Phương pháp sắc ký khí lỏng hiệu suất cao (HPLC) và những vấn đề cần nghiên cứu ứng dụng Mở đầu Nước là tài nguyên phổ biến nhất trên trái đất che phủ khoảng 71% bề mặt trái đất (khoảng 361 triệu m 3 ) trữ lượng nước được ước tính khoảng 1,5 tỷ m 3 . Trong đó nước ngọt chỉ chiểm 28,25 triệu km 2 (1,88% thủy quyển). Nước đồng nghĩa với sự sống,nó là thành phần chính của các vật thể sống. ở người nước chiếm từ 60 đến 70% trọng lượng cơ thể,ở trong một số loại sinh vật biển có khi lượng nước lên tới 90%. Nước tham gia vào thành phần sing quyển và điều hoá các yếu tố khí hậu, đất đai, sinh 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, nhò 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. Sö dông kü thuËt t¸ch chiÕt vµ lµm giµu. - Chiết láng 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, C 6 , C 8 , C 18 , 2.Sử dụng các phương pháp định lượng Sö dông c¸c ph¬ng ph¸p ®Þnh lîng nh: - 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 1.1 Giới thiệu về các dẫn xuất có clo của phenol 1.1.1Khái niệm Kh¸i niÖm 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: C 6 H 5-n Cl n OH với n = 1-> 5 víi n = 1-> 5 Công thức cấu tạo của các clophenol nh 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 . Ýt 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 T T Tên hợp chất Ký hiệu Khối lượng Phân tử Nhiệt độ sôi C o (760 mHg) Nhiệt độ nóng chảy C o (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 T 3 CP 197.45 246.0 69.5 4 2.3.4.6 Tetraclophenol 2.3.4.6 T 4 CP 231.89 150 15 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. 1.1.4Độc hại của clophenol đối với người và động vật §éc h¹i cña clophenol ®èi víi ngêi vµ ®éng vËt 1.1.4.1.Độc hại của clophenol với động thực vật §éc h¹i cña clophenol víi ®éng thùc vËt 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. c tớnh ca clophenol thay i ph thuc vo s lng nguyờn t clo cú mt trong vũng thm. Cỏc clophenol cú ít nguyờn t clo gõy ra nhng ri lon, cũn cỏc clophenol cú nhiu nguyờn t clo s nh hng ti quỏ trỡnh pht phỏt hoỏ trong c th sinh vt. Hỡnh 1: Biu hin tỏc ng ca clophenol núi riờng v ca phenol núi chung i vi qun th sinh hc -Farquahanrsen v cng s ó nghiờn cu nhng nh hng ca phenol lờn chut cho thy khi tiờm 2,6 - DCP v 2, 4, 6 - T 3 CP lm chut b ri lon nh run ry, mt phn x t nhiờn, thm chớ b ri lon trm trng vi 2,3,6 - T 3 CP kốm theo thay i nhit c th. Khi tiờm T 4 CP v PCP thỡ dn n tỡnh trng ngt th hoc cht sau thi gian ngn do thiu oxi. Khi tiờm pentaclophenol vi hm lng 10 n 20 ppm cho thy 90% cht c c thi ra khi c th chut, cũn li ch yu c tớch lu trong thn, gan v mỏu. Thn b tn thng sau khong thi gian t 20 n 40 giờ, gan b tn thng sau 3 dn 5 ngy. Nghiờn cu ó ch ra rng hu nh cỏc mono - , di - , triclophenol cú c tớnh va phi khong 23-400àg/kg trng lng. Cỏc clophenol cú ít nguyờn t clo cú c tớnh gn ging phenol. Cũnvi T 4 CP v PCP thỡ c tớnh mnh hn khong 10-40mg/kg trng lng. Biểu hiện tác động của các clophenol nói riêng và phenol nói chung đến quần thể sinh học Mất ph!