Luận án Nghiên cứu phân tích các sản phẩm trung gian tạo thành trong quá trình xử lý Paracetamol bằng hệ UV/NaClO

MỞ ĐẦU .1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.4

1.1. Vấn đề ô nhiễm dược phẩm trong môi trường nước .4

1.1.1.Nguồn gốc của dư lượng dược phẩm trong nước.4

1.1.2. Mức độ ô nhiễm dư lượng dược phẩm trong nước .6

1.2. Vấn đề tồn dư Paracetamol (PRC) trong môi trường nước .9

1.2.1. Tính chất hóa lý của Paracetamol .10

1.2.2. Các nghiên cứu về sự xuất hiện của PRC trong nước.11

1.3. Các phương pháp oxi hóa tiên tiến ứng dụng trong xử lý nước.14

1.3.1. Các quá trình oxi hóa tiên tiến .14

1.3.1.1. Quang phân H2O2 bằng UV .16

1.3.1.2. Quá trình UV/Chlorine .16

1.3.2. Tính chất hóa lý của một số gốc tự do điển hình sinh ra trong các hệ oxi

hóa tiên tiến (AOPs) .21

1.3.2.1. Hoạt tính của gốc tự do Hydroxyl HO.21

1.3.2.2. Hoạt tính của các gốc tự do Cl, Cl2-.23

1.4. Cơ sở lý thuyết của phương pháp quang hóa .26

1.4.1. Phương pháp xác định cường độ dòng photon I0 .26

1.4.2. Động học của phản ứng.28

1.5. Phương pháp phân tích hợp chất hữu cơ lượng vết trong nước .30

1.5.1. Phương pháp chiết tách hợp chất hữu cơ lượng vết trong nước .30

1.5.2. Phương pháp phân tích Hợp chất hữu cơ trong nước.31

1.5.2.1. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC).31

1.5.2.2. Phương pháp sắc ký lỏng khối phổ phân giải cao .32

1.5.2.3. Phần mềm Compound Discoverer tích hợp trên LC – MS/MS.33

1.6. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước .35

1.6.1. Các nghiên cứu ứng dụng hệ UV/NaClO trong xử lý các hợp chất ô

nhiễm hữu cơ lượng vết.35

1.6.2. Các nghiên cứu về loại bỏ PRC sử dụng AOPs .37

CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .40

2.1. Thiết bị và Hóa chất .40

2.1.1. Thiết bị .402.1.2. Hóa chất.40

2.2. Các phương pháp phân tích.41

2.2.1. Phương pháp phân tích nồng độ PRC, NB, BA bằng hệ HPLC .43

2.2.2. Phương pháp xác định hàm lượng NaClO .44

2.2.3. Phương pháp phân tích nồng độ các chất hữu cơ bằng hệ HPLC.41

2.2.4. Phương pháp xử lý số liệu.45

2.3. Phương pháp thực nghiệm.46

2.3.1. Chuẩn bị mẫu dùng cho thí nghiệm .46

2.3.1.1. Phương pháp lấy mẫu và xử lý mẫu nước .46

2.3.1.2. Điều kiện phân tích LC/MS/MS .48

2.3.2. Mô hình hệ thiết bị phản ứng quang hóa.49

2.4. Các quy trình thí nghiệm .49

2.4.1. Thí nghiệm phân hủy PRC bằng hệ UV, UV/NaClO, UV/H2O2 .50

2.4.2. Thí nghiệm xác định vai trò của các gốc tự do .50

2.4.3. Thí nghiệm xác định sản phẩm phụ của quá trình phân hủy PRC bằng hệ

UV, UV/NaClO .51

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.52

3.1. Nghiên cứu đánh giá sự hiện diện và phân bố của dư lượng dược phẩm

trong nước bề mặt của một số sông hồ ở Hà Nội.52

3.1.1. Định lượng các dư lượng dược phẩm trên thiết bị LC-MS/MS.53

3.1.1.1. Xây dựng đường chuẩn cho PRC.53

3.1.1.2. Xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ).54

3.1.1.3. Xây dựng đường chuẩn của một số dược phẩm nghiên cứu.55

3.1.2. Dư lượng dược phẩm trong nước sông hồ Hà Nội.56

3.1.3. Sự biến đổi hàm lượng theo mùa của dư lượng dược phẩm trong nước

sông hồ Hà Nội.59

3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy PRC bằng các phương pháp

oxi hóa tiên tiến UV, UV/NaClO .61

3.2.1. So sánh quá trình phân hủy PRC bằng các phương pháp oxi hóa tiên tiến

.62

3.2.2. Động học phân hủy PRC bằng hệ UV/NaClO .63

3.2.2.1. Ảnh hưởng của cường độ đèn UV .63

3.2.2.2. Ảnh hưởng của pH.66

3.2.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ NaClO .67

3.2.2.4. Ảnh hưởng của các ion vô cơ .693.2.2.5. Ảnh hưởng của các hợp chất hữu cơ hòa tan.70

