Tài liệu Nghiên cứu xác định hàm lượng phenol trong cá biển

.. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC PHẠM THỊ BÍCH NGỌC NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG PHENOL TRONG CÁ BIỂN LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÁI NGUYÊN - 2016 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC PHẠM THỊ BÍCH NGỌC NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG PHENOL TRONG CÁ BIỂN Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Vũ Đức Lợi THÁI NGUYÊN - 2016 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành đến với PGS.TS. Vũ Đức Lợi. Thầy đã giao đề tài, nhiệt tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện tốt nhất giúp tôi thực hiện và hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Hóa phân tích nói riêng và trong khoa Hóa học nói chung đã dạy dỗ, chỉ bảo và động viên tôi trong thời gian tôi học tập tại trường Đại học Khoa Học - Đại Học Thái Nguyên. Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ phòng Hóa phân tích của Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong thời gian làm thực nghiệm. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, các bạn học viên Cao học của Bộ môn Hóa phân tích đã luôn động viên, tận tình giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và thực hiện luận văn này. Quảng Ninh, ngày 15/11/2016 Tác giả luận văn Phạm Thị Bích Ngọc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN a http://www.lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ........................................................................................... a MỤC LỤC ................................................................................................. b DANH MỤC VIẾT TẮT .......................................................................... d DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................ e DANH MỤC CÁC HÌNH .......................................................................... f MỞ ĐẦU .................................................................................................. 1 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................... 3 1.1. Giới thiệu về Phenol ........................................................................... 3 1.1.1. Cấu tạo và tính chất của phenol .................................................. 3 1.1.2. Một số ứng dụng của Phenol ....................................................... 5 1.1.3. Nguồn gốc và độc tính của Phenol .............................................. 5 1.1.4. Sự tồn tại và chuyển hóa của phenol trong môi trường ............... 8 1.2. Các phương pháp để xác định phenol .............................................. 12 1.2.1. Các phương pháp sắc ký ............................................................ 12 1.2.2. Phương pháp trắc quang ............................................................ 16 1.2.3. Phương pháp phát quang hóa học .............................................. 17 1.2.4. Phương pháp huỳnh quang ........................................................ 18 1.3. Phương pháp phân tích xác định Phenol trong luận văn ................. 19 1.3.1. Hệ thống máy sắc ký khí (GC) .................................................. 19 1.3.2. Đầu dò khối phổ (MS) ............................................................... 20 1.3.3. Các kỹ thuật xử lý mẫu trước khi phân tích ............................... 24 Chương 2. THỰC NGHIỆM ................................................................ 