Nghiên cứu, xác định sự có mặt của phenol, clophenol & các dẫn xuất khác của nó để tìm cách loại bỏ nó trong vấn đề ô nhiễm môi trường

vật ...Thông qua chương trình vận động của nó. Cùng với sự phát triển của văn minh nhân loại, nhu cầu nước ngày càng lớn. Hiện tại toàn bộ lượng nước sử dụng trong sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp, lượng nước sử dụng cho nhu cầu này thải ra ngày càng lớn, gây ô nhiễm đáng kể đến nguồn nước và môi trường. Nước thải đưa vào nước các loại hoá chất khác nhau, từ trạng thái tan hoặc huyền phù, nhũ tương đến các loại vi khuẩn. Mặt khác khi thải vào nước do tương tác hoá học của các chất mà tạo nên các chất mới ngăn cản quá trình làm sạch nước và ảnh hưởng đến sự sống của các sinh vật trong nước. Quá trình đô thị hoá, công nghiệp và nông nghiệp hoá thâm canh càng phát triển thì tình trạng ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm đã xuất hiện ở nhiều nước, nhiều nơi và ngày càng trở nên nghiêm trọng. Sự ô nhiễm nước không chỉ đơn thuần là do vi sinh vật và các chất hưu cơ dễ phân huỷ, mà còn do nhiều chất hưu cơ khác, các sản phẩm dầu, các chất tẩy rửa các chất phóng xạ... Đó là các chất độc hại gây nguy hiểm cho sức khoẻ con người và mọi sinh vật sống. Trên góc độ môi trường phenol và các dẫn xuất của phenol được xếp vào loại chất gây ô nhiễm. đây là nhóm tương đối bền , có khả năng tích luỹ trong cơ thể sinh vật và có khả năng gây nhiễm độc cấp tính, mãn tính cho con người. Khi xâm nhập vào cơ thể các phenol nói chung và Clophenol nói riêng gây ra nhiều tổn thương cho các cơ quan và hệ thống khác nhau nhưng chủ yếu là tác động lên hệ thần kinh, hệ thống tim mạch và máu. Do vậy việc nghiên cứu, xác định sự có mặt của phenol, clophenol và các dẫn xuất khác của nó để tìm cách loại bỏ nó là điều quan trọng 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 nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới quan tâm và nghiên cứu. Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (US - EPA) và cộng đồng Châu Âu đã có những quy định chung cho quy trình chuẩn phân tích đối tượng này. các phương pháp phân tích xác định phenol và các clophenol thông thường gồm 2 giai đoạn. 1. Sử dụng kỹ thuật tách chiết và làm giàu. Chiết lỏng lỏng trực tiếp từ nước bằng dietylete hoặc diclometal. Cất lôi cuốn hơi nước. Kỹ thuật sục khí và bẫy chất phân tích lại. Kỹ thuật sục khí tuần hoàn. Chiết pha rắn với các chất hấp thụ, XAD-2, XAD-4, C6 , C8, C18 , ... 2. Sử dụng các phương pháp định lượng như: Sắc khí lỏng hiệu năng cao với detector quang (uv) và huỳnh quang (RF). Sắc kí khí với detector ion hoá ngọn lửa (FID), Bắt giữ điện tử (ECD) và khối phổ (MS). Phân tích dòng chảy (FIA). Trắc quang. Các quy trình phân tích này đều có thể áp dụng vào điều kiện ở nước ta. Trong khuôn khổ luận văn này chúng tôi muốn nghiên cứu xây dựng một quy trình để xác định các clophenol trong nước bao gồm các bước sau: Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật chiết pha rắn để tách và làm giầu các clophenol trong nước. Sử dụng kỹ thuật tách sắc kí lỏng hiệu năng cao với detector (UV-VIS) để định lượng chúng đồng thời áp dụng để phân tích một số mẫu thực tế tại một số khu vực thuộc địa bàn Hà Nội. Tuy nhiên, do điều kiện hạn chế của phòng thí