NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH CÁC HỢP CHẤT POLYCLOBIPHENYL (PCBs) TRONG DẦU BIẾN THẾ BẰNG PHƯƠNG PHÁP GCMS TRONG DẦU BIẾN THẾ VÀ KHẢO SÁT SỰ Ô NHIỄM PCBs.

Trang 1

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH CÁC HỢP CHẤT POLYCLOBIPHENYL (PCBs)

TRONG DẦU BIẾN THẾ VÀ KHẢO SÁT SỰ Ô NHIỄM PCBs

TRONG DẦU BIẾN THẾ BẰNG PHƯƠNG PHÁP GC/MS

GVHD : TS PHẠM KIM PHƯƠNG

TH.S VŨ THỊ HỒNG PHƯỢNG SVTH : NGUYỄN VĂN ĐOÀN

VŨNG TÀU, THÁNG 06 NĂM 2012

Trang 2

1.1.1.5 Các hợp chất Polyclobiphenyl sử dụng trong nghiên cứu này 7

1.2 Tổng quan về phương pháp sắc ký và thiết bị phân tích 9

1.2.1 Đại cương về phương pháp phân tích sắc ký 9

1.2.3.1 Sơ lược nguyên tắc hoạt động và cấu tạo 21

Trang 3

2.1.2.1 Phân tích PCBs bằng phương pháp sắc ký khí 29

2.1.2.2 Phân tích PCBs bằng phương pháp thử nghiệm miễn dịch ELISA,

2.1.2.3 Phân tích PCBs bằng phương pháp hóa phát quang 33

2.3 Phương pháp chiết tách hợp chất Polyclobiphenyl 34

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.2 Khảo sát và hiệu lực hóa phương pháp phân tích 39

3.2.1 Khảo sát các thông số của quy trình phân tích 39

3.2.1.2 Khảo sát và tối ưu hóa các chương trình nhiệt cho cột 39

3.2.2.3 Khảo sát hiệu suất thu hồi của quá trình phân tích 59

3.2.2.4 Khảo sát giới hạn phát hiện (MDL) và giới hạn định lượng (LOQ) của

Trang 4

3.2.3.1 Mẫu dầu biến thế thải tại nhà máy nhiệt điện Bà Rịa (PCB-01 ) 66

3.2.3.2 Mẫu dầu biến thế sạch tại Tổng kho điện lực Bình Định (PCB-02 C ) 67

3.2.3.3 Mẫu dầu biến thế thải tại Tổng kho điện lực Bình Định (PCB-03 C ) 68

3.2.3.4 Mẫu dầu Komart SHD 40 dùng trong xe Oto (PCB-04 C ) 69

3.2.3.5 Mẫu dầu Mobil Vacuoline 533 dùng trong máy nén khí (PCB-05 C ) 70

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU MỚI

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Trang 5

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàui

CIS, SIS: Nồng độ và diện tích của chất nội chuẩn

CA, SA: Nồng độ và diện tích của chất phân tích

MLOQ: Giới hạn định lượng của phương pháp

MLOD, MDL: Giới hạn phát hiện của phương pháp

OCs: Hỗn hợp các thuốc trừ sâu Clo hữu cơ

PCBs: Hỗn hợp các hợp chất Polyclobiphenyl

PH: Phát hiện

H%: Hiệu suất thu hồi

RSD%: Độ lệch chuẩn tương đối

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

Trang 6

Trang

Bảng 1.2 Tên thương mại của một số hỗn hợp PCB 3

Bảng 1.3 Một số đại lượng vật lí của một số hỗn hợp PCBs (Aroclor), ở 25oC 4

Bảng 1.4 Hàm lượng tổng số PCBs cho phép theo TCVN 7

Bảng 1.5 Hàm lượng tổng số PCBs cho phép theo TCVN 7

Bảng 1.6 Các đồng đẳng của PCBs trong nghiên cứu này 8

Bảng 2 Bảng so sánh giới hạn phát hiện hợp chất PCBs trên một số dầu dò 31

Bảng 3.1 Danh sách chất PCB trong hợp chất PCB kỹ thuật 38

Bảng 3.2 Bảng 6 hợp chất PCB, ion định lượng và ion xác nhận 40

Bảng 3.3 Hướng dẫn cách pha chuẩn từ 5ppb đến 1000ppb 49

Bảng 3.4 Xử lý kết quả phân tích mẫu PCB-1104 theo quy trình phân tích 1 52

Bảng 3.5 Xử lý kết quả phân tích mẫu PCB-1104 theo quy trình phân tích 2 55

Bảng 3.6 Xử lý kết quả phân tích của mẫu PCB-1101D 61

Bảng 3.7 Hướng dẫn phương pháp tính MDL & LOQ 62

Bảng 3.8 Xử lý kết quả phân tích PCBs của mẫu PCB-1102 64

Bảng 3.9 Xử lý kết quả phân tích PCBs của mẫu PCB-1104 65

Bảng 3.10 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp 65

Bảng 3.11 Xử lý kết quả phân tích PCBs của mẫu PCB-01C 67

Trang 7

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàuiii

Trang

Hình 1.3 Sơ đồ diễn tả cấu tạo và chức năng của thiết bị GC/MS 22

Hình 1.4 Sơ đồ khối của hệ sắc ký khối phổ (MS block diagram) 22

Hình 1.5 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các kỹ thuật tiêm mẫu 23

Hình 1.6 Các quá trình diễn ra trong bộ phận khối phổ 25

Hình 1.7 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của buồng ion hóa 25

Hình 1.8 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống tứ cực 27

Hình 1.9 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của detector nhận điện tử 27

Hình 3.1 Đồ thị nhiệt độ biểu diễn theo chương trình nhiệt 1 40

Hình 3.2 Sắc ký đồ tách 6 hợp chất PCBs trong mẫu PCB-1101 theo chương

trình nhiệt 1 và peak phóng to của ion 360 (hợp chất PCB 153) 41

Trang 8

Hình 3.14 Quy trình 1 phân tích hợp chất PCBs trong mẫu dầu biến thế 51

Hình 3.15 Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-1104 theo quy trình phân tích 1 52

Hình 3.16 Quy trình 2 phân tích hợp chất PCBs trong mẫu dầu biến thế 53

Hình 3.17 Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-1104 theo quy trình phân tích 2 55

