Ứng dụng phương pháp lc ms ms trong nghiên cứu động học khử một số thuốc trử sâu nhom phospho hưu cơ và carbamat trong nước kênh rạch bằng

Một số nghiên cứu về định lượng các hóa chất bảo vệ thực vật và động học khử các hợp chất hữu cơ bằng vật liệu nano titan dioxit theo nguyên lý xúc tác quang hoạt .... Trong những năm gầ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC CẦN THƠ

NGỤY TẤN LỘC

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP LC-MS/MS TRONG NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC KHỬ MỘT SỐ THUỐC TRỪ SÂU NHÓM

PHOSPHO HỮU CƠ VÀ CARBAMAT

TRONG NƯỚC KÊNH RẠCH BẰNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC

Cần Thơ – 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC CẦN THƠ

NGỤY TẤN LỘC

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP LC-MS/MS TRONG NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC KHỬ MỘT SỐ THUỐC TRỪ SÂU NHÓM

PHOSPHO HỮU CƠ VÀ CARBAMAT

TRONG NƯỚC KÊNH RẠCH BẰNG

Chuyên ngành : Kiểm Nghiệm Thuốc và Độc Chất

MS : 8720210

LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC

Người hướng dẫn khoa học

TS LÊ HỮU PHƯỚC

Cần Thơ – 2019

LỜI CÁM ƠN

Sau thời gian học tập và nghiên cứu thực hiện luận văn dưới sự hướng dẫn của

TS Lê Hữu Phước, em xin gửi lời cám ơn chân thành, sâu sắc đến:

TS Lê Hữu Phước - Bộ môn Vật Lý - Lý Sinh, khoa Khoa Học Cơ Bản, Trường Đại Học Y Dược Cần Thơ và TS Đỗ Châu Minh Vĩnh Thọ - Trưởng liên

bộ môn Hóa phân tích - Kiểm nghiệm - Độc chất, Trường Đại học Y Dược Cần Thơ, đã luôn tận tình truyền dạy kiến thức quý báu, hỗ trợ và giúp đỡ em trong những lúc khó khăn khi thực hiện luận văn

Các thầy cô trong liên bộ môn Hóa phân tích- Kiểm nghiệm - Độc chất, cô Dương Thị Trúc Ly, cô Nguyễn Thị Ngọc Vân, cô Nguyễn Thị Đặng, em Đỗ Trung Hiền đã hỗ trợ, giúp đỡ và tạo điều kiện cho em có đầy đủ dụng cụ, trang thiết bị, máy móc, đóng góp ý kiến, chỉ dẫn em để thực hiện tốt luận văn

Cảm ơn các anh chị và các em học viên cùng lớp cao học Kiểm Nghiệm 2017-

2019 đã giúp đỡ em rất nhiều trong suốt thời gian qua Xin cảm ơn những người bạn trong nhóm đề tài kiểm nghiệm, cảm ơn những đồng đội MS đã hỗ trợ giúp đỡ em rất nhiều về mọi mặt

Và cuối cùng, xin cám ơn cả gia đình đã luôn ở bên cạnh động viên và hỗ trợ cho em hoàn thành thật tốt luận văn Cảm ơn những người bạn dù ở xa vẫn luôn thăm hỏi, động viên và giúp đỡ hết lòng để em luôn tự tin và giữ vững quyết tâm và hoàn thành mục tiêu của mình

Đề tài này được tài trợ bởi Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài mã số 103.99-2016.75

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Lê Hữu Phước Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực, chưa từng được công bố trong bất kỳ tài liệu nào khác

Cần Thơ, ngày 11 tháng 11 năm 2019

Học viên

Ngụy Tấn Lộc

MỤC LỤC

Trang LỜI CÁM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC CÁC HÌNH viii

DANH MỤC CÁC BẢNG x

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ VÀ BIỂU ĐỒ xii

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Hóa chất bảo vệ thực vật nhóm phospho hữu cơ 3

1.2 Hóa chất bảo vệ thực vật nhóm carbamat 5

1.3 Tình hình sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật trong nông nghiệp tại Việt Nam và thế giới 6

1.4 Tình trạng ô nhiễm hóa chất bảo vệ thực vật và mối nguy hại đến môi trường sinh thái tại Việt Nam 8

1.5 Tổng quan về hệ thống sắc ký lỏng ghép khối phổ ba lần tứ cực 10

1.6 Các bước thẩm định quy trình phân tích theo hướng dẫn AOAC và EC 13 1.7 Vật liệu nano titan dioxit 15

1.8 Một số nghiên cứu về định lượng các hóa chất bảo vệ thực vật và động học khử các hợp chất hữu cơ bằng vật liệu nano titan dioxit theo nguyên lý xúc tác quang hoạt 18

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1 Đối tượng nghiên cứu 24

2.2 Phương pháp nghiên cứu 25

2.3 Đạo đức trong nghiên cứu 38

Chương 3 KẾT QUẢ 39

3.1 Xây dựng quy trình định lượng đồng thời dư lượng các thuốc trừ sâu nhóm phospho hữu cơ và carbamat trong nước kênh rạch bằng phương pháp LC-MS/MS 39

nhóm phospho hữu cơ và carbamat trong nước kênh rạch bằng phương pháp LC-MS/MS 49

nhóm phospho hữu cơ và carbamat trong nước kênh rạch bằng phương pháp LC-MS/MS 573.4 Xác định động học khử các thuốc trừ sâu nhóm phospho hữu cơ và carbamat trong nước kênh rạch bằng vật liệu nano titan dioxit dưới tác dụng của ánh sáng tử ngoại – khả kiến 59Chương 4 BÀN LUẬN 614.1 Xây dựng quy trình định lượng đồng thời dư lượng các thuốc trừ sâu nhóm phospho hữu cơ và carbamat trong nước kênh rạch bằng phương pháp LC-MS/MS 61

nhóm phospho hữu cơ và carbamat trong nước kênh rạch bằng phương pháp LC-MS/MS 72

nhóm phospho hữu cơ và carbamat trong nước kênh rạch bằng phương pháp LC-MS/MS 764.4 Xác định động học khử các thuốc trừ sâu nhóm phospho hữu cơ và carbamat trong nước kênh rạch bằng vật liệu nano titan dioxit dưới tác dụng của ánh sáng tử ngoại – khả kiến 77KẾT LUẬN 79KIẾN NGHỊ 81TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Mass Spectrometry

Sắc ký lỏng ghép đầu dò 2 lần khối phổ

nghiệm

Sắc ký lỏng siêu hiệu năng ghép đầu dò 2 lần khối phổ

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1 1 Tình sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật trên thế giới 7

Hình 1 2 Sơ đồ hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao 11

Hình 1 3 Sơ đồ cấu tạo bộ phân tích khối ba tứ cực 12

Hình 1 4 Quy trình chế tạo vật liệu ống nano TiO2 16

Hình 1 5 Cơ chế quang xúc tác khử hóa chất bảo vệ thực vật của nano TiO2 18

Hình 3 1 Đồ thị biểu diễn năng lượng phân mảnh cho nội chuẩn triphenylphosphat 40

Hình 3 2 Kết quả auto-tune của dimethoat 42

Hình 3 3 Kết quả manual-tune mảnh định lượng của dimethoat 42

Hình 3 4 Sắc ký đồ hỗn hợp chuẩn dimethoat, carbaryl, fenobucarb, fenitrothion, quinalphos và triphenylphosphat ở điều kiện khối phổ tối ưu và sắc ký thích hợp 46

