Xác định các Clophenol trong nước bằng phương pháp sắc ký khí 6734370

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TựNHIÊN
BÙI XUÂN THÀNH
XÁC ĐỊNH CÁC CLOPHENOL TRONG
NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ KHÍ
LUẬN VÃN THẠC SỸ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH HÓA PHÂN TÍCH
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS. PTS. NGUYỄN XUÂN TRƯNG
HÀ NỘI 1999

2. MỤC LỤC
■ ■
MỞ ĐẦU............................................................................
PHẦN I : TỔNG QUAN....................................................
1.1. Giới thiệu về các dẫn xuất có clo của p h en o l.............
1 J J . K hái n iệ m .........................................................................
ỉ .1 2 . T ính chất vật lý hóa h ọ c của các c lo p h e n o l..........
1.2. Nguồn thải các clophenol vào môi trư ờ n g ..................
1 2 1 . N g u ồ n tự n h iê n ..................................................................
1 2 2 . N g u ồ n nhân tạ o ................................................................
1 2 3 . ứ n g dụng của cá c c ỉo p h e n o l........................................
1 2 4 . T hải loại vào m ôi trư ờ n g ...............................................
1.3. Độc hại của clophenol đối với người và động v ậ t ....
1 3 ] . Đ ộc hại của clophenoỉ đối vói động thực v ậ t .....
1 3 2 . S ự đ ộ c h ạ i của cloplìenol đ ối với n g ư ờ i...................
1.4. M ột số phương pháp chiết, tách làm giàu clophenol
1.4.1. K ỹ th u ậ t sục kh í và bẫy lại (P nrge a n d trap) .......
1 4 2 . K ỹ th u ậ t sục k h ỉ tuần hoàn (C lo sed - loop strip p in g technique).
ì .4 3 . PiìKơììg p h á p ch iết ¡ỏng - ¡ỏ n g ........................................................
1.4.3.1. Phương pháp chiết lỏns - lỏnơ trực tiếp từ nước..................
1.4.3.2. Phương pháp chưng cất...............................................................
1.4.3.3. Phương pháp cất lỏng - lỏng lôi cuốn hơi nước ..................
1.4.4 . P hư ơng p h á p ch iết phơ rắn (chiết lỏng - rắn) ..........................
1.4.4.1. Nguyên tấc chung.........................................................................
1.4.4.2. Phương pháp sử dụng nhựa hấp phụ polystyren -
divinyl - benzen.............................................................................
1.4.4.3. Chiết pha rắn sử dụng đĩa C18....................................................
1.4.4.4. Chiết pha rắn sử dụng chất hấp phụ XAD - 2, XAD - 4 .....
1.4.4.5. Phương pháp vi chiết pha rắn ....................................................
1.5. Một số phương pháp xác định các clophenol trong n ư ớ c........
I 5.1 .X ác đ ịnh p h en o ỉ và dẫn x u ấ t bằng p hư ơ ng p h á p trắ c quang
1 5 2 . Phương p h á p sắ c k h í lỏng hiệu su ấ t cao (H P L C ) ..................
1 5 3 . Phương p h á p sắ c kỷ k h í ...............................................................
1.6. Giới thiệu phươns pháp sắc ký k h í ...................................................
ỉ 6. 1. N g u yên tắc hoạt động của th iết bị sắc ký k h í ..........................
1.6.1.1. Sơ đổ thiết bị..................................................................................
..1
..4
..4
...4
...4
..5
..5
...ố
...7
...7
..9
...9
.11
12
.12
.12
.14
14
14
15
1 6
16
16
17
18
20
20
20
21
22
23
2 3
23

3. 1.6.1.2. Nguyên tắc hoạt động............................................................................23
1 6 2 M ộ t s ố kh á i niệm và phư ơ ng trình c ơ bản củ a p hư ơ ng p h á p
sắ c kỷ k h í.......................................................................................................... 2 4
1.6.2.1. Tư liệu của quá trình sắc ký k h í......................................................... 24
1.6.2.2. Phương trình Van - Deemter................................................................25
1 ó 3 .K ỹ th u ậ t làm việc của hệ thống ký s ắ c ................................................. 2 6
1.6.3.1. Khí mang................................................................................................. 26
1.6.3.2. Cột tách .....................................................................................................26
1.6.3.3. Detector.....................................................................................................27
1 6 4 . Sắc kỷ kh í cột m ao q u ả n ............................................................................ 2 7
1.7. Xây dựng mô hình hóa thực n g h iệ m ........................................................ 28
1 7 2 . C họn m ức th í n g h iệ m ..................................................................................3 1
1 7 2 . L ập m a trận thực n g h iệ m .......................................................................... 3 2
1 7 3 . Phưcm g p h á p tính các hệ s ố hồi q u i...................................................... 3 3
ỉ 7 .4 . Đ á n h giá tính có nghĩa của hệ s ố hồi q u i ........................................... 3 3
1 7 5 . Đ á n h giá tính p h ù hợp của m ô hình thực n g h iệ m ............................ 3 4
1 7 6 . T ìm đ iều kiện thực n g h iệ m ....................................................................... 3 5
1.8. Đặt vấn đề nghiên c ứ u .................................................................................... 36
PHẨN II : THỰC NGHIỆM..................................................................... 37
2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết b ị ........................................................................37
2 1 . 1 . H óa c h ấ t....................................................................................................... . 3 7
2 . 1 2 . D ụ n g c ụ ........................................................................................................... 3 8
2 ã 3 . T h iết b ị ............................................................................................................ 3 8
2.2. Chuẩn bị dụng cụ và dung dịch c h u ẩ n ......................................................42
2 2 1 . C h u ẩ n bị dụng c ụ .........................................................................................42
2 2 2 . C huẩn bị dung dịch c h u ẩ n ........................................................................ 42
2.3. K hảo sát điều kiện để định tính và định lượng trên GC - ECD
và G C - M S ................................................................ ......................................... 43
2 3 1 . P h â n tích định tính và định hỉỢ ìĩg..........................................................43
2.3.1.1. Phân tích định tính................................................................................. 43
2.3.1.2. Phãn tích định lượng..............................................................................43
2 3 2 . Đ iều kiện làm việc của hệ sắc kỷ kh í với cletector E C D
trong q u á trình p h â n tích các c lo p h e n o ỉ.............................................. 44
2 3 3 . Đ iều kiện làm việc của hệ G C - M S trong qu á trình
p h â n tích các c lo p h e n o l.............................................................................45
2.4. Pha dãy chuẩn và lập đường ch u ẩn ............................................................47
2 4 1 . P h â n tích trên th iết bị G C - E C D .......................................................... 4 7

4. 2 4 2 . P h á n tích trên thiết bị G C - M S ............................................................. 48
2.5. Quá trình thực nghiệm ...................................................................................... 49
2 5 J . C họn m ức th í n g h iệ m ................................................................................. 49
2.5.1.1. Chọn mức thí nghiệm.............................................................................49
2.5.1.2. Lập bảng tiến hành thực nghiệm.........................................................49
2 5 2 . K h ả o sát hiệu su ấ t thu hồi p h ụ thuộc vào p H m ẫ u ................... 5 0
2 5 3 . K h ả o sát hiệu su ấ t thu hồi p h ụ th u ộ c vào nồng độ .................. 51
2 5 4 . K h ả o sát hiệu su ấ t thu hồi sau khi đ ã x ấ c đ ịn h đư ợ c các
đ iều kiện tối lũ i................................................................................................5 2
2 5 5 . Xây dựng quy trình xử lý m ẫu................................................................. 52
2 5 ổ .Á p dụng p hản tích m ộ t s ố m ẫu thực t ế ..................................................5 4
PHẦN III : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN...................................................55
3.1. Kết quả thí nghiệm khảo sát hiệu suất thu hồi phụ thuộc
vào pH m ẫ u ..........................................................................................................55
3.2. Kết quả khảo sát hiệu suất thu hồi phụ thuộc vào nồng độ
các cấu tử trong m ẫ u ........................................................................................56
3.3. Kết quá tính toán quy hoạch hóa thực nghiệm .......................................57
3 3 J . K ết q u à các th í nghiệm ..............................................................................5 7
3 3 2 .Xử /ý’sô'liêu và đánh eiá.................. ..... ....... J>8
3.3.2.1. Tính toán các kết quả thu được........................................................... 58
3.3.2.2. Đánh giá tính có ý nghĩa của các hệ số hổi q u y ........................... 58
3.3.2.3. Đánh giá sự phù hợp của mô hình thực nghiệm..............................58
3.3.2.4. Tim điều kiện tối ưu cho thí nghiệm ................................................. 59
3.4. Kết quả khảo sát hiệu suất thu hồi sau khi có các điều kiện
tối u n .......................................................................................................................59
3.5. Áp dụng phân tích một số mẫu thực t ế ..................................................... 61
PHẨN IV : KẾT LUẬN............................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................... 63
PHẦN PHỤ LỤC........................................................................................... 68
/77

5. M Ở Đ Ầ U
Nước là loại tài nguyên phổ biến nhất trên trái đất. Nước tạo nên các đại
dương, biển, sông, hồ và che phủ khoảng 71 % diện tích bề mặt trái đất (361
triệu km3). Trữ lượng nước được ước tính khoảng 1,5 tỷ km3, trong đó nước
ngọt chỉ chiếm 28,25 triệu km3 (1,88 % thủy quyển) và lượng nước có thể sử
dụng được chỉ chiếm 4,2 triệu knr (0,28 % thủy quyển). Nước đổng nghĩa với
sự sống. Nó là thành phần chính của các vật thể sống. Ớ động vật cao cấp
nước chiếm từ 60 - 70 % trọng lượng cơ thể, còn trong một số loài sinh vật
biển thì lượng nước lên tới 90 %. Nước tham gia vào thành phần sinh quyển và
điều hòa các vếu tố của khí hậu, đất đai, sinh vật ... thông qua chu trình vận
động của nó. Đối với con người, nước không chỉ là thành phần quan trọnơ của
cơ thể mà còn rất cần thiết cho việc thỏa mãn những nhu cầu đa dạng của con
nơười trons sinh hoạt, rưới tiêu cho nông nghiệp, dùng cho sản xuất công
nghiệp, tạo ra điện năng và các danh thắng ...
Cùrm vói sụ phái triển của văn minh nhàn loại, nhu cầu về nước ngày
càng lón. Hiện tại, toàn bộ lượng nước sử dụng trong sinh hoạt, công nghiệp
và nôns nehiệp lên tới 250 m3/người/năm. Lượng nước công nghiệp, nông
nghiệp và sinh hoạt thải ra ngày càng lớn, gây ô nhiễm đáng kể đến nguồn
nước và môi trường. Nước thải đưa vào nước bề mặt các loại hóa chất khác
nhau, từ trạng thái tan hoặc huyền phù, nhũ tương đến các loại vi khuẩn. Mcặt
khác, khi thải vào nước, do tương tác hóa học của các chất mà tạo nên các chất
mới khác nsăn cản quá trình làm sạch nước và ảnh hưởng đến sự sống của các
sinh vật tron2 nước.
Quá trinh đô thị hóa, công nghiệp hóa và nông nghiệp thâm canh càng
phát triển thì tình trạng ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngẩm đã xuất hiên ở
nhiều nước, nhiều nơi và ngày càng trở nên nghiêm trọng. Sự ô nhiễm nước
không chỉ đon thuần là do vi sinh vật và các chất hữu cơ dỗ phân hủy, mà còn
I

