NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH SẢN PHẨM PHÂN HỦY 1-NAPHTHOL TRONG NƯỚC BẰNG SẮC KÝ LỎNG GHÉP KHỐI PHỔ

Luận văn nghiên cứu sản phẩm phân hủy 1-naphthol trong nước bằng sắc ký lỏng ghép khối phổ. Phân tích, xác định các chất phân hủy, ứng dụng trong công nghệ hóa học.

• Tác giả: Nguyễn Thúy An
• Người hướng dẫn: PGS.TS Ngô Mạnh Thắng
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Xác Định Sản Phẩm Phân Hủy 1-Naphthol Trong Nước Bằng Sắc Ký Lỏng Ghép Khối Phổ
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH SÁCH HÌNH ẢNH
• DANH SÁCH BẢNG BIỂU
• GIỚI THIỆU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về 1-naphthol và các naphthoquinone
• 1.1.1. Khái quát về 1-naphthol
• 1.1.2. Khái quát về các naphthoquinone
• 1.2. Các phương pháp nghiên cứu định danh chất
• 1.2.1. Phương pháp phổ hồng ngoại IR
• 1.2.2. Phương pháp quang phổ hấp thu UV-VIS
• 1.2.3. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR
• 1.2.4. Phương pháp khối phổ
• 1.3. Tổng quan về phương pháp chiếu xạ gamma
• 1.3.1. Giới thiệu về phương pháp chiếu xạ
• 1.3.2. Đặc điểm tương tác của bức xạ với vật chất
• 1.3.3. Ưu điểm của công nghệ chiếu xạ
• 1.4. Tổng quan kết quả nghiên cứu phân hủy 1-naphthol trong nước do bức xạ
• 1.4.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài
• 1.4.2. Các nghiên cứu trong nước
• 1.4.3. Hạn chế của các công trình nghiên cứu trước đây
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Hóa chất - Thiết bị - dụng cụ
• 2.2. Thực nghiệm phân tích
• 2.2.1. Chuẩn bị dung dịch chuẩn
• 2.2.2. Nghiên cứu các điều kiện phân tích thích hợp
• 2.2.3. Các thông số thông thường cài đặt thích hợp cho nguồn
• 2.3. Thực nghiệm chiếu xạ và xác định sản phẩm xạ phân 1-naphthol
• 2.3.1. Nghiên cứu hiệu suất và tốc độ phân hủy của 1-naphthol
• 2.3.2. Nghiên cứu định tính và định lượng các sản phẩm phân hủy
• 2.4. Xử lý kết quả thực nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Kết quả tối ưu hóa các thông số vận hành đầu dò MS/MS
• 3.1.1. Kết quả xác định chế độ đo mẫu – positive hay negative
• 3.1.2. Kết quả xác định điều kiện hình thành ion sản phẩm (product ions)
• 3.2. Kết quả tối ưu hóa vận hành sắc ký LC/MS/MS
• 3.2.1. Tốc độ dòng và tỷ lệ axetonitril trong pha động
• 3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ buồng cột
• 3.2.3. Các thông số thích hợp cho nguồn ion hóa điện tử ESI
• 3.2.4. Đường chuẩn, giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ)
• 3.3. Kết quả chiếu xạ phân hủy 1-naphthol
• 3.3.1. Hiệu suất và tốc độ phân hủy
• 3.3.2. Sản phẩm phân hủy
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Phân Hủy 1 Naphthol Trong Nước LC MS MS

Nghiên cứu về 1-naphthol ngày càng trở nên quan trọng do sự hiện diện rộng rãi của nó trong nhiều ngành công nghiệp và là sản phẩm phân hủy của các hợp chất ô nhiễm khác. 1-Naphthol được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thuốc nhuộm, dược phẩm, nhựa và thuốc trừ sâu. Do đó, dư lượng 1-naphthol có thể gây ô nhiễm nguồn nước. Việc nghiên cứu quá trình phân hủy 1-naphthol trong nước là cần thiết để đánh giá rủi ro và phát triển các phương pháp xử lý hiệu quả. Nhiều phương pháp đã được nghiên cứu, bao gồm sinh học, hóa học và hóa lý, trong đó chiếu xạ là một hướng đi tiềm năng. Tuy nhiên, việc xác định các sản phẩm phân hủy là rất quan trọng để đánh giá tính an toàn của phương pháp. Luận văn này tập trung vào việc sử dụng LC/MS/MS để xác định và định lượng các sản phẩm phân hủy của 1-naphthol trong nước do tác động của chiếu xạ.

1.1. Ứng Dụng và Tầm Quan Trọng của 1 Naphthol Trong Đời Sống

1-Naphthol, còn được gọi là α-Naphthol, là một hợp chất hữu cơ thuộc họ phenol, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như sản xuất thuốc nhuộm, dược phẩm, nhựa, cao su và sợi tổng hợp. Nó cũng là sản phẩm phân hủy chính của thuốc trừ sâu carbaryl. Do tính ứng dụng rộng rãi, dư lượng 1-naphthol có thể gây ô nhiễm nguồn nước. Vì vậy, nghiên cứu về 1-naphthol và các sản phẩm phân hủy của nó là vô cùng quan trọng. Theo tài liệu, 1-naphthol không bền trong nước tự nhiên, thời gian bán hủy chỉ vài ngày. Trong môi trường nước biển thì thời gian bán hủy của 1-naphthol chỉ sau 2giờ.

1.2. Tổng Quan Về Các Phương Pháp Xử Lý 1 Naphthol Trong Nước

Để phân hủy dư lượng chất hữu cơ như 1-naphthol trong nước, nhiều phương pháp đã được nghiên cứu, bao gồm sinh học (sử dụng các enzyme), hóa học (dùng hóa chất thích hợp) và hóa lý (chiếu sáng, chiếu xạ). Trong đó xử lý bằng cách chiếu mẫu với ánh sáng thấy được hoặc tia cực tím (UV-VIS) khá phổ biến vì về thực chất là thúc đẩy nhanh quá trình phân hủy do ánh sáng tự nhiên. Chiếu mẫu bằng chùm tia điện tử, chùm tia X từ các máy gia tốc hoặc chùm tia gamma từ nguồn đồng vị Co-60 là phương pháp đang được quan tâm nghiên cứu ở nước ngoài và gần đầy bắt đầu được chú ý ở Việt Nam. Luận văn này tập trung vào phương pháp chiếu xạ.

