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


Hình 1.1: Hệ thống vòng Loop tiêm mẫu.
Có hai vị trí tiêm mẫu là vị trí A và vị trí B. Vị trí A là vị trí trước khi tiêm
mẫu. Sau khi tiêm mẫu, van được chuyển sang vị trí B và pha động sẽ đưa mẫu vào
cột. Hệ thống tiêm mẫu này được dùng phổ biến hiện nay trong hệ thống sắc kí lỏng
vì thể tích mẫu tiêm vào có độ lặp lại cao.

1.3.2.4- Cột sắc kí pha đảo
Trong HPLC, việc tách hỗn hợp các chất có trong mẫu phân tích thành từng
chất riêng biệt được thực hiện bởi ái lực tương đối khác nhau giữa các hợp chất có
trong mẫu phân tích với pha tĩnh của cột và pha động rửa giải.
Hiện nay, cột sắc kí phân bố pha đảo thường được dùng trong hệ thống sắc kí
lỏng để tách các chất phân tích. Cột pha đảo có pha tĩnh là chất lỏng được gắn lên
chất mang rắn. Pha tĩnh được cấu tạo gồm một mạch alkyl ( -CH2-CH2-CH2-CH3 )
gắn lên một chất mang rắn, thường là silica.

Hình 1.2: Cấu tạo của pha tĩnh dùng trong cột pha đảo.

22


Có 3 loại mạch alkyl thường được dùng là C4, C8 và C18. Trong đó, C4
thường được dùng cho protein, C8 và C18 được dùng cho các phân tử nhỏ.
1.3.2.5- Đầu dò điện hóa (ECD )
Đầu dò được dùng để xác định các hợp chất có trong mẫu phân tích khi ra
khỏi cột. Khi rửa giải, một hợp chất có trong mẫu sẽ thực hiện một phản ứng oxihoá hay phản ứng khử tại bề mặt điện cực chỉ thị và được xác định như một mũi
trong sắc kí đồ.
Thời gian lưu của mũi trong điều kiện nhất định được dùng để nhận danh
hợp chất. Chiều cao, diện tích mũi tương ứng với lượng hợp chất có trong mẫu. Một
đầu dò lý tưởng phải có những đặc tính sau: độ nhạy, độ ổn định, độ đáp ứng cao,
khoảng tuyến tính rộng, thời gian đáp ứng ngắn, dễ hoạt động…. Và điện cực
Glassy carbon có thể đáp ứng các điều kiện này. Ngoài ra, điện cực Glassy carbon
cho tín hiệu cao tại thế làm việc thấp, khoảng thế làm việc rộng, bền cơ học và khả
năng chịu dung môi cao.
Để chất phân tích trong dung dịch đến thực hiện một phản ứng oxi-hoá hay
phản ứng khử tại bề mặt điện cực chỉ thị, nó phải hoàn tất một quá trình gồm 3 bước
sau:

Bước 1: Chất phân tích khuếch tán đến bề mặt điện cực chỉ thị: sự khuếch
tán trong chất lỏng tại nhiệt độ phòng tương đối chậm, do vậy nhiệt độ đầu dò
thường được duy trì ở mức cao hơn 5 độ C so với nhiệt độ phòng. Hệ số khuếch tán
pha lỏng có giá trị từ 1 đến 10x10-6 cm/sec2.
Bước 2: Chất phân tích thực hiện một phản ứng oxi-hoá hoặc phản ứng khử
trên bề mặt điện cực chỉ thị.
Bước 3: Chất phân tích khuếch tán ra khỏi bề mặt điện cực chỉ thị.
Khi vận tốc pha động và độ dày lớp khuếch tán không đổi, dòng điện sẽ tỷ lệ
với nồng độ chất phân tích. Khi hệ số phân bố K, hệ số dung lượng K’ và độ phân
giải RS của cột không đổi, chiều cao và diện tích mũi tương ứng với nồng độ chất
phân tích được tiêm vào cột.

23


- Phản ứng của Phenol trên điện cực chỉ thị và các yếu tố ảnh hưởng.
Các hợp chất Phenol dễ bị oxi hóa. Tại một thế thích hợp trên điện cực chỉ
thị, các hợp chất Phenol bị oxi hóa thành các gốc tự do Phenoxy

[ 23 ]

và được

khuếch tán ra khỏi bề mặt điện cực.

Gốc tự do Phenoxy
Hình 1.3: Phản ứng của Phenol trên điện cực chỉ thị Glassy carbon
Đầu dò Điện hóa có độ chọn lọc cao, chỉ những hợp chất có khả năng điện
hoạt mới phản ứng trên trên điện cực chỉ thị, do đó khả năng gây ảnh hưởng lên quá
trình xác định các hợp chất Phenol sẽ giảm đi. Trong mẫu xác định không được

chứa các muối vô cơ vì các muối này sẽ phản ứng tạo thành kim loại rắn và bám lên
bề mặt điện cực chỉ thị, khi đó sẽ làm giảm độ nhạy trong quá trình phân tích.
- Một số lưu ý khi dùng đầu dò điện hoá
Khi sử dụng đầu dò điện hoá, một số vấn đề sau cần làm và cần tránh để
không làm hư điện cực trong quá trình sử dụng:
Dung môi động phải được đuổi khí Oxi thật kỹ bằng máy đuổi khí chuyên
dụng vì trong dung môi động có khí Oxi và sẽ làm hư điện cực trong quá trình sử
dụng.
Trong dung dịch pha động luôn chứa ion Cl- với nồng độ nhất định, phù
hợp với điều kiện làm việc. Nếu không sẽ làm hư điện cực so sánh.
Rửa điện cực khi thấy độ nhạy bị giảm xuống. Quá trình rửa điện cực được
thực hiện như sau:
- Rửa và làm sạch bề mặt điện cực bằng dung dịch kim cương ( diamond
slury ) và bộ rửa chuyên dụng.
- Tạo kết tủa AgCl trên điện cực so sánh bằng dung dịch chuyên dụng.