ơng h!ớng trong chuyển động Mất phản xạ trong điều chỉnh cân bằng cơ thể Mất tính năng bơi lội trong n!ớc, ngừng hô hấp và chết 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 T 4 CP và PCP làm da xanh xám lại, co thắt một thời gian ngắn trước khi chết. Hỡnh2: Biu hin tỏc ng ca cỏc clophenol v phenol i vi c th con ngi 1.2. Ngun thi cỏc clophenol vo mụi trng 1.2.1. Ngun t nhiờn Mt số clophenol c phỏt hin trong mụi trng cú ngun gc t cỏc nha cõy, nha than ỏ v trong mt s loi sinh vt. Trong nha cõy, cỏc sn phm phenol l kt qu ca quỏ trỡnh phõn hu cỏc hp cht thiờn nhiờn cú cu trỳc khỏc nhau bng con ng vi sinh vt. Trong than ỏ loi antraxit, hm lng cỏc phenol cú th lờn ti 0,001%. Trong mt s loi sinh vt 2, 4 - diclophenol c phỏt hin trong nm penicilium, 2,6 - iclophenol úng vai Bỏng nặng trên da Qua đờng tiêu hoá Biểu hiện tác động của các clophenol và phenol đối với cơ thể con ng!ời Nhiễm độc Hậu quả khác Chóng mặt Nôn mửa Tê liệt tim mạch N!ớc tiểu có màu Tử vong Ng!ng tụ protein Ngộ độc Qua đ!ờng hô hấp Qua da trò nh mét 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: (1) Clo hoá trực tiếp phenol để tạo ra các clophenol hoặc polyclophenol với sự có mặt của xúc tác và ở nhiệt độ cao. (2) 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 - T 3 CP; 2,3,4,6 - T 4 CP; 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 - T 3 CP; 2,3,4,5 - T 4 CP 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. [...]... p D R e W MP Hỡnh 7 S h thng sc ký lng hiu sut cao n gin MP: Pha ngP:bm cao ỏp P:bơm cao áp Sv : van bm muCl: ct tỏch sc ký Cl: cột tách sắc ký D: DetectRe: b phn ghi kt qu Re: bộ phận ghi kết quả W: dũng cht thiV Va : vũng mu Trong h thng ny: 1 Bm cao ỏp (Sp) ca hóng Orilta (Tõy c), trong ú cú b phn o cao ỏp kốm theo 2 Van bm mu (Sv), van Rheodyne 7010 (M) 3 Ct sc ký (Cl), ct thộp kớch thc 250 x 4,6mm,... khỏ cao khong 0,2ng/ml vi khong tuyn tớnh 0,5-60ng/ml [27] Hn ch ca phng phỏp ny l thuc th 4 - aminoantipyrin kộm chn lc vi cỏc phenol Ch xỏc nh c lng tng cỏc phenol trong nc 1.4.2 Phng phỏp sc kớ lng hiu sut cao (HPLC) Phng phỏp sc khớ lng hiu sut cao v phng phỏp sc ký khớ ó c C quan Bo v Mụi trng M v Chõu u s dụng nh l phng phỏp chun xỏc nh phenol v cỏc dn xut ca phenol Phng phỏp cú nhy rt cao, ... phỏp nghiờn cu 2.2.1 Phng phỏp sc ký khớ lng hiu sut cao (HPLC) v nhng vn cn nghiờn cu ng dng 2.2.1.1 Nguyờn tc chung ca phng phỏp HPLC Sc ký lng l quỏ trỡnh tỏch mt,hoc hn hp cỏc cht trong ct tỏch sc ký trng thỏi lng, m õy thc cht l s vn chuyn v phõn b li liờn tc ca cỏc cht tan (mu phõn tớch) qua tng lớp ca ct cht nhi (pha tnh) t u n cui ct tỏch Trong nhng iu kin sc ký nht nh thỡ cht tan luụn c phõn... mu t vụ c n hu c, t cht phõn cc n khụng phõn cc Do vy, thnh phn pha ng l mt yu t nh hng rừ rt n kt qu tỏch sc ký nh thi gian lu, phõn gii, chiu cao ca pic sc ký Chớnh do tớnh cht ny m h RP-HPLC cú tớnh linh hot cao trong quỏ trỡnh sc ký i vi nhiu cht mu v c s dng nhiu Bn cht ca s tỏch sc ký trong ct l dựa trờn tớnh cht hp ph ca pha tnh Trờn b mt pha tnh din ra cỏc quỏ trỡnh cõn bng ng hc ca s hp ph,... 1.3.3 Phng phỏp chit lỏng - lng trc tip t nc Theo quy trỡnh chun ca c quan bo v Mụi trng M (EPA) số 604 v 625, phenol v cỏc dn xut ca chỳng trong nc ngm hoc nc thi c lm giu bng phng phỏp chit - lỏng trc tip vi dung mụi diclometan Sau ú, cỏc hp cht c nh tớnh v nh lng bng k thut sc ký khớ vi detector ion hoỏ ngn la(FID) hoc detector khi ph (MS), hoc bng k thut sc ký lng hiu sut cao (HPLC) vi detector UV... ng) khỏc nhau, do vy tc vn chuyn cỏc cht tan qua ct l khỏc nhau Vỡ th to ra s tỏch ca cỏc cht khi qua ct sc ký Trong k thut HPCL, mu phõn tớch c bm vo ct qua một van bm mu, sau ú nh mt bm cao ỏp bm pha ng chy qua ct sc ký vi mt tc xỏc nh thc hin quỏ trỡnh tỏch.Quỏ trỡnh tỏch trong ct sc ký l s tng tỏc ca cỏc cht phõn tớch vi pha tnh ng yờn trong ct tỏch v pha ng luụn chuyn ng qua ct tỏch vi tc ... HPLC S tng tỏc ca cht tan vi pha tnh cú th din ra theo: - Tng tỏc hp ph - Tng tỏc trao i ion - Tng tỏc rõy phõn t Vỡ th cng cú ba loi sc ký tng ng vi ba bn cht ca kiu tng tỏc ny - Sc ký hp ph (pha thng NP - HPLC, pha ngc RP-HPLC) - Sc ký trao i ion (EX-HPLC) - Sc ký rõy phõn t (Gel-HPLC) Trong HPLC vic phỏt hin cỏc cht phõn tớch nh cỏc detect v sau ú c ch th sang b phn ghi nhn kt qu Tu theo i tng,... trong nc vi nhy khong àg/l [21, 8,] 1.4.3 Phng phỏp sc ký khớ Phng phỏp sc ký khớ ct mao qun kt hp vi detector khi ph v k thut chn lc ion (GC - MS SIM) c ỏnh giỏ l phng phỏp cú nhy cao nht (khong ng/l) trong vic phõn tớch phenol v cỏc dn xut ca phenol Theo ISO - 8165 - 1, cú 31 hp cht gm phenol v dn xut ca phenol ó c xỏc nh bng phng phỏp sc ký khi vi detector ion húa ngn la (FID) v detector bt gi... thỡ mi thu c kt qu tỏch cao nht, nú bao gm cỏc yờu cu sau: Chn pha tnh phự hp theo cỏc tớnh cht v c trng Nh loi ht, xp, c ht, kớch thc ct cha pha tnh, chn pha ng phự hp: dung mụi, thnh phn v tc , chn loi detect v cỏc thụng s ca nú phỏt hin v o nh lng t kt qu cao v chớnh xỏc 2.2.1.3 Một s khỏi nim v phng trỡnh c bn ca phng phỏp sc kớ lng hiu nng cao - T liu ca quỏ trỡnh sc ký T liu ca mt quỏ trỡnh... chuẩn của píc sắc Tuy nhiờn ngi ta cú th tớnh s a lý thuyt dựa vo rng ca pớc sc ký n = 4X t'R2 Wi2 = 5,545 x t'R2 Wh 2 = 16 x t'R2 W b2 Với: Wi : Độ rộng của píc tại điểm uốn, wi = 2 Wh: Độ rộng của píc tại nửa chiều cao píc wh=2,354 Wb: Độ rộng của píc tại đáy píc, wb = 4 Hỡnh6: rng ca pớc sc kớ ti cỏc v trớ khỏc nhau Phng trỡnh Van-Deemter Qua kho sỏt rừ rng thy c s ph thuc ca chiu cao ca mt a lý . Phương pháp sắc ký khí lỏng hiệu suất cao (HPLC) và những vấn đề cần nghiên cứu ứng dụng Mở đầu Nước là tài nguyên phổ biến nhất trên trái. 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. 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 - 13 C 6 với GC và 2,4 - dibromphenol với HPLC. Các phenolat đều