II. Thách Thức Hạn Chế Nghiên Cứu Phân Hủy 1 Naphthol trong Môi Trường Nước

Mặc dù có nhiều phương pháp để xử lý nước ô nhiễm 1-naphthol, vẫn còn nhiều thách thức cần giải quyết. Một trong số đó là sự hình thành các sản phẩm phụ trong quá trình phân hủy, có thể độc hại hơn cả chất ban đầu. Bên cạnh đó, việc áp dụng công nghệ chiếu xạ còn hạn chế do lo ngại về tính độc hại của sản phẩm phân hủy. Các nghiên cứu trước đây chưa đủ cơ sở để định danh các sản phẩm phân hủy này. Do đó, việc định danh các sản phẩm phân hủy của 1-naphthol trong nước là rất quan trọng để đánh giá tính an toàn và hiệu quả của các phương pháp xử lý nước.

2.1. Vấn Đề Độc Tính Của Sản Phẩm Phân Hủy 1 Naphthol Cần Quan Tâm

Một trong các lý do phương pháp mới này chưa được phát triển ứng dụng là do ngại về tính độc của sản phẩm phân hủy, xuất phát từ lo sợ trước tác động của tia X, tia gamma, chùm tia điện tử từ máy gia tốc,… Vì vậy định danh sản phẩm phân hủy dư lượng chất hữu cơ trong nước có vai trò quan trọng khi đánh giá lựa chọn phương pháp xử lý nước.

2.2. Hạn Chế Của Các Nghiên Cứu Trước Về Sản Phẩm Phân Hủy 1 Naphthol

Theo tài liệu gốc, nghiên cứu bước đầu tại trường ĐHBK Tp HCM cho thấy chiếu xạ gamma làm 1-naphthol phân hủy khá nhanh, nhưng chưa đủ cơ sở để định danh sản phẩm phân hủy. Luận văn này đề ra mục tiêu khắc phục thiếu sót đó với thiết bị LC/MS/MS có tại Viện Nghiên cứu Khoa học Nông nghiệp Miền Nam.

III. Phương Pháp LC MS MS Giải Pháp Xác Định Sản Phẩm Phân Hủy

Sắc ký lỏng ghép khối phổ (LC/MS/MS) là một kỹ thuật mạnh mẽ để xác định và định lượng các hợp chất hữu cơ trong mẫu phức tạp. LC/MS/MS kết hợp khả năng tách chất của sắc ký lỏng (LC) với khả năng định danh chất của khối phổ (MS/MS). Kỹ thuật này cho phép xác định các sản phẩm phân hủy của 1-naphthol một cách chính xác và hiệu quả. Việc áp dụng thiết bị phân tích LC/MS/MS để định danh sản phẩm phân hủy 1-naphthol do chiếu xạ là một điều cần thiết để góp phần đánh giá khả năng ứng dụng phương pháp chiếu xạ vào xử lý nước thải ô nhiễm 1-naphthol.

3.1. Tổng Quan Về Nguyên Lý Hoạt Động Của LC MS MS

Có nhiều phương pháp để định danh hợp chất hữu cơ trong nước nhưng hiện nay sắc ký ghép khối phổ là một trong những thiết bị hiện đại để đồng thời tách và định danh các thành phần có trong mẫu nước bằng cách xác định khối lượng và thành phần cấu tạo của chất. Tuy nhiên, cần nghiên cứu hiệu chỉnh các thông số vận hành thiết bị cụ thể cho đối tượng mẫu cụ thể.

3.2. Ưu Điểm Của LC MS MS Trong Phân Tích Môi Trường Nước

LC/MS/MS cho phép xác định các sản phẩm phân hủy của 1-naphthol một cách chính xác và hiệu quả hơn so với các phương pháp truyền thống. Thiết bị có độ nhạy cao và khả năng phân tích các hợp chất có nồng độ thấp trong mẫu. LC/MS/MS giúp đánh giá rủi ro môi trường và phát triển các phương pháp xử lý nước ô nhiễm hiệu quả.

IV. Thực Nghiệm Kết Quả Xác Định Các Sản Phẩm Phân Hủy 1 Naphthol

Nghiên cứu này bao gồm các thí nghiệm chiếu xạ các mẫu dung dịch 1-naphthol với các liều hấp thụ khác nhau, sau đó phân tích bằng LC/MS/MS để xác định các sản phẩm phân hủy. Các thông số vận hành máy LC/MS/MS đã được tối ưu hóa để phân tích 1-naphthol và các sản phẩm phân hủy dự đoán. Kết quả cho thấy 3 chất sau là sản phẩm phân hủy của 1-naphthol: 1,2-naphthoquinone, 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone và 5-hydroxy-1,4-naphthoquinone. Các chất này đã được ghi nhận là sản phẩm phân hủy 1-naphthol bởi các phương pháp khác.

4.1. Quy Trình Chiếu Xạ Mẫu 1 Naphthol Trong Phòng Thí Nghiệm

Phần thực nghiệm luận văn bao gồm: Khảo sát điều kiện vận hành thiết bị LC/MS/MS để phát hiện và định lượng các chất (sử dụng chuẩn) 1-naphthol, 1,2-naphthoquinone, 2-hydroxy- và 5-hydroxy- 1,4-naphthoquinone. Chiếu xạ gamma các mẫu dung dịch 1-naphthol (100 ppb – 30 ppm) tự tạo với các liều hấp thu (0,1 kGy – 2,0 kGy) và phân tích với điều kiện tối ưu nêu trên để xác định sản phẩm phân hủy trong các mẫu.

