Xây dựng công nghệ dự báo lũ bằng mô hình số thời hạn 3 ngày cho khu vực trung bộ việt nam

V' y + Đã sử dụng phương pháp chiết dòng ngưng liên tục đê tách loại Dioxin ra khỏi môi trường đất phục vụ xác định định tính và định lượng Dioxin trong các mẫu thực tế.. Như đã biết, Di

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

BÁO CÁO ĐỀ TÀI

Chủ trì đề tài: PGS.TS Đỗ quang Huy

Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Quốc gia Hà Nội

Đ A I H Ọ C Q U Ố C G IA HA N Ò I TRUNG TÂM TH Ô N G TIM THƯ VIÊN

HÀ NỘI - 2005

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

r ThS Nguyễn Đình Thái, Ban 10-80, Bộ Y tế

ThS Lê Thị Thanh Vinh, Viên Pháp y, Bộ Quốc phòng

CN Nguyễn Kiều Hưng, Phòng KHCN, Trường ĐHKHTN

\ CN Chu Nhật Huy, Khoa Hoá học, Trường ĐHKHTN

HÀ NỘI - 2005

BÁO CÁ O T Ó M TẮ T

1- T ên đề tài: Nghiên cứu xây dựng phương pháp chiết dòng ngưn2 liên tục

để loại Dioxin ra khỏi môi trường đất

MÃ SỐ: QT-02-29 Chủ trì đề tài: PGS.TS Đỗ Quang Huy

Đã được xây dựng và khảo sát Phương pháp chiết dòng ngims liên tục

Có thể tóm tắt kết quả nghiên cứu thu được như sau:

\'+ Đã chế tạo ống đựng mẫu chiết dòng ngưnơ liên tục; và sử dụng ống đựng mẫu chiết dòng ngưng liên tục phù hợp để khảo sát việc tách loại Dioxin ra khỏi môi trường đất Kích thước lỗ của màng xốp là 0,25- 0,32 f.im Đường kính ống chiết nhỏ hơn 20 % đường kính trong cua thân bộ chiết Độ cao của ống chiết cao hơn mức thăng băn<2 của thân

bộ chiết lcm ưu điểm của ống đựng mẫu :

- Ông đựng mẫu làm bằng thủy tinh thay cho ống đựng mầu

trước đây vẫn dùng là giấy lọc, do vậy cho phép sử dung ống này nhiều lần, như vậy góp phần giảm chi phí phân tích mẫu

- Kích thước ống đã được xác lập cho phép hứng được dung

môi chiết nhiều nhất

- Kích thước lỗ màng thuỷ tinh đủ lớn cho phép dung môi rút

nhanh nhất, và vì vậy hiệu quả chiết sẽ cao nhất

+ Đã khảo sát và đánh giá ảnh hưởng của độ ẩm mẫu tới độ thu hổi Dioxin khi thực hiện tách loại bằng phương pháp chiết dòng ngưng liên tục Độ ẩm của đất ảnh hưởng rất lớn đến việc tách loại Dioxin ra khỏi môi trường đất Độ ẩm càng thấp thì độ thu hổi Dioxin càng cao

và ổn định

+ Đã kháo sát ảnh hưởng các dung môi khác nhau trong việc tách loại Dioxin ra khỏi môi trường đất sử dụng hỗn hợp dung mối Axeion : Toluen (20:80) cho phép tách loại Dioxin ra khỏi môi trường đất với

độ thu hổi chất cao nhất từ 45 đến 81% (trừ 2378-TCDF, độ thu hồi

102%).

+ Đã so sánh hiệu quả tách loại Dioxin ra khỏi đất bằng phương pháp chiết dòng nsimg liên tục và phương pháp chiết hổi lưu kiềm Hiệu

qua tách loại được đánh giá qua độ thu hổi và sô liệu định lượns

D ioxin là tương đương nhau V'

y + Đã sử dụng phương pháp chiết dòng ngưng liên tục đê tách loại Dioxin ra khỏi môi trường đất phục vụ xác định định tính và định lượng Dioxin trong các mẫu thực tế

Tài liệu tham khảo

1- H Hagenmaier, H Brunner, R Haag, etc Dioxin Eine Techníche Analytíche, Okologische und Toxikologishe Herausforderrung Stand der Dioxin analytik, 61-93, 1987

2- Chemosphere, Vol.20, No.7-9, 1990, pp 857-864

3- Internal Quality Assurance Requirements for the Analvis of Dioxins in Environmental samples Report EPS1/RM/23 Environmental protection publications, conservation and protection, Environment Canada, Ottawa, Ontario, K1AOH3, Canada, 1992

4- AXYS Analytical services LDT Analytical Method for the determination

of polychlorinated Dibenzodioxins and Dibenzofurrans DX/Ol Rev 2 July

6, 1995

5- M.J Pelczar, E c.s Chan, N.R.Krieg Microbiology, New York, 1993.6- Đỗ Quang Huy, Nguyễn Xuân Dũng, Xác định 2378-TCDD băns phương pháp sắc ký khí phân giải cao, Tạp chí Hoá học, 4 (1989) 25

7- Nguyễn Xuân Dũng, Đỗ Quang Huy, Hoàng Thu Hà, Xác định Dioxin bằng phương pháp sác ký khí khối phổ (GC/MS) Hội nghị khoa học phân tích Dioxin và phương pháp xử lý Dioxin trons đất, TP Hồ Chí Minh, 11/1996

8- Nguyễn Đình Thái, Đóng góp vào việc xây dựns phươnơ pháp đánh giá ô nhiễm Dioxin trong sữa mẹ và các sản phẩm sữa Luận văn thạc sỹ ngành Khoa học Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, 2003

9- Đỗ Quang Huy, Phạm Văn Thiêm, Lê Thị Thanh Vinh, Đánh giá khả năng chiết các hợp chất phenol trong nước bằns kỹ thuật chiết dòng ngưns liên tục, Tuyển tập báo cáo tại Hội nghị Khoa học Trường ĐHKHTN, 2004.^

3- C ác sản p h ẩ m k h o a học đã hoàn th à n h : (Ghi rõ tên công trình, tác giá, nơi và thời gian công bố, gửi kèm theo bản copy)