29 2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu..................................................... 29 2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................. 29 2.1.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................. 29 2.2. Phương pháp nghiên cứu .................................................................. 29 2.2.1. Phương pháp tổng hợp tài liệu ................................................... 29 2.2.2. Phương pháp thực nghiệm ......................................................... 29 2.2.3. Phương pháp xử lý số liệu ......................................................... 30 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN b http://www.lrc.tnu.edu.vn 2.3. Các thông số đánh giá độ tin cậy của phương pháp phân tích ......... 31 2.3.1. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) ........ 31 2.3.2. Độ chụm (độ lặp lại) của phương pháp ..................................... 32 2.3.3. Độ đúng (độ thu hồi) của thiết bị, của phương pháp ................. 32 2.4. Thực nghiệm .................................................................................... 33 2.4.1. Lấy mẫu...................................................................................... 33 2.4.2. Xử lý mẫu ................................................................................... 34 2.4.3. Xây dựng đường chuẩn của phenol ........................................... 35 2.4.4. Trang thiết bị và hóa chất phục vụ nghiên cứu .......................... 36 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................... 38 3.1. Điều kiện phân tích xác định phenol trên thiết bị GC/MS............... 38 3.2. Giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phương pháp GC/MS 38 3.3. Đường ngoại chuẩn định lượng phenol trên GC/MS ....................... 40 3.4. Kết quả xác định điều kiện chiết tách, làm sạch và và tạo dẫn xuất chất phân tích .......................................................................................... 41 3.4.1. Kết quả lựa chọn dung môi tách chiết ....................................... 41 3.4.2. Kết quả khảo sát thể tích dung môi chiết ................................... 42 3.4.3. Kết quả khảo sát điều kiện tạo dẫn xuất .................................... 43 3.4.4. Độ lặp lại và độ thu hồi của phương pháp chuẩn bị mẫu .......... 45 3.5. Kết quả xác định phenol trong các mẫu cá biển .............................. 47 KẾT LUẬN ............................................................................................ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................... 51 PHỤ LỤC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN c http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC VIẾT TẮT ATSDR : Agency for Toxic Substances and Disease Registry CI : Chemical Ionization EI : Electron Inpact/Ionization EPA : Environmental Protection Agency ESI : Electron Spray Ionization GC/MS : Gas Chromatography Mass Spectometry HPLC : High Performance Liquid Chromatography IT : Ion Trap PAP : p-aminophenol p-CBDA : p-chlorobenzen đizonium fluoroborat Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN d http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Tính chất hóa lý của phenol .......................................................... 4 Bảng 2.1. Vị trí và thời gian lấy mẫu .......................................................... 33 Bảng 2.2. Pha dung dịch chuẩn phenol ....................................................... 