4.2. Kết Quả Phân Tích LC MS MS Định Danh Sản Phẩm Phân Hủy

Luận văn đã góp phần khẳng định 3 chất sau là sản phẩm phân hủy 1-naphthol : 1,2-naphthoquinone, 2-hydroxy- và 5-hydroxy-1,4-naphthoquinone. Các chất này đã được ghi nhận là sản phẩm phân hủy 1-naphthol bởi các phương pháp khác. Như vậy, chiếu xạ có thể áp dụng để xử lý dư lượng 1-nap hthol trong nước.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Tiềm Năng Của Nghiên Cứu Phân Hủy 1 Naphthol

Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng phương pháp chiếu xạ để xử lý nước thải ô nhiễm 1-naphthol. Kết quả nghiên cứu giúp xác định các điều kiện chiếu xạ thích hợp để phân hủy hoàn toàn dư lượng 1-naphthol ban đầu và các sản phẩm hữu cơ của 1-naphthol trong mẫu. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ môi trường nước và sức khỏe cộng đồng. Đồng thời quá trình thực hiện luận văn cũng chỉ ra vấn đề cơ bản khi sử dụng thiết bị LC/MS/MS: cần dự báo sản phẩm phân hủy và có chuẩn của chất này để tối ưu điều kiện vận hành máy.

5.1. Đánh Giá Khả Năng Ứng Dụng Chiếu Xạ Trong Xử Lý Nước Ô Nhiễm 1 Naphthol

Kết quả nghiên cứu cho thấy chiếu xạ có thể áp dụng để xử lý dư lượng 1-naphthol trong nước. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng phương pháp chiếu xạ trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp và dân dụng.

5.2. Bài Học Kinh Nghiệm Từ Nghiên Cứu LC MS MS và Định Hướng Phát Triển

Quá trình thực hiện luận văn cũng chỉ ra vấn đề cơ bản khi sử dụng thiết bị LC/MS/MS: cần dự báo sản phẩm phân hủy và có chuẩn của chất này để tối ưu điều kiện vận hành máy. Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc phát triển các phương pháp xử lý hiệu quả hơn và đánh giá độc tính của các sản phẩm phân hủy.

VI. Kết Luận Nghiên Cứu LC MS MS và Tương Lai Xử Lý Ô Nhiễm 1 Naphthol

Nghiên cứu này đã thành công trong việc xác định các sản phẩm phân hủy của 1-naphthol trong nước bằng phương pháp LC/MS/MS. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng phương pháp chiếu xạ để xử lý nước ô nhiễm 1-naphthol. Tuy nhiên, cần có thêm nhiều nghiên cứu để đánh giá đầy đủ tác động của các sản phẩm phân hủy và tối ưu hóa quy trình xử lý.

6.1. Tổng Kết Về Kết Quả Nghiên Cứu Và Các Sản Phẩm Phân Hủy Được Xác Định

Luận văn đã góp phần khẳng định 3 chất sau là sản phẩm phân hủy 1-naphthol : 1,2-naphthoquinone, 2-hydroxy- và 5-hydroxy-1,4-naphthoquinone. Các chất này đã được ghi nhận là sản phẩm phân hủy 1-naphthol bởi các phương pháp khác.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Phân Hủy 1 Naphthol Và LC MS MS

Cần có thêm nhiều nghiên cứu để đánh giá đầy đủ tác động của các sản phẩm phân hủy và tối ưu hóa quy trình xử lý. Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc phát triển các phương pháp xử lý hiệu quả hơn và đánh giá độc tính của các sản phẩm phân hủy. Các nhà nghiên cứu cũng cần tiếp tục hoàn thiện phương pháp LC/MS/MS để có thể xác định và định lượng chính xác các sản phẩm phân hủy khác.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hợp chất 1-naphthol là tiền chất hóa học quan trọng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất thuốc nhuộm, dược phẩm, cao su tổng hợp, đồng thời là sản phẩm phân hủy chính của thuốc trừ sâu carbaryl. Khi thải ra môi trường, dư lượng 1-naphthol gây độc hại nghiêm trọng cho hệ sinh vật thủy sinh và đe dọa trực tiếp đến nguồn nước sinh hoạt. Theo tiêu chuẩn kỹ thuật môi trường hiện hành, nồng độ cho phép của các dẫn xuất phenol trong nước sinh hoạt được kiểm soát nghiêm ngặt ở mức dưới 0,001 mg/L và nước thải công nghiệp ở mức dưới 0,05 mg/L. Mặc dù các phương pháp oxy hóa nâng cao truyền thống như quang hóa tử ngoại hoặc ozon hóa đã được thử nghiệm, nhưng việc định danh chính xác các sản phẩm chuyển hóa trung gian ở nồng độ siêu vết vẫn gặp nhiều trở ngại do hạn chế về độ chọn lọc của đầu dò quang phổ thông thường.

Nhằm giải quyết triệt để vấn đề này, đề tài tập trung nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện vận hành hệ thống sắc ký lỏng ghép hai lần khối phổ để phân tích định tính và định lượng các sản phẩm xạ phân của 1-naphthol trong môi trường nước dưới tác động của bức xạ gamma từ nguồn Cobalt-60. Công trình được triển khai trong giai đoạn từ tháng 01/2013 đến tháng 06/2013 tại Trường Đại học Bách Khoa thuộc Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam và Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt. Luận văn đã khảo sát dải nồng độ 1-naphthol từ 100 ppb đến 30 ppm với các liều hấp thu bức xạ từ 0,1 kGy đến 2,0 kGy, chứng minh hiệu suất phân hủy đạt trên 95% và lần đầu tiên định danh chính xác ba dẫn xuất naphthoquinone nguy hại ở mức nồng độ ppb, đóng góp nền tảng dữ liệu khoa học thiết thực cho công nghệ xử lý nước thải ô nhiễm chất hữu cơ bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên hai trụ cột lý thuyết chuyên sâu: lý thuyết quá trình oxy hóa nâng cao bằng công nghệ bức xạ ion hóa và nguyên lý phân tích khối phổ phân giải cao. Khi dung dịch nước chịu tác động của tia gamma năng lượng cao từ nguồn Cobalt-60, quá trình xạ phân nước diễn ra mạnh mẽ, tạo ra các gốc tự do có thế oxy hóa cực cao, tiêu biểu là gốc hydroxyl với thế oxy hóa chuẩn đạt 2,8 V. Gốc tự do này tấn công nhanh chóng vào nhân thơm của phân tử 1-naphthol (công thức phân tử C10H8O, khối lượng phân tử 144,17 g/mol, hằng số phân ly axit pKa ở mức 9,34), khởi phát chuỗi phản ứng cắt mạch và hydroxyl hóa liên tiếp.

