Nghiên cứu cải tiến hệ thống chia mẫu của máy sắc ký khí trong quá trình phân tích khí nhà kính (CH4, N2O, CO2) nhằm hạ thấp giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng

35
Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 5(90)/2018
Study on in vitro culture of Spodoptera litura cells 
for bio-pesticide production by infected virus
Ha Thi Thu Thuy, Le Van Trinh, Nguyen Thi Nhu Quynh
Abstract
Embryonic cells from mature ovaries are maintained continuously in the nutrient medium. The success of Spodoptera 
litura cell culture by 2.tp established embryonic tissue cells. In primary culture, at the twenty seven days of culture, 
cell adhered on the surface of the culture vessel and the number was folded up  to  20 times. In subculture, the 
morphology of cells from embryo was rather stable at the 25th cultruring transfer. The new cells should be stored at 
– 800C for up to one month. After storing, the cells need to be recovered by culturing and appropriate medium for 
culturing was Excell 420-14419C. In this medium, the density of cells was 18.84 ˟ 109 cells/ml.
Keywords: Insect cell strain, S. litura, cell culture
Ngày nhận bài: 15/4/2018
Ngày phản biện: 19/4/2018
Người phản biện: TS. Nguyễn Văn Liêm
Ngày duyệt đăng: 10/5/2018
1 Viện Môi trường Nông nghiệp
NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HỆ THỐNG CHIA MẪU CỦA MÁY SẮC KÝ KHÍ 
TRONG QUÁ TRÌNH PHÂN TÍCH KHÍ NHÀ KÍNH (CH4, N2O, CO2) 
NHẰM HẠ THẤP GIỚI HẠN PHÁT HIỆN VÀ GIỚI HẠN ĐỊNH LƯỢNG 
Phạm Thị Bưởi1, Nguyễn Phương Linh1, Phạm Thị Toan1, 
Nguyễn Thị Thanh Hương1, Trần Thị Thơm1, Nguyễn Anh Vũ1
TÓM TẮT
Phương pháp phân tích sắc ký khí là một phương pháp phân tích hiện đại đã được ứng dụng trong phân tích các 
khí nhà kính. Hiện nay, Trung tâm Phân tích và Chuyển giao Công nghệ môi trường, Viện Môi trường Nông nghiệp 
đã cải tiến và ứng dụng phương pháp phân tích sắc ký khí cho phân tích đồng thời ba khí nhà kính CH4, N2O và 
CO2. Kết quả xác định được giới hạn phát hiện của CH4, N2O và CO2 lần lượt là 0,051 mg/L; 0,011 mg/L và 4,806 
mg/L với độ thu hồi của phép phân tích lần lượt là 98%, 101% và 98%. Phương pháp này có thể ứng dụng để phân 
tích khí CH4, N2O, CO2 trong không khí, khí từ hệ thống Biogas, khí từ bãi rác và trong một số nguồn khí thải khác.
Từ khóa: Khí nhà kính, sắc ký khí, khí Biogas
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Khí nhà kính là những khí có khả năng hấp thụ 
các bức xạ sóng dài (hồng ngoại) được phản xạ từ 
bề mặt trái đất khi được chiếu sáng bằng ánh sáng 
mặt trời, sau đó phân tán nhiệt lại cho trái đất, gây 
nên hiệu ứng nhà kính. Các khí nhà kính chỉ chiếm 
khoảng 1% khí quyển, trong đó CO2 chiếm 76%, 
CH4 chiếm 16%, N2O chiếm 6% tổng lượng phát thải 
khí nhà kính toàn cầu; riêng trong cơ cấu phát thải 
theo ngành, phát thải khí nhà kính từ nông nghiệp 
chiếm khoảng 26% (Anna Kijewska, Anna Bluszcz, 
2016). Theo Bộ Tài nguyên và Môi trường (báo cáo 
năm 2014), đến năm 2005, lượng khí nhà kính phát 
thải trong lĩnh vực nông nghiệp là 80,58 triệu tấn 
CO2 tương đương, chiếm 49,37% tổng lượng khí nhà 
kính phát thải của cả nước. Nồng độ khí nhà kính 
tăng lên góp phần gây nên hiện tượng nóng lên toàn 
cầu, khiến băng ở hai cực tan ra làm tăng mực nước 
biển, điều này gây ra lũ lụt, hạn hán ảnh hưởng đến 
khí hậu, thời tiết và cuộc sống của con người. Do 
đó việc phân tích các khí nhà kính có ý nghĩa quan 
trọng, nó giúp đo đếm chính xác lượng phát thải của 
các nguồn thải nhằm tính toán tổng lượng phát thải 
từ đó có hướng cho các nghiên cứu nhằm giảm phát 
thải khí nhà kính. 