3.1 Các công trình đã công bố trên các tạp chí khoa học:

3.2 Các báo cáo khoa học tại các hội nghị:

Đỗ Quang Huy, Phạm Văn Thiêm, Lê Thị Thanh Vinh Đánh giá khả năng chiết các hợp chất phenol trong nước bằng kỹ thuật chiết dòng ngưng liên tục, Tuyển tập báo cáo tại Hội nghị Khoa học Trưòng ĐHKHTN 2004

3.3 Sách chuyên khảo đã xuất bản:

3.4 Các công trình đã hoàn thành và sẽ công bố: 01 công trình

4- Kết q u ả đào tạo: (Tên tác giả và tên luận vãn đã hoàn thành)

4.1 Cử nhân khoa học:

4.2 Thạc sỹ: N guyễn Đình Thái, Đóng góp vào việc xây dựng phương pháp đánh giá ô nhiễm Dioxin trong sữa mẹ và các sản phẩm sữa, Luận văn thạc sỹ ngành K hoa học M ôi trường, Trường Đại học K hoa học Tự nhiên, 2003

4.3 Tiến sỹ:

5- Kết quả ứng dụng:

5.1 K ết quả đã được ứng dụng

5.2 K ết quả có triển vọng ứng dụng:

6- Kinh phí: 20.000.000 đồng (hai mươi triộu đồng)

7- Đánh giá tình hình thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu: Đã hoàn thành

mục tiêu đề tài đặt ra Đề tài có thể mở rộng ở mức nghiên cứu ở cấp cao hơn

H à Nội, ngày /é tháng é nám 2005

X ác n h ậ n củ a B an chủ nhiệm k h o a C hủ nhiệm đề tài

C h ủ n h iệm k h o a

P G S T S L ư u Đức H ải PG S.T S Đỗ Q u a n g H uy

SET UF THE METHOD OF CONTINUOUS STEAM DISTILLATION - CONTINUOUS SOLVENT EXTRACTION

TO REMOVE DIOXIN FROM SOIL

N u m erical code: QT- 02 - 29

M ain resp o n sib le p erso n : Assos Prof Dr Do Quang Huy

The Faculty of Environmental Sciences,Hanoi University of Science, VNU

C o o rd in a to r:

1- M.A Nguyen Đinh Thai, Commitee 10-80, The Ministry of Health.2- M.A Le Thi Thanh Vinh, Forensic Institute, The Ministry of Military.3- Bachelor Nguyen Kieu Hung, Depart Science and Technology, HUS.4- Bachelor Chu Nhat Huy, Faculty of Chemistry, HUS

T he ta rg e t o f p ro jec t:

- Produce the extraction glass thimble with conformable dimention

to use in co n tin u o u s steam distillation - co n tin u o u s solvent

e x tra c tio n to rem ove dioxin from soil

- E ffect of m oistness in soil to rem ove Dioxin fro m soil

- Select solvents to employ to e x tra c t Dioxin from soil

A b stra c t o f th e c o n te n t an d the resu lt:

- Set u p the m eth o d of continuous steam distillatio n - co n tin u o u s solvent e x tractio n to rem ove dioxin fro m soil

- M ix tu re of A xetone : T oluene in 20: 80 is a su itab le solvent to

e x tra c t Dioxin from soil in 0.1 °Ic of m oistness.

- Set up the procedure to extract Dioxin from soil,

- Apply the method to detect Dioxin in some soil samples

The project title:

MỤC LỤC

Trang

P h ầ n 1 T ổng q u a n về tách và xác đin h Dioxin 31.1 Một số phương pháp tách Dioxin điển hình 31.2 Các chất ảnh h ư ở n g đến quá trình tách và xác đinh Dioxin 41.3 Vài nét về phương pháp xác đinh Dioxin 51.4 Tổng quát chung về các bước xác đinh Dioxin 7

P h ầ n 2 T h ự c nghiệm và kết q u ả xây dựng phương p h áp

ch iết dòng ngưng liên tục để tách loại Dioxin ra

2.2.2.3 Đánh giá ảnh hưởng của dung môi 20

P h ầ n 3 Á p d ụ n g phương p h á p chiết dòng ngưng liên tục 233.1 So sánh với phương pháp chiết hồi lưu kiềm 233.2 Một số kết quả xác định Dioxin có sử dụng phương pháp

ĐẬT VẤN ĐỂ

ở V iệt Nam, vấn đề phân tích Dioxin cũng đã được chú ý đến từ cuối những năm 70 và đầu những năm 80 cho đến nay Bởi vì, trong cuộc chiến tranh ở Việt Nam, Đ ế quốc M ỹ đã rải hàng chục triệu lít chất độc mầu da cam xuống m iền N am V iệt Nam, một loại chất độc trong đó có dioxin Do tính chất độc hại cực cao của dioxin nên trong thời gian chiến tranh, ở ViệtNam có nhiều người bị ung thư, đẻ con quái thai, và cho đến ngày naysau 30 năm kết thúc chiến tranh những bệnh tật đó xuất hiện ngày càng nhiều

Hàng loạt các câu hỏi đặt ra cho chúng ta hôm nay là: dioxin đã và đang tổn tại trong môi trường của chúng ta ở nông độ cao - có nơi cao gấp hàng trăm lần nồng độ cho phép, vậy làm thế nào để kiểm soát được nó và phải loại nó

ra khỏi môi trường của chúng ta như thế nào? sự phân bố dioxin trong môi trường đất, nước, khồng khí, lương thực, thực phẩm và con người ra sao? mối liên hệ giữa dioxin với các bộnh tật đang có ở Việt Nam?