36 Bảng 3.1. Sự phụ thuộc của diện tích pic vào hàm lượng phenol ................ 40 Bảng 3.2. Kết quả khảo sát và lựa chọn dung môi chiết ............................. 41 Bảng 3.3. Kết quả khảo sát thể tích dung môi dùng để chiết mẫu .............. 42 Bảng 3.4. Kết quả khảo sát thể tích anhydride axetic để tạo dẫn xuất đến hiệu suất thu hồi phenol ................................................................ 43 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ K2CO3 đến hiệu suất thu hồi phenol.... 44 Bảng 3.6. Kết quả khảo sát độ thu hồi mẫu và độ lặp lại ............................ 45 Bảng 3.7. Kết quả phân tích hàm lượng phenol trong mẫu cá biển tại Hà Tĩnh ............................................................................................. 47 Bảng 3.8. Kết quả phân tích hàm lượng phenol trong mẫu cá biển tại Hạ Long............................................................................................. 47 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN e http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Một số hình ảnh về phenol ............................................................. 3 Hình 1.2. Mô hình phân tử phenol ................................................................. 3 Hình 1.3. Minh họa sơ đồ hệ thống máy GC Model 6980N, HP ................ 19 Hình 1.4. Sơ đồ hệ thống máy sắc ký khí .................................................... 20 Hình 3.1. Quy trình phân tích phenol trong mẫu cá ................................... 35 Hình 3.2. Sắc đồ phân tích phenol trong mẫu cá có thêm chuẩn nồng độ 0,01 µg/g trên GC/MS ................................................................. 40 Hình 3.3. Đường chuẩn phenol xác định trên GC/MS ................................. 40 Hình 3.4. Hiệu suất thu hồi phenol khi sử dụng các loại dung môi chiết khác nhau ..................................................................................... 41 Hình 3.5. Ảnh hưởng của hóa chất tạo dẫn xuất anhydrit axetic đến hiệu suất thu hồi phenol ....................................................................... 44 Hình 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ K2CO3 đến hiệu suất thu hồi phenol .... 45 Hình 3.7. Sắc đồ phân tích phenol trong cá có thêm chuẩn nồng độ 0,10 mg/kg ................................................................................... 47 Hình 3.8. Hàm lượng Phenol trong các loài cá sống ở tầng mặt ................. 49 Hình 3.9. Hàm lượng Phenol trong các loài cá sống ở tầng đáy ................. 49 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN f http://www.lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Trong thời đại hội nhập và phát triển hiện nay, xu hướng công nghiệp hóa và hiện đại hóa đã và đang được phổ biến ở nhiều quốc gia trên thế giới. Nhiều cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật được tiến hành, nhiều ngành công nghiệp mới ra đời đã góp phần tăng trưởng kinh tế và nâng cao mức sống của người dân. Tuy nhiên, bên cạnh những thành tựu đã đạt được lại là một vấn đề lớn về ô nhiễm môi trường. Các chất ô nhiễm thải vào môi trường mỗi năm ngày càng tăng, đặc biệt là nước thải không qua xử lý từ các khu công nghiệp xả thải vào môi trường gây ra những thiệt hại không nhỏ tới hệ sinh thái. Phenol là chất thải trong quá trình luyện cốc để sản xuất gang thép, trong công nghiệp hóa chất và hóa dầu, phenol sẽ là nguồn ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, nếu không có phương pháp xử lý phù hợp. Phenol và các dẫn xuất của phenol là các chất độc hại gây nguy