ĐẠi học quốc gia hà NỘi trưỜng đẠi học khoa học tự nhiêN

Trong khi mẫu nhựa chứa hàm lượng PBDEs khá cao (đến hàng chục, thậm chí hàng trăm nghìn ppm) và thành phần nền mẫu tương đối đơn giản (bao gồm nền polyme, chất màu, chất dẻo hóa,…) thì mẫu bụi lại chứa PBDEs với mức hàm lượng thấp hơn nhiều và nền mẫu cũng phức tạp hơn do bụi có khả năng hấp phụ nhiều chất khác trong môi trường. Chính vì vậy mà yêu cầu đối với xử lí mẫu bụi cho phân tích PBDEs phức tạp hơn nhiều so với xử lí mẫu nhựa.

Thứ nhất là kích thước hạt của bụi, đây là yếu tố quan trọng quyết định đến khả năng hấp phụ cũng như mức độ xâm nhập của bụi vào cơ thể người. Mẫu bụi thường được lấy bằng hai cách, một là quét thủ công bằng chổi nhỏ và hai là dùng máy hút bụi, mẫu bụi sau khi thu thập cần được sơ bộ loại bỏ các mảnh vật liệu có kích thước lớn như tóc, da, móng tay, giấy, nhựa, mảnh sơn bằng nhíp. Trước khi phân tích mẫu bụi thường được đồng nhất và rây qua sàng có kích thước xác định, theo tác giả Yu và cs. (2012) thì bụi có kích thước nhỏ hơn 250 μm sẽ dễ dàng xâm nhập vào cơ thể người hơn [39]; tác giả Cunha và cs. (2010) đã tiến hành phân tích song song mẫu bụi không qua rây và mẫu bụi qua rây 150 mesh (tương đương 106 μm) cho thấy hàm lượng PBDEs trong mẫu qua rây có giá trị cao hơn từ 1,2 đến 7,9 lần so với mẫu bụi không qua rây [7].

Thứ hai, các dung môi thường được dùng để chiết PBDEs trong bụi là n-hexan và các hỗn hợp diclometan : n-hexan và axeton : n-hexan hay axeton : n-heptan, đều có tỉ lệ 1:1 về thể tích. Phương pháp chiết có thể là chiết soxhlet với thời gian dài (8 giờ, 20 giờ, thậm chí đến 72 giờ), hoặc chiết PSE và chiết vi sóng với thời gian ngắn hơn. Phương pháp chiết PSE được sử dụng trong nhiều nghiên cứu vì những ưu điểm nổi bật của nó như thời gian chiết nhanh, hiệu lực chiết cao và khả năng làm sạch mẫu ngay trong quá trình chiết (bằng cách chiết mẫu cùng với các loại chất hấp phụ) [10,15].

Thứ ba là các điều kiện làm sạch dung dịch mẫu, từ xử lí với axit sunfuric đặc, đến các loại cột chứa chất hấp phụ như silicagel, silicagel biến tính, florisil, alumina, và cuối cùng là cột sắc kí gel (GPC); dung môi rửa giải nhìn chung có độ phân cực thấp (như n-hexan, n-heptan hoặc hỗn hợp n-hexan với một lượng nhỏ diclometan).

Thứ tư là thể tích và loại dung môi của dung dịch mẫu trước phân tích trên hệ thống sắc kí, để tăng độ nhạy của phương pháp thể tích dung dịch mẫu được cô về rất nhỏ (nhỏ hơn hoặc bằng 100 μl) nên dung môi thường được sử dụng là isooctan, nonan hoặc dodecan để hạn chế sự bay hơi.

Điều kiện xử lí mẫu bụi cho phân tích PBDEs trong một số tài liệu được đưa ra trong Bảng 1.11 [10,15,21,23,29,31,39].

Bảng 1.11. Điều kiện xử lí mẫu bụi cho phân tích PBDEs

Các yếu tố cơ bản quyết định phép tách sắc kí các PBDEs bao gồm: khí mang (loại khí mang, tốc độ khí mang), cột tách (thành phần pha tĩnh, độ phân cực pha tĩnh, bề dày lớp phim pha tĩnh, chiều dài cột tách) và chương trình nhiệt độ cho lò cột.

Loại khí mang được sử dụng phổ biến nhất để tách các PBDEs là khí hiếm heli, độ tinh khiết trên 99,99%; thường được duy trì ở chế độ đẳng dòng với tốc độ dòng qua cột từ 1,0 đến 1,5 ml/phút.

