Thạc Sĩ Xây dựng phương pháp xác định bromate và bromide trong nước uống đóng chai bằng sắc ký ion kết nối v

Mở Đầu​

Nước là một trong những yếu tố thiết yếu nhất cho quá trình phát triển của động thực vật và trong phát triển kinh tế xã hội của mọi quốc gia. Trước đây, khi vệ sinh nguồn nước và việc khử trùng nước chưa được quan tâm đúng mức thì đã xảy ra nhiều trận đại dịch làm chết hàng triệu người như: bệnh thương hàn, dịch tả và một số bệnh lây qua đường nước. Các vi khuẩn mầm bệnh trong nước là mối đe dọa hàng đầu tới sức khỏe con người. Do đó, việc khử trùng nguồn nước được xem như là giải pháp quan trọng trong bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
Trước đây và hiện nay, quá trình khử trùng nước bằng khí chlor (chlorination) thường được dùng trong các nhà máy xử lý nước. Tuy nhiên, ngay từ thập niên 70, người ta đã chứng minh được có rất nhiều hóa chất có khả năng gây ung thư như trihalomethane, acid haloacetic luôn luôn có trong nước được khử trùng bằng khí chlor và danh sách các hóa chất này ngày một dài ra. Từ đó, nhiều cuộc nghiên cứu đã được thực hiện để tìm ra phương pháp khử trùng thay thế, nhằm nâng cao khả năng loại bỏ các hiểm họa mầm bệnh; đồng thời phải giảm các sản phẩm phụ có thể gây nên những hiểm họa sức khỏe không mong muốn đối với con người. Một trong những giải pháp thay thế đó là phương pháp khử trùng bằng ozone. Phương pháp này đã cho thấy những triển vọng đầy hứa hẹn vì ozone là một chất oxi hóa rất mạnh, có thể tiệt trùng và cải thiện chất lượng nước mà không tạo ra các hợp chất hữu cơ bị chlor hóa vốn thường là những hợp chất có độc tính cao. Tuy nhiên, việc sử dụng ozone trong quá trình khử trùng nước vẫn còn bị hạn chế do phương pháp này lại tạo ra sản phẩm phụ là bromate khi nguồn nước được xử lý có chứa bromide. Bromate cũng lại là một hóa chất độc, được Tổ chức Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (International Agency for Research on Cancer) xếp vào nhóm 2B – nhóm các chất có khả năng gây ung thư trên cơ thể người.
Cho đến nay, đã có rất nhiều phương pháp phân tích bromate và bromide được trình bày trong các tiêu chuẩn và các báo cáo khoa học quốc tế. Với việc áp dụng những thiết bị hiện đại, một số phương pháp có thể xác định hàm lượng bromate và bromide trong nước ở mức àg/L (ppb) hoặc thấp hơn. Tuy nhiên, ở Việt Nam vẫn chưa thấy công bố nghiên cứu cụ thể nào trong việc xác định hàm lượng bromate và bromide trong nước cũng như trong một số nền mẫu khác. Chính vì thế, việc phát triển một phương pháp phân tích đơn giản, xác định nhanh và đồng thời bromate và bromide có độ nhạy và độ tin cậy cao, đáp ứng được các tiêu chuẩn quốc gia, quốc tế là một vấn đề cần thiết và cấp bách.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên, với sự hỗ trợ trang thiết bị của Trung tâm Phân tích Công nghệ cao Hoàn Vũ và dựa trên cơ sở khoa học của các công trình nghiên cứu liên quan đã được công bố, chúng tôi thực hiện đề tài: “Xây dựng phương pháp xác định bromate và bromide trong nước uống đóng chai bằng sắc ký ion kết nối với đầu dò khối phổ plasma ghép cặp cảm ứng (IC/ICP-MS)” với các nội dung sau:
- Tối ưu điều kiện phân tích đồng thời bromate và bromide trên cột sắc ký trao đổi anion và đầu dò ICP-MS.
- Hiệu lực hóa phương pháp thông qua đánh giá độ nhạy, hiệu suất thu hồi, độ lặp lại, độ tái lặp và sự nhiễu của phương pháp.
- Sử dụng phương pháp trên để khảo sát hàm lượng bromate và bromide trong một số mẫu nước trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh.