hiểm cho sức khoẻ con người và hệ sinh thái. Chúng có khả năng tích luỹ trong cơ thể sinh vật và có khả năng gây nhiễm độc cấp tính, mãn tính cho con người. Khi xâm nhập vào cơ thể phenol và các hợp chất của phenol gây ra nhiều tổn thương cho hệ thần kinh, hệ tiêu hóa, hệ hô hấp và tim mạch. Sự cố môi trường gây hải sản chết hàng loạt tại bốn tỉnh miền Trung từ Hà Tĩnh đến Thừa Thiên Huế vào tháng 4 năm 2016 đã được Chính phủ công bố nguyên nhân là do phenol và xyanua. Những hệ lụy của sự cố môi trường này còn ảnh hưởng lớn tới hệ sinh thái biển và chuỗi thức ăn từ hải sản tại bốn tỉnh ven biển miền Trung. Do đó, việc nghiên cứu xác định chính xác hàm lượng phenol trong thực phẩm là điều quan trọng và đặc biệt cần thiết để đảm bảo chất lượng và an toàn vệ sinh thực phẩm. Chính vì vậy mà tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu xác định hàm lượng phenol trong cá biển” 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Mục tiêu của luận văn được đặt ra là: - Nghiên cứu xây dựng phương pháp phân tích hàm lượng phenol trong mẫu cá biển bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ. - Ứng dụng quy trình phân tích vừa xây dựng xác định và đánh giá hàm lượng phenol trong các mẫu cá biển thu được tại Quảng Ninh và Hà Tĩnh. Luận văn được thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm. Các nội dung chính của luận văn được thực hiện tại Viện Hoá học - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Giới thiệu về Phenol 1.1.1. Cấu tạo và tính chất của phenol [1],[2],[3] Hình 1.1. Một số hình ảnh về phenol Phenol là một loại hợp chất hữu cơ mà trong phân tử có chứa nhóm hydroxyl (-OH) liên kết trực tiếp với nhân benzen (nhân thơm). Phenol đơn chức chứa một nhân thơm, gốc hydrocacbon liên kết vào nhân thơm không có hay nếu có là gốc no mạch hở CnH2n-7OH (n≥6). Công thức phân tử: C6H5OH (M = 94đvC) Hình 1.2. Mô hình phân tử phenol Phenol đơn giản nhất là C6H5 OH. Tại nhiệt độ phòng, phenol tinh khiết không màu, trong đục. Nó có thể tồn tại ở trạng thái kết tinh ở dạng bột màu trắng hay ở trạng thái dung dịch rất đặc (tuy nhiên, trong công nghiệp phenol 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn được sản xuất ra dưới dạng lỏng). Để lâu trong không khí, phenol tự chảy rữa (vì hút ẩm tạo thành hyrat, nóng chảy ở 18oC) và nhuốm màu hồng (vì bị oxi hóa một phần bởi oxi không khí). Phenol có vị ngọt và mùi hắc in. Mùi và vị của phenol có thể cảm thấy được ở nồng độ thấp hơn nhiều so với mức nồng độ nó có thể gây ra những tác động có hại (40-50ppb trong không khí, 1-8ppm trong nước). Một số thông số hóa lý quan trọng của phenol được cho qua bảng sau: Bảng 1.1. Tính chất hóa lý của phenol Thông số Giá trị Nguồn 43 Lide 1993 Điểm sôi (OC) 181,8 Lide 1993 Áp suất hơi tại 25OC (mmHg) 0,3513 HDSB, 1996 Khối lượng riêng ở trạng thái khí (so với không khí) 3,24 ATSDR Khối lượng riêng tại trạng thái lỏng tại 20OC (so sánh với nước tại 4OC) 1,0576 Lide 1993 Độ tan trong nước (g/l) tại 25 OC 87 Lide 1993 Nhiệt độ bắt cháy (OC) 79 ATSDR Điểm nóng chảy (OC) Giải nồng độ cháy (nồng độ trong không khí) 1,7-8,6% Log Kow 1,46 Khối lượng phân tử 94,12 Công thức tổng quát C6H6O Công thức cấu tạo HDSB, 1996 OH Phenol tan nhiều trong các dung môi hữu cơ như rượu, glycol, dầu mỏ. Tuy có khả năng tạo liên kết hidro với nước nhưng phenol ít tan trong nước lạnh (9,5g/100g nước ở 25oC) vì phân tử có gốc thơm -C6H5. Khi đun nóng, độ tan tăng lên và ở trên 70oC phenol tan vô hạn trong nước. Phenol có thể bắt 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn cháy, tuy nhiên, khả năng cháy và phản ứng của phenol kém nên người ta không cần những thiết bị chuyên trở đặc biệt cho phenol. Phenol là một trong những hóa chất có tính chất ăn mòn. Phenol có tính phản ứng kém. Nó chỉ phản ứng với các chất oxy hóa mạnh, Ca(ClO)2, AlCl3 và các loại axít. Tên thương mại của phenol (ATSDR, 1998): Phenol có một số tên thương mại như sau: Carbolic acid; Phenic acid; Phenic alcohol 1.1.2. Một số ứng dụng của Phenol Bác sĩ Joseph Lister là người tiên phong trong việc sử dụng phenol trong khử trùng phẫu thuật, mặc dù việc tiếp xúc phenol trong một thời gian dài gây nên các hiện tượng phỏng da nhưng đặc tính khử trùng của phenol dẫn đến việc thay thế các phương pháp khử trùng trong phẫu thuật. Đây là một trong những thành phần chính của chất khử trùng TCP đã được thương mại hóa. Phenol được dùng để điều chế nhiều sản phẩm như aspirin làm giảm đau, hạ nhiệt, phòng và chữa huyết khối; axit salicylic làm thuốc giảm đau, hạ nhiệt, chống viêm, metyl salicylic (làm giảm đau trong các chứng viêm thấp khớp, đau cơ). Phenol sử dụng để điều chế được phẩm nhuộm, chất dẻo (nhựa bakelite là một hỗn hợp của phenol-formandehyde…), tơ tổng hợp (nylon - 6,6…), thuốc diệt cỏ, thuốc nổ (axit picric), thuốc diệt nấm mốc …. Phenol có thể dùng trực tiếp làm chất sát trùng, tẩy uế…(như phenol được cho vào hồ tinh bột làm keo dán giấy để bảo quản hồ tinh bột lâu hỏng, nhờ tính sát trùng của phenol). 1.1.3. Nguồn gốc và độc tính của Phenol 1.1.3.1. Nguồn gốc phát sinh [4], [5], [6] Phenol có nguồn gốc cả từ tự nhiên và nhân tạo. Trong tự nhiên, phenol tồn tại trong một số loại thực phẩm, trong chất thải của con người và động vật và là sản phẩm của một số quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ, tuy nhiên, lượng này không lớn. 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Phenol được chiết xuất ra trong quá trình chưng cất than dầu lần đầu tiên vào năm 1834 và có tên là axit cabolic. Đây cũng là phương pháp chính dùng để sản xuất phenol cho tới Chiến tranh thế giới lần thứ nhất. Sau đó phenol còn có thể được điều chế nhờ quá trình sulfonat hóa benzen và thủy ngân sulfonate. Phenol xếp trong nhóm 50 loại hóa chất được sản xuất nhiều tại Mỹ. Phenol và các dẫn xuất phenol có trong nước thải của một số ngành công nghiệp như than cốc, lọc hóa dầu, sản xuất bột giấy, nhuộm… Hầu hết các hợp chất Phenol khi được thải rửa từ cá nhà máy đều đi vào môi trường nước. Các hợp chất loại này làm cho nước có mùi lạ, có màu, gây độc đối với các loài động thực vật sống trong nước, có hại đối với sức khỏe con người. 1.1.3.2. Độc tính của Phenol [1],[7],[8] a. Ảnh hưởng đến hệ sinh vật [1],[7] Các kết quả nghiên cứu cho thấy phenol có một số độc tính như sau: - Phenol là một độc chất với nồng độ 64mg/l được coi là ngưỡng khó có thể tìm thấy vi khuẩn. - Phenol rất độc đối với sinh vật nước sạch. LC50 của phenol đối với cá nằm trong khoảng từ 7,5-56 mg/L. LC50 của phenol đối với cá rô phi là 25mg/L. Đối với cá Zebra, LC50 là 24,9ppm sau 96 giờ (Razani và cộng sự 1986). Theo nghiên cứu của Post (1987), tính độc của phenol là khác nhau giữa các loài cá và các môi trường nuôi khác nhau,trong nghiên cứu này, dấu hiệu cá bị phơi nhiễm phenol ở liều lượng 1/10 LC50(2,5mg/L) biểu hiện ở suy thoái hệ thần kinh và hệ hô hấp. Sau 12 tuần, tỉ lệ chết là 8%. Albaster và Lioyd (1982) cho thấy, cá bị phơi nhiễm phenol ở nồng độ thấp trong thời gian dài biểu hiện tình trạng hoại tử tất cả các mô, có thể do sự thay đổi trong chuyển hóa protein. Trong