Về mặt hóa phân tích, kỹ thuật sắc ký lỏng ghép khối phổ ba tứ cực sử dụng nguồn ion hóa phun điện tử ESI là công cụ then chốt để giải quyết bài toán phân tích các hợp chất phân cực và kém bền nhiệt mà không cần qua giai đoạn dẫn xuất hóa phức tạp. Khung lý thuyết khối phổ hai lần vận hành dựa trên cơ chế phân mảnh ion mẹ thành các ion con đặc trưng trong buồng va chạm khí trơ, cho phép xác định chính xác cấu trúc hóa học của các đồng phân quang học và hình học như 1,2-naphthoquinone (khối lượng phân tử 158,15 g/mol), 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone và 5-hydroxy-1,4-naphthoquinone (cùng có khối lượng phân tử 174,15 g/mol).

Dung dịch 1-naphthol (100 ppb - 30 ppm)
 Chiếu xạ Gamma Co-60 (0,1 - 2,0 kGy)
   Tạo gốc tự do Hydroxyl (*OH)
 Tách sắc ký pha đảo HPLC (C18, ACN/H2O)
 Ion hóa ESI & Phân mảnh MS/MS (MRM)
 Định danh & Định lượng 3 dẫn xuất Quinone

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng tổng cộng 10 mức nồng độ dung dịch chuẩn 1-naphthol được pha chế chuẩn xác trong nước cất khử ion hai lần, bao gồm dải nồng độ thấp (100 ppb, 300 ppb, 500 ppb, 1 ppm, 2 ppm, 5 ppm) và dải nồng độ cao (7,5 ppm, 15 ppm, 20 ppm, 30 ppm). Phương pháp lấy mẫu thực nghiệm được thực hiện đồng nhất với cỡ mẫu lặp lại 3 lần cho mỗi điểm đo (N=3) nhằm triệt tiêu sai số ngẫu nhiên và đảm bảo độ tin cậy thống kê cao. Thể tích mẫu tiêm được cố định ở mức 5 µL cho mỗi lần chạy phân tích.

Mẫu dung dịch được chiếu xạ tại thiết bị Gamma Chamber 5000 có thể tích buồng chiếu 4 lít, hoạt độ phóng xạ 3000 Ci, suất liều hấp thu 3,6030 kGy/giờ ở nhiệt độ ổn định 30°C. Lý do lựa chọn hệ thống sắc ký lỏng ghép khối phổ Agilent 1200 kết hợp đầu dò Triple Quad 6430 là khả năng giám sát đa phản ứng MRM, loại bỏ hoàn toàn hiện tượng chồng chéo tín hiệu sắc ký thường gặp ở đầu dò UV truyền thống. Quá trình phân tách được tối ưu hóa trên cột pha đảo C18 với hệ pha động acetonitrile và nước axit hóa, tốc độ dòng vận hành từ 0,3 ml/phút đến 0,4 ml/phút, nhiệt độ buồng cột duy trì trong khoảng 30°C đến 40°C, giúp thu nhận tín hiệu mảnh ion ổn định với độ nhạy vượt trội.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát thực nghiệm đã chứng minh hiệu suất phân hủy 1-naphthol tỷ lệ thuận với liều hấp thu bức xạ và tỷ lệ nghịch với nồng độ ban đầu của chất tan. Ở nồng độ cao 30 ppm, liều chiếu xạ 2,0 kGy đã phân hủy hơn 95% lượng 1-naphthol ban đầu. Đối với các dung dịch có nồng độ thấp từ 100 ppb đến 1 ppm, hiệu suất xử lý đạt từ 98% đến 100% ngay tại mức liều hấp thu từ 0,5 kGy đến 1,0 kGy. Tốc độ phân hủy của hợp chất tuân theo quy luật động học phản ứng giả bậc nhất với hệ số tương quan tuyến tính R2 đạt trên 0,99.

Hệ thống phân tích LC/MS/MS sau khi tối ưu hóa chế độ ion hóa âm và dương đã phát hiện và định danh chính xác ba sản phẩm chuyển hóa chính trong dung dịch sau chiếu xạ, bao gồm: 1,2-naphthoquinone, 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone và 5-hydroxy-1,4-naphthoquinone. Dữ liệu phân mảnh ghi nhận tín hiệu ion mẹ của 1-naphthol tại tỷ số m/z 143,0, 1,2-naphthoquinone tại m/z 159,0 tạo mảnh con m/z 131,0, cùng cặp đồng phân vị trí 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone và 5-hydroxy-1,4-naphthoquinone tại m/z 173,0 phân mảnh thành các ion con m/z 145,0 và m/z 117,0. Đánh giá phương pháp xác nhận giới hạn phát hiện LOD đạt từ 0,1 ppb đến 8,0 ppb và giới hạn định lượng LOQ đạt từ 0,33 ppb đến 26,4 ppb trên toàn bộ các chất khảo sát.

