MỞ ĐẦU Ngày nay, nhờ áp dụng triệt Ďể khoa học kĩ thuật nhằm cải tạo thiên nhiên, tìm kiếm nguồn tài nguyên, con người ngày càng chế tạo Ďược nhiều sản phẩm phục vụ cho Ďời sống của mình. Tuy nhiên cùng với những thành tựu to lớn Ďạt Ďược trong sản xuất và Ďời sống Ďó cũng kéo theo những Ďe dọa nghiêm trọng tới Ďời sống con người. Vì vậy, việc Ďánh giá, tìm ra những biện pháp gìn giữ và bảo vệ môi trường sống ngày càng trở nên cấp bách Ďối với các quốc gia trên thế giới. Trong các ngành công nghiệp, Ďặc biệt là công nghiệp hóa học thì nước thải và khí thải của các nhà máy, xí nghiệp, các cơ sở sản xuất, dịch vụ có ảnh hưởng rõ rệt tới chất lượng nước ngầm, nước mặt và môi trường khí xung quanh chúng ta.
Các thành phần chủ yếu của nguồn thải Ďó là các hợp chất hữu cơ dễ bị phân hủy, các hợp chất hữu cơ bền vững, các chất rắn, kim loại nặng, các vi sinh vật gây hại… Thực trạng trình Ďộ xử lí môi trường của nước ta hiện nay còn rất nhiều vấn Ďề bất cập, Ďiển hình như các vụ gây ô nhiễm nghiêm trọng do các nhà máy lớn như Miwon, Vedan tạo ra trong nhiều năm nay nhưng bây giờ mới Ďược phát hiện. Điều này gây ảnh hưởng lớn Ďối với hệ sinh thái cũng như sức khỏe con người. Trong vài thập niên gần Ďây, các nhà khoa học Ďã có nhiều nghiên cứu Ďể xác Ďịnh thành phần Ďịnh tính và Ďịnh lượng các chất thải công nghiệp ra môi trường nước và không khí nhằm phục vụ cho công tác xử lí và bảo vệ môi trường. Một trong những nhóm hợp chất Ďược quan tâm nhiều Ďó là các hidrocacbon thơm BTEX.
Đây là những hợp chất Ďược sử dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp khác nhau như sản xuất sơn, giầy da, dệt vải, thuốc bảo vệ thực vật, công nghiệp hoá chất… Sự có mặt của nhóm chất này trong môi trường nước hay không khí cũng gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người, ảnh hưởng tới môi trường thủy sinh. Do Ďó, việc thiết lập một quy trình phân tích hàm lượng các hợp chất nhóm BTEX trong môi trường phù hợp với những Ďiều kiện phòng thí nghiệm hiện có, thỏa mãn Ďộ chính xác, nhanh và rẻ là hết sức cần thiết. Xuất phát từ những yêu cầu trong thực tế, chúng tôi Ďã tiến hành “Nghiên cứu xác Ďịnh các hidrocacbon thơm nhóm BTEX bằng phương pháp phân tích Ďộng lực học kết hợp với vi chiết pha rắn màng kim rỗng và sắc kí khí” với mục tiêu Ďặt ra như sau: 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang - Xây dựng Ďược phương pháp phân tích có Ďộ chính xác và tin cậy Ďể xác Ďịnh nhóm BTEX trong môi trường nước. - Phương pháp mới phải có tính khả thi, dễ áp dụng và có tính ưu việt hơn các phương pháp sử dụng trước Ďây.
- Áp dụng quy trình Ďã Ďược nghiên cứu trong việc Ďánh giá hàm lượng các hidrocacbon thơm nhóm BTEX trong nước thải tại một số Ďịa bàn trên thành phố Hà nội. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. GIỚI THIỆU NHÓM CHẤT HỮU CƠ BAY HƠI BTEX 1.1 Cấu tạo và tính chất của các hợp chất hiđrocacbon thơm BTEX Bảng 1.1: Công thức và một số tính chất của các chất nhóm BTEX [9, 16]. STT Đặc tính Benzen Toluen Etylbenzen m-Xilen Công thức 1 C6H6 C6H5CH3 C6H5C2H5 m-CH3C6H4CH3 phân tử Khối lượng 3 phân tử 87,12 92,15 106,17 106,17 (gam/mol) Điểm sôi (0C) 4 80,1 110,6 136,2 139,1 ở 760mmHg Điểm nóng 5 5,5 -95 -95 -47,9 chảy (0C) Tỷ trọng 6 0,876520/4 0,866920/4 0,867020/4 0,864220/4 (g/cm3) 7 Độ phân cực 3,0 2,3 - 2,4 Tính trộn lẫn 8 Không Không - Không với nước 9 Hệ số K’H 0,225 (250C) 0,224 (250C) - 0,232-0,248 (250C) Một số tính Là hợp chất không mầu, ở Ďiều kiện bình thường tồn tại dạng thể chất chung của lỏng, dễ cháy, có mùi Ďặc trưng của hiĎrocacbon thơm, tan trong 10 các chất nhóm ancol, clorofom, ete, cacbonĎisunfua, axeton.
BTEX Ghi chú: “-”: không có số liệu * Ứng dụng và nguồn phát thải các hợp chất hiđrocacbon thơm nhóm BTEX Dung môi hữu cơ nói chung và các hiĎrocacbon thơm nhóm BTEX nói riêng Ďược sử dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp khác nhau như sản xuất sơn, giầy da, dệt vải, thuốc bảo vệ thực vật, công nghiệp hoá chất… Chúng Ďược dùng như một loại dung môi pha chế thường xuyên nhằm phân tán hoàn toàn các hoá chất tác nhân chính và do Ďó chúng thường Ďược dùng với hàm lượng rất lớn. Trong quá trình sản xuất cũng như sử dụng các sản phẩm có sử dụng dung môi, sự phát tán vào môi trường sống như nước, không khí, Ďất là không thể tránh khỏi. Khi Ďó con người cũng như các loại Ďộng vật nói chung tiếp xúc và hấp thụ chúng vào cơ thể bằng nhiều con Ďường khác nhau như hô hấp, ăn uống, qua da trong thời gian liên tục hoặc cục bộ. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật, các Ďộng cơ Ďốt trong sử dụng nhiên liệu xăng dầu cũng là nguồn phát thải mạnh mẽ các hiĎrocacbon thơm nhóm 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang BTEX vào môi trường sống.
Do quá trình Ďốt cháy trong các Ďộng cơ là không hoàn toàn và bộ phận xử lí khí thải ra hoạt Ďộng không hiệu quả. Ngay trong thành phần của xăng, dầu cũng chứa một hàm lượng hiĎrocacbon thơm nhóm BTEX nhất Ďịnh. Trong quá trình khai thác, vận chuyển và sử dụng, một lượng không nhỏ xăng dầu phân tán dễ dàng vào môi trường do chúng là các hoá chất rất dễ bay hơi. * Một số tác hại của các hợp chất nhóm hiđrocacbon thơm BTEX đối với sức khoẻ con người Các chất nhóm BTEX Ďặc biệt là benzen, toluen, etylbenzen và xilen xâm nhập vào cơ thể con người chủ yếu thông qua con Ďường hô hấp.
Tác hại của các chất này là làm suy yếu hệ thần kinh trung ương, kích ứng da và các màng nhầy, làm hoại tuỷ xương mạnh và là chất gây ra bệnh bạch cầu. Giống như nhiều chất gây ung thư khác, không có mức tiếp xúc nào an toàn về mặt lí thuyết cho các chất nhóm BTEX, vì vậy sự tiếp xúc với chúng nên giữ ở mức thấp nhất.2 Giới hạn cho phép của các hợp chất hiđrocacbon thơm nhóm BTEX trong nƣớc Bảng 1.2: Quy chuẩn Việt Nam về chất lượng nước ăn uống với các chất nhóm BTEX (QCVN 01-2009/BYT) Chất Benzen Toluen Etylbenzen Xilen Nồng Ďộ tối Ďa cho phép (10- 10 700 300 500 6 g/lít) Mức Ďộ giám sát B C C C A- Xét nghiệm ít nhất 01 lần/01 tuần do cơ sở cấp nước thực hiện B- Xét nghiệm ít nhất 01 lần/06 tháng do cơ sở cấp nước thực hiện C- Xét nghiệm ít nhất 01 lần/02 năm do cơ sở cung cấp nước thực hiện Bảng 1.3: Quy chuẩn Việt Nam về phát thải của các chất nhóm BTEX (QCVN 07: 2009/BTNMT) Chất Benzen Toluen Etylbenzen Xilen Hàm lượng tuyệt Ďối cơ sở, H (ppm) 10 20.000 Nồng Ďộ ngâm chiết, Ctc (mg/l) 0,5 1.000 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang + Hàm lượng tuyệt Ďối là hàm lượng phần trăm (%) hoặc phần triệu (ppm), của một thành phần nguy hại trong chất thải. Ngưỡng hàm lượng tuyệt Ďối (Htc) là ngưỡng chất thải nguy hại tính theo hàm lượng tuyệt Ďối + Nồng Ďộ ngâm chiết là nồng Ďộ (mg/l) của một thành phần nguy hại trong dung dịch sau khi ngâm chiết, Ďược thôi ra từ chất thải khi tiến hành chuẩn bị mẫu bằng phương pháp ngâm chiết. Ngưỡng nồng Ďộ ngâm chiết (Ctc), là ngưỡng chất thải nguy hại tính theo hàm lượng ngâm chiết [7, 8].
Tóm lại, sự ô nhiễm của các dung môi nói chung và các hợp chất nhóm BTEX nói riêng là hình thức khó nhận thấy nhưng lại có ở nhiều nơi và gây những tác hại Ďáng kể Ďến môi trường sống của nhiều loài sinh vật cũng như con người. Vì vậy, cần có những biện pháp hữu hiệu Ďể hạn chế sự có mặt của chúng trong môi trường.2 ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP VI CHIẾT TRONG PHÂN TÍCH CÁC HỢP CHẤT NHÓM BTEX Việc xác Ďịnh các hợp chất hữu cơ nhóm BTEX trong môi trường và trong các mẫu sinh học là một thách thức lớn Ďối với các nhà phân tích do: - Các hợp chất nhóm BTEX có khả năng bay hơi cao - Nồng Ďộ các hợp chất BTEX trong môi trường thường nhỏ, khó phát hiện - Thành phần mẫu thường phức tạp Hiện nay, chỉ có phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại ( UV- DOAS) Ďược sử dụng phân tích các hợp chất VOC mà không cần giai Ďoạn chuẩn bị mẫu, tuy nhiên nó chỉ có thể phù hợp với một số hợp chất nhất Ďịnh, khả năng áp dụng với nhiều Ďối tượng còn hạn chế. Việc cô Ďặc, tập trung mẫu có thể tiến hành ngay khi lấy mẫu thực tế hoặc tại phòng thí nghiệm tùy theo từng phương pháp. Trong các phương pháp phân tích nói chung và phân tích sắc kí nói riêng, việc lựa chọn, sử dụng kĩ thuật chuẩn bị mẫu phù hợp là một trong những bước tiến hành quan trọng có ảnh hưởng trực tiếp Ďến kết quả phân tích.
Các kĩ thuật chuẩn bị mẫu ngày nay càng quan tâm Ďến các yếu tố như thao tác Ďơn giản, giảm thời gian chuẩn bị mẫu, hạn chế sử dụng lượng lớn dung môi Ďộc hại, tiết kiệm Ďược vật tư, giảm lượng mẫu cần dùng và giảm chi phí… Tuy nhiên, các kĩ thuật này vẫn phải Ďáp ứng Ďược các yêu cầu chung là có Ďộ chính xác cao, Ďộ lặp lại tốt, khả năng chọn lọc cao và kết hợp 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn tốt nghiệp 2011 Đào Thu Giang với các công cụ phân tích như sắc kí khí Ďể có Ďược giới hạn phát hiện phù hợp theo các tiêu chuẩn, chỉ tiêu cho phép trong từng trường hợp cụ thể. Việc chuẩn bị mẫu càng có ý nghĩa quan trọng nghiêm ngặt hơn cho các thiết bị phân tích có Ďộ chính xác cao và giới hạn phát hiện thấp như phương pháp phân tích sắc kí [17, 25, 35, 46, 52, 53]. Ngay từ khi phương pháp phân tích sắc kí ra Ďời Ďã có nhiều kĩ thuật chuẩn bị mẫu không ngừng Ďược nghiên cứu, phát triển và ứng dụng như kĩ thuật lấy mẫu trực tiếp, không gian hơi, chiết pha lỏng, chiết pha rắn… Từ Ďầu thập kỉ chín mươi của thế kỉ trước, kĩ thuật vi chiết Ďã bắt Ďầu Ďược quan tâm, nghiên cứu, áp dụng cho phân tích sắc kí tại nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới [4, 18, 37, 43].