6. do nhiều chất hữu cơ khác, chất vô cơ độc hại, các loại hóa chất, các sản phẩm
dầu, các chất tẩy rửa, các chất phónơ xạ ... Đó là các chất độc hại, gây nguy
hiểm cho sức khỏe của con người và mọi sinh vật. Do đó, việc cung cấp nước
cho các nhu cầu của con người ngày càng trở nên khó khăn và phức tạp. Trên
giác độ môi trường, phenol và các dẫn xuất của phenol được xếp vào loại chất
gây ô nhiễm. Đây là Iihóm chất tương đối bến trong môi trường, có khả năng
tích lũy trong cơ thể sinh vật và có khả năng gãy nhiễm độc cấp tính, mãn tính
cho con người. Khi xâm nhập vào cơ thể, các phenol nói chung và clophenol
nói riêns; sây ra nhiều tổn thương cho các cơ quan và hệ thống khác nhau
nhưns chủ yếu là tác động lên hộ thần kinh, gan, thận, hệ thống tim mạch và
máu. Do vậy, việc nghiên cứu, xác đinh sự có mặt của phenol, clophenol và
các dẫn xuất của khác của nó để tìm ra biện pháp loại bỏ chúng là điều quan
trọns và đặc biệt cần thiết. Việc phân tích xác định mức độ ô nhiễm môi
trường do phenol và các clophenol gây ra đã được nhiêù phòng thí nghiệm
trên thế siới quan tám nghiên cứu. Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ (US -
EPA) và cộns đổng châu Âu đã có những qui định chung cho qui trình chuẩn
phán tích đối tượng này. Các phương pháp phân tích xác định phenol và các
clophenolthònơ thường gồm hai giai đoạn :
1 . Sử dụns các kĩ thuật để chiết tách và làm giầu như : chiết lỏng - lỏng
trực tiếp từ nước bằng dietylete hoặc diclometan; cất lôi cuốn hơi
nước: kĩ thuật sục khí và bẫy lại; kĩ thuật sục khí tuần hoàn; chiết pha
rắn với các chất hấp phụ XAD - 2, XAD - 4, C6, Cg, C18 - Silica.
2 . Sử dụng các phương pháp để định tính và định lượng như : sắc ký lỏng
hiệu năng cao với detector quang (ƯV) và huỳnh quang (RF); sắc ký
khí với đetector ion hoá ngọn lửa (FID), Bắt giữ điện tử (ECD) và
khối phổ (MS); phăn tích dònơ chảy (FIA); trắc quang.
Trons khuôn khổ luận văn này, chúng tôi muốn nghiên cứu, xây dựng
một quv trình để xác định các clophenol trong nước bao gồm các bước sau :
nghiên cứu sử dụnơ kỹ thuật chiết pha rắn để tách và làm giàu các clophenol

7. trons nước và ứng dụng kỹ thuật sắc ký khí cột mao quản với detector ECD và
MS để định lượng chúng, đồng thời áp dụng để phân tích một số mẫu thực tế
tại một vài khu vực thuộc địa bàn Hà Nội. Tuy nhiên, do điều kiện hạn chế
của phòng thí nghiệm cứu nên chúng tôi chỉ tiến hành nghiên cứu với 8
clophenol bao gồm : 2 - clophenol ; 2,4 - diclophenol ; 2,6 - diclophenol ;
2,4,6 - triclophenol ; 2,4,5 - triclophenol ; 3,4 - diclophenol ; 2,3,4,6 -
tetraclophenol ; pentaclophenol.

8. P H Ầ N I : T Ổ N G Q U A N
1.1. G iới th iệ u v ể c á c d ẫ n x u â t c ó c ỉo c ủ a p h e n o l
1.1.1. Khái niệm
Phenol là một dãy các hợp chất hóa học, châ't đại diện đầu tiên là
hydroxybenzen được Runge tìm thấy năm 1943 khi chưng cất phân đoạn nhựa
than đá. Vì mang tính axit nên họp chất này còn được gọi tên là axit cacbolic
hoặc axit phelic, và về sau để thể hiện nó với ancol, người ta gọi nó là "phen -
o r [1 ].
Các clophenol là các hợp chất hữu cơ được tạo thành bàng cách thav thế
một nhay nhiều neuyên tử hidro trong vòng thơm của phân tử phenol bằng các
nsuyèn tử clo.
^ *
Còns thức tổns quát là : C6H5„nCln-OH với n = 1 - 5.
Cấu trúc nóa học chung của các clophenol như sau :
OH
X
Với X = 1 - 5 nguyên tử clo [10].
Các clophenol lập thành một dãy 19 chất gồm các mono di tri
tetra-. và một pentaclophenol.
1.1.2. Tính chất vật lý hóa học của các clophenol
ỏ nhiệt độ phòng, hầu hết các các clophenol ở trạng thái rắn có cấu trúc
rinh thè nsoại trừ o - clophenol (2 - monoclophenol). ơ nồng độ lớn, các chất
nàv có mùi khá manh.
4

9. Độ tan trong nước của các clophenol rất nhỏ, thay đổi từ 2,1 . 10 1
mol/lít với o - clophenol cho tới 7,9 . 10 “ mol/lít với 2.3,4,6 - tetraclophenol,
nhung chúng dễ cỉàns tan trong một số dung mỏi hữu CO' như metanol, ete,
diclometan... [1 1 ]
Các clophenol trong dung dịch nước có tính axit. Tính chất này tăng lên
khi số lượns clo thế trong vòng tăng lên. Do có tính axit nên trong môi trường
kiềm, các clophenol tạo thành các muối tương ứng tan tốt hon các clophenol
ban đầu.
Bảng 1 : Danh mục một sô clophenol
TT Tên hụp chất Ký hiệu Khối lượng
khí
Nhiệt độ sỏi
°c (760
mnHịỉ)
Nhiệt độ
nóng chảy °c
(760 mnHg)
l 2 - đophenol 2 - CP 128,56 174,9 9
2 2,4 - diclophenol 2.4 - DCP 163,00 210,0 45
2,6 - điđophenol 2.6 - DCP 163,00 219,0 68 - 69
- 2,4.6 - iriclophenol 2.4.6 - T,CP 197,45 246,0 69,5
5 2,4.5 - iriclophenol 2.4.5 - TjCP 197,45 thăn« hoa 68 - 70
6 3,4 - diclophenol 3.4 - DCP 163,56 253,5 68
2 ,3 .-.6 - tetraclophenol 2,?,4,6 - T4CP 231,89 15015 70
s penuclophenol PCP 266,34 309 - 310 190- 191
1 .2. N g u ổ n th ả i c á c c l o p h e n o l v à o m ô i t r ư ờ n g
1.2.1. Nguổn tự nhiên
Một số clophenol được phát hiện tronR mòi trườn2 có nguồn gốc từ các
loại nhựa cây. nhựa than đá và trons một số loài sinh vạt. Trong nhựa cây, các
sán phẩm phenol là kết quả của quá trình phân huỳ các hợp chất thiên nhiên

10. có cấu trúc khác nhau bằng con đường vi sinh vật. Trong than đá loại antraxit,
hàm lượng các phenol có thể lên tới 0,001 % [12]. Trong một số loài sinh vật,
2.4 - điclophenol được phát hiện trong nấm penicilium, 2,6 - diclophenol đóng
vai trò như một phenornon của một số loài phát ra [13].Lượng lớn các họp
chấtclophenol được phát hiện trong môi trường có nguồn gốc tựnhiên, tuy
nhiên chúns không đáng kể so với tổng lượng clophenol.
1.2.2. Nguốn nhân tạo
Vào thập kỷ 70, sản lượng hàng năm của clophenol trên toàn thế giới
ước tính k h o ả n g 200 nghìn tấn, và chủ yếu là 2,4 - dioclophenol và 2,3,4,6 -
tetraclophenol. Các nước sàn xuất clophenol chủ yếu là Mỹ, Nhật, Anh, Thụy
Điển. Đến cuối thập kỷ 70. khi các nghiên cứu về độc tính của clophenol khá
đầy đủ thì một sô nước phát triển đã để ra quy định về việc hạn chế sử dụns
loại hợp chất này và do đó sản lượng có giảm rõ rệt [14].
Tron2 công nghiệp, các clophenol được tổng họp theo hai con đường :
(1) Clo hóa trực tiếp phenol để tạo ra các clophenol hoặc polyclophenol
r] 1rV
'Vì r ư A
k m õ t v /i/1
' t A/-» fX T
-tU •Af AA
u u u i ò u w II H i t C u « A V I V x u v V Cl V '111n v t u V U C IVJ.
(2) Thủy phán các clobenzen trons dung môi metanol, etylenơlycol hoặc
một số duns môi khác.
Các chất được sàn xuất theo con đường thứ nhất là : 2 - MCP ; 4 -MCP ;
2.4 - DCP : 2.6 - DCP ; 2.4,6 - T,CP ; 2,3,4,6 - T4CP ; PCP. Quá trình clo hóa
khòna định lượng thu được một nhóm các clophenol khác nhau. Theo con
đườns thứ hai. người ta sản xuất được 2,5 - DCP ; 3,4 - DCP ; 2,4,5 - T3CP ;
23.4.5 - T.CP; 2,3,5,6 - T4CP và PCP. Cả hai con đường này đều cho những
chất 2à ổ nhiễm khác nhau có hai cho sức khỏe, nhất là khi các điều kiện
thuận lợi của phản ứng không được duy trì [10 ].
6

11. 1.2.3. ứng dụng của các clophenol
Ngay từ đầu thập kỷ 30, các clophenol đã được tổng hợp trong công
nghiệp để sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Trong công nghiệp sản xuất
thuốc báo vệ thực vật, diclophenol và triclophenol được sử dụng để sản xuất
các chất diệt cỏ nhóm phenoxi như 2,4 - D : 2,3,5 - T. Các tetraclophenol và
triclophenol được dùng làm thuốc diệt khuẩn, diệt tảo, động vật thân mềm,
diệt nấm mốc và tẩy uế, khử trùng. Pentaclophenol và các tetraclophenol được
sử dụns để tẩm tre, gỗ nhằm chống mối mọt và chống mốc. Ngoài ra, các
clophenol còn được sử dụng trong công nghiệp da, giầy, vải, sợi và làm chất
trung gian trong quá trình sản xuất thuốc nhuộm, thuốc chữa bệnh [14].
1.2.4. Thải loại vào mỏi trường
Các clophenol thái loại vào môi trường theo nhiều con đường khác
nhau: từ quá trình sản xuất công nghiệp, các hoạt động sản xuất nông nghiệp
đến sự chuyển hóa các chất trong tự nhiên. Nguồn thải các clophenol vào môi
trường chú yếu là các lĩnh vực : công nghiệp sản xuất các chất cao phân tử,
công nghiộp-nhuệrr. vải, giẨy da, khai thác và e!'iế biến than, ehế-biếiĩ -ịể, -sản
xuất giấy... Mặt khác, hoạt động sản xuất nông nghiệp cũng thải các
clophenol vào môi trường do sử dụng các loại thuốc bào vệ thực vật, đặc biệt
là các loại thuốc diệt cỏ Các loại thuốc diệt cỏ 2,4 - D và 2,3,5 - T trong môi
trường sẽ bị phân hủy như sau [2] :
2,4 - D 2,4 - diclopỉienoỉ
7

12. o - CH2 - COOH OH
o
C1
Cl
Thủv phân
o
Cl
C
1
C1 ' ^ C1
2.3,5 - T 2,3,5 - triclophenoỉ
Hình 1 : Sự phân huy thuốc diệt cỏ loại 2,4 - 1) và 2,3,5 - T
Nsoài ra các clophenol còn được hình thành trong tự nhiên do quá trình
phân hủy vi sinh các hợp chất hữu cơ, đặc biệt trong than đá, than bùn và
trons nhựa cây. Các clophenol trong môi trường có nguồn gốc từ thuốc bảo vệ
thực vật (TBVTV) có thể được chuvển hóa theo quá trình mô tà trong sơ đồ
sau :
Bay hơi Ánh sáng mặt
Hình 2 : So đổ chuyên hóa thuốc bảo vệ thực vật trong môi trường [15]
s