3.2.2.6. Phân hủy PRC trong mẫu nước thực tế.71

3.3. Vai trò của các gốc tự do trong quá trình phân hủy Paracetamol bằng quá

trình oxy hóa tiên tiến UV/NaClO .73

3.3.1. Động học quá trình phân hủy PRC bằng hệ H2O2/UV: xác định hằng số

tốc độ phản ứng của PRC với gốc HO●.73

3.3.2. Động học cạnh tranh: Xác định hằng số tốc độ phản ứng của gốc •Cl và

•OCl với PRC .76

3.3.2.1. Xác định hằng số tốc độ phản ứng của gốc tự do Cl• với PRC .79

3.3.2.2. Xác định hằng số tốc độ phản ứng bậc 2 của ClO• với PRC.80

3.4. Cơ chế chuyển hóa của quá trình phân hủy PRC bằng hệ UV/NaClO.83

3.4.1. Tổng hợp và sàng lọc kết quả qua phần mềm Compound Discoverer.83

3.4.2. Xác định các hợp chất được tạo thành và đề xuất cơ chế cho sự phân hủy

PRC bằng hệ UV/NaOCl.84

3.4.3. Kết luận .104

KẾT LUẬN .108

TÀI LIỆU THAM KHẢO . .112

PHỤ LỤC.125

pdf139 trang | Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 327 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu phân tích các sản phẩm trung gian tạo thành trong quá trình xử lý Paracetamol bằng hệ UV/NaClO, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
: giá trị đo được tại mỗi lần đo i. St : giá trị tìm được theo lý thuyết (đường chuẩn). n: số lần đo. + Độ lặp lại của phép đo: Được xác định theo các đại lượng S2, CV. 2S 1 )( 2   n SS tbi 100 tbS S CV Trong đó: Stb: Nồng độ trung bình, n: số lần đo, S: độ lệch chuẩn CV: hệ số biến động của phép đo. + Khoảng tin cậy:  Z hay Zx  Với cơ số mẫu bé, σ chính là S hoặc SRD. Trong nghiên cứu này với xác suất tin cậy là 96%, tương ứng với Z = 2 (quy tắc 2σ) được sử dụng để đánh giá độ tin cậy của phép đo [91] 2.3. Phƣơng pháp thực nghiệm 2.3.1. Chuẩn bị mẫu dùng cho thí nghiệm 2.3.1.1. Phương pháp lấy mẫu và xử lý mẫu nước Phƣơng pháp lấy mẫu Các mẫu nước được lấy phục vụ cho nghiên cứu đánh giá sự hiện diện của dư lượng dược phẩm trong nước mặt. Các mẫu nước phân tích được lấy tại 8 hồ bao gồm hồ Tây (HT), hồ Nghĩa Đô (HNĐ), hồ Thiền Quang (HTQ), hồ Thành Công (HTC), hồ Ngọc Khánh (HNK), hồ Linh Đàm (HLĐ), hồ Bảy Mẫu (HBM), hồ Trúc Bạch (HTB) và 2 sông là sông Lừ và sông Tô Lịch (hai trong số 4 sông tiêu chính trong nội thành Hà Nội). Tại mỗi sông và hồ, tiến hành lấy mẫu tại nhiều địa điểm khác nhau gần khu đông dân cư và vị trí cống xả nước thải của các bệnh viện, khu công nghiệp, sau đó trộn lại và lấy một mẫu. Tần suất lấy mẫu 2 lần/tháng từ tháng 6 – 9 năm 2016 và tháng 47 12/2016 – 3/2017 tương ứng với mùa mưa và mùa khô ở Hà Nội. Bảng 2.5: Vị trí lấy mẫu Vị tr lấ mẫu K hiệu mẫu Tọa độ Hồ Tây HT 21 003’49.0”N 105 048’39,6”E 21 004’13,6”N 105 049’18,3”E Hồ Nghĩa Đô NĐ 21 002’30,4”N 105 047’43,5”E 21 002’23,3”N 105 047’46,4”E Hồ Thiền Quang TQ 21 001’03,6”N 105 050’39,6”E 21 003’03,8”N 105 050’46,3”E Hồ Thành Công TC 21 001’04,3”N 105 048’51,7”E 21 001’13.0”N 105 048’49,1”E Hồ Ngọc Khánh NK 21 001’36,5”N 105 048’38,7”E 21 001’36,5”N 105 048’38,7”E Hồ Linh Đàm LĐ 20 057’43,6”N 105 050’10,8”E 20 058’05,2”N 105 049’54,4”E Hồ Bảy Mẫu BM 21 0 00’34,8”N 105 0 50’42,0”E 21 0 00’49.8”N 105 0 50’39,2”E Hồ Trúc Bạch TB 21 0 02’47,3”N 105 0 50’30,3”E 21 0 02’37,9”N 105 0 50’22,6”E sông Lừ SL 20 0 59’58,2”N 105 0 50’08,4”E 21 0 00’12,8”N 105 0 49’56,5”E sông Tô Lịch TL 21 0 02’58,2”N 105 0 50’08,4”E 21 0 02’25.0”N 105 048’21,8”E Mẫu nước được lấy và bảo quản theo TCVN 6663 - 13:2015 (ISO 5667 – 13:2011). Chai thủy tinh màu nâu đã rửa sạch bằng xà phòng, tráng nước cất và tráng lại bằng axeton và hexane được sử dụng để lấy mẫu. Mẫu nước được lấy cách bề mặt 5cm và lấy mẫu đầy kín chai. Tất cả các mẫu đều bảo quản trong thùng đá và vận chuyển về phòng thí