Tóm tắt dự thảo Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu ứng dụng phương pháp vi chiết mao quản hở để xác định một số chất cơ Clo dễ bay hơi trong môi trường nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN<br /> <br /> ĐẶNG VĂN ĐOÀN<br /> <br /> NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP VI CHIẾT MAO QUẢN<br /> HỞ ĐỂ XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHẤT CƠ CLO DỄ BAY HƠI<br /> TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC<br /> <br /> Chuyên ngành: Hoá môi trường<br /> Mã số: 62440120<br /> <br /> TÓM TẮT DỰ THẢO LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC<br /> <br /> HÀ NỘI – 2015<br /> <br /> Công trình được hoàn thành tại:<br /> <br /> - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội<br /> - Viện Khoa học hình sự, Bộ Công an<br /> <br /> Người hướng dẫn khoa học:<br /> 1. PGS.TS Đỗ Quang Huy<br /> 2. GS.TSKH Nguyễn Đức Huệ<br /> <br /> Phản biện 1:<br /> Phản biện 2:<br /> Phản biện 3:<br /> <br /> Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp<br /> tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, số 19 Lê Thánh<br /> Tông, Hà Nội vào hồi .…… giờ …....phút ngày …..... tháng ….… năm 2015.<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại:<br /> - Thư viện Quốc gia Việt Nam<br /> - Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội<br /> <br /> MỞ ĐẦU<br /> 1. Tính cấp thiết của đề tài<br /> Các hợp chất dễ bay hơi bao gồm những chất trong nhóm dung môi clo hữu cơ,<br /> nhóm chất trong thành phần của nhiên liệu,... Nhóm chất dung môi clo hữu cơ gồm có<br /> điclometan, tetraclometan, cloeten 1,1-đicloeten, trans-1,2-dicloeten, cis-1,2-đicloeten,<br /> 1,2-đicloetan, tetracloeten, 1,1,1-tricloetan, 1,1,2-tricloetan, tricloeten, 1,1-đicloetan,<br /> triclometan,... Nhóm chất trong thành phần của nhiên liệu gồm có benzen, metyl tertbutyl ete, toluen, xylen. Các chất dễ bay hơi được tổng hợp với lượng lớn để sử dụng<br /> rộng rãi trong công nghiệp và trong sản xuất, chế tác các sản phẩm gia dụng. Các hóa<br /> chất này được dùng để tẩy rửa, giặt khô, làm sạch kim loại, chất kết dính, chất hòa tan<br /> mực, chất làm sạch đồ nội thất, chất trong thành phần nhiêu liệu,... Bên cạnh nguồn hóa<br /> chất tổng hợp, một số chất bay hơi còn được tự sinh ra trong môi trường như quá trình<br /> xử lý nước bằng clo, quá trình clo hóa tự nhiên nước ngầm,… Các nhà khoa học đã tìm<br /> thấy tất cả các chất dễ bay hơi ở trong môi trường nước và không khí.<br /> Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) có thể gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe<br /> con người và hệ sinh thái ngay ở nồng độ thấp, chúng tham gia vào nhiều phản ứng tạo<br /> ra các chất nguy hại trong môi trường, làm giảm lượng ôzôn trong không khí,… Trong<br /> các nghiên cứu gần đây, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng, nhiều chất cơ clo dễ bay hơi<br /> (Cl-VOC) ở nồng độ thấp có thể gây ảnh hưởng tới mắt, gan, tim, phổi và có thể dẫn tới<br /> ung thư,...<br /> Với đặc tính dễ bay hơi, độ hòa tan cao trong các dung môi, mức độ phân tán cao<br /> và nồng độ thấp trong môi trường, nên việc tách chiết, làm giàu các chất này, trong đó có<br /> nhóm chất Cl-VOC để phân tích gặp nhiều khó khăn. Để từng bước giải quyết những<br /> khó khăn trên, các nhà khoa học đã nghiên cứu và phát triển nhiều phương pháp tách<br /> chiết và làm giàu chất khác nhau như phương pháp bơm mẫu trực tiếp chiết lỏng - lỏng,<br /> sục khí và bẫy chất, sục khí tuần hoàn, không gian hơi bơm mẫu trực tiếp,… Các<br /> phương pháp này còn có một số hạn chế như: chất cần phân tích có thể bị nhiễm bẩn bởi<br /> nền mẫu, chuyển chất vào hệ thống phân tích không ổn định, cần có thiết bị phụ trợ đắt<br /> tiền, tốn hóa chất dung môi, thời gian phân tích kéo dài,…<br /> Để khắc phục những nhược điểm nêu trên, những năm gần đây các nhà khoa học<br /> đã tập trung phát triển một công cụ tách chiết và làm giàu mẫu bằng sợi vi chiết pha rắn<br /> (SPME) có màng hấp phụ chất phủ ngoài để phân tích nhiều dạng chất khác nhau, trong<br /> đó có các chất Cl-VOC, phương pháp này có nhiều ưu điểm như không cần dung môi,<br /> không mất chất, lượng mẫu đòi hỏi ít, không mất nhiều thời gian chuẩn bị mẫu,… Tuy<br /> nhiên, các sợi SPME bán trên thị trường và đang sử dụng tại các phòng thí nghiệm vẫn<br /> còn có những mặt hạn chế như độ bền sử dụng thấp, dễ hư tổn, dễ gẫy, giá thành cao.<br /> Nhằm khắc phục những hạn chế nêu trên của các sợi SPME, đồng thời góp phần<br /> phát triển và hoàn thiện các kỹ thuật tách chiết và làm giàu mẫu trong phân tích để xác<br /> định các chất Cl-VOC ở nồng độ thấp, chúng tôi nghiên cứu phát triển phương pháp vi<br /> chiết sử dụng cột vi chiết pha rắn mao quản hở (OT-SPME) với màng chất hấp phụ phủ<br /> trong, trên thành ống mao quản phục vụ phân tích ô nhiễm trong môi trường. Theo<br /> hướng nghiên cứu này, chúng tôi lựa chọn và thực hiện đề tài luận án: “Nghiên cứu ứng<br /> dụng phương pháp vi chiết mao quản hở để xác định một số chất cơ clo dễ bay hơi trong<br /> môi trường nước”.<br /> <br /> 1<br /> <br /> 2. Mục tiêu của luận án<br /> - Chế tạo cột vi chiết OT-SPME với màng pha tĩnh phủ trong dùng để vi chiết một<br /> số chất Cl-VOC trong không gian hơi của các mẫu nước.<br /> - Sử dụng cột vi chiết OT-SPME kết hợp với phương pháp sắc ký khí đetectơ khối<br /> phổ (GC/MSD) để phân tích xác định một số chất Cl-VOC trong các mẫu nước thực tế.<br /> 3. Nội dung nghiên cứu của luận án<br /> Luận án tập trung nghiên cứu các nội dung chính sau:<br /> - Nghiên cứu lựa chọn các chất và vật liệu có khả năng hấp phụ tốt nhất các chất<br /> Cl-VOC để làm chất tạo màng pha tĩnh trong chế tạo cột OT-SPME.<br /> - Nghiên cứu tạo màng pha tĩnh có độ bán dính cao trên thành bên trong ống mao<br /> quản để tạo thành cột vi chiết OT-SPME.<br /> - Nghiên cứu lựa chọn các điều kiện làm việc tốt nhất của cột vi chiết OT-SPME<br /> để tách chiết các chất Cl-VOC trong môi trường nước bằng kỹ thuật không gian hơi.<br /> - Đánh giá hiệu quả làm việc của cột OT-SPME tách chiết Cl-VOC trong pha hơi<br /> thông qua các giá trị khoảng tuyến tính, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng, độ thu<br /> hồi, độ chính xác.<br /> - Đánh giá độ bền, hiệu quả sử dụng của cột vi chiết OT-SPME trong quá trình<br /> tách chiết các chất Cl-VOC trong pha hơi.<br /> - Sử dụng cột vi chiết OT-SPME kết hợp với phương pháp GC/MSD để phân tích<br /> xác định một số chất Cl-VOC trong các mẫu nước mặt lấy ở một số sông, hồ tại thành<br /> phố Hà Nội và đánh giá mức độ ô nhiễm các chất này đối với môi trường nước mặt tại<br /> các khu vực nghiên cứu.<br /> 4. Những đóng góp mới của luận án<br /> - Lần đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu và lựa chọn than hoạt tính (GCB) và copolyme polidimetylsiloxan (PDMS) tạo lớp màng phủ GCB và PDMS của cột vi chiết<br /> OT-SPME để phân tích một số chất Cl-VOC trong nước.<br /> - Lần đầu tiên nghiên cứu phủ thành công lớp màng chất GCB và PDMS bên<br /> trong thành cột mao quản thép không rỉ. Lớp phủ GCB được chế tạo theo phương pháp<br /> sol-gel. Quá trình bền hóa lớp màng phủ GCB và PDMS được thực hiện theo chương<br /> trình nhiệt độ và có dòng nitơ sạch chạy qua.<br /> - Lần đầu tiên chế tạo thành công cột vi chiết OT-SPME với màng phủ bên trong<br /> thành cột mao quản là thép không rỉ gồm GCB và PDMS. Cột vi chiết OT-SPME có<br /> chiều dài 7,5 cm, đường kính ngoài 0,6 mm, đường kính trong 0,419 mm; lớp màng phủ<br /> GCB và PDMS có độ dầy 27,50 µm, chiều dài lớp phủ 0,5 cm; phần cột không có màng<br /> phủ GCB và PDMS có đường kính trong là 0,1 mm cho hiệu quả vi chiết Cl-VOC cao<br /> nhất.