Luận án TS Trần Mạnh Trí: Vi chiết sắc kí khí phân tích hợp chất hữu cơ bay hơi

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------------- TRẦN MẠNH TRÍ NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN PHƢƠNG PHÁP VI CHIẾT KẾT HỢP VỚI SẮC KÍ KHÍ PHÂN TÍCH HỢP CHẤT HỮU CƠ BAY HƠI LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC HÀ NỘI-2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------------- TRẦN MẠNH TRÍ NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN PHƢƠNG PHÁP VI CHIẾT KẾT HỢP VỚI SẮC KÍ KHÍ PHÂN TÍCH HỢP CHẤT HỮU CƠ BAY HƠI Chuyên ngành: Hoá hữu cơ Mã số:62 44 27 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS-TSKH: NGUYỄN ĐỨC HUỆ PGS-TS: TRẦN THỊ NHƢ MAI HÀ NỘI-2010 DANH MỤC NHỮNG KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN ÁN ASTM: American Society for Testing and Material BTNMT: Bộ tài nguyên môi trường BTEX: Benzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylene (m-Xylene) BYT: Bộ y tế CI: Ion hoá hóa học (Chemical Ionization) CLSA: Phân tích loại bỏ theo chu trình kín (Closed Loop Stripping Analysis) D-LPME: Vi chiết pha lỏng Ďộng (Dynamic Liquid Phase Microextraction) EI: Va Ďập electron trực tiếp (Electron Impact) GC: Sắc kí khí (Gas Chromatography) GC-ECD: Sắc kí khí- Ďetectơ cộng kết Ďiện tử (Gas Chromatography – Electron Capture Detector) GC-FID: Sắc kí khí- Ďetectơ ion hoá ngọn lửa (Gas Chromatography – Flame Ionization Detector) GC-MS: Sắc kí khí khối phổ (Gas Chromatography – Mass Spectrometry) HF-LPME: Vi chiết pha lỏng sợi rỗng (Hollow Fiber Liquid Phase Microextraction) HNF-ME: Vi chiết màng kim rỗng (Hollow Needle Film Microextraction) HPLC: Sắc kí lỏng hiệu năng cao (High Performance Liquid Chromatography) HS: Không gian hơi (Headspace) HS-SPME: Vi chiết pha rắn không gian hơi (Headspace Solid-Phase Microextraction) KGH: Không gian hơi LOD(s): Giới hạn phát hiện (Limit(s) of Detection) 1 LOQ: Giới hạn Ďịnh lượng (Limit of Quantitative) LPE: Chiết pha lỏng (Liquid Phase Extraction) LPME: Vi chiết pha lỏng (Liquid Phase Microextraction) MIMS: Màng lồng ghép khối phổ (Membrane Inlet Mass Spectrometry) NCI: Ion hoá hoá học âm (Negative Chemical Ionization) PA: Polyacrylate PAT: Bẫy lọc và loại trừ (Purge and Trap) PDMS: Polydimethylsiloxane PMPS: Polymethylphenylsiloxane (OV-17) PT: Bẫy lọc và loại trừ (Purge and Trap) PT: Pha tĩnh PT1: Poliacrylat PT2: Bis (2-etylhexyl) sebasat PT3: Đietilenglycol succinat polieste PT4: PoliĎimetylsiloxan PT5: Polimetylphenylsiloxan PT6: PolimetylhiĎroxylsiloxan QCVN: Quy chuẩn Việt Nam SDE: Chiết Ďơn giọt (Single drop extraction) SEM: Kính hiển vi Ďiện tử quét (Scan Electron Microscopy) SHS: Không gian hơi tĩnh (Static headspace) SPDME: Vi chiết pha rắn Ďộng (Solid Phase Dynamic Microextraction) SPE: Chiết pha rắn (Solid Phase Extraction) SPE-DI: Chiết pha rắn bơm trực tiếp (Solid Phase Extraction Direct Injection) SPME: Vi chiết pha rắn (Solid Phase Microextraction) S-LPME: Vi chiết pha lỏng tĩnh (Static Liquid Phase Microextraction) TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam 2 TLHS: Không gian hơi lớp mỏng (Thin-layer headspace) US-EPA: Tổ chức bảo vệ môi trường Hoa kỳ (United States Environmental Protection Agency) VOCs: Hợp chất hữu cơ bay hơi (Volatile Organic Compounds) DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN ÁN Bảng 1.1: Công thức và một số tính chất của các chất nhóm BTEX Bảng 1.2: Quy chuẩn Việt Nam về chất lượng nước ăn uống với các chất nhóm BTEX Bảng 1.3: Quy chuẩn Việt Nam về phát thải của các chất nhóm BTEX Bảng 1.4: Quy chuẩn Việt Nam cho phép của các chất nhóm BTEX trong không khí xung quanh Bảng 1.5: Quy chuẩn Việt Nam