Để trả lời được những câu hỏi trên cần phải có được các số liệu độc học, y học, sinh thái học trong mối liên hệ không thể tách rời với số liệu về

sự tồn lượng dioxin trong các đối tượng nghiên cứu Như đã biết, Dioxin tồn tại trong môi trường đất, nước ở lượng từ 10 “ đến 1015 g/g, nên nghiên cứu xây dựng phương pháp tách chiết để lấy được một lượng cực kỳ nhỏ nhằm xác định định lượng Dioxin là cần thiết phục vụ cho tất cả các nghiên cứu có liên quan đến chất này

PHẦN I

TỔNG QUAN VỂ TÁCH VÀ XÁC ĐỊNH DIOXIN

Vì mức độ độc cực kỳ cao của một số đổng phân của PCDD và PCDF,

do vậy cần phải có các phương pháp xác đinh đặc biệt với độ chọn lọc cao Mức độ phát hiện Dioxin trong các mẫu sinh học và mẫu lấy từ người phải đạt được giá trị thấp hơn nhiều so với mức cần thiết để phát hiện thuốc trừ sâu Mức xác định 1 picrogam (lp g = 10‘12g) hoặc bé hơn lp g trong 1 gam mẫu là mức cần thiết để phát hiện 2378-TCDD và các đồng phân khác Việc phân tích sẽ bị phức tạp lên rất nhiều khi có vô số các chất gây cản trở có mặt trong mẫu Bên cạnh đó, sự phức tạp trong quá trình phân tích còn bị gây

ra bởi số lớn các đồng phân của Dioxin và furan với các biến đổi độ độc, hiệu lực sinh học khác nhau cùng có mặt trong mẫu phân tích

Ngày nay phân tích Dioxin và furan không chỉ dừng lại ở phân tích thăn dò, mà còn phục vụ cho nghiên cứu y học và giải quyết các vấn đề về môi trường Do vậy đòi hỏi phải có qui trình chuẩn bị mẫu đơn giản, đỡ tốn kém, và nhanh chóng trả lời kết quả

1.1 Một số phương pháp tách Dioxin điển hình

+ Stalling và các cộng sự đã đưa ra phương pháp chiết và làm giàu PCDD hoặc PCDF cần phân tích ở trong mô mỡ cá Phương pháp này cũng được áp dụng cho các mẫu khác như các mẫu trầm tích và mô mỡ của người Với phương pháp này mô mỡ cá (lOOg) được trộn đổng nhất với Na2S 0 4 khan Dịch chiết mảu đưa vào hệ thống cột sắc ký đầu tiên chứa hai phân đoạn: phân đoạn chứa kalisilicat và phân đoạn chứa silicagen; sau đó dịch được đưa vào hộ cột có chứa xerisilicat và silicagen; sau hệ cột này là hệ cột

có chứa cacbon phân tán trên sợi bông thuỷ tinh Cột cacbon đầu hấp thụ hầu hết các cấu tử đa vòng chứa clo và không chứa clo, ở cột này các đồng phân PCDD và PCDF, sẽ được giữ lại Cùng với một số chất tương tự các đồng phân PCDD và PCDF được rửa giải ra khỏi cột cácbon, khi tiến hành rửa giải cột ngược trở lại dòng chảy ban đầu bằng dung môi toluen Dịch rửa giải thu được cho dung môi bay hơi chậm đến khô, hoà tan mẫu trở lại trong n- Hexan và đưa vào làm sạch tiếp trên hai cột Cột thứ nhất: phía trên cột nhồi silicagen tẩm axit sunfuric ở hai nồng độ khác nhau và phía dưới cột nhồi xerisilicat Dich rửa giải ở cột thứ nhất được đưa vào cột thứ hai chứa A120 3 Cẩn lưu ý, trước khi làm sạch mẫu trên các cột chứa hỗn hợp cá- muối phải cho vào đó m ột lượng xác định chất chuẩn có gắn đổng vị phóng xạ l3C hoặc 37a của 2378-TCDD, 2378-TCDF và OCDD

+ Langhorst và cộng sự đưa ra phương pháp chiết và làm giàu PCDD

và PCDF trong sữa mẹ 30g sữa của phụ nữ mới sinh (được trộn cho đến khi đồng nhất) cho vào bình thuỷ tinh sạch và cho vào đó một lượng xác định 5ng các chất chuẩn - chất đổng vị của chất cần tìm, 200ml axit HC1 đậm đặc, lắc trên m áy lgiờ, thêm 100ml hexan vào bình rồi lắc trên máy ở nhiệt độ phòng Kết thúc thời gian trên, để hỗn hợp yên tĩnh trong vồng 5 phút đến khi phân lớp Lấy lớp dung môi hữu cơ chuyển vào hệ cột sau: Hộ cột thứ nhất: Cột đầu chứa 2 phân đoạn-phân đoạn silicagen, phân đoạn silicagen được tẩm 22% H2S 0 4 đậm đặc; cột sau chứa 5 phân đoạn-phân đoạn silicagen, phân đoạn silicagen được tẩm 44% axit H2S 0 4 đậm đặc, phân đoạn silicagen, phân đoạn silicagen tẩm 33% dung dịch NaOH IN , phân đoạn silicagen Tiếp sau hệ cột thứ nhất là hệ cột thứ hai: cột đầu chứa 10%

A g N 0 3 trên silicagen; cột sau chứa A120 3

K ết thúc quá trình trên là bước tách hỗn hợp thành các phân đoạn hẹp nhờ phương pháp sắc ký lỏng cao áp (HPLC) pha thường và pha ngược, chất nhồi cột dùng ở đây là Zorbax-ODS hoặc Zorbax Sil

+ Rappe và các cộng sự đưa ra phương pháp chiết và làm giàu PCDD

và PCDF trong máu Nguyên tắc chiết, làm sạch mẫu máu dựa trên sự phân

bố các đồng phân đioxin giữa hexan và axetonitril Hexan được cho vào 10ml m áu.M áu được cho vào một lượng 0 ,ln g chất chuẩn 13C-2378-TCDD, chiết mẫu 3 lần, mỗi lần bằng vài chục ml axetonitril / hexan,sau đó ly tâm

Tổ hợp các dịch chiết lại để xử lý với 10ml dung dịch Na2S 0 4 Tổ hợp dịch chiết hexan lại,làm khô chúng bằng Na2S 0 4 khan.Cô đặc dịch chiết còn 2ml, mẫu xử lý trên cột A120 3 được rửa giải bằng hỗn hợp CH2C12 / Hexan Dịch rửa giải lần đầu loại bỏ, còn dịch rửa giải lần sau được cô đặc và được phân tích trên GC/MS

+ Lam parski và các cộng sự đưa ra phương pháp phân tích PCDD và PCDF trong đất và nước Phương pháp này sử dụng bezen để chiết sốclét

m ẫu đất,và các bước làm sạch trên cột sắc ký giống phương pháp của Langhorst đã nêu ở trên