nghiệm, bảo quản ở -40C, sau đó mẫu được lọc hút chân không. Dịch lọc thu được được chiết và phân tích trong vòng 48 giờ kể từ khi lấy. Phƣơng pháp xử lý mẫu Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phương pháp chiết pha rắn được phát triển bởi phòng thí nghiệm: Mẫu nước được lọc thô trên giấy lọc bằng bơm hút chân không, sau đó lấy 500ml, chỉnh về pH 3 bằng axit formic. Chiết mẫu trên cột Oasis HLB (đã được hoạt hóa bằng 4ml MeOH và được rửa bằng nước cất có pH=3) với tốc độ dòng 10ml/phút. Sau khi thu lấy mẫu, làm sạch cột chiết bằng bơm hút chân không trong 40 phút. Sau khi chiết, các hợp chất hữu cơ được rửa giải 48 ra khỏi cột với 8ml MeOH với tốc độ 1-2 giọt/phút. Dịch chiết sau đó được cô đặc tới khô ở 400C dưới dòng khí N2. Lượng cặn thu được hòa tan bằng 1ml dung dịch axit formic 0,2%, lọc qua bông thủy tinh để thu lấy 1ml dịch lọc, chuyển dịch lọc sang vial và đem đi phân tích các dư lượng dược phẩm nghiên cứu bằng thiết bị LC- MS/MS có sử dụng phần mềm sàng lọc và tìm kiếm các chất mới Compound Discoverer 2.0 2.3.1.2. Điều kiện phân tích LC-MS/MS Các thông số MS/MS đã được tối ưu hóa như sau: Thông số cho nguồn ion hóa ESI: Điện thế nguồn ion hóa (Spray Voltage): 5000V, khí bay hơi (sheath gas): 30 psi, khí bổ trợ (Aux gas pressure): 15 psi, điện thế đặt vào (skimmer offet): -8V, nhiệt độ mao quản (capillary temperature): 2500C, điện thế (tube lens offet): 95V, khí Ar: 1,5m Torr. Thông số khối phổ: Resolution 70.000 (Full MS); 17.500 (AIF), độ rộng phổ Q1: 0,7 Da, độ rộng phổ Q2: 1Da, tốc độ quét 0,3s. Pha động là dung dịch axit focmic 0,1% pha trong nước (A) và Axetonitril (B) với tốc độ dòng 0,2mL/phút. Các thông số của phương pháp phân tích trên hệ thống sắc ký lỏng khối phổ được mô tả trong bảng 2.6 Bảng 2.6: Các thông số phân tích trên LC- MS/MS Thông số phân tích Ion hóa mẫu Positive (EIS +) Negative (ESI -) Pha động A (H2O; 0,1%HCOOH)/B (ACN; 0,1%HCOOH) A (H2O)/B (ACN) Tốc độ bơm dung môi (mL/min) 0,2 0,2 Gradien Thời gian (min) %B Thời gian (min) %B 0 5 0 5 27 95 27 95 28 95 28 95 28,5 5 28,5 5 30 5 30 5 Thể thích bơm mẫu (µL) 25 25 Cột tách Zorbax-SB C18 (1,8^m) 50x2,1 mm Zorbax-SB C18 (1,8^m) 50x2,1 mm Chế độ đo Full MS – AIF Full MS – AIF Thời gian phân tích (min) 30 30 49 2.3.2. Mô hình hệ thiết bị phản ứng quang hóa 0 1 Solution à étudier Lampe UV Barreau aimanté Agitateur magnétique Dung dịch nghiên cứu Đèn Thanh khuấy Máy khuấy Nước ổn nhiệt ra Nước ổn nhiệt vào Hình 2.6: Mô hình thí nghiệm quang hóa Bảng 2.7: Các thông số kỹ thuật của hệ phản ứng Thể tích ( L) 2 Đường kính trong bình phản ứng (cm) 9,45 Đường kính ống Quazt đựng đèn (cm) 2,5 Loại đèn UV (Vilbert Lourmat T-6C, 6 watt Hg áp suất thấp 254nm Nhiệt độ nước làm mát (oC) 25 Hệ phản ứng gồm một nguồn đèn UV 254 nm, được đặt bên trong ống thạch anh có đường kính ngoài 2,5 cm và đặt ở giữa bình phản ứng theo chiều th ng đứng. Chiều dài của đèn UV là 20 cm. Bình phản ứng bằng thuỷ tinh có thể tích 2 lít. Xung quanh bình được bọc kín bằng giấy plastic màu đen để ngăn ánh sáng đi vào với hệ phản ứng. Dung dịch bên trong được duy trì ở 25oC và được khuấy liên tục bằng máy khuấy từ. Tốc độ khuấy trong bình luôn được duy trì ổn định ở khoảng 400 vòng/phút. Đèn UV sử dụng trong nghiên cứu này là đèn thủy ngân áp suất thấp, bước sóng λ = 254nm. 2.4. Các qu tr nh th nghiệm Các thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ 25,0 0,5°C trong hệ phản ứng hình trụ thể tích 2L có đèn UV đặt ở giữa theo phương th ng đứng (được mô tả ở 50 hình 2.6). Đèn UV sử dụng là đèn thủy ngân áp suất thấp có bước sóng cực đại 254nm. Các thực nghiệm được lặp lại ít nhất ba lần trong điều kiện tương tự nhau, các phép đo cũng được thực hiện ba lần để tránh những sai sót do máy, kết quả thống kê là kết quả trung bình của các thí nghiệm. 