nghiên cứu này, sự thay đổi có thể thấy được bằng mắt thường ở cá bị phơi nhiễm phenol tuần đầu tiên (liều lượng 1/10 LC50 là sự phá hủy mang 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn và màng não với sự tổn thương ở vây và đuôi. Sau 2 tuần phơi nhiễm, nước nhầy phủ kín da và mang cá. Sau 8 tuần, cá phơi nhiễm phenol có mang, thận và gan nhạt màu so với bình thường. Sau 12 tuần, cá giảm khối lượng và da bị đổi màu. Các kết quả này tương đồng với kết quả nghiên cứu cuả Waluga (1966-a) và Mohamed và cộng sự (2002). Tồn dư phenol trong cá có thể dẫn đến nguy cơ ung thư dạ dày đối với người tiêu dùng (Ohshima và cộng sự 1989). - Các dữ liệu liên quan đến ảnh hưởng của phenol đối với những sinh vật cạn rất khó tìm thấy, EC50 trong vòng 120 giờ đối với cây kê là khoảng 120 170mg/l. b. Ảnh hưởng đến hệ động vật [1],[7] Phenol có độc tính cao đối với động vật có vú. LC50 qua đường miệng đối với loài gặm nhấm khoảng 300 - 600mg/kg trọng lượng cơ thể, trong khi LC50 qua da đối với chuột và thỏ khoảng 670 - 1400mg/kg trọng lượng cơ thể, LC50 đối với chuột trong vòng 8 giờ khoảng 900mg/m3 [19]. Những triệu chứng lâm sàng sau khi tiếp xúc trong thời gian ngắn là thần kinh rất dễ bị kích động, hủy hoại da và màng nhầy. Ngoài ra còn ảnh hưởng đến phổi, thận và gan. Các nghiên cứu trên động vật trong thời gian ngắn cho thấy ảnh hưởng độc tính của phenol đối với chuột với liều tiếp xúc qua da khoảng 40mg/kg cân nặng mỗi ngày. Trong giới hạn 14 ngày thì liều tiếp xúc qua da khoảng 12mg/kg cân nặng đã gây ảnh hưởng đến thận. Ngoài ra phenol còn ảnh hưởng đến hệ thông tin gian bào. Dung dịch phenol có tính ăn mòn đối với da và mắt, trong khi đó hơi phenol có thể gây kích thích hệ hô hấp. c. Ảnh hưởng đến sức khỏe con người [4],[5],[9] 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Tùy thuộc vào cách thức, con đường xâm nhập vào cơ thể (xâm nhập theo đường ăn uống, hệ hô hấp hay tiếp xúc qua da; nồng độ phenol lớn hay nhỏ, thời gian tiếp xúc dài hay ngắn …) mà phenol thể hiện những tác động khác nhau tới sức khỏe của con người. Những ảnh hưởng chính của phenol đối với cơ thể con người gồm các 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, gây sốc, hôn mê và có thể gây tử vong. Liều thấp nhất có thể gây tử vong bằng đường tiêu hóa là khoảng 4,8g và trong thời gian không quá 19 phút. Những triệu chứng do hít phải hơi phenol như chán ăn, giảm cân, nhức đầu, chóng mặt, chảy nước dãi, gây nhiễm acid và nước tiểu đục. Chưa có trường hợp nào chết do hít phải hơi phenol được ghi nhận. Ngưỡng gây mùi ở trong không khí khoảng 0,021 - 20mg/m3 , trong khi ngưỡng gây mùi ở trong nước khoảng 7,9 mg/m3. Giá trị ngưỡng đề nghị để có thể nếm khoảng 0,3mg/l. Khả năng gây ung thư của phenol: hiện nay chưa có một nghiên cứu cụ thể nào chỉ ra rằng phenol có khả năng gây ra ung thư ở người. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu khi cho động vật thường xuyên ăn thức ăn có chứa phenol ở hàm lượng cho phép chỉ ra rằng: Ở động vật đó xuất hiện các khối u hoặc các chất gây bệnh ung thư da. EPA (Environmental Protection Agency) đã xếp phenol vào nhóm D, nhóm có khả năng gây bệnh ung thư ở người. Chính vì các độc tính trên mà phenol có tác động rất lớn đến môi trường. Tình trạng ô nhiễm phenol trong không khí, nước thải và trong đất có thể gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và ở hàm lượng cao có thể tiêu diệt toàn bộ hệ sinh thái. 1.1.4. Sự tồn tại và chuyển hóa của phenol trong môi trường [6] Với nguồn phát thải có thải lượng và tần suất