Hình 3 5 Sắc ký đồ mẫu trắng thêm chuẩn được xử lý qua cột SPE Strata C18-E 47

Hình 3 6 Sắc ký đồ mẫu trắng thêm chuẩn được xử lý bằng EDTA 48

Hình 3 7 Sắc ký đồ mẫu trắng, mẫu trắng thêm chuẩn, mẫu trắng thêm chuẩn lần 2 và mẫu chuẩn của quinalphos 51

Hình 3 8 Phổ khối ES+ của mẫu trắng thêm chuẩn 51

Hình 3 9 Phổ khối ion phân mãnh của fenobucarb 52

Hình 3 10 Đường tuyến tính của fenobucarb truy xuất từ phần mềm Masslynx 4.1 54

Hình 3 11 Đường tuyến tính của dimethoat truy xuất từ phần mềm 54

Hình 3 12 Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của carbaryl. 56

Hình 3 13 Sắc ký đồ của mẫu HG-CT2 nhiễm fenobucarb và fenitrothion ở

nồng độ cao 58

Hình 3 14 Sắc ký đồ khảo sát tác nhân khử TNWs/TNAs đới với fenobucarb

và fenitrothion tại 3 mốc thời gian 5 phút, 15 phút và 25 phút 60

Hình 4 1 Phổ khối ion phân mãnh của chuẩn nội triphenylphosphat từ thư

viện phổ chuẩn Châu Âu 62

Hình 4 2 Phổ khối ion phân mãnh của dimethoat từ thư viện phổ chuẩn

Châu Âu 64

Hình 4 3 Phân mảnh con trong đặc trưng cho phân tích định lượng carbaryl

bằng kỹ thuật LC-MS/MS từ thư viện phổ chuẩn Châu Âu 64

Hình 4 4 Phổ khối ion phân mãnh của fenitrothion từ thư viện phổ chuẩn

Châu Âu 65

Hình 4 5 Phổ khối ion phân mãnh của fenobucarb thư viện phổ chuẩn Bắc

Mỹ 65

Hình 4 6 Phổ khối ion phân mãnh của quinalphos thư viện phổ chuẩn Viện

Tiêu Chuẩn và Công Nghệ Hoa Kỳ 66

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 1 Tính chất lý hoá của quinalphos, fenitrothion và dimethoat 4 Bảng 1 2 Tính chất lý hoá của carbaryl và fenobucarb 6 Bảng 1 3 Tình hình nhập khẩu hóa chất bảo vệ thực vật trong những năm

Bảng 1 7 Các nghiên cứu trong nước về động học và khử các hợp chất hữu

cơ bằng vật liệu nano TiO2 21

Bảng 1 8 Các nghiên cứu ngoài nước về động học và khử các hợp chất hữu

cơ bằng vật liệu nano TiO2 22

Bảng 2.1 Sai lệch cho phép tối đa của tỷ lệ ion 32 Bảng 2 2 Mẫu nước thu thập để kiểm tra dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật.

35

Bảng 2 3 Thông tin về các chất chuẩn đối chiếu sử dụng trong nghiên cứu 36 Bảng 2 4 Hóa chất và dung môi sử dụng trong đề tài 36 Bảng 2 5 Trang thiết bị dùng trong nghiên cứu 37 Bảng 3 1 Kết quả khảo sát nội chuẩn 39 Bảng 3 2 Điều kiện khối phổ tối ưu khi phân tích các chất bảo vệ thực vật 41 Bảng 3 3 Kết quả khảo sát pha tĩnh, dung môi pha mẫu 43 Bảng 3 4 Kết quả khảo sát pH pha động 44 Bảng 3 5 Kết quả khảo sát chương trình pha động 45

Bảng 3 6 Chương trình gradient pha động để phân tích đồng thời

quinalphos, fenitrothion, dimethoat, carbaryl, fenobucarb 46

Bảng 3 7 Kết quả khảo sát hiệu suất thu hồi các quy trình xử lý mẫu 48 Bảng 3 8 Hệ số góc của phương trình hồi quy xây dựng trên nền mẫu trắng

BVTV quinalphos, dimethoat, fenobucarb, fenitrothion và carbaryl 58

Bảng 3 16 Kết quả khử của vật liệu nano TiO2 59

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ VÀ BIỂU ĐỒ

Sơ đồ 2 1 Quy trình xử lý mẫu bằng cột SPE Strata C18-E 29

Sơ đồ 2 2 Quy trình xử lý mẫu bằng EDTA 30 Biểu đồ 3 1 Hiệu quả khử vật liệu nano TiO2 dạng dây nano/ống nano đối với 5 hóa chất BVTV 60

ĐẶT VẤN ĐỀ

Việt Nam là một nước nông nghiệp với khoảng hơn bảy mươi phần trăm dân số sống bằng nghề nông, vì vậy năng suất và sản lượng cây trồng luôn là vấn đề thiết yếu Trên con đường tìm kiếm các biện pháp để cải thiện hiệu suất canh tác, cũng như các nước khác trên thế giới, việc đưa thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) vào sử dụng trong sản xuất nông nghiệp ở nước ta là một thành tựu to lớn đã vẽ ra một viễn cảnh tốt đẹp cho cuộc sống của người dân Trong đó các hóa chất BVTV nhóm phospho hữu cơ và carbamat là một trong những nhóm hiện đang được sử dụng khá phổ biến trong canh tác nông nghiệp tồn tại với nhiều dạng chế phẩm trên thị trường [4] Chính những tác động tích cực mà các hóa chất BVTV mang lại đã làm cho người dân quá lạm dụng chúng trong sản xuất nông nghiệp Sự lạm dụng này đã tạo nên một hậu quả xấu đó là sự tồn dư các chất bảo vệ thực vật, điều này đã làm ảnh hưởng đến hệ sinh thái và ô nhiễm môi trường [15], [19] Trong những năm gần đây

đã có rất nhiều nhưng công trình nghiên cứu được đăng trên những tạp chí uy tín cho thấy được một thực trạng đáng báo động về sự hiện diện của các hóa chất bảo vệ thực vật thuộc các nhóm phospho hữu cơ và carbamat bao gồm: dimethoat, quinalphos, feniotrothion, carbaryl, fenobucarb …có trong nguồn nước Chúng không những có trong môi trường nước mặt mà còn xuất hiện cả trong nước uống với nồng độ rất thấp (khoảng vài ppb) [16], [39], [41] Sự tồn lưu này có thể ảnh hưởng trực tiếp đến con người gây ra ngộ độc cấp tính, mạn tính và có thể dẫn đến tử vong hoặc làm biến đổi gen gây nên các bệnh

về di truyền ảnh hưởng đến nhiều thế hệ sau

Bên cạnh đó, các công nghệ xử lý nước thải truyền thống vẫn chưa giải quyết được một cách hiệu quả sự tồn dư của các hợp chất hữu cơ nguy hại này, nên trong những năm qua các nhà khoa học đã không ngừng quan tâm và

nghiên cứu để tìm ra các biện pháp xử lý mới Trong đó có một giải pháp mà hiện nay được xem là khá ưu việt, đó là sử dụng các loại vật liệu nano quang xúc tác để khử các thành phần hữu cơ độc hại này [10], [14], [25] Trong các vật liệu quang xúc tác như ZnO, Ta2O5, ZrO2, TiO2 thì chất bán dẫn titan dioxit (TiO2) có triển vọng khử hiệu quả nhất dựa trên sự hình thành các gốc oxy hóa mạnh ●OH và h+ khi TiO2 được chiếu ánh sáng tử ngoại – khả kiến Ngoài ra, TiO2 còn có ưu điểm về tính trơ hóa học, thân thiện với môi trường