nghiệm nên chúng tôi chỉ nghiên cứu với 5 clophenol bao gồm (dẫn xuất từ mono cho đến penta): 2. Clophenol; 2.4 Di clophenol; 2.4.6 Tri clophenol; 2.3.4.6 Tetra clophenol; Penta clophenol. Chương I Tổng quan Giới thiệu về các dẫn xuất có clo của phenol 1.1.1 Khái niệm Các clophenol gồm một dẫy các hợp chất hoá học, chất đại diện đầu tiên là Hidroxybenzen được Runge tìm thấy năm 1943 khi chưng cất phân đoạn nhựa than đá. Do mang tính axit nên hợp chất này còn được gọi là axitcacbolic hoặc axit phelic. Và về sau để thể hiện nó với ancol người ta gọi nó là "phenol" [4 ] Các clophenol là hợp chất hữu cơ được tạo thành bằng cách thay thế một hay nhiều nguyên từ Hidro trong vòng thơm của phân tử phenol bằng các nguyên tử clo Công thức tổng quát: C6H5-nClnOH với n = 1-> 5 OH Công thức cấu tạo của các clophenol như sau: X Với X = 1 -> 5 nguyên tử clo. Các phân tử clophenol lập thành dãy 19 chất gồm các mono, di ,tri, tetra và một pentaclophenol. 1.1.2 Tính chất vật lý hoá học của các clophenol ở nhiệt độ phòng , hầu hết các clophenol ở trạng thái rắn có cấu trúc tinh thể ngoại trừ o-clophenol (2.clophênol). Các chất này có mùi khá mạnh . ít tan trong nước, thay đổi từ 2,1.10-2 mol/lít với o-clophenol cho tới 7.10-9 mol/lít với 2.3.4.6 tetraclophenol, nhưng chúng dễ dàng tan trong một số dung môi hưu cơ như: metanol, ête, diclometan, axetonitril, ...[13] Các clophenol trong dung dịch nước có tính axit. Tính chất này tăng lên khi số lượng clo thế trong vòng benzen tăng lên. Do có tính axit nên trong môi trường kiềm các clophenol tạo thành các muối tương ứng tan tốt hơn các clophenol ban đầu. Bảng 1: Tính chất vật lý của các Clophenol TT Tên hợp chất Ký hiệu Khối lượng Phân tử Nhiệt độ sôi Co (760 mHg) Nhiệt độ nóng chảy Co (760 mHg) 1 2-Clophenol 2.CP 128.56 174.9 9 2 2.4 Diclophenol 2.4 DCP 163.00 210.0 45 3 2.4.6 Triclophenol 2.4.6 T3CP 197.45 246.0 69.5 4 2.3.4.6 Tetraclophenol 2.3.4.6 T4CP 231.89 15015 70 5 Pentaclophenol PCP 266.34 309->310 190->191 1.1.3. 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 bảo vệ thực vật, diclophenol và triclophenol được sử dụng để sản xuất các chất diệt cỏ nhóm phenolxy như: 2.4-D; 2.3.5-T. Các tetraclophenol và triclophenol được dùng làm thuốc diệt khuẩn, diệt nấm mốc và tẩy uế, khử trùng, pentaclophenol và các tetraclophenol được sử dụng để tẩm tre, gỗ nhằm chống mối mọt và chống mốc, ngoài ra các clophenol còn được sử dụng trong công nghiệp da, dày, vải, sợi và làm chất trung gian trong quá trình sản xuất thuốc nhuộm, thuốc chữa bệnh. 1.1.4 Độc hại của clophenol đối với người và động vật 1.1.4.1. Độc hại của clophenol với động thực vật Các clophenol với số nguyên tử clo khác nhau có mức độ độc hại khác nhau đối với các loại động thực vật. Nhiều thí nghiệm đã chỉ ra rằng độ độc hại của clophenol đối với các loài sinh vật tăng theo mức độ clo hoá vòng thơm và độ độc tính của chúng cũng thay đổi rõ rệt theo pH của môi trường. ở pH thấp, các clophenol duy trì ở dạng phân tử và dễ dàng đi qua màng tế bào. Khi pH tăng độc tính của các clophenol giảm rõ rệt, ảnh hưởng này đặc biệt quan trọng khi số lượng các nguyên tử clo có mặt trong vòng khác nhau. Biểu hiện tác động của các clophenol nói riêng và phenol nói chung đến quần thể sinh học Mất phương hướng