Nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích một số anion quan trọng trong môi trường nước trên cơ sở sử dụng thiết bị điện di mao quản xách tay

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Đỗ Minh Tuấn NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH MỘT SỐ ANION QUAN TRỌNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC TRÊN CƠ SƠ SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐIỆ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Đỗ Minh Tuấn

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH MỘT SỐ ANION QUAN TRỌNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC TRÊN CƠ SƠ SỬ DỤNG THIẾT BỊ

ĐIỆN DI MAO QUẢN XÁCH TAY

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội - 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Đỗ Minh Tuấn

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH MỘT SỐ ANION QUAN TRỌNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC TRÊN CƠ SƠ SỬ DỤNG THIẾT BỊ

ĐIỆN DI MAO QUẢN XÁCH TAY

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 60440118

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học:

GS.TS Phạm Hùng Việt

Em xin chân thành cảm ơn các cán bộ trong Trung tâm nghiên cứu Môitrường và Pháp triển Bền vững – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, đặc biệt là

TS Dương Hồng Anh và các nghiên cứu viên trong nhóm Điện di mao quản đãgiúp đỡ em rất nhiều trong quá trình em thực hiện luận văn và luôn động viên khi

em gặp khó khăn

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy cô trong Khoa Hóa học, Trường Đạihọc Khoa học Tự nhiên đã cho em những kiến thức quý giá tạo nền tảng để em thựchiện luận văn này

Luận văn được hoàn thành trong khuôn khổ đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chếtạo hệ thống điện di mao quản tự động, sử dụng tại hiện trường và áp dụng cho phântích đa chỉ tiêu trong môi trường”, mã số QG.TĐ.12.03 do GS TS Phạm Hùng Việtchủ nhiệm, vì vậy em xin trân trọng nguồn kinh phí của đề tài

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh độngviên, giúp đỡ khi em đi học

Đỗ Minh Tuấn

i

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn i

Mục lục ii

Danh mục các từ viết tắt v

Danh mục hình vi

Danh mục bảng viii

Mở đầu 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Một số vấn đề các anion Cl - , NO 3 - , NO 2 - , SO 4 2- , PO 4 3- trong môi trường nước2 1.1.1 Khái quát về các anion Cl-, NO3 -, SO4 2-, NO2 -, PO4 3- 2

1.1.2 Các phương pháp xác định 4

1.2 Phương pháp điện di mao quản 4

1.2.1 Nguyên tắc tách chất trong điện di mao quản 4

1.2.2 Độ linh động điện di 5

1.2.3 Dòng điện thẩm (EOF) 5

1.2.4 Mao quản điện di 7

1.2.5 Phương pháp bơm mẫu 8

1.2.6 Các detecto thông dụng trong CE 10

1.2.7 Hệ điện di mao quản một kênh bơm mẫu bằng khí nén và sử dụng detecto đo độ dẫn không tiếp xúc 12

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 13

2.1 Đối tượng, mục tiêu và nội dung nghiên cứu 13

2.1.1 Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu 13

2.1.2 Nội dung nghiên cứu 13

2.2 Phương pháp nghiên cứu 14

2.2.1 Phương pháp điện di mao quản sử dụng detecto đo độ dẫn không tiếp xúc (CE – C4D) 14

2.2.2 Phương pháp xử lý mẫu 14

2.3 Hóa chất, thiết bị 14

2.3.1 Hóa chất 14

2.3.2 Chuẩn bị các dung dịch hóa chất 14

2.3.3 Thiết bị và dụng cụ 15

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 16

3.1 Nghiên cứu lựa chọn các điều kiện phân tích anion (Cl - , NO 3 - , NO 2 - , SO 4 2-, H 2 PO 4 -) 166

3.1.1 Khảo sát thành phần dung dịch đệm điện di 166

3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch đệm tới sự phân tách pic của các ion phân tích 18

3.2 Khảo sát các điều kiện dẫn lỏng của hệ điện di mao quản tự động để phân tích đồng thời các anion Cl - ; NO 3 -; NO 2 -, SO 4 và H 2 PO 4 - 199