+ Phòng thí nghiệm AXYS -Canada, 1995 đã đưa ra các phương pháp tổng hợp tách chiết dioxin trong các đối tượng khác nhau Trong đó đáng chú

ý là phương pháp chiết dioxin bằng hỗn hợp Etanol - Kiềm Phương pháp được sử dụng để chiết dioxin chủ yếu trong các mẫu sinh học Các bước làm sạch m ẫu gần giống như phương pháp của Lam parski và các cộng sự

1.2 Các chất ảnh hưởng đến quá trình tách và xác định Dioxin

Đ ối với các m ẫu đất và trầm tích các hợp chất chưa lưu huỳnh, các chất hum íc, các chất DDT, DDE, DDD, PCBs, sẽ gây ảnh hưởn đến kết quả phân tích dioxin nếu chúng không được loại bỏ ra khỏi mẫu trước khi phân tích trên GC/MS hoặc GC/ECD.

Các chất hum ic là các chất không bị phân huỷ Nó được hình thành trong quá trình phân huỷ sinh học các thực vật thối rữa Khi sử dụng dung mồi hữu cơ hoặc hỗn hợp Etanol - Kiềm để chiết dioxin thì dịch chiết thu được có chứa m ột lượng lớn chất humic, bao gồm humin tan, huníc axít, fuvic axít

A xit hum ic và axit fuvic không phải là các chất đơn phân tử, các chất này có phân tử lớn, đa phân tử, đa điện tích Trọng lượng phân tử khoảng vài trăm (axit fuvic) tới hàng chục nghìn (humic axit và humin) Phân tử của chúng bao gồm bộ khung cacbon với số lượng lớn các vòng thơm và số lớn các nhóm hoạt động chứa oxy Humic axit có thành phần nguyên tố như sau:

là việc làm đơn giản

1.3 Vài nét về phương pháp xác định Dioxin

Trong các năm gần đây nhiều phương pháp chuẩn bị mẫu đã được phát triển nhằm phân tích lượng vết PCDD và PCDF trong các m ẫu môi trường; đặc biệt phương pháp phân tích đặc trưng đối với các đồng phân độc nhất 2378-TCDD cũng đa được phát triển Nét đặc trưng nhất của các phương pháp phân tích là dựa trên phổ khối lượng Điều kiện cần đầu tiên để cho kết quả phân tích chính xác là mẫu phải được lấy đặc trưng, phải được bảo quản tốt, việc chiết m ẫu phải cho hiệu quả cao; phép tinh chế mẫu (làm sạch, làm giàu m ẫu) càng đơn giản càng tốt M ột số bài báo đã thảo luận các phương pháp phân tích PCDD và PCDF khác nhau Hầu hết các phương pháp cũ đã được đưa ra thảo luận và được xem xét lại Tuy nhiên, đã có m ột số phương phắp đưa ra hiện nay như phương pháp của Kiney, 1978; Rappe và Buser, 1981; Esposito và các cộng sự, 1980; Karasek và Onuska, 1982; Tiem an,

1983 đã được áp dụng để phân tích xác định PCDD và PCDF N gày nay trên

thế giới đã có m ột số phòng thí nghiệm phân tích dioxin chuẩn, như ở Canada, M ỹ, Nhật M ỗi phòng thí nghiệm có một phương pháp phân tích riêng.

Phương pháp phân tích Dioxin phát triển hết sức nhanh chóng, hiện nay người ta có thể xác định được dioxin ở trong nước với mức 10.10'15g/g,

và phân tích dioxin ở mức 0,01pg/g trong môi trường đất, không khí và mẫu sinh học

Việc tách các đồng phân của dioxin và furan thành các píc riêng rẽ trên sắc đồ và trên phổ khối đổ đến nay đã thực hiộn được, điều đó cho phép xác định được chính xác hàm lượng của chất có trong mẩu

H iện nay của th ế giới là xây dựng các phòng thí nghiệm phân tích dioxin m ang tính chất Quốc tế nhằm đánh giá một cách đúng đắn và khách quan về số liệu phân tích

H ỗn hợp các đổng phân của dioxin và furan trong bảng 1 được dùng

để kiểm tra các phòng thí nghiệm phân tích Dioxin này Đây cũng là 17 đổng phân độc nhất của dioxin và furan

Bảng 1: Hỗn hợp các đồng phản của dioxin và fu r an dùng đ ể kiểm tra

các phòng thí nghiệm phân tích Dioxin

Các dibenzo-p- Dioxin Các dibenzofuran

đối so với các giá trị trung bình của các phòng thí nghiệm thường nhỏ hơn 10%.

Phân tích dioxin do phải dùng hệ thống sắc ký khí khối phổ phân giải cao (GC/MS) và các hoá chất đắt tiền cho nên chi phí cho m ột m ẫu phân tích thường rất cao Để giảm bớt chi phí phân tích mẫu, đồng thời để phân tích

Dioxin được phát triển rộng rãi ở các phòng thí nghiệm không có hệ thống GC/MS, người ta nghiên cứu xây dựng phương pháp phân tích dioxin trên hệ thống sắc ký khí detectơ cộng kết điện tử (GC/ECD) từ những nãm 80 Tuy nhiên, việc sử dụng phương pháp GC/ECD m à các tác giả Niemann chỉ mang tính chất bán định lượng.