nhỏ, phenol không tồn tại được lâu trong môi trường không khí. Thông thường, chu kỳ bán hủy của phenol trong môi trường nhỏ hơn 1 ngày. Khả năng tồn tại trong môi trường 8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn đất cũng không lớn (từ 2-5 ngày). Khả năng tồn tại của phenol trong môi trường nước lớn hơn (khoảng 9 ngày). Tuy nhiên, với lượng phát thải lớn và tần suất phát thải cao, phenol có khả năng tồn tại trong môi trường (đất, nước và không khí) với thời gian lâu hơn. Nồng độ của phenol trong nước mặt, không khí xung quanh, và trong đất ở mức cao hơn mức nền thường xuất hiện gần những nơi có nguồn phát thải phenol (các khu công nghiệp, thương mại có sử dụng hoặc sản xuất phenol). Phenol cũng có thể tìm thấy tại những bãi chôn lấp và xử lý chất thải nguy hại, đặc biệt là trong nước ngầm gần những bãi chôn lấp này. Nồng độ phenol tồn tại ở môi trường không khí trong nhà chủ yếu có nguồn gốc từ khói thuốc lá (nồng độ phenol trong nhà thường < 100 ppb). Ngoài ra, một lượng nhỏ phenol cũng được tìm thấy trong các cơ thể sống trong môi trường nước có nhiễm bẩn phenol ở nồng độ thấp. 1.1.4.1. Khả năng lan truyền của phenol ở trong môi trường Trong môi trường khí: Phenol được đưa vào môi trường không khí và nước mặt từ các quá trình sản xuất và sử dụng, do có độ hòa tan khá cao trong nước nên một phần không nhỏ phenol trong không khí đi theo nước mưa (quá trình lắng ướt) vào nước mặt và đất.Trong khí quyển, phenol tham gia phản ứng quang hóa với gốc tự do OH*, gốc peroxyl, gốc nitrat… nên nồng độ và thời gian tồn tại trong không khí của phenol không lớn, do đó khả năng lan truyền của phenol trong không khí không lớn. Trong đất: Hàm lượng phenol không lớn (6.1 ppb tính theo chất khô -EPA 1998b). Nguyên nhân chủ yếu là do hệ số hấp phụ của phenol trong đất chỉ ở mức trung bình (1.21 -1.96) và khả năng phân hủy sinh học của phenol trong đất nhanh. Một phần phenol trong đất đi vào mạch nước ngầm và gây ô nhiễm mạch nước ngầm. Hiện tượng này xảy ra phổ biến với các mạch nước ngầm gần các bãi chôn lấp chất thải nguy hại, đặc biệt là các bãi chôn lấp cũ, không đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật. Trong môi trường nước: 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Phenol cũng tham gia vào các phản ứng quang hóa với một số gốc tự do như OH*, peroxyl… với hệ số phân ly pKa = 9,686 (tại 20OC), phenol thường tồn tại ở trạng thái phân ly trong môi trường nước và đất có độ ẩm cao. Do đó, pH của môi trường cũng đóng một vai trò quan trọng đối với quá trình vận chuyển của phenol. Trong cơ thể sống: Phenol không được xếp vào các chất có khả năng tích lũy sinh học. Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể thấy một lượng rất nhỏ phenol trong cơ thể các sinh vật thủy sinh sống tại những vùng nước bị ô nhiễm phenol. Trong cá vàng: BCF (log bioconcentration factor) = 0,28 (Kobayashi 1979) Hàm lượng phenol trong cá có mức cao nhất được quan sát thấy ở các loài cá sống ở lớp đáy ở Vịnh Commencement ở Tacoma, WA, là 0,14 ppm (Nicola 1987). 