2.4.1. Thí nghiệm phân hủy PRC bằng hệ UV, UV/NaClO, UV/H2O2 Chuẩn bị 2 lít dung dịch NaClO100µM (hoặc H2O2 100mM), chuyển vào bình phản ứng, khuấy đều, điều chỉnh pH = 7, thêm 2,0ml dung dịch PRC 10µM, cho vào bình phản ứng, sau đó chiếu đèn UV 254nm trong 20 phút, các mẫu thí nghiệm được lấy theo thời gian bắt đầu từ khi chiếu đèn. Mỗi lần lấy 1,0ml mẫu cho vào vial đã có sẵn 0,2ml chất dập phản ứng Na2S2O3 2mM (tỷ lệ [NaClO]/ [Na2S2O3] =2-3, hệ UV/H2O2 dùng Na2SO3 2mM sao cho tỷ lệ [NaClO]/ [Na2SO3] =2). Nồng độ PRC theo thời gian được theo dõi bằng thiết bị HPLC. Nồng độ NaClO được xác định bằng phương pháp đo quang với thuốc thử DPD Nồng độ H2O2 được xác định bằng phương pháp đo quang với thuốc thử TiCl4 2.4.2. Thí nghiệm xác định vai trò của các gốc tự do Thí nghiệm xác định nồng độ các gốc tự do •O Thí nghiệm động học cạnh tranh giữa 2 hợp chất là PRC và NB được thực hiện như sau: Chuẩn bị 2 lít dung dịch NaClO 100 µM, chuyển vào bình phản ứng, khuấy đều, điều chỉnh pH = 7, thêm 2,0 ml dung dịch PRC 10 µM; 2,0ml dung dịch C6H5NO2 2µM cho vào bình phản ứng, sau đó chiếu đèn UV 254nm trong 30 phút, các mẫu thí nghiệm được lấy theo thời gian bắt đầu từ khi chiếu đèn. Mỗi lần lấy 1,0 ml mẫu cho vào vial đã có sẵn 0,2 ml chất dập phản ứng Na2S2O3 2mM (tỷ lệ [NaClO]/ [Na2S2O3] =2-3). Nồng độ PRC, NB theo thời gian được theo dõi bằng thiết bị HPLC. Thí nghiệm xác định nồng độ các gốc tự do Cl• Thí nghiệm động học cạnh tranh giữa 3 hợp chất là PRC, NB và BA được thực hiện như sau: Chuẩn bị 2 lít dung dịch NaClO 100µM, chuyển vào bình phản ứng, khuấy đều, điều chỉnh pH = 7, thêm 2,0ml dung dịch PRC 10µM, 2,0ml dung dịch C6H5NO2 2µM, 2ml dung dịch C6H5COOH 2µM cho vào bình phản ứng, sau đó 51 chiếu đèn UV 254nm trong 30 phút, các mẫu thí nghiệm được lấy theo thời gian bắt đầu từ khi chiếu đèn. Mỗi lần lấy 1,0 ml mẫu cho vào vial đã có sẵn 0,2 ml chất dập phản ứng Na2S2O3 2mM (tỷ lệ [NaClO]/ [Na2S2O3] =2-3). Nồng độ PRC, NB, BA theo thời gian được theo dõi bằng thiết bị HPLC. 2.4.3. Thí nghiệm xác định sản phẩm phụ của quá trình phân hủy PRC bằng hệ UV, UV/NaClO Chuẩn bị 2 lít dung dịch NaClO 500µM, chuyển vào bình phản ứng, khuấy đều, điều chỉnh pH = 7, thêm 20,0 ml dung dịch PRC 100µM, cho vào bình phản ứng, sau đó chiếu đèn UV 254nm trong 20 phút, các mẫu thí nghiệm được lấy theo thời gian bắt đầu từ khi chiếu đèn. Mỗi lần lấy 0,5 ml mẫu cho vào vial đã có sẵn 0,3 ml chất dập phản ứng Na2S2O3 2mM (tỷ lệ [NaClO]/ [Na2S2O3] =2-3) trước khi đo LC-MS/MS. Mẫu trắng Blank (B) được cho vào một vial riêng biệt là hỗn hợp của nước cất và Na2S2O3. 52 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nghiên cứu đánh giá sự hiện diện và ph n bố của dƣ lƣợng dƣợc phẩm trong nƣớc bề m t của một số sông hồ ở Hà Nội Dư lượng các hợp chất ô nhiễm hữu cơ trong môi trường nước, kể cả khi chúng ở nồng độ thấp cũng có nguy cơ gây hại tới môi trường sinh thái, ví dụ như làm thay đổi quần thể các vi khuẩn trong nước đặc biệt là xuất hiện các vi khuẩn kháng kháng sinh. Ngoài ra cũng có khả năng gây ra các tác động xấu tới sức khỏe con người và sinh vật như: Làm tăng sức đề kháng của các vi khuẩn gây bệnh, biến đổi gen và rối loạn nội tiết. Vì vậy vấn đề dư lượng dược phẩm trong môi trường đang là mối quan tâm trên toàn thế giới. Ở Việt Nam nói chung và Hà Nội nói riêng với cơ sở hạ tầng yếu kém, trình độ hiểu biết và ý thức sử dụng thuốc của người dân chưa cao nên nguy cơ bị ảnh hưởng