13. 1.3. Đ ộ c h ạ i c ủ a c l o p h e n o l đ ố i với n g ư ờ i v à đ ộ n g v ậ t
Nghiên cứu về độc tính của clophenol đối với người và động vật cho
thấy các họp chất này có ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường ngay cả khi
nồng độ của chúng rất thấp chỉ khoảng ppm. Theo us - EPA (Cơ quan Bảo vệ
Môi trường Mỹ), vấn đề ô nhiễm do các phenol và clophenol phải được quan
tâm hàns đầu [1 1 ].
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN - 5942 - 95 (1995), tổng hàm lượng
các loại phenol trong nước bề mặt không được vượt quá 0,02 mg/1 [8]. Bảng 2
cho biết giá trị giới hạn cho phép của TCVN đối với tổng hàm lượng các
phenol trons nước bề mặt.
Bảng 2 : Tổng hàm lượng các phenol trong một sô loại nước theo
TCVN 5942 - 95 (1995)
TT
r
Loại nguồn nước Tổng các phenol (mg/l)
1 Nước bề măt 0,01
9 A 0,001
n r>
±5 r
Chú thích : Cột A áp dụng đối với nước mặt có thể dùng làm nguồn
cấp nước sinh hoạt (nhưng phải qua quá trình xử lý theo quy định). Cột B áp
dụns đối với nước mặt dùng cho các mục đích khác (nước dùng cho nông
nghiệp và nuôi trổng thủy sàn có quy định riêng).
1.3.1. Độc hại của clophenol đối với động thực vật
Các clophenol có số nguyên từ clo khác nhau có mức độc hại khác nhau
đối với các loài độns thực vật. Nhiều thí nghiệm đã chỉ ra lằng độ độc hại của
clophenol đối với các loài sinh vật tăng theo mức độ clo hóa vòng thơm và độc
tính của chúns cũng thay đổi rõ rệt theo pH của môi trường, ở pH thấp, các
clophenol duv trì ở dạng phân tử và dễ dàng đi qua màng tế bào. Khi pH tăng,
độc tính cùa các clophenol giảm rõ rệt, ảnh hưởng này đặc biệt quan trọng khi
9

14. số lượns các nguyên tử clo có mặt trong vòng khác nhau vì liên quan đến pKa
của chất đó.
Độc tính của clopenol thay đổi phụ thuộc vào số lượng nguyên tử clo có
mặt trons vòng thơm. Các clophenol có ít nguyên tử clo gây ra những rối loạn,
còn các clophenol có nhiều nguyên tử clo sẽ ảnh hưởng tới quá trình phốt phát
hóa tronơ cơ thể sinh vật [10].
Đối với hệ thủy động vật, các clophenol nói riêng và phenol nói chung
có tác độns hủy diệt nghiêm trọng. Chúng có thể khiến cho loài này mất
phương hướng trong chuyển động, làm mất phản xạ trong điểu chỉnh cân bẳng
cơ thể, làm mất tính năng bơi trong nước, ngìmg hô hấp và chiínơ sẽ chết [17].
Hình 3 : Biểu hiện tác động cùa các clophenol nói riêng và của phenol nói
chung đôi vói quần thể sinh học.
Farquaharson và các cộng sự đã nghiên cứu những ảnh hưởng của
clophenol lẽn chuột cho thấy khi tiêm 2,6 - DCP và 2,4,6 - TjCP làm chuột bị
rối loạn như run rẩy, mất phản xạ tự nhiên, thậm chí bị rối loạn trầm trọng với
2,3.6 - T?CP kèm theo thay đổi nhiệt độ cơ thể. Khi tiêm T4CP và PCP thì dẫn
đến tình trạns ngạt thở hoặc chết sau thời gian ngắn do thiếu oxi. Khi tiêm
pentaclophenol với hàm lượng 10 đến 20 pprn cho thấy 90 % chất độc được
thải ra khỏi cơ thể chuột, còn lại chủ yếu được tích lũy trong thận, gan và
máu. Thận bj tổn thương sau khoảns thời gian tìr 20 đến 40 giờ, gan bị tổn
thưons sau 3 đến 5 ngày [16].
1
0

15. Nshiên cứu đã chỉ ra rằng hầu như các mono-,di-, triclophenol có độc
tính vừa phải, LD?0 khoảng 230 - 4 000 mg/kg trọng lượng. Các clophenol có
ít nguyên tử clo có độc tính gần giống phenol. Còn với T,CP và PCP thì độc
tính mạnh hơn, cụ thể LD50 là 100 - 400 mg/kg trọng lượng [10,18].
1.3.2. Sự độc hại của clophenol đối vỏi người
Các clophenol có mùi rất đặc trưng và có độc tính mạnh. Chúng có khả
năng làm ngưng tụ protein và làm bỏng nặng trên da. Biểu hiện của triệu
chứng nhiễm độc các clophenol là : chóng mặt, nôn mửa, rối loạn tim mạch, tè
liệt cử động, hôn mê, nước tiểu trở nên xanh nhợt hoặc có màu tro, nhiệt độ cơ
thê thay đổi ; đặc biệt T4CP và PCP làm da xanh xám lại, co thắt một thời gian
ngắn trước khi chết.
Hình 4 : Hiểu hiện tác động của các clophenol và phenol đối vói cơ
thể con người [18 ị

16. Liều lượng gây chết trung bình đối với COI1 người là khoáng 29 mg/k.ơ
trọng lượng cơ thể (khoảng 15 g)[18]. Tuy nhiên, cũng có các nhà nghiên cứu
cho rằng chỉ 1 g cũng đủ gây chết người.
1.4. M ột s ô p h ư ơ n g p h á p c h iế t, t á c h là m g ià u c l o p h e n o l
1.4.1. Kỹ thuật sục khí và bẫy lại (Purge and trap) [19]
KMmgr Ị • o • n
B
Ẩ
y liíT
pphu
ẲÌ
Bảy Innỉi
>r
C h
. o m u
cc
Hình 5 : Thiết bị sục khí và bẫy lại
Với kỹ thuật này, các chất hĩai cơ được chuyển từ pha lòns lên pha hơi
do khí sục qua mẫu dưới áp suất khí quyển. Hơi chất hữu cơ được cuốn theo
dòng khí đi tới b'áy hấp phụ và bị giữ lại tại đây. Sau khi quá trình sục khí và
hấp phụ hoàn thành, bẫy được gia nhiệt nhanh tới khoáng 180 sử dụng
dòng khí có tốc độ 20 - 60 ml/phút trong thời gian 4 phút để đấv các chất hữu
cơ hấp phụ trên bầy vào cột sác ký (có thể sử dụng thêm bẫy lạnh đê cô đặc
mầu trước khi đưa vào cột sắc ký). Giới hạn phát hiện của phương pháp phụ
thuộc vào hiệu suất của quá trình tách chất bằng kỹ thuật sục khí bảy lại và độ
nhạy của thiết bị phân tích sắc ký.
1.4.2. Kỹ thuật sục khí tuần hoàn (Closed - loop stripping
technique)[19]
Kỹ thuật sục khí tuần hoàn được giáo sư Grob giới thiệu lần đầu tiên
vào năm 1973 để xác định các chất hữu cơ dễ bay hơi trong nước, về bản
chất, phương pháp này có nguyên tắc giống như phương pháp sục khí và bẫy
lai.
1
2

17. 1. Bơm tuần hoàn
2. Đầu phân tán khí
3. Bình mẫu
4. Bình điều nhiệt
5. Bẫy than hoạt tính
6. Lò nhiêt
3
Ồ7
Hình 6 : Thiết bị sục khí tuần hoàn CLSA
Với kỹ thuật này, dòng khí đi qua bơm tới bình mẫu và được phân tán
vào nước dưới dạng bọt. Một phần hơi chất hĩru cơ được cuốn theo dòng khí ra
khỏi bình mẫu đi tới bẫy hấp phụ làm bằng than hoạt tính và bị giữ lại tại đây.
Dòns khí sau khi qua bẫy than lại được tuần hoàn qua bơm và sục vào mẫu
nước. Quá trình này đươc lặp đi lặp lại từ 2 đến 4 giờ.
Sau khi quá trình sục khí tuần hoàn và hấp phụ hoàn thành, bẫy than
được lấv ra. Các chất hữu cơ hấp phụ trên bẫy than được rửa siải bằng một
lượn2 rất nhỏ dung môi khoảng 20 jL
il. Dung môi rửa giải thông thường là CS7.
Ngoài ra, quá trình giải hấp còn có thể được thực hiện theo phươna pháp nhiệt.
Mẫu rửa ơiái ra sẽ được cho đi qua thiết bị sắc ký để định tính và định lượng
Đây là một phương pháp rất có hiệu quả để phân tích các họp chất dễ bay
hơi trong nước, đặc biệt là khi phân tích các họp chất có hàm lượng rất nhỏ
trong nước, vì nó có khả năng làm giàu lớn. Nếu hiệu suất thu hồi của cả quá
trình là 10% thì hệ số làm giàu sẽ là 5 000 lẩn, còn nếu hiệu suất thu hổi là
50% thì hệ số làm giàu sẽ là 25 000 lần. đối với các họp chất kém bay hơi (họ
phenol). phương pháp này cho hiệu suất thu hổi thấp khoảng 1 % vì khả năng
chuyển lên pha hơi của chúng là kém hơn và cùng với nó ta phải tăng nhiệt độ
của quá trình sục khí và hấp phụ nên giảm khả năng hấp phụ của bẫy than.
Giới hạn phát hiện của phương pháp này khoảng 0,1 - 100 ns/l khi xác định
[20 ],
13

18. các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, còn với họ phenol độ nhạy phát hiện khoảng
us/1.
*O'
1.4.3. Phương pháp chiết lỏng - lỏng
1 .4 .3 .1 . P h ư ơ n g p h á p c h iế t lỏ n g - lỏ n g trực tiếp từ n ư ớ c
Theo quy trình chuẩn của Cơ quan bảo vệ Môi trường Mỹ (EPA) số 604
và 625, phenol và các dẫn xuất của chúng trong nước ngầm hoặc nước thải
được làm giàu bằng phương pháp chiết lỏng - lỏng trực tiếp với dung môi
diclometan. Sau đó, các hợp chất được định tính và định lượng bằng kỹ thuật
sắc ký khí với detector ion hóa ngọn lửa (FID) hoặc detector khối phổ (MS),
hoặc bằng kỹ thuật sắc ký lỏng hiệu suất cao (HPLC) với đetector u v hoặc
huỳnh quang. Phương pháp này sử dụng chất nội chuẩn 2,4,6 - triclophenol -
nC6 với GC và 2,4 - dibromphenol với HPLC. Các phenolic đều được dẫn xuất
hóa dưới tác nhân anhidrit axetic thành dạng phenolaxetat. Độ thu hồi của
phương pháp từ 40 -89% và giới hạn phát hiện từ 1 - 10 ng/1 [9, 21].
Theo ISO - 8165 - 1, các phenol có thể được chiết trực tiếp từ pha nước
(không qua lọc) bằng cỉietylete, cô cạn, làm giàu và xử lý sạch qua cột
silicagel. Sau đó, chúng được định tính và định lượng bằng sắc ký khí với
detector FID hoặc FPD [22].
1.4.3.2. Phương pháp chưng cất
Phương pháp chưng cất là phương pháp nhanh, đơn giản, tốn ít dung
môi và có thể áp dụng phân tích đối với mẫu nước thải công nshiệp nhiều tạp
chất.
Theo phương pháp chimg cất, mẫu nước được điểu chỉnh tói pH = 1,5
thêm 25% NaCl, và tiến hành chưng cất trực tiếp, hứng phần ngưng, tiêm 1 ml
vào máy sắc ký lỏng hiệu suất cao HPLC. Khi nghiên cứu phương pháp này
với 5 clophenol cho thấy độ thu hổi từ 91,9 - 97,3%, độ lặp lại cao, và giới
hạn phát hiện từ 7 - 1 6 Ị.ig/1 [23].
1
4