Thảo luận kết quả

Cơ chế phân hủy 1-naphthol dưới tác động bức xạ gamma bắt đầu từ sự tấn công ái điện tử của gốc tự do hydroxyl vào các vị trí giàu mật độ điện tử trên nhân thơm, tạo thành các hợp chất trung gian dihydroxynaphthalene không bền. Các chất này nhanh chóng bị oxy hóa tiếp diễn để chuyển hóa thành các cấu trúc quinone mạch vòng bền vững hơn gồm 1,2-naphthoquinone, 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone và 5-hydroxy-1,4-naphthoquinone trước khi bị khoáng hóa sâu thành các axit hữu cơ mạch hở và khí cacbonic.

So sánh với các nghiên cứu quang hóa UV của Richard và cộng sự với hiệu suất lượng tử đạt 1,2 x 10^-2 hay các nghiên cứu động học của Ngô Mạnh Thắng và cộng sự ở liều chiếu 3,0 kGy, kết quả của luận văn đã tạo ra bước đột phá khi phân tách và định danh rạch ròi hai đồng phân có cùng khối lượng phân tử là 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone và 5-hydroxy-1,4-naphthoquinone. Về mặt trình bày dữ liệu khoa học, quy luật suy giảm nồng độ 1-naphthol có thể được minh họa trực quan thông qua đồ thị động học biểu diễn mối quan hệ logarit ln(C/C0) theo liều hấp thu bức xạ, kết hợp cùng biểu đồ cột xếp chồng thể hiện sự biến thiên hàm lượng tích lũy của ba sản phẩm quinone ở các dải liều từ 0,1 kGy đến 2,0 kGy nhằm làm rõ bức tranh chuyển hóa toàn diện của chất ô nhiễm.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm toàn diện, bốn giải pháp trọng tâm được đề xuất nhằm chuyển giao và ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn kiểm soát môi trường:

Thứ nhất, chuẩn hóa quy trình phân tích định lượng dư lượng thuốc bảo vệ thực vật và sản phẩm phân hủy trên thiết bị LC/MS/MS ba tứ cực. Đơn vị thực hiện là các trung tâm phân tích kiểm nghiệm môi trường và Chi cục Bảo vệ Môi trường, triển khai áp dụng quy trình chuẩn trong thời gian 6 đến 12 tháng tới nhằm hạ thấp giới hạn định lượng LOQ xuống dưới 1,0 ppb cho các nguồn nước cấp sinh hoạt.

Thứ hai, thiết kế và lắp đặt hệ thống chiếu xạ gamma thử nghiệm quy mô pilot tại các trạm xử lý nước thải công nghiệp dệt nhuộm và hóa chất. Doanh nghiệp sản xuất phối hợp với Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam triển khai thử nghiệm trong vòng 18 tháng, đặt mục tiêu loại bỏ trên 95% hợp chất thơm độc hại ở liều hấp thu tối ưu từ 1,5 kGy đến 2,0 kGy mà không cần bổ sung hóa chất keo tụ.

Thứ ba, xây dựng thư viện phổ khối lượng chuẩn cho các dẫn xuất hữu cơ trung gian phát sinh từ quá trình phân hủy thuốc trừ sâu. Đơn vị chủ trì là các viện nghiên cứu hóa học và trường đại học chuyên ngành, thực hiện tổng hợp dữ liệu phổ phân mảnh cho hơn 20 hợp chất nhóm carbamate và phenol trong thời hạn 24 tháng nhằm phục vụ công tác tầm soát ô nhiễm diện rộng.

Thứ tư, cập nhật và bổ sung danh mục các chất chuyển hóa nhóm naphthoquinone vào quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp. Cơ quan quản lý nhà nước thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường cần rà soát và ban hành quy chuẩn bổ sung trong vòng 12 tháng, bảo đảm kiểm soát toàn diện nguy cơ độc tính tích lũy sinh học từ các sản phẩm phụ của quá trình xử lý nước.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị học thuật và thực tiễn sâu sắc, phù hợp cho bốn nhóm đối tượng chuyên môn sau:

Kỹ sư và chuyên viên phân tích hóa học tại các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm môi trường. Nghiên cứu cung cấp tài liệu hướng dẫn chi tiết về cách thiết lập thông số nguồn ion hóa phun điện tử ESI, điện thế phân mảnh từ 40 V đến 160 V và năng lượng va chạm từ 5 eV đến 35 eV để phân tích các hợp chất vết ở cấp độ ppb.

Chuyên gia công nghệ môi trường và kỹ sư vận hành xử lý nước thải. Tài liệu là căn cứ kỹ thuật quan trọng để thiết kế các module xử lý nước thải khó phân hủy sinh học bằng bức xạ ion hóa, tối ưu hóa bài toán kinh tế kỹ thuật giữa liều chiếu xạ từ 0,1 kGy đến 2,0 kGy và hiệu suất làm sạch chất ô nhiễm.

Doanh nghiệp sản xuất hóa chất nông nghiệp, thuốc bảo vệ thực vật và vật liệu nhuộm. Luận văn hỗ trợ doanh nghiệp đánh giá vòng đời sản phẩm, kiểm soát đường đi của tiền chất 1-naphthol trong nước thải và chủ động xây dựng phương án giảm thiểu rủi ro môi trường theo tiêu chuẩn quốc tế.

Học viên cao học, nghiên cứu sinh và giảng viên ngành Kỹ thuật Hóa học, Hóa phân tích, Công nghệ Môi trường. Công trình là tài liệu tham khảo mẫu mực về phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, kết hợp chặt chẽ giữa kỹ thuật xạ phân tiên tiến và công nghệ khối phổ hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

Phương pháp LC/MS/MS mang lại ưu thế gì vượt trội so với sắc ký lỏng ghép đầu dò UV truyền thống khi phân tích sản phẩm phân hủy? Kỹ thuật LC/MS/MS ghi nhận đồng thời thời gian lưu và khối lượng chính xác của ion mẹ cùng các ion con phân mảnh đặc trưng. Khác với đầu dò quang phổ UV chỉ đo độ hấp thụ tại bước sóng 212 nm dễ bị nhiễu do các chất trùng thời gian lưu, chế độ giám sát đa phản ứng MRM trên thiết bị ba tứ cực cho phép nhận diện rạch ròi các đồng phân cùng khối lượng phân tử 174,15 g/mol với giới hạn phát hiện siêu vết ở mức 0,1 ppb.