1.4 Tổng quát chung về các bước xác định Dioxin

1.4.1 Chiết mẫu

Có 3 phương pháp chính để chiết mẫu: Phương pháp chiết soxhlet, phương pháp chiết với hỗn hợp cồn-etanol và phương pháp chiết pha rắn Trong 3 phương pháp này thì 2 phương pháp đầu dược áp dụng cho nhiều đối tượng nhất

1.4.2 Làm sạch mẫu

Bước sau của việc chiết mẫu là các bước làm sạch mẫu Hiộn có hai khuynh hướng khác nhau được sử dụng:

• Khuynh hướng thứ nhất Tất cả các đổng phân PCDD và PCDF

được làm sạch trên các hệ sắc ký cột đều được dồn vào thành một phẩn đoạn để phân tích trên GC/MS

• Khuynh hướng th ứ hai Tách riêng các đồng phân Dioxin đặc

trưng thành các phân đoạn khác nhau Để làm việc này, người ta dùng sắc ký lỏng cao áp pha thường và pha ngược Các đồng phân trong từng phân đoạn khác nhau được phân tích trên GC/MS hoặc GC/ECD

Khuynh hướng thứ hai cho phép nhận biết trong mỗi phân đoạn một vài đồng phân PCDD và PCDF Khuynh hướng này đã được sử dụng rộng rãi

để phân tích 2378-TCDD Các tín hiệu nhận được trên GC/MS hoặc GC/ECD

đi theo khuynh hướng thứ hai rõ ràng hơn phương pháp phân tích đi theo khuynh hướng thứ nhất

PCDD và PCDF hiện nay đã được tìm thấy trong các sản phẩm công nghiệp và trong các m ẫu môi trường khác nhau, chẳng hạn: máu, mô mỡ lấy

ở người, m ỡ cá , mỡ chó biển, mỡ bò, mỡ hươu, trứng chim và các trầm tích, đất, tro bay và các sản phẩm khác từ các lò đốt rác hoặc quá trình đốt cháy khác Các phương pháp làm sạch m ẫu đã công bố có nhiều điểm khác nhau đối với mỗi loại mẫu

1.4.3 Xác định Dioxin

1.4.3.1 Tách các đổng phân

Sau khi m ẫu được tách chiết và làm sạch sẽ được tiến hành phân tích trên hộ thống sắc ký khí khối phổ (GC/MS) hoặc hộ thống sắc ký khí detectơ cộng kết điện tử (GC/ECD) Dựa vào khả năng phân tách cao của cột sắc ký khí m ao quản tẩm các loại pha tĩnh khác nhau để phân tích tính định tính, định lượng các đổng phân đioxin Các cột mao quản được tẩm các pha tĩnh sau đây để tách các đồng phân dioxin: Silar 10C, SP 2330, SP 2331, SP 2340,

OV -1701, SE 54, BD-5 hoặc O V -lO l M áy khối phổ được vận hành theo chế

độ va chạm electron (EI) hoặc theo chế độ ion hoá chất thành âm tính ( N ơ )

Để xác định các đồng phân dioxin một cách rõ nhất thì các đổng phân phải được tách riêng khỏi các tạp chất như DDT, DDE, DDD, PCBs, Humic, VỚi cột mao quản 55m tẩm Silar 10C, đồng phân độc nhất 2378- TCDD được tách khỏi 21 đổng phân khác Các cột mao quản sau đây thường được dùng để phân tích dioxin: OV-1701, SP 2331, BD-5, HP-5 Đối với cột

SP 2331 được dùng để phân tích dioxin nhiều nhất, tuy nhiên do cột làm việc

ở nhiệt độ thấp cho nên cột dễ bị nhiễm bẩn

Trên khối phổ đồ nhận được khi sử dụng các cột đã nêu đồng phân 1378-TCDD luôn luôn được tách riêng rẽ và tách xa các đồng phân khác; đổng phân 1234-TCDD luôn luôn là đồng phân rửa giải sát ngay bên cạnh 2378-TCDD

1.4.3.2 Định tính và định lượng

Đ ịnh tính Dioxin theo phương pháp GC/MS chủ yếu dựa vào thời gian xuất hiện pic của Dioxin trùng với thời gian xuất hiện pic của Dioxin có gắn đồng vị phóng xạ, còn phương pháp GC/ECD dựa vào thời gian lưu biết trước của D ioxin chuẩn khi phân tích trong cùng điều kiện M áy săc ký khí hiện đại cho phép xác định chính xác thời gian lưu của các đồng phân dioxin, sai

số thời gian lưu giữa các lần bơm mẫu là rất nhỏ

Phổ khối phân tử của các đồng phân PCDD và PCDF trong các mẫu thường sử dụng là các m ảnh phổ M +, hoặc M ++4 Việc định lượng các đồng phân PCDD và PCDF được dựa vào số đo diện tích của mỗi đồng phân hoặc so với số đo diện tích cũng của đổng phân tương ứng có găn đông vị phổng xạ 37C1 hoặc 13c trên khôi phổ đồ hoặc so sánh gián tiếp diện tích pic (hoặc chiều cao pic) của mỗi đồng phân vơí đường ngoại chuẩn xây dựng từ chính đồng phân này ở dạng tinh khiết

Với đồng phân độc nhất 2378-TCDD, khi phân tích trên GC/MS ta thu được khối phổ đồ hình 1.

Trên hình 1 ta thẩy có các pic ion phân tử và các pic ion khác của Dioxin ở m /e 320, 322, và 324 Ngoài ra còn có (M+-2C O Ơ ); các ion cường

f o 9 0

Hình 1 P hổ khối của 2378-TCDD chuân

Phương pháp GC/MS có thể thực hiện ghi nhận phổ ở nhiều mức năng lượng ion hoá khác nhau 20eV, 70eV, „ Thường người ta sử dụng mức năng lượng ion hoá bằng 70eV.

Đ ể tránh những sai lầm trong kết luận mẫu có dioxin hay không và hàm lượng của nó là bao nhiêu người ta thường sử dụng tỷ sô tín hiệu c h ấ t : nhiễu đường nền - đây được coi như là giá trị giới hạn phát hiện của phương pháp Tỉ số này thường dùng là 2,5 đối với các phép phân tích có giới hạn phát hiện là lppt, còn các phương pháp có giới hạn phát hiện là 0,1 ppt thì tỷ

số này là 3 Các mảnh phổ dùng để định lượng 2378-TCDD là m/e 320 và m/e 322

Trọng lượng mẫu, kích thước mẫu, phần trăm chất thu hồi được khi xử

lý mẫu, độ phức tạp của mẫu, độ nhiễm điện xuất hiện lúc đo đều ảnh hưởng đến giới hạn xác định định lượng

Do những phương pháp phân tích dioxin được xây dựng công phu trên

hệ thống GC/MS đắt tiền, người ta đã nghĩ tới việc xây dựng phương pháp phân tích dioxin rẻ tiền nhưng vẫn hữu hiệu, đó là phương pháp phân tích dioxin trên hệ GC/ECD Bên cạnh mục đích sử dụng phương pháp GC/ECD