19. Phương pháp chưng cất kết họp với kỹ thuật nội chuẩn và dẫn xuất hoá
các phenolic đã được áp dụng để phân tích mẫu nước thải [24]. Với phương
pháp này, mẫu nước đã được axit hoá tới pH ~1, được thêm chất nội chuẩn ỉà
2,6 - dibromphenol, thèm dung môi và dung dịch NaCl bão hoà, rồi đem
chưng cất thu pha hữu cơ giàu chất phân tích. Sau đó chuyển chất phân tích
vào pha hữu cơ khác phù họp, tiến hành dẫn xuất hoá các phenolic bằng
pentafluorobenzylbromua ỉ % trong axeton, rồi làm sạch mẫu bằng cách cho
qua cột florisil và làm khô bằng Na2C 0 4 khan, cô dung môi, tiến hành phân
tích sắc ký khí với detector ECD. Độ thu hổi của phương pháp từ 75,94 -
89,69% ở nổns độ 0.01 - 1 mg/1 với DCP và 0,001 - 0,1 mg/1 với các
clophenol có số clo nhiều hon.
1.4.3.3. Phương pháp cất lỏng - lỏng lôi cuốn hơi nước [3]
Cất lòng - lỏng lỏi cuốn hơi nước là một trong những phương pháp phân
lập và tinh chế các họp chất hữu cơ đạt hiệu quả cao. Phương pháp này sử
dụng để tinh chế. làm 2 Ìầu các chất không tan và ít tan trong nước.
-3
8‘è>
2
P
1. Bình cấp hơi nước 2 lít
2. Phễu rót nước cất
3. Phễu rót mẫu
4. Bình cầu đựnơ mẫu 250ml
Xio !
-1;;__, i
ỈH v
5. Sinh hàn
6. Bình hứng chất
7. Phễu xả
8. Khóa KI
9. Khóa K2
10 Khóa K3
Hình 7 : Cấu tạo máy cất đạm vi lượng Parnas - Wagner sứ dụng
để cất lỏng - lỏng lôi cuốn hơi nước

20. Qui trình cất lỏng - lỏng lôi cuốn hơi nước được tiến hành Iihư sau : Lấy
chính xác 100 ml nước đã được xử lý sơ bộ vào bình đựng nước 250 ml, axit
hóa bằng 2 ml axit H2S04 đặc tinh khiết. Đưa mẫu vào bình 4 của bộ chiết cất
lôi cuốn hơi nước. Dùng dung môi dietylete tráng bình định mức và đổ vào
bình 4, rồi tiến hành chiết, chưng cất. Phần cất được cô đuổi dung môi bằng
dòng khí N2 cho đến khi khô, rồi thêm chính xác 100 Ị.il dung môi dietylete.
Tiêm lul dung dịch này vào máy sắc ký khí với detector ECD để định tính và
định lượng chúng. Độ thu hổi của phương pháp này lớn hơn 70%, với độ lặp
lại cao và độ nhạy khoảng |ig/I.
1.4.4. Phương pháp chiết pha rắn (chiết lỏng - rắn)
1.4.4.1. N guyên tắc chung
Trons phươns pháp chiết pha rắn, các chất hấp phụ rắn, có diện tích bề
mật riêns lớn dược sử dụng để chiết, tách và làm giầu các hợp chất hữu cơ từ
pha nước. Theo phương pháp này, mẫu nước được điêu chỉnh tới pH thích họp,
được xử lý sơ bộ rổị được dội qua cột (cột được Iihồi chất hấp phụ rắn). Do ái
lực mạnh với pha tĩnh nên các chất hữu cơ bị giữ lại trên cột, và sau đó dùng
duns mói hữu cơ thích hợp để rửa giải thu chất phân tích.
Các chất hấp phụ rắn được sử dụng cho chiết pha rắn bao gồm : các
polyme. polvme đổng trùng hợp styren - divinylbenzen, polyme acryliceste,
tenax - GC. các pha liên kết C18, C8, C6, - Silica ... và thường được bán trên thị
trường dưới dạng hạt, cột nhồi rắn, dạng phim, dạng đĩa hay dạng màng.
Phương pháp chiết pha rắn thường được áp dụng đối với các chất khó
bay hơi. các chất khỏng chiết được bằng phương pháp chiết lỏng - lỏng.
1.4.4.2. Phương pháp sử dụng nhựa hấp phụ polystyren-divinyl-benzen
Theo phương pháp này, nhựa được ép dưới dạng đĩa, và áp dụng cho
phân tích các phenol trong nước. Trước khi sử dụng, dĩa được chuẩn bị kỹ
lirỡnơ băns cách naâm trong axeton, trong metanol và cuối cùng rửa bằng
16

21. nước cất có điều chỉnh pH tương đương với pH của mẫu. Mẫu nước được điều
chỉnh tới pH ~2, rồi được lọc qua đĩa, sau đó chất phân tích được rửa giải bằng
metanol. Cùng với kỹ thuẠt dẫn xuất hóa, nội chuẩn và làm sạch trên florisii,
khan hóa trên Na2S04, đã chứng tỏ chiết bằng đĩa styren - divinylbenzen là
phương pháp nhanh để phân tích các clophenol trong nước ngầm và nước bề
mặt. Độ thu hồi của phương pháp khá cao, từ 74,14 - 97,92%. Tuy nhiên,
trước khi lọc qua đĩa, mẫu cần được lọc để loại các hạt rắn [24].
Cheung Julie và cộng sự cũng đã nghiên cứu chiết pha rắn (SPE) sử
dụns; chất hấp phụ polystyren - divinylbenzen để tiến hành chiết hỗn hợp 8
phenol trons nước thải và tiến hành xử lý nước thải ở vùng Sydney. Kết quả
cho thấy nhựa không ion polystyren - divinylbenzen có khả nàng hấp phụ
mạnh hơn than hoạt tính. Sau đó, chất phân tích được định lượng trên thiết bị
GC - MS. Độ nhạy của phương pháp cỡ ppt [28].
1 .4.4.3. Chiết pha rắn sử dụng đĩa C 18
Đĩa Cl5 đã được sử dạng làm chất hấp phụ để xây dựng quy trình chuẩn
xác định các phenol trong nước. Theo quy trình này, mẫu đượẹ kiềm hóa và
thêm chất nội chuẩn 2,4,6 - triclophenol - l3C6, được axetat hóa thành
phenolaxetic với tác nhân anhidritaxetat, được đi qua đĩa Cg. Chất phân tích bị
giữ trên đĩa được rửa giải bằng axeton. Dịch chiết được cô cạn và được định
tính, định lượng trên thiết bị GC - MS. Độ thu hổi của phương pháp đạt 60 -
95%, với siới hạn phát hiện 5 - 20 ppt [25].
Nshiên cứu của s. Dupeyron và các cộng sự cho thấy pentaclopenol
trons nước uốns hoặc nước thải công nghiệp được điểu chỉnh tới pH ~ 2,6,
bơm qua đĩa C18. được rửa giải bằng hỗn hợp axetonitril + nước + axit axetic,
được định lượng bằng HPLC với detector quang (ƯV) và huỳnh quang (RF).
Độ nhạy của phương pháp ~ 0,1 Ị.ig/1. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi thêm
NaCl vào mảu nước làm tăng độ phân cực của nước và do đó sẽ nâng cao được
độ thu hồi của pentaclophenol lên từ 87 - 90% [23,38],
1
7

22. Theo Goncharov v .v . và các cộng sự, lượng lớn mẫu nước được bơm
qua đĩa C 1
Sđể làm giàu tnrớc mỗi phép phAn tích. Các nhà nghiên cứu đã sử
dụng kỹ thuật sắc ký khí kết hợp với khối phổ (GC - MS) để phân tích. Giới
hạn phát hiện của phương pháp này là 1 - 10 ng/1 [26],
ĐTa C18 cũng đã được Bao M.L. và các cộng sự sử dụng để chiết và làm
giàu các phenol và dẫn xuất của phenol trong nước. Theo nghiên cứu này, mẫu
được axetyl hóa trực tiếp bằng anhydritaxetic thành các phenolaxetat, rồi được
chiết bằng đĩa c ,8 và được định lượng bằng phương pháp sắc ký khí sử dụng
detector khối phổ. Phương pháp này có độ chính xác và độ nhcỊy cao được
dùng để phàn tích các họp chất của phenol bao gồm : phenol, ankyl phenol,
phenol đã halogen hóa, nitrophenol trong nước máy, trong đất và các mẫu
nước sôna. Độ thu hổi của phương pháp lớn hon 80% và độ nhạy từ 2 - 5 0 ng/1
[35].
Jitka Frebortava, Vera Tatarkovieova đã phân tích 7 clophenol trong
nước nồng thuộc danh mục các chất gây ô nhiễm môi trường lâu dài do EPA
đưa ra : 2 - clopenol (2 - CP) ; 4 - clo - 3 - metylphenol (4,3 - CMP) ; 2,6 -
uiciơpỉiciiul (2.-6 - DC?) ; 2,4 - diciupncTioi (2,4 - DCF) ; 2,4,5 - iricỉopenoi
(2,4,5 - TCP) : 2,4,6 - triclophenol (2,4,6 -TCP) ; pentaclophenol (PCP). Các
tác giả đã nshièn cứu chiết pha rắn sử dụng pha liên kết C6, C8,C|8 - Silica để
xem xét sự phụ thuộc của độ thu hồi vào thể tích dung môi rửa giải, pH mẫu
và thể tích mẫu để tìm chất hấp phụ tối ưu. Kết quả cho thấy Cjg- Silica là chất
hấp phụ đạt hiệu quả cao nhất trong số các chất được khảo sát [27],
1.4.4.4. Chiết pha rắn sử dụng chất hấp phụ XAD - 2, XAD - 4
Chất hấp phụ XAD - 2 còn gọi là nhựa XAD - 2, được sử dụng rộng rãi
trong phương pháp chiết lỏng rắn. XAD - 2 có dạng hạt nhỏ, đường kính ~
0,25 - 0?5 mm mầu trắng, có dung lượng hấp phụ lớn do diện tích bề mặt lên
tới 300 m2/g. Theo phương pháp chiết này, mẫu được xử lý sơ bộ, được điểu
chỉnh tới pH ~ 2, rồi được dội qua cột XAD - 2 để tách và làm giàu các
1
8

23. clophenol. Sau đó, chất phán tích được rửa giải bằng dietylete hoặc etylaxetat
đến khi thu hết, rồi đem cô cạn và định lượng trên GC - ECD hoặc GC - MS.
Độ thu hồi của phương pháp từ 75 - 87%, và độ nhạy ~ ppb [3, 25, 29, 30, 31].
Chất hấp phụ XAD - 4 còn được gọi là nhựa XAD - 4. Đó là nhựa
polystyren có kích thước nhỏ, đường kính trong ~ 50 A° thường được sử dụng
làm chất hấp phụ các phenol và dẫn xuất. Nhựa có dung lượng hấp phụ lớn, do
diện tích bề mặt riêng lớn ~ 750 m2/g-
Zheng - Liang Zhi và các cộng sự đã tiến hành chiết và làm giàu các
phenol trên XAD - 4, sau đó rửa giải và áp dụng phương pháp đo mầu sử dụng
thuốc thử 4 - amino antipyrin để xác định tổng lượng các phenol trong nước.
Giới hạn phát hiện của phương pháp này tới 0,2 ng/ml và khoáng tuyến tính
0,5 - 60 ng/ml [32].
Trong nghiên cứu của mình, Elina B. Caramao và các cộng sự Brazin sử
dụng XAD - 4 để chiết các phenol từ mẫu nước khí hóa than sau khi đã được
axetyl hóa bằng anhidritaxetic. Chất phân tích được rửa giải và định lượns trên
thiết bị sắc ký khí khối phổ GC - MS. Qua nghiên cứu này, họ đã phát hiện ra
20 hợp chất phenol đã được axety] hóa trong hỗn hợp phức tạp của nước khí
hóa than [33].
Một nghiên cứu mới đây đã sử dụng nhựa XAD - 4 để chiết và làm giàu
các clophenol trong nước. Theo quy trình này, mẫu nước được kiềm hóa tới
pH ~ 13, được lọc sơ bộ loại các tạp chất thô, rồi axit hóa tới pH ~ 2 : tiến
hành chiết các clophenol trên nhựa XAD - 4, sau đó rửa giải bằng dietylete.
Các clophenol sau khi rửa giải sẽ được giải chiết khỏi pha hữu cơ bằng dung
dịch NaOH ~ 0,2 N, rồi axit hóa tới pH ~ 2 và chiết lại bằng dietylete. Dịch
chiết được làm khô bằng Na2S04 khan, rồi cô cạn bằng dòng khí nitơ, thêm
dung môi n - hexan và bơm 1 Ị.IỈ vào máy sắc ký khí với detector ECD để định
lượng. Độ thu hồi của phương pháp từ 68 - 83% với độ nhạy phát hiện nhỏ
hơn 0,01 jag/ml [4].
1
9