trong chuyển động Mất phản xạ trong điều chỉnh cân bằng cơ thể Mất tính năng bơi lội trong nước, ngừng hô hấp và chết Độc tính của clophenol thay đổi phụ thuộc vào số lượng nguyên tử clo có mặt trong 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 hoá trong cơ thể sinh vật. Hình 1: Biểu hiện tác động của clophenol nói riêng và của phenol nói chung đối với quần thể sinh học -Farquahanrsen và cộng sự đã nghiên cứu những ảnh hưởng của phenol lên chuột cho thấy khi tiêm 2,6 - DCP và 2, 4, 6 - T3CP làm chuột bị rối loạn như run rẩy, mất phản xạ tự nhiên, thậm chí bị rối loạn trầm trọng với 2,3,6 - T3CP kèm theo thay đổi nhiệt độ cơ thể. Khi tiêm T4CP và PCP thì dẫn đến tình trạng ngạt thở hoặc chết sau thời gian ngắn do thiếu oxi. Khi tiêm pentaclophenol với hàm lượng 10 đến 20 ppm cho thấy 90% chất độc được thải ra khỏi cơ thể chuột, còn lại chủ yếu được tích luỹ trong thận, gan và máu. Thận bị tổn thương sau khoảng thời gian từ 20 đến 40 giờ, gan bị tổn thương sau 3 dến 5 ngày. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng hầu như các mono - , di - , triclophenol có độc tính vừa phải khoảng 23-400mg/kg trọng lượng. Các clophenol có ít nguyên tử clo có độc tính gần giống phenol. Cònvới T4CP và PCP thì độc tính mạnh hơn khoảng 10-40mg/kg trọng lượng. 1.1.4.2. Sự độc hại của clophenol đối với 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 có clophenol là: chóng mặt, nôn mửa, rối loạn tim mạch, tê liệt cử động, hôn mê, nước tiểu trở nên xanh nhợt hoặc có màu tro, nhiệt độ cơ thể thay đổi, đặc biệt T4CP và PCP làm da xanh xám lại, co thắt một thời gian ngắn trước khi chết. Qua đường tiêu hoá Bỏng nặng trên da Biểu hiện tác động của các clophenol và phenol đối với cơ thể con người Nhiễm độc Hậu quả khác Chóng mặt Nôn mửa Tê liệt tim mạch Nước tiểu có màu Tử vong Ngưng tụ protein Ngộ độc Qua đường hô hấp Qua da Hình2: Biểu hiện tác động của các clophenol và phenol đối với cơ thể con người 1.2. Nguồn thải các clophenol vào môi trường 1.2.1. Nguồn tự nhiên Một số clophenol được phát hiện trong môi trường có nguồn gốc từ các nhựa cây, nhựa than đá và trong một số loài sinh vật. Trong nhựa cây, các sản phẩm phenol là kết quả của quá trình phân huỷ các hợp chất thiên nhiên 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%. Trong một số loài sinh vật 2, 4 - diclophenol được phát hiện trong nấm penicilium, 2,6 - điclophenol đóng vai trò như một phenomon của một số loài phát ra. Lượng lớn các hợp chất clophenol được phát hiện trong môi trường có nguồn gốc tự nhiên . 1.2.2. Nguồn nhân tạo Vào thập kỷ 70, sản lượng hàng năm của clophenol trên toàn thế giới ước tính khoảng 200 nghìn tấn, và chủ yếu là 2,4 - diclophenol và 2, 3,4, 6 - tetraclophenol. Các nước sản xuất clophenol chủ yếu là Mỹ, Nhật, Anh, Thuỵ Điển. Đến cuối thập kỷ 70, khi các nghiên cứu về độc tính của clophenol khá đầy đủ thì một số nước phát triển đã đề ra quy định về việc hạn chế sử dụng loại hợp chất này và do đó sản lượng có giảm rõ rệt. Trong công nghiệp clophenol được tổng hợp theo hai con đường: Clo hoá trực tiếp phenol để tạo ra các clophenol hoặc polyclophenol với sự có mặt của xúc tác và ở nhiệt độ cao. Thuỷ phân các clobenzen trong dung môi metanol, etylenglycol hoặc một số dung môi khác. Các chất được