ yếu là 2,4 - diclophenol và 2, 3,4, 6 -

Bỏng nặng trên da

Qua

đờng tiêu hoá

Biểu hiện tác động của các clophenol và phenol đối với cơ thể con ng ời

Chóng

mặt Nôn mửa Tê liệt tim

mạch

N ớc tiểu có màu

Tử vong

Ng ng

tụ protein

Ngộ

độc

Qua đ ờng hô

hấp Qua

da

tetraclophenol Các nớc sản xuất clophenol chủ yếu là Mỹ, Nhật, Anh, Thuỵ

Điển Đến cuối thập kỷ 70, khi các nghiên cứu về độc tính của clophenol khá

đầy đủ thì một số nớc phát triển đã đề ra quy định về việc hạn chế sử dụngloại hợp chất này và do đó sản lợng có giảm rõ rệt

Trong công nghiệp clophenol đợc tổng hợp theo hai con đờng:

(1) Clo hoá trực tiếp phenol để tạo ra các clophenol hoặc polyclophenol với

sự có mặt của xúc tác và ở nhiệt độ cao

(2) Thuỷ phân các clobenzen trong dung môi metanol, etylenglycol hoặcmột số dung môi khác

Các chất đợc sản xuất theo con đờng thứ nhất là: 2 - MCP; 4 - MCP;2,4 - DCP; 2,6 - DCP; 2,4,6 - T3CP; 2,3,4,6 - T4CP; PCP Quá trình clo hóakhông định lợng thu đợc một nhóm các clophenol khác nhau Theo con đờngthứ hai, ngời ta sản xuất đợc 2,5 - PCP; 3,4 - DCP; 2,4,5 - T3CP; 2,3,4,5 - T4CP

và PCP Cả hai con đờng này đều sinh ra những chất gây ô nhiễm khác nhau

có hại cho sức khoẻ con ngời ở nớc ta do việc sử dụng các loại thuốc trừ sâu,diệt cỏ một cách bừa bãi , không đợc kiểm soát chặt chẽ của các cơ quan chứcnăng Mặt khác các clophenol còn đợc thải ra ở nhiều nhà máy xí nghiệp, cha

xử lý nguồn nớc thải một cách đúng đắn.Những nguồn này gây ra sự ô nhiễmrất lớn cho môi trờng nớc của chúng ta

1.3 Một số phơng pháp chiết, tách làm giàu clophenol

1.3.1 Kỹ thuật sục khí và bẫy lạnh (Purge and trap) [15]

Hình 3: Thiết bị sục khí và bẫy lạnh

Với kỹ thuật này, các chất hữu cơ đợc chuyển từ pha lỏng lên pha hơi

do khí sục qua mẫu dới áp suất khí quyển Hơi chất hữu cơ đợc cuốn theodòng khí mang đi tới bẫy hấp phụ và bị giữ lại tại đây Sau khi quá trình sụckhí và hấp phụ hoàn thành, bẫy đợc gia nhiệt nhanh tới khoảng 180oC, sử dụngdòng khí trơ có tốc độ 20-60ml/phút trong thời gian 4 phút để đẩy các chấthữu cơ hấp phụ trên bẫy vào cột sắc ký (có thể sử dụng thêm bẫy lạnh để cô

đặc mẫu trớc khi đa vào cột sắc ký) Giới hạn phát hiện của phơng pháp phụthuộc vào hiệu suất của quá trình tách chất bằng kỹ thuật sục khí bẫy lạnh và

độ nhạy của thiết bị phân tích sắc ký

1.3.2 Kỹ thuật sục khí tuần hoàn (Closed - loop stripping tecnique) [15]

Kỹ thuật sục khí tuần hoàn đợc giáo s Grob giới thiệu lần đầu tiên vàonăm 1973 để xác định các chất hữu cơ dễ bay hơi trong nớc Về bản chất, phơngpháp này có nguyên tắc giống nh phơng pháp sục khí và bẫy giữ chất phân tíchlại

Hình 4: Thiết bị sục khí tuần hoàn CLSA

Với kỹ thuật này, dòng khí đi qua bơm tới bình mẫu và đợc phân tánvào nớc dới dạng bọt Một phần hơi chất hữu cơ đợc cuốn theo dòng khí rakhỏi mẫu di tới bẫy hấp thụ làm bằng than hoạt tính và bị giữ lại tại đây Dòngkhí sau khi bẫy than lại đợc tuần hoàn qua bơm và sục vào mẫu nớc Quá trìnhnày đợc lặp đi lại lại từ 2 đến 4 giờ

Sau khi quá trình sục khí tuần hoàn và hấp phụ hoàn thành, bẫy than

đ-ợc lấy ra Các chất hữu cơ hấp phụ trên bẫy than đđ-ợc rửa giải bằng một lợngnhỏ dung môi khoảng 20l Dung môi rửa giải thông thờng là CS2 Ngoài ra, quátrình giải hấp còn có thể đợc thực hiện theo phơng pháp nhiệt Mẫu rửa giải ra sẽ

đợc cho đi qua thiết bị sắc ký để định tính và định lợng [16]