để nghiên cứu tách các đổng phân TCDD, người ta sử dụng phương pháp GC/ECD để định lượng các đòng phân TCDD

So sánh phương pháp GC/MS với phương pháp GC/ECD thì phương pháp GC/ECD có độ nhậy lớn hơn hẳn phương pháp GC/MS, do vậy phương pháp GC/ECD cho phép xác định được 2378-TCDD ở mức độ ppt Giới hạn của phương pháp GC/ECD khi phân tích đioxin là giá trị nhỏ hơn 2,7 ppt thì chỉ cho kết luận định tính, còn giá trị 5,4 ppt hoặc lớn hơn thì cho phép kết luận định lượng Ngoài hạn chế nói trên phương pháp GC/ECD còn bộc lộ yếu điểm là phải dùng phương pháp GC/MS để xác định lại 2378-TCDD

PHẨN 2 THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP

CHIẾT DÒNG NGƯNG LIÊN TỤC

ĐỂ TÁCH LOẠI DIOXIN RA KHỎI MÔI TRƯỜNG ĐẤT

Cột sắc ký loại to 40cm X 2cm,Cột sắc ký loại nhỏ 40cm X 0,6cm,

Lọ dựng m ẫu 10ml, 5ml, 2 ml,Pipet Paster 2ml,

Đ ũa sôi,Cột vigơ,Syranh lấy mẫu lOOul, lOul

Dụng cụ thủy tinh được rửa sạch bằng xà phòng, tráng bằng nước Sau

đó dụng cụ thủy tinh được ngâm trong hỗn hợp rửa sunfocromic Tiếp theo rửa lại dụng cụ thủy tinh và tráng bằng các dung môi sau:nước cất 2 lần, axeton 2 lần, toluen 3 lần, hexan 2 lần Xấy dụng cụ thủy tinh trong tủ xấy ở

300 C

+ Máy móc, thiết bị:

Thiết bị sấy mẫu có độ chính xác 0,0 l° c

Bộ chưng cất dung môi 1000ml,

Bộ quay cất chân không 500ml,Pipet tự động 0 - lm l,

+ Đ ồng hạt: đồng hạt được chuẩn bị trước khi dùng bằng cách rửa với

m etanol axit Đổng được rửa bâng metanol, sau đó ngân trong metanol Nhỏ axit clohydric và dung dịch này cho đến khi bề mặt đồng chuyển sang mầu đồng kim loại Rửa đồng lại bằng hexan và ngâm trong hexan trong bình nón

+ Bông thủy tinh: Bông thủy tinh được làm sạch bằng cách đạt nó trong ống chiết soxhlet và chiết soxhlet bằng hỗn hợp Diclometan : Hexan ti

lệ 1 : 1 trong vòng 16 giờ Bông thủy tinh được đặt bảo quản trong bình nón nút nhám sạch

+ Natrihydroxit IM: Hoà tan 4 gam Natrihydroxit trong 100ml nước cất 2 lần Dung dịch được chiết 2 lần với Diclometan, mỗi lần 100 ml, sau đó chiết với 1 lần với lOOml hexan Giữ dung dịch trong bình nón

+ Nước cất chiết với dung môi: 4 lít nước cất 2 lần được chiết 2 lần, mỗi lần 250m l Diclometan Sau đó chiết 1 lần với 250ml hexan trước khi dùng

+ Các dung môi sử dụng có độ tinh khiết cao Độ tinh khiết của dung môi hoặc có độ tinh khiết HPLC hoặc tinh khiết Nano grade

n-Hexan,Toluen,

M etanol,Axeton,Diclom etan,n-Nonan,n-Butyclorua,Etylaxetat,

2.I.2.2 Hoá chất chuẩn

l3C l2- 2378-TCDD, 100pg/ul,13C 12- 2378-HCDD, 100 pg/ul,l3C 12- 12378-P5CDD, 200 pg/ul,13C 12- 123678-HgCDD, 200 pg/ul,

l3C ,2-O C D D , 300 pg/ul,+ D ioxin/Furan Authenic Standard, 100 pg/ul

2.1.2.3 Hoá chất dùng trong sắc ký cột

+ N hôm oxit bazơ: Nhôm oxit bazơ có kích thước hạt 60-325 mesh được sấy ở nhiệt độ cao 450°c qua đêm, và được giảm hoạt tính bằng 1% trọng lượng nước Cất giữ trong bầu khí quyển nitơ trong bình nón nút nhám

+ Silicagen: Silicagen có kích thước hạt 100-200 mesh được sấy ở nhiệt độ cao 325°c trong vòng 8 giờ Cất giữ trong bình nón nút nhám

+ 22% H 2S 04 trên silicagen: 2,8 gam axít sulphuric đậm đặc trên 10 gam silicagen Lưu giữ trong bình nón nút nhám

+ 28% NaOH IN trên silicagen: 3,9 gam dung dịch NaOH IN trên 10 gam silicagen Lưu giữ trong bình nón nút nhám

+ 4,5% than hoạt tính AX-21 trên silicagen: 4,5 gam than hoạt tính AX-21 trên 95,5 gam silicagen Lưu giữ trong bình nón nút nhám

+ 40% H 2S 04 trên Celit 545: 4,0 gam axít sulphuric đậm đặc trên 10 gam Celit 545 Lưu giữ trong bình nón nút nhám

2.1.2.4 Chuẩn bị cột sắc ký

+ Cột 40% H 2S 04 trên Celit 545: sử dụng cột sắc ký to 40cm X 2cm Thứ tự nhồi cột: 1 gam silicagen/ 7 gam hỗn hợp 40% H 2S 04 trên Celit 545 Rửa cột bằng 60 ml n-haxan trước khi dùng

+ Cột đa lớp silicagen: sử dụng loại Cột sắc ký nhỏ 40cm X 0,6cm Thứ tự nhồi cột như sau: 1 gam silicagen/ 2 gam hỗn hợp 28% NaOH IN trên silicagen/ 1 gam silicgen/ 4 gam hỗn hợp 22% H 2S 04 trên silicagen/ 1 gam silicagen Cột nhồi khô trong n-hexan

+ Cột nhôm oxít: Sử dụng loại cột sắc ký loại nhỏ 40cm X 0,6cm Cột được nhồi theo thứ tự: 6 gam nhôm oxít đã giảm hoạt hoá bằng 1% nước cất/ 10mm bột natri sunfát khan Cột nhồi khô trong n-hexan