Cơ chế phân hủy 1-naphthol bằng bức xạ gamma Co-60 diễn ra như thế nào trong môi trường nước? Khi nguồn Co-60 với hoạt độ 3000 Ci phát tia gamma vào buồng chứa mẫu, năng lượng bức xạ làm ion hóa và kích thích các phân tử nước, tạo ra mật độ lớn gốc tự do hydroxyl có hoạt tính oxy hóa mạnh. Các gốc tự do này tấn công bẻ gãy cấu trúc vòng thơm của phân tử 1-naphthol, chuyển hóa chất nền ban đầu thành các dẫn xuất quinone ít bền hơn và cuối cùng khoáng hóa hoàn toàn thành nước và cacbonic.

Các sản phẩm chuyển hóa chính thu được sau quá trình chiếu xạ gồm những chất nào và có độc tính ra sao? Ba sản phẩm chính được định danh bao gồm 1,2-naphthoquinone (khối lượng phân tử 158,15 g/mol), 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone và 5-hydroxy-1,4-naphthoquinone (khối lượng phân tử 174,15 g/mol). Các hợp chất quinone này là chất trung gian oxy hóa có độc tính tế bào nhất định, do đó việc tiếp tục duy trì liều chiếu xạ phù hợp là bắt buộc để phân hủy triệt để chúng trước khi xả thải ra nguồn tiếp nhận.

Liều hấp thu bức xạ bao nhiêu là tối ưu để xử lý triệt để 1-naphthol trong nước? Hiệu quả xử lý phụ thuộc trực tiếp vào nồng độ ban đầu của chất tan. Đối với dải nồng độ ô nhiễm môi trường thực tế từ 100 ppb đến 1 ppm, liều hấp thu từ 0,5 kGy đến 1,0 kGy là tối ưu để đạt hiệu suất phân hủy trên 98%. Đối với nồng độ công nghiệp đậm đặc 30 ppm, mức liều từ 1,5 kGy đến 2,0 kGy là cần thiết để phân hủy hơn 95% hợp chất.

Độ nhạy và độ tin cậy của quy trình phân tích xây dựng trong luận văn đạt mức nào? Quy trình phân tích đạt độ tuyến tính cao với hệ số tương quan R2 lớn hơn 0,99 trên dải nồng độ từ 1 ppb đến 5000 ppb. Giới hạn phát hiện LOD đối với các chất nằm trong khoảng từ 0,1 ppb đến 8,0 ppb, giới hạn định lượng LOQ đạt từ 0,33 ppb đến 26,4 ppb, sai số lặp lại tương đối RSD giữa ba lần đo độc lập luôn duy trì ở mức dưới 5%, đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn kiểm nghiệm quốc tế.

Kết luận

• Luận văn đã tối ưu hóa thành công các thông số vận hành trên hệ thống LC/MS/MS ba tứ cực, thiết lập các kênh chuyển tiếp ion đặc trưng để phân tích đồng thời 1-naphthol và ba dẫn xuất quinone với giới hạn phát hiện siêu vết từ 0,1 ppb đến 8,0 ppb.
• Nghiên cứu đã chứng minh công nghệ chiếu xạ gamma từ nguồn Cobalt-60 có khả năng phân hủy hơn 95% dư lượng 1-naphthol ở nồng độ 30 ppm khi áp dụng liều hấp thu 2,0 kGy, và đạt hiệu suất 98% đến 100% ở nồng độ dưới 1 ppm.
• Công trình đã định danh và định lượng chuẩn xác ba sản phẩm xạ phân trung gian gồm 1,2-naphthoquinone, 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone và 5-hydroxy-1,4-naphthoquinone, giải quyết triệt để khiếm khuyết của các phương pháp phân tích quang phổ trước đây.
• Lộ trình triển khai tiếp theo trong 12 đến 24 tháng tới tập trung vào việc thử nghiệm hệ thống chiếu xạ dòng liên tục trên nền nước thải thực tế và tích hợp quy trình giám sát khối phổ vào hệ thống quan trắc quốc gia.
• Các nhà quản lý môi trường, viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghiệp cần chủ động ứng dụng dữ liệu thực nghiệm từ luận văn để hoàn thiện công nghệ xử lý nước ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy, hướng đến phát triển bền vững và bảo vệ nguồn tài nguyên nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I.1 Tổng quan về 1-naphthol và các naphthoquinone I.1 Khái quát về 1-naphthol [10][11][12] 1-Naphthol còn có tên gọi khác là α-Naphthol, 1-Hydroxynaphthalene, 1- Naphthalenol, …1-Naphthol thuộc họ phenol. Phenol trước tiên là tên gọi của hợp chất C6H5OH, tuy nhiên sau đó được sử dụng để gọi chung họ các chất thơm có nhóm hydroxyl liên kết trực tiếp với nhân thơm, có hoặc không có mang nhóm thế. Tùy theo đặc điểm có thể có phenol chứa một nhân hoặc nhiều nhân thơm, trong trường hợp có nhiều nhân thơm ngưng tụ như naphthalen, phenol tương ứng gọi là naphthol. - Công thức phân tử là C10H8O - Công thức cấu tạo: Hình I-1: công thức cấu tạo 1-naphthol I.1 Các tính chất của 1-naphthol - Tính chất vật lý: tinh thể trắng, dưới tác dụng của ánh sáng chuyển sang màu hồng rồi sẫm lại, hơi có mùi phenol.