Đây là một phơng pháp có hiệu quả để phân tích các hợp chất dễ bayhơi trong nớc, đặc biệt là khi phân tích các hợp chất có hàm lợng rất nhỏ trong

nớc vì nó có khả năng làm giàu lớn Nếu hiệu suất thu hồi của cả quá trình là10% thì hệ số làm giàu sẽ là 25.000 lần đối với các hợp chất kém bay hơi(họphenol), phơng pháp này cho hiệu suất thu hồi thấp vì khả năng chuyển lênpha hơi của chúng là kém hơn và cùng với nó ta phải tăng nhiệt độ của qúatrình sục khí và hấp phụ nên giảm khả năng hấp phụ của bẫy than Giới hạnphát hiện của phơng pháp này khoảng 0,1 - 100ng/l khi xác định các hợp chấthữu cơ dễ bay hơi, còn với họ phenol độ nhạy phát hiện khoảng l/l

1.3.3 Phơng pháp chiết lỏng - lỏng trực tiếp từ nớc

Theo quy trình chuẩn của cơ quan bảo vệ Môi trờng Mỹ (EPA) số 604

và 625, phenol và các dẫn xuất của chúng trong nớc ngầm hoặc nớc thải đợclàm giàu bằng phơng pháp chiết - lỏng trực tiếp với dung môi diclometan Sau

đó, các hợp chất đợc định tính và định lợng bằng kỹ thuật sắc ký khí vớidetector ion hoá ngọn lửa(FID) hoặc detector khối phổ (MS), hoặc bằng kỹthuật sắc ký lỏng hiệu suất cao (HPLC) với detector UV hoặc huỳnh quang.Phơng pháp này sử dụng chất nội chuẩn 2,4,6 - triclophnol - 13C6 với GC và 2,4

- dibromphenol với HPLC Các phenolat đều đợc dẫn xuất hoá dới tác nhânanhidrit axetic thành dạng phenolaxetat Độ thu hồi của phơng pháp từ 40-89% và giới hạn phá hiện từ 1-10ng/l [14]

Theo ISO - 8165 -1, các phenol có thể đợc chiết trực tiếp từ pha nớc(không qua lọc) bằng dietylete, cô cạn, làm giàu và làm sạch qua cột selicagel.Sau đó, chúng đợc định tính và định lợng bằng sắc ký khí với detector FIDhoặc FPD [20]

1.3.4 Phơng pháp chng cất

Phơng pháp chng cất là phơng pháp nhanh, đơn giản, tốn ít dung môi và

có thể áp dụng phân tích đối với mẫu nớc thải công nghiệp nhiều tạp chất

Theo phơng pháp chng cất, mẫu nớc dợc điều chỉnh tới pH = 1,5 thêm25% NaCl, và tiến hành chng cất trực tiếp, hứng phần ngng, tiêm 1 ml vàomáy sắc ký lỏng hiệu suất cao HPLC Khi nghiên cứu phơng pháp này với 5clophenol cho thấy độ thu hồi từ 91,9 - 97,3% độ lặp lại cao, và giới hạn pháthiện từ 7-16g/l [12]

Phơng pháp chng cất kết hợp với kỹ thuật nội chuẩn và dẫn xuất hoá cácphenolic đã đợc áp dụng để phân tích mẫu nớc thải [9] Với phơng pháp này,

mẫu nớc đã đợc axit hoá tới pH  1, thêm chất nội chuẩn là 2,6 dibromphenol, thêm dung môi và dung dịch NaCl bão hoà, rồi đem chng cấtthu pha hữu cơ giàu chất phân tích Sau đó chuyển chất phân tích vào pha hữucơ khác phù hợp, tiến hành dẫn xuất hoá các phenolic bằngpentafluorobenzylbromua 1% trong axeton, rồi làm sạch mẫu bằng cách choqua cột florisil và làm khô bằng Na2SO4 khan, đuổi dung môi, tiến hành phântích sắc ký khí với detector ECD Độ thu hồi của phơng pháp từ 75,94 -89,69% ở nồng độ 0,01 - 1 mg/l với DCP và 0,001 - 0,1 mg/l với cácclophenol có số clo nhiều hơn.

-1.3.5 Phơng pháp cất lôi cuốn hơi nớc [1]

Cất lỏng - lỏng lôi cuốn hơi nớc là một trong những phơng pháp nhânlặp và tinh chế các hợp chất hữu cơ đạt hiệu quả cao Phơng pháp này sử dụng

để tinh chế, làm giàu các chất không tan và ít tan trong nớc

Hình 5: Cấu tạo máy cất đạm vi lợng Parnas - Wagnerr sử dụng để cất lỏng - lỏng

lôi cuốn hơi nớc.