Hình 3.18 Sắc ký đồ phân tích mẫu PCB-03 với f = 50 56

Hình 3.22 Đồ thị biểu diễn nồng độ các hợp chất PCBs trong mẫu PCB-1101D

và nồng độ các hợp chất PCBs trong hỗn hợp chuẩn Clophen A50 61

Trang 9

Trên thế giới, người ta đã sản xuất và sử dụng các hợp chất Polyclobiphenyl

(PCBs) rộng rãi từ năm 1930 vì nó có nhiều tính năng quý trong công nghiệp

như: khả năng truyền nhiệt, cách điện tốt… Việt Nam tuy không sản xuất nhưng

cũng đã nhập khẩu một khối lượng lớn khoảng 27000 đến 30000 tấn PCBs từ

Nga, Trung Quốc, Rumani… chủ yếu dùng để làm chất cách điện trong máy biến

thế Nhưng từ những năm 60 của thế kỉ XX, người ta đã đánh giá được ảnh

hưởng có hại của PCBs đến sức khỏe con người, như là khả năng gây ung thư và

hàng loạt các ảnh hưởng xấu đến hệ thần kinh, hệ miễn dịch, hệ sinh dục, hệ bài

tiết Kể từ đó PCBs bị hạn chế và bị cấm sử dụng Tuy hiện nay chúng ta không

còn sử dụng các hợp chất này nhưng PCBs vẫn còn bị phát tán ra môi trường

PCBs được tìm thấy có mặt trong hầu hết các môi trường nước, đất, không khí,

tích tụ dai dẳng trong các mô mỡ động vật và con người Các vấn đề sức khỏe

của con người liên quan đến PCBs đã và đang được quan tâm đúng mức[10] Các

tổ chức môi trường trên thế giới đã và đang tiếp tục giúp đỡ Việt Nam trong việc

xây dựng và triển khai quy trình thu gom, quản lí và xử lý PCBs Có thể nói, việc

quan tâm thu gom và xử lý PCBs hiện nay có quy mô mang tính toàn cầu

Với mong muốn khảo sát và kiểm tra hàm lượng PCBs trong dầu biến thế

tại một số nhà máy điện trên địa bàn tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu (và có thể mở rộng

địa bàn khảo sát ra một số Tỉnh lân cận), Tôi tiến hành nghiên cứu thực hiện đề

tài: “Nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích các hợp chất Polyclobiphenyl

(PCBs) trong dầu biến thế và khảo sát sự ô nhiễm PCBs trong dầu biến thế

bằng phương pháp GC/MS”, và sử dụng đề tài này làm bài báo cáo tốt nghiệp

Đại học ngành CNKT Hóa học (chuyên ngành Hóa dầu) tại trường ĐH Bà Rịa –

Vũng Tàu, khóa III, tốt nghiệp năm 2012

Trang 10

Trong suốt thời gian thực hiện đề tài và hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em

luôn nhận được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của tập thể các Thầy Cô giáo

trong Khoa Hóa học & CN Thực phẩm, các anh chị đang làm viêc tại Trung tâm

phân tích công nghệ cao Hoàn Vũ Nhân dịp này cho phép em xin bày tỏ sự biết

ơn sâu sắc tới:

PGS.TS Nguyễn Văn Thông, trưởng Khoa Hóa học & CN Thực phẩm

TS Phạm Kim Phương - Giám đốc Trung tâm phân tích công nghệ cao

Hoàn Vũ

Th.s Vũ Thị Hồng Phượng - Trưởng bộ môn Hóa dầu, giảng viên Khoa Hóa

học & CN Thực phẩm

Th.s Lê Minh Quốc Cường - Trưởng phòng thí nghiệm tại Trung tâm Phân

tích công nghệ cao Hoàn Vũ

Tuy luôn bận rộn với công việc, song quý thầy cô vẫn luôn dành cho em sự

quan tâm trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu này

Em cũng xin chân thành cảm ơn BGH Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu

đã quan tâm giúp đỡ, xem xét cho em được làm đồ án tốt nghiệp này

Kính chúc quý thầy cô, Ban lãnh đạo nhà trường và toàn thể các anh chị

đang làm việc tại Trung tâm phân tích công nghệ cao Hoàn Vũ luôn dồi dào sức

khỏe, thành đạt và hạnh phúc

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

Vũng Tàu, ngày 27 tháng 06 năm 2012

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Nguyễn Văn Đoàn

Trang 11

ĐẶT VẤN ĐỀ

Mục đích của đề tài:

- Xây dựng phương pháp phân tích PCBs trong dầu biến thế

- Khảo sát và tối ưu hóa các thông số của phương pháp, thiết bị phân tích

- Ứng dụng quy trình phân tích đã tối ưu để khảo sát sự ô nhiễm PCBs trong các mẫu dầu biến thế tại một số nhà máy điện khu vực phía nam

Nội dung nghiên cứu:

- Tìm hiểu tổng quan về các hợp chất Polyclobiphenyl và tác hại của chúng

- Tìm hiểu các phương pháp phân tích PCBs và lựa chọn phương pháp phân tích

- Khảo sát các thông số vận hành máy GC/MS

- Khảo sát tối ưu hóa chương trình nhiệt cho cột

- Khảo sát khoảng tuyến tính

- Xây dựng quy trình phân tích PCBs trong mẫu dầu biến thế

- Khảo sát giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng

- Khảo sát hiệu suất thu hồi của phương pháp

- Phương pháp lấy mẫu, vị trí lấy mẫu

- Ứng dụng quy trình phân tích trên mẫu thật

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

- Xây dựng một quy trình phân tích PCBs trong mẫu dầu biến thế đơn giản, giá

thành phân tích rẻ, độ chính xác và độ chọn lọc cao

- Khảo sát sự ô nhiễm PCBs trong mẫu dầu biến thế, để từ đó đề ra phương pháp quản lý và tiêu hủy các hợp chất này sao cho hợp lý, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, hạn chế tối đa sự ảnh hưởng của các hợp chất này đến sinh vật và con người

Trang 12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về PCBs

Diclobiphenyl Triclobiphenyl Tetraclobiphenyl Pentaclobiphenyl Hexaclobiphenyl Heptaclobiphenyl Octaclobiphenyl Nonaclobiphenyl Decaclobiphenyl

Trang 13

Bảng 1.2 Tên thương mại của một số hỗn hợp PCB

STT Tên thương mại của PCB Nước sản xuất

Pyroclor Sorol hoặc Solvol

Ý Hoa Kỳ Đức Séc-Slovakia Nhật

Pháp Canada, Hoa Kỳ Anh

mỡ của sinh vật

Sau đây là một số đại lượng vật lý của một số hỗn hợp PCB, nêu trong bảng 1.3:

Trang 14

Bảng 1.3 Một số đại lượng vật lí của một số hỗn hợp PCBs (Aroclor), ở 25oC [10]

Áp suất bay hơi (torr)

Tỷ trọng (g/cm 3 )

Trạng thái

Độ khúc

xạ

Hằng số Henry (atm-

m 3 /mol)

Điểm sôi (750 torr)

1016 41,5 0,42 4,010-4 1,37 Dầu,

trong suốt

1,6215 – 1,6135

3,510-3 275 -

320

1254 54 0,021 7,710-5 1,54 Lỏng,

màu vàng sáng

1,6375 – 1,6415

2,010-3 365 -

390

1260 60 0,0027 4,010-5 1,62 Chất dẻo

nhớt, màu vàng sáng

Trang 15

PCBs bền, trơ với acid, bazơ ở nhiệt độ thường thậm chí ngay cả trong môi trường chất oxi hóa có mặt của Oxi, kim loại ở 170oC, nhưng khi ở nhiệt độ cao trên

200oC thì các dẫn xuất Clo của biphenyl chỉ tham gia khử điện hóa Bán phản ứng khử của PCBs:

Trang 16

trơn, cũng như các chất phụ gia trong thuốc trừ sâu, sơn, giấy coppy không cacbon, chất dính và thuốc hãm cho kính hiển vi…

Nhờ tính bền vững về mặt hóa học và sinh hóa cũng như tính hòa tan mạnh trong chất béo, PCBs đã xâm nhập vào chuỗi thức ăn như một chất tích lũy sinh học, kết quả

là các động vật đứng đầu chuỗi này như động vật ăn thịt và con người thường bị nhiễm độc cao hơn nhiều so với thực vật Có thể tìm thấy PCBs ở khắp nơi trong nước thải, bùn đáy sông, trong nước biển, trong đất, trong dầu thải, trong không khí… Ở Việt Nam, PCBs được tìm thấy với hàm lượng cao nhất trong đất là 92µg/g ở tỉnh Tây Ninh (khu sân bay cũ) và thường là các hợp chất PCBs có bậc Clo cao PCBs đi vào môi trường theo ba con đường chính [4]: do thải bỏ chất thải có PCBs ra các bãi rác rồi từ đó PCBs xâm nhập vào nước ngầm, ra sông, ra biển; thứ hai là do thiêu đốt không hoàn toàn chất thải có chứa PCBs khiến cho PCBs có thể phân tán vào trong khí quyển; thứ

ba là do PCBs rò rỉ từ các thiết bị điện như biến thế, tụ điện Sự vận chuyển của PCBs trong môi trường là do tác động của không khí, nước, động vật và một số con đường khác…

Các hợp chất PCBs khá bền, khó bị phân hủy, tồn tại dai dẳng trong môi trường gây tác hại đến môi trường sinh thái và đời sống của sinh vật PCBs là nguyên nhân gây ung thư ở động vật và cũng là tác nhân gây ung thư ở người (PCBs thuộc phân loại nhóm độc 2A, IAFRS) PCBs và các hợp chất Clo hữu cơ hợp thành nhóm chất gây rối loạn nội tiết khi có hàm lượng từ 10-6-10-5M có tác động đến sự sinh sản phát triển và hoạt động của tuyến nội tiết

Các biện pháp xử lí [1,10]: chôn lấp (khi hàm lượng PCBs < 50ppm), đốt (khi hàm lượng PCBs từ 50 – 500ppm), khử độc trong hệ thống chuyên biệt (khi hàm lượng PCBs lên tới 1.000 – 10.000ppm) Phương pháp khử độc tính sử dụng các chất hóa học tấn công vào liên kết giữa Clo và Cacbon trong phân tử PCBs, dưới những điều kiện phản ứng thích hợp, Clo được tách ra khỏi phân tử Biphenyl và Biphenyl sẽ được trùng

Trang 17

ngưng tạo thành polymer dưới dạng bùn không tan Bùn này sẽ được lọc tách ra khỏi dầu máy biến thế

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6984:2001, TCVN 5945:2005 và TCVN 7629:2007 ta có giới hạn tổng hàm lượng PCBs trong môi trường như bảng 1.4 và 1.5:

Bảng 1.4 Hàm lượng tổng số PCBs cho phép theo TCVN [7,8]

Nước dùng cho nông nghiệp

và nuôi trồng thủy sản

0,01 – 0,02

Nước thải loại A 0,003

Nước thải

Nước thải loại B 0,01 – 0,02

Theo tiêu chuẩn của Hiệp hội bảo vệ môi trường của Mỹ (EPA)

Bảng 1.5 Hàm lượng tổng số PCBs cho phép theo TCVN

Nước uống

Nước ngầm

Nước cung cấp cho hoạt động sản xuất

510-40,02 0,5 mg/L

1.1.5 Các hợp chất Polyclobiphenyl sử dụng trong nghiên cứu này

Trên thực tế, hỗn hợp PCBs bao gồm các đồng phân từ ít đến nhiều Clo Điều đó cho thấy rằng một khi phân tích xác định thấy hàm lượng của bất kì một PCBs nào trong thực tế, ở hàm lượng trên giới hạn cho phép đều phải thu gom xử lý ngay Qua tài liệu tham khảo, tôi nhận thấy hỗn hợp các chất PCBs trong các sản phẩm thương mại trên thị trường Việt Nam và thế giới đều có 6 chất PCBs kỹ thuật gồm: PCB 28, PCB

52, PCB 101, PCB 138, PCB153 và PCB180 Do đó tôi lựa chọn các chất này trong nghiên cứu của mình, và tôi chọn chất PCB 209 để làm chất kiểm soát trong quá trình phân tích mẫu, xem bảng 1.6:

Trang 18

Trang 19

1.2 Tổng quan về phương pháp sắc ký và thiết bị phân tích

1.2.1 Đại cương về phương pháp phân tích sắc ký

Phương pháp sắc ký là một trong những phương pháp phân tích được ứng dụng rộng rãi nhất hiện nay vì là phương pháp có độ nhạy và khả năng định lượng tốt, phù hợp để xác định nhiều đối tượng khác nhau như các chất khó hoặc dễ bay hơi, chất phân cực hay kém phân cực,… Phương pháp này do nhà bác học Nga M.X.Txvet phát minh ra vào năm 1930

Nguyên tắc cơ bản của sắc ký là dựa vào sự khác biệt của ái lực của các cấu tử trong hỗn hợp chất cần phân tích với pha động và pha tĩnh Pha động có thể là chất lỏng hoặc khí có tác dụng lôi kéo các chất cần tách di chuyển trong cột sắc ký có chứa pha tĩnh Pha tĩnh là chất lỏng nhớt được phủ trên bề mặt bên trong của cột mao quản hoặc là những hạt chất rắn nhỏ được nhồi vào cột có tác dụng giữ chất ở lại Để tách được các chất từ một hỗn hợp cần có sự tác động của pha tĩnh và pha động Sự tác động này đối với từng cấu tử khác nhau là khác nhau Vì vậy khi cho hỗn hợp chất cần phân tích đi qua bề mặt pha tĩnh thì các cấu tử sẽ bị tách khỏi nhau và từ đó có thể định tính cũng như định lượng chúng

Tùy theo bản chất pha động mà ta chia thành hai loại sắc ký sau:

 Sắc ký lỏng: Pha động là chất lỏng, có thể sử dụng một loại dung môi hay hỗn

hợp nhiều loại dung môi Các phương pháp sắc ký lỏng thông dụng gồm sắc

ký hấp phụ, sắc ký phân bố và sắc ký ion

 Sắc ký khí: Pha động là khí trơ không có lực tương tác hóa học hay vật lý với

chất cần phân tích Trong phương pháp sắc ký khí dựa vào đầu dò (detector)

có thể phân loại thành các kỹ thuật sau:

 Sắc ký khí đầu dò dẫn nhiệt (GC-TCD)

 Sắc ký khí đầu dò ion hóa ngọn lửa (GC-FID)

 Sắc ký khí đầu dò bắt điện tử (GC-ECD)