bởi dư lượng dược phẩm từ các nguồn nước thải sinh hoạt và nước thải bệnh viện vào các sông hồ ở Hà Nội là rất lớn. Vì vậy trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ tập trung đánh giá sự hiện diện và phân bố của một số dược phẩm thường xuyên được sử dụng cho con người trong nước bề mặt của sông hồ Hà Nội để qua đó có một góc nhìn bao quát về mức độ ô nhiễm của các hợp chất ô nhiễm hữu cơ mới này, qua đó tái kh ng định những kết quả công bố của thế giới cũng như của các đồng nghiệp trong nước, đồng thời kh ng định thêm tính đúng đắn của mục tiêu và nội dung của luận án này. Các nội dung cụ thể được thực hiện trong nghiên cứu này cụ thể như sau: Xây dựng phương pháp phân tích sàng lọc các nhóm chất dược phẩm trong nước mặt phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm, ứng dụng phương pháp sắc ký lỏng khối phổ phân giải cao (LC-MS/MS) kết hợp phần mềm thống kê Compound Discoverer 2.0. Việc xác định, đánh giá các nhóm chất ô nhiễm chính được thực hiện trên 100 mẫu nước mặt thực tế ở các sông hồ Hà Nội trong khoảng thời gian 10 tháng (từ tháng 6 năm 2016 tới tháng 3 năm 2017). Các dược phẩm được nghiên cứu gồm có: thuốc giảm đau (ibuprofen, paracetamol), chống co giật (carbamazepin), chất kích thích (cafeine) Các dược phẩm được chọn nghiên cứu dựa trên khối lượng sử dụng của chúng. 53 3.1.1. Định lượng dư lượng dược phẩm trên thiết bị LC-MS/MS Trong nghiên cứu này chúng tôi tập trung vào nghiên cứu nồng độ của 9 loại dược phẩm, đặc biệt là nhóm thuốc kháng viêm không steroit và một số loại kháng sinh tiêu biểu được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam và trên thế giới. 3.1.1.1. Xây dựng đường chuẩn cho PRC Xây dựng đường chuẩn cho phép định lượng PRC bằng phương pháp phân tích LC-MS/MS. Các dung dịch chuẩn PRC với nồng độ 0,2 ; 0,4 ; 0,6 ; 0,8 ; 1,0 µM/L được đo trên thiết bị LC-MS/MS với các điều kiện: sử dụng cột: C18 150*2,1; dung môi (A) H2O 0,1% Formic acid và (B) CH3CN, chạy gradient trong 30 phút (0 min: 5%B, 0-27 min: 5-95%B, 27-28 min: 95%B, 28-28,5 min: 5%B, 28,5-30 min: 5%B). Hai mode positive và negative full scan/ MS-MS tất các các mẫu được tiến hành đo ở cùng một nhiệt độ lò cột: 35oC, mode positive được đo với độ phân dải 70000, mode negative với độ phân giải 17500. Trong điều kiện mode negative, dung môi A, được thay bằng nước cất hai lần không có chứa 0,1% formic acid. Mẫu trắng được đo ở cùng điều kiện. Kết quả phân tích các mẫu chuẩn được chỉ ra ở bảng 3.1. Từ nồng độ mẫu chuẩn và diện tích pic, dựng đồ thị tương quan giữa hai đại lượng này, phương trình tương quan có dạng y = ax + b Bảng 3.1 : Nồng độ và diện tích pic của PRC trong dung dịch chuẩn Nồng độ PRC (µM/L) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Diện t ch pic (mAU*min) 0 232891 479930 744264 976346 1267011 Từ kết quả ở bảng 3.1, dựng đường chuẩn và phương trình tương quan giữa diện tích pic và nồng độ chuẩn. Kết quả đồ thị đường chuẩn như sau: 54 ình 3.1: Đường chuẩn xác định PRC bằng thiết bị LC-MS/MS Đường chuẩn này được sử dụng để tính toán nồng độ các chất trong các nghiên cứu tiếp theo của luận án. 3.1.1.2. Xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) Để xác định LOD, chuẩn bị một dung dịch chuẩn PRC với nồng độ là 0,5 µg/L được dùng để phân tích. Sau tiến hành pha loãng và đo mẫu đến các nồng độ 0,1; 0,05; 0,01; 0,005 µg/L. Ở nồng độ 0,01 µg/L cho kết quả chiều cao của pic chất phân tích gấp 3 lần tín hiệu đường nền, ở nồng độ 0,005 µg/L không nhìn thấy pic của PRC, do đó nồng độ 0,005 µg/L là nồng độ thấp nhất mà chiều cao tín hiệu pic của các chất phân tích gấp 3 lần tín hiệu đường