Tan ít trong nước, dễ tan trong rượu, ete, benzene, chloroform và dung dịch kiềm.  Khối lượng phân tử : 144,173 g/mol  Áp suất bay hơi 1,3 hPa (94 0C)  Nhiệt độ nóng chảy : 95-97 0C  Nhiệt độ bay hơi: 288 0C  Tỷ trọng: 1,10  pKa ở 25 0C: 9,34  Độ tan trong nước ở 20 0C: ~ 0,1 g/l 4 - Tính chất hóa học: do sự phân cực liên kết C-O và O-H trong phân tử 1-naphthol khác trong ancol. Trong đó sự phân cực liên kết O-H mạnh hơn trong ancol làm cho H dễ tách ra. 1-naphthol thể hiện tính axit mạnh hơn ancol.

Ngoài ra mật độ điện tử ở nhân benzen tăng lên, nhân benzen trở nên hoạt hóa để tham gia phản ứng thế ái điện tử. 1-Naphthol mang tính chất đặc trưng của phenol là tính axit yếu, có khả năng phản ứng được với cả NaOH. Bên cạnh đó phenol còn tham gia phản ứng ester hóa, phản ứng thế ái điện tử vào nhân thơm. 1-naphthol không bền trong nước tự nhiên, thời gian bán hủy chỉ vài ngày [5].

Trong môi trường nước biển thì thời gian bán hủy của 1-naphthol chỉ sau 2giờ. Cách tổng hợp thuốc trừ sâu carbaryl từ 1-naphthol [13] Carbaryl được biết đến đầu tiên vào năm 1956 và là thuốc trừ sâu carbamate đầu tiên được thương mại hóa thành công cho nông nghiệp và sử dụng trong gia đình. Carbaryl được tổng hợp trực tiếp từ 1-naphthol và methyl isocyanate hoặc bằng phản ứng với naphthyl chloroformate (được hình thành từ phản ứng của 1- naphthol và carbonylchloride) với methylamine như Hình I-2 Hình I-2 Phản ứng tổng hợp carbaryl từ 1-naphthol I. Độc tính của 1-naphthol - Hít phải: gây kích ứng đường hô hấp.

Các triệu chứng có thể gặp phải là ho, khó thở. Hít phải liều lớn có thể dẫn tới tử vong. 5 - Da: gây kích ứng, đỏ, rát và đau đớn. Có thể hấp thụ qua da song song với các triệu chứng tiêu hóa gây tổn thương thận.

Tại chỗ tiếp xúc có thể gây lột da. - Mắt : gây ra kích ứng, mẩn đỏ, đau, tổn thương giác mạc. - Độc hại với môi trường nước hơn cả carbaryl. 1-naphthol gây độc cho giun, tảo và các loài cá [5].

Tổng quan về 1,2-Naphthoquinone O O Hình I-3 Công thức cấu tạo 1,2-Naphthoquinone hay ortho naphthoquinone - Công thức phân tử C10H6O2 - Phân tử gam: 158,15g/mol - Tồn tại ở dạng tinh thể màu vàng nâu. Trong đó đôi xeton (quinine) là một chất chuyển hóa trong phản ứng của Naphthalen và được tìm thấy trong dầu diesel thải hạt. Sự tích tụ của chất chuyển hóa độc hại này ở chuột từ Naphthalen đã được cho thấy là gây ra thiệt hại mắt, bao gồm sự hình thành đục thủy tinh thể.2 Tổng quan về 1,4-Naphthoquinone Hình I-4 Công thức cấu tạo 1,4-naphthoquinone 6 1,4-Naphthoquinone hay para naphthoquinone, đồng phân với 1,2- naphthoquinone, tồn tại ở dạng tinh thể màu vàng và có mùi tương tự như benzoquinone. Chất này hòa tan trong nước lạnh được, tan rất ít trong ete dầu khí, và tự do hòa tan trong dung môi hữu cơ phân cực nhất.

Bởi vì sự ổn định của vòng thơm, dẫn xuất 1,4-naphthoquinone được biết là có tính chống vi khuẩn và chống khối u. Naphthoquinone có trong cấu trúc hóa học của các hợp chất tự nhieentrong cơ thể người. ví dụ là vitamin K. - Nhiệt độ nóng chảy : 1260C - Nhiệt độ sôi : 1000C - Độ tan trong nước : 0.

Tổng quan về 2-Hydroxy-1,4-Naphthoquinone Hình I-5 Công thức cấu tạo 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone - Công thức phân tử : C10H6O3 - Phân tử gam : 174,15g/mol - Nhiệt độ nóng chảy : 195-1960C - Dạng tồn tại là thể màu vàng nghệ - Độ tan : 2g/l 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone hay còn được gọi là Lawsone được tìm thấy trong cây lá móng, quả óc chó. Người ta đã sử dụng dịch chiết xuất từ lá móng có chứa lawsone như thuốc màu tóc và da. Tuy vậy chất này có thể gây ra các bệnh về gan, thận. Ngoài ta, 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone được cho là chất trung gian hữu ích trong việc sản xuất thuốc chống ung thư và thuốc nhuộm.

Tổng quan về 5-Hydroxy-1,4-Naphthoquinone Hình I-6 Công thức cấu tạo 5-hydroxy-1,4-naphthoquinone - Nhiệt độ nóng chảy : 162-1630C - Dạng tồn tại là tinh thể màu vàng cam. - Chất này được biết đến như là chất ức chế tăng trưởng, một chất ức chế hô hấp làm mất nhạy cảm của các nhà máy năng lượng cần thiết cho hoạt động trao đổi chất. - Đây là đồng phân của 2-hydroxy-1,4-Naphthoquinone, còn có tên gọi khác là juglone. Đôi khi nó được dùng làm thuốc diệt cỏ, làm chất nhuộm màu cho vải hay các loại mực.

