TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG

DƯƠNG THỊ NGA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG CHOLESTEROL CÓ TRONG
NƯỚC SÔNG SÀI GÒN PHÂN TÍCH TRÊN THIẾT BỊ
GC/MS CÓ SỬ DỤNG PHẦN MỀM AIQS-DB

HÀ NỘI, 2014


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG

DƯƠNG THỊ NGA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG CHOLESTEROL CÓ TRONG
NƯỚC SÔNG SÀI GÒN PHÂN TÍCH TRÊN THIẾT BỊ
GC/MS CÓ SỬ DỤNG PHẦN MỀM AIQS-DB

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Môi trường
Mã ngành: 52510406

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Thanh Thảo
ThS. Lê Thu Thủy

HÀ NỘI, 2014


US EPA Method 625: GC Analysis of Semivolatiles on SLB®5msapplication for GC


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Các thông số hiệu chỉnh của GC/MS…………………………………….
Bảng 2.2 So sánh phương pháp phân tích truyền thồng và phương pháp sử dụng phần
mềm AIQS-DB
Phụ lục 1. Danh sách các hợp chất Check Standards [14]
Phụ lục 2. Danh sách các chất chuẩn đồng hành [14]
Phụ lục 3. Danh các các chất hữu cơ đã được phân tích bằng phần mềm AIQS-DB tích
hợp trên thiết bị GC/MS shimazu [14]
Phụ lục 4. Kết quả phân tích mẫu nước sông Sài Gòn trên thiết bị GC/MS có sử dụng
phần mềm
Phụ lục 6. Một số hình ảnh trong quá trình thực hiện


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Bản đồ lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai
Hình 1.2 Công thức cấu tạo cholesterol
Hình 2.1 Sơ đồ vị trí lấy mẫu
Hình 2.2 Sơ đồ thiết bị sắc kí khí khối phổ
Hình 2.3 Sơ đồ tóm tắt quy trình phân tích bằng phân mềm AIQS-DB
Hình 3.1 Thời gian lưu của các n-ankanes (C9-C33) tại thời điểm phân tích
Hình 3.2 Thời gian lưu của các n-ankanes
Hình 3.3 Cập nhật thời gian lưu của các n-ankanes vào cơ sở dữ liệu
Hình 3.4 Thời gian lưu thực tế của ISTD Perylene-d12


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đề tài này, em xin chân thành cảm ơn ThS. Nguyễn Thanh Thảo

ra có tốc độ gia tăng nhanh chóng [13]. Các ảnh hưởng trái ngược nhau về cả mặt có
lợi và có hại của các chất hóa học đã được đề cập đến trong nhiều báo cáo của các nhà
khoa học. Các hóa chất hữu cơ độc hại đã và đang được quan trắc và đo đạc tại nhiều
nước trên thế giới. Mặc dù vậy, trong rất nhiều các nghiên cứu về các hợp chất hữu cơ
gây ô nhiễm cả trong và ngoài nước, thì các nghiên cứu về cholesterol có trong nguồn
nước mặt gây ô nhiễm môi trường lại rất hạn chế. Người ta vẫn chỉ thường nhắc đến
cholesterol trong cơ thể con người mà không hề biết đến nó cũng tồn tại trong môi
trường và cùng với các hợp chất ô nhiễm trong nguồn nước gây ô nhiễm và ảnh
hưởng trực tiếp tới sức khỏe con người.
Các phương pháp phân tích thường được sử dụng nhiều là phương pháp sắc ký
khí và sắc ký lỏng sử dụng đầu dò khối phổ, các phương pháp này thường có độ nhạy,
độ chọn lọc cao. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ có thể phân tích được từng chất hoặc
từng nhóm chất riêng biệt. Để khắc phục điểm yếu này giáo sư Kadokami (Nhật Bản)
đã viết và phát triển phần mềm AIQS-DB tích hợp trên thiết bị GC/MS. Phần mềm
này được xây dựng trên dữ liệu đường chuẩn, mảnh phổ và thời gian lưu của hơn 900
hợp chất hữu cơ dựa vào hệ thống cơ sở dữ liệu. Vì vậy phương pháp này có thể phân
tích được đồng thời hơn 900 hợp chất hữu cơ ô nhiễm trong môi trường và có ưu điểm
vượt trội so với các phương pháp khác là không cần sử dụng chất chuẩn mà sử dụng


chất nội chuẩn, thời gian phân tích nhanh do đó tiết kiệm chi phí phân tích. Đây là
công cụ hữu ích trong đánh giá ô nhiễm các hợp chất hữu cơ. [7]
Chính vì vậy, em lựa chon phương pháp phân tích trên thiết bị GC-MS sử dụng
phần mềm AIQS-DB nhằm “Đánh giá hàm lượng cholesterol có trong nước sông Sài
Gòn phân tích trên thiết bị GC/MS sử dụng phần mềm AIQS – DB”.


9



nghiệp từ TP.HCM và tỉnh Bình Dương đổ ra. Trong đó, nước thải sinh hoạt là nguồn
gây ô nhiễm đáng kể nhất, chiếm đến 62,2% tổng lưu lượng thải ra sông Sài Gòn. [10]
 Nước thải từ các khu công nghiệp
Trên lưu vực sông Sài Gòn còn có gần 50 khu công nghiệp và cụm công nghiệp
đang hoạt động, với tổng lượng nước thải khoảng hơn 100000 m 3/ngày đêm [10]. Mặc
dù hầu hết các khu công nghiệp đều có hệ thống xử lý nước thải tập trung, nhưng vẫn
còn một số doanh nghiệp chưa thực hiện đấu nối mà xả nước thải trực tiếp ra bên
ngoài. Như việc phát hiện hàng trăm m³ nước màu đen, bốc mùi hôi thối đang chảy từ
2 miệng cống thoát nước mưa của khu công nghiệp Đồng An 1 (Bình Hòa –Thuận An
–Bình Dương) đổ ra kênh D (thuộc xã Bình Hòa, huyện Thuận An, tỉnh Bình Dương).
Lượng nước thải này sau đó sẽ từ kênh D chảy ra rạch Vĩnh Bình và đổ vào sông Sài
Gòn. Lưu lượng nước thải ở hai cống thoát nước mưa trên đường số 5 và số 6 của khu
công nghiệp Đồng An 1 là 1000m³/ ngày đêm. [4]
 Nước thải y tế
Tuy lượng nước thải không nhiều khoảng 10142 m 3/ngày đêm phát sinh từ các
bệnh viện, cơ sở y tế nhưng đây là nguồn thải rất nguy hiểm. Hiện nay, trong số 139
cơ sở y tế đang hoạt động chỉ có 48 bệnh viện có hệ thống xử lý nước thải đạt tiêu
chuẩn, còn lại 91 bệnh viện, cơ sở y tế chưa có hoặc có nhưng xử lý không đạt yêu cầu
[10]. Nước thải từ các bệnh viện thường được đấu nối vào hệ thống thoát nước chung


12

của thành phố và sau đó thải ra sông rạch. Chính điều này đã làm cho nước thải đô thị
của thành phố có mức độ ô nhiễm cao hơn, đặc biệt là các thông số vi sinh và vi trùng
gây bệnh.

 Nước thải chăn nuôi
Nước thải chăn nuôi chứa nhiều vi khuẩn, vi trùng gây bệnh và ô nhiễm hữu cơ
cao. Trong số các đàn vật nuôi nước thải chăn nuôi heo là nguồn thải tương đối lớn và

máy nước BOT Bình An. [8]
Do chất lượng nguồn nước sông Sài Gòn ngày càng xấu, công ty cấp nước bắt
buộc sẽ phải trang bị thêm các thiết bị xử lý, thay đổi công nghệ, ứng dụng các vật liệu
lọc chuyên dụng để xử lý, nhằm đảm bảo chất lượng sau xử lý đạt tiêu chuẩn nước cấp
cho người dân. Nếu tình trạng ô nhiễm vẫn tăng, vượt quá khả năng đầu tư công nghệ
của các nhà máy cấp nước hậu quả sẽ nghiêm trọng không lường trước được.
1.2 Tổng quan về Cholesterol
Cholesterol là 1 chất trong nhóm chất sterol. Cholesrerol có công thức phân tử
là C27H46O. Theo danh pháp quốc tế IUPAC cholesrerol có têngọi là (3β)-cholest-5-en3-ol, ngoài ra còn một số danh pháp khác. Theo tiếng Hy Lạp, chole nghĩa là mật,
stereos là rắn và đuôi –ol chỉ rượu hoặc cồn. Cholesterol được François Poulletier de la
Salle phân lập lần đầu tiên từ túi mật vào năm 1769, tuy nhiên mãi tới năm 1815, nhà
hóa học Eugène Chevreul mới đặt tên cho nó là cholesterine. [2]
Cholesterol là một chất béo steroid có ở màng tế bào của tất cả các mô trong cơ
thể, nó được vận chuyển trong huyết tương của mọi động vật. Cholesterol hiện diện
với nồng độ cao ở các mô tổng hợp nó hoặc có mật độ màng dày đặc trong gan, tuỷ
sống, não và mảng xơ vữa động mạch.
1.2.1 Tính chất vật lý, hóa học của cholesterol [3]
a) Công thức cấu tạo
- Công thức nguyên tử : C27H46O


14

H3C

H3C

12
11



H3C

6

CH3 - Công thức cấu tạo :

Hình 1.2. Công thức cấu tạo cholesterol
+ Đặc điểm :
 Có nhóm OH ở C3, nối đôi ở C5 và C6.
 2 gốc CH3 ở C10, C13 và có nhánh ở cuối
b) Tính chất vật lý
 Là ancol bậc 2, tan kém trong nước, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ như :
aceton, benzen, chloroform, ethanol, hexane, methanol …
 Không thể tan và di chuyển ở dạng tự do trong máu.
 Cholesterol ở dạng sáp, mềm, có màu vàng nhạt.
 Kết tinh dưới dạng vảy óng ánh như xà cừ, dạng kết tinh cũng khác nhau tuỳ theo





môi trường kết tinh.
Nhiệt độ nóng chảy : 148-150 oC
Điểm sôi: 360 oC (phân hủy)
Khối lượng phân tử : 386,65 g/mol
Khả năng hòa tan trong nước: 0,095mg/l (30 ° C)

c) Tính chất hóa học
 Phản ứng với acid béo do nhóm -OH ở C3.

1.2.4 Các nghiên cứu về cholesterol trên thế giới.
Trên thế giới, các nghiên cứu về cholesterol còn rất hạn chế. Theo một nghiên
cứu của Phòng quản lý chất lượng môi trường ở Portlandvề các hợp chất hữu cơ có
chỉ ra các hợp chất hữu cơ có trong nước thải được quan tâm gồm 63 hợp chất hữu cơ
thường được tìm thấy trong các sản phẩm chăm sóc cá nhân và hộ gia đình và trong
nước thải sinh hoạt công nghiệp. Trong đó bao gồm cả: cafein, cholesterol, long não,
cotinin (một chất chuyển hóa nicotine), chất chuyển hóa tẩy, chất kháng khuẩn, thuốc
khử trùng, chất chống oxy hóa, các hợp chất có nguồn gốc từ các chất khử mùi và
nước hoa. [15]


16

Một cuộc khảo sát địa chất Mĩ (USGS) về sự xuất hiện của dược phẩm, các
chất kích thích, các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm (OWCs) có trong nguồn nước. Hợp
chất hữu cơ trong nghiên cứu khảo sát địa chất Mĩ (USGS) sử dụng các phương pháp
phân tích mới phát triển để đo nồng độ của 95 OWCs trong các mẫu nước từ một
mạng lưới của 139 dòng sông ở 30 tiểu bang trong năm 1999 và 2000. Việc lựa chọn
địa điểm lấy mẫu được thiên về dòng dễ bị nước bị ô nhiễm (tức là hạ lưu của đô thị
hóa mạnh mẽ và chăn nuôi ). OWCs được tìm thấy trong 80% trong các dòng lấy mẫu.
Các hợp chất được phát hiện đại diện cho một loạt các nguồn gốc dân cư, công nghiệp,
nông nghiệp và phát hiện 82/ 95 OWCs được tìm thấy trong nghiên cứu này. Các hợp
chất thường xuyên nhất được phát hiện là coprostanol steroid phân), cholesterol (thực
vật và động vật steroid), thuốc chống côn trùng, cafein (chất kích thích), triclosan (chất
khử trùng kháng khuẩn), chất chống cháy và chất tẩy rửa. Trong nghiên cứu này có chỉ
ra phương pháp để xác định 14 hợp chất nhóm steroid và hormone sử dụng phương
pháp chiết lỏng lỏng, và mẫu được thêm dung dịch surrogate standard là 4estradiol và
d7cholesterol để đánh giá hiệu suất của phương pháp. Sau đó mẫu được phân tích bằng
thiết bị GC/MS . Kết quả phân tích của nghiên cứu xác định được nồng độ cholesterol
nằm trong khoảng 0,005 đến 0,18µg/l. [16]







Hóa chất
n – hexan (Merck)
axeton ((Merck)
DCM diclometan (Merck)
Muối NaCl; Na2SO4 ( Merck) : nung 7000C, 6h
Dung dịch đệm photphat NaH2PO4-Na2HPO4
Dung dịch chuẩn standard gồm 62 chất (xem phụ lục 1).
Dung dịch surrogate nồng độ 1ppm gồm 38 chất (xem phụ lục 2).
Dung dịch nội chuẩn: gồm 8 chất


















18

 Bộ thổi khí N2 để đuổi dung môi
 Thiết bị sắc kí GC/MS – QP 2010 của hãng Shimazdu cột mao quản DB – 5MS,
dài 30m, đường kính trong 0.25mm, bề dày lớp pha tĩnh 0,25 µm
2.3 Phương pháp nghiên cứu
2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu
 Tham khảo các kết quả nghiên cứu trước đây của các cơ quan, các nhà khoa học,





các đoàn thể về lưu vực sông Sài Gòn.
Các số liệu về điều kiện tự nhiên của vùng : vị trí địa lí, địa hình, thủy văn…
Thu thập các tài liệu về nguồn thải xả ra sông Sài Gòn
Thu thập tài liệu về cholesterol
Có kế thừa các kết quả nghiên cứu của giáo sư Kadokami của trường Đại học
Kytakyshu (Nhật Bản) đã viết và phát triển phần mềm AIQS-DB một ứng dụng
trực tiếp trên thiết bị GC/MS.

2.3.2 Phương pháp lấy mẫu và bảo quản
Được sử dụng để thực hiện trong quá trình lấy mẫu phân tích. Quá trình lấy
mẫu và bảo quản mẫu đúng cách sẽ làm cho tính chất của mẫu ít bị biến đổi (mẫu chất
phân tích). Chất phân tích bị mất là do trong quá trình lấy mẫu và vận chuyển mẫu về
phòng thí nghiệm không đúng cách do các phản ứng lý hóa và sinh học xảy ra trong
kết quả làm cho mẫu có thể bị kết tủa, bị hấp thụ lên thành bình, bị oxi hóa, làm nồng
độ các chất cần phân tích trong mẫu bị thay đổi. [7]

Lấy mẫu cách bề mặt nước 5cm
Súc rửa chai lấy mẫu, sau đó lấy đầy nước mẫu vào chai. Đậy nắp cẩn thận và ghi

nhãn đầy đủ.
 Bảo quản và vận chuyển mẫu:
 Bảo quản lạnh 40C
 Lưu mẫu không quá 28 ngày
2.3.3 Phương pháp phân tích
 Phương pháp phân tích được sử dụng là sắc kí khí kết hợp khối phổ GC/MS
 Nguyên tắc hoạt động [11]
 Nhờ có khí mang có trong bom khí, mẫu từ buồng bơm hơi được dẫn vào cột tách
nằm trong buồng điều nhiệt. Quá trình sắc kí được diễn ra tại đây
 Sau khi rời khỏi cột tách tại các thời điểm khác nhau, các cấu tử lần lượt đi vào
detector, tại đó chúng được chuyển thành tín hiệu điện
 Tín hiệu này được khuếch đại rồi chuyển sang bộ phận ghi. Các tín hiệu được xử lư
ở đó rồi chuyển sang bộ phận in và lưu kết quả.
 Cấu tạo của hệ thống GC/MS [11]


20

Thiết bị GC/MS được cấu tạo thành 3 phần : Phần sắc kí khí, phần khối phổ và máy
tính.

Hình 2.2 Sơ đồ thiết bị sắc kí khí khối phổ
 Các khí mang phải trơ về mặt hóa học như : He; N2 ; Ar; CO2 ; H2
 Độ tinh khiết của các khí thông thường phải cao hơn 99.95%. Khi sắc kí khí ghép
nối với khối phổ thì khí mang phải là He. Vì He thích hợp cho sắc kí ở nhiệt độ
cao và cho hiệu quả tách cao hơn.
 Trong đề tài này sử dụng cột sắc kí là cột mao quản.

sử dụng các dung dịch chuẩn.
Trong dữ liệu phần mềm có xây dựng các phương pháp chuẩn để áp dụng trong phân
tích bao gồm các phương pháp sau :
 Measure Check STD: đo và xác định dung dịch chuẩn của n-ankanes (dữ liệu phân
tích)
 Simul_Scan.qgm: Đo và tính toán kết quả mẫu. Định lượng khoảng 1000 hợp chất
được đăng kí trong dữ liệu phần mềm xác định đồng thời tự động (AIQS-DB)
 Simul_SIM: Định lượng các hợp chất (PAHs, PCBs, OCPs, và sterols)
 Surrogate: Định lượng các hợp chất đồng hành
 Check STD: định lượng các giá trị của dung dịch chuẩn được thức hiện trên thiết bị
GC/MS
 Sleep.qgm: tải các thông số của máy về các thông số tối ưu khi không chạy mẫu
2.3.4 Phương pháp xử lý số liệu
Sử dụng các phương pháp được xây dựng sẵn trên phần mềm để tính kết quả.
2.3.5 Quy trình xử lý mẫu
 Chiết lỏng – lỏng
Mẫu 1L
 thêm 30 g NaCl đã nung ở 7000C,6h
1 mL dung dịch đệm (NaH2PO4-Na2HPO4, pH7)
 (10µg/mL x 100µL) chuẩn đồng hành


22

Chiết lỏng – lỏng bằng DCM (chiết 3 lần, mỗi lần 100ml, 50ml, 50ml DCM)
Dịch chiết
Loại nước
 phễu lọc có bông thủy tinh
 Na2SO4
Cô dịch chiết đến 5ml

Lắp cột sử dụng mao quản DB5-MS (5% phenyl- methyl polisiloxane capillary
column) với chiều dài 30m, đường kính trong 0.25mm và bề dày lớp pha tĩnh

0,25µm
 Khởi động thiết bị/ Bật hệ thống chân không,
 Cài đặt các thông số theo điều kiện tiêu chuẩn của phần mềm và hiệu chuẩn điều
kiện MS theo phương pháp dữ liệu M625.QGT:


23






Bấm vào biểu tượng trên thanh công cụ mở cửa sổ Tuning
Mở các điều kiện hiệu chuẩn từ file M625.QGT
Bấm vào biểu tượng Start Auto Tuning trên thanh công cụ.
Dữ liệu chuẩn sẽ bắt đầu chạy, khi dữ liệu chạy xong thì lưu kết quả hiệu chuẩn

vào file riêng với cấu trúc tên ‘ddmmyy CS.qdg’
 Điều kiện tiêu chuẩn cần phải được thiết lập để dự đoán thời gian chính xác và để









ankanes dự đoán cập nhật thời gian lưu của các chất tại thời điểm phân tích
 Phân tích mẫu
Sử dụng phương pháp đã cập nhật thời gian lưu. phát hiện các chất dựa trên
thời gian lưu và khối phổ, định lượng bằng đường chuẩn có sẵn trong cơ sở dữ liệu.
Quá trình đo mẫu: (bơm 1 µl mẫu ) sử dụng phương pháp Simul_Scan.qgm
 Dữ liệu xử lý kết quả sử dụng phương pháp Simul_SIM..qgm
 Lưu dữ liệu kết quả dưới dạng văn bản.
 Hiệu chuẩn điều kiện của thiết bị


24

Thiết bị sử dụng để phân tích là máy GC/MS. 1 µl mẫu được bơm với sự giúp
đỡ của hệ lấy mẫu tự động AOC – 20S và chế độ bơm tự động AOC – 20i ( Shimadzu)
Các thông số của thiết bị GC/MS được đặt theo điều kiện chuẩn theo bảng sau

Bảng 2.1 Các thông số hiệu chỉnh của GC/MS
Các thông số

Điều kiện

Cột (column)

J & DB – 5MS ( 5% phenyl -95% methylsilixabe) cột pha
tĩnh, chiều dài 30m. đường kính trong 0.25 mm, bề dày lớp
phủ 0.25 mm

Chương trình nhiệtt độ
lò

Scan range

35 amu đến 550 amu

Scan rate

0.35 s/ scan

Dung môi

Hecxan


25

Khởi động

Cài đặt các thông số và hiệu chuẩn thiết bị theo điều kiện tiêu
chuẩn của phương pháp
Phân tích chuẩn n-

Cơ sở dữ liệu phổ khối,

ankanes

thời gian lưu, đường
chuẩn

Phân tích mẫu