nền. Từ các kết quả thu được xử lý thống kê để xác định LOD, LOQ, kết quả chỉ ra ở bảng 3.2 Bảng 3.2: Giá trị LOD và LOQ của PRC Cmin S/N Cmintb S/Ntb SD RSD (%) LOD (µg/L) LOQ (µg/L) Cmin Cmin Cmin S/N1 S/N1 S/N1 0,011 0,011 0,010 12,32 12,35 12,31 0,0106 12,33 0,0006 2,80 0,002 0,0066 Kết quả thu được giới hạn phát hiện của PRC 0,002 µg/L. Giới hạn định lượng của PRC là 0,0066 µg/L. 55  Độ chính xác của phép đo Để đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo, tiến hành dựng đường chuẩn, pha 3 mẫu PRC có nồng độ là (0,4; 0,8 và 1,2 µg/L), thực hiện đo mỗi mẫu 4 lần. Các kết quả được chỉ ra ở bảng 3.3. Bảng 3.3: Sai số và độ lặp lại của phép đo tại các nồng độ khác nhau Nhận xét: Phần trăm sai số và hệ số biến thiên CV của phép đo tại 3 mức nồng độ 0,4; 0,8; 1,2 µg/L có giá trị từ 2,0 – 4,9% đều nằm trong giới hạn cho phép của EPA [92]. Do đó các thông số phương pháp đo này được sử dụng để phân tích mẫu trong các nghiên cứu tiếp theo của luận án. 3.1.1.3. Xây dựng đường chuẩn của một số dược phẩm nghiên cứu Xây dựng đường chuẩn của các chất: Caffeine (CF), Diclofenac (DIC), Metoprolol (MET), Carbamazepine (CAR), Tramadol (TRA), Trimethoprim (TMP), Tetracycline (TC), Ibuprofene (IBU) cho phép định lượng các chất trên bằng phương pháp phân tích LC-MS/MS. Các dung dịch chuẩn được pha với nồng độ 0,2 ; 0,4 ; 0,6 ; 0,8 ; 1,0 µM/L được đo trên thiết bị LC-MS/MS với các điều kiện điều kiện tương tự như PRC. Mẫu trắng được đo ở cùng điều kiện. Kết quả phân tích các mẫu chuẩn được chỉ ra ở bảng 3.4. Từ nồng độ mẫu chuẩn và diện tích pic, dựng đồ thị tương quan giữa hai đại lượng này, phương trình tương quan có dạng y = ax + b Dung dịch chuẩn PRC Nồng độ Nồng độ ban đầu Xtb (%) CV (%) Đo lần 1 Đo lần 2 Đo lần 3 Đo lần 4 0,40 (µg/L) 0,38 0,39 0,40 0,39 0,40 0,39 4,90 0,80 (µg/L) 0,79 0,79 0,80 0,78 0,80 0,79 2,40 1,20 (µg/L) 1,18 1,18 1,19 1,20 1,20 1,19 2,00 56 Bảng 3.4: Nồng độ và diện tích pic của PRC trong dung dịch chuẩn Nồng độ (µg/L) Diện t ch Pic (mAU*min) CF DIC MET CAR TRA TMP TC IUB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,2 220534 180864 158657 178075 159402 102754 165340 210964 0,4 436446 372440 322090 358544 309856 220853 322508 439075 0,6 668701 568071 490137 550642 471075 322697 489770 650864 0,8 875086 748994 660428 730642 640743 428657 662460 875335 1,0 1087438 947582 823292 906462 797440 538293 823822 1102322 Từ kết quả ở bảng 3.4, dựng đường chuẩn và phương trình tương quan giữa diện tích pic và nồng độ chuẩn. Kết quả đồ thị đường chuẩn của các chất trên được trình bày trong phụ lục. 3.1.2. Dư lượng dược phẩm trong nước sông hồ Hà Nội Bảng 3.4 là nồng độ trung bình của các chất đo được trong 8 hồ và 2 sông của Hà Nội. Kết quả phân tích cho thấy: TMP, TC và TRA không phát hiện thấy trong bất kì mẫu nào, nồng độ trung bình của các chất đều dưới ngưỡng phát hiện của phương pháp. Điều này có thể giải thích do hiệu quả xử lý tại các nhà máy nước thải mang lại cũng như việc hạn chế sử dụng chúng trong các đơn thuốc: TRA là loại thuốc giảm đau, gây ức chế thần kinh chứa hoạt tính gây nghiện nên được kiểm soát đặc biệt, có nguy cơ gây tử vong cao. Vì vậy loại thuốc này chỉ được dùng tại các cơ sở y tế và có toa chỉ định. TC là loại thuốc kháng sinh được sử dụng nhiều trong nuôi trồng thuỷ sản và thú y hoặc trong chăn nuôi gia súc và gia cầm. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng một trong những kháng sinh được sử dụng rộng rãi nhất trên động vật là tetracycline [93]. Do đó việc không phát hiện thấy chất này trong các mẫu là phù hợp. CAR, DIC là các loại dược phẩm có tỉ lệ bài tiết thấp tuy nhiên nồng độ được phát hiện vẫn ở mức cao, đặc biệt trong mẫu nước sông Lừ tương ứng với nồng độ 1003ng/L và 1020ng/L. Các hồ lấy mẫu nằm chủ yếu trong khu dân cư nên lượng 57 nước thải đổ vào hồ chủ yếu từ các hộ gia đình. Do đó bước đầu có thể kh ng định rằng 2 chất này tồn tại chủ yếu trong nước thải của bệnh viện và các cơ sở y tế. Mặt khác hàm lượng cao của 2 hợp chất này có thể do carbamazepine khó bị phân hủy trong môi trường [11] và diclofenac được xử lý kém trong nhà máy nước thải (20- 40%) [94]. Bảng 3.5: Kết quả phân tích 1 số chất ở sông hồ Hà Nội MPs Vị trí lấy mẫu Nồng độ trung b nh ± SD PRC (ng/L) CF (ng/L) DIC (ng/L) MET (ng/L) CAR (ng/L) TRA (ng/L) TMP (ng/L) TC (ng/L) IBU (ng/L) HT T12 – T3 387±59 198±20 270±21 12±5 225±41 nd nd nd 370±11 T6 – T9 289±21 135±12 110±30 nd 114±29 nd nd nd 220±10 % 100 100 88 45 90 - - - 100 HNĐ T12 – T3 135±19 235±21 150±35 20±3 178±40 nd nd nd 338±39 T6 – T9 89±10 114±45 90±26 17±10 110±36 nd nd nd 229±19 % 100 80 90 80 83 - - - 100 HTQ T12 – T3 216±17 113±16 50±26 12±5 167±38 nd nd nd 190±20 T6 – T9 189±21 98±11 45±13 8±5 105±26 nd nd nd 135±17 % 100 85 60 63 89 - - - 100 HTC T12 – T3 196±29 305±12 30±12 89±20 90±26 nd nd nd 289±39 T6 – T9 97±15 287±26 Nd 70±30 nd nd nd nd 260±15 % 100 95 45 80 93 - - - 100 HNK T12 – T3 298±31 421±37 99±16 90±10 229±16 nd nd nd 350±24 T6 – T9 170±16 398±24 78±29 76±25 206±59 nd nd nd 246±19 58 % 100 97 77 75 98 - - - 100 HLĐ T12 – T3 307±38 256±19 156±40 nd 198±55 nd nd nd 319±26 T6 – T9 296±35 210±11 129±20 nd 150±40 nd nd nd 299±20 % 100 81 80 - 100 - - - 100 HBM T12 – T3 276±35 278±31 129±25 10±4 157±35 nd nd nd 312±21 T6 – T9 250±21 300±24 103±15 nd 91±43 nd nd nd 298±17 % 100 83 70 38 87 - - - 100 HTB T12 – T3 423±41 307±26 236±31 3±1 102±39 nd nd nd 435±13 T6 – T9 398±30 289±20 198±26 nd 207±36 nd nd nd 411±31 % 100 89 78 60 79 - - - 100 SL T12 – T3 3268 987 975 150 1003 nd nd nd 4161 T6 – T9 2917 890 1020 286 898 nd nd nd 3890 % 100 100 100 90 100 - - - 100 STL T12 – T3 3925 1161 909 350 908 nd nd nd 3954 T6 – T9 3589 1078 897 280 797 nd nd nd 3786 % 100 100 100 88 100 - - - 100 Đáng chú ý IBU và PRC được phát hiện ở mức cao đáng báo động, tương ứng với nồng độ cao nhất là 4161ng/L và 3925ng/L và có mặt trong tất cả các mẫu. Hàm lượng cao của IBU được giải thích do khối lượng sử dụng cao, khả năng tiếp cận dễ dàng (đối với thuốc không kê toa) và bền dưới tác động của ánh sáng mặt trời. Đối chiếu với một số nghiên cứu khác cũng cho thấy, IBU được sử dụng nhiều nhất trong nhóm thuốc chống viêm không steroid – 220 tấn tại Pháp năm 2006 [95], và được phát hiện nhiều trong 4 trạm xử lý nước thải ở Tây Ban Nha, với nồng độ 59 từ 3,73 đến 603μg/L [96]. Đối với PRC, theo thống kê của bộ Y tế thì PRC là hoạt chất dẫn đầu thị trường dược phẩm Việt Nam về lượng số đăng kí lên đến hơn 2000 bao gồm dạng đơn chất và dạng phối hợp khác. Đây là loại thuốc giảm đau hạ sốt cực kì phổ biến và được cung cấp không cần kê đơn. Do đó việc phát hiện PRC ở nồng độ cao trong các mẫu là phù hợp. Nồng độ lớn của PRC cũng phù hợp với một số công bố trước đó, như trong nước sông ở Autralia, Africa và sông Aire ở UK với nồng độ theo thứ tự 7150ng/L, 3000ng/L và 4300ng/L. 3.1.3. Sự biến đổi hàm lượng theo mùa của dư lượng dược phẩm trong nước sông hồ Hà Nội Hình 3.2 mô tả hàm lượng của IBU, PRC và CF theo mùa mưa và mùa khô. Từ đồ thị cho thấy hàm lượng các chất trong cả 2 mùa đều cao mặc dù thời tiết đối lập nhau. Vào mùa khô, lượng mưa ít các chất chưa bị phân hủy và pha loãng nhiều nên hàm lượng các chất trong mẫu cao hơn so với mùa mưa, tuy nhiên không có sự khác biệt quá lớn. Hình 