Quy trình cất lỏng - lỏng lôi cuốn hơi nớc đợc tiến hành nh sau: Lấychính xác 100ml nớc đã đợc xử lý sơ bộ vào bình đựng nớc 250ml, axit hoábằng 2ml axti H2SO4 đặc tinh khiết Đa mẫu vào bình 4 bộ chiết cất lôi cuốnhơi nớc Dùng dung môi dietylete tráng bình định mức và đổ vào bình 4, rồitiến hành chng cất Phần cất đợc cô đuổi dung môi bằng dòng khí N2 cho đếnkhi khô, rồi thêm chính xác 100l dung môi dietylete Tiêm 1l dung dịchnày vào máy sắc ký khí với detector ECD để định tính và định lợng chúng Độthu hồi của phơng pháp này lớn hơn 70%, với độ lặp lại cao và độ nhạy khảng

xử lý sơ bộ rồi đợc dội qua cột (cột đợc nhồi chất hấp phụ rắn) Do ái lựcmạnh với pha tĩnh nên các chất hữu cơ bị giữ lại trên cột, và sau đó dùng dungmôi hữu cơ thích hợp để rửa giải thu chất phân tích

Các chất hấp phụ rắn đợc sử dụng cho chiết pha rắn bao gồm: cácpolyme, polyme đồng trùng hợp styren - divinylbenzen, polyme acrylic, tenax

- GC, các pha liên kết C18, C8, C6 - Silica và thờng đợc bán trên thị trờng dớidạng hạt, cột nhồi rắn, dạng phim, dạng đĩa hay dạng màng

Phơng pháp chiết pha rắn thờng đợc áp dụng đối với các chất khó bayhơi, các chất không chiết đợc bằng phơng pháp chiết lỏng - lỏng

1.3 2 Phơng pháp sử dụng nhựa hấp phụ polystyren - divinyl - benzen

Theo phơng pháp này, nhựa đợc ép dới dạng đĩa, và áp dụng cho phântích các phenol trong nớc Trớc khi sử dụng, đĩa đợc chuẩn bị kỹ lỡng bằngcách ngâm trong axeton, trong metanol và cuối cùng rửa bằng nớc cất có điềuchỉnh pH tơng đơng với pH của mẫu Mẫu nớc đợc điều chỉnh tới pH  2, rồi

đợc lọc qua đĩa, sau đó chất phân tích đợc rửa giải bằng metanol Cùng với kỹthuật dẫn xuất hoá, nội chuẩn và làm sạch trên florisil, khan hoá trên Na2SO4 ,

đã chứng tỏ chiết bằng đĩa styren - divinybenzen là phơng pháp nhanh để phântích các clophenol trong nớc ngầm và nớc bề mặt Độ thu hồi của phơng phápkhá cao, từ 74,14 - 97,92% Tuy nhiên, trớc khi lọc qua đĩa, mẫu cần đợc lọc

để loại các hạt rắn [23]

Cheung Julic và cộng sự cũng đã nghiên cứu chiết pha rắn (SPE) sửdụng chất hấp phụ polystyren - divinylbenzen để tiến hành chiết hỗn hợp 8clophenol trong nớc và tiến hành xử lý nớc thải ở vùng Sydney Kết quả chothấy nhựa không ion polystyren - divinylbenzen có khả năng hấp phụ mạnhhơn than hoạt tính Sau đó, chất phân tích đợc định lợng trên thiết bị GC - MS

Độ nhạy của phơng pháp cỡ ppb [7]

Đĩa C18 đã đợc sử dụng làm chất hấp phụ để xây dựng quy trình chuẩnxác định các phenol trong nớc Theo quy trình này, mẫu đợc kiềm hoá vàthêm chất nội chuẩn 2,4,6 - triclophenol - 13C6, đợc axetat hoá thànhphenolaxetic với tác nhân anhidritaxetat, đợc đi qua đĩa C8 Chất phân tích bịgiữ trên đĩa đợc rửa giải bằng axeton Dịch chiết đợc cô cạn và đợc định tính,

định lợng trên thiết bị GC-MS Độ thu hồi của phơng pháp đạt 60-95%, vớigiới hạn phát hiện 5-20ppb[13]

Nghiên cứu của S.Dupeyron và các cộng sự cho thấy pentaclophenoltrong nớc uống hoặc nớc thải công nghiệp đợc điều chỉnh tới pH2,6, bơmqua đĩa C18, đợc rửa giải bằng hỗn hợp axetonitril + nớc + axit axetic, đợc địnhlợng bằng HPLC với detector quang (UV) hoặc huỳnh quang (RF) Độ nhạycủa phơng pháp  0,1g/l Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi thêm NaCl vào mẫunớc làm tăng độ phân cực của nớc và do đó sẽ nâng cao đợc độ thu hồi củapentaclophenol lên từ 87-90% [12, 2]

Theo Goncharov V.V và các cộng sự, lợng lớn mẫu nớc đợc bơm qua

đĩa C18 để làm giàu trớc mỗi phép phân tích Các nhà nghiên cứu đã sử dụng

kỹ thuật sắc ký khí kết hợp với khối phổ (GC-MS) để phân tích Giới hạn pháthiện của phơng pháp này là 1 -10ng/l [5].