3.2 eV), nên chỉ hấp thụ được 4-5% quang phổ ánh sáng mặt trời Gần đây, các nghiên cứu trên hệ vật liệu nano kim loại quý – chất bán dẫn cho thấy rằng hoạt tính quang xúc tác trong vùng ánh sáng khả kiến (VIS) của vật liệu bán dẫn được tăng cường mạnh nhờ vào hiệu ứng plasmon xảy ra trên bề mặt nano kim loại Do vậy, trong đề tài này chúng tôi quan tâm nghiên cứu hiệu

Au-TiO2

Với những lý do trên đề tài “Ứng dụng phương pháp LC-MS/MS trong

nghiên cứu động học khử một số thuốc trừ sâu nhóm phospho hữu cơ và carbamat trong nước kênh rạch bằng vật liệu nano TiO 2 “ được thực hiện

Với các mục tiêu sau:

1 Xây dựng và thẩm định quy trình định lượng đồng thời dư lượng các thuốc trừ sâu dimethoat, quinalphos, feniotrothion, carbaryl và fenobucarb trong nước kênh rạch bằng phương pháp LC-MS/MS

2 Ứng dụng quy trình đã thẩm để xác định dư lượng các thuốc trừ sâu dimethoat, quinalphos, feniotrothion, carbaryl và fenobucarb trong nước kênh rạch và xác định khả năng xúc tác quang hoạt khử dư lượng các thuốc trừ sâu dimethoat, quinalphos, feniotrothion, carbaryl và fenobucarb bằng vật liệu nano TiO2 dưới tác dụng của ánh sáng tử ngoại - khả kiến

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Hóa chất bảo vệ thực vật nhóm phospho hữu cơ

1.1.1 Đặc điểm chung

Các hóa chất bảo vệ thực vật nhóm phospho hữu cơ gồm những hợp chất ester của acid phosphoric hay acid thiophosphoric với các gốc của các hợp chất hữu cơ khác Ví dụ: diazinon, quinalphos, demithoate, fenitrothion, Nhóm này có thời gian bán hủy nhanh hơn hóa chất bảo vệ thực vật nhóm clo hữu cơ và có đặc điểm chung là phổ tác dụng rộng, an toàn với cây trồng, diệt được nhiều sâu hại, tác dụng diệt côn trùng nhanh, có độc tính cao với động vật máu nóng

Phospho hữu cơ tác động vào thần kinh của côn trùng và người bằng cách ngăn cản sự tạo thành men cholinestase (ChE) làm cho thần kinh hoạt động kém, làm yếu cơ, gây choáng váng và chết Các chất nhóm phospho hữu

cơ gây phosphorin hóa enzym acetylcholinesterase Men ChE có tác dụng phân giải acetylcholin theo cơ chế dẫn truyền xung động thần kinh qua synap Khi men ChE bị ức chế, làm ứ động acetylcholin, gây rối loạn dẫn truyền cholinergic, làm ức chế dẫn truyền các xung thần kinh tới các tế bào cơ, tuyến, não và hạch Nhiễm độc xảy ra cấp tính có thể gây nôn, co thắt ruột, nhức đầu, mệt mỏi, chóng mặt, co giật, suy hô hấp hôn mê và tử vong

Các hóa chất bảo vệ thực vật nhóm phospho hữu cơ được sử dụng phổ biến từ những năm 1980, nhưng ngày nay, do độc tính cao nên rất nhiều chất trong nhóm này đã bị cấm hoặc hạn chế sử dụng ở Việt Nam và nhiều quốc

gia trên thế giới

Các hợp chất phospho hữu cơ tương đối ít tích lũy lâu trong lipid, mô

mỡ, lipoprotein nhưng lại hòa tan và tồn tại rất lâu trong dẫn xuất ester của

các acid hữu cơ vòng thơm Các hợp chất này có thể gây ngộ độc cấp tính cho sinh vật khi tiếp xúc trực tiếp, nuốt nhầm hoặc qua đường hô hấp Chúng cũng có thể gây ra ngộ độc mạn tính, không có triệu chứng ban đầu biểu hiện

Tính chất

Quinalphos

CTPT: C12H15N2O3PS KLPT: 298,3 g/mol

Bền ở nhiệt độ thường, ít tan trong nước (độ tan 17,8 mg/l ở 23oC), tan tốt trong methanol, ethanol, acetonitril LD50đường uống trên chuột là 71 mg/kg, ADI 0,0005 mg/kg cân nặng

Fenitrothion

CTPT: C9H12NO5PS KLPT: 277,2 g/mol

Bền trong điều kiện thường, ít tan trong nước (độ tan 38 mg/l ở 25oC), tan tốt trong alcol, ester, ceton LD50 đường uống trên chuột là 330 mg/kg, ADI là 0,006 mg/kg cân nặng

Dimethoat

CTPT: C5H12NO3PS2KLPT: 229,3 g/mol

Tương đối bền trong môi trường trung tính và acid yếu, ít tan trong nước (độ tan 23,3 mg/l ở 25oC), tan tốt trong alcol, ceton, cloroform LD50 đường uống trên chuột 245 mg/kg, ADI là 0,002 mg/kg cân nặng

1.2 Hóa chất bảo vệ thực vật nhóm carbamat

1.2.1 Đặc điểm chung

Ngày nay, các hợp chất carbamat được sử dụng rất phổ biến để làm thuốc diệt côn trùng, diệt cỏ, diệt ốc, diệt nấm và được phối hợp với các hóa chất bảo vệ thực vật khác để tăng cường phổ tác dụng Nhóm carbamat có đặc điểm chung là phổ tác dụng hẹp, hiệu lực thuốc ngắn, ít tan trong nước, tan nhiều dung môi hữu cơ, bị kiềm phân hủy Có hơn 50 loại carbamat được biết

N-COOH) và dẫn xuất của acid carbamic Đại diện cho nhóm này như: carbaryl, fenobucarb…[21]

Các hợp chất carbamat cũng có khả năng tích lũy và đầu độc hệ thần kinh của người và động vật nhưng độc tính kém hơn các hợp chất phospho hữu cơ Chúng tác động trực tiếp vào men cholinesterase của hệ thần kinh và

có cơ chế gây độc giống như nhóm phospho hữu cơ, khi đó acetylcholin không bị thủy phân, tích lũy trong cơ thể thành lượng lớn, dẫn đến hệ thần kinh không kiểm soát được, làm mất khả năng phối hợp giữa các cơ quan, dây thần kinh bị tổn thương hoặc đứt đoạn, sự kích thích thần kinh bị tê liệt và rối loạn dẫn đến chết Tuy nhiên mức độ độc hại không bằng các hợp chất nhóm phospho hữu cơ [24]