1.1.4.2. Quá trình biến đổi và phân hủy của phenol ở trong môi trường Trong môi trường không khí Do phenol có khả năng hấp thu các tia sáng trong vùng từ 290-330 nm (Sadtler 1960), nên nó bị phân hủy quang học khi tồn tại trong môi trường. Phản ứng quang hóa của phenol với các gốc OH* là một trong những cơ chế quan trọng. hằng số bán hủy của phenol trong phản ứng này là 0,61 ngày (Hendry và Kenley, 1979). Ngoài ra, vào thời điểm ban đêm, phenol còn tham gia phản ứng mạnh với các gốc nitrat tự do. Hằng số vận tốc của phản ứng k =3.8*10-2 cm3/mol.s, nếu theo hằng số này thì thời gian bán hủy của phenol trong môi trường không khí chỉ là 15 phút khi nồng độ các gốc tự do nitrat trong không khí là 2*108 radical/cm3 (Atkinson, 1987). Những số liệu trên cho thấy, khả năng tồn tại của phenol trong môi trường không khí là rất ngắn, nhỏ hơn 1 ngày. Trong môi trường nước 10 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Tương tự với môi trường không khí, trong nước mặt, phenol cũng có khả năng hấp thụ các tia năng lượng nằm trong giải bước ống từ 290-330 nm, do đó phenol cũng có khả năng bị phân hủy trực tiếp bởi các phản ứng quang hóa. Trong điều kiện có nhiều ánh nắng, phenol tham gia phản ứng với các gốc hydroxyl, gốc peroxyt tự do (sinh ra từ các phản ứng quang hóa). Chu kì bán hủy của phenol nếu tham gia phản ứng này là 19,2 giờ (trong điều kiện có ánh sáng mặt trời) (Mill và Mabey, 1985). Ngoài ra, phenol còn tham gia phản ứng với oxy nguyên tử, oxy nguyên tử được sinh ra từ các phản ứng quang hóa. Phenol cũng tham gia phản ứng với ozone. Mặc dù nồng độ của các thành phần sinh ra từ các phản ứng quang hóa không lớn nhưng do đặc tính hoạt động hóa học rất mạnh nên chúng đóng góp một phần đáng kể vào việc làm suy giảm nồng độ phenol trong môi trường nước mặt. Tại nồng độ không quá cao, nồng độ không làm ức chế hoạt động của các vi sinh vật, phenol còn được phân hủy trong môi trường nước tự nhiên theo cơ chế phân hủy sinh học. Tuy nhiên, quá trình này còn phụ thuộc nhiều vào khu hệ sinh vật, nồng độ các chất hữu cơ và vô cơ có sẵn trong tự nhiên. Theo các nghiên cứu của Ludzach và Ettinger (1960), phenol sẽ bị loại bỏ hoàn toàn sau 2 ngày (nếu nhiệt độ là 20OC) và sau 4 ngày (nếu nhiệt độ là 4OC). Tuy nhiên, quá trình phân hủy của phenol lại phụ thuộc rất nhiều vào nồng độ muối, theo các nghiên cứu của Lee và Rya (1979), thời gian bán hủy của phenol tại các cửa sông là 9 ngày. Tại nồng độ thấp, phenol có thể bị phân hủy và chuyển hóa nhanh chóng trong môi trường. tuy nhiên, tại nồng độ cao, do có khả năng ức chế hoạt động của các vi sinh vật, nên phenol sẽ bị phân hủy chậm đi và thể hiện tính độc mạnh hơn với môi trường. Trong môi trường đất và trầm tích 11 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Những số liệu hiện có cho thấy, phenol có khả năng phân hủy sinh học ở điều kiện yếm khí và hiếu khí trong môi trường đất. Thời gian bán hủy của phenol thường nhỏ hơn 5 ngày (baker và Mayfield 1980, HSDB 1998). Tuy nhiên, trong đất axit và một vài loại đất trên bề mặt, thời gian bán hủy của phenol dài hơn, khoảng từ 20-25 ngày (HSDB 1998). Với nồng độ thấp, thời gian bán hủy của phenol trong bùn đất phù sa chỉ có 2,7 - 3,51 giờ (Scott 1983). Thực vật cũng có thể chuyển hóa một phần phenol nhờ quá trình trao đổi chất của chúng (Cataldo 1987). Phenol ít có khả năng hấp thụ vào các cặn lắng (HSDB 1998). 1.2. Các phương pháp để xác định phenol 1.2.1. Các phương pháp sắc ký 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 có chứa pha tĩnh. Pha tĩnh là chất được phủ trên bề mặt 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. 1.2.1.1. Phương pháp sắc ký khí Phương pháp sắc kí khí (GC) được thực hiện trên cơ sở tương tác phân bố các chất trên hai pha tĩnh và động. Có hai loại sắc kí khí là sắc ký khí - lỏng và sắc ký khí - rắn. Mẫu được bơm vào buồng mẫu có nhiệt độ cao đủ để mẫu có thể hóa hơi mà không bị phân hủy chất. Khí mang đưa các chất phân tích vào cột tách. Tại 12 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn