Sơ đồ sắc ký khí, kiểm tra khí

Giám sát ô nhiễm môi trường bằng kỹ thuật sắc ký khí

Kỹ thuật lấy mẫu là nền tảng để giám sát đáng tin cậy các chất gây ô nhiễm môi trường thông qua GC (Gas Chromatography – kỹ thuật sắc ký khí). Giám sát ô nhiễm môi trường bằng kỹ thuật sắc ký khí là một phương pháp hiện đại và hiệu quả nhất hiện nay.

Giám sát ô nhiễm môi trường

Thảm họa môi trường do con người gây ra tăng lên tương ứng với sự phát triển. 

Một điều may mắn là mối quan tâm về môi trường ngày càng tăng. Nó thể hiện ở việc thành lập các Cơ quan Bảo vệ Môi trường. Đồng thời với sự phát triển và sẵn có của các kỹ thuật và thiết bị sắc ký khí (GC) do James và Martin tiên phong giúp đo lường được các chỉ số ô nhiễm để các cơ quan quản lý môi trường có thể kiểm soát được.Độ phân giải cao của GC, kết hợp với độ chính xác và phạm vi nồng độ động của nó. Làm cho nó có khả năng thích ứng cao trong việc tách các chất ô nhiễm môi trường. Và kết hợp với quang phổ khối, xác định và định lượng chúng. Hơn nữa, cơ quan quản lý yêu cầu xác định càng nhiều hợp chất càng tốt. Trong điều kiện hạn chế về thời gian và chi phí. Điều này tối ưu cho việc tiêm GC mao mạch đơn có thể được sao chép và đánh giá dựa trên các tiêu chuẩn để đưa ra quyết định thực tế về những gì chúng ta thải ra môi trường như lái xe, ăn, thở, hoặc vứt bỏ rác.

Chất ô nhiễm môi trường

Ba loại chất ô nhiễm môi trường lớn được GC phân tích theo hướng dẫn của EPA. Độ chính xác và độ trung thực của phép đo phụ thuộc vào việc lấy mẫu. Và kỹ thuật chiết xuất thích hợp.

1) Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) bao gồm các hydrocacbon thơm như BTEX (benzen, toluen, etylbenzen và xylen). Phần lớn được tìm thấy trong các dẫn xuất dầu mỏ. Halocarbon như trichloroethane từ dung môi công nghiệp. Freon được sử dụng trong điện lạnh. Và rượu thường được sử dụng làm chất tạo oxy trong xăng.

2) Các hợp chất hữu cơ bán dễ bay hơi (SVOC) bao gồm phenol chiết xuất được bằng axit và các amin có thể chiết xuất từ ​​bazơ (kể cả nitrosamine). Và hydrocacbon thơm đa vòng, chất gây ung thư giả định trong khí thải dầu mỏ.

3) Thuốc trừ sâu và polychlorinated biphenyls (PCB). Thường độc ở mức độ thấp hơn các chất ô nhiễm khác. Với các cấu trúc ổn định báo hiệu các vấn đề cấp tính hoặc mãn tính liên quan đến phơi nhiễm. Thuốc trừ sâu PCB và organochloride như DDT rất bền. Và có khả năng chống phân hủy. Trong khi thuốc trừ sâu gốc phốt pho và nitơ độc hơn. Nhưng di chuyển qua các hệ sinh thái nhanh hơn.

Nguyên tắc và phương pháp lấy mẫu và chiết xuất

Giám sát ô nhiễm môi trường

Nguyên tắc

Định luật Raoult và Henry xác định hiệu quả mà VOC có thể được chiết xuất sau khi lấy mẫu. Áp suất hơi của một hợp chất dễ bay hơi trong dung dịch tỷ lệ với số mol của nó. Và khi kéo dài lượng khí hòa tan trong chất lỏng tỷ lệ với áp suất riêng phần của nó trên chất lỏng đó.

Lấy mẫu không gian đầu là phương pháp ưa thích để chiết xuất VOC để tiêm GC. Ở định dạng tĩnh hoặc phổ biến hơn là thông qua thanh lọc và bẫy (P&T). Trong các phép đo không gian đầu tĩnh, VOC trong lọ mẫu kín di chuyển vào pha hơi phía trên. Theo thời gian để đạt trạng thái cân bằng. Sau đó, người ta đưa một phần của “khoảng trống” này vào bộ máy GC.