1.2.2 Cấu tạo và tính chất của một số chất bảo vệ thực vật nhóm carbamat

Tính chất hoá lý của carbaryl và fenocubcarb được trình bày trong bảng 1.2

Bảng 1 2 Tính chất lý hoá của carbaryl và fenobucarb

Tên chất

Công thức phân tử Khối lượng phân tử Công thức cấu tạo

isopropanol LD50 đường uống trên chuột là 614 mg/kg, ADI là 0,008 mg/kg cân nặng

20oC), tan tốt trong aceton,

uống trên chuột là 620 mg/kg, ADI là 0,06 mg/kg cân nặng

1.3 Tình hình sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật trong nông nghiệp tại Việt Nam và thế giới

1.3.1 Tình hình sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật trên thế giới

Hóa chất bảo vệ thực vật đóng vai trò quan trọng trong nông nghiệp của tất cả các quốc gia trên thế giới Các loại hóa chất BVTV được sử dụng ở các nước là rất lớn Trong đó nước Mỹ có nền nông nghiệp phát triển, hàng năm lượng hóa chất BVTV được sử dụng lớn nhất, lên tới 1/3 tổng số hóa chất BVTV trên toàn thế giới, chủ yếu là hóa chất diệt cỏ Châu Âu cũng sử dụng nhiều hoá chất BVTV (30%), trong khi đó con số này ở các nước còn lại là khoảng 20% [40]

Hình 1 1 Tình sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật trên thế giới năm 2004

Nguồn: Pak J Weed Sci Res., 2007 [40]

1.3.2 Thực trạng sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật ở Việt Nam

Phần lớn các loại hóa chất BVTV được sử dụng ở nước ta hiện nay có nguồn gốc từ nhập khẩu Theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn năm 2014 về thực trạng và giải pháp quản lý hóa chất BVTV nhập khẩu cho thấy hằng năm Việt Nam nhập khẩu từ 70.000 đến 100.000 tấn hóa chất BVTV, trong đó thuốc trừ sâu chiếm 20,4%, thuốc trừ bệnh chiếm 23,2%, thuốc trừ cỏ chiếm 44,4%, các loại hóa chất bảo vệ thực vật khác như thuốc xông hơi, khử trùng, bảo quản lâm sản, điều hòa sinh trưởng cây trồng chiếm 12% [19]

Bảng 1 3 Tình hình nhập khẩu hóa chất bảo vệ thực vật trong những năm

gần đây Nguồn: Tổng cục Môi Trường, 2015 [19]

Tỷ lệ

%

Tên thành phẩm

Tỷ lệ

%

Tên thành phần

Theo thông tư 03/2016/TT – BNNTTNT ngày 21 tháng 4 năm 2016 ban hành danh mục các thuốc BVTV được phép sử dụng và cấm sử dụng

Hóa chất BVTV cấm sử

dụng

1.4 Tình trạng ô nhiễm hóa chất bảo vệ thực vật và mối nguy hại đến môi trường sinh thái tại Việt Nam

Ðể đảm bảo được năng suất lúa, đồng thời để ngăn chặn sự tàn phá của dịch hại ngày càng theo chiều hướng cực đoan do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, người dân đã sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật ngày càng tăng Trong tổng số thuốc được nhập khẩu hằng năm, có trên 53% được sử dụng tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long Trong các loại thuốc thường được sử dụng có khoảng 50% loại thuốc thuộc nhóm II và III (mức độ độc trung bình và nhẹ) theo sự phân loại của tổ chức Y tế Thế giới Các loại thuốc thường được sử dụng thuộc nhóm conazoles, pyrethroids, biopesticides và carbamat Nhóm thuốc phospho hữu cơ vẫn còn được sử dụng nhưng với tần suất thấp Các nghiên cứu gần đây cho thấy rằng người dân sử dụng và bảo quản thuốc không hợp lý chiếm tỷ lệ cao [16]

Sau khi được sử dụng phần lớn hộp, chai và vỏ hóa chất BVTV bị vứt trực tiếp tại nơi sử dụng Khoảng 70% nông hộ được phỏng vấn vứt bỏ vỏ thuốc sau khi sử dụng ngay tại nơi phun thuốc Rất dễ tìm thấy chai, lọ thuốc

đã sử dụng ở ngoài đồng, chẳng hạn như dọc theo các bờ ruộng và kênh hay trong vườn Chỉ một phần nhỏ nông hộ (17%) giữ lại các chai lọ thuốc có thể bán phế liệu Tuy nhiên, chúng thường được thu gom và cất giữ không an toàn tại ruộng, vườn hay xung quanh nhà Phần không bán phế liệu được, thường bị đốt hoặc chôn lấp một cách không an toàn ngay tại ruộng, vườn Phần lớn nông dân được điều tra (88%) rửa bình phun thuốc ngay trong kênh nội đồng hoặc trong các mương, ao trong ruộng Nước thải từ việc rửa các dụng cụ phun thuốc được đổ ngay trong ruộng Những người còn lại mang bình phun thuốc rửa và đổ nước thải trực tiếp trong kênh Có thể thấy thói quen này đã đưa dư lượng hóa chất BVTV vào nước trong kênh rạch, nó là một nguồn gây ô nhiễm nước mặt Liên quan đến hỗn hợp thuốc còn dư sau khi phun thuốc, gần phân nửa số hộ được điều tra phỏng vấn (48%) xử lý hỗn hợp thuốc còn dư bằng cách phun lại cho lúa hay hoa màu ven bờ ruộng hay những nơi có mức độ sâu bệnh tàn phá nhiều Khoảng 43% người được hỏi đổ hỗn hợp thuốc còn dư trực tiếp xuống ruộng Khoảng 5% người dân được phỏng vấn đổ thuốc còn dư trực tiếp xuống kênh rạch Việc xử lý hỗn hợp thuốc dư không hợp lý này làm cho dư lượng hóa chất BVTV phát tán trong nguồn nước mặt, dẫn đến sự phơi nhiễm thuốc khi sử dụng nước cho nhu cầu

ăn uống, vệ sinh và tác động đến hệ thủy sinh vật Tuy nhiên, những nghiên cứu quan trắc về dư lượng thuốc thường sử dụng gần đây trong khu vực còn rất ít Một số khảo sát trước đây ở Việt Nam đã cho thấy rằng dư lượng của hoạt chất hóa chất bảo vệ thực vật trong nước, trong trầm tích tồn tại với nồng

độ khá cao [15]

Chẳng hạn như kết quả đo đạc trong nghiên cứu của Phạm Văn Toàn đối với 15 hoạt chất được sử dụng phổ biến ở khu vực ÐBSCL cho thấy nồng độ trung bình của các hoạt chất trong nước mặt đã ở ngưỡng 3,34 μg/L, nồng độ cao nhất ghi nhận được là của hoạt chất isoprothiolane (11,24 μg/L) [41] Theo một kết quả nghiên cứu khác của tác giả Nguyễn Đăng Giang Châu và các cộng sự cho thấy, mặc dù có sự khác biệt về vị trí và tần suất sử dụng các hóa chất BVTV, nhưng sự ô nhiễm do hóa chất BVTV gây ra vẫn có mặt khắp nơi isoprothiolane có nồng độ tối đa được phát hiện là 8,49 µg/L, fenobucarb có nồng độ tối đa là 8,49 µg/L và fipronil là 0,41 µg/L, chúng được phát hiện trong hầu hết tất cả các mẫu nước được phân tích (98% các mẫu nước bề mặt đều chứa isoprothiolane) Các loại thuốc trừ sâu khác cũng được phát hiện bao gồm butachlor, pretilachlor, propiconazol, hexaconazol, difenoconazol, cypermethrin, fenoxapro-p-ethyl, tebuconazol, trifloxystrobin, azoxystrobin, quinalphos, và thiamethoxam Trong số các nguồn nước được nghiên cứu, nồng độ cao nhất là trong nước kênh Ngay cả trong nước mưa được thu hoạch hoặc mua nước đóng chai, có tới 12 loại thuốc trừ sâu khác nhau được phát hiện ở nồng độ vượt quá giá trị quy định của Ủy ban Châu Âu đối với từng loại từng loại BVTV cũng như tổng hàm lượng của chúng (lần lượt là 0,1 µg/L và 0,5 µg/L) Tổng nồng độ thuốc trừ sâu cao nhất được định lượng trong các mẫu nước đóng chai là 1,38 µg/L Chính vì vậy, việc tìm hiểu thêm và giải quyết các vấn đề rủi ro sức khỏe liên quan đến nguồn nước bị nhiềm dư lượng hóa chất BVTV là rất cấp bách [39]