 Sắc ký khí đầu dò quang hóa ngọn lửa (GC-FPD)

Trang 20

 Sắc ký khí đầu dò ion hóa phát xạ (GC-TID hoặc GC-NPD)

Sắc ký khí là một phương pháp phân tích có nguyên lý dựa trên hai quá trình hấp thụ (hoặc hấp phụ) và giải hấp liên tục giữa pha tĩnh là chất rắn hoặc lỏng và pha động

là chất khí

Do pha động hoàn toàn không có tương tác với chất cần phân tích nên thời gian lưu giữ của các chất trong cột phân tích chỉ phụ thuộc vào bản chất của tương tác giữa chất phân tích với pha tĩnh Dựa vào sự khác nhau về ái lực giữa chất cần phân tích với pha tĩnh và nhiệt độ sôi mà các chất cần phân tích trong mẫu được tách ra khỏi nhau nhờ sự dịch chuyển liên tục của pha động dọc theo lớp pha tĩnh Khi pha tĩnh là một chất hấp phụ rắn thì kỹ thuật phân tích được gọi là sắc ký khí-rắn (GSC) Khi pha tĩnh

là chất lỏng được gắn lên bề mặt của chất mang trơ hoặc được phủ dưới dạng một lớp phim mỏng lên thành cột mao quản thì kỹ thuật này được gọi là sắc ký khí-lỏng (GLC) Trong sắc ký khí, các đại lượng thời gian lưu, độ chọn lọc α, số đĩa lý thuyết… cũng được sử dụng để đánh giá khả năng tách các chất trong mẫu phân tích Tuy nhiên điều kiện tiến hành thí nghiệm như nhiệt độ, áp suất, tốc độ dòng… là những yếu tố ảnh hưởng đến độ phân giải của các chất

Trang 21

1.2.2.2 Một số đại lượng cơ bản trong sắc ký khí

 Thời gian lưu (t R )

Thời gian này được tính từ lúc nạp mẫu vào cột tách sắc ký cho đến khi chất được lôi ra khỏi cột tách ở nồng độ của chất là cực đại

Ta gọi: tR là thời gian lưu của cấu tử phân tích (phút)

t0 là thời gian pha động đi từ đầu cột đến cuối cột, còn gọi là thời gian chết (phút)

tR là thời gian lưu hiệu chỉnh (phút)

Nếu k’ nhỏ thì các chất ra nhanh, khả năng tách kém, các peak dễ gần và chập nhau

Khoảng k’ lý tưởng từ 2-5 Với hỗn hợp phức tạp hơn k’ có thể chấp nhận trong khoảng 1-20

Trang 22

Trong đó: Wb là bề rộng đáy của mũi sắc ký

W1/2 là bề rộng đáy của mũi sắc ký ở phân nửa chiều cao

Số đĩa lý thuyết càng lớn và bề rộng Wb càng nhỏ thì mũi sắc ký càng nhọn Khi chiều cao của cột không đổi, số đĩa lý thuyết tăng thì hiệu năng tách của cột càng cao

Hình 1.1 Biểu diễn peak sắc ký của cấu tử A

   



Trang 23

Trong đó: tR1 thời gian lưu của cấu tử thứ nhất

tR2 thời gian lưu của cấu tử thứ hai

W1 bề rộng đáy của mũi sắc ký thứ nhất

W2 bề rộng đáy của mũi sắc ký thứ hai

α độ chọn lọc của cột sắc ký cho hai cấu tử 1 và 2

RS chỉ có ý nghĩa khi áp dụng cho cặp mũi gần nhau nhất

RS ≥ 1,5 hai peak tách hoàn toàn khỏi nhau, có thể dùng định lượng

RS ≥1 hai peak tách nhau được, có thể dùng định tính chất phân tích được

1.2.2.3 Sơ đồ thiết bị sắc ký khí

Hình 1.2 Sơ đồ thiết bị sắc ký khí

Chú thích: A bình đựng khí mang

B bộ lọc và đồng hồ điều chỉnh lưu lượng khí

C buồng tiêm mẫu

D cột sắc ký

E đầu dò

F thiết bị ghi nhận và xử lí số liệu (máy tính)

Trang 24

 Khí mang

Pha động trong sắc ký khí hay còn gọi là khí mang giữ vai trò vận chuyển chất phân tích dọc theo cột sắc ký và tiếp nhận các phân tử chất phân tích đã bị giữ lại trước đó giải hấp đi tới để tiếp tục tương tác với các phần khác của bề mặt pha tĩnh Cứ thế khí mang sẽ lôi cuốn các phân tử chất tan đi qua hết cột sắc ký

Khí mang trong sắc ký khí thường là các khí trơ như Heli, Nitơ, Argon… tốc độ dòng khí vào trong đầu dò tùy thuộc vào cấu trúc hình học của tế bào nhưng thường khoảng 30ml/phút Trong sắc ký khí, tốc độ khí mang rất quan trọng, đây là yếu tố làm thay đổi đáng kể độ phân giải Các khí mang phải có

độ tinh khiết phân tích >99,995% và tuyệt đối không có vết Oxi và hơi nước vì chúng có ảnh hưởng đến pha tĩnh

Điều kiện để một khí được sử dụng làm khí mang:

Phương pháp tiêm mẫu:

Trong phương pháp sắc ký khí, việc lựa chọn kỹ thuật tiêm và tối ưu điều kiện tiêm đóng vai trò quyết định kết quả phân tích Hai kỹ thuật tiêm mẫu thường dùng nhất trong sắc ký khí là tiêm chia dòng và không chia dòng

Trang 25

 Tiêm chia dòng:

- Mẫu được tiêm vào buồng tiêm, tại đây toàn bộ mẫu được hóa hơi, đồng thời cuối buồng tiêm van xả được mở ra, phần lớn hơi sẽ theo van ra ngoài, chỉ một phần nhỏ được giữ lại đưa vào cột

- Tỉ lệ Vra/Vcột gọi là tỉ lệ chia dòng Tỉ lệ chia dòng từ 20:1 đến 100:1

- Các thông số để đánh giá phương pháp tiêm chia dòng là nhiệt độ buồng tiêm, tỉ số chia dòng, áp suất khí mang…

- Phương pháp tiêm chia dòng cho mũi sắc ký nhọn, phù hợp về mặt định tính Về mặt định lượng thì không tốt bởi vì tỉ lệ chia dòng sẽ thay đổi tùy thuộc điều kiện tiêm và nhất là đối với các hỗn hợp mẫu chứa các chất có khả năng bay hơi khác nhau

- Phương pháp tiêm chia dòng phù hợp cho phân tích mẫu có hàm lượng lớn, nhưng không phù hợp cho phân tích lượng vết do lượng mẫu vào cột rất ít

 Tiêm không chia dòng:

- Toàn bộ mẫu được chuyển thẳng vào cột, tiêm không chia dòng sử dụng buồng tiêm giống như tiêm chia dòng nhưng khác ở chỗ trong quá trình tiêm mẫu van thoát khí đóng lại Thời gian tiêm không chia dòng từ 40-49 giây, thể tích tiêm 1-2µl