Có rất nhiều phương pháp phân tích CH4, N2O, 
CO2 đã và đang được sử dụng. CO2 có thể được phân 
tích bằng phương pháp hấp thụ hồng ngoại, phương 
pháp tạo kết tủa với dung dịch bari hydroxit, phương 
pháp chuẩn độ, phương pháp thử ống đầu dò với chỉ 
thị hydrazin và tím tinh thể, phương pháp thử độ 
axit với chỉ thị metyl da cam... Với phân tích N2O, 
có thể sử dụng phương pháp so màu huỳnh quang, 
phương pháp hồng ngoại không phân tán. Nhìn 
36
Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 5(90)/2018
chung, các phương pháp phân tích kể trên thường 
phải hấp thụ khí qua dung dịch hấp thụ, có thể dẫn 
đến sai số đáng kể. 
Ưu điểm của phương pháp phân tích sắc ký khí 
được sử dụng tại Trung tâm là chỉ sử dụng một thiết 
bị sắc ký trong cùng một thời gian có thể định lượng 
trực tiếp cả 3 loại khí với độ chính xác cao (không 
cần thông qua hấp thụ khí). Khi áp dụng cải tiến 
hệ thống chia mẫu (chia loop) cho phép phân tích 
giới hạn pháp hiện (LOD) của CH4 là 0,051 mg/L; 
N2O là 0,011 mg/L; CO2 là 4,806 mg/L tương đương 
theo thống kê giá trị LOD của CH4 giảm 10 lần; N2O 
giảm 17 lần; CO2 giảm 9 lần so với phân tích không 
chia loop. Phương pháp này có thể ứng dụng để 
phân tích khí CH4, N2O, CO2 trong không khí, khí 
từ hệ thống Biogas, khí từ bãi rác và trong một số 
nguồn khí thải khác.
II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu, thiết bị
- Hệ thống sắc ký khí (GC-2014): Hệ thống sắc ký 
khí (GC-2014) được sản xuất bởi Công ty Shimazu, 
Nhật Bản, được trang bị các đầu dò (detector) dùng 
cho phân tích khí nhà kính, bao gồm: Đầu dò dẫn 
nhiệt - Thermal Conductivity Detector (TCD) - 
phân tích CO2; Đầu dò Ion hóa ngọn lửa - Flame 
Ionization Detector (FID) - phân tích CH4; Đầu dò 
cộng kết điện tử - Electron Capture Detector (ECD) 
- phân tích N 2O.
- Bình khí chuẩn: Sử dụng 3 bình khí chuẩn chứa 
hỗn hợp CH4, N2O và CO2 để xây dựng đường chuẩn 
và kiểm tra phương pháp.
Bảng 1. Nồng độ khí trong các bình khí chuẩn
- Không khí xung quanh: Không khí xung quanh 
được nén vào các bình vỏ kim loại, dung tích 2 L, đã 
được làm sạch và hút chân không, dùng để xác định 
các giá trị sử dụng của phương pháp.
2.2. Phương pháp nghiên cứu 
2.2.1. Khảo sát hệ thống GC-2014
Nghiên cứu Cataloge của thiết bị, hiểu được cơ 
chế chia mẫu và các bộ phận chia mẫu để từ đó cải 
tiến hệ thống chia mẫu cho độ chính xác cao hơn. 
2.2.2. Cải tiến hệ thống chia mẫu
Hệ thống chia mẫu (chia loop) trong thiết kế của 
nhà sản xuất là loop 1 có thể tích 1 mL chia mẫu cho 
phân tích N2O, loop 2 có thể tích là 2 mL chia mẫu 
cho phân tích CH4 và CO2. 
 Nhóm nghiên cứu thiết kế thêm các ống với các 
thể tích thấp hơn nhằm giảm lượng mẫu đi vào hệ 
thống từ đó giảm giới hạn phát hiện và giới hạn định 
lượng của phương pháp. Các ống chia mẫu được làm 
bằng ống inox chuyên dụng không gỉ. 
- Công thức 1: Sử dụng ống chia mẫu của nhà 
sản xuất, loop 1 có thể tích 1 mL, loop 2 có thể tích 
là 2 mL. 
- Công thức 2: loop 1 có thể tích 0,5 mL, loop 2 
có thể tích là 1 mL. 
- Công thức 3: loop 1 có thể tích 0,1 mL, loop 2 có 
thể tích là 0,5 mL. 