24. 1.4.4.5. Phương pháp vi chiết pha rắn
Để nâng cao hiệu suất thu hồi khi phân tích các phenol và đơn giản hóa
quy trình phân tích, Buchholz và cộng sự đã đề xuất phương pháp vi chiết pha
rắn (Solid - phase micro extration : SPME). Phương pháp này đựa trên cơ chế
lôi cuốn các hợp chất hĩĩu cơ từ pha nước hoặc pha khí lên sợi silica được phủ
các chất hấp phụ thích hợp như polyacrylate ... Các hợp chất hĩm cơ bám trên
sợi silica sẽ được đưa trực tiếp vào buồng hóa hơi của thiết bị sắc ký bằng một
bơm tiêm cài tiến.
Theo kỹ thuật này, khi pit tông rút ngược lên, sợi hấp phụ sẽ thụt vào
sâu trong kim đế tránh bị gẫy khi rút kim ra khỏi nắp đậy bình mẫu hoặc khi
bơm vào buồng hóa hơi của thiết bị sắc ký. Sợi silica dài 1 cm được phù một
lóp polvacrvlate dày 95 um. Bằng kỹ thuật này, các nhà nghiên cứu đã thừ
nshiệitt phân tích 1 I loại phenol khác nhau với giới hạn dưới là 0,8 Lig/1 đối
với phenol, và 0,01 ug/1 đối với 4 clo - 3 metyl phenol, tương ứne là các giá trị
cao nhất và thấp nhất trong giới hạn phát hiện của I 1 loại phenol đem thừ
nghiệm. Độ chính xác của phương pháp rất cao, với sai số lớn nhất khi xác
định pentaclophenol là 12%, còn các chất khác chỉ khoảng 4 - 59c [34],
1.5. M ột s ô p h ư ơ n g p h á p x á c đ ịn h c á c c l o p h e n o l t r o n g
n ư ớ c
1.5.1. Xác định phenol và dẫn xuất bằng phương pháp trắc quang
Phương pháp này dựa vào phản ứng tạo hợp chất màu của phenol và các
dẫn xuất cùa phenol với thuốc thử 4-aminoantypiiin khi có mật kaliferoxianua
K3[Fe(CN)ó] hoặc amonipesunphat (NH4)2S2Og trong môi trường pH ~ 10. sàn
phẩm mầu được đo trực tiếp ở bước sónơ 500 nm hoặc được chiết lên
clorofom và đo mầu ở bước sóng 460 nm. Phương pháp này có ưu điểm là xử
lý mẫu nhanh, không phức tạp nhưng chỉ cho phép phân tích hàm lượng các
phenol và dẫn xuất có nồng độ 0,001 - 0,005% [36].
20

25. Cài tiến của phương pháp này là sử dụng chất hấp phụ XAD - 4 đê tách
và làm giầu các clophenol từ dung dịch nirớc tại pH ~ 2 trong hệ thống dòng
liên tục. Chất phân tích được rửa giái bằng cách bơm liên tục dòng dung dịch
nước có pH ~ 13 qua nhựa, rồi đưa trực tiếp vào dòng thuốc thử 4-
aminoantipyrin. Sản phẩm của phán ứng được chiết bàng cloroíorrm và đo
mầu. Phép phân tích có độ nhcỊy khá cao khoáng 0,2 ng/ml với khoảng tuyến
tính 0,5 - 60 ng/ml [32].
Hạn chế của phương pháp này là thuốc thử 4 - aminoantipyrin kém phản
ứng với các phenol thế para và bước sóng hấp thụ của sản phẩm giữa các
phenol với thuốc thử gần nhau nên chỉ xác định được krợng tổnơ các phenol
trong nước.
1.5.2. Phương pháp sắc khí lỏng hiệu suất cao (HPLC)
Phương pháp sắc ký lỏng hiệu suất cao và phương pháp sắc ký khí đã
được Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ và châu Âu sử dụng như là phương pháp
chuẩn để xác định phenol và các dẫn xuất của phenol. Phươns pháp có độ
nhạy rất cao khoảng ppb.
s. Dupeyron và các cộng sự đã tiến hành chiết pha rắn và sử dụng
phương pháp sắc ký lỏng hiệu suất cao để xác định các phenol trong nước [23,
38]. Theo phương pháp này, cột tách được sứ dụng là cột pha đảo có kích
thước (12,5 cm X 4,0 mm), nhiệt độ cột là 50 °c, với pha động axetonitril +
nước + axit axetic và tốc độ dòng 1 ml/phíít. Mẫu sau khi đi qua cột tách sẽ
được đi qua hai detector quang (UV) và huỳnh quang (RF) với chương tiình
bước sóng của ƯV là : 270 nm cho phenol và 2 - CP, 285 nm, 289 nm và 303
nm tương ứng cho 2,4 - DCP ; 2,4,6 - TCP và PCP, còn bước sóng hấp thụ của
huỳnh quang là 270 nm và phát xạ là 298 nm. Phương pháp này có độ nhạy
khoảng 0,1 ]Hg/ỉ.
Fiehn o. , Jeken M. đã sử dụng phươna, pháp sắc ký lỏng hiệu suất cao
với cột tách là cột pha đáo để xác định phenol và các dẫn xuất của phenol
21

26. trong nước thải. Phenol và các đẫn xuất của phenol đều được xác định ở bước
sóns 500 nm khi có mặt N-metvlbenzothiazo-2 -hydrazon và Ce(NH,)2(SO,)3
trong môi trường axit mạnh. Giới hạn phát hiện của phương pháp từ 1 - 20 ng
trong một lần bơm mẫu [41].
Một số nghiên cứu khác cũng đã sử dụng phương pháp sắc ký lỏng hiệu
suất cao để xác định phenol và các dẫn xuất của phenol trong nước với độ
nhạy khoảng Ị.tg/1 [27, 39, 40].
1.5.3. Phương pháp sắc ký khí
Phương pháp sắc ký khí cột mao quản kết hợp với detector khối phổ và
kỹ thuật chọn lọc ion (GC - MS - SIM) được đánh giá là phươns pháp có độ
nhạy cao nhất khoáng ng/l trong việc phân tích phenol và các dẫn xuất của
phenol.
Theo ISO - 8165 - 1, có 31 hợp chất gồm phenol và dẫn xuất của phenol
đã được xác định bẳng phương pháp sắc ký khí vói detector ion hóa ngọn lửa
(FID) và detector bắt giữ điện tử (ECD). Giới hạn phát hiện của phương pháp
từ 0.1 ụ 2/1 - 1 mg/1 [15].
Cheuns Julie và cộng sự đã tiến hành chiết pha rắn để tách và làm siàu
hỗn họp các phenol trong nưóc thài vùng Sydney. Các phenol nàv được định
tính và định lượng bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ với độ nhạy khoảng
ppt [28].
Theo nghiên cứu của Heberei Thomas và cộng sư, khi tiến hành chiết
pha rắn đẻ tách và làm giàu phenol và hon 50 dẫn xuất của phenoỊ sau đó sử
dụng phương pháp sắc ký khí khổi phổ với kỹ thuật chọn lọc ion (GC - MS -
SIM) để định tính và định lượng chúng đã cho độ nhạy khá cao khoảng ng/1.
Trons phương pháp GC - MS - SIM, họ đã sử dụng hai loại cột mao quản là
HP - 5 có kích thước (25#m X 0,2 mm X 0.33 ỊLim) và Rtx - 200 có kích thước
(30 m X0.32 mm X 0,25 ụm) [42].
2
2

27. Tumes I. và các cộng sự đã sử dụng phương pháp sắc ký khí với hai
detector khối phổ cùng hoạt động (GC - MS - MS) để phãn tích các cỉopenol
trong nước uống. Phương pháp này có độ chọn lọc và độ nhạy cao với giới hạn
phát hiện khoảng ppb [43].
1.6. G iớ i th iệ u p h ư ơ n g p h á p s ắ c k ý k hí
1.6.1. Nguyên tắc hoạt động của thiết bị sắc ký khí [7]
1.6.1.1. Sơ đồ thiết bị
Hình 9 : So đồ thiết bị máy sắc ký khí
ế w
1.6.1.2. N guyên tắc hoạt động
Trong thiết bị sắc ký khí, hai bộ phận quan trọng nhất là cột tách và
đetector. Nhờ khí mang chứa trong bom khí hoặc máy phát khí. mẫu từ buồng
bay hơi được dẫn vào cột tách nằm trong buồng điều nhiệt và quá trình tách
chất xẩy ra ở đây. Do ái lực khác nhau của các chất phãn tích với pha tĩnh mà
chúng 1'a khỏi cột tách vào các thời điểm khác nhau. Các cấu tử tiếp tục đi vào
detector , tại đó tín hiệu không điện của các chất được chuyển thành tín hiệu
điện. Các tín hiệu này được khuyếch đại rồi chuyển sang bộ phận ghi, máy
tích phân hoặc máy tính, các số liệu được xử lý rồi chuyển sang bộ phận in kết
quả.
2
3

28. 1.6.2.Một sô khái niệm và phương trỉnh cơ bản c ủ a phương pháp
s ắ c ký khí
1.6.2.1. Tư liệu của quá trình sắc ký khí
Tư liệu của một quá trình sắc ký là sắc đổ. Mỗi pic trên sắc đồ ứng với
một cấu tử nhất định của hỗn hợp cần tách. Diện tích của pie hay chiều cao sử
dụng để định lượng, còn thời gian lưu là yếu tố để định tính. Thời gian từ khi
bơm mẫu đến cực đại của pic gọi là thời gian lưu toàn phần tR, nó bao gồm hai
thành phần là thời gian chết to (thời gian của một cấu tử trơ như không khí,
metan, ... đi qua cột) và thời gian thật t R(thời gian lưu hiệu chỉnh).
Dựa vào sắc đổ ta còn có thể tính được số đĩa lý thuyết của cột ứns với
từng cấu tử theo côns thức :
Tuy nhiên, người ta có thể tíiứi sô' đĩa lý thuyết dựa vào độ rộng của pic
n
n : số đĩa lý thuyết
tR : thời gian lưu của cấu tử
ơ : độ lệch chuẩn của pic sắc
ơ
2
Sắc kỷ.
t ' 2 _ t 2
n = 4 X - - 5 ,545 X — —
w , 2 w ,
Với : W
j : độ rộng của pic tại điểm uốn, W
ị = 2 ơ
wh: độ rộng của pic tại nửa chiều cao pic, wh = 2,354 ơ
wb: độ rộng của pic tại đáy pic, wb= 4 ơ
2
4

29. o
1- w = 2
i
2 - w, = 2
/<
Hinli 10 : Độ rộng của pic sắc ký tại các vị trí khác nhau [44]
1 .6 .2.2. Phương trinh Van - D eem ter
Qua kháo sát rõ ràng thấy được sự phụ thuộc của chiều cao một đĩa lý
thuyết vào các điều kiện làm việc như : nhiệt độ, áp suất, lưu lượng pha động,
điều kiện nhồi cột ... Quan hệ này ở mức độ nhất định được mò tá bằng
phương trình Vail - Deemter :
H = A 4- B/u + c.u
H : chiều cao của đĩa lý
A : đại diện cho sự khiiycvai util xoáy và nó cho những thông rin về
đường đi khác nhau của dòng khí do chất nhồi cột quyết định
B : đại diện cho sự khuyếch tán phân tử trong pha khí
c : biểu thị sự chờ kháng của cột do quá trình chuyển khôi lượng trong
pha tĩnh vã trong pha động
li : tốc độ trung bình của pha động
Hi i l l : Sự phụ thuộc chiểu cao của đĩa lý thuyết vào tốc độ khí mang
C
u
u. crrưsec
25

30. Từ phương trình Van - Deemter, người ta có thể tính toán được tốc độ
tối ưu uư
pl và chiều cao tương ứng của đĩa lý thuyết :
r / „ . = J Ĩ = A +
°^1 Vc
Trên thực tế, người ta thường tiến hành ở tốc độ gấp đôi tốc độ tối ưu để
giảm thời gian phân tích, sở đĩ có thể làm được như vây vì độ dốc bên phải
đường cong Van - Deemter thường nhỏ hơn nhiều so với phía bên trái.
1.6.3. Kỹ thuật làm việc của hệ thống sắc ký khí [44]
1.6.3.1. Khí m ang
Các khí mang thường được sử dụng trong sắc ký khí gồm : heli, nitơ,
hydro, argon ... Việc chọn khí mang phái bảo đảm các yêu cầu sau :
• Độ tinh khiết phải phù hợp với hoạt động của detector và yêu cầu
tách
• Sử dụng kết hợp với các phương thức khác
• Khôns được tương tác với mẫu mà chỉ mans mẫu qua cột
• Khônơ thay đổi trạng thái lý học khi đi qua cột
• An toàn
1.6.3.2. Cột tách
Nhiều loại cột tách khác nhan đã được sử dụng đê phục vụ cho mục
đích nghiên cứu và chủng phải thỏa mãn các yêu cầu sau :
• Báo đảm tốt quá trình trao đổi chất giữa pha động và pha tĩnh
• Có độ thấm cao, tức là có độ giảm áp suất nhỏ với một tốc độ khí
mang nhất định
• Có khả năng tái trọns; cao
• Có khoáns nhiệt độ làm việc lớn và làm việc được ỏ' nhiệt độ cao
ư • • •

31. Nhiệm vụ của detector là chuyển các tín hiệu không điện thành tín hiệu
điện. Tùy thuộc vào đối tượng phân tích mà người ta sử dụng các detector
khác nhau. Các detector thường dùng hiện nay là : dẫn nhiệt (TCD), ion hóa
nơọn lửa (FID), bắt giữ điộn tử (ECD), quang kế ngọn lửa (FPD) ... Trong
nơhiên cứu này đối tượng phân tích là các clophenol có nhóm dị tố clo, nên
detector được chọn là ECD và khối phổ.
1.6.4. Sắc ký khí cột mao quản
Naàv nay, cột mao quản được sử dụng rộng rãi. Loại cột này có năns
suất tách và hiệu quả phân giải cao do đó nó có độ dài lớn (25 m, 30m, 50 m.
ÌOO m. ... ) và đưòns kính trong nhỏ được tắm pha tình. Nhờ các dặc tính này
mà cột mao quàn có các ưu điểm sau :
• Tách được các hỗn họp phức tạp với hiệu suất cao
• Tách được các chất có cấu trúc hóa học gần nhau
• Có độ nhạy cao
• Cỏ độ tin cậy cao trong việc nhận biết các cấu tử
• Thời 2 Ĩan phân tích nhanh
• Cho phép shép nối trực tiếp với khối phổ mà không cần separator
Trons cấu trúc cùa cột mao quản, pha tĩnh được tắm lên thành trong của
cột cho nên đà tạo ra đường đi tự do cho dòng khí mang, do vậy dẫn đến một
vài tha đỏi trong phương trình cơ bản để đánh giá cột tách. Đối với sắc kv
khí cột mao quản thì phương trình Van - Deemter được thay bằng phương
trình Golav :
H = B/u + (Cs + C J u
Với Cmvà Cs đặc trưng cho sự cản trở đối với quá trình vận chuyển chất
từ pha độns sana pha tĩnh và ngược lại.
1 .6 .3 .3 . D e t e c t o r
2
7

32. Phán xử lý mâu của luận văn này được thực hiện dựa trên phương pháp
mô hình hóa thực nghiệm, v ề nguyên tắc, mọi sự kiện đểu có thể được quy về
một quy luật và được mô tả bằng những công cụ khác nhau. Xu hướng chính
là sử dụng công cụ toán học để mô tả các quy luật thông qua phương trình hay
các biểu thức toán. Các phương trình toán học lại được biểu diễn bằng nhữnơ
hàm số và đến lượt các hàm số được biểu thị bằng các đồ thị. Phương trình
toán học tons quát nhất là đa thức vì mọi dạng hàm số cuối cùng đểu có thể
được quv vể dạns đa thức. Đa thức bao gồm có các loại đa thức bậc 1, bậc 2,
.... bậc cao. Bậc của đa thức liên quan đến độ chính xác của mô hình, bậc càng
cao thì mỏ hình mô tả càng chính xác kết quả thí nghiệm và ngựơc lại. Một đa
thức tổns quát (hay là phương trình hồi quy) có thể mô tả cho bất kỳ hàm số
nào có dans sau :
/ì n n
V = X Ồ..Y, + £ b tjkx i x j x k + ... + X M ,2 + -
/ /<j <k i
Trong đó:
y : Hàm mục tiêu (hàm mô ta kết quá thí nơhiệin)
X.. X.. .V. ... : Các vếu tố anh hưởng lèn hàm mục tiêu (yếu tố kháo sát)
b,- br bk. ... : Hệ số hổi qui bậc một mô tã định tính (dấu) và định lượng
(giá trị tuyệt đối) ảnh hưởng của các yếu tố Xj, X j, xk, ... lên hàm mục
tiêu
bj.. b k, b k, Hệ số hồi qui bậc một mô tá định tính (dấu) và định lượng
(giá trị tuvệt đối) ảnh hưởng đổnơ thòi của hai yếu tố X
, và Xj. X
, và xk, X
j
và xk ... lên hàm mục tiêu
b„. bjj, bkk. ... : Hệ số hổi qui bậc hai mô tả ánh hướns vủa các yếu tố X,,
X, xk. ... lên hàm mục tiêu
1.7. X â y d ự n g m ô h ìn h hóa th ự c n g h iệ m [5, 6, 45]
28

33. b.. . ... : Hệ số hổi qui bậc một mô tá định tính (dấu) và định lượng
(siá trị tuyệt đối) ảnh hưởng đồng thời của ba yếu tố X,, X và xk, ... lên
hàm mục tiêu
Ỷ nghĩa của các hệ số hồi qui :
• Giá trị tuyệt đối /b/ : mô tả mức độ ảnh hưởng của yếu tô khảo sát.
Giá trị lớn thì ảnh hưởng mạnh, giá trị nhỏ thì ảnh hưởng yếu hoặc
không ảnh hưởng.
• Dấu của hệ số b : b > 0 thì ánh hưởng tích cực lên hàm mục tiêu, b <
0 thì ánh hưởna tiêu cưc lên hàm muc tiêu
} nghĩa của hàm mục tiêu :
Khi tìm được hàm mục tiêu mò tà đúng thí nghiệm, có thể tính được giá
trị của hàm mục tiêu, tức là tính được kết quà của thí nghiệm mà không cần
làm thí nehiệm. Phương trình hàm mục tiêu (phương trình hồi quy) nhằm mô
tá anh hườns của tất cả các yếu tố đến một quá trình bằng một phương trình
d u Iihất.
Mỏ hình hóa thực nhgiệm bậc 1 chi gồm các số hạng bậc 1 cho độ
chính xác thấp. Muốn nâng cao độ chính xác, phái tiến hành mồ hình hóa thực
nshiệm bậc 2 .
V. •
Trons phương trình hổi quy bậc 2. có bao nhiêu bao nhiêu số hạng thì ít
nhất phai có bấv nhiêu phương trình (hay thí nghiệm) để tìm được các hệ số
hồi quv tươns ứng. Trong luận văn này, số yếu tố ảnh hưởng đến kết quả : thể
tích duns mòi rửa giải (Xị), số gam nhựa hấp phụ (X2) là ký hiệu chí giá trị
thực để tiến hành thí nghiệm. Khi tiến hành mô hình hóa thực nghiệm bậc 1,
về mặt hình học, mô hình là một hình vuông , mỗi đinh ứng với một thí
nghiệm trons thực nghiêm (mỗi yếu tố được chọn hai mức để làm thí nghiệm,
mức cao -1 và mức thấp -1). Để tìm được các sô hạng bậc 2, ta làm thêm các
thí nghiệm ờ râm (mức gốc 0) và các thí nghiệm điểm sao (± d) là những điểm
29

34. nằm trên trục tọa độ của các yếu tố tương ứng. Các thí nghiệm được tính theo
công thức tổng quát sau :
x ; h -
X . = ---------------------= 0 ; ± 1 ± d
Ẳ i
Từ đó suy ra : X ^ = X 8ị + Xị.Xị
Trong đó :
X
ị : ký hiệu mã của yếu tố được khảo sát
XS
j, x thị : các ký hiệu chỉ giá trị thực và giá trị gốc để
tiến hành thí nghiệm
À
, : biến thiên giữa các mức thí nơhiệm
0. ± I, ± d : các giá trị mã hóa (hay mức thí nghiệm) trong
ma trận dùng để tiến hành thí nghiệm
Sỏ thí nghiệm của mô hình thực nghiệm bậc 2 được tính theo công thức
sail :
N = 2n + 2.n + N0
Trons đó :
n : số yếu tố ảnh hưởng đến kết quảthí nghiệm (n = 2 )
2n : số thí nghiệm ở ma trận gốc
2n : số thí nghiệm ờ đỉnh sao
N0 : số thí nghiệm ờ điểm tâm, thường lấy N0> 1
(Như vậy, trong trường hợp này N = 22 + 2.2 + 5 = 13)
Mò hình hóa thực nghiệm bậc 2 tâm xoay được tiến hành trên cơ sở xây
dựng ma trậnqui hoạch hóa thực nghiệm bậc 2 tâm xoay, các ma trận cột
trono matrận thực nghiệm có tính chất như sau :
Ỳ x ị = 3 1 x l x ) u = 3 N Ả , (vói : i = 1 « )
N
=l H
=1 z/=l
3
0

35. ■
. n : , _ n ( N 0 + N *)
Ấ, « + 2 4 (/i + l)Af*
Trong đó :
n : là yếu tố khảo sát
N : số thí nghiệm của ma trận bậc hai tâm xoay
N*: số thí nghiệm điểm sao
N0: số thí nghiệm điểm tâm
Khoảng cách từ tâm đến điểm sao : d = 2(nq)/d
Số thí nghiệm ở tâm : N0 > 1
Từ các điểu kiện đó ta có bảnẹ các giá tri sau :
c? o ■
Bảng 3 : Bảng số (tiêm thực nghiệm của mô hình có sô yếu tố khác
nhau
Với điểu kiện :
n 2 n’<
1 N N* No d
1 ?2 4 4 5 1,414
3 2 ’ 8 6 6 1,682
-+ 24 16 8 7 2,000
5 oỉ 32 10 10 2,378
2 5' 1 16 10 6 2,000
Phươnơ trình hổi qui bậc hai tâm xoay có dạng tổng quát như sau :
y = b0x0 + b,x, + blJx1xJ + bux,2
Việc qui hoạch hoá thực nghiệm bậc hai được tiến hành theo các bước
sau:
1.7.1. Chọn mức thí nghiệm
Các giá trị thực nghiệm của các yếu tố được lựa chọn dựa vào công thức
tổns quát :
3
1

36. X, = o + ,±d = X ‘- - x * <-> X"; = X f + X,x,
i ' ' n I I I I
Á ¡
Các giá trị gốc của yếu tố khảo sát (X,8) và khoảng biến thiên mức thí
nghiệm (Xị) của yếu tố đó phải được lựa chọn trước căn cứ vào các tài liệu đã
tham khảo. Sau đó, nhờ công thức tổng quát trên để xác định các giá trị x,lh là
các ơiá tri thưc để làm thí nghiệm.
o • . o
1.7.2. Lập ma trận thực nghiệm
Ma trận mã hoá của phương pháp mô hình hoá thực nghiệm bậc 2 tâm
xoay đầy đủ 2 yếu tố có dạng sau :
Báng 4 : Bàng ma trận mã hoá mô hình bậc 2 tâm xoay đầv íìú 2
yếu tô
TN x0 X, X12 V x22 y
1 +
+
+ + y.
: + + + y2
3 +
+ - + + y3
4 4- + + + + + y4
! 5 + -d 0 0 d2 0 y5
6 + +d 0 0 d2 0 y6
7 + 0 -d 0 0 d2 y7
8 + 0 +d 0 0 d2 y8
9 + 0 0 0 0 0 y9
10 + 0 0 0 0 0 y10
11 + 0 0 0 0 0 y>.
12 + 0 0 0 0 0 y.2
13 + 0 0 0 0 0 yi3
Trons đó : d = 1,414
cr