sản xuất theo con đường thứ nhất là: 2 - MCP; 4 - MCP; 2,4 - DCP; 2,6 - DCP; 2,4,6 - T3CP; 2,3,4,6 - T4CP; PCP. Quá trình clo hóa không định lượng thu được một nhóm các clophenol khác nhau. Theo con đường thứ hai, người ta sản xuất được 2,5 - PCP; 3,4 - DCP; 2,4,5 - T3CP; 2,3,4,5 - T4CP và PCP. Cả hai con đường này đều sinh ra những chất gây ô nhiễm khác nhau có hại cho sức khoẻ con người. ở nước ta do việc sử dụng các loại thuốc trừ sâu, diệt cỏ một cách bừa bãi , không được kiểm soát chặt chẽ của các cơ quan chức năng. Mặt khác các clophenol còn được thải ra ở nhiều nhà máy xí nghiệp, chưa xử lý nguồn nước thải một cách đúng đắn.Những nguồn này gây ra sự ô nhiễm rất lớn cho môi trường nước của chúng ta. 1.3. Một số phương pháp chiết, tách làm giàu clophenol 1.3.1. Kỹ thuật sục khí và bẫy lạnh (Purge and trap) [15] Hình 3: Thiết bị sục khí và bẫy lạnh Với kỹ thuật này, các chất hữu cơ được chuyển từ pha lỏng lên pha hơi do khí sục qua mẫu dưới áp suất khí quyển. Hơi chất hữu cơ được cuốn theo dòng khí mang đi tới bẫy 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 khoảng 180oC, sử dụng dòng khí trơ có tốc độ 20-60ml/phút trong thời gian 4 phút để đẩy các chất hữu cơ hấp phụ trên bẫy vào cột sắc ký (có thể sử dụng thêm bẫy lạnh để cô đặc mẫu 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 bẫy lạnh và độ nhạy của thiết bị phân tích sắc ký. 1.3.2. Kỹ thuật sục khí tuần hoàn (Closed - loop stripping tecnique) [15] 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 giữ chất phân tích lại. Chú thích 1. Bơm tuần hoàn 2. Đầu phân tán khí 3. Bình mẫu 4. Bình điều nhiệt 5. Bẫy than hoạt khí 6. Lò nhiệt 1 2 6 4 5 3 Hình 4: 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 hữu cơ được cuốn theo dòng khí ra khỏi mẫu di tới bẫy hấp thụ làm bằng than hoạt tính và bị giữ lại tại đây. Dòng khí sau khi bẫy than lại được tuần hoàn qua bơm và sục vào mẫu nước. Quá trình này được lặp đi lại lại từ 2 đến 4 giờ. Sau khi quá trình sục khí tuần hoàn và hấp phụ hoàn thành, bẫy than được lấy ra. Các chất hữu cơ hấp phụ trên bẫy than được rửa giải bằng một lượng nhỏ dung môi khoảng 20ml. Dung môi rửa giải thông thường là CS2. Ngoài ra, quá trình giải hấp còn có thể được thực hiện theo phương pháp nhiệt. Mẫu rửa giải ra sẽ được cho đi qua thiết bị sắc ký để định tính và định lượng. [16] Đây là một phương pháp có hiệu quả để phân tích các hợp chất dễ bay hơi trong nước, đặc biệt là khi phân tích các hợp 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 25.000 lần đối với các hợp chất kém bay hơi(họ phenol), phương pháp này cho hiệu suất thu hồi thấp vì khả năng chuyển lên pha hơi của chúng là kém hơn và cùng với nó ta phải tăng nhiệt độ của qúa 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 - 100ng/l khi xác định các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, còn với họ phenol độ nhạy phát hiện khoảng ml/l 1.3.3. Phương pháp chiết lỏng - lỏng trực tiếp từ nước 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 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 hoá ngọn lửa(FID) hoặc detector khối phổ (MS), hoặc bằng kỹ thuật sắc ký lỏng hiệu suất cao (HPLC) với detector UV hoặc huỳnh quang. Phương pháp này sử dụng chất nội chuẩn 2,4,6 - triclophnol - 13C6 với GC và 2,4 - dibromphenol với HPLC. Các phenolat đều được dẫn xuất hoá dưới tác nhân anhidrit axetic thành dạng phenolaxetat. Độ thu hồi của phương pháp từ 40-89% và giới hạn phá hiện từ 1-10ng/l [14]. Theo ISO - 8165 -1, các phenol có thể được chiết trực tiếp từ pha nước (không qua lọc) bằng dietylete, cô cạn, làm giàu và làm sạch qua cột selicagel. Sau đó, chúng được định tính và định lượng bằng sắc ký khí với detector FID hoặc FPD [20]. 