Luận văn Xây dựng quy trình phân tích các hợp chất Polyclobiphenyl trong nước trên máy sắc kí khí đầu dò bắt điện tử

26 CHƯƠNG 6 KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ CỦA QUY TRÌNH PHÂN TÍCH 6.1. Các thông số vận hành thiết bị GC-ECD. Qua tham khảo tài liệu và sổ tay sử dụng thiết bị máy GC-ECD, chúng tôi thiết lập các thông số vận hành thiết bị: Nhiệt độ buồng tiêm : 250 0C Nhiệt độ đầu dò : 300 0C. Tốc độ khí mang : 1.3ml/phút. Tốc độ khí N2 make up : 60mL/ phút Khí mang N2 , áp suất 7.06 psi Chế độ tiêm : không chia dòng Kỹ thuật tiêm : tiêm bằng tay Thể tích mẫu tiêm : 1µL 6.2. Khảo sát và tối ưu hóa các chương trình nhiệt cho cột: Mục đích: Khảo sát chương trình nhiệt tối ưu để tách tốt các hợp chất PCBs. Tiến hành: Chúng tôi tiến hành phân tích trên hỗn hợp chuẩn PCBs nồng độ C0 = 0.3ppm trên hệ thống GC-ECD theo các thông số vận hành đã nêu trên, thay đổi nhiệt độ lò cột theo các chương trình nhiệt sau:  Chương trình nhiệt 1: nhiệt độ đầu 1800C giữ trong 3 phút, tăng nhiệt độ với tốc độ 200C/ phút đến 2000C, tiếp tục tăng với tốc độ 50C/ phút đến 2800C và giữ trong 3 phút. Tổng thời gian của chương trình nhiệt là 50.34 phút. Sắc kí đồ thu được ở hình 6.1. 27 Hình 6.1 Sắc kí đồ tách hỗn hợp gồm 14 hợp chất PCBs theo chương trình nhiệt 1 Trên sắc kí đồ thu được, chúng tôi thấy chập 4 pic ở pic 2 và pic 6. Chúng tôi thử với giải pháp đẳng nhiệt và giảm tốc độ gia nhiệt ở chương trình nhiệt 2.  Chương trình nhiệt 2: nhiệt độ đầu 1800C giữ trong 7 phút, tăng nhiệt độ với tốc độ 20C/ phút đến 1880C giữ trong 7 phút, tăng nhiệt độ với tốc độ 10C/ phút đến 1920C giữ trong 5 phút, tiếp tục tăng nhiệt độ với tốc độ 50C/ phút đến 2300C giữ trong 10 phút, tăng nhiệt độ với tốc độ 50C/ phút đến 2700C và giữ trong 8 phút, nhiệt độ với tốc độ 50C/ phút đến 2800C giữa trong 3 phút. Tổng thời gian 68.0 min. Sắc kí đồ thu được ở hình 6.2. 28 Hình 6.2 Sắc kí đồ tách hỗn hợp gồm 14 hợp chất PCBs theo chương trình nhiệt 2 Với chương trình nhiệt này, chúng tôi nhận thấy vẫn chưa tách được các pic chập là pic 2 và pic 4. Chúng tôi sẽ giảm nhiệt độ ban đầu của chương trình nhiệt, giảm tốc độ gia nhiệt và kéo dài thời gian đẳng nhiệt ở chương trình nhiệt 3.  Chương trình nhiệt 3: nhiệt độ đầu 1000C giữ trong 2 phút rồi tăng nhiệt độ với tốc độ 50C/ phút đến 2600C và giữ trong 15 phút. Tổng thời gian 49 phút. Sắc kí đồ thu được ở hình 6.3. 