+ Cột 4,5% than hoạt tính AX-21 trên silicagen Cột nhồi 0,22 gam hỗn hợp 4,5% than hoạt tính AX-21 trên silicagen ưong pipet paster 2 m l Cột

được rửa trước với 5ml Toluen, 2ml hôn hợp Diclom ethan : Toluen (1:1), 5ml n-Hexan

2.2 Thực nghiệm

2.2.1 Điều kiện phân tích xác định dioxin

Hệ thống sắc ký khí phân giải cao detectơ khối phổ phân giải thấp Cột m ao quản BD5, 60m X 0,25mm, độ dầy lớp phin 0,25|im

K hí m ang heli 0,9 ml/phút

N hiệt độ injectơ 280°c,

C hế độ bơm mẫu splitless, thời gian dóng van 2 phút

Lượng m ẫu bơm lul

Nhiệt độ interface 280°c,

N ăng lượng ion hoá 70eV,

D etectơ làm việc theo chế độ chọn lọc ion:

Định lượng bằng phương nội chuẩn, sử dụng các ion nêu ở bảng 3

A X Vc X Cp[D F ]= - - -

M: lượng m ẫu đem chiết

+ X ây dựng đường ngoại chuẩn dựa trên hỗn hợp chuẩn và các chất chuẩn nêu trong 2.1.2.2

2.2 Thực nghiệm

2.2.1 Điều kiện phân tích xác định dioxin

Hộ thống sắc ký khí phân giải cao detectơ khối phổ phân giải thấp Cột m ao quản BD5, 60m X 0,25mm, độ dầy lớp phin 0,25|im

K hí m ang heli 0,9 ml/phút

Nhiột độ injecto 280°c,

C hế độ bơm mẫu splitless, thời gian dóng van 2 phút

Lượng m ẫu bơm lul

Nhiệt độ interface 280°c,

N ăng lượng ion hoá 70eV,

D etectơ làm việc theo chế độ chọn lọc ion:

Đ ịnh lượng bằng phương nội chuẩn, sử dụng các ion nêu ở bảng 3

A X Vc X Cp[DF]= . -

M: lượng mẫu đem chiết

+ X ây dựng đường ngoại chuẩn dựa trên hỗn hợp chuân và các chât chuẩn nêu trong 2.1.2.2

2.2.2 Nghiên cứu tách chiết dioxin ra khỏi đất

2.2.2.I Thiết kê ống đựng mẫu sử dụng trong thiết bị chiết dòng ngưng

liên tục

Thồng thường việc chiết m ẫu sử dụng bộ chiết Soxhlet đựng mẫu trong túi làm bằng vật liệu giấy lọc xốp, điều nãy không phù hợp cho việc chiết các chất có độ bám dính chắc trên vật thể máng, chang hạn như Dioxin trong đất Hơn th ế nữa Dioxin có nồng độ rất nhỏ lại càng cần phải chú ý đến cải tiến thiết bị chiết Việc làm này sẽ giúp chiết được triệt để Dioxin trong mẫu và giúp rút ngắn thời gian chiết mẫu

Chính vì vậy, trong thiết bị chiết dòng ngưng liên tục - bộ chiết Soxhlet, chúng tôi đã nghiên cứu tạo ra ống đựng mẫu bằng thuỷ tinh có gắn bọt xốp thủy tinh có kích thước lỗ phù hợp để quá trình chiết đạt được hiệu quả cao nhất Kích thước lỗ được chọn 0,25-0,32 |j.m Đường kính ống chiết nhỏ hơn 20 % đường kính trong của thân bộ chiết Độ cao của ống chiết cao

hơn mức thăng bằng của thân bộ chiết lcm Thiết bị chiết và ống chiết được chỉ ra trong hình 2

Hình 2 Bộ chiết dòng ngung liên tục

2 2 2 2 Đánh giá ảnh hưởng của độ ẩm mẫu đến quá trình tách chiết

trong giấy nhôm, để m ẫu đất qua đêm Tiến hành làm khô mẫu trong tủ sấy ở

105°c , xác định độ ẩm theo thời gian sấy, bảng 4

Bảng 4 Thời gian sấy và độ ẩm của mẫu đất

STT Thời gian

(giờ)

Đô ẩm mảu đất(%)

ứ n g với mỗi độ ẩm có 2 mẫu, chúng ta bắt đẩu chiết các mẫu có độ

ẩm từ 1,0% trở xuống M ẫu được chuyển vào ống đựng mẫu và đặt vào trong thân của bộ chiết dòng ngưng liên tục, hình 2

Cho vào bình cầu của bộ chiết dòng ngưng liên tục 300 ml hỗn hợp dung môi axeton : toluen tỉ lệ tương ứng 20: 80 Đun cách cát trong vòng 24 giờ Tốc độ dòng ngưng chiết là 1,5 ml/phút

+ Xử lý mẫu sau khi tách loại Dioxin ra khỏi đất

C ách 1 : Dịch chiết được làm giảm thể tích xuống còn 5 ml trong bộ cất quay chân không Chuyển toàn bộ dịch chiết vào phễu 125ml, tráng bình mẫu 3 X 5 ml toluen, 4 X 10 ml hexan Rửa dịch chiết bằng 30ml dung dịch KOH 20% đến khi dịch chiết có mầu yếu Rửa dịch chiết bằng 30ml nước cất Rửa tiếp theo bằng axit sunfuric đậm đặc cho đến khi dịch chiết không

có mầu, rửa lại bằng nước cất đến pH trung tính Làm khô mẫu bằng 5-10 gam N a2S 0 4 khan Cho đồng hạt vào dung dịch chiết, lắc nhẹ đều 30 phút;

nếu đa số các hạt đồng đổi mầu thì phải cho thêm hạt đồng vào và lập lại quá trình trên Tách hạt đồng ra khỏi dịch chiết Làm giảm thể tích dịch chiết xuống còn 2 ml trong bọ cất quay chân không Phần dịch chiết còn lại để chạy sắc ký cột