- Công thức 4: loop 1 có thể tích 0,1 mL, loop 2 có 
thể tích là 0,2 mL. 
Để đảm bảo các thể tích mẫu được chia như yêu 
cầu của các công thức trên thì kích thước của ống 
chia phải được thiết kế theo công thức sau: 
V = 3,14 ˟ (d/2)2 ˟ L
Trong đó, d là đường kính trong của loop, L là chiều 
dài loop.
Trong trường hợp có 3 bình chuẩn có nồng độ 
khí khác nhau. Trong đó, bình 3 có nồng độ CH4 và 
N2O thấp hơn, để vừa xác định được giới hạn dưới 
và để xây dựng được đường chuẩn thì áp dụng công 
thức 1, 2, 3 cho bình 1, công thức 1, 2 cho bình 2 và 
công thức 1, 2, 3, 4 cho bình 3.
2.2.3. Xác định độ tuyến tính sau cải tiến chia loop
Xây dựng đường chuẩn theo nồng độ của khí và 
diện tích peak được ghi nhận trên máy. Thực hiện 
trong cùng điều kiện không có sự thay đổi về kỹ 
thuật viên, thời gian... theo đúng quy trình. 
2.2.4. Xác định giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn 
định lượng (LOQ), độ thu hồi (H) của phương pháp 
sau cải tiến chia loop
 Xác định các giá trị này bằng cách thực hiện thử 
nghiệm lặp lại 10 lần một mẫu thử ở nồng độ thấp. 
Thực hiện trong cùng điều kiện không có sự thay 
đổi về kỹ thuật viên, thời gian... theo đúng quy trình. 
SD =
∑(ri_r)2
(n_1) LOD = 3 ˟ SD 
LOQ = 10 ˟ SD H (%) = (Cc/Clt) ˟ 100%
STT Ký hiệu bình
Nồng độ (ppm)
CH4 N2O CO2
1 B1 1 17 101
2 B2 1010 170 10100
3 B3 5 1 500
37
Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 5(90)/2018
3.2. Kết quả cải tiến hệ thống chia mẫu
Việc thay thế các loop làm thay đổi thể tích khí 
vào cột, dẫn đến sự thay đổi tín hiệu phân tích trên 
thiết bị. Tiến hành phân tích kiểm chứng trên bình 
chuẩn B3 thu được kết quả như bảng 2.
Bảng 2. Kết quả khảo sát sự thay đổi 
kết quả phân tích khi thay loop
Nhận xét: Khi sử dụng loop ở công thức 2 tín 
hiệu diện tích peak ghi nhận khi phân tích N2O, CH4 
và CO2 giảm 2 lần. Sử dụng loop ở công thức 3 tín 
hiệu diện tích peak ghi nhận khi phân tích N2O giảm 
10 lần, CH4 và CO2 giảm 4 lần. Sử dụng loop ở công 
thức 4 tín hiệu diện tích peak ghi nhận khi phân tích 
N2O, CH4 và CO2 giảm 10 lần Kết luận tỷ lệ giảm thể 
tích tương đương với tỷ lệ giảm tín hiệu diện tích 
peak, do vậy việc thay thế loop đảm bảo phân tích 
được nồng độ các khí nhỏ hơn so với thông thường 
và kết quả phân tích vẫn đảm bảo độ chính xác.
3.3. Xác định độ tuyến tính
Ứng dụng thay loop được sử dụng để xây dựng 
đường chuẩn và xác định khoảng tuyến tính của phép 
đo. Trong điều kiện nhà cung cấp chỉ cung cấp được 
bình chuẩn có nồng độ cao, việc thay loop có tác dụng 
giảm nồng độ khí chuẩn tới mức mong muốn. Thêm 
vào đó, thay vì tốn chi phí mua 6 bình chuẩn cho 
6 điểm chuẩn làm việc (theo quy định của AOAC) 
nhóm nghiên cứu chỉ cần sử dụng 3 bình chuẩn và 
thay đổi thể tích các loop để đạt được nồng độ mong 
muốn trong phép đo. Kết quả thể hiện ở bảng 3.
2.2.5. Khảo sát mẫu không khí nền
Phân tích mẫu không khí xung quanh được nén 
vào các bình vỏ kim loại, dung tích 2 L, đã được làm 
sạch và hút chân không. So sánh kết quả thu được 
với giá trị tham chiếu quốc tế - Kết quả quan trắc 
trong Chương trình Theo dõi nồng độ khí quyển 
toàn cầu WMO (WMO, 2012).
2.3. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
- Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 6/2017 đến 
tháng 8/2017.
- Địa điểm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm môi 
trường, Trung tâm phân tích và chuyển giao công 
nghệ môi trường - Viện Môi trường Nông nghiệp.
III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả khảo sát hệ thống GC-2014
Theo thiết kế của thiết bị, đường đi của mẫu khí 
trong hệ thống GC-2014 (Shimadzu Corporation, 
2014) như sau: mẫu khí từ cổng bơm qua 2 loop chia 
mẫu tới 7 cột tách và qua 3 detector để ghi nhận tín 
hiệu phân tích. Nhóm nghiên cứu cải tiến hệ thống 
ở 2 loop chia mẫu. Hai loop chia mẫu gắn bên hông 
thiết bị là loop 1 và loop 2 có thể tháo rời ra khỏi 
thiết bị mà không gây sai khác đến hệ GC-2014.
Công thức 
sử dụng
Diện tích 
peak (A)
Tỷ lệ giảm của 
diện tích peak
CH4 N2O CO2 CH4 N2O CO2 
Công thức 1 49095 8893 3324      
Công thức 2 24261 4623 1654 2 2 2
Công thức 3 12007 886 820 4 10 4
Công thức 4 4867 888 335 10 10 10
Hình 1. Vị trí loop trên thân máy Hình 2. Các loop thay thế
38
Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 5(90)/2018
3.4. Xác định giới hạn phát hiện, giới hạn định 
lượng, độ thu hồi của phương pháp
Kết quả thử nghiệm 10 lần bình khí B3 có nồng 
độ CH4 là 5 ppm, N2O là 1 ppm, CO2 là 500 ppm sử 
dụng loop chia mẫu ở công thức 4. Khi đó thể tích 
vào hệ thống giảm 10 lần và thu được kết quả như 
bảng 6.
STT Bình chuẩn
Công thức 
sử dụng
Nồng độ (ppm)
CH4 N2O CO2
1
B1
Công thức 1 1 17 101
2 Công thức 2 0,5 8,5 50,5
3 Công thức 3 0,25 1,7 25,25
4
B2
Công thức 1 1010 170 10100
5 Công thức 2 505 85 5050
6
B3
Công thức 1 5 1 500
7 Công thức 2 2,5 0,5 250
8 Công thức 3 1,25 0,1 125
9 Công thức 4 0,5 0,1 50
Tên 
khí
Nồng độ của dãy chuẩn (ppm)
C1 C2 C3 C4 C5 C6
CH4 0,25 0,5 1,25 2,5 5 505
N2O 0,1 0,5 1 1,7 8,5 17
CO2 25,25 50,5 125 250 500 5050
Bảng 3. Nồng độ khí ứng với các bình chuẩn khi thay loop Việc thay đổi loop như trên lập được khoảng 
tuyến tính của phép đo như bảng 4. 
Bảng 4. Kết quả phân tích xây dựng khoảng tuyến tính
Hệ số R² của đường tuyến tính của cả 3 khí CH4, 
N2O, CO2 đều > 0,99, do đó có thể sử dụng đường 
chuẩn cho các phép phân tích định lượng.
Bảng 5. Kết quả xây dựng đường tuyến tính
TT Khí Dải nồng độ(ppm) Đường chuẩn Đồ thị đường chuẩn
1 CO2 50 ÷ 5050 
y = 7,0691x – 84,484
R² = 0,9999
0 2500 5000 7500 10000 12500 15000 Area
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75
2.00
2.25
2.50
Conc.(x1,000)
1 2 
3 
4 
5 
6 
2 CH 4 0,25 ÷ 505
y = 9858,8x – 369,14
R² = 0,9991
0 10000 20000 30000 40000 Area
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
Conc.
1 
2 
3 
4 
5 
6 
3 N2O 0,1 ÷ 17
y = 9201,3x + 316,15
R² = 0,9999
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 Area
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
Conc.
1 
2 
3 
4 
5 
39
Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 5(90)/2018
Bảng 6. Kết quả xác định LOD, LOQ, H(%) có thay loop
So sánh kết quả thử nghiệm 10 lần bình khí B3 
có nồng độ CH4 là 5 ppm, N2O là 1 ppm, CO2 là 500 
ppm mà không sử dụng chia loop trong bảng 7.
Bảng 7. Kết quả xác định LOD, LOQ, H(%) 
không thay loop
Nhận xét: Độ thu hồi của cả hai cách phân tích 
đều đạt từ 98% đến 105% và đạt theo quy định của 
AOAC (80 - 110%). Tuy nhiên, khi áp dụng chia 
loop cho phép phân tích giới hạn pháp hiện (LOD) 
của CH4 là 0,051 mg/L; N2O là 0,011 mg/L; CO2 là 
4,806 mg/L tương đương theo thống kê giá trị LOD 
của CH4 giảm 10 lần; N2O giảm 17 lần; CO2 giảm 9 
lần so với phân tích không chia loop. Giới hạn pháp 
hiện giảm xuống có ý nghĩa rất lớn trong việc phân 
tích các mẫu có nồng độ nhỏ, đòi hỏi tính chính 
xác cao.
3.5. Kết quả phân tích khí trên mẫu không khí 
xung quanh
Kết quả phân tích không khí xung quanh trên 
máy sắc ký khí như bảng 8.
Bảng 8. Kết quả phân tích không khí xung quanh
Nhận xét: Đánh giá phép phân tích thông qua chỉ 
số %RSD của CH4, N2O và CO2 là 2,65%, 1,73% và 
1,01% đều nhỏ hơn %RSD tối đa chấp nhận được là 
11% (Viện Kiểm nghiệm an toàn vệ sinh thực phẩm, 
2010), như vậy phương pháp phân tích này có độ lặp 
lại tốt.
- So sánh kết quả phân tích
Các phân tích mới nhất từ kết quả quan trắc trong 
Chương trình Theo dõi nồng độ khí quyển toàn cầu 
WMO (WMO, 2016) cho thấy nồng độ mol trung 
bình của khí carbon dioxide (CO2), methane (CH4) 
và nitrous oxide (N2O) trên toàn cầu đều đạt ngưỡng 
mới trong năm 2015 với CO2 ở mức 400 ± 0,1 ppm, 
CH4 ở mức 1,845 ± 0,002 ppm và N2O ở mức 0,328 
± 0,001 ppm.
Bảng 9. Bảng so sánh kết quả phân tích 
không khí xung quanh
Nhận xét: So sánh kết quả phân tích của nhóm 
với kết quả quan trắc theo dõi nồng độ khí quyển 
toàn cầu của WMO có sự tương đồng do vậy phương 
pháp phân tích này cho kết quả tin cậy.
IV. KẾT LUẬN
Nghiên cứu đã cải tiến được hệ thống GC-2014 
để tối ưu hóa phân tích khí nhà kính gồm CH4, N2O 
và CO 2 trên thiết bị sắc ký khí. Nghiên cứu đã xác 
định được giới hạn phát hiện của khí nhà kính trong 
phương pháp phân tích này như sau: CH4 là 0,051 
mg/L; N2O là 0,011 mg/L; CO2 là 4,806 mg/L với 
độ tin cậy cao. Nghiên cứu cũng xác định được độ 
thu hồi của phép phân tích đối với CH4, N2O và CO2 
lần lượt là 98%, 101% và 98% (bảng 6), đều đạt yêu 
cầu theo hướng dẫn của thẩm định phương pháp 
phân tích hóa học & sinh học. Như vậy, việc cải tiến 
phương pháp phân tích này đã đạt các yêu cầu về sự 
phù hợp và độ chính xác, có thể ứng dụng vào phân 
tích thực tế và nghiên cứu chuyên sâu về sau.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2014. Báo cáo cập nhật 
hai năm một lần lần thứ nhất của Việt Nam cho công 
ước khung của liên hợp quốc về biến đổi khí hậu. 
Nhà xuất bản Tài nguyên - Môi trường và Bản đồ 
Việt Nam.
Viện Kiểm nghiệm an toàn vệ sinh thực phẩm, 2010. 
Thẩm định phương pháp phân tích hóa học & sinh 
học. NXB Khoa học và Kỹ thuật. Hà Nội, trang 44-
45-57. 
Thông số
Kết quả (ppm)
CH4 N2O CO2 
Kết quả trung bình 0,490 0,101 48,77
LOD 0,051 0,011 4,806
LOQ 0,153 0,033 14,42
H (%) 98 101 98
Thông số
Kết quả (ppm)
CH4 N2O CO2 
Kết quả trung bình 4,886 1,058 466,63
LOD 0,485 0,191 45,47
LOQ 1,455 0,574 136,4
H (%) 98 105 98
Ký hiệu
Kết quả (ppm)
CH4 N2O CO2 
Trung bình 2,081 0,322 402
Độ lệch chuẩn SD 0,055 0,006 4,072
%RSD 2,65 1,73 1,01
Cơ quan 
phân tích
Kết quả (ppm)
CH4 N2O CO2 
CEAT 2,081 0,322 402
WMO 1,845 0,328 400
Trung bình 1,963 0,325 401
SD 0,167 0,004 1,414
RSD (%) 8,5 1,3 0,4