1.5 Tổng quan về hệ thống sắc ký lỏng ghép khối phổ ba lần tứ cực

1.5.1 Sắc ký lỏng hiệu năng cao

1.5.1.1 Khái niệm

Sắc ký lỏng cao áp hay sắc ký lỏng hiệu năng cao (high performance liquid chromatography - HPLC) là kỹ thuật sắc ký tách hỗn hợp trên cột được

nhồi đầy bằng các hạt có kích thước ≤ 10 µm Do vậy phải dùng một bơm có

áp suất cao khoảng 300 atm để đẩy pha động qua cột với tốc độ dòng khoảng vài ml/phút và cho phép phân giải nhanh một lượng mẫu cỡ 20 µg [9]

Hệ thống sắc ký lỏng siêu hiệu năng (UPLC) có thể chịu được áp suất lên đến 1200 bar cho phép phân tích với các cột sắc ký có kích thước hạt nhỏ

từ 1,5 – 2 µm giúp giảm thời gian, dung môi phân tích và quan trọng hơn là làm tăng khả năng phân tách, hiệu năng cột giúp cải thiện độ phân giải và tính đặc hiệu của phương pháp lên gấp nhiều lần [12]

1.5.1.2 Hệ thống máy sắc ký lỏng

Nguồn: Trung Tâm Dịch Vụ Phân Tích Thí Nghiệm TPHCM, 2012 [57]

1.5.2 Khối phổ và đầu dò khối phổ ba lần tứ cực

1.5.2.1 Nguyên tắc

Phương pháp khối phổ là phương pháp nghiên cứu các chất bằng cách

đo, phân tích chính xác khối lượng phân tử của chất đó dựa trên sự chuyển động của các ion nguyên tử hay ion phân tử trong một điện trường hoặc từ trường nhất định Tỷ số giữa khối lượng và điện tích (m/z) có ảnh hưởng rất lớn đối với chuyển động trong điện trường hay từ trường của ion Các ion tạo thành này được tách ra và phát hiện theo trị số m/z, từ đó cung cấp thông tin định tính, xác định cấu trúc và định lượng của các chất

Hình 1 2 Sơ đồ hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao

1.5.2.2 Cấu tạo

Cấu tạo của thiết bị khối phổ bao gồm các phần chính: bộ phận nạp mẫu,

bộ phận ion hóa, bộ phận phân tích khối, detector và bộ phận xử lý dữ liệu Mẫu được đưa vào qua bộ phận nạp mẫu, các ion tạo thành trong buồng ion hóa, được gia tốc và tách riêng nhờ bộ phân tích khối để tách các ion theo trị

số m/z trước khi đến detector Tất cả quá trình này diễn ra trong điều kiện chân không với áp suất dao động từ 10-3 Pa đến 10-6 Pa

1.5.2.3 Bộ ba tứ cực

Bộ phân tích khối trong nghiên cứu này là bộ phân tích khối ba tứ cực

vụ phân tích

Q1 tách các ion: một số ion được chọn lọc (thường gọi là tiền ion) từ đây

với khí trơ có mặt như nitơ, argon, heli Bộ Q2 tạo ra phân ly do va chạm (collision induced dissociation - CID) Nhờ va chạm này năng lượng động học của các ion chuyển thành nội năng nên chúng bị phân mảnh tiếp tạo ra các ion nhỏ hơn, ion phân mãnh (daughter ions) Các ion phân mãnh mới hình thành được dẫn tới Q3 tách riêng và đến detector [23]

Hình 1 3 Sơ đồ cấu tạo bộ phân tích khối ba tứ cực [48]

1.6 Các bước thẩm định quy trình phân tích theo hướng dẫn AOAC và EC 1.6.1 Tính tương thích hệ thống

Đánh giá độ lặp lại của hệ thống về thời gian lưu và diện tích peak khi tiêm mẫu chuẩn trong dung môi và nền mẫu lặp lại 6 lần liên tiếp, ghi lại sắc

ký đồ và diện tích peak

Đánh giá: độ lệch chuẩn tương đối (RSD) thời gian lưu và diện tích peak của các chất phân tích phải ≤ 15% và RSD tỷ lệ diện tích peak chất phân tích/ diện tích peak nội chuẩn phải < 6%

1.6.2 Độ đặc hiệu, độ chọn lọc

Được đánh giá trên mẫu trắng, mẫu chuẩn, mẫu trắng thêm chuẩn Trên sắc ký đồ, mẫu trắng phải không xuất hiện peak có thời gian lưu tương ứng với thời gian lưu của mẫu chuẩn và mẫu trắng thêm chuẩn; nếu có đáp ứng peak phải < 1% so với nồng độ giữa của khoảng tuyến tính Mẫu trắng thêm chuẩn lần hai phải cho tín hiệu của chất phân tích trùng với thời gian lưu trên mẫu chuẩn và mẫu trắng thêm chuẩn nhưng với cường độ tín hiệu đáp ứng lớn hơn

1.6.3 Tính tuyến tính

Xây dựng đường chuẩn ít nhất 5 điểm của dung dịch có chứa chất chuẩn

ở trong khoảng nồng độ phù hợp và chất chuẩn nội ở một nồng độ nhất định Tiến hành sắc ký theo điều kiện đã chọn Xây dựng phương trình hồi quy tuyến tính giữa tỷ lệ diện tích peak chất phân tích/diện tích peak của chuẩn nội với nồng độ chất phân tích tương ứng và từ đó tính hệ số tương quan r2

1.6.4 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng

Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) được tính dựa vào độ lệch chuẩn của đáp ứng và độ dốc của đường tuyến tính LOD được tính theo công thức:

a

Trong đó: S là độ lệch chuẩn của đáp ứng và a là hệ số góc của đường chuẩn

Từ kết quả đường chuẩn xác định độ tuyến tính, tính toán được giá trị LOD Từ kết quả tính toán LOD, pha 3 mẫu tự tạo có nồng độ xấp xỉ bằng LOD tiến hành xử lý mẫu và chạy sắc ký theo chương trình đã khảo sát Ghi lại sắc ký đồ và kết luận LOQ được định nghĩa là nồng độ nhỏ nhất của chất phân tích trong mẫu thử để có thể định lượng được với độ đúng và độ chính xác thích hợp LOQ được tính toán tính theo công thức:

LOQ = LOD × 3,3

1.6.5 Độ chính xác

Độ chính xác là mức độ sát gần giữa các kết quả riêng lẻ xi với giá trị trung bình thu được khi áp dụng phương pháp đề xuất cho cùng một mẫu thử đồng nhất trong cùng điều kiện xác định Độ chính xác bị ảnh hưởng bởi sai

ký theo các điều kiện đã chọn

hợp Tiến hành sắc ký và tìm lại nồng độ ban đầu Độ thu hồi được tính theo công thức:

R = (Ctt /Clt) x 100%

Trong đó: R: Độ thu hồi

Ctt: Nồng độ chất phân tích trong mẫu trắng thêm chuẩn

Clt: Nồng độ chuẩn thêm vào (lý thuyết)

1.7 Vật liệu nano titan dioxit

1.7.1 Giới thiệu chung về TiO 2

1.7.1.1 Đặc điểm cấu trúc và tính chất vật lý của TiO 2

Titan dioxit hay còn gọi là titan (IV) oxit hoặc titania, là oxit có nguồn gốc tự nhiên của titan Khi được sử dụng như là một loại chất màu sử dụng trong các ngành công nghiệp sản xuất sơn, mỹ phẩm, thực phẩm , nó có tên thương phẩm là chất màu Màu Trắng - 6 (White – 6) hoặc CI 77.891 Nhưng ngày nay titania được biết đến nhiều nhất trong vai trò chất có khả năng xúc tác quang hóa

1.7.1.2 Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu TiO 2

Titan oxit ngoài tính chất là vật liệu khối thì nó còn được biểu hiện ở một số tính chất khác nữa: Tính chất cấu trúc về hình thái, tính chất quang xúc tác… đặc biệt hoạt tính quang xúc tác được quan tâm nhất

hoặc pha lỏng

Trong phản ứng xúc tác truyền thống, xúc tác thường được hoạt hóa bởi nhiệt còn trong phản ứng quang xúc tác, xúc tác được hoạt hóa bởi sự hấp thụ ánh sáng Một chất có khả năng xúc tác quang thì chất đó phải có năng lượng vùng cấm thích hợp để hấp thụ ánh sáng cực tím hoặc ánh sáng khả kiến [22]

1.7.2 Quy trình tổng hợp dây/ống Nano TiO 2 (TNWs/TNAs)

Tấm titan (99,9% độ tinh khiết, kích thước 1 cm x 2,5 cm; dày 0,4 mm) được sử dụng làm nền (đế) để mộc cấu trúc nano ống TiO2 (TNAs) và

pháp Anod hóa) Trước khi anod hóa, tấm titanium được làm sạch bằng siêu

âm trong aceton, methanol và nước đã khử ion (mỗi dung môi 10 phút), và

dụng một nguồn điện một chiều gồm hai điện cực, tấm titan được nối vào cực dương và cực âm nối với một tấm thép không gỉ (SS304) (Hình 1.4)

Dung dịch tiền chất được chuẩn bị bằng cách: cho NH4F 0,3 wt% vào (SHOWA, Tokyo, Japan) dung dịch ethylene glycol với 2% thể tích nước Tấm titan được anod hóa ở điện thế 30 V trong thời gian 1 h hoặc 5 h để mộc dãy ống nano TiO2 (TNAs) và dây/ống nano TiO2 (TNWs/TNAs) trên tấm titan Mẫu đã được chuẩn bị sau đó được ngâm trong dung dịch ethanol trong

5 giờ để loại bỏ lượng ethylene glycol thừa Sau đó, mẫu TNAs sẽ được cho ủ nhiệt ở nhiệt độ 400oC trong 2 giờ để hình thành pha anatase TiO2 [8],[47]

Hình 1 4 Quy trình chế tạo vật liệu ống nano TiO2

Nguồn: Phuoc Huu Le và cộng sự, Intech, 2018 [42]

2 Flo

1.7.3 Đính hạt nano Au lên ống nano TiO 2 (Au/TiO 2 )

1.7.3.1 Tổng hợp nano Au

Au hạt nano được tổng hợp bằng phương pháp hóa khử, bằng cách cho 0,5 mM acid citric vào 100 mL dung dịch HAuCl4.4H2O (0,2 mM) đựng trong bình cầu Hỗn hợp được đung nóng ở 120oC cho đến khi dung dịch chuyển từ màu trắng sang màu đỏ tím [8],[47]

1.7.3.2 Đính hạt nano Au lên ống nano TiO 2

có thể bám lên bề mặt và chui vào bên trong ống nano TiO2

1.7.4 Cơ chế của quá trình quang hóa xử lý hóa chất bảo vệ thực vật dùng vật liệu nano TiO 2 và Au-TiO 2

TiO2 tồn tại ở ba dạng cấu trúc tinh thể (pha) là anatase, rutile và brookite, trong đó pha anatase có hoạt tính quang xúc tác cao nhất so với hai pha còn lại Khi chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp (có năng lượng

xảy ra sự chuyển dịch điện tử từ vùng hóa trị lên vùng dẫn (hay tạo các cặp điện tử lỗ trống e-/h+, hình 1.5) Trong môi trường dung dịch, các e-/h+ tiếp tục phản ứng tạo ra các gốc oxy hóa mạnh như O2 •- và OH•, các gốc giúp oxy hóa phân hủy hóa chất BVTV thành các sản phẩm vô hại đơn giản hơn [18],[47]

xúc tác xử lý hóa chất BVTV kỳ vọng sẽ được tăng cường nhờ vào hiệu ứng plasmon bề mặt ở các hạt nano Au Khi đó, ánh sáng khả kiến sẽ được hấp thụ bởi các hạt nano Au, sản sinh ra điện tử trên bề mặt Au, sau đó các điện tử này sẽ truyền sang vùng dẫn của TiO2; điều này cho phép hình thành thêm nhiều gốc oxy hóa mạnh và do đó hiệu ứng quang xúc tác xử lý hóa chất BVTV được tăng cường (hình 1.5b)

Hình 1 5 Cơ chế quang xúc tác khử hóa chất bảo vệ thực vật của nano TiO2

(a) và nano Au-TiO2 (b) VB: vùng hóa trị, CB: vùng dẫn [47]

1.7.5 Động học khử của vật liệu nano TiO 2

Ðộng hóa học là khoa học nghiên cứu về tốc độ phản ứng hóa học Tốc

độ phản ứng hóa học bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố Các yếu tố đó là nồng

độ, nhiệt độ, áp suất, dung môi, chất xúc tác, hiệu ứng thế, hiệu ứng đồng vị, hiệu ứng muối Nhờ hiểu rõ cơ chế phản ứng, cho phép chúng ta lựa chọn các yếu tố thích hợp tác động lên phản ứng, tính toán chế độ làm việc tối ưu làm cho phản ứng có tốc độ lớn, hiệu suất cao, tạo ra sản phẩm theo ý muốn

cứu động học khử của vật liệu nano TiO2 là nghiên cứu các yếu tố làm ảnh hưởng đến quá trình quang xúc tác Các yếu tố này bao gồm như thời gian chiếu sáng UV – Vis lên vật liệu, hính thái vật liệu, hệ vật liệu nano … có

chất hữu cơ

1.8 Một số nghiên cứu về định lượng các hóa chất bảo vệ thực vật và động học khử các hợp chất hữu cơ bằng vật liệu nano titan dioxit theo nguyên lý xúc tác quang hoạt

1.8.1 Các nghiên cứu về phân tích các hóa chất bảo vệ thực vật nhóm phospho hữu cơ và nhóm Carbamat

1.8.1.1 Các nghiên cứu trong nước

Một số nghiên cứu trong nước về định lượng đồng thời các hóa chất BVTV trong các nền mẫu khác nhau được tổng hợp trong bảng 1.5