C ách 2: Dịch chiết được làm giảm thể tích xuống còn 5 ml trong bộ cất quay chân không Chuyển toàn bộ dịch chiết vào phễu 125ml, tráng bình mẫu 3 X 5 ml toluen, 4 X 10 ml hexan Rửa m ẫu với 2 X 50ml nước cất Làm khô bằng 5 gam Na2S 0 4 khan Cho đồng hạt vào và lắc nhẹ 30 phút; nếu đa

sô các hạt đồng đổi mầu thì phải cho thêm hạt đồng vao và lập lại quá trình trên Tách hạt đồng ra khỏi dịch chiết Làm giảm thê tích dịch chiêt xuông còn 5 ml trong bộ cất quay chân không Dịch chiết còn lại được chạy trên cột sắc ký 40% H 2S 0 4 trên Celit 545

17 ĐAI HOC QUÕC G lA H A N(j

N ạp phần m ẫu còn lại vào cột sắc ký 40% H2S 0 4 trên Celit 545, tráng binh băng 3 X 5ml n-hexan, nạp vào cột tiếp 40 ml n-hexan Dịch rửa giải được làm giảm thể tích xuống còn 2ml để chạy sắc ký cột.

Bước 2: Sử dụng cột nhôm oxít Rửa cột nhôm bằng lOOml hexan Nạp phần m ẫu còn lại trên vào cột Dùng 25ml hỗn hợp dung môi 3% diclom ethan trong hexan vừa để tráng bình và vừa làm dịch rủa giải Bỏ phần dịch rửa giải này Nạp vào cột 35ml hỗn hợp dung môi 50% diclometan trong hexan Hứng lấy dung dịch này vào bình cầu, làm giảm thể tích dịch chiết xuống còn 1 ml trong bộ cất quay chân không và dòng khí nitơ sạch

Bước 3: Sử dụng cột Cột 4,5% than hoạt tính AX-21 trên silicagen Rửa cột bằng 200ml hexan Nạp dịch còn lại vào cột, tráng bình mẫu bằng 2

X lm l hexan, rửa cột bằng 2ml hỗn hợp 50% cyclohexan trong diclometan, tiếp theo bằng 2ml hỗn hợp 50% etylaxtat trong toluen Quay ngược cột, rửa giải chất ra khỏi cột bằng 50 ml toluen Thu phân đoạn này vào bình cầu, làm giảm thể tích dịch chiết xuống còn 2 ml trong bộ cất quay chân không, sau đó làm khô bằng khí nitơ sạch Hoà tan mảu trở lại vào 2ml hexan

Bước 4: sử dụng cột nhôm oxít Rửa cột bằng 100 ml hexan Tiến hành như cột nhôm oxít đã nói ở trên Dịch rửa giải được làm giảm thế tích dịch chiết xuống còn 2 ml trong bộ cất quay chân không, sau đó làm giảm thế tích xuống còn 300 ul bằng khí nitơ Lưu giữ mẫu cho đên trước khi phân tích

+ Xác định độ thu hồi chất

Khi phân tích các mẫu đã chuẩn bị, sự ảnh hưởng của số đến diên tích píc ứng với độ ẩm mẫu khác nhau được chỉ ra trong bang 5 (xem cac pho khối ở phần phụ lục)

B ả n g 5 S ố đếm diện tích píc ứng với mẫu có độ ẩm khác nhau (n -2 )

B ả n g 6 Độ thu hồi chất ứng với mẫu có độ ẩm khác nhau (n=2)

M ẫu được chuẩn bị như đã nêu trong mục 2.2.2.2, nhưng độ ẩm mẫu được duy trì là 0,1% Sau khi chiết dòng ngưng liên tục trong bộ Soxhlet với từng dung môi trên, và tiến hành làm sạch mẫu như đã nêu trong mục 2.2.2.2 chúng tôi thực hiện phân tích trên hệ thống sắc ký khối phổ Kết quả phân tích được chỉ ra trong bảng 7 (xem các phổ khối ở phần phụ lục).

B ảng 7 S ố đếm diện tích píc ứng với các dung môi khác nhau (n=2)

Các chất

Sc đếm diện tích píc ứng với ung môi chiết khác nhau

B ảng 8 Đ ộ thu hồi chất ứng với các dung môi chiết khác nhau (n=2)

C ác c h ất Đô th u hồi c h ất ứng với các

d u n g môi chiết (hác n h auBenzen T oluen H ỗn hợp A :T

nguyên tắc cả 3 hỗn hợp dung môi này đề có thể sử dụng để chiết Dioxin ra khỏi đất, bởi vì khi xác định các chất có nồng độ thấp (cỡ 10'9 đến 10'12 g/g) chỉ cần độ thu hồi nằm trong khoảng 40-130% Điều đáng chú ý là Benzen

có độc tính cao, Toluen có giá thành cao, Axeton có giá thành thấp Điều vừa nêu gợi ý cho chúng ta lựa chọn dung môi thích hợp về cả phương diện môi trường và kinh tế

PHẦN 3

ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP CHIÉT DÒNG NGUNG LIÊN TỤC TRONG PHÂN TÍCH DIOXIN

TRONG MÔI TRƯỜNG DAT

3.1 So sánh với phương pháp chiết hồi lưu kiềm

Chung tôi đã sư dụng phương pháp chiết dòng ngưng liên tuc trong phân tích Dioxin trong các mẫu đất lấy tại một số tỉnh ơ phía Nam Trong một so trương hợp chúng tôi cũng đã áp dụng phương pháp này đê chiết Dioxin từ một số sản phẩm từ sữa

Sau đây là so sánh kết quả xác định Dioxin trong mẫu đất có sử dụng phương pháp chiết hồi lưu và chiết dòng ngưng liên tục

0 đây chúng tồi sử dụng mẫu đất có ký hiệu TN5 để nghiên cứu và sử dụng hỗn hợp chuẩn Surrogade và Recovery để định lượng Dioxin Kết qua xac đinh Dioxin trên GC/MS dựa trên 2 phương pháp chiết (chiết dòng ngưng liên tục và chiết hổi lưu) được nêu so sánh ở bảng 9

Bang 9: K ết q uả xác định Dioxin trong mẫu đất TN5 sử dụng 2 phương pháp chiết dòng ngưng liên tục (Dòng ngưng) và phương pháp chiết hồi lưu.