Đĩa C18 cũng đựơc Bao M.L và các cộng sự sử dụng để chiết và làmgiàu các phenol và dẫn xuất của phenol trong nớc Theo nghiên cứu này, mẫu

đợc axetyl hoá trực tiếp bằng anhydritaxetic thành phenolaxetat, rồi đợc chiếtbằng đĩa C18 và đợc định lợng bằng phơng pháp sắc ký khí sử dụng detector khốiphổ Phơng pháp này có độ chính xác và độ nhạy cao đợc dùng để phân tích cáchợp chất của phenol bao gồm: phenol, ankyl phenol, phenol đã halogen hoá,nitrophenol trong nớc máy, trong đất và các mẫu nớc sông Độ thu hồi của phơngpháp lớn hơn 80% và độ nhạy từ 2-50ng/l [3]

Jitka Frebortava, Vera Tatarkovieova đã phân tích 7 clopenol trong nớcthuộc danh mục các chất gây ô nhiễm môi trờng lâu dài do EPA đa ra: 2 -clophenol (2 - CP); 4- clo - 3 metylphenol (4,3 - CMP); 2,6 - diclophenol (2,6

- DCP) ; 2,4 - diclophenol (2,4 - DCP); 2,4,5 - triclophenol (2,4,5 - TCP);2,4,6 - triclophenol (2,4,5,6-TCP); pentaclophenol (PCP) Các tác giả đãnghiên cứu chiết pha rắn sử dụng pha liên kết C6, C8, C18 - Silica để xem xét sựphụ thuộc của độ thu hồi vào thể tích dung môi rửa giải, pH mẫu và thể tíchmẫu để tìm chất hấp phụ tối u Kết quả cho thấy C18 - Silica là chất hấp phụ

đạt hiệu quả cao nhất trong số các chất đợc khảo sát [21]

1.3.6.4 Chiết pha rắn sử dụng chất hấp phụ XAD - 2, XAD - 4

Chất hấp phụ XAD - 2 còn gọilà nhựa XAD - 2, đợc sử dụng rộng rãitrong phơng pháp chiết lỏng rắn XAD - 2 có dạng hạt nhỏ, đờng kính  0,25

- 0,5mm màu trắng, có dung lợng hấp phụ lớn do diện tích bề mặt lên tới300m2/g Theo phơng pháp chiết này, mẫu đợc xử lý sơ bộ, đợc điều chỉnh tới

pH  2, rồi đợc dội qua cột XAD - 2 để tách và làm giàu các clophenol Sau

đó, chất phân tích đợc giải hấp bằng các dung môi thích hợp đến khi thu hết,rồi đem cô cạn và định lợng trên GC - ECD hoặc GC - MS Độ thu hồi của ph-

ơng pháp từ 75-87%, và độ nhạy  ppb [ 1, 24, 11, 22]

Chất hấp phụ XAD - 4 còn đợc gọi là nhựa XAD - 4 Đó là nhựapolystyren có kích thớc nhỏ, đờng kính trong  50Ao thờng đợc sử dụng làmchất hấp phụ các phenol và dẫn xuất Nhựa có dung lợng hấp phụ lớn, do diệntích bề mặt riêng lớn  750m2/g

Zheng - Liang Zhi và cộng sự đã tiến hành chiết và làm giàu các phenoltrên XAD - 4, sau đó rửa giải chất phân tích trên pha rắn và áp dụng phơngpháp đo mầu sử dụng thuốc thử 4 - amino antipyrin để xác định tổng lợng cácphenol trong nớc Giới hạn phát hiện của phơng pháp này tới 0,2ng/ml vàkhoảng tuyến tính 0,5-60ng/ml [27].

Trong nghiên cứu của mình Elina B Caramao và các cộng sự Brazin sửdụng XAD - 4 để chiết các phenol từ mẫu nớc khí hoá than sau khi đã đợcaxtyl hoá bằng anhidritaxetic Chất phân tích đợc rửa giải và định lợng trênthiết bị sắc ký khối phổ GC - MS Qua nghiên cứu này, họ đã phát hiện ra 20hợp chất phenol đã đợc axetyl hoá trong hổn hợp phức tạp của nớc khí hoáthan [26]

Một nghiên cứu mới đây đã sử dụng nhựa XAD - 4 để chiết và làm giàucác clophenol trong nớc Theo quy trình này, mẫu nớc đợc kiềm hoá tới pH 

13 đợc lọc sơ bộ loại các tạp chất thô, rồi axit hoá tới pH  2; tiến hành chiếtcác clophenol trên nhựa XAD - 4, sau đó rửa giải bằng dietylete Cácclophenol sau khi rửa giải sẽ đợc giải chiết khỏi pha hữu cơ bằng dung dịchNaOH  0,2N, rồi axit hoá tới pH  2 và chiết lại bằng dietylete Dịch chiết

đợc làm khô bằng Na2SO4 khan, rồi cô cạn bằng dòng khí nitơ, thêm dung môi

n - hecxan và bơm 1l vào máy sắc ký khí với detector ECD để định lợng Độthu hồi của phơng pháp từ 68-83% với độ nhạy phát hiện nhỏ hơn 0,01g/ml[22]

1.3.6.5 Phơng pháp vi chiết pha rắn

Để nâng cao hiệu suất thu hồi khi phân tích các phenol và đơn giản hoáquy trình phân tích, Buchholz và cộng sự đã đề xuất phơng pháp vi chiết pharắn (Solid - phase micro extration: SPME) Phơng pháp này dựa trên cơ chế lôicuốn các hợp chất hữu cơ từ pha nớc hoặc pha khí lên sợi silica đợc phủ cácchất hấp phụ thích hợp nh polyacrylate Các hợp chất hữu cơ bám trên sợisilica sẽ đợc đa trực tiếp vào buòng hoá hơi của thiết bị sắc ký bằng một bơmtiêm cải tiến

Theo kỹ thuật này, khi pít tông rút ngợc lên, sợi hấp phụ sẽ thụt vào sâutrong kim để tránh bị gẫy khi rút kim ra khỏi nắp đậy bình mẫu hoặc khi bơmvào buồng hàng hoá hơi của thiết bị sắc ký Sợi silica dài 1cm đợc phủ một lớppolyacrylate dày 95m Bằng kỹ thuật này, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm

phân tích 11 loại phenol khác nhau với giới hạn dới là 0,8g/l đối với phenol

và 0,01g/l đối với 4 clo - 3 metyl phenol, tơng ứng là các giá trị cao nhất vàthấp nhất trong giới hạn phát hiện của 11 loại phenol đem thử nghiệm Độchính xác của phơng pháp rất cao, với sai số lớn nhất khi xác địnhpentacclophenol là 12%, còn các chất khác chỉ khoảng 4-5% [6]

1.4 Một số phơng pháp xác định các clophenol trong nớc

1.4.1 xác định phenol và dẫn xuất của nó bằng phơng pháp trắc quang

Với thuốc thử 4 - aminoantypirin khi có mặt kaliferoxianuaK3[Fe(CN)6] hoặc amonipesunphat (NH4)2S208 trong môi trờng pH  10 Sảnphẩm mầu đợc đo trực tiếp ở bớc sóng 500mm hoặc đợc chiết lên clorofom và

đo mầu ở bớc sóng 460mm Phơng pháp này có u điểm là xử lý mẫu nhanh,không phức tạp nhng chỉ cho phép phân tích hàm lợng các phenol và dẫn xuất

có nồng độ 0,001 - 0,005% [18]

Cải tiến các phơng pháp này và sử dụng chất hấp phụ XAD - 4 để tách

và làm giàu các clophenol từ dung dịch nớc tại pH  2 trong hệ thống dòngliên tục Chất phân tích đợc rửa giải bằng cách bơm liên tục dòng dung dịch n-

ớc có pH  13 qua nhựa, rồi đa trực tiếp vào dòng thuốc thử 4 aminoantipyrin Sản phẩm của phản ứng đợc chiết bằng cloroform và đo mầu.Phép phân tích có độ nhạy khá cao khoảng 0,2ng/ml với khoảng tuyến tính0,5-60ng/ml [27]

-Hạn chế của phơng pháp này là thuốc thử 4 - aminoantipyrin kém chọnlọc với các phenol Chỉ xác định đợc lợng tổng các phenol trong nớc

1.4.2 Phơng pháp sắc kí lỏng hiệu suất cao (HPLC)

Phơng pháp sắc khí lỏng hiệu suất cao và phơng pháp sắc ký khí đã đợcCơ quan Bảo vệ Môi trờng Mỹ và Châu Âu sử dụng nh là phơng pháp chuẩn

để xác định phenol và các dẫn xuất của phenol Phơng pháp có độ nhạy rấtcao, khoảng ppb

S Dupeyron và các cộng sự đã tiến hành chiết pha rắn và sử dụng

ph-ơng pháp sắc ký lỏng hiệu suất cao để xác định các phenol trong nớc [6] Theophơng pháp này, cột tách đợc sử dụng là cột pha đảo có kích thớc (12,5cm x4,0mm), Mẫu sau khi đi qua cột tách sẽ đợc đi qua detector quang (UV)hoặc huỳnh quang (RF) với chơng trình bớc sóng của UV là : 270nm

clophenol và 2 - CP, 285 nm, 289 nm và 303 nm tơng ứng cho 2,4 - DCP;2,4,6 - TCP và PCP, còn bớc sóng hấp thụ của huỳnh quang là 270 nm và phátxạ là 298 nm Phơng pháp này có độ nhạy khoảng 0,1g/l.

Riehn O., Jeken M đã sử dụng phơng pháp sắc ký lỏng hiệu suất caovới cột tách là cột pha đảo để xác định phenol và các dẫn xuất của phenoltrong nớc thải Phenol và các dẫn xuất của phenol đều đợc xác định ở bớcsóng 500nm khi có mặt N - metylbenzothiazo-2hydrazon và Ce(NH4)2(SO4)3trong môi trờng axit mạnh Giới hạn phát hiện của phơng pháp từ 1-20ngtrong một lần bơm mẫu

Một số nghiên cứu khác cũng đã sử dụng phơng pháp sắc ký lỏng hiệusuất cao để xác định phenol và các dẫn xuất của phenol trong nớc với độ nhạykhoảng g/l [21, 8,]

1.4.3 Phơng pháp sắc ký khí

Phơng pháp sắc ký khí cột mao quản kết hợp với detector khối phổ và kỹthuật chọn lọc ion (GC - MS – SIM) đợc đánh giá là phơng pháp có độ nhạy caonhất (khoảng ng/l) trong việc phân tích phenol và các dẫn xuất của phenol

Theo ISO - 8165 - 1, có 31 hợp chất gồm phenol và dẫn xuất của phenol

đã đợc xác định bằng phơng pháp sắc ký khi với detector ion hóa ngọn lửa(FID) và detector bắt giữ điện tử (ECD) Giới hạn phát hiện của phơng pháp từ0,1g/l - 1 mg/l [18]