Bảng 1 5 Các nghiên cứu trong nước về định lượng đồng thời các hóa chất

bảo vệ thực vật

Chất phân tích Nền Mẫu, Xử lý mẫu,

Phương pháp phân tích Kết quả

Nghiên cứu

ml, rửa cột bằng MeOH:

H2O, rửa giải bằng ethyl acetate: hexan

• Phân tích bằng MS/MS dùng nội chuẩn 1,2,4 - triclorobenzen

GC-LOD và LOQ chỉ vài ppb

R2 từ 0,9984 đến 0,9996 RSD < 10%

Chiết bằng acetonitril,

chất hập phụ dẫn xuất amin bậc 1 hay bậc 2 và than hoạt

• Phân tích bằng MS/MS và GC-MS/MS dùng nội chuẩn là triphenylphosphat

LC-Khoảng tuyến tính 2-200,

R2 = 0,999 -1 LOD và LOQ chỉ vài ppb

Độ thu hồi: từ 70% đến 120

% RSD < 20%

[20]

1.8.1.2 Các nghiên cứu ngoài nước

Một số nghiên cứu ngoài nước về định lượng đồng thời các hóa chất BVTV trong các nền mẫu khác nhau được tổng hợp trong bảng 1.6

Bảng 1 6 Các nghiên cứu ngoài nước về định lượng đồng thời các hóa chất

CH2Cl2, MeOH

• Phân tích bằng phương pháp LC-MS/MS và GC-MS/MS dùng chất nội chuẩn là

triphenylphosphat.

Độ thu hồi: từ 70% đến 117,3%

• Phân tích bằng phương pháp LC-MS/MS dùng chất nội

chuẩn triphenylphosphat

LOD và LOQ chỉ vài ppb

Độ thu hồi: từ 80% đến 112%

đất, nước thải, thực phẩm mà các phương pháp khác khó có thể phân tích

được

1.8.2 Các nghiên cứu về động học khử các hợp chất chất hữu cơ bằng vật liệu nano TiO 2 theo nguyên lý xúc tác quang hoạt

1.8.2.1 Các nghiên cứu trong nước

Một số nghiên cứu trong nước khảo sát về động học khử các hợp chất

Bảng 1 7 Các nghiên cứu trong nước về động học và khử các hợp chất hữu

cơ bằng vật liệu nano TiO2

660 nm

khử tốt nhất, ngoài ra quá trình quang xúc tác cũng phụ thuộc vào các yếu tố như nồng độ TiO2, nồng độ tác chất, và sự hiện diện của

Hệ TiO2/UV thể hiện tính khử tốt nhất, ngoài ra quá trình quang xúc tác cũng phụ thuộc vào các yếu tố như nồng độ TiO2, bản chất của tác chất, và sự hiện diện của O3

[14]

1.8.2.2 Các nghiên cứu ngoài nước

Một số nghiên cứu ngoài nước khảo sát về động học khử các hợp chất

Bảng 1 8 Các nghiên cứu ngoài nước về động học và khử các hợp chất hữu

cơ bằng vật liệu nano TiO2

Việc khử các hợp chất hữu

cơ đã xảy ra tốt hơn khi có

sự hiện diện của vật liệu

Đồng thời H2O2 làm tăng quá trình quang xúc tác, khử hầu hết các hóa chất BVTV

Quá trình quang xúc tác có hiệu quả xử lý tốt Quá trình phân hủy các chất thải nông nghiệp xảy ra hoàn toàn, hạn chế cho ra các sản phẩm hại với môi trường

Quá trình quang xúc tác sẽ diễn ra chậm dưới tác dụng của UVA Quá trình quang xúc tác cũng phụ thuộc các yếu tố như PH, nồng độ TiO2 và sự hiện diện của

H2O2

[31]

tốt các hợp chất hữu cơ và hoạt lực của nó phụ thuộc vào các điều kiện tác

động khác nhau cũng như cấu trúc của vật liệu nano TiO2 được sử dụng

Các phương pháp đánh giá hiệu quả xúc tác quang hoạt của vật liệu nano TiO2 trong các nghiên cứu đã sử dụng phương pháp UV-VIS, sắc ký lỏng ghép nối đầu dò dãy diod quang (LC-PDA) cho tính đặc hiệu và kém nhạy hơn ở nền mẫu phức tạp với nồng độ rất thấp (< 0,5 µg/mL)

Từ tất cả những nghiên cứu tổng hợp được, cho thấy đề tài nhóm nghiên cứu lựa chọn có điểm mới ở chỗ là đã tiến hành xây dựng và thẩm định quy trình phân tích đồng thời các hóa chất bảo vệ thực vật được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp mà điển hình trong nghiên cứu này đó là nhóm phospho hữu cơ và carbamat trên nền mẫu phức tạp là nước kênh rạch bằng kỹ thuật UPLC-MS/MS Sau đó, ứng dụng quy trình trên vào việc khảo sát cùng lúc hiệu quả khử các hóa chất BVTV trong mẫu nước kênh rạch dùng bốn loại vật

thái học của bốn loại vật liệu nano này được trình bày ở phụ lục 14 Kết quả luận văn là cơ sở khoa học để ứng dụng công nghệ xử lý nước dùng vật liệu nano quang xúc tác tiên tiến trên hiện nay thế giới để bổ sung vào hệ thống xử

lý nước hiện nay ở nước ta

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

Các chất đối chiếu quinalphos, fenitrothion, dimethoat, carbaryl, fenobucarb, chất nội chuẩn dự kiến triphenylphosphat (TPP) và các vật liệu nano TiO2

Mẫu nước kênh nội đồng và rạch chính thu thập trên địa bàn thành phố Cần Thơ và tỉnh Hậu Giang

Mẫu trắng: mẫu nước kênh rạch thu được từ vùng khảo sát, kiểm tra đảm bảo không sử dụng hóa chất BVTV nghiên cứu, hoặc kiểm tra bằng LC-MS/MS không phát hiện các hóa chất BVTV nghiên cứu

Mẫu thử giả lập: mẫu hỗn hợp chuẩn của các hóa chất BVTV và nội chuẩn được thêm vào mẫu trắng với nồng độ thích hợp để xây dựng và thẩm định phương pháp và đánh giá khả năng khử các chất BVTV của các vật liệu nano TiO2

2.1.2 Tiêu chuẩn chọn mẫu

Mẫu nước phân tích dư lượng thuốc trừ sâu được lấy từ các kênh nội đồng và sông rạch chính tại các đồng ruộng trong giai đoạn lúa đang được khoảng 50 ngày tuổi và có sử dụng các hóa chất BVTV dimethoat, carbaryl, fenobucarb, fenotrothion và quinalphos

2.1.3 Tiêu chuẩn loại trừ

Những mẫu được lấy ở các khu vực đồng ruộng không sử dụng các hóa chất BVTV hay đã thu hoạch và không đáp ứng theo tiêu chuẩn chọn mẫu

2.1.4 Địa điểm nghiên cứu và thời gian nghiên cứu

Liên bộ môn Hóa Phân Tích - Kiểm Nghiệm Thuốc - Độc Chất, Khoa Dược, và Bộ môn Vật Lý - Lý Sinh, Khoa Khoa Học Cơ Bản, Trường Đại học Y Dược Cần Thơ