Trong tự nhiên juglone được tìm thấy trong tất cả các phần của cây óc chó và nhiều nhất trong quả. Juglone cũng có thể thu được từ quá trình oxy hóa của 5,8-dihydroxy-1-tetralone với oxit bạc (Ag2O), mangan dioxit (MnO2), hoặc 2,3- dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquione (DDQ).2 Các phương pháp nghiên cứu định danh chất I. Phương pháp phổ hồng ngoại IR [14] Phổ hồng ngoại IR là một trong những kỹ thuật phổ biến sử dụng bởi các nhà hóa học hữu cơ và vô cơ. Các ứng dụng phổ biến của phổ hồng ngoại bao gồm: - Xác định các hợp chất dựa vào độ trùng lập phổ của chất khảo sát với phổ chuẩn.

- Xác định các nhóm chức trong hợp chất khảo sát. - Xác định các cấu tử phản ứng và nghiên cứu động học của phản ứng. - Xác định định hướng phân tử trong film polymer. 8 - Dò tìm các tạp chất hoặc chất bổ sung có mặt trong lượng khoảng 1% và trong vài trường hợp thấp tới 0.01% - Xác định các hợp chất polymer, nhựa và keo - Phân tích cấu trúc một số thuốc trừ sâu và copolymer.

Nguyên lý hoạt động: đo sự hấp thu của các tần số IR khác nhau bởi vị trí một mẫu trong đường đi của chùm IR. Các nhóm chức khác nhau sẽ hấp thụ các tần số đặc trưng của bức xạ IR.Từ vị trí của peak xuất hiện so sánh với chuẩn suy ra nhóm chức đặc trưng của chất chưa biết. Phương pháp quang phổ hấp thu UV-VIS [15] Bức xạ từ nguồn đi vào thiết bị tán sắc, lọc ra bức xạ đơn sắc và đi qua cuvet chứa mẫu. Sau khi bức xạ bị hấp thu một phần bởi dung dịch trong cuvet thì đi ra ngoài và tới đầu dò như Hình I-7.

Hình I-7 Sơ đồ hoạt động của máy quang phổ hấp thu Khi phân tử hấp thu bức xạ tử ngoại hoặc khả kiến thì những electron hóa trị của nó bị kích thích và chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích, phổ thu được gọi là phổ tử ngoại-khả kiến ( Ultraviolet and visible Spectra) hay còn được gọi là phổ electron. 9 Đây là phương pháp được ứng dụng sớm nhất và rộng rãi nhất trong nghiên cứu cấu trúc các hợp chất vô cơ, hữu cơ, phức chất và trong thực tế sản xuất. Các ứng dụng chính của quang phổ hấp thu UV-VIS như sau: - Kiểm tra độ tinh khiết: vết của tạp chất trong hợp chất hữu cơ tinh khiết được phát hiện dễ dàng khi nó có cường độ hấp thu đủ lớn. - Nhận biết chất và nghiên cứu cấu trúc: so sánh phổ hấp thu với phổ hấp thu của hợp chất thiên nhiên hoặc phổ của mẫu chuẩn có thể cho kết luận về một sản phẩm tổng hợp, dù là các hợp chất có màu như carotenoit, antocxianin, porphirin…hay không màu như các alkane, alkene, … - Nghiên cứu sự hỗ biến: nhiều hợp chất có thể tồn tại ở hai hay nhiều dạng khác nhau nằm trong một cân bằng động gọi là sự hỗ biến với mỗi dạng cấu tạo được gọi là một dạng hỗ biến.

Phổ UV-VIS cho phép phân biệt khá dễ dàng các dạng hỗ biến của chất. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR [15] Dựa vào sự khảo sát tương tác của nguyên tử hay phân tử vật chất với từ trường. Một hợp chất muốn cho tín hiệu cộng hưởng từ hạt nhân khi đặt trong từ trường thì hợp chất đó phải chứa các hạt nhân có từ tính. Phương pháp cộng hưởng từ sử dụng 13C được viết tắt là 13C NMR.

Phương pháp cộng hưởng từ sử dụng proton được viết tắt là PMN hay 1H NMR. Phổ NMR được ứng dụng trong các lĩnh vực: - Nghiên cứu các hợp chất hữu cơ: qui trình đồng nhất và xác định cấu trúc, phân tích định lượng, nghiên cứu động học,… - Nghiên cứu các hợp chất vô cơ: sử dụng phổ cộng hưởng từ của các hạt nhân khác như 19F, 31P, 11B, 17O, 15N, 59Co. - Nghiên cứu các phân tử sinh học: phổ 3D-NMR cho phép phân tích xác định cấu trúc phân tử sinh học thường có độ phức tạp rất cao. Phương pháp khối phổ [15] 10 Hình I-8 Sơ đồ hệ thống khối phổ I.

Tổng quan về phương pháp khối phổ Phương pháp khối phổ là phương pháp nghiên cứu các chất bằng cách đo chính xác khối lượng phân tử chất đó sau khi chuyển chất nghiên cứu thành trạng thái hơi rồi thành ion bằng phương pháp thích hợp. Phân tích bằng phương pháp khối phổ tiến hành qua các giai đoạn sau: - Nạp mẫu và làm bay hơi mẫu: mẫu được đốt nóng tới 2000C-300 0C ở áp suất thấp. - Ion hóa mẫu: sau khi hóa hơi, mẫu được phóng vào buồng ion hóa và được ion hóa bởi các tác nhân ion hóa khác nhau. Hai tác nhân ion hóa phổ biến nhất là ion hóa bằng va chạm điện tử hoặc ion hóa bằng trường điện.

 Ion hóa bằng trường điện: được thực hiện bằng cách sử dụng các bộ phát trường là các “ mũi nhọn” đặc biệt dưới dạng các dây dẫn rất mảnh ( 2.5µm ) hay các lưỡi nhọn tương tự lưỡi dao cạo. Khi áp đặt điện áp, các mũi nhọn sẽ cho trường điện có gradient 107-1010 V/cm. Dưới ảnh hưởng của trường điện mạnh này các điện tử sẽ bị bứt khỏi phân tử chất nghiên cứu do hiệu ứng đường hầm.