24


- Điện cực tiếp tục được rửa bằng acid Nitric 10-2 M tại tốc độ dòng là 0.2
ml/phút.
- Quét thế để làm sạch bề mặt điện cực. Thế quét từ (-) 500 mV đến(+)1.2 V.
- Rửa lại bằng nước cất hai lần đến trung tính.
Quá trình làm sạch điện cực như trên đã cho kết quả phân tích có độ lặp lại
tốt ( độ lệch nhỏ hơn 5 % ) giữa ba lần rửa điện cực. Thời gian sử dụng điện cực
trước khi làm sạch khoảng 300 giờ.
Đầu dò Điện hoá có thời gian để ổn định dài. Thông thường, để đầu dò
Điện hoá ổn định phải mất từ 90 đến 120 phút.
1.4- Giới thiệu sơ lược về chiết pha rắn SPE [ 28 - 37 ]
Kỹ thuật chiết pha rắn đã được phát triển mạnh trong thời gian gần đây để

tách làm giàu trước khi xác định các chất ô nhiễm hữu cơ độc hại trong môi trường.
Cơ sở lý thuyết của kỹ thuật chiết pha rắn chính là sự kết hợp giữa chiết lỏng và
tách sắc ký.
Khi nồng độ chất phân tích trong mẫu thật nhỏ, việc làm giàu là rất quan
trọng. Kỹ thuật SPE có ưu điểm so với phương pháp chiết lỏng-lỏng cổ điển là ít
tiêu tốn dung môi, qui trình chiết nhanh, đơn giản, hiệu suất chiết cao, độ chọn lọc
tốt hơn.
Để đảm bảo quá trình chiết pha rắn cho kết quả phân tích tốt, quá trình chuẩn
bị chiết pha rắn cần được thực hiện qua 5 giai đoạn cơ bản sau:
Tính chất của chất phân tích như độ phân cực, kích thước phân tử … cần
phải được biết rõ để lựa cho cột chiết pha rắn phù hợp.
Chất phân tích tồn tại trong môi trường: nước, dung môi hữu cơ hay một
môi trường khác để lựa cho cột chiết phù hợp.
Cột chiết pha rắn được hoạt hoá bằng một dung môi hữu cơ phân cực và
được cân bằng bằng nước hay đệm. Sau đó, cho dung dịch mẫu cần phân tích qua
cột.
Rửa tạp chất có trong mẫu bằng nước, đệm hay dung môi hữu cơ phân cực.
Rửa giải chất phân tích bằng dung môi hữu cơ phân cực hay không phân
cực.

25


Trong cột chiết pha đảo, nước là dung môi rửa giải yếu nhất. Một số dung
môi hữu cơ thường được dùng để rửa giải là: Methylenchloride, EthylAcetate,
Acetonitril, Methanol….
Hiện nay có 2 cách làm giàu trên cột chiết pha rắn là làm giàu trực tiếp và
làm giàu gián tiếp
1.4.1- Kỹ thuật chiết pha rắn gián tiếp
Các hợp chất phenol phân cực trong nước thường được chiết và làm giàu

trên pha tĩnh các loại pha tĩnh khác nhau như C18, Carbopack, Polydivinylbenzen,
Polydivinylbezen-N-vinylpyrolidon HLB Oasis

[ 26 ]

, hoặc trên pha tĩnh Polyme

Styren-divinylbezen như EnviChrom P, LiChrolut EN…

[ 27- 29]

. Gần đây, việc

nghiên cứu chế tạo các pha tĩnh mới như Polystyren-divinylbenzen có bổ sung
nhóm phân cực carboxylic nhằm nâng cao hiệu suất chiết các chất Phenol có độ
phân cực cao

[34]

. Sau khi rửa giải với dung môi thích hợp như Acetonitril,

Methanol, Dicloromethan, các hợp chất Phenol định lượng bằng phương pháp sắc
ký với đầu dò UV, khối phổ, điện hóa…
1.4.2- Kỹ thuật chiết pha rắn trực tiếp
Kỹ thuật này cho phép làm giàu trực tiếp và xác định đồng thời các hợp chất
phenol trong quá trình phân tích. Mẫu sau khi được làm giàu trên pha tĩnh SPE, pha
động rửa giải và vận chuyển các chất này đến cột phân tích để tách và định lượng
các chất cần phân tích bằng đầu dò thích hợp. Phương pháp này có ưu điểm hơn so
với phương pháp chiết pha rắn thông thường là ít tiêu tốn dung môi, đơn giản và
việc phân tích có thể tiến hành hoàn toàn tự động. Tuy nhiên, kỹ thuật này có thể

dẫn đến sự bành rộng của các mũi phân tích trên sắc ký đồ nếu pha tĩnh dùng trong
SPE có tính chất khác với pha tĩnh dùng để chế tạo cột phân tích. Gần đây việc chế
tạo pha tĩnh thích hợp cho kỹ thuật này là một lĩnh vực nghiên cứu rất được quan
tâm. Pha tĩnh polyme có bổ sung nhóm Benzoyl [31-32] được dùng để làm giàu và xác
định trực tiếp hàm lượng vết các hợp chất Phenol cũng như thuốc trừ sâu trong
nước.

26