1.3.4. 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 nghiệp nhiều tạp chất. Theo phương pháp chưng cất, mẫu nước dược điều chỉnh tới 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 hồi từ 91,9 - 97,3% độ lặp lại cao, và giới hạn phát hiện từ 7-16mg/l [12]. Phương pháp chưng cất kết hợp với kỹ thuật nội chuẩn và dẫn xuất hoá các phenolic đã được áp dụng để phân tích mẫu nước thải [9]. Với phương pháp này, mẫu nước đã được axit hoá tới pH ~ 1, thêm chất nội chuẩn là 2,6 - dibromphenol, thêm 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 hợp, tiến hành dẫn xuất hoá các phenolic bằng pentafluorobenzylbromua 1% trong axeton, rồi làm sạch mẫu bằng cách cho qua cột florisil và làm khô bằng Na2SO4 khan, đuổi dung môi, tiến hành phân tích sắc ký khí với detector ECD. Độ thu hồi của phương pháp từ 75,94 - 89,69% ở nồng độ 0,01 - 1 mg/l với DCP và 0,001 - 0,1 mg/l với các clophenol có số clo nhiều hơn. 1.3.5. Phương pháp cất lôi cuốn hơi nước [1] Cất lỏng - lỏng lôi cuốn hơi nước là một trong những phương pháp nhân lặp và tinh chế các hợp chất hữu cơ đạt hiệu quả cao. Phương pháp này sử dụng để tinh chế, làm giàu các chất không tan và ít tan trong nước. Hình 5: Cấu tạo máy cất đạm vi lượng Parnas - Wagnerr sử dụng để cất lỏng - lỏng lôi cuốn hơi nước. Bình cấp hơi nước 2 lít Phễu rót nước cất Phễu rót mẫu Bình cầu đựng mẫu 250ml Sinh hàn Bình hứng chất Phễu xả Khoá K1 Khoá K2 Khoá K3 Quy trình cất lỏng - lỏng lôi cuốn hơi nước được tiến hành như sau: Lấy chính xác 100ml nước đã được xử lý sơ bộ vào bình đựng nước 250ml, axit hoá bằng 2ml axti H2SO4 đặc tinh khiết. Đưa mẫu vào bình 4 bộ chiết cất lôi cuốn hơi nước. Dùng dung môi dietylete tráng bình định mức và đổ vào bình 4, rồi tiến hành chưng cất. Phần cất được cô đuổi dung môi bằng dòng khí N2 cho đến khi khô, rồi thêm chính xác 100ml dung môi dietylete. Tiêm 1ml dung dịch này vào máy sắc ký khí với detector ECD để định tính và định lượng chúng. Độ thu hồi của phương pháp này lớn hơn 70%, với độ lặp lại cao và độ nhạy khảng mg/l. 1.3.6. Phương pháp chiết pha rắn (chiết lỏng - rắn) 1.3.6.1. Nguyên tắc chung Trong phương pháp chiết pha rắn, các chất hấp phụ rắn, có diện tích bề mặt riêng lớn được sử dụng để chiết, tách và làm giàu các hợp chất hữu cơ từ pha nước. Theo phương pháp này, mẫu nước được điều chỉnh tới pH thích hợp được xử lý sơ bộ rồi được dội qua cột (cột được nhồi 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 dung môi 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, polyme đồng trùng hợp styren - divinylbenzen, polyme acrylic, 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 không chiết được bằng phương pháp chiết lỏng - lỏng. 1.3..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, đĩa được chuẩn bị kỹ lưỡng bằng cách ngâm trong axeton, trong metanol và cuối cùng rửa bằng 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 thuật dẫn xuất hoá, nội chuẩn và làm sạch trên florisil, khan hoá trên Na2SO4 , đã chứng tỏ chiết bằng đĩa styren - divinybenzen 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 [23]. Cheung Julic và cộng sự cũng đã nghiên cứu chiết pha rắn (SPE) sử dụng chất hấp phụ polystyren - divinylbenzen để tiến hành chiết hỗn hợp 8 clophenol trong nước và tiến hành xử lý nước thải ở vùng Sydney. Kết quả cho thấy nhựa không ion polystyren - divinylbenzen có khả năng 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 ppb [7]. 1.3.6.3. Chiết pha rắn sử dụng đĩa C18 Đĩa C18 đã được sử dụng làm chất hấp phụ để xây dựng quy trình chuẩn xác định các phenol trong nước. Theo quy trình này, mẫu được kiềm hoá và thêm chất nội chuẩn 2,4,6 - triclophenol - 13C6, được axetat hoá thành phenolaxetic với tác nhân anhidritaxetat, được đi qua đĩa C8. 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 hồi của phương pháp đạt 60-95%, với giới hạn phát hiện 5-20ppb[13]. Nghiên cứu của S.Dupeyron và các cộng sự cho thấy pentaclophenol trong nước uống hoặc nước thải công nghiệp được điều 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 (UV) hoặc huỳnh quang (RF). Độ nhạy của phương pháp ~ 0,1mg/l. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi thêm NaCl vào mẫu nước làm tăng độ phân cực của nước và do đó sẽ nâng cao được độ thu hồi của pentaclophenol lên từ 87-90% [12, 2]. Theo Goncharov V.V. và các cộng sự, lượng lớn mẫu nước được bơm qua đĩa C18 để làm giàu trước mỗi phép phân 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 -10ng/l [5]. Đĩa C18 cũng đựơc 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 hoá trực tiếp bằng anhydritaxetic thành phenolaxetat, rồi được chiết bằng đĩa C18 và được định lượng bằng phương pháp sắc ký khí sử dụng detector khối phổ. Phương pháp này có độ chính xác và độ nhạy cao được dùng để phân tích các hợp chất của phenol bao gồm: phenol, ankyl phenol, phenol đã halogen hoá, nitrophenol trong nước máy, trong đất và các mẫu nước sông. Độ thu hồi của phương pháp lớn hơn 80% và độ nhạy từ 2-50ng/l [3]. Jitka Frebortava, Vera Tatarkovieova đã phân tích 7 clopenol trong nước thuộc danh mục các chất gây ô nhiễm môi trường lâu dài do EPA đưa ra: 2 - clophenol (2 - CP); 4- clo - 3 metylphenol (4,3 - CMP); 2,6 - diclophenol (2,6 - DCP) ; 2,4 - diclophenol (2,4 - DCP); 2,4,5 - triclophenol (2,4,5 - TCP); 2,4,6 - triclophenol (2,4,5,6-TCP); pentaclophenol (PCP). Các tác giả đã nghiên cứu chiết pha rắn sử dụng pha liên kết C6, C8, C18 - 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 C18 - Silica là chất hấp phụ đạt hiệu quả cao nhất trong số các chất được khảo sát [21]. 1.3.6.4. Chiết pha rắn sử dụng chất hấp phụ XAD - 2, XAD - 4 Chất hấp phụ XAD - 2 còn gọilà nhựa XAD - 2, được sử dụng rộng rãi trong phương pháp chiết lỏng rắn. XAD - 2 có dạng hạt nhỏ, đường kính ~ 0,25 - 0,5mm màu trắng, có dung lượng hấp phụ lớn do diện tích bề mặt lên tới 300m2/g. Theo phương pháp chiết này, mẫu được xử lý sơ bộ, được điều chỉnh tới pH ~ 2, rồi được dội qua cột XAD - 2 để tách và làm giàu các clophenol. Sau đó, chất phân tích được giải hấp bằng các dung môi thích hợp 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 [ 1, 24, 11, 22]. Chất hấp phụ XAD - 4 còn được gọi là nhựa XAD - 4. Đó là nhựa polystyren có kích thước nhỏ, đường kính trong ~ 50Ao 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 ~ 750m2/g. Zheng - Liang Zhi và cộng sự đã tiến hành chiết và làm giàu các phenol trên XAD - 4, sau đó rửa giải chất phân tích trên pha rắn 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 0,2ng/ml và khoảng tuyến tính 0,5-60ng/ml [27]. 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 hoá than sau khi đã được axtyl hoá bằng anhidritaxetic. Chất phân tích được rửa giải và định lượng trên thiết bị sắc ký khối phổ GC - MS. Qua nghiên cứu này, họ đã phát hiện ra 20 hợp chất phenol đã được axetyl hoá trong hổn hợp phức tạp của nước khí hoá than [26]. 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 hoá tới pH ~ 13 được lọc sơ bộ loại các tạp chất thô, rồi axit hoá 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 ~ 0,2N, rồi axit hoá tới pH ~ 2 và chiết lại bằng dietylete. Dịch chiết được làm khô bằng Na2SO4 khan, rồi cô cạn bằng dòng khí nitơ, thêm dung môi n - hecxan và bơm 1ml 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 0,01mg/ml [22]. 1.3.6.5. Phương pháp vi chiết pha rắn Để nâng cao hiệu suất thu hồi khi phân tích các phenol và đơn giản hoá 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 dựa trên cơ chế lôi cuốn các hợp chất hữu cơ từ pha nước hoặc pha khí lên sợi silica được phủ các chất hấp phụ thích hợp như polyacrylate... Các hợp chất hữu cơ bám trên sợi silica sẽ được đưa trực tiếp vào buòng hoá hơi của thiết bị sắc ký bằng một bơm tiêm cải tiến. Theo kỹ thuật này, khi pít tông rút ngược lên, sợi hấp phụ sẽ thụt vào sâu trong kim để tránh bị gẫy khi rút kim ra khỏi nắp đậy bình mẫu hoặc khi bơm vào buồng hàng hoá hơi của thiết bị sắc ký. Sợi silica dài 1cm được phủ một lớp polyacrylate dày 95mm. Bằng kỹ thuật này, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm phân tích 11 loại phenol khác nhau với giới hạn dưới là 0,8mg/l đối với phenol và 0,01mg/l đối với 4 clo - 3 metyl phenol, tương ứng là các giá trị cao nhất và thấp nhất trong giới hạn phát hiện của 11 loại phenol đem thử nghiệm. Độ chính xác của phương pháp rất cao, với sai số lớn nhất khi xác định pentacclophenol là 12%, còn các chất khác chỉ khoảng 4-5% [6]. 1.4. Một số phương pháp xác định các clophenol trong nước 1.4.1 xác định phenol và dẫn xuất của nó bằng phương pháp trắc quang Với thuốc thử 4 - aminoantypirin khi có mặt kaliferoxianua K3[Fe(CN)6] hoặc amonipesunphat (NH4)2S208 trong môi trường pH ~ 10. Sản phẩm mầu được đo trực tiếp ở bước sóng 500mm hoặc được chiết lên clorofom và đo mầu ở bước sóng 460mm. 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% [18]. Cải tiến các phương pháp này và sử dụng chất hấp phụ XAD - 4 để tách và làm giàu các clophenol từ dung dịch nước tại pH ~ 2 trong hệ thống dòng liên tục. Chất phân tích được rửa giải 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 phản ứng được chiết bằng cloroform và đo mầu. Phép phân tích có độ nhạy khá cao khoảng 0,2ng/ml với khoảng tuyến tính 0,5-60ng/ml [27] Hạn chế của phương pháp này là thuốc thử 4 - aminoantipyrin kém chọn lọc với các phenol Chỉ xác định được lượng tổng các phenol trong nước. 