- Nhiệt độ cột sắc ký lúc đầu thấp, sau tăng lên Nhiệt độ đầu thấp hơn nhiệt độ của dung môi 20-30oC, khi vào đầu cột gặp nhiệt độ thấp hơn hỗn hợp hơi sẽ đóng lại (chất phân tích và hơi dung môi) như vậy sẽ giúp lôi kéo toàn thể chất phân tích trong buồng tiêm vào cột Khi tăng nhiệt độ hơi dung môi ra trước, các chất phân tích từ từ ra sau cho mũi peak tương đối nhỏ

- Phương pháp này thích hợp cho phân tích dạng vết, siêu vết nhưng không dùng cho chất có nhiệt độ sôi thấp hơn dung môi

Trang 26

 Cột tách sắc ký khí

Quá trình tương tác giữa chất phân tích và pha tĩnh diễn ra trong cột sắc

ký Trong thực tế có nhiều dạng cột tách dùng cho các mục đích nghiên cứu khác nhau Nhìn chung cột sắc ký cần đạt được các yêu cầu sau:

- Đảm bảo trao đổi chất tốt giữa pha tĩnh và pha động

- Độ giảm áp suất nhỏ với một tốc độ khí mang nhất định

- Vật liệu dùng chế tạo cột phải có tính bền ở nhiệt độ cao

Cột sắc ký được chia thành 2 loại cột nhồi và cột mao quản:

 Cột nhồi:

Vật liệu làm cột nhồi thường là thủy tinh, polytetrafluoethylene, thép không gỉ, niken hoặc đồng Chiều dài của cột từ 1-3m Do các hạt nhồi thường làm giảm áp suất lớn nên các cột thường ngắn hơn 3m Đường kính của cột khoảng 3,18 đến 6,35 mm Đối với cột nhồi yếu tố quan trọng nhất chính là pha tĩnh của cột bởi nó quyết định tính chọn lọc của cột Pha tĩnh được nhồi trong cột

Cột nhồi cũng có những ưu điểm nhất định như hệ số lưu giữ cao, thích hợp với các detector có thể tích lớn, dung lượng mẫu cao, ít chịu ảnh hưởng của chất bẩn trong mẫu nên không đòi hỏi nhiều công tinh chế mẫu

 Cột mao quản:

Cột mao quản là loại cột tách có đường kính nhỏ hơn 1mm và thành trong của cột được tẩm pha tĩnh Nhờ cấu trúc đặc biệt này của cột mao quản, khí mang sẽ đưa mẫu đi qua cột tách rất dài (do vậy tính năng tách cao) mà không gặp trở kháng gì lớn (độ chênh lệch áp suất thấp)

Trang 27

So với cột nhồi, cột mao quản có ưu điểm là:

- Các hỗn hợp phức tạp được tách vơi hiệu suất cao hơn hẳn

- Tách được cả các chất có cấu trúc hóa học rất gần nhau

- Độ tin cậy cao hơn trong việc nhận biết các cấu tử

- Độ nhạy phát hiện cao hơn

- Giảm thời gian phân tích

- Cho phép nối trực tiếp với khối phổ kế mà không cần bộ tách Cột mao quản được chia làm hai loại chính:

- Cột WCOT (Wall Coated Open Tubular): kết cấu gồm một

ống mao quản bằng fused được phủ trực tiếp một lớp pha tĩnh Đường kính trong khoảng 0,2-0,5mm Bề dày df của lớp pha tĩnh này quyết định hệ số lưu giữ và dung lượng của cột Ở nhiệt độ thường lớp pha tĩnh này ở dạng sệt gần như đặc Đây chính là dạng sắc ký khí lỏng Nếu lớp pha tĩnh không được gắn lên thành cột mà qua một lớp trung gian thì ta có cột

SCOT (Support Coated Open Tubular) với tính chất giống

như cột WCOT Hầu hết các phép phân tích GC được thực hiện trên cột WCOT

- Cột PLOT (Porous Layer Open Tubular): cũng cấu tạo bởi

một ống silica nóng chảy nhưng còn có thêm một lớp mỏng các hạt chất hấp phụ xốp đường kính dP đóng vai trò như chất mang giữa thành trong của cột tách và lớp phim pha tĩnh Do lực cản áp suất thấp nên có thể sản xuất cột PLOT có độ dài lớn để tăng hiệu quả tách (50-100m) Cột thường có đường kính trong khoảng 0,53mm

Việc lựa chọn cột mao quản phụ thuộc vào bản chất và độ phức tạp của mẫu phân tích Chiều dài cột, đường kính trong của cột, pha

Trang 28

tĩnh và độ dày của lớp phim pha tĩnh ảnh hưởng đến độ phân giải, thời gian phân tích và độ nhạy của phép đo

Các hợp chất dùng làm pha tĩnh thường là các hợp chất bền nhiệt, khó bay hơi có tương tác tốt với chất tan trong mẫu Việc lựa chọn pha tĩnh trong sắc

ký khí dựa trên nguyên tắc “chất nào giống nhau hòa tan tốt vào nhau” Các loại tương tác giữa hóa chất với pha tĩnh như:

- Tương tác loại Van-Der-Vaals giữa hóa chất không phân cực và pha tĩnh không phân cực

- Tương tác lưỡng cực – lưỡng cực giữa hóa chất phân cực và pha tĩnh phân cực

- Tương tác lưỡng cực – lưỡng cực cảm ứng

- Tương tác liên kết hydro

- Tương tác do cấu trúc, hình dạng phân tử (tương tác tách các nhất có tính triền quang)

Một số pha tĩnh thông dụng:

- Pha tĩnh có độ phân cực thấp: dimetylpolysiloxan, metylpolysiloxan…

- Độ phân cực của pha tĩnh có thể tăng thêm khi thêm các gốc: Ciano, phenyl… vào các pha tĩnh có độ phân cực thấp ở trên

 Đầu dò (detector)

Detector là bộ phận ghi nhận sự xuất hiện và nồng độ các chất trong dòng khí mang Detector có nhiệm vụ chuyển hóa một đại lượng không đại diện (nồng độ của các chất được tách khỏi cột sắc ký) thành tín hiệu điện

Tính chất cần có của detector: độ nhạy cao, có khả năng cho tín hiệu với nhiều loại hợp chất, khoảng tuyến tính rộng, cho tín hiệu nhanh, ổn định, độ

ồn định thấp

Trang 29

Các loại detector thông dụng trong sắc ký khí:

- Phổ quát: FID, TCD, MS

- Chọn lọc: ECD

- Bảo toàn chất phân tích: TCD

- Phá hủy chất phân tích: ECD, FPD, FID, MS

1.2.2.4 Định tính và định lượng trong sắc ký khí

 Định tính:

Dựa vào thời gian lưu tR của cấu tử phân tích và thời gian lưu của chất chuẩn trong cùng điều kiện phân tích sắc ký Tuy nhiên thời gian lưu không đảm bảo hai chất trùng nhau hoàn toàn, để đảm bảo hơn cho việc định danh có thể so sánh thời gian lưu

của chất phân tích và chất chuẩn trên hai pha tĩnh khác nhau

 Định lượng:

Diện tích mũi sắc ký trên sắc ký đồ tỉ lệ với nồng độ của chất từ đó có thể tính được chính xác nồng độ của mỗi thành phần trong hỗn hợp Có hai phương pháp dùng

để định lượng:

 Phương pháp ngoại chuẩn:

So sánh trực tiếp diện tích mũi sắc ký của mẫu theo diện tích mũi sắc

ký của chất chuẩn từ đó suy ra nồng độ của mẫu

Trong phương pháp này dùng chất chuẩn tinh khiết của chất cần xác định pha thành nhiều nồng độ khác nhau, dựng đường chuẩn theo diện tích mũi trên sắc ký đồ và nồng độ chất phân tích Dựa vào đường chuẩn

và diện tích mũi của chất cần phân tích trên sắc ký đồ có thể suy ra nồng

độ chất cần phân tích

Phương trình đường chuẩn cho phương pháp ngoại chuẩn:

S = Kc + b Trong đó: S diện tích mũi sắc ký

C nồng độ chất phân tích

Trang 30

 Phương pháp nội chuẩn

Phương pháp nội chuẩn nhằm hạn chế sai số do thể tích mẫu vào cột không bằng nhau ở mỗi lần tiêm Chất nội chuẩn được thêm vào mẫu và dung dịch chuẩn ở cùng nồng độ Thay vì dựng đường chuẩn theo diện tích peak, nồng độ, ta sẽ dựng đồ thị dùng tỉ lệ diện tích peak của chất chuẩn và nội chuẩn theo tỷ lệ nồng độ của chất chuẩn và nội chuẩn

Phương trình đường chuẩn trong phương pháp nội chuẩn:

Trong đó: SX, SIS diện tích của chất cần phân tích và chất nội chuẩn

CX, CIS nồng độ chất cần phân tích và chất nội chuẩn

Điều kiện của chất nội chuẩn:

- Có tính chất hóa lí gần giống với chất cần phân tích

- Chất nội chuẩn không có mặt trong thành phần của mẫu

- Không phản ứng với các chất trong hỗn hợp, chất nhồi cột

- Cường độ tín hiệu đo tương đương với chất cần phân tích

- Cho 1 peak riêng biệt không chập với các peak khác Không chứa tạp chất có thời gian lưu trùng với chất phân tích

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp nội chuẩn:

Ưu điểm: có thể loại trừ các lỗi khi tiêm, độ lặp lại cao hơn, cho kết quả chính xác hơn, tránh được sai số do thể tích mẫu đưa vào máy sắc ký không đều nhau

Nhược điểm: sự phân tách các chất sẽ khó hơn, khó tìm được chất nội chuẩn thích hợp thỏa mãn các đều kiện trên

 Phương pháp thêm chuẩn

Phương pháp này thường được dùng khi có sự ảnh hưởng của các chất khác

Trang 31

Nguyên tắc: chất chuẩn được thêm vào dung dich mẫu thử khi tiến

hành phân tích sắc ký, tiến hành phân tích sắc ký trong cùng điều kiện với mẫu thử không thêm chuẩn

 Có thể tiến hành thêm chuẩn 1 lần khi có nồng độ chất phân tích trong mẫu là:

phân tích trong mẫu thử

 Khi tiến hành thêm chuẩn nhiều lần, nồng độ của chất phân tích trong mẫu được xác định bằng phương pháp phân tích hồi quy

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp:

Ưu điểm: phương pháp này có độ chính xác cao, loại trừ được các yếu tố ảnh hưởng (các thay đổi về nhiệt độ, áp suất được bù trừ trong đường chuẩn và không ảnh hưởng đến kết quả định lượng) Nhược điểm: phương pháp này tốn thời gian vì phải chuẩn hóa từng mẫu

1.2.3 Kỹ thuật sắc ký khối phổ

1.2.3.1 Sơ lược nguyên tắc hoạt động và cấu tạo

Các hợp chất hữu cơ sẽ được phân tách sau khi qua khỏi cột sắc ký khí dựa vào sự tương tác khác nhau giữa các chất phân tích với pha tĩnh Việc định danh và định lượng

sẽ được thực hiện thông qua đầu dò khối phổ, dựa vào phổ khối của từng mảnh ion cũng như cấu trúc hóa học của chúng Dựa vào diện tích peak hay chiều cao peak của những mảnh ion đặc trưng của dung dịch mẫu và dung dịch chuẩn, việc định lượng sẽ được thực hiện

Hệ sắc ký ghép khối phổ bao gồm 2 bộ phận chính đó là hệ sắc ký và bộ khối phổ

Trang 32

Hình 1.3 Sơ đồ diễn tả cấu tạo và chức năng của thiết bị GC/MS

Hình 1.4 Sơ đồ khối của hệ sắc ký khối phổ (MS block diagram)

Trong hệ thống được trình bày ở trên, hệ thống sắc ký khí khối phổ có các bộ phận chính sau: hệ sắc ký (bộ tiêm mẫu, cột sắc ký) và bộ khối phổ (nguồn ion, bộ phân giải khối, detector)

Trong đó, hệ sắc ký khí đóng vai trò là công cụ tách các thành phần chứa trong hỗn hợp mẫu ra khỏi nhau dựa vào độ ái lực khác nhau với pha tĩnh và chiều dài cột, cùng với một chương trình nhiệt, sau đó các thành phần lần lượt được chuyển vào hệ thống phân tích khối phổ (Mass spectrometer – MS) thông qua một dẫn được gọi là Transfer line

Trang 33

Sau khi ra khỏi hệ sắc ký chất phân tích sẽ bị ion hóa tại nguồn ion và các ion này được phân tích khi đi qua bộ phân giải khối, từ đó tín hiệu sẽ được ghi nhận và xử lý tại detector

1.2.3.2 Bộ phận tiêm mẫu (injector)

 Các kỹ thuật tiêm mẫu

Đối với hệ sắc ký, bộ phận quan trọng cần được quan tâm đến đầu tiên là bộ phận tiêm mẫu (injector), trong sắc ký khí cột mao quản hiện nay có một số kỹ thuật tiêm phổ biến như: tiêm chia dòng (split), không chia dòng (splitless), tiêm trực tiếp (on column injector), tiêm có sử dụng chương trình nhiệt và áp suất (PTV: Programn Temperature Vaporizer)

(a Tiêm chia/không chia dòng; b Tiêm trên cột; c Tiêm PTV)

Hình 1.5 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các kỹ thuật tiêm mẫu

Đối với kỹ thuật tiêm split/splitless toàn bộ mẫu sau khi được tiêm sẽ được hóa hơi hoàn toàn trong liner Sau đó mẫu sẽ được chia theo tỉ lệ nhất định giữa cột và van chia Chính vì vậy van chia có tác dụng như là pha loãng mẫu, đối với những mẫu phức tạp, mẫu dơ