3.2: Hàm lượng của IBU, PRC và CF theo mùa mưa và mùa khô 60 Kết luận: Sau khi nghiên cứu sự có mặt của dư lượng dược phẩm trong nước bề mặt ở một số sông hồ Hà Nội chúng tôi thấy hiệu quả của phương pháp phân tích LC/MS-MS từ đó mở ra hướng phát triển mới trong việc phân tích nhiều đối tượng mẫu khác nhau, đặc biệt với các nền mẫu nước không quá phức tạp. 61 3.2. Các ếu tố ảnh hƣởng đến quá tr nh ph n hủ PRC bằng các phƣơng pháp oxi hóa tiên tiến UV, UV/NaClO Nghiên cứu của Huerta-Fontela đã chứng minh được phương pháp oxi hóa tiên tiến (AOPs) có khả năng xử lý các chất ô nhiễm lượng vết trong nước hiệu quả hơn các phương pháp truyền thống như: keo tụ, lắng lọc, xử lý sinh học[6]. Một số nghiên cứu đã được tiến hành gần đây nhằm loại bỏ PRC khỏi nước bằng một số phương pháp khác nhau như: Ozone, UV/TiO2, UV/H2O2, xử lý sinh học, sử dụng [97]. Khử trùng bằng NaClO kết hợp chiếu tia UV là một phương pháp khử trùng nước hiệu quả, rẻ tiền và đang được áp dụng rộng rãi. Quá trình UV/NaClO, Clo tự do (HCl/OCl -) sản sinh ra các gốc tự do hoạt tính như •HO, •Cl, •OCl là tác nhân oxi hóa mạnh có khả năng oxi hóa các chất ô nhiễm hữu cơ [98]. Hiện chưa có nghiên cứu nào nghiên cứu về quá trình xử lý PRC bằng UV/NaClO. Hiệu quả của quá trình UV/NaClO cũng bị ảnh hưởng bởi điều kiện xử lý và các thành phần phức tạp trong nước [49]. Tuy nhiên ảnh hưởng của chúng tới vai trò của các gốc tự do vẫn chưa được làm rõ. Liều lượng Clo và pH đã được ghi nhận là có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm lượng vết trong quá trình UV/NaClO. Khi pH tăng một lượng đáng kể thì hiệu quả xử lý của quá trình UV/NaClO với hầu hết các chất ô nhiễm lượng vết như axit benzoic, carbamazepine, atrazine và ronidazole đều giảm[99], nhưng hiệu quả xử lý đối với trimethoprim giảm nhẹ hơn do hoạt tính cao của gốc •OCl đối với trimethoprim [100]. Các thành phần phức tạp trong nước như các chất hữu cơ khó phân hủy (DOM), kiềm, amoni và halogen xuất hiện rất nhiều trong nước uống và nước thải [101,102,103]. Các hợp chất này có thể ảnh hưởng đáng kể đến “hóa học” clo và hóa học hình thành các gốc của quá trình UV/NaClO, do đó ảnh hưởng tới hiệu quả phân hủy các chất ô nhiễm. DOM cản trở đáng kể đến quá trình phân hủy các chất ô nhiễm lượng vết bằng quá trình UV/NaClO [99,104,105]. Các chất kiềm làm giảm đáng kể sự phân hủy axit benzoic và trimethoprim [100]. Trong khi đó, gốc cacbonat (CO3 •-) đồng thời được hình thành trong quá trình xảy ra phản ứng giữa kiềm với HO• hoặc RCS (ClO•, Cl•) có hoạt tính đối với các chất ô nhiễm lượng vết như tảo độc, paroxetine và sulfachloropyridazine [106]. Trong nước thông thường, 62 DOM và kiềm là các loại săn bắt gốc tự do, sự săn bắt của chúng ảnh hưởng tới các RCS trong quá trình UV/NaClO do vậy cần được nghiên cứu một cách có hệ thống. Amoni phản ứng nhanh với clo và tạo ra cloramin trong điều kiện trung tính [101]. Quá trình UV/monocloramin đã được ghi nhận có khả năng ảnh hưởng tới sự phân hủy của 1,4-dioxane bằng cách sản sinh ra HO• và Cl2 •- [107]. Các hợp chất của halogen như chloride và bromide có thể ảnh hưởng tới quá trình UV/NaClO thông qua phản ứng với HO• và Cl• tạo thành các hợp chất halogen thứ cấp có chứa các gốc như ClHO•-, BrHO•-, Cl•, Cl2•-, Br•, Br2•- và ClBr•-. Do vậy, công trình nghiên cứu này đi sâu vào giải quyết các vấn đề sau : - Đánh giá hiệu quả phân hủy PRC bằng hệ UV/NaClO trên cơ sở so sánh các hệ AOPs khác. - Các ảnh hưởng của liều lượng clo, pH, NOM, kiềm, các ion vô cơ đế

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_phan_tich_cac_san_pham_trung_gian_tao_tha.pdf
Tài liệu liên quan