37. Các hệ số hổi qui được tính theo công thức sau
1.7.3. Phương pháp tính các hệ sô hồi qui
K = —
N
2 l ( n + 2 ) j ^ x l y u - 2 Ằ ị C Ỵ Z x l . y a
W
=1 /=1 M
=1
N
b‘
w ỉ/=l
c 1 N
b : = - =— ỵ j x i„ X j „ y „
N.À 4 £/=1
K = 7 | c 2[(«+ 2)/Ị,- n ] ỵ x l,y „ ■+€2( l - Ạ , ) ỷ ý j ò ' „ - 2 C Ỵ x luy u
N l u= /=1 w=l M
=
1
Với :
c =
N
X * i
««1
A =
2 á 4 [(rt + 2 ) ã 4 - n ]
1.7.4. Đánh giá tính có nghĩa của hệ số hối qui
Phương pháp mỏ hình hoá thực nghiệm bậc hai không cần thiết phải
làm lặp lại toàn bộ các thí nshiệm mà chi cần tiến hành làm lặp lại một thí
nghiệm, thôns thườn 2 là thí nghiệm ở tâm. Tính phương sai của thí nghiệm đó
và coi là sai sô chung của các thí nơhiệm :
z (>v™ - y » ĩ
p 2 __ ìỉì =1
~
/V
o- 1
s ,: : phương sai biểu diễn sai số của các thí nghiệm
N0 : sò thí nshiệm được làm ở điểm tâm
: các kết quả của các thí nghiệm ở điểm tâm
: kết quà trung bình của các thí nghiệm điểm tâm
'.m
3
3

38. Sau khi xác định được các hệ số hồi qui và phương sai biểu diễn sai số
của thí nghiệm, sử dụn° chuẩn Student (t) để đánh giá tính có nghĩa của các
hệ số này :
- Nếu tưnh > tbảng : thì hệ SỐ hồi qui mới có nghĩa
' Nếu tưnh < tbàng : thì hệ số hổi qui đó bị loại bỏ
Đánh giá tính có nghĩa của các hệ số hổi qui tìm được theo các bất đẳng
thức và công thức sau : > tbảng (P, f0= N0 - 1)
hìinh
1
4
1
5,
tijjtinh ọ, ii.tinh
&
Với
s i =
2 A Ă 4{n + 2 )S Ỉ
A'
c s [
/V
S ỉ. =
• j [ ( « + i K - ( « - i ) Ị c 25
.V
s 2 =
° 0
r 2S’,2
5 2 — °
k " Ẵ .N
1 - y» Ỵ
M=
N 0 - 1
1.7.5. Đánh giá tính phù hợp của mô hình thực nghiệm
Để đánh giá tính phù hợp cứa mố hình thực nghiệm, sử dụng chuẩn
Fisher (F) :
Fíinh < Fbản, tức ià sự sai khác giữa giá trị của hàm mục tiêu tính theo lý
thuyết và theo thực nshiệm là không đáng tin cậy (hay giữa chúng không có
sự sai khác), do đó cho phép kết luận, mô hình tìm được hoàn toàn mô tả đúng
với thực nghiệm.
Đánh giá tính phù hợp của mô hình tìm được thông qua phương trình
hổi qui bậc hai tâm xoay theo chuẩn Fisher (F) :
34

39. F =
J tinh
s phu>
s ,
T ~ < F bang o )
5
Ỵ j ỳ « - y u )2 ư s l c - Ỵ jự o ,m - y < )
u=1 J [_w=l
ư o
phuhop
/ ìph
• f0 = N0 - 1 là bậc tự do thí nghiệm lặp ỏ' tâm.
• fsk = N - N0 - 1 (hoặc fsk
. = N - N) là bậc tự do của sự sai khác giữa
lý thuyết và thực nghiệm.
• Bậc tự do của sự phù hợp là :
(« + l) ( « + 2
f — /V ——
-------- —--------
- 2
• N là hệ số có nghĩa trong phương trình hổi quy kháo sát tính phù
họp. Nếu Flinh < Fbả cho phép kết luận mô hình tìm được hoàn toàn
mỏ tả đúns với thực nghiệm khảo sát.
Cách tra Fbáng (P, fph, f0) : Fbảne cũng được xác định trong bảng tra cứu
hoặc nhờ chương trình Statgraphic Plus. Giá trị của Fbả phụ thuộc
vào độ tin cậy thống kê p và các bạc tự do f h và f0. p thưòng lấy giá
trị 0.95.
1.7.6. Tỉm điểu kiện thực nghiệm
Khi tìm được phươnơ trình hổi quy mô tả đúng thực nghiệm, có thể tính
được giá trị cực đại hoặc cực tiểu của nó (giá trị tối ưu của thí nghiệm), bằng
cách lấv đạo hàm của phương trình lần lượt theo từng yếu tố. Qua đó tính
được giá trị của các vếu tố thí nghiệm ứng với giá trị cực đại hoặc cực tiểu
trên. Nsoài ra. còn có rất nhiều phương pháp khác để xác định cực đại hoặc
3
5

40. cực tiểu của phương trình hổi quy như phương pháp đườno; dốc nhất, đon hình,
hay cản cứ trên đồ thị biểu diễn của phương trình hổi quy. Nếu căn cứ vào đồ
thị mặt cắt của phương trình này (Contour) thì có thể xác định được giá trị tối
ưu theo từng khoảng giá trị hàm mục tiêu. Trong nghiên cứu này, phương
pháp đạo hàm riêng được sử dụng để xác định cực trị của phương trình hổi
quv, đó chính là điều kiện tối ưu.
1.8. Đ ặ t v â n đ ể n g h i ê n c ứ u
Qua tham khảo các tài liệu đã được công bố ở trong nước và nước ngoài
trong thời gian qua, chúnơ tôi đã đặt ra các nhiệm vụ nghiên cứu sau đây :
1 ) Áp dụng mô hình hóa thực nghiệm và tối ưu hóa để khảo sát quá
trình chiết, tách và làm giàu các cỉophenol bằng phương pháp chiết
pha rắn sử dụng nhựa hấp phụ XAD - 4, XAD - 2.
2) Kháo sát các điều kiện để định tính và định lượng các clophenol
bằng thiết bị sắc ký khí với detector bắt giữ điện tử (ECD) và
detector khối phổ (MS).
3) Úng dụng phương pháp trên để phân tích các mẫu nước ngầm, nước
mặt và nước thải ở một số nơi trên địa bàn Hà Nội.
36

41. P H Ầ N II : T H ự c N G H I Ệ M
■ ■
2 .1. H ó a c h ấ t, d ụ n g c ụ v à th iế t bị
2.1.1. Hóa chất
• Các dung môi : n - hexan, dietylete, diclometan, axeton, metanol, izo
- propanol tinh khiết phãn tích
• Dung dịch : NaOH, H2S04, H3P 04 ở các nồng độ khác nhau : tinh
khiết phân tích
• Nước c ấ t: 1 lần, 2 lần
• Na-,S04 khan loại tinh khiết phãn tích dùng để làm khô
• Nhựa hấp phụ dùng cho chiết lỏng rắn : XAD - 4, XAD - 2
• Khí N2 kỹ thuật 98% dùng để cô đuổi dung môi
• Khí N2 tinh khiết 99,999% dùng làm khí mang cho sác ký khí với
detector ECD
• Khí H2 tinh khiết 99,999% dùng làm khí mang cho sắc ký khí khối
phổ GC - MS
• Các chất chuẩn clophenol
Bảng 5 : Các chất chuẩn clophenol
STT Tên chất Ky hiệu Nồng độ gốc ppm
1 2 - clophenol 2 -C P 900
! 2 2,4 - diclophenol 2,4 - DCP 480
3 2,6 - diclophenol 2,6 - DCP 1 000
1 4 2,4,6 - triclophenol 2,4,6 - T3CP 500
5 2,4,5 - triclophenol 2,4,5 - T,CP 1 000
6 3,4 - diclophenol 3,4 - DCP 500
! 7 2 ,3,4,6 - tetraclophenol 2,3,4,6 - T4CP 500
8 Pentaclophenol PCP 1 000
37

42. 2.1.2. Dụng cụ
• Bình định mức : 1 ml, 2 ml, 500 ml, 1 000 ml
• Các loại phễu chiết : 250 ml, 500 ml, 1 000 ml
• Lọ thủy tinh đựng mẫu : 1,5 ml ; 2 ml ; 3,5 ml
• Cột thủy tinh dùng để nhồi XAD - 4, XAD - 2
• Pipet 5 ml, 10 ml, 25 ml, micropipet 10 - 100 microlit, micropipet
1 0 0 - 1 000 microlit
• Kim tiêm mẫu Hamilton có chia vạch tới 0,2 microlit
2.1.3. Thiết bị
• Tủ sấy, bộ cất dung môi, tủ hốt, bộ cất quay chân không, máy hút
chăn không và máy lắc
• Cán phân tích
• Máy sắc ký khí GC - 14B của hãng Shimadzu, trang bị detector bắt
(hấp thụ) điện tử ECD
• Cột tách sắc ký không phân cực CBP - l dài 25m, đường kính trong
0.22 min, đường kính ngoài 0,33 mm, bề dày pha tĩnh 0,25 Lim
• Thiết bị xử lý số liệu CR - 7A cùa hãng Shimadzu với bộ tích phân
kế cho phép tính toán các kết quả thu được
Hình 12: Thiết bị sắc ký khí GC - 14B ghép nối vói CR - 7A
38

43. • Detector bắt giữ điện tử ECD
Nơuyên tắc hoat động của detector ECD
C- J o
£t:ij cell
Recorder
Carrier gas
Pulse shapcr
Hình 12 : Sơ đồ cấu tạo của detector ECD
Các tia phónơ xạ ß từ nguồn phóng xạ 63Nị duy trì trong buồng detector
đã ion hóa khí trơ (N2), tạo ra các ion dương và các electron.
N2 + (3 -----► N+2 + 2e
Điện áp được đặt vào các điện cực trong buồng detector, các ion và
electron sè tạo ra một dòng nhất định trong mạch detector. Khi các phân tử có
khá nãns hấp thụ điện tử (các chất phàn tích có chứa nhóm dị tố) đi vào buồng
detector, chúng sẽ hấp thụ các electron tạo thành ion mang điện và làm giảm
dons.
X + e ► X-
Phần tử điện âm này chuyển độnơ chậm hơn electron tự do và mất nhiều
thời sian hơn để tới điện cực dương. Thêm vào đó, chúng sẽ tái hợp ion.
Theo phương trình :
X' + N, ► X + N,
«2 - 2
Như vậy, mật độ electron và các ion bị giảm xuống do đó giảm dòng
nhất định. Sự giảm dòng điện này được so sánh với mạch ngoài cho ta tín hiệu.
Tín hiệu siàm dòns tỷ lệ với nồng độ của chất phân tích có mặt trong mẫu.