Đối với kỹ thuật tiêm on column, mẫu sẽ được tiêm trực tiếp vào đầu cột, như thế sẽ loại bỏ được những yếu tố ảnh hưởng khác xảy ra trong liner

Trang 34

1.2.3.3 Cột tách (column)

Đây là bộ phận chính nhằm tách các cấu tử phân tích khỏi các tạp chất hoặc tách chúng riêng biệt nhau cho thuận tiện việc định danh và định lượng Hiện nay người ta chủ yếu dùng cột mao quản cho hệ sắc ký khí dùng cho phân tích

Cấu tạo gồm một ống silic nung chảy bọc ngoài bằng một lớp film polymide chịu nhiệt đến trên 400oC, hoặc bằng một lớp nhôm chịu nhiệt Pha tĩnh được tráng bên trong thành ống được làm bằng chuỗi polymer với độ phân cực khác nhau tùy theo ứng dụng

Với cột mao quản, độ phân giải, độ nhạy không những phụ thuộc vào chất làm pha tĩnh mà còn phụ thuộc vào kích thước cột (chiều dài cột, đường kính trong, bề dày lớp film), hiện nay người ta thường dùng cột với chiều dài khoảng 10-100m, phổ biến nhất là 30m với đường kính trong từ 0,1 đến 0,53mm, chiều dày lớp film từ 0,1-5µm Mỗi loại cột sẽ được sử dụng trong một khoảng nhiệt độ nhất định, thông thường trong khoảng 60 đến 300oC (đối với cột không phân cực hoặc ít phân cực) và thấp hơn đối với những cột có độ phân cực trung bình cao (40 đến 240oC) Tuy nhiên cũng có một

số cột được chế tạo đặc biệt sử dụng cho những chất khó bay hơi, có thể chịu nhiệt đến

400oC như DB-5HT, HT5, DB-17HT…

Đối với những hợp chất khó bay hơi, khó bị phân hủy nhiệt như PCBs nên sử dụng cột có lớp film mỏng, chịu được nhiệt cao tránh tình trạng chất phân tích bị giữ lâu trong cột, dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao Bên cạnh đó, đường kính trong cột vừa phải không quá nhỏ để việc tách các cấu tử tốt, độ phân giải cao

1.2.3.4 Bộ phân tích khối

 Ion source

Các thành phần trong mẫu sau khi ra khỏi cột lần lượt được chuyển vào hệ thống phân tích khổi phổ (Mass spectrometer – MS) thông qua một đường dẫn gọi là transfer line

Trang 35

Có thể tóm gọn gồm 4 bước diễn tả trong hệ thống phổ kế (MS): Quá trình ion hóa (ionization) → Quá trình phân tách khối (mass analysis) → phát hiện tín hiệu (detector) → ghi nhận tín hiệu (Recording)

Các quá trình này được mô tả như hình 3.6 dưới đây:

Hình 1.6 Các quá trình diễn ra trong bộ phận khối phổ

Trước tiên các hợp chất sẽ vào nguồn ion (Ion Source), tại đây quá trình ion hóa

sẽ diễn ra

Có nhiều phương pháp ion hóa sử dụng trong khối phổ nhưng phương pháp tương tác điện tử (EI) được sử dụng phổ biến nhất Dựa vào năng lượng thế áp, các phân tử trung hòa sẽ tương tác, va chạm với các electron làm phân tử bị mất hoặc thừa, hoặc bị phân hủy mảnh tạo thành các ion

Hình 1.7 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của buồng ion hóa

Trang 36

Dựa vào hình 3.7 khi mẫu vào nguồn ion dưới áp suất rất thấp (môi trường chân không 10-5 – 10-7 mmHg) sẽ chịu sự tương tác của chùm electron có năng lượng 10-100Ev (thường là 70Ev) phát sinh từ Filament và sẽ bị ion hóa, ngay sau đó các ion sẽ chịu sự tác động của lực tĩnh điện, hệ các bản cực, repeller thúc đẩy về bộ phân tích ion một cách định hướng và chọn lọc khi qua các khe lọc

Trong khối phổ EI thế áp đặt là 70Ev, ở thế này không những đủ để ion hóa (tách một e- khỏi phân tử) mà còn có đủ năng lượng cho sự phân mảnh tiếp các ion phân tử tạo thành các ion có khối lượng bé hơn Điều này cung cấp một khối lượng thông tin lớn cho việc định danh hợp chất phân tích

Kiểu mẫu phân mảnh cho một hợp chất sẽ cố định trong điều kiện không đổi của

hệ thống khối phổ (70Ev) và được sử dụng làm dữ liệu cho việc định danh Thực tế, hiện nay trên thế giới đã và đang sử dụng phổ biến một số thư viện khối phổ phân mảnh theo kiểu EI như WILEY và NIST, hầu hết các thiết bị GC/MS đều tích hợp thư viện sẵn trong phần mềm để người sử dụng tiện lợi hơn

 Bộ phân tích khối (Mass Analyzer)

Các ion vừa được hình thành trong bộ ion hóa sẽ được hướng đến bộ phân tích khối (Mass Analyzer) thông qua một bộ phận lọc ion (Mass filter), ở đây các ion sẽ được phân tích, phân biệt khỏi nhau một cách chọn lọc dựa vào đặc trưng của khối lượng của các ion, mà thực tế là đo lường số m/z của các ion

Đây là bộ phận được xem là quan trọng nhất trong khối phổ kế, chính vì vậy đã

có rất nhiều nghiên cứu với nhiều kỹ thuật khác nhau cho bộ phận này Hiện nay người

ta đã và đang sử dụng các kỹ thuật phân tích khối ion phổ biến như:

 Bẫy ion (Ion Trap Analyzer – IT)

 Từ trường (Mass Field – Magnetic Analyzer)

 Bộ phân tích khối tứ cực (Quadrupole Mass Analyzer)

 Bộ phân tích khối theo thời gian bay (Time of Flight Analyzer – TOF)

Trang 37

Trong hệ thống tứ cực, người ta đặt vào hai điện cực đối diện một điện thế một chiều DC và một thế xoay chiều cao tần RF vào hai điện cực còn lại Các ion từ buồng

ion hóa chuyển động qua hệ thống tứ cực với vận tốc chậm theo hướng z (Hình 3.8)

Khi ion tiến vào vùng điện trường dao động liên tục gây bởi tứ cực, chúng vừa chuyển động theo hướng z đồng thời lại dao động theo phương x và y dưới ảnh hưởng của điện trường xoay chiều RF Các ion có trị số m/z xác định thỏa mãn mối tương quan giá trị điện thế cao tầng và tần số xoay chiều, sẽ không bị thay đổi biên độ giao động và do đó có thể đi qua hết chiều dài của tứ cực, còn các ion khác có biên độ dao động tăng do có sự va đập của chúng với bộ tiền lọc trước khi vào tứ cực, chính vì vậy chúng sẽ không phát hiện được ở bộ phận phát hiện (detector)

Hình 1.8 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống tứ cực

 Detector

Detector được xem như là bộ phận cuối cùng tiếp nhận các ion từ bộ phân tách

tứ cực Detector nhận điện tử hiện nay vẫn là loại phổ biến nhất dùng cho máy phân tích khối phổ