29 Hình 6.3 Sắc kí đồ tách hỗn hợp gồm 14 hợp chất PCBs theo chương trình nhiệt 3 Với chương trình nhiệt này, chúng tôi vẫn chưa thể tách các pic chập nhau. Chúng tôi thực hiện định danh các pic dựa trên ở cá sắc kí đồ hình 6.1, 6.2, và 6.3 theo bảng chứng nhận chất chuẩn do nhà sản xuất cung cấp tiến hành phân tích trong điều kiện tương đương. Bảng 6.1 Bảng thứ tự, hình dạng và định danh các pic trên sắc kí đồ1 Thứ tự Hình dạng Tên Thời gian lưu 1 Pic đơn PCB18 21.81 2 Pic đôi PCB31 chập với PCB28 23.7 3 Pic đơn PCB52 25.28 4 Pic đơn PCB44 26.16 5 Pic đơn PCB101 28.86 6 Pic đôi PCB149 chập PCB 118 31.2 7 Pic đơn PCB153 32.22 8 Pic đơn PCB138 33.32 9 Pic đơn PCB180 36.06 10 Pic đơn PCB170 37.52 11 Pic đơn PCB194 41.26 12 Pic đơn PCB209 46.74 1 Hình dạng các pic trên sắc kí đồ xem hình phụ lục C.1 30 Sau đó, chúng tôi so sánh sự tách pic qua các chương trình nhiệt để lựa chọn chương trình nhiệt thích hợp tiến hành các bước phân tích tiếp theo. Bảng 6.2 Bảng so sánh độ phân giải các hợp chất PCBs trong hỗn hợp phân tích theo các chương trình nhiệt Chương trình 1 Chương trình 2 Chương trình 3 Thứ tự Tên chất k’ Rs k’ Rs k’ Rs 1 PCB 18 4.53 52.02 8.03 7.8 11.74 4.76 2 PCB 31 5.84 15.22 9.21 3.54 12.89 22.15 3 PCB 28 5.86 0.55 9.25 0.56 12.92 0.57 4 PCB 52 6.47 6.82 10.18 3.54 13.78 8.72 5 PCB 44 6.86 8.22 10.79 1.44 14.29 2.52 6 PCB 101 8.09 9.53 12.63 5.23 15.87 15.99 7 PCB 149 9.25 2.56 14.39 2.87 17.29 3.19 8 PCB 118 9.28 0.55 14.43 0.56 17.32 0.56 9 PCB 153 11.23 2.05 15.08 3.75 17.83 8.60 10 PCB 138 11.77 5.27 15.89 2.27 18.47 1.77 11 PCB 180 12.87 3.72 17.85 5.98 20.08 25.15 12 PCB 170 13.22 2.45 18.84 4.94 20.02 11.52 13 PCB 194 13.71 7.81 20.04 6.45 20.10 21.30 14 PCB 209 15.50 9.95 22.63 11.21 20.31 26.20 Biện luận: Từ bảng kết quả trên, chúng tôi nhận thấy RS ≥ 1 lúc này ta có thể định tính được chất phân tích; RS ≥ 1.5 có thể phân tích định lượng, Rs càng tách ra nhau rõ hơn, ở chương trình nhiệt 3 cho hiệu quả tách tốt nhất trong các chương trình đã khảo sát, các giá trị RS và k’đều lớn hơn , giá trị k’ nằm trong khoảng (1, 20), tổng thời gian của chương trình nhiệt không quá dài. Chúng tôi chọn chương trình nhiệt 3 cho các phân tích tiếp theo. 6.3. Khảo sát tốc độ dòng của pha động Mục đích: Khảo sát để lựa chọn tốc độ khí mang phù hợp Tiến hành: Phân tích hỗn hợp chuẩn PCBs trên hệ thống GC-ECD theo các thông số vận hành trên, với chương trình nhiệt 3, khảo sát với các tốc độ khí mang 31 lần lượt là 0.4mL/ phút, 1mL/ phút và 1.3mL/ phút. Chúng tôi đã ghi nhận các giá trị k’, RS trong bảng 6.3: Bảng 6.3 Bảng so sánh độ phân giải các chất trên sắc kí đồ ở các tốc độ dòng 0.4mL/phút 1.0mL/phút 1.3mL/phút Tên chất k’ Rs k’ Rs k’ Rs PCB 18 12.25 4.81 8.03 7.8 11.74 4.76 PCB 31 14.14 22.21 9.21 3.54 12.89 22.15 PCB 28 14.18 0.68 9.25 0.56 12.92 0.57 PCB 52 14.96 7.75 10.18 3.54 13.78 8.72 PCB 44 15.45 0.72 10.79 1.44 14.29 2.52 PCB 101 16.91 28.64 12.63 