Các PBDEs được tách trên các loại cột mao quản hở có thành trong phủ pha tĩnh silica biến tính (FS-WCOT); pha tĩnh nhìn chung đều có độ phân cực rất thấp, chủ yếu là loại pha tĩnh có thành phần Poly(5% diphenyl, 95% dimetylsiloxan) (tương ứng với các cột DB-5, DB-5ms, HP-5MS, Rtx-1614) và loại pha tĩnh có thành phần Poly(14% diphenyl, 86% dimetylsiloxan) (tương ứng với cột DB-XLB, Rxi-XLB). Cột DB-5HT với thành phần pha tĩnh Poly(4% diphenyl, 1% divinyl, 95% dimetylsiloxan) hay cột HT-5 có thành phần pha tĩnh 5% phenyl polycacboran-siloxan cũng được khuyến cáo sử dụng ở nhiệt độ cao. So với các nhóm chất POPs khác, ví dụ như tách các PCBs và thuốc trừ sâu clo hữu cơ thường dùng cột 30 m với lớp phim 0,25 μm hoặc tách các dioxin và furan cần dùng cột 60 m với lớp phim 0,25 μm; thì chiều dài cột và bề dày lớp phim pha tĩnh trong phép tách các PBDEs đều hạn chế hơn. Để phân tích được các OctaPBDEs, NonaPBDEs và đặc biệt là BDE 209 cần dùng cột có chiều dài 15 m hoặc ngắn hơn (12 m hoặc 10 m), lớp phim pha tĩnh thường dày 0,1 μm (có khi đến 0,07 μm).

Nhiệt độ cổng bơm mẫu phải đủ cao để đảm bảo hóa hơi được toàn bộ mẫu, thông thường nhiệt độ này khoảng 280⁰C, có thể đến 300⁰C hoặc thậm chí là 340⁰C. Đối với các hỗn hợp PBDEs gồm càng nhiều đồng loại thì chương trình nhiệt độ cho lò cột được chia thành nhiều giai đoạn phức tạp hơn, tốc độ tăng nhiệt độ của từng giai đoạn phụ thuộc vào thành phần đồng loại của hỗn hợp PBDEs cần tách. Để phân tích BDE 209 thì nhiệt độ đầu thường được đặt dưới 100⁰C và nhiệt độ cuối không vượt quá 320⁰C nhằm hạn chế sự phân hủy của đồng loại này trong quá trình di chuyển trong cột tách.

Hình 3 thể hiện sắc đồ tách 40 đồng loại PBDEs bằng cột Rtx-1614, nồng độ các cấu tử 100 đến 300 ppb, riêng BDE 209 là 500 ppb. Các điều kiện phân tích bao gồm: nhiệt độ cổng bơm mẫu 300⁰C; khí mang He, đẳng dòng, tốc độ tuyến tính 20 cm/s ở 100⁰C; chương trình nhiệt độ 100⁰C (giữ 3 phút), tăng đến 320⁰C (tốc độ 5⁰C/phút, giữ 15 phút); detector ECD, nhiệt độ 340⁰C.

Điều kiện tách các PBDEs trong một số tài liệu được đưa ra trong Bảng 1.12 [4,7,15,23,27,29,39].

Sau khi được tách bằng sắc kí khí, PBDEs có thể được xác định bằng các detector như detector bắt giữ điện tử (ECD) hay detector khối phổ (MSD). Detector ECD nhìn chung có độ nhạy cao đối với các hợp chất halogen hữu cơ, tuy nhiên đây cũng là hạn chế khi sử dụng detector này để xác định PBDEs vì ảnh hưởng rõ rệt của các nhóm halogen hữu cơ khác, như PCBs. Các phương pháp tiêu chuẩn của US EPA [35] hay Ủy ban kĩ thuật điện quốc tế (IEC) [13] cũng như các nghiên cứu về PBDEs đã công bố hầu hết đều sử dụng detector MSD để định tính và định lượng PBDEs bằng phương pháp pha loãng đồng vị và phương pháp nội chuẩn. Các ưu điểm của detector MSD và phương pháp pha loãng đồng vị và nội chuẩn là: độ nhạy cao, độ chọn lọc cao (chế độ quan sát chọn lọc ion – SIM), độ chính xác cao (do sử dụng chất đồng hành là hợp chất đánh dấu đồng vị ¹³C₁₂ của các chất phân tích, các hợp chất này không có trong mẫu phân tích và có tính chất hoàn toàn tương tự với các chất phân tích nên có tương tác giống với chất phân tích trong toàn bộ quá trình phân tích), hơn nữa vẫn có thể định tính và định lượng PBDEs một cách chính xác ngay cả khi quá trình sắc kí không tách được các chất ra khỏi nhau hoàn toàn.

