Phương pháp điện di mao quản kết hợp vật liệu nhôm oxit xác định chất hoạt động bề mặt âm trong nước

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Giới thiệu chung về chất hoạt động bề mặt

1.2. Phân loại và Ứng dụng

1.3. Ảnh hưởng của chất HĐBM đến môi trường và con người

1.4. Giới thiệu về chất HĐBM ankyl sunfat

1.5. Quy định nồng độ chất HĐBM tối đa trong môi trường nước

1.6. Các phương pháp phân tích chất HĐBM

1.6.1. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis)

1.6.2. Phương pháp đo điện thế

1.6.3. Các phương pháp sắc ký

1.6.4. Phương pháp điện di mao quản (CE)

1.6.4.1. Nguyên lý và cấu tạo

1.6.4.2. Các thông số ảnh hưởng đến hiệu quả tách trong điện di mao quản

1.6.4.3. Ứng dụng phương pháp CE trong phân tích

1.6.5. Các kỹ thuật làm giàu chất HĐBM

1.6.5.1. Chiết pha rắn

1.6.5.2. Chiết pha rắn phân tán

1.6.5.3. Phương pháp hấp phụ

1.6.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ

1.6.7. Một số loại vật liệu hấp phụ

1.6.7.1. Tổng quan về nhôm oxit - Al2O3

1.6.7.2. Đặc điểm bề mặt và cấu trúc của γ-Al2O3

1.6.7.3. Ứng dụng Al2O3 làm vật liệu hấp phụ, làm giàu chất HĐBM

1.6.8. Kết luận chung phần tổng quan

2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Vật liệu, hóa chất, dụng cụ và thiết bị

2.2. Nghiên cứu tối ưu điều kiện tách và phân tích 4 chất HĐBM ankyl sunfat bằng CE-C*D

2.2.1. Xây dựng đường chuẩn, xác định giá trị sử dụng của phương pháp

2.3. Nghiên cứu làm giàu các chất HĐBM bằng γ-Al2O3 sử dụng kỹ thuật chiết pha rắn phân tán DSPE

2.4. Nghiên cứu làm giàu các chất HĐBM bằng γ-Al2O3 sử dụng kỹ thuật chiết pha rắn SPE

2.4.1. Phân tích mẫu thực và đối chứng

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả khảo sát các điều kiện tối ưu tách 4 chất HĐBM ankyl sunfat trên CE-C*D

3.1.1. Lựa chọn kỹ thuật phân cực điện di. Ảnh hưởng của pH và thành phần đệm

3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian bơm mẫu

3.1.3. Ảnh hưởng của chiều cao bơm mẫu

3.1.4. Xây dựng đường chuẩn và đánh giá phương pháp

3.1.4.1. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp

3.1.4.2. Đánh giá độ thu hồi của phương pháp

3.2. Kết quả khảo sát điều kiện hấp phụ và giải hấp đồng thời 4 chất HĐBM ankyl sunfat lên vật liệu nhôm oxit γ-Al2O3 làm giàu bằng kỹ thuật chiết pha rắn phân tán DSPE

3.2.1. Nghiên cứu tối ưu điều kiện hấp phụ đồng thời

3.2.2. Nghiên cứu tối ưu điều kiện giải hấp

3.2.3. Hiệu suất thu hồi ở các hệ số làm giàu khác nhau

3.3. Kết quả khảo sát điều kiện làm giàu các chất HĐBM ankyl sunfat bằng γ-Al2O3 sử dụng kỹ thuật chiết pha rắn SPE

3.3.1. Ảnh hưởng của pH

3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ muối

3.3.3. Ảnh hưởng của tốc độ nạp mẫu

3.3.4. Ảnh hưởng của tốc độ rửa giải

3.3.5. Ảnh hưởng của dung môi rửa giải

3.3.6. Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi rửa giải

3.3.7. Điều kiện tối ưu quá trình làm giàu các chất HĐBM ankyl sunfat bằng γ-Al2O3 sử dụng kỹ thuật SPE

3.3.8. Độ thu hồi các chất HĐBM sau quá trình làm giàu bằng γ-Al2O3 sử dụng kỹ thuật SPE ở điều kiện tối ưu

3.4. Kết quả phân tích chất HĐBM ankyl sunfat trong một số mẫu nước thải sau khi đã làm giàu bằng phương pháp CE-C*D, đối chứng kết quả với phương pháp LC-MS/MS

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

I. Phương pháp điện di mao quản và ứng dụng trong phân tích chất hoạt động bề mặt

Phương pháp điện di mao quản (CE) là một kỹ thuật phân tích hiện đại, được sử dụng rộng rãi trong việc xác định các chất hóa học, đặc biệt là chất hoạt động bề mặt (HĐBM). Phương pháp này dựa trên nguyên lý tách các ion dựa trên sự khác biệt về điện tích và kích thước của chúng trong một mao quản chứa đệm điện ly. CE có ưu điểm là thiết bị đơn giản, chi phí thấp và tiêu thụ ít hóa chất, phù hợp với các nghiên cứu về môi trường. Trong nghiên cứu này, CE được kết hợp với detector độ dẫn không tiếp xúc (C*D) để tăng độ nhạy và độ chính xác khi phân tích các chất hoạt động bề mặt âm trong nước.

1.1. Nguyên lý và cấu tạo của phương pháp điện di mao quản

Phương pháp điện di mao quản hoạt động dựa trên sự di chuyển của các ion trong một mao quản dưới tác dụng của điện trường. Các ion mang điện tích âm sẽ di chuyển về phía cực dương, trong khi các ion mang điện tích dương di chuyển về phía cực âm. Sự khác biệt về tốc độ di chuyển của các ion phụ thuộc vào điện tích và kích thước của chúng, giúp tách các chất một cách hiệu quả. CE thường sử dụng các hệ đệm như Tris/Ace hoặc Arg/Ace để tối ưu hóa quá trình tách.

1.2. Ứng dụng của CE trong phân tích chất hoạt động bề mặt

Phương pháp điện di mao quản đã được ứng dụng rộng rãi trong việc phân tích các chất hoạt động bề mặt, đặc biệt là các chất mang điện tích âm như ankyl sunfat. Phương pháp này cho phép xác định đồng thời nhiều chất trong cùng một mẫu, với độ nhạy và độ chính xác cao. CE cũng được kết hợp với các kỹ thuật làm giàu mẫu như chiết pha rắn (SPE) để tăng khả năng phát hiện các chất ở nồng độ thấp trong môi trường nước.

II. Vật liệu nhôm oxit và vai trò trong làm giàu chất hoạt động bề mặt

Vật liệu nhôm oxit (Al2O3) là một trong những vật liệu hấp phụ hiệu quả, được sử dụng rộng rãi trong các quy trình làm giàu mẫu phân tích. Với cấu trúc bề mặt đặc biệt và khả năng hấp phụ cao, nhôm oxit được ứng dụng để làm giàu các chất hoạt động bề mặt trong môi trường nước. Trong nghiên cứu này, nhôm oxit được sử dụng kết hợp với kỹ thuật chiết pha rắn phân tán (DSPE) để tăng hiệu suất thu hồi các chất HĐBM.

2.1. Đặc điểm và cấu trúc của nhôm oxit

Nhôm oxit có cấu trúc spinel với diện tích bề mặt lớn, giúp tăng khả năng hấp phụ các chất hóa học. Vật liệu này có thể tồn tại ở nhiều dạng tinh thể khác nhau, trong đó γ-Al2O3 là dạng phổ biến nhất được sử dụng trong các nghiên cứu hấp phụ. Nhôm oxit có khả năng hấp phụ mạnh các chất hoạt động bề mặt nhờ sự tương tác giữa các nhóm chức trên bề mặt vật liệu và các phân tử HĐBM.

2.2. Ứng dụng của nhôm oxit trong làm giàu chất hoạt động bề mặt

Nhôm oxit được sử dụng trong các kỹ thuật làm giàu mẫu như chiết pha rắn (SPE) và chiết pha rắn phân tán (DSPE). Trong nghiên cứu này, γ-Al2O3 được tối ưu hóa để hấp phụ đồng thời 4 chất ankyl sunfat (C8, C10, C12, C14) trong mẫu nước. Kết quả cho thấy, nhôm oxit có hiệu suất thu hồi cao, đặc biệt khi sử dụng kỹ thuật DSPE với các điều kiện tối ưu về pH và nồng độ muối.

III. Xác định chất hoạt động bề mặt âm trong nước bằng phương pháp CE kết hợp nhôm oxit

Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định đồng thời các chất hoạt động bề mặt âm trong mẫu nước bằng phương pháp điện di mao quản kết hợp với vật liệu nhôm oxit. Quy trình bao gồm các bước làm giàu mẫu bằng DSPE hoặc SPE, sau đó phân tích bằng CE-C*D. Kết quả cho thấy, phương pháp này có độ nhạy cao, giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) đạt được ở mức thấp, phù hợp với các quy chuẩn về chất lượng nước.

3.1. Tối ưu hóa điều kiện phân tích bằng CE C D

Các điều kiện phân tích bằng CE-C*D được tối ưu hóa, bao gồm pH của hệ đệm, thế tách, thời gian bơm mẫu và chiều cao bơm mẫu. Kết quả cho thấy, hệ đệm Tris/Ace ở pH 8.0 và thế tách 20 kV là điều kiện tối ưu để tách đồng thời 4 chất ankyl sunfat. Phương pháp này có độ lặp lại tốt và độ thu hồi cao, đạt trên 90%.

3.2. Phân tích mẫu thực và đối chứng

Các mẫu nước thải thực tế được phân tích bằng CE-C*D sau khi làm giàu bằng nhôm oxit. Kết quả được đối chứng với phương pháp LC-MS/MS cho thấy sự tương đồng cao về nồng độ các chất HĐBM. Phương pháp CE-C*D kết hợp nhôm oxit được đánh giá là hiệu quả và có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong kiểm soát ô nhiễm môi trường.

Luận án tiến sĩ hóa học: Xác định đồng thời các chất hoạt động bề mặt mang điện tích âm trong nước bằng phương pháp điện di mao quản và làm giàu trên nhôm oxit