cho phép của các chất nhóm BTEX trong khí thải công nghiệp Bảng 1.6: Công thức và một số tính chất vật lí của các chất nhóm cơ clo mạch ngắn Bảng 1.7: Quy chuẩn Việt Nam về chất lượng nước ăn uống với các chất nhóm cơ clo mạch ngắn Bảng 1.8: Quy chuẩn Việt Nam về phát thải của các chất nhóm cơ clo mạch ngắn Bảng 1.9: Quy chuẩn Việt Nam cho phép của các chất nhóm cơ clo mạch ngắn trong không khí xung quanh Bảng 1.10: Quy chuẩn Việt Nam cho phép của các chất nhóm cơ clo mạch ngắn trong khí thải công nghiệp ---------------------------------------------------------------------------------------------- ------ 3 Bảng 2.1: Kết quả xây dựng Ďường chuẩn dùng bơm tiêm Hamilton cho các chất nhóm BTEX Bảng 2.2: Khảo sát ảnh hưởng của pha tĩnh Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm BTEX Bảng 2.3: Khảo sát thời gian thời gian Ďạt cân bằng phân bố khi vi chiết các chất nhóm BTEX trong KGH mẫu nước Bảng 2.4: Ảnh hưởng tỉ lệ thể tích KGH/thể tích mẫu khi vi chiết Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm BTEX trong KGH mẫu nước Bảng 2.5: Ảnh hưởng của tốc Ďộ khuấy dung dịch Ďến khả hiệu quả vi chiết các chất nhóm BTEX trong KGH mẫu nước Bảng 2.6: Ảnh hưởng của muối Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm BTEX trong KGH mẫu nước Bảng 2.7: Ảnh hưởng của nồng Ďộ muối thêm vào dung dịch Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm BTEX trong KGH mẫu nước Bảng 2.8: Ảnh hưởng của nhiệt Ďộ Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm BTEX trong KGH mẫu nước Bảng 2.9: Ảnh hưởng của pH Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm BTEX trong KGH mẫu nước Bảng 2.10: Kết quả xây dựng Ďường chuẩn phân bố khi vi chiết các chất nhóm BTEX trong KGH mẫu nước Bảng 2.11: Khảo sát thời gian Ďạt cân bằng phân bố khi vi chiết các chất nhóm BTEX trong mẫu khí Bảng 2.12: Ảnh hưởng của tốc Ďộ kéo Ďẩy pittông Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm BTEX trong mẫu khí Bảng 2.13: Ảnh hưởng của nhiệt Ďộ Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm BTEX trong mẫu khí Bảng 2.14: Kết quả xây dựng Ďường chuẩn phân bố khi vi chiết các chất nhóm BTEX trong mẫu khí 4 Bảng 2.15: Kết quả xây dựng Ďường chuẩn dùng bơm tiêm Hamilton của các chất nhóm cơ clo mạch ngắn Bảng 2.16: Khảo sát ảnh hưởng pha tĩnh trong vi chiết các chất nhóm cơ clo mạch ngắn Bảng 2.17: Khảo sát thời gian Ďạt cân bằng phân bố khi vi chiết các chất nhóm cơ clo mạch ngắn trong KGH mẫu nước Bảng 2.18: Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích KGH trên thể tích mẫu Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm cơ clo mạch ngắn trong KGH mẫu nước Bảng 2.19: Ảnh hưởng của tốc Ďộ khuấy dung dịch Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm cơ clo mạch ngắn trong KGH mẫu nước Bảng 2.20: Ảnh hưởng của muối Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm cơ clo mạch ngắn trong KGH mẫu nước Bảng 2.21: Ảnh hưởng của nồng Ďộ muối thêm vào dung dịch Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm cơ clo mạch ngắn trong KGH mẫu nước Bảng 2.22: Ảnh hưởng của pH Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm cơ clo mạch ngắn trong KGH mẫu nước Bảng 2.23: Ảnh hưởng của nhiệt Ďộ Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm cơ clo mạch ngắn trong KGH mẫu nước Bảng 2.24: Kết quả xây dựng Ďường chuẩn phân bố khi vi chiết các chất nhóm cơ clo mạch ngắn trong KGH mẫu nước Bảng 2.25: Khảo sát thời gian Ďạt cân bằng phân bố khi vi chiết các chất nhóm cơ clo mạch ngắn trong mẫu khí Bảng 2.26: Ảnh hưởng của tốc Ďộ kéo Ďẩy pittông Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm cơ clo mạch ngắn trong mẫu khí Bảng 2.27: Ảnh hưởng của nhiệt Ďộ Ďến hiệu vi chiết các chất nhóm cơ clo mạch ngắn trong mẫu khí Bảng 2.28: Kết quả xây dựng Ďường chuẩn phân bố khi vi chiết các chất nhóm cơ clo thấp trong mẫu khí 5 ---------------------------------------------------------------------------------------------- ---Bảng 3.1: Tính chất vật lí của các pha tĩnh nghiên cứu trong luận án Bảng 3.2: Hằng số McReynolds của các pha tĩnh nghiên cứu trong luận án Bảng 3.3: Ảnh hưởng của Ďộ dày màng pha tĩnh polimetylphenylsiloxan Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm BTEX Bảng 3.4: Ảnh hưởng của Ďộ dày màng pha tĩnh poliĎimetylsiloxan Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm cơ clo mạch ngắn Bảng 3.5: Tính toán Ďộ dày màng phủ lên thành trong của kim tiêm rỗng Bảng 3.6: Nồng Ďộ của các chất nhóm BTEX chiết Ďược trên pha tĩnh Bảng 3.7: Nồng Ďộ của các chất nhóm BTEX còn lại trong mẫu khí Bảng 3.8: Các thông số Ďộng học cho quá trình hấp thu trong kĩ thuật vi chiết HNF-ME.9: Độ tan của một số muối trung hoà sử dụng trong luận án Bảng 3.10: Kết quả xác Ďịnh các thông số Ďánh giá phương pháp phân tích của các chất nhóm BTEX trong mẫu nước.11: Kết quả xác Ďịnh các chất nhóm BTEX trong một số mẫu nước thật Bảng 3.12: Kết quả xác Ďịnh các thông số Ďánh giá phương pháp phân tích của các chất nhóm cơ clo mạch ngắn trong mẫu nước.13: Kết quả xác Ďịnh các chất nhóm cơ clo mạch ngắn trong một số mẫu nước thật Bảng 3.14: Kết quả xác Ďịnh các thông số Ďánh giá phương pháp phân tích của các chất nhóm BTEX trong mẫu khí.15: Kết quả phân tích các chất nhóm BTEX trong mẫu khí thật Bảng 3.16: Kết quả xác Ďịnh các thông số Ďánh giá phương pháp phân tích của các chất nhóm cơ clo mạch ngắn trong mẫu khí Bảng 3.19: Kết quả phân tích các chất nhóm cơ clo mạch ngắn trong mẫu khí thật 6 Bảng 3.20: Kết quả so sánh các phương pháp phân tích các chất nhóm BTEX trong mẫu nước Bảng 3.21: Kết quả so sánh các phương pháp phân tích các chất nhóm BTEX trong mẫu khí Bảng 3.22: Kết quả so sánh các phương pháp phân tích các chất nhóm cơ clo mạch ngắn trong mẫu nước Bảng 3.23: Kết quả so sánh các phương pháp phân tích các chất nhóm cơ clo mạch ngắn trong mẫu khí DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN ÁN Hình 1.1: Các kĩ thuật chiết thường Ďược sử dụng trong phân tích môi trường (mẫu rắn, lỏng và mẫu khí) Hình 1.2: Mô hình kĩ thuật không gian hơi trực tiếp Hình 1.3: Mô hình kĩ thuật vi chiết pha lỏng tĩnh Hình 1.4: Mô hình cấu tạo của bơm kim tiêm vi chiết pha rắn Hình 1.5: Mô hình kĩ thuật chiết màng lồng ghép khối phổ Hình 1.6: Sơ Ďồ khối thiết bị sắc kí khí Hình 1.7: Sơ Ďồ cấu tạo của Ďetectơ ion hoá ngọn lửa Hình 1.8: Sơ Ďồ cấu tạo một Ďetectơ cộng kết Ďiện tử Hình 1.9: Sơ Ďồ khố i của một hê ̣ thố ng GC/MS Hình 1.10: Sơ Ďồ kĩ thuật ion hoá hoá học Hình 1.11: Sơ Ďồ kĩ thuật ion hoá hoá học âm ---------------------------------------------------------------------------------------------- ---- Hình 2.1: Sắc kí Ďồ các chất nhóm BTEX Hình 2.2: Sắc kí Ďồ của 4 chất nhóm cơ clo mạch ngắn 7 ---------------------------------------------------------------------------------------------- ---- Hình 3.1: Mô hình kĩ thuật vi chiết màng kim rỗng phủ trong Hình 3.2: Thiết bị vi chiết màng kim rỗng phủ trong Hình 3.3:Ảnh hưởng của loại pha tĩnh Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm BTEX Hình 3.4: Ảnh hưởng của loại pha tĩnh Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm cơ clo mạch ngắn Hình 3.5: Sơ Ďồ mặt cắt của kim sau khi Ďã phủ pha tiñ h Hình 3.6: Tốc Ďộ hấp thu chất lên màng pha tĩnh Ďược mô tả bằng Ďộng học bậc nhất và bậc không Hình 3.7: Ảnh hưởng của thời gian Ďến hiệu quả vi chiết các chất nhóm BTEX trong KGH mẫu nước Hình 3.