Cheung Julic và cộng sự đã tiến hành chiết pha rắn để tách và làm giàuhỗn hợp các phenol trong nớc thải vùng Sydney Các phenol này đợc định tính

và định lợng bằng phơng pháp sắc ký khí khối phổ với độ nhạy khoảng ppb[10]

Theo nghiên cứu của Heberer Thomas và cộng sự, khi tiến hành chiếtpha rắn để tách và làm giàu phenol và hơn 50 dẫn xuất của phenol, sau đó sửdụng phơng pháp sắc ký khí khổi phổ với kỹ thuật chọn lọc ion để định tính và

định lợng chúng đã cho độ nhạy khá cao khoảng ng/l Trong phơng pháp GC

-MS - SIM, họ sử dụng hai loại cột mao quản là HP-5 có kích thớc (25m x0,2mm x 0,33) và Rtx - 200 có kích thớc (30m x 0,32mm x 0,25m) [17]

Chơng 2

Phơng pháp nghiên cứu

2.2.1 Phơng pháp sắc ký khí lỏng hiệu suất cao (HPLC) và những vấn đề cần nghiên cứu ứng dụng

2.2.1.1 Nguyên tắc chung của phơng pháp HPLC

Sắc ký lỏng là quá trình tách một,hoặc hỗn hợp các chất ở trong cộttách sắc ký ở trạng thái lỏng, mà ở đây thực chất là sự vận chuyển và phân bốlại liên tục của các chất tan (mẫu phân tích) qua từng lớp của cột chất nhồi(pha tĩnh) từ đầu đến cuối cột tách Trong những điều kiện sắc ký nhất định thìchất tan luôn đợc phân bố giữa hai pha động và pha tĩnh tuân theo định luậtphân bố Mặt khác, mỗi chất có cấu trúc phân tử và tính chất khác nhau, nênkhả năng tơng tác tới pha tĩnh và khả năng hoà tan trong các dung môi rửa giải(pha động) khác nhau, do vậy tốc độ vận chuyển các chất tan qua cột là khácnhau Vì thế tạo ra sự tách của các chất khi qua cột sắc ký

Trong kỹ thuật HPCL, mẫu phân tích đợc bơm vào cột qua một van bơmmẫu, sau đó nhờ một bơm cao áp bơm pha động chảy qua cột sắc ký với mộttốc độ xác định để thực hiện quá trình tách.Quá trình tách trong cột sắc ký là

sự tơng tác của các chất phân tích với pha tĩnh đứng yên trong cột tách và pha

động luôn chuyển động qua cột tách với tốc độ nhất định Đây là quá trìnhchính diễn ra trong cột tách của kỹ thuật HPLC Sự tơng tác của chất tan vớipha tĩnh có thể diễn ra theo:

- Tơng tác hấp phụ

- Tơng tác trao đổi ion

- Tơng tác rây phân tử

Vì thế cũng có ba loại sắc ký tơng ứng với ba bản chất của kiểu tơng tác này

- Sức ký hấp phụ (pha thờng NP - HPLC, pha ngợc RP-HPLC)

- Sắc ký trao đổi ion (EX-HPLC)

- Sắc ký rây phân tử (Gel-HPLC)

Trong HPLC việc phát hiện các chất phân tích nhờ các detectơ và sau đó

đ-ợc chỉ thị sang bộ phận ghi nhận kết quả Tuỳ theo đối tợng, yêu cầu, độnhạy và đặc biệt là bản chất của chất phân tích mà chọn các loại detectơkhác nhau, nh phổ hấp thụ phân tử hay huỳnh quang, v.v

Detectơ phổ biến nhất là detectơ hấp thụ quang phân tử vùng phổ UV-VIS.Thực chất của detectơ loại này là các máy phổ hấp thụ phân tử vùng tử ngoại(UV) và khả kiến (VIS) Buồng đo chứa cuvét đợc thay bằng các cuvét động(flowcell) có thể tích rất nhỏ từ 3-7l Việc đo và phát hiện các chất phân tíchhay hợp chất của chúng là dựa trên cơ sở hấp thụ quang phân tử của chất ởtrong dung dịch (trong pha động rửa giải) tại một độ dài sóng nhất định Dungdịch ở đây là pha động (có hoà tan chất phân tích) của quá trình sắc ký, dungdịch đợc chảy liên tục qua buồng đo (flowcell) Các chất phân tích tan trongpha động có thể cho phổ hấp thụ trực tiếp của chính nó hay đo gián tiếp hợpchất của chúng với một thuốc thử thích hợp có khả năng hấp thụ quang tốt.Các phản ứng tạo thành các hợp chất để đo này phải có tính chất định lợnghoàn toàn trong điều kiện xác định Với loại detectơ này bộ phận điện tử thunhận và khuyếch đại tín hiệu là các nhân quang điện kiểu ống hay đi ốt phátquang (photodiode) Nói chung đây là loại detectơ có độ nhạy tơng đối cao,

đơn giản, dễ dùng và không quá đắt, nên rất phổ cập của hệ trang bị HPLC.Nguyên tắc cấu tạo của một hệ HPLC đợc mô tả trong hình 7(trang 30)

Ngoài ra còn có các detectơ loại khác nh detectơ huỳnh quang, điệnhoá, khối phổ, v.v Nếu chất phân tích phù hợp với những loại này thì độnhạy sẽ tốt hơn detectơ UV-VIS