Trong P&T, một khí trơ (thường là heli) lọc mẫu để chiết xuất VOC. Nó được giữ lại trong bẫy hấp phụ. Việc làm nóng bẫy sẽ giải phóng VOC trong phích cắm, được bơm vào cổng GC bằng cách xả ngược vào bẫy bằng khí mang — heli, hydro hoặc nitơ. Bẫy thường được cấu tạo từ các lớp vật liệu hấp phụ khác nhau. Để tối ưu hóa quá trình chiết xuất theo một gradient của độ bay hơi tương đối. Có thể được khử hấp thụ theo thứ tự ngược lại để tránh bẫy và khử nước. Có thể làm rối loạn phân tích GC.

Phương pháp giám sát ô nhiễm môi trường

Khai thác SVOC về bản chất phức tạp hơn vì điểm sôi cao hơn của chúng ngăn cản kỹ thuật chiết pha khí. Do đó, các nhà điều tra sử dụng chiết pha lỏng-lỏng và rắn. Ngoài chiết xuất Soxhlet, tất cả đều thường sử dụng metylen clorua và axeton làm dung môi. Quá trình chiết Soxhlet áp dụng tác nhân làm khô cho các mẫu. Được đặt trong ống đựng giữa các lớp bông thủy tinh đối nhau. Với một bình thu gom mà từ đó dung môi quay vòng theo vòng, làm sạch chất phân tích sau đó được áp dụng cho GC. Việc trích xuất Soxhlet có thể hoàn toàn tự động bằng Foss Analytics Soxtec 8000. Nhưng cũng đủ đơn giản để lắp ráp từ các vật tư và dụng cụ thủy tinh tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm.

Thuốc trừ sâu và PCB có thể được chiết xuất từ ​​các chất nền khác nhau theo cách tương tự. Tuy nhiên, do chúng có xu hướng ăn trực tiếp dưới dạng dư lượng trên thực phẩm lớn hơn. Các ngưỡng thấp hơn thường được cho phép dựa trên sự kết hợp của

1) thử nghiệm tác dụng phụ trên động vật; và

2) tốc độ phân rã tự nhiên. Do đó, tình trạng này đòi hỏi các máy dò GC có độ nhạy lớn hơn. Một thiết bị chụp điện tử phát hiện organochlorines trong phạm vi phần tỷ. Và một máy dò nitơ-phốt pho có chức năng tương tự đối với thuốc trừ sâu hữu cơ và nitơ.

Lấy mẫu và đo lường tại hiện trường

Điều tra tại hiện trường về các chất ô nhiễm có thể được phân loại không chính thức thành hai luồng song song:

1) Kiểm tra chất lượng các cơ sở công nghiệp để đo các sản phẩm phụ bay hơi hoặc thải ra theo quy định của EPA; và

2) Lập bản đồ và lấy mẫu các môi trường không được kiểm soát để xác định các yếu tố gây căng thẳng tiềm ẩn trên các nguồn lực được quản lý hoặc các vị trí tác động.

Thiết bị giám sát ô nhiễm môi trường

Một ví dụ trước đây là thử nghiệm các dung môi tồn dư trong sản xuất dược phẩm. Có thể giải phóng một số VOC độc hại. Đối với các thử nghiệm này, các máy dò GC tiêu chuẩn có thể được bổ sung bằng các máy lấy mẫu không gian tĩnh như Gerstel MPS. Hoặc các máy tập trung mẫu P&T như OI Analytical Eclipse 4660. Việc bổ sung công nghệ mới nổi như quang phổ tử ngoại chân không có thể tăng hiệu quả thông qua tiêu điểm dải bước sóng liên quan đến độ hấp thụ VOC.

Tuy nhiên,vì nhu cầu tiêu chuẩn hóa và lặp lại các phép đo, các hệ thống phù hợp với EPA thường phải tuân theo các quy trình kế thừa. Trong các ứng dụng giám sát môi trường ở xa hơn, Agilent cung cấp đơn vị 490-Mobile Micro GC. Thiết bị này có kích thước như hành lý xách tay nhỏ gọn, tiện dụng. Nhờ đó người dùng có thể thực hiện phân tích tại chỗ bằng nhiều phương pháp lấy mẫu khác nhau.

Kết Luận

Bất kể lĩnh vực nào – trong nhà hay ngoài trời, gần hay xa – GC vẫn là một phương pháp đo lường và giám sát môi trường mạnh mẽ và linh hoạt. Và lấy mẫu thích hợp là nền tảng của nó.


 

icons8-exercise-96 challenges-icon chat-active-icon