Tài liệu Nghiên cứu xác định các hợp chất phenol trong nước bằng phương pháp sắc kí lỏng – đầu dò điện hóa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THANH BÌNH MINH NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC HỢP CHẤT PHENOL TRONG NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẮC KÍ LỎNG – ĐẦU DÒ ĐIỆN HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC TP. HỒ CHÍ MINH NĂM 2009 1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THANH BÌNH MINH NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC HỢP CHẤT PHENOL TRONG NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẮC KÍ LỎNG – ĐẦU DÒ ĐIỆN HOÁ CHUYÊN NGÀNH HOÁ PHÂN TÍCH MÃ SỐ: 1.04.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ PHÂN TÍCH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. NGUYỄN THỊ XUÂN MAI TS VÕ DIỆP THANH THỦY TP. HỒ CHÍ MINH NĂM 2009 2 LỜI CẢM ƠN  Để đạt được kết quả ngày hôm nay tôi vô cùng biết ơn và không thể nào quên: - Công lao nuôi dưỡng của Ba Mẹ và Gia đình - Sự giúp đỡ và chỉ dẫn tận tình của cô Nguyễn Thị Xuân Mai - Sự hướng dẫn và những lời động viên kịp thời của cô Võ Diệp Thanh Thuỷ - Những ý kiến quý báu, thiết thực của thầy Nguyễn Thanh Khuyến và cô Diệp Ngọc Sương - Sự giúp đỡ của chị Trần Thị Thuỷ, bạn Phan Thị Ngọc Như, bạn Nguyễn Huy Du, bạn Nguyễn Minh Trúc và quý Thầy Cô tại Phòng Phân Tích Trung Tâm và Bộ môn Hoá Phân Tích Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên - Sự chia sẽ của bạn Trương Vũ Ánh Nguyệt và bạn Phan Nguyễn Tâm Minh trong quá trình thực hiện đề tài - Những kiến thức mà thầy cô đã truyền đạt cho tôi trong thời gian qua - Cùng sự quan tâm, khích lệ và giúp đỡ của bạn bè… 3 DANH MỤC CÁC BẢNG  Bảng 1.1: Tính chất vật lí của một vài hợp chất Phenol. Bảng 1.2: Giá trị giới hạn cho phép của tổng nồng độ Phenol và dẫn xuất Bảng 2.1: Giá trị nồng độ đúng của các hợp chất Phenol chuẩn . Bảng 2.2: Thành phần các pha động được khảo sát. Bảng 2.3: Tỉ lệ các pha động khảo sát Bảng 2.4: Độ phân giải Rs với các pha động khác nhau. Bảng 2.5: Kết quả khảo sát tốc độ dòng trên Resorcinol nồng độ 1 mg/l. Bảng 2.6: Kết quả khảo sát khoảng thế áp đến diện tích của các hợp chất Phenol ở nồng độ 1 mg/l. Bảng 2.7: Vị trí và thời gian lưu của các hợp chất Phenol trên sắc kí đồ. Bảng 2.8: Độ lặp lại kết quả phân tích ở hai nồng độ là 0.1 µg/ml và 0.5 µg/ml. Bảng 2.9: Số liệu diện tích và nồng độ quá trình dựng đường chuẩn của hỗn hợp gồm 6 hợp chất Phenol và dẫn xuất: Resorcinol, Pyrocatechol, Phenol, Paranitrophenol, 2-Clorophenol, Ortonitrophenol. Bảng 2.10: Kết quả khoảng tuyến tính và phương trình hồi quy tuyến tính của các hợp chất Phenol. Bảng 2.11: Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của các hợp chất phenol. Bảng 2.12: Hiệu suất thu hồi của các mẫu tự tạo có pH khác nhau. Bảng 2.13: Hiệu suất thu hồi của mẫu tự tạo với các dung môi rửa giải khác nhau Bảng 2.14: Kết quả khảo sát hiệu suất chiết theo thể tích dung môi rửa giải. Bảng 2.15: Hiệu suất thu hồi với mẫu tự tạo có nồng độ khác nhau. Bảng 2.16: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dung dịch Na2SO3 10 % lên hiệu suất chiết các hợp chất Phenol. Bảng 2.17: Hiệu suất thu hồi các hợp chất Phenol khi mẫu thật là nước sinh hoạt. Bảng 2.18: Hiệu suất thu hồi các hợp chất Phenol khi mẫu thật là nước sông Sài Gòn. 4 Bảng 2.19: Hiệu suất thu hồi các hợp chất Phenol khi mẫu thật là nước sông Đồng Nai Bảng 2.20: Kết quả hiệu suất chiết các hợp chất Phenol theo dung môi rửa tạp. Bảng 2.21: Kết quả phân tích mẫu nước sông Chợ Đệm. Bảng 2.22: Hiệu suất thu hồi các hợp chất Phenol khi mẫu thật là nước sông Chợ Đệm. Bảng 2.23: Kết quả phân tích mẫu nước thải KCN Lê Minh Xuân bằng phương pháp thêm chuẩn. Bảng 2.24: Kết quả phân tích mẫu nước thải KCN Lê Minh Xuân bằng phương pháp thêm chuẩn. Bảng 2.25: Hiệu suất thu hồi của các hợp chất Phenol trong nước thải KCN Lê Minh Xuân bằng phương pháp thêm chuẩn. Bảng 2.26: Kết quả phân tích mẫu nước thải KCN Biên Hoà II bằng phương pháp thêm chuẩn. Bảng 2.27: Hiệu suất thu hồi của các hợp chất Phenol khi mẫu thật là nước thải KCN Biên Hoà II. 5 DANH MỤC CÁC HÌNH  Hình 1.1: Hệ thống vòng Loop tiêm mẫu. Hình 1.2: Cấu tạo của pha tĩnh dùng trong cột pha đảo. Hình 1.3: Phản ứng của Phenol trên điện cực chỉ thị Glassy carbon. Hình 2.1: Sắc kí đồ các hợp chất Phenol ở nồng độ 1 mg/l. Hình 2.2: Sắc kí đồ các hợp chất Phenol ở nồng độ 1 mg/l. Hình 2.3: Sắc kí đồ các hợp chất Phenol ở nồng độ 1 mg/l. Hình 2.4: Sắc kí đồ các hợp chất Phenol ở nồng độ 1 mg/l. Hình 2.5: Sắc kí đồ các hợp chất Phenol ở nồng độ 1 mg/l. Hình 2.6: Sắc kí đồ các hợp chất Phenol ở nồng độ 1 mg/l. Hình 2.7: Sắc ký đồ của dung dịch 11 chất phenol nồng độ 0.1 mg/l. Hình 2.8: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của tốc độ dòng lên thời gian lưu của mũi Resorcinol nồng độ 1 mg/l. Hình 2.9: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của tốc độ dòng lên bề rộng đáy của mũi Resorcinol nồng độ 1 mg/l. Hình 2.10: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của thế áp đến diện tích mũi của các hợp chất Phenol ở nồng độ 1 mg/l. Hình 2.11: Sắc kí đồ của hỗn hợp gồm 6 hợp chất Phenol và dẫn xuất ở nồng độ 0.1 µg/ml. Hình 2.12: Các biểu đồ đường chuẩn của 6 hợp chất Phenol: Resorcinol, Pyrocatechol, Phenol, Paranitrophenol, 2Clorophenol,Ortonitrophenol. Hình 2.13: Sơ đồ các bước tiến hành trong quá trình chiết pha rắn. Hình 2.14: Đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi theo pH của mẫu Hình 2.15: Đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi theo loại dung môi rửa giải Hình 2.16: Hiệu suất chiết trung bình của các hợp chất Phenol theo thể tích dung môi rửa giải. Hình 2.17: Đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi theo nồng độ mẫu tự tạo. 6 Hình 2.18: Sơ đồ quá trình xử lí mẫu và tối ưu hóa qui trình chiết SPE của các hợp chất Phenol Hình 2.19: Sắc kí đồ của mẫu nước sinh hoạt. Hình 2.20: Sắc kí đồ của mẫu nước sông Sài Gòn. Hình 2.21: Sắc kí đồ của mẫu nước sông Đồng Nai. Hình 2.22: Sắc kí đồ mẫu nước sông Chợ Đệm khi không thêm chuẩn các hợp chất Phenol. Hình 2.23: Sắc kí đồ mẫu nước sông Chợ Đệm khi có thêm chuẩn các hợp chất Phenol. Hình 2.24: Sắc kí đồ mẫu nước sông Chợ Đệm khi không thêm chuẩn các hợp chất Phenol. Dung môi rửa tạp là 5 ml Nước cất 2 lần. Hình 2.25: Sắc kí đồ mẫu nước sông Chợ Đệm khi không thêm chuẩn các hợp chất Phenol. Dung môi rửa tạp là 5 ml hỗn hợp dung môi Nước cất 2 lần: Methanol ( 95: 5, v: v ). Hình 2.26: Sắc kí đồ mẫu nước sông Chợ Đệm khi không thêm chuẩn các hợp chất Phenol. Dung môi rửa tạp là 5 ml hỗn hợp dung môi Nước cất 2 lần: Methanol ( 90: 10, v: v ). Hình 2.27: Đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi theo loại dung môi rửa tạp Hình 2.28: Sắc kí đồ của mẫu nước thải KCN Lê Minh Xuân. Hình 2.29: Sắc kí đồ mẫu nước thải KCN Lê Minh Xuân khi có thêm chuẩn các hợp chất Phenol. Hình 2.30: Sắc kí đồ của mẫu nước thải KCN Biên Hoà II. Hình 2.31: Sắc kí đồ mẫu nước thải KCN Biên Hoà II khi có thêm chuẩn các hợp chất Phenol. 7 PHẦN TỔNG QUAN 9 CHƯƠNG 1: PHẦN TỔNG QUAN 1.1- Giới thiệu các hợp chầt Phenol và dẫn xuất. Phenol có nhiều dẫn xuất phụ thuộc vào nhóm thế gắn lên vòng hương phương của Phenol. Các dẫn xuất họ Phenol vừa do các phản ứng phân huỷ của thực vật, các hợp chất hữu cơ có trong tự nhiên , vừa do hoạt động sản suất của các nhà máy tạo ra. Theo Tổ chức bảo vệ môi trường của Mỹ - ( EPA ) [ 24] hiện có 11 hợp chất Phenol gây ô nhiễm môi trường chủ yếu hiện nay là: 4-Cloro-3-Methylphenol, 2Clorophenol, 2,4-Diclorophenol, 2,4-Dimethylphenol, 2,4-Dinitrophenol, 2-Methyl4,6-Dinitrophenol, 2-Nitrophenol, 4-Nitrophenol, Pentaclorophenol, 2,4,6- Triclorophenol và Phenol. Ngoài ra, còn nhiều dẫn xuất họ Phenol khác như : Pyrocatechol, Resorcinol, 3-NitroPhenol, 1,3-Diclorophenol, 2,3,4,6-Tetraclorophenol …. Các dẫn xuất họ Phenol đều rất độc, chỉ một lượng rất nhỏ trong nước ( > 1 ppb ) cũng đã ảnh hưởng rất lớn đến sức khoẻ của con người cũng như các loài sinh vật sống trong môi trường nước. Khi nồng độ của Phenol và các dẫn xuất nhỏ hơn 1 ppb tuy có độc tính thấp cũng ảnh hưởng nhiều đến mùi vị, màu sắc của nước và đời sống của các loài sinh vật trong nước. 1.1.1- Tính chất vật lí và tính chất hóa học của các hợp chất Phenol[1-2,24] 1.1.1.1- Tính chất vật lí của các hợp chất Phenol. Phenol có công thức phân tử là C6H5OH. Đa số các hợp chất Phenol tồn tại dạng rắn ở nhiệt độ phòng như Phenol, Nitrophenol, các dẫn xuất Clorophenol ( gồm 2 nhóm thế –Cl trở lên) …, một số hợp chất Phenol khác tồn tại ở dạng lỏng như Cresol, mono-Clorophenol ( gồm chỉ một nhóm thế –Cl ). Bảng 1.1: Tính chất vật lí của một vài hợp chất Phenol. Khối STT Công thức lượng phân tử phân tử Tính tan Trạng thái vật lý Điểm Điểm trong chảy sôi nước (20oC) 10 OH 1 94 chất lỏng hoặc chất rắn 43oC 181oC 9.3g/100g - C6H5OH Phenol OH 2 OH 110,1 chất rắn màu vàng 110oC 182oC 110,1 chất rắn màu trắng 105oC 245.5oC 43g/100g 139,11 tinh thể màu vàng 114oC 279.0oC - C6H4(OH)2 Resorcinol OH OH 3 C6H4(OH)2 Pyrocatechol OH 4 NO2 C6H5NO3 p-nitrophenol 1.1.1.2- Tính Chất Hoá Học Của Các Hợp Chất Phenol Phenol là dẫn xuất của Hydrocarbon thơm do sự thế một nguyên tử -H trong nhân bằng một nhóm -OH. Tuỳ theo các nhóm thế gắn lên vòng hương phương của Phenol mà có các dẫn xuất khác nhau. Hầu hết các hợp chất Phenol đều có tính acid. 11 Các nhóm thế thường được gắn lên vòng hương phương của Phenol là: nhóm –Nitro, nhóm – Methyl hoặc nhóm –Cloro …. Vòng hương phương của Phenol có thể gắn đồng thời nhiều nhóm thế giống nhau hoặc khác nhau. Một vài loại phản ứng mà các hợp chất Phenol thường tham gia : - Phản ứng Eter hoá. OH -H O- CH3Cl O-CH3 Phenol PhenylMetyl Eter - Phản ứng Ester hoá. OH CH3-CO-Cl Phenol OOC-CH3 + HCl Phenylacetate - Phản ứng tạo thành muối trong môi trường kiềm. OH + OH- O- Phenol + H2O Ion Phenolate - Phản ứng trên vòng hương phương như phản ứng Nitro hoá, Halogen hoá, Alkil hoá, Sulfon hóa …. Phản ứng Nitro hoá: MonoNitro hóa Phenol có thể thực hiện với acid Nitric loãng tại nhiệt độ phòng. NO2 OH Phenol HNO3 OH O-Nitrophenol 12 Với acid Nitric đậm đặc, sự đa Nitro hóa Phenol tạo thành 2,4,6Trinitrophenol. NO2 HNO3đđ O 2N OH OH NO2 Phenol 2,4,6-Trinitrophenol Phản ứng Halogen hóa: Phenol dễ dàng cho phản ứng trí hoán với nước brom ở vị trí orto và para để tạo trầm hiện màu trắng là 2,4,6-Tribromophenol. Đây cũng là phản ứng biểu tánh thông dụng để nhận biết Phenol. Br + 3 Br2 ( H2O ) OH Br OH Br Phenol 2,4,6-Tribromophenol Phản ứng Alkil hoá: Phenol phản ứng với halogenur alkil với xúc tác là AlCl3 hoặc AlBr3 OH CH3 CH3Cl / AlCl3 + HCL OH o-Methylphenol Phenol Phản ứng Sulfon hóa: Phenol dễ dàng cho phản ứng sulfon hoá tạo thành sản phẩm trí hoán orto hoặc para. Sản phẩm chính tuỳ thuộc vào điều kiện nhiệt độ phản ứng. SO3H 250C OH Phenol OH o-Sulfonphenol H2SO4 đđ , 100 0C H2SO4 đđ 1000C HO3S OH p-Sulfonphenol 13 Phản ứng Oxid hoá. Các hợp chất Phenol dễ bị Oxid hoá tạo thành các hợp chất Quinon như Benzoquinon. Tác nhân Oxid hoá có thể là Oxi trong không khí. OH Phenol O2 O O + H2 O Benzoquinon 1.1.2- Nguồn gốc, độc tính, ảnh hưởng, liều lượng cho phép của Phenol và dẫn xuất trong môi trường nước .[9 – 10, 23 – 28, 38 ] 1.1.2.1- Nguồn gốc, độc tính và ảnh hưởng của các hợp chất Phenol và dẫn xuất. Phenol và dẫn xuất có trong các ngành công nghiệp như dệt, nhuộm, nhựa, thuốc, thuốc trừ sâu, chất chống oxi hoá, giấy, công nghệ dầu hoả …. Ngoài ra, hợp chất Phenol cũng được sinh ra tự nhiên như sự phân hủy của thực vật, các hợp chất hữu cơ …. Hầu hết các hợp chất Phenol khi được thải rửa từ các nhà máy đều đi vào môi trường nước. Chúng không những gây ô nhiễm môi trường sinh thái mà còn gây hại đến con người và các loài sinh vật sống trong nước. Con người nếu tiếp xúc trong thời gian dài với các hợp chất Phenol có thể bị bệnh ung thư. Các kết quả nghiên cứu [ 38 ] cho thấy Phenol và dẫn xuất có độc tính cao. Giá trị LC50 ( nồng độ gây chết 50 % số cơ thể người hay động vật khi cơ thể đó được đưa vào một lượng nhất định chất độc ) và EC50 ( nồng độ gây hại 50 % quần thể trong điều kiện thực nghiệm quan sát rõ ràng ) đối với giáp xác và cá vào khoảng 3 – 7 mg/l. Những ảnh hưởng chính đến cơ thể con người gồm tác động đến tim, gây đau hệ hô hấp, gây nhiễm acid trong quá trình trao đổi chất, hỏng thận, sự tuần hoàn máu, ảnh hưởng hệ thần kinh…. Liều thấp nhất có thể gây tử vong bằng đường tiêu hoá là khoảng 4.8 g và trong thời gian không quá 19 phút. Những triệu chứng do hít phải Phenol như chán ăn, giảm cân, nhức đầu, chóng mặt…. Các hợp chất Phenol rất dễ bị phân hủy khi để ở nhiệt độ phòng, trong môi trường tự nhiên ( từ vài ngày đến một tuần ) và phân huỷ rất nhanh dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. Do vậy, trong quá trình xác định hay cất trữ, các hợp chất 14 Phenol cần được bảo quản trong bình chứa xẫm màu, để trong môi trường kín và có nhiệt độ nhỏ hơn 4oC. 1.1.2.2- Hàm lượng cho phép của Phenol và dẫn xuất trong nước. Bảng 1.2: Giá trị giới hạn cho phép của tổng nồng độ Phenol và dẫn xuất Hàm lượng Phenol tổng Đối tượng (mg/l) Nước sinh hoạt Nước bề mặt 0.001 mg/l Nước dùng cho nông nghiệp và nuôi trồng thủy 0.02 mg/l sản Nước ngầm 0.001 mg/l Đổ vào các khu vực dùng làm nguồn nước cấp cho ≤ 1 mg/l sinh hoạt Nước thải Dùng làm nguồn nước tưới tiêu, bơi lội, nuôi ≤ 2 mg/l trồng thủy sản Không được phép đổ ra môi trường ≥ 5 mg/l Theo điều luật 80/778/EC do cộng đồng Châu Âu ban hành thì hàm lượng Phenol tổng cộng được phép hiện diện trong nước uống là 0.5 μg/l và 0.1 μg/l cho mỗi chất 1.2- Một sồ phương pháp được dùng để xác định các hợp chất Phenol. 1.2.1- Phương pháp sắc kí [3-4, 8, 12, 17– 37 ] 1.2.1.1- Nguyên tắc. Sắc ký là một kỹ thuật tách những hỗn hợp gồm nhiều chất thành các thành phần đơn giản và định lượng từng chất. Dựa vào ái lực của các cấu tử với pha động và pha tĩnh. Pha động có thể là chất lỏng hoặc khí có tác dụng lôi kéo các chất cần tách di chuyển trong cột sắc ký 15 có chứa pha tĩnh. Pha tĩnh là chất được phủ trên bề mặt bên trong của cột mao quản hoặc là những hạt nhỏ được nhồi vào cột có tác dụng giữ chất cần phân tích ở lại. Để tách được các chất từ một hỗn hợp cần có sự tác động của cả pha tĩnh và pha động. Sự tác động này đối với từng chất khác nhau do đó chất cần phân tích có thể ra nhanh hay chậm. Ngoài ra cột sắc ký phải đủ dài để sự tiếp xúc giữa chất cần xác định và pha tĩnh được lặp lại nhiều lần. Quá trình di chuyển của pha động bên trong cột sắc ký gọi là quá trình rửa giải. 1.2.1.2- Phương pháp sắc ký khí với đầu dò khối phổ (GC-MS) Dẫn xuất t-butyldimethylsilyl giữa các chất họ Phenol với N-(tbutyldimethylsilyl) - N- methyl-trifluoroacetamid được xác định bằng phương pháp sắc ký khí với đầu dò khối phổ bẫy ion (IT-MS). Ở chế độ tiêm không chia dòng, 2μL mẫu xác định được cho vào cột DB-5 MS 30 m × 0.25 μm cùng với chương trình nhiệt thích hợp cho phép xác định 11 hợp chất Phenol trong nước sông và nước biển ở giới hạn phát hiện từ 0.010 μg/l đến 0.045 μg/l. Tuy nhiên, phương pháp này không cho phép xác định 2,4-Dinitrophenol và hợp chất methyl Phenol ở hàm lượng vết. 1.2.1.3- Phương pháp sắc ký lỏng với dầu dò khối phổ (LC-MS) Các hợp chất Phenol thường được xác định bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao theo cơ chế sắc ký phân bố pha đảo. 15 hợp chất họ Phenol trong nước và bùn được xác định bằng phương pháp LC-MS ở chế độ ion hóa hóa học tại áp suất thường (APCI) dưới dạng ion âm. Với chương trình gradient dòng thích hợp cho pha động gồm Metanol, Acetonitrin, acid Acetic 0.005%, việc tách và định lượng đồng thời 15 hợp chất Phenol được tiến hành ở chế độ quét chọn lọc ion (SIM). Phương pháp này có ưu điểm là cho phép nhận danh chính xác các hợp chất Phenol nhờ đầu dò khối phổ, giới hạn phát hiện thấp trong khoảng từ 10-50 ng/l. Tuy nhiên thiết bị phân tích lại đắc tiền. 1.2.1.4- Phương pháp sắc ký lỏng với đầu dò UV o-Cresol, m-Cresol, Phenol, Resorcinol, Cathechol và Hidroquinon trong nước tham gia phản ứng tạo dẫn xuất với Benzoyl clorua trong vòng 15 phút. Các dẫn xuất Benzoyl này được chiết bằng dung môi Diethylether, sau đó được xác định 16 bằng phương pháp sắc ký lỏng pha đảo ở bước sóng 232 nm với pha động gồm Acetonitrin-Tetrahydrofuran-nước (54:6:40,v:v:v). Phương pháp đơn giản này cho phép xác định hàm lượng Phenol trong rượu và nước uống với giới hạn phát hiện từ 0.05 đến 0.50 μg/l, hiệu suất thu hồi trong khoảng 81 - 94%, độ lập lại của phương pháp cao, thời gian phân tích ngắn. 1.2.1.5-. Phương pháp sắc ký lỏng với đầu dò điện hóa Đầu dò điện hóa là một trong những đầu dò rất chọn lọc do mỗi chất có khả năng oxi hóa hoặc khử tại mỗi thế khác nhau. Đầu dò điện hóa được ứng dụng rộng rãi vì chúng đơn giản, không đắt tiền. Tuy nhiên chúng có khuyết điểm là khó sử dụng, thời gian cân bằng rất dài, nhạy đối với tốc độ dòng và pH. Bề mặt điện cực dễ bị nhiễm bẩn nên cần hoạt hóa lại điện cực sau một thời gian ngắn sử dụng. Nguyên tắc hoạt động của đầu dò điện hóa là tại một giá trị thế áp thích hợp, quá trình oxi hóa hay khử của chất điện hoạt tại bề mặt điện cực làm việc sẽ sinh ra dòng điện. Dòng điện đó được sử dụng như tín hiệu phân tích và tín hiệu tỷ lệ trực tiếp với nồng độ chất điện hoạt đi qua đầu dò. Dòng điện sinh ra trong pin điện hóa được tính theo định luật Faraday: Q = nFN Q: Số Coulomb n: số điện tử bị mất đi hoặc nhận được. N: số phân tử chất phân tích F: 96500 C / 1 mol electron Đầu dò điện hóa có gồm ba điện cực: điện cực chỉ thị, điện cực so sánh và điện cực hỗ trợ. Thế làm việc được đo giữa điện cực chỉ thị và điện cực so sánh. Nhờ vào hoạt tính điện cực của các hợp chất Phenol, phương pháp sắc ký lỏng pha đảo với cột C18 và đầu dò điện hóa thường được sử dụng để xác định hàm lượng vết các chất họ Phenol bằng các loại điện cực khác nhau. Với thành phần pha động gồm dung dịch đệm có pH thích hợp và Acetonitrin hoặc Metanol, giá trị thế áp ở điện cực làm việc lớn hơn +1V, cho phép xác định hàm lượng vết của các hợp chất Phenol trong nước và trong thực phẩm. Các phương pháp này có ưu điểm là độ nhạy cao và ít chất gây nhiễu. 17 1.2.2-Phương pháp quang [ 5, 11, 13 ] Phương pháp Trắc quang [ 13 ]: các hợp chất Phenol được cho phản ứng với 4Aminoantipyrin ở pH = 10 với sự hiện diện của Kali Hexacyanoferat (III) để tạo phẩm màu Antipyrin. Đo độ hấp thu của dung dịch phẩm màu này trong pha nước ở bước sóng 510 nm, qua đó xác định được nồng độ của các hợp chất Phenol. Phương pháp này có giới hạn phát hiện trong khoảng từ 2 μg/l đến 10 μg/l. Phương pháp Hoá phát quang [ 5 ] : các hợp chất Phenol làm giảm sự phát quang hoá học của p-Chlorobenzen Diazonium Fluoroborat ( p-CBDA ) khi có mặt H2O2 trong môi trường kiềm. Phản ứng giữa p-CBDA và H2O2 tạo ra hoá phát quang mạnh trong môi trường kiềm. Các hợp chất Phenol có thể làm giảm cường độ hoá phát quang của phản ứng này và khi nồng độ các hợp chất Phenol tăng lên, cường độ hoá phát quang cũng giảm theo một cách tuyến tính. Qua đó xác định được hàm lượng của các hợp chất Phenol có trong mẫu phân tích. Giới hạn phát hiện của phương pháp này có thể đạt đến 1 μg/l. Phương pháp Huỳng quang [ 11 ] : các hợp chất Phenol bị kích thích và chuyển lên trạng thái năng lượng cao hơn. Ở trạng thái kích thích, điện tử kém bền, chỉ tồn tại trong khoảng thời gian rất ngắn từ 10-13 đến 10-8 giây và có xu hướng giải phóng năng lượng đã hấp thu để trở về trạng thái cơ bản ban đầu. Quá trình giải phóng năng lượng sẽ phát ra ánh sáng. Đo lượng ánh sáng phát ra, qua đó xác định được hàm lượng của các hợp chất Phenol có trong mẫu phân tích. Phương pháp huỳnh quang có khoảng tuyến tính từ 0.05 μg/l đến 18 μg/l và có giới hạn phát hiện là 0.02 μg/l. 1.2.3-Phương pháp cực phổ xung vi phân [ 28 ] Trong dung dịch nền CaCl2, với sự hiện diện của các cation kim loại nặng như Chì và Cadimi, hàm lượng các hợp chất nitrophenol, dinitrophenol và các dẫn xuất nitrophenol khác trong mẫu nước sông và nước thải công nghiệp được xác định đồng thời bằng phương pháp cực phổ xung vi phân với điện cực thủy ngân. Phương pháp này có ưu điểm là nhanh, độ nhạy cao, cho phép xác định đồng thời các kim loại nặng thường hiện diện trong nước thải. Tuy nhiên việc sử dụng điện cực thủy ngân độc hại lại là một hạn chế đáng kể của phương pháp. 18 1.3- Giới thiệu sơ lược về hệ thống sắc kí lỏng[ 3 - 4, 8, 17 – 23 ] Sắc kí lỏng được dùng để tách hỗn hợp các chất có trong mẫu phân tích thành từng chất riêng biệt, qua đó định tính và định lượng được từng chất có trong mẫu. Quá trình tách các chất dựa trên ái lực giữa chất phân tích, pha tĩnh và pha động. Trong sắc kí lỏng, pha tĩnh và pha động đóng vai trò rất quan trọng trong việc tách các chất phân tích. 1.3.1- Một vài thông số quan trọng được sử dụng trong định tính và định lượng các chất phân tích. - Thời gian lưu TR: là thời gian từ lúc bắt đầu cho mẫu vào cột đến lúc mũi xuất hiện trong một điều kiện phân tích nhất định ( pha tĩnh, pha động, tốc độ dòng … ). Một chất có thời gian lưu cố định và không phụ thuộc vào các thành phần khác có trong mẫu. Do vậy, thời gian lưu là đại lượng đặc trưng cho mỗi chất và được dùng để định danh trong kỹ thuật sắc kí. - Hệ số phân bố K : là tỷ số giữa nồng độ chất phân tích trong pha tĩnh và nồng độ chất đó trong pha động. K = CS/CM CS: Nồng độ chất phân tích trong pha tĩnh. CM: Nồng độ chất phân tích trong pha động. K càng lớn, chất phân tích càng có ái lực với pha tĩnh. - Hệ số dung lượng K’: K’ = K x VS/VM VS: Thể tích chiếm trong pha tĩnh. VM: Thể tích chiếm trong pha động. Nếu K’ > 20, thời gian rửa giải lâu, mũi bị bành rộng. Nếu K’ < 1, thời gian rửa giải nhanh, các mũi bị chập. - Số đĩa lý thuyết N: là tỷ số giữa chiều dài cột sắc kí với chiều cao đĩa lý thuyết. N=L/H L: Chiều dài cột sắc kí. H: Chiều cao đĩa lý thuyết. 19 Số đĩa lý thuyết càng lớn, khả năng tách càng cao. Ngoài ra, số đĩa lý thuyết còn được tính dựa trên sắc lí đồ N = 16 x ( TR/WB )2 TR: Thời gian lưu của mũi sắc kí. WB: Bề rộng đáy của mũi sắc kí. R s = T R ,B − T R ,A W B − W A 2 - Độ phân giải RS: biểu thị khả năng tách của hai mũi trên sắc kí đồ. Với TR,A , TR,B : Thời gian lưu của chất A và chất B ( phút ). WA, WB: Bề rộng đáy của mũi A và mũi B ( phút ). : TR , B − TR , B > WA + WB 2 : 2 mũi tách được. TR , B − TR , B < WA + WB 2 : 2 mũi không tách được. Hai mũi tách hoàn toàn khi Rs > 1.5. Khi WA = WB và K’A - K’B Rs = 1 ⎛ ∝ −1 ⎞⎛ K ' ⎞ ⎜ ⎟⎜ ⎟ N 4 ⎝ ∝ ⎠⎝ 1 + K ' ⎠ Với: N: Số đĩa lý thuyết trung bình của 2 mũi A và B kế cận nhau. K’: Hệ số chứa trung bình của 2 mũi A và B kế cận nhau. Để tăng hệ số phân giải, cần phải thay đổi lần lượt 3 yếu tố: Tăng hệ số chọn lọc " bằng cách chọn pha tĩnh thích hợp hoặc thay đổi thành phần pha động. Giảm hệ số chứa K’ bằng cách thay đổi khả năng rửa giải của dung môi. 20 Tăng số đĩa lý thuyết N bằng cách tăng chiều dài cột ( chủ yếu dùng trong sắc kí khí ) hoặc giảm chiều cao đĩa lý thuyết. 1.3.2- Các thiết bị trong hệ thống sắc kí lỏng được sử dụng để xác định Phenol và dẫn xuất. 1.3.2.1- Hệ thống pha động Dung môi pha động gồm một hoặc nhiều dung môi khác nhau để rửa giải chất phân tích ra khỏi cột. Có thể sử dụng chế độ đẳng dòng để rửa giải các chất trong quá trình phân tích. Tuy nhiên, đối với hỗn hợp có nhiều chất phân tích bị chập và nhiều chất có thời gian lưu dài khi dùng chế độ đẳng dòng, ta có thể dùng chế độ gradient dòng để tách các chất phân tích bị chập và rút ngắn thời gian lưu của các mũi ra sau. Yêu cầu đối với pha động được dùng: Dung môi chuyên dùng cho HPLC và được đuổi khí thật kĩ trước khi sử dụng. Không tương tác hoá học với pha tĩnh và làm thay đổi đặc tính của pha tĩnh. Không gây ảnh hưởng trong quá trình thu tín hiệu các chất phân tích. 1.3.2.2- Hệ thống bơm Bơm được dùng để cung cấp áp lực cần thiết giúp pha động di chuyển trong hệ thống. Bơm được sử dụng cho hệ thống HPLC để xác định các hợp chất Phenol là bơm vừa hút vừa đẩy hai piston vì bơm này đạt một số yêu cầu sau: Dòng chảy được loại bỏ xung. Tốc độ dòng chảy linh hoạt, thông thường từ 0.1 đến 10 ml/phút. Điều khiển tốc độ dòng chảy đúng. Có thể tạo ra áp suất cao (6000 psi ) Được làm từ chất liệu chống ăn mòn và chống dung môi 1.3.2.3- Bộ phận tiêm mẫu Bộ phận tiêm mẫu bằng tay gồm 6 cổng và hai vị trí van bao gồm vòng Loop mẫu từ 20 đến 100 :l. 21