44. • Thiet bi sàc kÿ khi GC - 17A vciri detector khoi phé MSQP - 5000
cüa hâng Shimadzu
Hê thong mày tinh xir lÿ sô lieu vai phàn mêm CLASS - 5000 cüa hâng
Shimadzu
i— T
1 .Thiet bi sac kÿ khi
2. Bô phân dieu khiënphàn sàckÿ khi
3. Bô phàn dieu khiënphàn khô'i pho
4. Bô phân ghép nôi GC - MS
5. Bô phân ion hoa
Hïnh 14 : So do eau tao cua thiet b| sàc kÿ khi khoi pho GC - MS
• Thiet bi tach tu eue
Sau dây là sa dô eau tao cüa thiet bi tâch ion theo kiëu tir circ :
6 . Bô phfln hôi tu ion
7. Bô phân tach tir circ
8. Detector
9. Bom chftn không
10. Hê mây tinh ghép nô'i
-I -g
Ion soLTce Q ^^n ip o îe electrode Ion detector
Hinh 15 : So do eau tao cua thiet bi tâch ion theo kiêu tuf eue
40

45. Thiết bị này bao gồm 4 điện cực đặt song song, trong đó người ta áp
một thế một chiều vào 2 điện cực đối diện và một thế xoay chiểu cao tần vào 2
điện cực còn lại. Các ion từ buồng ion hóa chuyển động qua hệ thống 4 điện
cực với vận tốc chậm theo hướng z. Khi các ion tiến đến vùng điện trường dao
động liên tục gây ra bởi thế một chiều và thế xoay chiều tần số cao giữa 4 điện
cực, chúng sẽ di chuvển theo hướng z, đổng thời lại dao động theo 2 phương X
và y dưới tác dụng của điện trường tần số cao. Như vậy, những ion có tỷ số
khối lượng/điện tích (m/z) xác định và dao động với một biên độ không thay
đổi sẽ đi qua toàn bộ chiều dài của điện tnrờng giữa các điện cực. Những dao
động của các ion khác sẽ tăng biên độ lên trong quá trình va đập giữa chúng
với điện cực trước khi c h ú n ơ có thể chuyển động qua các điện cực và do đó
chúne sẽ khôns được phát hiện bới detector.
T số giữa m/z được xác định bằng công thức sau :
m V
2 r ĩ
z r f
Trong đó : V là thế cao tần, r là khoảng cách giữa 2 điện cực, f là tần số
của thế xoay chiều, K là hằng số.
Khi thay đổi V (quét V với một vận tốc không đổi) thì các ion với khối
lượng khác nhau sẽ lần lượt đi vào detector. Và như vậy, ta sẽ thu được một
phổ khối của chất cần phãn tích [37],
• Kỹ thuật đo SIM (Selective ion monitoring)
Trong phương trình trên, nếu ta thay đổi V và ghi tín hiệu của các ion
theo thời gian sẽ thu được một sắc đồ gọi là sắc đổ ion và kỹ thuật đo này gọi
là đo quét (Scan Mode). Nếu cố định V ở một giá trị không đổi và chỉ đo tín
hiệu của một ion có số khối xác định thì kỹ thuật này gọi là kỹ thuật đo SIM.
Thiết bị QP5000 của hãng Shimadzu có thể ghi tín hiệu của 32 ion với số khối
khác nhau trong cùng một thời điếm.
4
1

46. Kỹ thuật SIM có một ý nghĩa quan trọng trong việc định lượng với độ
nhạy rất cao vì nó chỉ ghi tín hiệu của một loại ion nhất định. Thông thường,
trong phân tích định lượng dùng kỹ thuật này, người ta hay chọn những ion có
cường độ mạnh [37].
2 .2 . C h u ẩ n bị d ụ n g c ụ v à d u n g d ịc h c h u ẩ n
2.2.1. Chuẩn bị dụng cụ
• • W ■
Tất cả các dụng cụ thủy tinh phải được làm sạch bằng cách ngâm trong
dung dịch rửa (dung dịch kalibicromat và axit sunfuric đặc) khoảng 24 giờ.
Sau đó rửa bằng nước rửa, nước nóng rồi tráng lại bằng nước cất 2 lần, đem
sấy ở 150 °c cho tới khô. Trước khi đem sử dụng, dụng cụ phải được tráng lại
bằng dung mồi axeton.
2.2.2. Chuẩn bị dung dịch chuẩn
Từ các dung dịch gốc ban đầu, tiến hành pha các dung dịch chuẩn và
dung dịch chuẩn hỗn hợp trong dung môi izo - propanol.
Hảng 6 : Nồng độ của các (lung dịch chuẩn
STT 'I'ên chất Nồng độ
gốc (ppm)
Aiíppm) A2 (ppm) Aj (ppm) A4 (ppm)
1 2 - clophenol 900 200 20 20 2
2 2,4 - diclophenol 480 20 2 20 2
3 2,6 - diclophenol 1 000 20 2 20 2
4 2,4,6 - triđophenol 500 10 1 20 2
5 2,4,5 - triclophenol 1 000 10 1 20 2
6 3,4 - diclophenol 500 20 2 20 2
7 2,3,4,6-tetraclophenol 500 10 1 20 2
8 Pentaclophenol 1 000 10 1 20 2
42

47. 2 .3 . K h ả o s á t đ iể u k iệ n đ ể đ ịn h tín h v à đ ịn h lư ợ n g tr ê n G C
- E C D v à G C - M S
2.3.1. Phân tích định tính và định lượng
2.3.1.1. Phân tích định tính
Nguyên tắc của phân tích định tính là dựa vào một yếu tố đặc trưng của
tín hiệu tưong ứng với mỗi chất (cấu tử) để nhận diện chúng. Trong sắc ký,
người ta sử dụng đặc trưng là thời gian lưu của các cấu tử để nhận diện chúng
bằng cách so sánh thời sian lưu của cấu tử xác định với chất chuẩn hoặc bằng
phương pháp thêm. Việc nhận diện một cấu tử chính xác hay không phụ thuộc
vào sự siốns nhau của mẫu phân tích so với mẫu chuẩn và chỉ được khẳng
định khi thời gian lưu của chất cần phân tích trùng với giá trị thời gian lưu cùa
chất chuẩn.
Trons nshiên cứu này. chúng tôi xác định thời gian lưu của từng cấu tử
bằng cách sau : bom một 1 L
il dung dịch chuẩn của hỗn họp các chất cần phân
tích vào thiết bị sắc ký khí để xác định thời gian lưu của từng chất cần phân
tích tro112 hỏn họp chuẩn. Sau đó, bơm 1 L
il dung dịch cần phân tích vào máy
với cùns một điều kiện như đối với hỗn họp chuẩn. So sánh thời gian lưu của
các pic thu được với thời gian lưu của các cấu tử cần phân tích trong hỗn hợp
chuẩn để định tính mẫu phân tích.
2.3.1.2. Phân tích định lượng
Trons sắc ký, có hai phương pháp hay được sử dụng để định lượng mẫu
là phươna pháp nội chuẩn và phương pháp ngoại chuẩn.
Nguyên tắc của phương pháp ngoại chuẩn là so sánh trực tiếp độ lớn
của các tín hiệu (diện tích hay chiều cao của pic thu được) trong mẫu chưa
biết với một dung dịch chuẩn của chất đó. Phương pháp này được sử dụng phổ
biến trons phương pháp sắc ký mặc dù nó yêu cáu cao về độ chính xác của thể
tích mẫu bơm và sự đồng nhất của thành phần mẫu phân tích và mẫu chuẩn.
4
3
Tải bản FULL (93 trang): https://bit.ly/3fQM1u2
Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ

48. Các chất cần phân tích được bơm vào dưới dạng dung dịch chuẩn với các
khoảns cách nồng độ thích hợp sao cho mẫu phân tích có nồng độ nằm trong
khoảng đường chuẩn hoặc nếu không cũng không được xa quá. Từ kết quả thu
được, ta xây dựng đường chuẩn theo phương pháp hổi quy tuyến tính với dạng
phương trình như sau : y = ax + b. Trong đó, một trục là nồng độ, còn trục kia
là diện tích (chiều cao) của pic. Đo diện tích (chiều cao) pic của chất cần phân
tích và áp vào đường chuẩn ta có thể tính được nồng độ của nó.
Phương pháp nội chuẩn dựa trên sự so sánh tỷ lệ của tín hiệu chất cần
phân tích với một chất có tính chất tương tự đối với thiết bị như chất cần phân
tích mà không gây ảnh hưởng đến tín hiệu của chất cần phân tích. Chất đó gọi
là chất nội chuẩn. Chất nội chuẩn được đưa vào mẫu chuẩn và mẫu phân tích
với một lượng như nhau ờ nồng độ đã biết. Do đó khi xây dựng đường chuẩn,
một trục sẽ là nồng độ cua chất phân tích, còn trục kia là tỷ lệ giữa độ lớn của
tín hiệu chất cần phân tích đổi với chất nội chuẩn. Phương pháp này có độ
chính xác cao hon vì nó loại bỏ được các yếu tố gây ánh hưởng đến tín hiệu
chất phán tích và do nó được tính dựa trên tý lệ giữa các chát nên trong quá
trình xử lý mầu không phải chú ý đến việc định mức chínhxác trước khi bơm
vào thiết bi sắc ký. Việc định lượng các chất trons nghiên cứu này được thực
hiện theo phirons pháp ngoại chuẩn.
2.3.2. Điều kiện làm việc của hệ sắc ký khí với detector ECD trong
quá trinh phân tích các clophenol
• Thiết bị sắc ký khí GC - 14B với bộ phân tích kế CR - 7A của hãng
Shimadzu.
• Khí mang : N: với độ tinh khiết 99,999%
• Cột tách không phân cực DB - 1 (CBP - 1) : dài30 m, đường kính
0.25 mm, bể dày pha tĩnh 0,25 Ị.im.
• Áp su ất: 120KPa.
• Nhiệt độ detector ECD : 280 °c.
• Nhiệt độ injector: 260°c.
4
4
Tải bản FULL (93 trang): https://bit.ly/3fQM1u2
Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ

49. • Chương trình nhiệt độ : 60°c cân bằng 2 phút, tăng 8°c/phút đến
180°c, tăng 10°c/phút đến 250°c và dừnơ 10 phút.
Sau khi xác định được điều kiện làm việc của hệ sắc ký khí với detector
ECD, chúng tôi tiến hành bơm dung dịch chuẩn của hỗn hợp các chất cần
phân tích ở các nồng độ khác nhau để xác định thời gian lưu, giới hạn phát
hiện và khoảng tuyến tính. Các kết quả được trinh bày ở bảng sau :
Bản« 7 : Một sô đặc trưng của các chất trong hỗn hợp chuẩn phân
tích trên thiết bị GC - ECD
TT Tên chất Thời gian
lưu (phút)
Giới hạn
phát hiện ng
Khoảng tuyến
tính ng
1 2 - clophenol 7,04 0,01 0.1 - 2
1 2.4 - diclophenol 10,18 0,001 0,01 - 0,2
*
>
3 2.6 - diclophenol 10,77 0,002 0.01 -0,3
4 2.4.6 - triclophenol 13,59 0,002 0,006 - 0,3
5 2.4,5 - triclophenol 13,75 0.002 0,006 - 0,1
6 3.4- diclophenol 16,70 0,008 0,02 - 0,4
7 2.3.4.6 - tetraclophenol 17,04 0,001 0,006 - 0,2
Ị 8 pentaclophenol 20,01 0,001 0,006 -0,15
2.3.3. Điều kiện làm việc của hệ GC - MS trong quá trình phân
tích các clo p h en o l
• Thiết bị sắc ký khí GC - 17A với detector MSQP - 5000 và hệ thống
máy tính xử lý số liệu với phần mềm CLASS - 5000 của hãng
Shimadzu.
• Khí mang : He với độ tinh khiết 99,999%
45

50. • Cột tách : cột DB - 1, dài 30 m, đường kính 0,32 mm, bề dày pha
tình 0,25 um.
• Áp su ất: 16,8 KPa tương đương tốc độ dòng 1,5 ml/phút.
• Nhiệt độ detector: 250°c
• Nhiệt độ injector: 250°c
• Chươns trình nhiệt độ : 60°c cân bằng 2 phút, tăng 8°c/phút đến
1S0 C, tăng 10°c/phút đến 250°c và dừng 10 phút.
Đặc t r i m s về số khối của các clophenol.
Báng 8 : Số khôi đặc trưng và các ion mảnh so sánh của các clophenol
11 Công thức
phàn tử
Ký hiệu Khối
lượng mol
phán tử
lon phân
tử
lon mảnh so sánh
1 Q H X IO 2 - CP 128 128 64, 92
2 c. H..CỊO 2,4 - DCP 162 162 164, 83, 98
C.H,C1:0 2,6 - DCP 162 162 166.164.63
4 CH.CUO
- 2,4,6 - T3CP 196 196 198,93, 132, 62
5 c óH?c ụ o 2,4,5 - T3CP 196 196 198, 97, 132
6 QH,C1,0 3,4 - DCP 162 162 154,99
7 Cc
,H:CỊO 2,3,4,6 - T4CP 231 231 131,232,230, 133
8 C.HCUO
■ PCP 266 266 268, 264
Sau khi xác định được các điểu kiện làm việc của hệ GC - MS, chúng tôi
tiến hành bơm duns dịch chuẩn của hỗn hợp các chất cần phân tích ỏ' các nồng
độ khác nhau đê xác định thời gian lưu, giới hạn phát hiện và khoảng tuyến
tính. Kết quả được trình bày ở bảng sau :
46
6734370