Mỗi đồng loại PBDEs sẽ được định tính và định lượng bằng cách quan sát chọn lọc một số mảnh m/z đặc trưng và tính toán nồng độ dựa trên tỉ lệ diện tích pic của chất phân tích so với hợp chất đánh dấu đồng vị tương ứng. Thông thường, một mảnh m/z sẽ được lựa chọn để làm mảnh định lượng, một hoặc hai mảnh m/z khác được dùng làm mảnh đối chứng. Mảnh m/z nào được lựa chọn để quan sát phụ thuộc vào chế độ ion hóa của khối phổ. Hai chế độ ion hóa được ứng dụng trong phân tích PBDEs là ion hóa va đập điện tử (EI) và ion hóa hóa học âm (NCI).

Đối với chế độ ion hóa EI, chất phân tích sau cột sắc kí sẽ được chuyển vào một chùm electron có năng lượng động học khoảng 70 eV hoặc thấp hơn. Đối với các hợp chất có ái lực cao với electron như PBDEs, các phân tử chất này sẽ bắt giữ một electron để hình thành ion âm, dòng ion này sau đó sẽ được dẫn qua bộ lọc khối (phổ biến nhất là tứ cực) để đi đến detector và cho tín hiệu phân tích. Năng lượng của dòng electron thường không quá cao để hạn chế sự phân mảnh và ion quan sát được là ion phân tử. Đối với các PBDEs có số brom thấp, mảnh phổ quan sát thường là ion phân tử [M]^– còn đối với các PBDEs có số brom cao, mảnh phổ này là [M-2Br]^–.

Chế độ ion hóa CI vẫn dùng chùm electron nhưng để ion hóa khí tác nhân trước, ion được hình thành từ khí tác nhân mới tiếp tục ion hóa chất phân tích. Khí tác nhân phổ biến nhất trong CI là khí metan. Đối với chế độ này, mảnh phổ quan sát thường là [C₆Br₅O]^– và [Br]^– .

Một số điều kiện phân tích PBDEs bằng detector MSD được đưa ra trong Bảng 1.13 [7,13,18,19,23].

• 
  Hệ thống sắc kí khí – khối phổ của hãng Agilent Technologies, USA.
  
  • 
    Phần sắc kí khí: GC System 7890A.
    
  • 
    Bộ phận bơm mẫu tự động: Autosampler 7693.
    
  • 
    Phần khối phổ: Inert XL EI/CI MSD with Triple-Axis Detector.
    
• 
  Cột tách: Rtx^® – 1614, Restek, USA với các thông số:
  

• 
  Thành phần pha tĩnh: Poly(5% diphenyl, 95% dimetylsiloxan).
  
• 
  Kích thước: chiều dài cột 15 m; đường kính trong 0,25 mm; chiều dày lớp phim pha tĩnh 0,1 μm.
  
• 
  Khoảng nhiệt độ làm việc: – 60⁰C đến 330⁰C, nhiệt độ giới hạn 360⁰C.
  
• 
  Đặc điểm: Rtx^® – 1614 là loại cột tách chuyên dụng để phân tích PBDEs, cột tách này có tính trơ đặc biệt với BDE 209, làm giảm sự phân hủy của đồng loại này trong quá trình tách.
  

• 
  Máy lắc: Orbital shaker Stuart^® SSL1, Bibby Scientific, UK, tốc độ lắc 1 – 300 vòng/phút, thời gian cài đặt 1 – 90 phút.
  
• 
  Máy rung: Vortex mixer VX – 200, Labnet International, USA, tốc độ rung tối đa 3400 vòng/phút.
  
• 
  Bộ cất quay chân không: Eyela N-1200A, Tokyo Rikakikai Co., LTD, Nhật Bản.
  
• 
  Bộ bay hơi: Mini-Vap 6 Port, Supelco, USA.
  
• 
  Bộ chiết soxhlet: cột chiết 250 ml, bình cầu 500 ml, Isolab, Đức; bếp điện; cốc xenlulo đựng mẫu.
  
• 
  Bể rung siêu âm: Elmasonic S100, GmbH&Co.KG, Đức.
  
• 
  Máy cất nước: Automatic Waterstill Aquatron A4000D, Bibby Scientific, UK.
  
• 
  Lò nung: Nabertherm B180, Đức, nhiệt độ 30-3000⁰C.
  
• 
  Cân kỹ thuật: Pioneer^®, Ohaus, USA, độ đọc 0,01g.