MỤC LỤC

Mục lục i
Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt iv
Danh mục các bảng v
Danh mục các hình vẽ, đồ thị vi
MỞ ĐẦU 1
Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. SƠ LƯỢC VỀ BROMIDE VÀ BROMATE 3
1.1.1. Tính chất của bromide và bromate 3
1.1.2. Nguồn gốc xuất hiện bromide và bromate trong nước 3
1.1.3. Độc tính của bromate .5
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH BROMIDE VÀ BROMATE .7
1.3. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP IC/ICP-MS 10
1.3.1. Sơ lược về phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao 11
1.3.1.1. Phạm vi ứng dụng 11
1.3.1.2. Nguyên lý hoạt động 11
1.3.2. Phương pháp sắc ký ion .12
1.3.2.1. Nguyên tắc .12
1.3.2.2. Pha tĩnh trong sắc ký trao đổi ion 12
1.3.2.3. Pha động trong sắc ký trao đổi ion 12
1.3.2.4. Cơ chế trao đổi ion .12
1.3.2.5. Hấp dung của ionit .14
1.3.3. Các thông số cơ bản của sắc ký .14
1.3.3.1. Thời gian lưu .14 Rt
1.3.3.2. Hệ số dung lượng 15 'k
ii
1.3.3.3. Hiệu năng .15
1.3.3.4. Độ chọn lọcα 16
1.3.3.5. Độ phân giải .17 S R
1.3.4. Cấu tạo của IC/ICP-MS .18
1.3.4.1. Hệ thống sắc ký lỏng .18
1.3.4.2. Hệ thống ICP/MS 19
1.3.4.3. Bộ phận xử lý tín hiệu và hệ thống điều khiển 26
Chương 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.1. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ, HOÁ CHẤT 27
2.1.1. Thiết bị và dụng cụ 27
2.1.2. Hoá chất .27
2.1.3. Chuẩn bị dung dịch chuẩn và pha động .28
2.2. CÁC NỘI DUNG KHẢO SÁT .29
2.2.1. Khảo sát các thông số kỹ thuật của hệ thống IC/ICP-MS .29
2.2.1.1. Khảo sát lưu lượng khí Ar và năng lượng sóng cao tần RF tối ưu cho
nhiệt độ nguồn plasma của ICP-MS 29
2.2.1.2. Lựa chọn đồng vị phân tích .30
2.2.1.3. Khảo sát các thông số của hệ thống sắc ký lỏng 30
2.2.1.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng 31
2.2.2. Khảo sát khoảng tuyến tính của dãy chuẩn .32
2.2.3. Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp .32
2.2.4. Đánh giá hiệu suất thu hồi, độ lặp lại và độ tái lặp của phương pháp .33
2.2.4.1. Quy trình xác định bromide và bromate trong nước .33
2.2.4.2. Khảo sát hiệu suất thu hồi, độ lặp lại và độ tái lặp của phương pháp .33
2.2.5. Độ không đảm đo của phương pháp 34
2.2.5.1. Các nguồn độ không đảm bảo đo .34
2.2.5.2. Tính độ không đảm bảo đo 35
iii
2.2.6. Áp dụng phương pháp phân tích để định lượng bromide và bromate trong mẫu nước 38
2.2.6.1. Lấy mẫu .38
2.2.6.2. Bảo quản mẫu 38
2.2.6.3. Xử lý số liệu định tính và định lượng 38
2.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM 39
2.3.1. Kết quả khảo sát các thông số kỹ thuật của hệ thống IC/ICP-MS .39
2.3.1.1. Kết quả khảo sát tốc độ khí Ar và năng lượng sóng cao tần RF tối ưu cho nhiệt độ nguồn plasma của ICP-MS .39
2.3.1.2. Lựa chọn đồng vị phân tích .44
2.3.1.3. Kết quả khảo sát các thông số tối ưu trên bộ phận LC 48
2.3.1.4. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng .53
2.3.2. Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính của dãy chuẩn .60
2.3.3. Kết quả xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp 61
2.3.4. Đánh giá hiệu suất thu hồi, độ lặp lại và độ tái lặp của phương pháp .62
2.3.5. Kết quả tính độ không đảm đo của phương pháp 64
2.3.6. Kết quả phân tích các mẫu nước uống đống chai 65
Chương 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO 71
PHỤ LỤC .75