2.2.1.2 Sắc ký lỏng hấp phụ pha ngợc

Trong sắc ký HPLC hấp thụ đợc chia thành hai hệ: hấp phụ pha thờng(NP-HPLC) và hệ hấp phụ pha ngợc (RP-HPLC) Sự khác nhau giữa hai hệ nàychủ yếu là do pha tĩnh của chúng có đặc trng vật lý của bề mặt khác nhau

Hệ hấp phụ pha ngợc (RP-HPLC), pha tĩnh (SP) thờng là các silicatrung tính đã đợc alkyl hoá nhóm - OH trên bề mặt bằng các nhóm ankyl củamạch cácbon C2, C8, C18 hay nhân phenyl, vì vậy nó có bề mặt không phân cực

hay ít phân cực và kỵ nớc Pha động là hệ dung môi rửa giải phân cực, thờng

là các dung môi hữu cơ, có thể hoà tan tốt trong nớc, hay có thêm dung dịch

đệm pH đợc trộn với nhau theo những tỷ lệ nhất định, ví dụ CH3OH/H2O,CH3CN/H2O, v.v Trong nhiều trờng hợp H2O lại là một thành phần chínhcủa pha động Chính nhờ những đặc tính nh vậy nên hệ RP-HPLC đợc sử dụngrất phổ biến để tách nhiều loại hỗn hợp mẫu từ vô cơ đến hữu cơ, từ chất phâncực đến không phân cực Do vậy, thành phần pha động là một yếu tố ảnh hởng

rõ rệt đến kết quả tách sắc ký nh thời gian lu, độ phân giải, chiều cao của picsắc ký Chính do tính chất này mà hệ RP-HPLC có tính linh hoạt cao trongquá trình sắc ký đối với nhiều chất mẫu và đợc sử dụng nhiều

Bản chất của sự tách sắc ký trong cột là dựa trên tính chất hấp phụ của phatĩnh Trên bề mặt pha tĩnh diễn ra các quá trình cân bằng động học của sự hấpphụ, đó là quá trình hấp phụ và rửa giải liên tục ở trên cột tách theo sơ đồ sau:

Sr + Xi S(Xi) S(Xi) + M M(Xi) + SrTrong đó :

Sr : pha tĩnh

S(Xi): các phần tử chất tan bị hấp phụ trên bề mặt pha tĩnh Sr

M: các phân tử pha động

Xi : số các phân tử chất tan

M(Xi) : phân tử chất tan trong pha động M

Trong quá trình sắc ký, khi chúng ta bơm pha động qua cột tách, đểthực hiện sắc ký, các chất phân tích bị lu giữ trong cột tách (ở trên pha tĩnh)bao lâu là tuỳ thuộc vào sự tơng tác hấp phụ của nó với pha tĩnh và theo độhoà tan của các chất vào pha động Các chất có độ hoà tan lớn (độ phân cựclớn) sẽ có thời gian lu giữ nhỏ Thời gian lu giữ của chất tan trong hệ pha ngợc

có thể đợc tính gần đúng theo công thức sau

RT

) (

).

2 (

M S S

M i S M

k'i - hệ số dung tích của chất tan i

Vi - thể tích phân tử của chất tan i (ml/mol)

R - hằng số khí (1,9865 Cal/mol.K)

T - nhiệt độ của hệ (Ko)

M - độ phân cực của pha động

S - độ phân cực của pha tĩnh

i - độ phân cực của chất tan

ns , nM - số mol của pha tĩnh và pha động trong cột tách

Công thức này chỉ cho giá trị gần đúng của k'i Giá trị k'i này đợc tínhtrong các điều kiện chuẩn, điều kiện lý tởng Trong thực tế mẫu phân tích chỉdùng giá trị k' này để dự đoán, giải thích định tính thời gian lu giữ của cácchất phân tích dợc rửa giải ra trớc hay sau

Trong quá trình sắc ký để có đợc một hệ dung môi phù hợp thì sự phatrộn giữa hai hay nhiều dung môi đơn theo các tỷ lệ khác nhau sao cho pha

động (MP) có độ tan nằm giữa hai dung môi đơn M1 và M2 theo qui tắc

EM1 < EMP < EM2

Là điều cần thiết, để có đợc hiệu quả tách cao Đây cũng chính là tínhlinh động của hệ RP-HPLC Các yếu tố của hệ pha ngợc nh: bản chất và các

đặc trng của pha tĩnh trong cột tách; bản chất, thành phần và tốc độ của pha

động; bản chất, cấu trúc phân tử của chất tan là những yếu tố quyết định cho

độ chọn lọc của hệ pha ngợc

Vì vậy, khi phân tích phải nghiên cứu chọn đợc các điều kiện phù hợpthì mới thu đợc kết quả tách cao nhất, nó bao gồm các yêu cầu sau: Chọn phatĩnh phù hợp theo các tính chất và đặc trng Nh loại hạt, độ xốp, cỡ hạt, kíchthớc cột chứa pha tĩnh, chọn pha động phù hợp: dung môi, thành phần vàtốc độ, chọn loại detectơ và các thông số của nó để phát hiện và đo định l-ợng đạt kết quả cao và chính xác

2.2.1.3 Một số khái niệm và phơng trình cơ bản của phơng pháp sắc kí

lỏng hiệu năng cao

- T liệu của quá trình sắc ký

T liệu của một quá trình sắc kí là sắc đồ Mỗi píc trên sắc đồ ứng với một cấu

tử nhất định của hỗn hợp cần tách Diện tích hay chiều cao của pic sử dụng để

định lợng, còn thời gian lu là yếu tố để định tính Thời gian từ khi bơm mẫu cho

đến khi đạt cực đại của pic gọi là thời gian lu là thời gian lu toàn phần TR , nó

bao gồm hai thành phần T0 thời gian một cấu tử trơ đi qua cột (nh là mêtan )và TR là thời gian lu hiệu chỉnh.

Dựa vào sắc đồ ta có thể tính đợc số đĩa lý thuyết của cột ứng với từng cấu

tử theo công thức:

n =

Tuy nhiên ngời ta có thể tính số đĩa lý thuyết dựa vào độ rộng của píc sắc ký

t'

R 2

n: Số đĩa lý thuyết của cột tách Thời gian lu của cấu tử

: Độ lệch chuẩn của píc sắc

Với: Wi : Độ rộng của píc tại điểm uốn, wi = 2

Wh: Độ rộng của píc tại nửa chiều cao píc wh=2,354

Wb: Độ rộng của píc tại đáy píc, wb = 4

Phơng trình Van-Deemter

Qua khảo sát rõ ràng thấy đợc sự phụ thuộc của chiều cao của một

đĩa lý thuyết vào các điều kiện làm việc nh : áp suất, tốc độ pha động , điềukiện nhồi cột Quan hệ này ở điều kiện nhất định đợc mô tả bằng phơngtrình Van-Deemter :

H = A +B/u +C.u

H : chiều cao đĩa lý thuyết

A : đại diện cho sự phụ thuộc của chiều cao đĩa lý thuyết vào

đờng kính hạt pha tĩnh

B : đại diện cho sự khuyếch tán của phân tử chất tan trong cột C: đại diện cho quá trình khuyếch tán của chất tan từ pha tĩnh rapha động và ngợc lại

Trong một hệ pha đã chọn, đại lợng đặc trng cho sự tách sắc kí của các

chất là thời gian lu giữ (TR) của chất Điều đó có nghĩa là, trong một hệ pha vàtrong các điều kiện sắc kí đã chọn nhất định thì mỗi một chất phân tích tronghỗn hợp mẫu phân tích sẽ có thời gian lu cố định Do đó, có thể phân tích địnhtính các chất trong mẫu cha biết bằng HPLC thông qua thời gian lu tR của chất

đó

Để tiến hành phân tích định lợng, ngời ta đa vào mối quan hệ

phụ thuộc của nồng độ chất phân tích và đại lợng đo trong sắc kí là chiều caopíc hay diện tích pic, do vậy có hai biểu thức đợc sử dụng trong phân tích địnhlợng

- Theo chiều cao pic sắc kí: H = a.C

- Theo diện tích pic : S = a.C

Trong đó C – nồng độ chất phân tích trong mẫu bơm vào cột tách

a- hệ số điều kiện thí ngiệm

H- chiều cao pic sắc kí của chất phân tích

S – diện tích pic sắc kí của chất phân tích

Từ một trong hai phơng trình trên, và nhờ một bộ mẫu chuẩn là chúng ta cóthể định lợng chất phân tích , hoặc theo phơng pháp đờng chuẩn hoặc theo ph-

ơng pháp thêm

2.2.2 Thiết bị và hoá chất dùng để nghiên cứu

2.2.2.1 Hệ thống HPLC

Hệ thống trang bị HPLC đợc dùng có các bộ phận đợc mô tả nh trong hình7

D: Detectơ Re: bộ phận ghi kết quả

W: dòng chất thải Va : vòng mẫu

detectơ UV - VIS hãng Linear (USA) Moden 200

4 Máy tự ghi (Re): để ghi sắc đồ tách dới dạng pic.

Máy BD-40 của hãng Kipp and Zonen (CHLB Đức)

- lọ thuỷ tinh đựng mẫu

- Dụng cụ thuỷ tinh nh: phễu lọc/hút chân không, bình nón, bình định mức,

2.2.2.3 Các hóa chất

Dung dịch NaOH , H2SO4, HCl , H3PO4 tinh khiết dùng cho sắc ký ởcác nồng độ khác nhau

Nớc cất: 2lần,

Nhựa hấp phụ dùng cho chiết lỏng rắn XAD-4

khí nitơ tinh khiết 99,99% dùng để cô đuổi dung môi

Na2SO4 pA khan (Merck) đợc nung lại ở 400oC trong 1 giờ trớc khi dùng Metanol tinh khiết cho HPCL của hãng Prolabo (Pháp) và Merck (Đức).n-hecxan tinh khiết

Diclometan loại cho HPCL, hãng Merck

Tetrahydrofuran cho HPLC, hãng Merck

Axeton cho HPLC, hãng Merck

Các chất chuẩn clophenol

2.2.2.4 Phơng pháp xử lý số liệu

Các kết quả thu đợc trong quá trình thực nghiệm đợc xử lý theo các quyluật thống kê Để đánh giá sai số, độ lặp và giới hạn phát hiện của phơng phápthông qua các đại lợng