1.4.2. Phương pháp sắc kí lỏng hiệu suất cao (HPLC) Phương pháp sắc khí 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. Phương 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 [6]. Theo phương pháp này, cột tách được sử dụng là cột pha đảo có kích thước (12,5cm x 4,0mm), . Mẫu sau khi đi qua cột tách sẽ được đi qua detector quang (UV) hoặc huỳnh quang (RF) với chương trình bước sóng của UV là : 270nm clophenol 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 0,1mg/l. Riehn O., Jeken M. đã sử dụng phương pháp sắc ký lỏng hiệu suất cao với cột tách là cột pha đảo để xác định phenol và các dẫn xuất của phenol trong nước thải. Phenol và các dẫn xuất của phenol đều được xác định ở bước sóng 500nm khi có mặt N - metylbenzothiazo-2hydrazon và Ce(NH4)2(SO4)3 trong môi trường axit mạnh. Giới hạn phát hiện của phương pháp từ 1-20ng trong một lần bơm mẫu 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 mg/l [21, 8,]. 1.4.3. 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 phương pháp có độ nhạy cao nhất (khoảng 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 bằng phương pháp sắc ký khi với detector ion hóa ngọn lửa (FID) và detector bắt giữ điện tử (ECD). Giới hạn phát hiện của phương pháp từ 0,1mg/l - 1 mg/l [18]. Cheung Julic và cộng sự đã tiến hành chiết pha rắn để tách và làm giàu hỗn hợp các phenol trong nước thải vùng Sydney. Các phenol này được định tính và định lượng bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ với độ nhạy khoảng ppb [10]. Theo nghiên cứu của Heberer Thomas và cộng sự, khi tiến hành chiết pha rắn để tách và làm giàu phenol và hơn 50 dẫn xuất của phenol, sau đó sử dụng phương pháp sắc ký khí khổi phổ với kỹ thuật chọn lọc ion để định tính và định lượng chúng đã cho độ nhạy khá cao khoảng ng/l. Trong phương pháp GC - MS - SIM, họ sử dụng hai loại cột mao quản là HP-5 có kích thước (25m x 0,2mm x 0,33m) và Rtx - 200 có kích thước (30m x 0,32mm x 0,25mm) [17]. Chương 2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp sắc ký khí lỏng hiệu suất cao (HPLC) và những vấn đề cần nghiên cứu ứng dụng 2.2.1.1. Nguyên tắc chung của phương pháp HPLC Sắc ký lỏng là quá trình tách một,hoặc hỗn hợp các chất ở trong cột tách sắc ký ở trạng thái lỏng, mà ở đây thực chất là sự vận chuyển và phân bố lại liên tục của các chất tan (mẫu phân tích) qua từng lớp của cột chất nhồi (pha tĩnh) từ đầu đến cuối cột tách. Trong những điều kiện sắc ký nhất định thì chất tan luôn được phân bố giữa hai pha động và pha tĩnh tuân theo định luật phân bố. Mặt khác, mỗi chất có cấu trúc phân tử và tính chất khác nhau, nên khả năng tương tác tới pha tĩnh và khả năng hoà tan trong các dung môi rửa giải (pha động) khác nhau, do vậy tốc độ vận chuyển các chất tan qua cột là khác nhau. Vì thế tạo ra sự tách của các chất khi qua cột sắc ký. Trong kỹ thuật HPCL, mẫu phân tích được bơm vào cột qua một van bơm mẫu, sau đó nhờ một bơm cao áp bơm pha động chảy qua cột sắc ký với một tốc độ xác định để thực hiện quá trình tách.Quá trình tách trong cột sắc ký là sự tương tác của các chất phân tích với pha tĩnh đứng yên trong cột tách và pha động luôn chuyển động qua cột tách với tốc độ nhất định. Đây là quá trình chính diễn ra trong cột tách của kỹ thuật HPLC. Sự tương tác của chấ._.