5.23 15.87 15.99 PCB 149 18.40 1.09 14.39 2.87 17.29 3.19 PCB 118 - - 14.43 0.56 17.32 0.56 PCB 153 18.99 6.27 15.08 3.75 17.83 8.60 PCB 138 19.83 2.5 15.89 2.27 18.47 1.77 PCB 180 22.18 29.16 17.85 5.98 20.08 25.15 PCB 170 23.61 1.04 18.84 4.94 20.92 11.52 PCB 194 26.90 25.86 20.74 6.45 23.10 21.30 PCB 209 32.10 27.53 22.63 11.21 26.31 26.20 Chúng tôi lựa chọn giá trị các hệ số k’ và RS càng lớn thì hiệu quả tách càng tốt, k’ không được quá lớn nếu không pic sẽ bị tù gây sai số cho kết quả định lượng. Ở đây, chúng tôi chọn tốc độ dòng cho pha động là 1.3mL/phút. 6.4. Khảo sát chất nội chuẩn 6.4.1. Khảo sát chất nội chuẩn Mục đích: lựa chọn chất nội chuẩn thích hợp nhằm kiểm soát quá trình mất mẫu do tiêm mẫu bằng tay, bảo đảm độ lặp lại của phép phân tích. Tiến hành: Phân tích hỗn hợp chuẩn PCBs và các nội chuẩn ở cùng nồng độ, chúng tôi khảo sát ở các nồng độ C= 0.01ppm, 0.05ppm, 0.1ppm, 0.3ppm, 0.5ppm và 1ppm. Các chất được khảo sát nội chuẩn là hỗn hợp các hợp chất Clo hữu cơ (OCs), phân tích trên cùng điều kiện sắc kí. 32 Hình 6.4 Sắc kí đồ tách hỗn hợp gồm 14 hợp chất PCBs và hỗn hợp gồm 7 hợp chất OCs ở cùng C=0.3ppm theo chương trình nhiệt 3 Hình 6.5 Sắc kí đồ tách hỗn hợp gồm 14 hợp chất PCBs và hỗn hợp gồm 7 hợp chất OCs ở cùng C=1ppm theo chương trình nhiệt 3 33 Chúng tôi định danh các chất trên sắc kí đồ hình 6.4 và 6.5 theo chứng nhận của nhà sản xuất hóa chất cung cấp khi phân tích trên cùng điều kiện ở bảng sau: Bảng 6.4 Bảng định danh các chất, thời gian lưu trên sắc kí đồ 6.4 và 6.5 Thứ tự Tên Thời gian lưu 1 Heptaclo 20.21 2 Lindan 21.36 3 PCB18 21.81 4 PCB31 chập với PCB28 23.7 và 23.8 5 Hexaclobenzen 24.46 6 PCB52 25.28 7 Aldrin 25.91 8 PCB44 26.16 9 PCB101 28.86 10 Dieldrin 30.12 11 Endrin 30.98 12 PCB149 chập PCB 118 31.2+31.3 13 PCB153 32.22 14 DDT 33.13 15 PCB138 33.32 16 PCB180 36.06 17 PCB170 37.52 18 PCB194 41.26 19 PCB209 46.74 Chúng tôi tính tỉ lệ chiều cao giữa chất phân tích và chất nội chuẩn ở cùng nồng độ, xem xét độ nhạy của chất phân tích và chất được chọn làm nội chuẩn, nếu tỉ lệ này  1 thì có thể xem chất được chọn làm nội chuẩn và chất phân tích có cùng độ nhạy. Chúng tôi nhận thấy với các chất có thể được chọn làm nội chuẩn: hexaclobenzen, dieldrin, eldrin, DDT, được trình bày trong bảng 6.5: 34 Bảng 6.5 Bảng kết quả xét lựa chọn chất làm nội chuẩn cho các hợp chất PCBs Các hợp chất PCBs Tên chất nội chuẩn Nồng độ PCB 18 PCB 38+21 PCB 52 PCB 44 PCB 101 PCB 149+118 PCB 153 PCB 138 PCB 180 PCB 170 PCB 194 PCB 209 0.01 0.19 0.26 0.27 0.19 0.13 0.38 0.17 0.24 0.3 0.34 0.38 0.22 0.05 0.39 1.21 0.55 0.24 0.91 0.82 0.65 1.25 1.25 1.25 1.3 1.22 0.1 0.40 1.29 0.80 1.12 0.91 1.31 0.51 1.43 1.59 1.59 1.92 1.26 0.3 0.41 1.36 0.58 0.71 0.73 1.55 0.71 0.97 0.97 1.12 1.26 1.04 0.5 0.43 1.26 0.87 1.17 0.95 1.41 1.18 1.48 1.65 1.67 2.07 1.30 Hexaclo- benzen 1 0.47 1.24 0.92 1.22 0.99 1.23 1.18 0.92 1.02 1.01 1.24 1.27 0.01 0.07 0.33 0.21 0.13 0.1 0.25 0.11 0.16 0.2 0.23 0.26 0.31 0.05 0.42 1.29 0.21 0.77 0.77 1.7 0.87 1.24 1.24 1.24 1.55 5.38 0.1 0.46 1.31 0.21 0.77 0.77 1.59 0.76 0.98 1.09 1.09 1.33 1.22 0.3 0.45 1.36 0.58 0.77 0.79 1.59 0.77 0.98 1.1 1.1 1.37 1.18 0.5 0.46 1.43 0.6 0.81 0.82 1.67 1.03 1.14 1.14 1.26 1.4 1.32 Dieldrin 1 0.49 1.58 0.63 0.83 0.84 1.73 0.81 1.05 1.17 1.17 1.42 1.20 0.01 0.09 0.33 0.24 0.16 0.13 0.32 0.14 0.2 0.25 0.23 0.32 0.28 0.05 0.5 1.8 0.24 0.91 0.91 2.03 1.04 1.47 1.47 1.47 1.85 1.64 0.1 0.54 1.74 0.24 0.9 0.9 1.86 0.89 1.15 1.28 1.28 1.55 1.37 0.3 0.54 1.83 0.69 0.93 0.95 1.9 0.92 1.17 1.31 1.31 1.64 1.54 0.5 0.53 1.8 0.69 0.99 0.95 1.93 1.17 1.32 1.32 1.26 1.61 1.5 Endrin 1 0.57 1.92 0.73 0.97 0.99 2.03 0.95 1.23 1.37 1.37 1.67 1.6 0.01 0.1 0.39 0.21 0.18 0.16 0.36 0.16 0.23 0.29 0.33 0.37 0.33 0.05 0.4 1.42 0.21 0.62 0.72 2.94 0.61 1.17 1.17 1.17 1.21 5.75 0.1 0.67 2.16 0.21 0.62 1.12 1.64 0.79 1.02 1.13 1.13 1.37 1.71 0.3 0.67 2.27 0.58 0.71 1.18 1.46 0.71 0.9 1.01 1.01 1.26 1.91 0.5 0.67 2.25 0.60 0.79 1.18 1.69 0.82 1.04 1.16 1.28 1.41 1.88 DDT 1 0.71 2.39 0.63 0.96 1.23 1.51 0.71 0.92 1.02 1.02 1.24 2 Trong các chất khảo sát trên, chúng tôi nhận thấy hợp chất hexaclobenzen có độ nhạy tương đương với các chất trong hỗn hợp các hợp chất PCBs đang khảo sát, tỉ lệ diện tích 1 HPCB/Hhexaclobenzen ; do vậy, dựa vào cấu trúc hóa học của hexaclobenzen, tính chất hóa học và kết quả tính toán cho cùng độ nhạy ta có thể chọn hợp chất hexaclobenzen làm nội chuẩn cho hỗn hợp PCBs trong nghiên cứu này. 6.4.2. Khảo sát nồng độ chất nội chuẩn Mục đích : Chọn nồng độ thích hợp cho chất làm nội chuẩn. Tiến hành: Phân tích hỗn hợp của nội chuẩn và hỗn hợp của các chất phân tích ở cùng nồng độ từ 0.01 ppm, 0.1ppm, 0.2ppm, 0.3ppm, 0.5ppm và 1 ppm. Sau đó tính tỉ lệ diện tích các pic SA/SIS, rồi lập đường biểu diễn sự phụ thuộc giữa nồng độ nội chuẩn và tỉ lệ diện tích SA/SIS. 35 PCB18 0 0.2 0.4 0.6 0 0.5 1 1.5 CIS S A /S IS PCB31+28 0 0.5 1 1.5 2 0 0.5 1 1.5 CIS S A /S IS PCB 52 0 0.5 1 0 0.5 1 1.5 CIS S A /S IS PCB 44 0 0.5 1 1.5 0 0.5 1 1.5 CIS S A /S IS PCB 138 0 1 2 0 0.5 1 1.5 CIS S A /S IS PCB 101 0 0.5 1 1.5 0 0.5 1 1.5 CIS S A /S IS PCB153 0 0.5 1 1.5 0 0.5 1 1.5 CIS S A /S IS PCB149+118 0 1 2 3 0 0.5 1 1.5 CIS S A /S IS 36 PCB 209 0 0.5 1 1.5 0 0.5 1 1.5 CIS S A /S IS PCB 180 0 1 2 0 0.5 1 1.5 CIS S A /S IS PCB 170 0 1 2 0 0.5 1 1.5 CIS S A /S IS PCB 194 0 1 2 3 0 0.5 1 1.5 CIS S A /S IS Hình 6.6 Đồ thị khảo sát lựa chọn nồng độ chất nội chuẩn Hexaclobenzen Chúng tôi nhận thấy, trong khoảng nồng độ của nội chuẩn từ 0.3ppm đến 1ppm tỉ lệ SA/SIS của các PCB gần như không thay đổi nhiều, đồ thị biểu diễn là đường song song trục hoành, do đó chúng tôi lựa chọn khảo sát ở nồng độ nội chuẩn là 0.3ppm 6.5. Khảo sát độ lặp lại của kết quả phân tích Tiến hành: Thực hiện phân tích hỗn hợp PCBs ở các nồng độ lần lượt là 0.01, 0.3, 0.9, 2.0ppm với nồng độ chất nội chuẩn là 0.3ppm; mỗi dung dịch thực hiện đo lặp lại 4 lần trong các điều kiện thí nghiệm như nhau. Sau đó kiểm định bằng chuẩn chi phương Bacterlet. Số liệu tính toán xem bảng phần phụ lục B.1 Dùng kiểm định thống kê theo chuẩn chi phương Bactelet, chúng tôi tính toán được giá trị B= 22 LTTH   = 2 3,95.0 ; giá trị lớn nhất của B= 7.815< BLT nên các phương sai mẫu được phép chấp nhận là đồng nhất thống kê lấy theo mức xác suất 0.95. Kết luận: Các tín hiệu phân tích có độ lặp lại tốt. 37 6.6. Khảo sát khoảng tuyến tính Qua tham khảo tài liệu, khoảng tuyến tính của các hợp chất PCBs khá rộng từ 0.05ppm đến 5ppm [ 23],từ 0.5ppm-256 ppm[28] . Với quy định hàm lượng PCBs trong nước cỡ 0.01ppm (theo TCVN), chúng tôi khảo sát khoảng tuyến tính trong khoảng nồng độ từ 0.01-6ppm với nồng độ nội chuẩn là 0.3ppm. PCB 18 y = 1.3628x + 0.1608 R2 = 0.9954 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 CA/CIS S A /S IS PCB 31&28 y = 4.2638x + 0.7111 R2 = 0.9933 0 10 20 30 0 2 4 6 8 CA/CIS S A /S IS PCB 52 y = 1.6097x + 0.3463 R2 = 0.9945 0 5 10 15 0 2 4 6 8 CA/CIS S A /S IS PCB 44 y = 2.2852x + 0.3718 R2 = 0.9955 0 5 10 15 0 2 4 6 8 CA/CIS S A /S IS PCB 101 y = 2.2999x + 0.3586 R2 = 0.9964 0 5 10 15 0 2 4 6 8 CA/CIS S A /S IS PCB 149&118 y = 3.9614x + 1.3054 R2 = 0.9857 0 10 20 30 0 2 4 6 8 CA/CIS S A /S IS 38 PCB 209 y = 4.2781x - 0.1565 R2 = 0.9954 -10 0 10 20 30 0 2 4 6 8 CA/CIS S A /S IS PCB 153 y = 2.5089x + 0.057 R2 = 0.9962 0 5 10 15 20 0 2 4 6 8 CA/CIS S A /S IS PCB 138 y = 2.8394x + 0.521 R2 = 0.9964 0 10 20 0 2 4 6 8 CA/CIS S A /S IS PCB 180 y = 3.377x + 0.3953 R2 = 0.9973 0 10 20 30 0 2 4 6 8 CA/CIS S A /S IS PCB 170 y = 3.6169x + 0.6524 R2 = 0.9949 0 10 20 30 0 2 4 6 8 CA/CIS S A /S IS PCB 194 y = 3.6688x + 0.7398 R2 = 0.9965 0 10 20 30 0 2 4 6 8 CA/CIS S A /S IS Hình 6.7 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa nồng độ và tín hiệu phân tích của các hợp chất PCBs Chúng tôi nhận thấy hầu hết các phương trình đường chuẩn đều có R2 > 0.99 do đó sự phụ thuộc của nồng độ và tín hiệu phân tích của các hợp chất PCBs có độ tuyến tính tốt trong khoảng nồng độ từ 0.01pm đến 6ppm.