<br /> - Bước đầu đóng góp vào việc giải thích quá trình vi chiết các chất Cl-VOC trong<br /> không gian hơi lên trên màng phủ GCB/PDMS, trong đó cùng tồn tại hai quá trình hấp<br /> phụ và phân bố hòa tan chất.<br /> - Đã sử dụng cột vi chiết OT-SPME chế tạo được kết hợp với phương pháp lấy<br /> mẫu không gian hơi và GC/MSD để phân tích xác định một số chất Cl-VOC trong các<br /> mẫu nước mặt lấy ở một số sông, hồ thuộc thành phố Hà Nội. Kết quả phân tích 132<br /> mẫu nước mặt cho thấy nồng độ các chất Cl-VOC xác định được đều thấp hơn các giá trị<br /> cho phép trong tiêu chuẩn nước mặt của EU và Nhật Bản. Đây là những số liệu có tính<br /> hệ thống đầu tiên về nồng độ các chất Cl-VOC trong nước mặt ở Hà Nội được thiết lập.<br /> 2<br /> <br /> 5. Bố cục của luận án<br /> Luận án bao gồm 149 trang. Mở đầu gồm 4 trang. Chương 1: Tổng quan bao gồm<br /> 39 trang, 4 bảng số và 6 hình. Chương 2: Thực nghiệm bao gồm 22 trang, 3 bảng số và 1<br /> hình. Chương 3: Kết quả và thảo luận bao gồm 71 trang, 27 bảng số và 35 hình. Phần kết<br /> luận gồm 2 trang với 6 kết luận. Tài liệu tham khảo gồm 106 tài liệu, tiếng Việt (15 tài<br /> liệu) và tiếng Anh (91 tài liệu). Phụ lục gồm 36 trang.<br /> NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN<br /> Chương 1: TỔNG QUAN<br /> 1.1. Các hợp chất hữu cơ bay hơi và độc tính của chúng<br /> Phần này đề cập tới các vấn đề chính sau: giới thiệu về VOCs, ứng dụng của<br /> VOCs, nguồn gốc VOCs có trong môi trường nước, tác hại của VOCs đối với con người<br /> và môi trường.<br /> 1.2. Tính chất của một số chất cơ clo dễ bay hơi<br /> Phần này đề cập tới tính chất một số chất Cl-VOC; quy định giới hạn nồng độ cho<br /> phép các chất Cl-VOC trong nước uống và nước mặt.<br /> 1.3. Các phương pháp xác định Cl-VOC trong mẫu nước<br /> Các phương pháp xác định Cl-VOC trong nước được giới thiệu gồm: Phương<br /> pháp bơm mẫu trực tiếp; phương pháp chiết lỏng - lỏng; phương pháp sục khí và bẫy<br /> chất; phương pháp sục khí tuần hoàn; phương pháp lấy mẫu không gian hơi; phương<br /> pháp vi chiết pha rắn.<br /> 1.4. Nghiên cứu chế tạo cột vi chiết pha rắn và ứng dụng của nó<br /> Có nhiều phương pháp phủ chất lên sợi chiết SPME khác nhau đã được sử dụng,<br /> tuy nhiên có thể được chia làm 4 phương pháp chính: Phương pháp lắng đọng vật lý;<br /> phương pháp sol-gel; phương pháp tạo liên kết hóa học; phương pháp lắng đọng điện<br /> hóa.<br /> 1.5. Các vật liệu chính sử dụng trong chế tạo sợi SPME<br /> Phần này giới thiệu 2 vật liệu chính là polidimetylsiloxan (PDMS) và than hoạt tính<br /> trong chế tạo sợi SPME.<br /> 1.6. Nghiên cứu chế tạo cột vi chiết pha rắn ở Việt Nam<br /> Các nghiên cứu chế tạo cột vi chiết bắt đầu từ khoảng năm 2004 và đến nay chưa<br /> có nhiều công bố về lĩnh vực này. Các công bố chủ yếu tập trung vào nghiên cứu chế tạo<br /> cột vi chiết với màng pha tĩnh phủ trong để phân tích các chất BTEX, một số chất cơ clo<br /> mạch ngắn trong mẫu lỏng, mẫu khí.<br /> 1.7. Xác định VOCs trong môi trường nước<br /> 1.7.1. Một số kết quả xác định VOCs trên thế giới<br /> Phần này giới thiệu một số kết quả nghiên cứu sử dụng sợi vi chiết và kỹ thuật<br /> không gian hơi để xác định VOCs trong môi trường nước, tập trung vào các mẫu nước<br /> sông, nước thải công nghiệp, nước máy, nước đóng chai, nước biển,... tại một số nước<br /> như Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc, Hy Lạp.<br /> 1.7.2. Một số kết quả xác định VOCs tại Việt Nam<br /> Đến nay, ở Việt Nam những nghiên cứu về sự có mặt của các chất VOCs trong<br /> nước mặt và nước thải chưa được các nhà khoa học và các nhà quản lý quan tâm đúng<br /> mức, hầu hết mới chỉ có những nghiên cứu trong nước ngầm, nước máy. Các công trình<br /> công bố về lĩnh vực này chưa nhiều.<br /> 3<br /> <br />