Hình 1.9 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của detector nhận điện tử

Trang 38

Detector giống như hệ thống quang điện trong máy quang phổ UV-VIS Mỗi một dynode được cấp một thế cao hơn dynode kế tiếp Những bề mặt dynode này sẽ phát e‾ khi tác động bởi năng lượng của ion hay e‾, với 20 dynode có thể thu được độ lợi lên đến 107, do đó cho một khả năng khuếch đại dòng e‾ cao tạo nên tín hiệu lớn dù chỉ với một lượng ion mẫu bé (<ng) Tín hiệu này một lẫn nữa được khuếch đại và được chuyển thành tín hiệu phổ ghi liên tục cường độ của khối quét theo thời gian nhờ

bộ giao tiếp giữa máy khối phổ và hệ thống thu, xử lý dữ liệu, thường là hệ vi tính có tốc độ xử lý nhanh

Trang 39

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Tìm hiểu về phương pháp phân tích

2.1.1 Phân tích đa lượng

Trong các mẫu dầu biến thế hàm lượng PCBs cỡ vài chục ppm, và PCBs thường được phân tích với thiết bị sắc ký Sau đây là một số đầu dò đi kèm với máy sắc ký để

có thể phân tích hàm lượng PCBs trong một số loại mẫu [1]

 Sắc ký khí cột nhồi, đầu dò ECD (GC/ECD): phân tích được các mẫu dầu tràn,

mẫu dầu biến thế,… Phương pháp này có độ nhạy cao, rẻ tiền

 Sắc ký cột mao quản (Capillary Column Gas Chromatography): phân tích

được cả mẫu rắn và mẫu lỏng Sắc ký cột mao quản có thể sử dụng cùng với đầu dò ECD và cả đầu dò dẫn điện Nó nhanh hơn và chọn lọc hơn so với sắc

ký khí cột nhồi

 Sắc ký khí, đầu dò dẫn điện (Hall Electrolytic Conductivity Detector): dùng

phân tích mẫu dầu và mẫu lỏng Phương pháp này thì chọn lọc với PCBs trong mẫu dầu thải, chất lỏng thủy lực, chất lỏng tụ điện và dầu trong máy biến thế nhưng lại không chính xác bằng sắc ký khí đầu dò ECD

 Sắc ký khí khổi phổ (GC/MS): đây là phương pháp cho kết quả định tính và

định lượng tốt các đồng phân PCBs, độ nhạy cao và giới hạn phát hiện thấp

 Chiết nhiệt động, sắc ký khí, khối phổ (TE/GC/MS): phân tích được mẫu đất,

mẫu bùn và chất thải rắn

2.1.2 Phân tích vi lượng

2.1.2.1 Phân tích PCBs bằng phương pháp sắc ký khí

Nguyên tắc: Các hợp chất PCBs có nhiệt độ sôi tương đối cao, phân tử lượng

không quá lớn, bền nhiệt, thích hợp phân tích bằng phương pháp sắc ký khí Sau khi hỗn hợp chất phân tích được tách ra khỏi hệ thống sắc ký khí, việc xác định có thể kết hợp với các đầu dò khối phổ (MS), có thể lấy khổi phổ một hoặc nhiều lần, đầu dò bắt điện tử (ECD), đầu dò phát xạ nguyên tử (AED)…

Trang 40

 Xác định PCBs với đầu dò MS:

Nguyên tắc: chất phân tích sau khi được tách qua hệ thống sắc ký khí

được đưa đến đầu dò khối phổ Tại đây sẽ diễn ra quá trình ion hóa các chất cần phân tích Ion sinh ra được tập trung và được đưa vào bộ phân tích khối Mỗi ion phẫn tích sẽ có một giá trị m/z xác định và dựa vào giá trị này mà chúng được tách chọn lọc ra khỏi bộ phận phân tích khối Dựa vào khối phổ thu được có thể nhận danh và định lượng chất phân tích Bộ phân tích khối có thể là một tứ cực, hệ thống ba cực hoặc bẫy ion

Kỹ thuật GC/MS cho thông tin về định danh và định lượng tốt hơn, vì ngoài thu nhập thông tin từ thời gian lưu tR ta còn thu thập thông tin từ các giá trị m/z so sánh trong thư viện phổ chuẩn Ngoài ra kỹ thuật này tiến hành với lượng mẫu ít hơn, ít bị nhiễu nền hơn, nhưng thiết bị đắt tiền và phức tạp hơn Ngày nay, đây là kỹ thuật phân tích “lí tưởng” Độ đúng RSD% < 10%

Trong thực tế dùng GC_HRMS (High Resolution MS) với độ phân giải 8.000 để phân tích trên các mẫu đất phức tạp, khi đó loại bỏ ảnh hưởng được nhiễu nền vì thu được nhiều thông tin của mảnh phổ ghi nhận Với các PCBs

có trên 5Clo ít chịu ảnh hưởng của nền mẫu khi xác định bằng đầu dò này LOD của phương pháp từ 0,2 – 0,9 pg/L [10]

 Xác định PCBs với đầu dò AED:

Nguyên tắc: Loại đầu dò dựa trên sự phát xạ nguyên tử AED (Atomic

emission detection), dựa trên phổ phát xạ của các nguyên tử C (λem = 248nm), nguyên tử H (λem = 486nm), Clo (λem = 479nm), Brom (λem = 478nm)

Ưu và nhược điểm:

Ưu điểm: Kỹ thuật này ít bị nhiễu nền, yêu cầu xử lý mẫu cần phải loại sạch vết Lưu huỳnh (λem nằm trong vùng khảo sát của các nguyên tố trên), thời gian xử lý mẫu nhanh Đầu dò này chọn lọc với hợp chất Clo, khả năng phân tách tốt các đồng phân cho phép định lượng chính xác

Tiêu đề	Nghiên Cứu Xây Dựng Quy Trình Phân Tích Các Hợp Chất Polyclobiphenyl (PCBs) Trong Dầu Biến Thế Bằng Phương Pháp GC/MS Trong Dầu Biến Thế Và Khảo Sát Sự Ô Nhiễm PCBs
Tác giả	Vũ Thị Hồng Phượng
Người hướng dẫn	TS. Phạm Kim Phượng
Trường học	Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu
Chuyên ngành	Khoa Học Và Công Nghệ Thực Phẩm
Thể loại	đồ án tốt nghiệp đại học
Năm xuất bản	2012
Thành phố	Vũng Tàu

Định dạng
Số trang	88
Dung lượng	3,23 MB

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH CÁC HỢP CHẤT POLYCLOBIPHENYL (PCBs) TRONG DẦU BIẾN THẾ BẰNG PHƯƠNG PHÁP GCMS TRONG DẦU BIẾN THẾ VÀ KHẢO SÁT SỰ Ô NHIỄM PCBs.

Phương pháp chiết tách hợp chất Polyclobiphenyl 1.Phương pháp chiết lỏng lỏng

Phương pháp chiết pha rắn