Thời gian từ tháng 10 năm 2017 đến tháng 09 năm 2019

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Thiết kế nghiên cứu

Nghiên cứu thực nghiệm

2.2.2 Cỡ mẫu nghiên cứu

Tổng cộng nghiên cứu được tiến hành trên 139 mẫu trong đó bao gồm:

Số mẫu được dùng để xây dựng quy trình định lượng đồng thời dư lượng thuốc trừ sâu nhóm phospho hữu cơ và carbamat trong nước kênh rạch bằng phương pháp LC-MS/MS là 32 mẫu

Số mẫu được dùng để thẩm định quy trình định lượng đồng thời dư lượng thuốc trừ sâu nhóm phospho hữu cơ và carbamat trong nước kênh rạch bằng phương pháp LC-MS/MS là 53 mẫu

Số mẫu ứng dụng quy trình định lượng đồng thời dư lượng các hóa chất BVTV nhóm phospho hữu cơ và carbamat trong nước kênh rạch bằng phương pháp LC-MS/MS là 30 mẫu nước được lấy từ các kênh nội đồng và rạch chính ở các vùng trồng lúa tại TP Cần Thơ và tỉnh Hậu Giang

Số mẫu xác định động học khử các hóa chất BVTV nhóm phospho hữu

cơ và carbamat trong nước bằng vật liệu nano TiO2 dưới tác dụng của ánh sáng tử ngoại – khả kiến là 24 mẫu

2.2.3 Phương pháp chọn mẫu

Mẫu ứng dụng quy trình để định lượng đồng thời dư lượng các hóa chất BVTV nhóm phospho hữu cơ và carbamat trong nước kênh rạch bằng phương pháp LC-MS/MS được thu thập theo heo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6663-3: 2008: Chất lượng nước – Lấy mẫu – Phần 3: Hướng dẫn bảo quản và xử lý

mẫu [1]; TCVN 6663-6: 2008: Chất lượng nước – Lấy mẫu – Phần 3: Hướng dẫn lấy mẫu ở sông và suối [2]; TCVN 6663-1: 2011: Chất lượng nước - Lấy mẫu - Hướng dẫn lập chương trình lấy mẫu và kỷ thuật lấy mẫu [3]

2.2.4 Nội dung nghiên cứu

2.2.4.1 Xây dựng quy trình định lượng đồng thời dư lượng các thuốc trừ sâu nhóm phospho hữu cơ và carbamat trong nước kênh rạch bằng phương pháp LC-MS/MS

❖ Chuẩn bị mẫu

Mẫu trắng là mẫu nước kênh rạch không có chứa các hóa chất BVTV nghiên cứu, được bảo quản ở nhiệt độ -20oC trong 1 tháng

Dung dich chuẩn gốc: Pha hỗn hợp các chất chuẩn ở nồng độ 1.000 µg/mL (ppm) trong dung môi thích hợp (methanol)

Từ dung dịch chuẩn gốc thực hiện pha loãng bằng dung môi thích hợp hay mẫu trắng để thu được dung dịch hỗn hợp nồng độ khác nhau để xây dựng phương pháp bao gồm: khảo sát các thông số MS tối ưu và các thông số sắc ký thích hợp

❖ Lựa chọn chất nội chuẩn

Nhằm giảm sai số và đạt độ lặp lại cao trong phương pháp định lượng bằng LC-MS/MS, người ta thường sử dụng chất nội chuẩn với các yêu cầu:

− Có cấu trúc hóa học tương ứng với chất khảo sát nhưng không được chuyển thành chất cần phân tích trong quá trình định lượng Không được có sẵn trong hỗn hợp cần phân tích

− Bền vững, không phản ứng với các thành phần trong mẫu, pha tĩnh hay pha động

− Phải tách hoàn toàn khỏi các chất cần phân tích và cho một đỉnh riêng biệt trên sắc ký đồ

− Có thời gian lưu gần với thời gian lưu chất cần phân tích trong cùng điều kiện

− Tạo được phân mãnh phù hợp và ổn định khi bắn phá bằng khối phổ

− Nên có sẵn dưới dạng tinh khiết trên thị trường

− Dựa vào tính chất hóa lý của các hóa chất BVTV và các tài liệu tham khảo [20], [43], triphenylphosphat (TPP) được lựa chọn làm chất nội chuẩn Nội chuẩn được pha trong dung môi thích hợp ở nồng độ 200 µg/L và bơm trực tiếp vào hệ thống khối phổ để xác định ion phân tử và ion phân mảnh con giữa các nội chuẩn nhằm lựa chọn chất nội chuẩn cho tín hiệu cao và ổn định nhất

❖ Khảo sát điều kiện khối phổ

Sử dụng chế độ auto-tune để khảo sát các thông số khối phổ nhằm thu được tín hiệu tốt nhất của các hóa chất BVTV Kiểm tra lại tín hiệu từ auto-tune bằng chế độ manual tune

Các chất chuẩn đối chiếu của quinalphos, fenitrothion, dimethoat, carbaryl, fenobucarb và chất nội chuẩn triphenel phosphat được hòa tan trong hỗn hợp dung môi thích hợp ở nồng độ khoảng 200 µg/l và được bơm trực tiếp vào máy khối phổ để tối ưu hóa điều kiện khối phổ bao gồm:

Xác định ion phân tử

Xác định mảnh ion phân mãnh của quinalphos, fenitrothion, dimethoat, carbaryl, fenobucarb và TPP có cường độ tín hiệu cao và ổn định

Các thông số khối phổ dự kiến khảo sát:

− Kiểu ion hóa ESI: dương (ES+) hay âm (ES-)

− Thế mao quản (capillary voltage): 2-4,5 kV

− Thế cone (cone voltage): 10-80 V

− Thời gian chờ ghi nhận tín hiệu (dwell time): 0,1-0,5 giây

− Năng lượng buồng va chạm (collision cell energy): 10-40 eV

− Tốc độ dòng khí phun (nebulizer gas flow)

− Tốc độ dòng khí bay hơi (desolvation gas flow): 50-1000 L/giờ

❖ Khảo sát điều kiện sắc ký tối ưu

Do các chất có độ phân cực trung bình đến cao nên sắc ký pha đảo được

áp dụng với hệ dung môi bao gồm acetonitril, MeOH, nước có hoặc không có thể chất điều chỉnh pH như: acid acetic băng, acid formic (nồng độ <0,1%), triethylamin (nồng độ <0,1%)

Điều kiện sắc ký dự kiến khảo sát:

− Pha tĩnh: Cột UPLC Kinetex Phenyl-Hexyl (50 mm x 2,1 mm x 1,7 µm), Cột Phenomenex Lunar C8 (150 mm x 2,1 mm; 5 µm)

− Pha động: acetonitril, methanol, nước có thêm hoặc không thêm chất điều chỉnh pH như acid acetic băng, acid formic, amoni format, amoni acetate Thay đổi loại dung môi, tỷ lệ dung môi với pH thay đổi

− Chương trình rửa giải isocratic hoặc gradient cho pha động

❖ Khảo sát quy trình xử lý mẫu thích hợp

Tiến hành khảo sát 2 quy trình xử lý mẫu:

− Quy trình 1 (QT1): Qua các tài liệu tham khảo về quy trình xử lý mẫu bằng SPE [43], [33], ta dự kiến tiến hành xử lý mẫu bằng phương pháp chiết pha rắn với cột Strata C18-E (500mg) theo sơ đồ 2.1