3.2.1 Khảo sát lựa chọn sự thay đổi độ mở van chia 199

3.2.2 Khảo sát lựa chọn sự thay đổi thể tích vòng mẫu 211

3.2.3 Khảo sát lựa chọn sự thay đổi điện thế tách 244

3.2.4 Khảo sát lựa chọn sự thay đổi thời gian bơm mẫu vào mao quản 277

3.2.5 Khảo sát ảnh hưởng của anion nền tới việc phân tích các anion (Cl-, NO3 -, NO2 -, SO4 2-, H2PO4 -) 300

3.3 Đánh giá phương pháp phân tích với anion Cl - , NO 3 -, SO 4 2-, NO 2 -, H 2 PO 4 - 322

3.3.1 Giới hạn định lượng và giới hạn phát hiện của phương pháp 32

3.3.2 Độ đúng 355

3.3.3 Độ lặp 355

3.3.4 So sánh kết quả phân tích thu được từ phương pháp CE – C4D với các kết quả phân tích thu được từ phương pháp sắc kí ion 377

3.3.5 So sánh kết quả phân tích các mẫu thật thu được từ phương pháp CE-C4D với các kết quả phân tích thu được từ phương pháp sắc kí ion 38

iii

KẾT LUẬN 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

PHỤ LỤC 48

Detecto đo độ dẫn không tiếp xúc kết nối kiểu tụ điện (capicitivelycoupled contactless conductivity detection)

CAPS: Axit 3(xyclohexylamino)-1-propansunphonic

CE: Điện di mao quản (capillary electrophoresis)

CTAB: Hexadexyltrimetyl amoni bromit

Dòng điện di thẩm thấu (electroosmotic flow)Chất hoạt động bề mặt

Điện di mao quản hiệu năng cao (High performance capillaryelectrophoresis)

Giới hạn xác định (limit of detection)Giới hạn định lượng (limit of quantity)Khối phổ (Mass spectrophotometry)

Độ lệch chuẩn tương đối (Relative standard evition)

Độ lệch chuẩn (standard deviation)Tiêu chuẩn Việt Nam

Quỹ Nhi Đồng Liên Hợp Quốc (United Nations InternationalChildren's Emergency Fund)

Quang phổ hấp thụ phân tử vùng tử ngoại và khả kiến

v

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ hệ điện di mao quản 4

Hình 1.2 Hình ảnh dòng điện thẩm trong điện di mao quản 5

Hình 1.3 Mặt cắt ngang của mao quản 7

Hình 1.4 Lớp điện tích kép trên bề mặt mao quản 7

Hình 1.5 Ảnh hưởng của dòng EOF đến tốc độ của các ion trong quá trình điện di.8 Hình 1.6 Các nguyên tắc bơm mẫu trong điện di mao quản 9

Hình 1.7 Sơ đồ detecto đo độ dẫn không tiếp xúc 11

Hình 1.8 Sơ đồ hệ thiết bị điện di mao quản bơm mẫu tự động bằng khí nén 12

Hình 3.1 Điện di đồ phân tích các anion Cl-, SO4 2-, NO3 -, NO2 -, H2PO4 sử dụng các hệ đệm khác nhau 17

Hình 3.2 Điện di đồ phân tích các anion Cl-, SO4 2-, NO3 -, NO2 -, H2PO4 ở các giá trị pH của dung dịch đệm khác nhau 18

Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của diện tích pic vào van chia dòng 199

Hình 3.4 Sự biến đổi diện tích pic theo độ mở van chia 20

Hình 3.5 Giản đồ điện di khảo sát sự ảnh hưởng của vị trí van chia dòng đến sự phân tách các pic 20

Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của diện tích pic vào thể tích vòng mẫu 211 Hình 3.7 Sự biến đổi diện tích pic Cl- theo thể tích vòng mẫu 211

Hình 3.8 Sự biến đổi diện tích pic NO3 theo thể tích vòng mẫu 222

Hình 3.9 Sự biến đổi diện tích pic SO4 theo thể tích vòng mẫu 222

Hình 3.10 Sự biến đổi diện tích pic NO2 theo thể tích vòng mẫu 233

Hình 3.11 Sự biến đổi diện tích pic H2PO4 theo thể tích vòng mẫu 233

Hình 3.12 Điện di đồ khảo sát sự ảnh hưởng của thể tích vòng mẫu đến sự phân tách các pic 24

Hình 3.13 Điện di đồ khảo sát sự ảnh hưởng của điện thế tách đến sự phân tách các pic 25

Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của diện tích pic vào điện thế tách 25 Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của diện tích các pic theo điện thế tách.266

Hình 3.16 Biến đổi diện tích píc của các ion chất phân tích khi thay đổi thời

gian bơm mẫu 277Hình 3.17 Sự biến đổi diện tích pic Cl- theo thời gian bơm mẫu vào mao quản 277

theo thời gian bơm mẫu vào mao quản.28

theo thời gian bơm mẫu vào mao quản 29Hình 3.22 Điện di đồ phân tích các anion trong mẫu chuẩn khi thay đổi thời

gian bơm mẫu 300

Hình 3.25 Điện di đồ khảo sát sự ảnh hưởng của SCN- đến sự phân tách các pic 322

Hình 3.27 Điện di đồ phân tích một số mẫu nước ngầm và nước mặt sử dụng

quy trình phân tích do tôi đề xuất 38

theo pH của dung dịch đệm Sự

- 199Bảng 3.3 Khoảng tuyến tính, giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng

Bảng 3.6 So sánh các kết quả phân tích các mẫu so sánh các mẫu giữa phương

Bảng 3.7 Nồng độ của các anion trong các mẫu so sánh thu được từ hai phương

pháp và sai số tương ứng 39

MỞ ĐẦU

chú ý của nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước, đặc biệt trong bối cảnh luật môitrường đang được thực thi một cách mạnh mẽ, nhiều công ty xả thẳng nước thảichưa xử lý ra môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng Trong lĩnh vực nước cấp, gầnđây nhiều nhà nhà máy nước đã chuyển sang sử dụng nước mặt làm nguồn nước đểsản xuất nước sinh hoạt thay cho nguồn nước truyển thống do nguồn nước mặt có

ưu điểm là ít bị ô nhiểm asen và các nguyên tố độc hại khác có nguồn gốc tự nhiên

từ trong trầm tích Tuy nhiên, nguồn nước này bị ô nhiễm vi sinh, và các thành phần

có trong nước thải sinh hoạt khi nguồn thải này không được sử lý triệt để trước khi

xả ra các hệ thống sông, hồ Trong số các chỉ tiêu nước mặt thì các chỉ tiêu anion

Việc xác định các chỉ tiêu này được thực hiện bằng phương pháp phổ hấp thụ

tử ngoại khả biến (phân tích từng chỉ tiêu), phương pháp sắc kí ion (phân tích một

số chỉ tiêu đồng thời) Tuy nhiên, vì số lượng các chỉ tiêu cần được xác định nhiềunên việc phân tích từng chỉ tiêu bằng phương pháp quang là tốn kém nhân lực, thờigian và kinh phí, còn phương pháp sắc kí ion cần thiết bị đắt tiền, phải thay các cộtchuyên dụng và chương trình hoạt động nếu muốn phân tích cả nhóm cation vàanion Việc nghiên cứu, phát triển quy trình phân tích các anion trong mẫu nước mặt

và ứng dụng trong quan trắc chất lượng nước mặt sử dụng hệ thiết bị điện di maoquản xách tay cho phép phân tích đồng thời các anion có ý nghĩa lớn cho kiểm soátchất lượng nước, cũng giúp các cơ quan chức năng trong quá trình giám sát chấtlượng môi trường Do đó em chọn đề tài “Nghiên cứu xây dựng quy trình phân tíchmột số anion quan trọng trong môi trường nước trên cơ sở sử dụng thiết bị điện dimao quản xách tay”

1

chứa ít chất rắn lơ lửng và chủ yếu ở dạng keo)

Để đánh giá khả năng ô nhiễm nguồn nước, cần cân nhắc thêm các yếu tố sauđây:

1.1.1.1 Các hợp chất nitơ

-) Do đó các hợp chất này thường được xem là những chất chỉ thị dùng

để nhận biết mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước Khi mới bị nhiễm bẩn, ngoài cácchỉ tiêu có giá trị cao như độ oxy hoá, amoniac, trong nước còn có một ít nitrit và

- Phân tích sự tươngquan giá trị các đại lượng này có thể dự đoán mức độ ô nhiễm nguồn nước

Nitrit được hấp thu trong máu và hemoglobin (các thành phần oxy trongmáu) được chuyển thành methemoglobin, chất này mang oxy hiêu quả tới nguồncung cấp oxy giảm đến tế bào quan trọng như não Nếu nghiêm trọng có thể dẫn đếntổn thương não và tử vong

Việc sử dụng rộng rãi các loại phân bón cũng làm cho hàm lượng nitrat trongnước tự nhiên tăng cao Ngoài ra do cấu trúc địa tầng tăng ở một số đầm lầy, nướcthường nhiễm nitrat

Nồng độ NO3

cao là môi trường dinh dưỡng tốt cho tảo, rong phát triển, gâyảnh hưởng đến chất lượng nước dùng trong sinh hoạt Trẻ em uống nước có nồng độnitrat cao có thể ảnh hưởng đến máu (chứng methaemoglo binaemia) Theo quy

quá 10 mg/l (tính theo N) Những người khỏe mạnh có thể tiêu thụ một lượng khálớn của Nitrat với ít tác dụng tới sức khỏe Tuy nhiên nếu hàm lượng lớn và kéo dài

có liên quan tới vấn đề dạ dày do sự hình thành của chất nitrosamine Các hợp chấtnitrosamine đã được chứng minh là gây ung thư ở động vật thử nghiệm

1.1.1.2 Các hợp chất photpho

Trong nước tự nhiên, thường gặp nhất là photphat Đây là sản phẩm của quátrình phân huỷ sinh học các chất hữu cơ Cũng như nitrat là chất dinh dưỡng cho sựphát triển của rong tảo Nguồn photphat đưa vào môi trường nước là từ nước thảisinh hoạt, nước thải một số ngành công nghiệp và lượng phân bón dùng trên đồngruộng [2]

Photphat không thuộc loại hóa chất độc hại đối với con người, nhưng sự tồntại của chất này với hàm lượng cao trong nước sẽ gây cản trở cho quá trình xử lý,đặc biệt là hoạt chất của các bể lắng Đối với những nguồn nước có hàm lượng chấthữu cơ, nitrat và photphat cao, các bông cặn kết cặn ở bể tạo bông sẽ không lắngđược ở bể mà có khuynh hướng tạo thành đám nổi lên mặt nước, đặc biệt vào nhữnglúc trời nắng trong ngày

Ion sunfat thường có trong nước có nguồn gốc khoáng chất hoặc nguồn gốc hữu

cơ Với hàm lượng sunfat cao hơn 400 mg/l, có thể gây mất nước trong cơ thể và làmtháo ruột Ngoài ra, nước có nhiều ion clorua và sunfat sẽ làm xâm thực bêtông

3

1.1.2 Các phương pháp xác định

thế để xác định nồng độ của một loại ion trong dung dịch hỗn hợp nhiều loại ion dựa trênnguyên tắc là điện thế ở cực chỉ thay đổi với nồng độ ion cần phân tích mà không chịuảnh hưởng của nồng độ ion khác Tuy nhiên phương pháp này có độ lặp lại kém

các anion trong các mẫu nước ngầm và nước mặt Cho kết quả rất chính xác nhưng

do yêu cầu nghiêm ngặt của việc chuẩn bị mẫu để phân tích IC tránh việc gây tắccột tách rất đắt tiền Nên để phân tích các mẫu nước thì rất tốt nhưng không tiếtkiệm kinh tế

thu được của hai phương pháp đều tốt Có ưu điểm vượt trội so với phương pháp IC

về khả năng phân tích hiện trường, giá thành đầu tư thiết bị ban đầu, giá phân tíchđối với một mẫu, thời gian phân tích ngắn và dễ vận hành Tại trung tâm Cetasd đã

-,

tay và kết quả thu được rất khả quan

1.2 Phương pháp điện di mao quản

1.2.1 Nguyên tắc tách chất trong điện di mao quản

Điện di mao quản là một kỹ thuật tách các chất dựa trên sự di chuyển khácnhau của các phân tử chất (chủ yếu là các ion mang điện tích) trong dung dịch chấtđiện ly có chất đệm pH và trong tác dụng của điện trường (E) nhất định do thế (V)đặt vào hai đầu mao quản sinh ra, do độ linh động điện di khác nhau, chúng dichuyển với tốc độ khác nhau và tách khỏi nhau [5, 13]

Hình 1.1 Sơ đồ hệ điện di mao quản

Điện di mao quản gồm nhiều các kỹ thuật tách khác nhau, mỗi kỹ thuật tách đều có 1 cơ chế riêng:

Trong đó kỹ thuật điện di mao quản vùng (CZE) được sử dụng nhiều bởi đặctính đơn giản và hiệu quả [11, 19]

Độ linh động điện di tỉ lệ thuận với điện tích của phần tử tích điện (q), tỉ lệ

) của dung dịch pha động điện di và độ lớn (bán kính hydrat

r) của phần tử tích điện Ngoài ra, độ linh động điện di còn phụ thuộc vào nhiệt độ

Dòng điện thẩm hay chính là dòng của khối dung dịch di chuyển về phíacatốt xảy ra khi một điện thế cao được áp giữa hai đầu mao quản silica chứa dungdịch đệm [14] Tốc độ của dòng điện thẩm có thể ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ dichuyển của các chất trong dung dịch Ví dụ một dung dịch đệm nồng độ 50 mM vớipH= 8 chảy trong một mao quản dài 50 cm về phía catốt với vận tốc khoảng 5cm/phút ở hiệu điện thế +25 kV [17].

Nguyên nhân của dòng điện thẩm là do sự hình thành của lớp điện kép Trên

bề mặt của mao quản silica luôn tồn tại các nhóm silanol Tại điều kiện pH lớn hơn

lớp điện tích âm ở thành silica tạo thành lớp điện kép Các ion dương trong dòngdung dịch do đó sẽ bị kéo về phía catốt, vì chúng hòa tan trong dung dịch nên chúng

sẽ kéo theo cả khối dung dịch cùng về phía điện cực âm [8,9]

Thông thường tốc độ của dòng điện thẩm cao hơn đáng kể so với tốc độ di cưcủa các hạt mang điện trong mao quản vì lý do đó dòng điện thẩm trở thành phađộng có ích trong điện di mao quản Vận tốc của dòng điện di được xác định bởibiểu thức:

ʋ=µ EOF E

Việc điều khiển tốc độ dòng EOF có thể giúp làm giảm thời gian phân tách

và làm hình ảnh pic trở lên sắc nét hơn Do đó các yếu tố ảnh hưởng đến dòng EOFthường được khảo sát trong các nghiên cứu Dưới đây là một số các yếu tố có thểđược điều chỉnh để thay đổi dòng EOF [4]:

càng lớn thì dòng EOF sẽ càng lớn và ngược lại Tuy nhiên nếu điện trường quá lớn sẽlàm giảm độ phân giải, hiệu lực tách và làm nóng mao quản

EOF trong mao quản vì nó dễ thực hiện Dòng EOF sẽ giảm ở pH thấp và tăng ở pH cao

- Nồng độ dung dịch đệm: cường độ dòng EOF sẽ tăng khi nồng độ của dungdịch đệm tăng và ngược lại Nhưng nó cũng làm nóng mao quản và độ nét của pic bị ảnhhưởng khi ở nồng độ cao.

đệm thì chúng sẽ bám lên thành mao quản và tạo ra hiệu ứng ion (hay hiệu ứng kị nước).Nếu chất HDBM phân li ra anion thì làm tăng cường độ dòng EOF còn nếu là cation thì

sẽ làm giảm và có thể đảo ngược chiều dòng EOF

1.2.4 Mao quản điện di

Mao quản là một bộ phận quan trọng trong hệ điện di mao quản Đây chính

là một trong các yếu tố quyết định sự điện di hỗn hợp của các chất mẫu Mao quảnđược chế tạo chủ yếu là silica được gọi là mao quản silica Trong một số trườnghợp người ta cũng dùng mao quản teflon, khi mao quản silica không phù hợp, ví dụ

và tách ở pH thấp [4]

Hình 1.3 Mặt cắt ngang của mao quản

Trong quá trình điện di, lớp điện kép và thế của chúng (thế Zêta) xuất hiện

Hình 1.4 Lớp điện tích kép trên bề mặt mao quản

7

Dòng EOF di chuyển từ cực dương sang cực âm, dưới tác dụng của điệntrường, các cation di chuyển cùng chiều với dòng EOF do đó di chuyển nhanh hơn,ngược lại các anion di chuyển ngược chiều với dòng EOF do đó di chuyển chậmhơn còn các phần tử trung hòa không chịu tác động của điện trường nên di chuyểncùng tốc độ với dòng EOF.

Hình 1.5 Ảnh hưởng của dòng EOF đến tốc độ của các ion

trong quá trình điện di

Do vậy, để có được hiệu quả tách cao cần tìm được dòng EOF có cường độphù hợp với chất phân tích, có nghĩa là phải tối ưu hóa các điều kiện của quá trìnhđiện di

1.2.5 Phương pháp bơm mẫu

Hai nguyên tắc bơm mẫu cơ bản thường được sử dụng trong điện di là bơmmẫu thủy động học, bơm mẫu điện động học

+ Phương pháp bơm điện động học

Trong phương pháp này, đầu mao quản được nhúng vào dung dịch mẫu cùngđiện cực platinum Một hiệu điện thế một chiều được áp vào hai đầu điện cực đẩycác ion mang điện vào trong mao quản theo nguyên tắc của điện di và dòng điệnthẩm Phương pháp này cho phép đưa một lượng lớn các ion linh động vào maoquản Ngược lại các ion kém linh động hơn sẽ được đưa vào với lượng nhỏ hơn Dovậy kỹ thuật bơm mẫu này có sự phân biệt đối với các ion khác nhau về điện tíchcũng như kích thước Tuy nhiên điều này lại có thể coi là một ưu điểm của phươngpháp trong việc phân tích lượng vết của các ion nhỏ và có điện tích lớn [21, 22]

+ Phương pháp thủy động học

Bơm syphon (sử dụng lực trọng trường) là phương pháp mà một đầu maoquản chứa dung dịch đệm được nhúng vào lọ mẫu và được nâng lên một độ cao

chênh lệch so với đầu còn lại của mao quản Mẫu sẽ tự động đi vào mao quản theonguyên tắc ông syphon Lượng mẫu bơm vào mao quản phụ thuộc vào độ cao chênhlệch và thời gian bơm mẫu [12].

Hình 1.6 Các nguyên tắc bơm mẫu trong điện di mao quản

Bơm mẫu sử dụng chênh lệch áp suất có thể được thực hiện bằng cách hútchân không hoặc dùng piston hay khí nén để tạo áp suất đẩy Tương tự như kỹ thuậtbơm mẫu syphon, lượng mẫu bơm vào mao quản phụ thuộc vào độ nhớt của dungdịch [8] Vì vậy việc đảm bảo sự tương đồng độ nhớt giữa dung dịch mẫu và dungdịch chuẩn đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật bơm mẫu này Do đó nhiệt độ cóảnh hưởng lớn đến lượng mẫu do độ nhớt dung dịch tỉ lệ nghịch với nhiệt độ Vìvậy để đảm bảo tính lặp lại của phép phân tích, nhiệt độ cần được giữ ổn định trongquá trình thực hiện [22]

Kỹ thuật bơm mẫu syphon khá khó để có thể tự động hóa và dễ có sự saikhác trong chiều cao cũng như thời gian bơm mẫu Ngược lại các kỹ thuật bơm mẫu

9

sử dụng piston, khí nén hay dùng chân không tương đối dễ dàng tự động hóa, giúpcho các yếu tố trong quá trình bơm mẫu được đảm bảo bao gồm cả nhiệt độ.

1.2.6 Các detecto thông dụng trong CE

- Nguyên tắc định lượng

Nguyên tắc của việc phát hiện hay định lượng các chất tan dựa trên cơ sở của

bản sau đây [4]:

H = k.Cx hoặc A = k.Cx Trong đó: H là chiều cao

A là diện tích pic điện di của chất phân tích

-Sự phát hiện chất trong phương pháp điện di mao quản

Quá trình tách chất dựa trên sự khác nhau về độ linh động điện di của cácchất tan Do độ linh động điện di của các chất tan khác nhau thì tốc độ di chuyểncủa các chất tan (chất tan là ion) trong mao quản khác nhau Sự phát hiện chất trongquá trình phân tách điện di được thực hiện một cách trực tiếp hay gián tiếp, tùythuộc vào bản chất của các chất phân tích Nói chung dựa trên cơ sở tính chất hóahọc, hóa lí hay vật lí của các chất phân tích sẽ có các loại detecto tương ứng để pháthiện [15, 16]

Trong các loại detecto kể trên, detecto độ dẫn không tiếp xúc tuy ra đời saunhưng đã nhận được nhiều sự quan tâm do thiết kế đơn giản, không yêu cầu nguồnphát quang và không làm thay đổi thành phần đệm do quá trình điện phân như cácdetecto đo độ dẫn kiểu cũ [7]

Hình 1.7 Sơ đồ detecto đo độ dẫn không tiếp xúc

Nguyên tắc cơ bản của detecto đo độ dẫn không tiếp xúc là sử dụng hai điệncực hình ống đặt vòng quanh và không tiếp xúc với mao quản Khi áp một hiệu điệnthế xoay chiều, hai điện cực sẽ tạo với thành mao quản hai tụ điện, và khối dungdịch trong mao quản giữa hai điện cực sẽ đóng vai trò như một điện trở [10] Hìnhtrên là sơ đồ mạch của detecto đo độ dẫn không tiếp xúc Tại đầu ra của điện cựcthứ hai, tín hiệu sẽ được thu nhận đưa đến bộ khuếch đại và xử lý cho ra tín hiệuphân tích Detecto đo độ dẫn không tiếp xúc có thể áp dụng với hầu hết các ion vô

cơ và hữu cơ Do đó đây là lựa chọn hợp lý cho việc phân tích và quan trắc môitrường đặc biệt là quan trắc môi trường nước

11

1.2.7 Hệ điện di mao quản một kênh bơm mẫu bằng khí nén và sử dụng detecto

đo độ dẫn không tiếp xúc

Hình 1.8 Sơ đồ hệ thiết bị điện di mao quản bơm mẫu tự động bằng khí nén

Hệ thiết bị điện di thông thường bao gồm 3 bộ phận chính: bộ phận bơmmẫu, mao quản tách và detecto thu nhận tín hiệu Trong nghiên cứu này, hệ thiết bịđiện di được sử dụng là hệ điện di một kênh với bộ bơm mẫu bằng khi nén do nhóm

bên trong có bình nhựa chứa đệm Ngoài ra bình chứa đệm được nối với van chia bacổng V1 nối với bình đựng mẫu Đầu ra van V1 nối tiếp van V2 qua một vòng VanV2 có một cổng nối ra cốc đựng thải và đầu còn lại nối với một giao diện chia ra cómột đầu cắm mao quản, một đầu cắm điện cực và cổng ra van V3, V4 Đầu còn lại

lại Tín hiệu ra sẽ chuyển vào máy tính để xử lí

Chương 2 THỰC NGHIỆM

2.1 Đối tượng, mục tiêu và nội dung nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu

chuẩn Việt Nam cho phép đối với các loại nước này Việc phân tích anion này trên

với quy trình phân tích các anion nói trên

2.1.2 Nội dung nghiên cứu

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp điện di mao quản sử dụng detecto đo độ dẫn không tiếp xúc (CE – C 4 D)

- Phương pháp điện di mao quản vùng (CZE) được áp dụng để tách và xác định anion Cl-, NO3 -, NO2 -, SO4 2-, PO4 3- trong mẫu nghiên cứu, và các mẫu nước tại hiện trường dựa trên các điều kiện tối ưu đã khảo sát ở trên [18, 20].

- Các số liệu thu thập được sẽ được xử lý và đánh giá theo các phương pháp thống kê [3, 6].

2.2.2 Phương pháp xử lý mẫu

Mẫu được lọc qua giấy lọc cỡn 0,45µm trước khi được bơm vào hệ

2.3 Hóa chất, thiết bị

2.3.1 Hóa chất

2.3.2 Chuẩn bị các dung dịch hóa chất

* Pha dung dịch gốc chuẩn

được sử dụngbằng dung dịch chuẩn 1000ppm (Merck) Cách pha cụ thể như sau:

mức tới vạch bằng nước đề-ion thu được dung dịch gốc của mỗi loại có nồng độ

100 mM Dung dịch được bảo quản trong tủ lạnh từ 2- 8oC, tránh ánh sáng và có thể

kiểu tụ điện, đây là thiết bị do GS Peter Hauser, khoa Hóa học, trường Đại học Basel,Thụy Sĩ lắp đặt

hiệu dụng 53 cm

đựng mẫu

15

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Nghiên cứu lựa chọn các điều kiện phân tích anion (Cl - , NO 3

3.1.1 Khảo sát thành phần dung dịch đệm điện di

Thành phần của dung dịch đệm điện di là một trong những yếu tố quan trọngnhất quyết định hiệu quả tách của phép phân tách bằng phương pháp điện di Tôi đãkhảo sát bốn hệ đệm có thành phần như sau:

axit axetic cho đến pH 4,0 và dung dịch sau khi điều chỉnh ở nồng độ 12 mM

MOPS và Histidine được cân và pha đều ở nồng độ 10 mM Sau đóCTAB (hexadecyltrimethylammonium bromide) được thêm vào để điềuchỉnh dòng EOF

MES và Histidine được cân và pha đều ở nồng độ 10 mM sau đó CTAB được thêm vào để điều chỉnh dòng EOF

Hình 3.1 Điện di đồ phân tích các anion Cl - , SO 4

2-, NO 3

-, NO 2

-, H 2 PO 4

-sử dụng các hệ đệm khác nhau

Bảng 3.1 Diện tích pic và thời gian lưu của các anion ở các điều kiện đệm khác

nhau

Chiều cao pic (mV) Thời gian lưu (s)

3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch đệm tới sự phân tách pic của các ion phân tích

sẽ

kiện pH không quá thấp Trong trường hợp này, pH của dung dịch đệm có ảnh

-Hình 3.2 Điện di đồ phân tích các anion Cl - , SO 4

2-, NO 3

-, NO 2

-, H 2 PO 4

ở các giá trị pH của dung dịch đệm khác nhau

Khi pH của dung dịch đệm càng giảm thì độ phân giải giữa các píc liền nhau

nhưng chiều cao

H2PO4

đã bị chuyển về

là do sự thay đổi về độ dẫn của dung dịch điện ly nền gây ra

Trong số các tín hiệu được tách ra trước độ phân giải pic giữa tín hiệu của

là đặc biệt biến đổi nhiều nhất vì ở pH cao hơn hai píc này chồng lênnhau như trong trường hợp pH = 4,3 còn trong điều kiện pH càng thấp thì độ phân

và

được biểu diễn trong bảng sau:

Bảng 3.2 Độ phân giải giữa píc SO 4

Căn cứ vào bảng trên tôi thấy rằng pH 4,0 là giá trị pH phù hợp hơn cả cho

ở giá trị chấp nhận được là 1,06

3.2 Khảo sát các điều kiện dẫn lỏng của hệ điện di mao quản tự động để phân tích đồng thời các anion Cl - ; NO 3 - ; NO 2 - , SO 4 2- và H 2 PO 4 -

3.2.1 Khảo sát lựa chọn sự thay đổi độ mở van chia

Khi giữ cố định các điều kiện phân tích khác: điện thế tách +15 kV; mao quảnchiều dài 60 cm, chiều dài hiệu dụng 47 cm, đượng kính trong 50 µm; thời gianbơm mẫu vào mao quản 10 giây; và chiều dài vòng mẫu 100 µL và thay đổi độ mởcủa van chia từ 0.07; 0.10; 0.12; 0.14 và 0.17 Trong thí nghiệm này nồng độ của

Cl

-0,08

NO 3 Cl-

- 0

Độ mở van chia

Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của diện tích pic vào van chia dòng

Độ mở van chia

Cl Cl-

-NO NO3- 3

Hình 3.4 Sự biến đổi diện tích pic theo độ mở van chia

Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng khi độ mở của van chia càng tăng thì diệntích của các píc của các chất phân tích giảm từ từ Tuy nhiên độ thay đổi này khônglớn, thường là nhỏ hơn 0,02 (V.s)

Hình 3.5 Giản đồ điện di khảo sát sự ảnh hưởng của vị trí van chia dòng đến sự

phân tách các pic