Nghiên cứu phát triển kỹ thuật QuEchERS GC MS 3 SIM để phân tích đồng thời dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật trong đất

Tôi xin cám ơn sự hỗ trợ từ đề tài ―Nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích đồngthời dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật khoảng 100 chất trong đất bằng kỹ thuậtsắc ký khí khối phổ‖ mã số 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ

CÔNG NGHỆ

- - - - - - - -

-Phạm Tuấn Linh

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT QuEChERS GC/MS 3 SIM

ĐỂ PHÂN TÍCH ĐỒNG THỜI DƢ LƢỢNG HÓA CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT TRONG ĐẤT

LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA PHÂN TÍCH

Hà Nội, 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ

CÔNG NGHỆ

- - - - - - - -

-Phạm Tuấn Linh

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT QuEChERS GC/MS 3 SIM

ĐỂ PHÂN TÍCH ĐỒNG THỜI DƢ LƢỢNG HÓA CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT TRONG ĐẤT

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số:

LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA PHÂN TÍCH

NG ƢỜ I HƢ ỚN G DẪ N KH OA HỌ C

1 PG

S

TS

Vũ Đức Lợi

2 PG

S

TS Ngu yễn Hồn

g Khá nh

Hà Nội, 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn củacác giáo viên hướng dẫn và hỗ trợ của các đồng nghiệp Các kết quả nghiên cứutrình bầy trong luận án này là trung thực và khách quan

Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệutham khảo đúng quy định

Tác giả luận án

Phạm Tuấn Linh

i

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo, tập thể cán bộ của Học viện Khoa học vàCông nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, cũng như Viện Hóahọc đã quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình họctập, nghiên cứu.

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Thành Đồng, các bạn đồng nghiệp đã luônđồng hành, giúp đỡ và chia sẻ vất vả trong suốt quá trình nghiên cứu để tôi có đượckết quả ngày hôm nay

Tôi xin cám ơn sự hỗ trợ từ đề tài ―Nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích đồngthời dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật (khoảng 100 chất) trong đất bằng kỹ thuậtsắc ký khí khối phổ‖ mã số 11/HĐ-ĐT.11.11/CNMT thuộc ―Chương trình nghiêncứu khoa học, ứng dụng và chuyển giao công nghệ phát triển ngành công nghiệpmôi trường‖ thực hiện Đề án ―Phát triển ngành công nghiệp môi trường Việt Namđến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025" của Bộ Công Thương, đã cung cấp kinhphí, phương tiện để tôi tiến hành các nghiên cứu

Cuối cùng, với tất cả những gì yêu quí, trân trọng nhất, xin được gửi tới vợ vànhững người thân trong gia đình đã luôn bên cạnh chia sẻ khó khăn, khuyến khích,

hỗ trợ và động viên tôi hoàn thành bản luận án này

ii

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về hoá chất bảo vệ thực vật

1.1.1 Phân loại hóa chất bảo vệ thực vật

1.1.2 Tình hình sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật

1.2 Phân tích dư lượng hoá chất bảo vệ thực vật

1.2.1 Xử lý mẫu cho phân tích dư lượng hoá chất BVTV

1.2.2 Một số kỹ thuật phân tích định lượng dư lượng hoá chất BVTV

1.2.3 Phương pháp phân tích dư lượng hoá chất BVTV ở Việt Nam

1.2.4 Hướng nghiên cứu phát triển qui trình phân tích dư lượng HCBVTV theo phương pháp QuEChERS

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.2 Hoá chất và thiết bị

2.2.1 Hoá chất

2.2.2 Thiết bị

2.3 Chuẩn bị dung dịch chuẩn, mẫu chuẩn

iii

2.3.1 Chuẩn bị dung dịch chuẩn

2.3.2 Chuẩn bị mẫu chuẩn

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1Nghiên cứu, lựa chọn điều kiện vận hành thiết bị sắc ký khí khối phổ

2.4.2Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình tách chiết (xử lý mẫu)

2.5 Xây dựng qui trình phân tích

2.6 So sánh, đánh giá phương pháp

2.6.1 Đánh giá phương pháp phân tích qua mẫu đất thêm chuẩn

2.6.2 Đánh giá phương pháp phân tích qua mẫu thực tế

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Nghiên cứu, lựa chọn các điều kiện vận hành thiết bị sắc ký khí khối phổ (GC-MS)

3.1.1 Lựa chọn nhiệt độ cổng bơm mẫu và tốc độ bơm mẫu

3.1.2 Thể tích bơm mẫu và tốc độ khí mang

3.1.3 Chương trình nhiệt độ

3.1.4 Lựa chọn mảnh phân tách

3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình tách chiết (xử lý mẫu)

3.2.1 Lựa chọn dung môi chiết

3.2.2 Lựa chọn thời gian chiết mẫu

3.2.3 Ảnh hưởng của các chất hấp phụ đến quá trình làm sạch

3.2.4 Ảnh hưởng của thành phần nền mẫu

3.3 Xây dựng qui trình phân tích

iv

3.3.1 Qui trình chuẩn bị mẫu 74

3.3.2 Qui trình phân tích trên thiết bị 75

3.4 Đánh giá phương pháp 80

3.4.1 Xác định giới hạn phát hiện và định lượng của phương pháp 80

3.4.2 Xác định khoảng tuyến tính và đường chuẩn của phương pháp 84

3.4.3 Xác định độ thu hồi và độ lặp lại của phương pháp 88

3.4.4 So sánh, đánh giá phương pháp thông qua phân tích mẫu thực tế 92

KẾT LUẬN 103

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

PHỤ LỤC 117

v

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Các trạng thái vật lý theo nhiệt độ vào áp suất 11

Hình 1.2 Bộ dụng cụ chiết siêu tới hạn 12

Hình 1.3 Chiết và giải hấp trong vi chiết pha rắn (SPME) [10] 14

Hình 1.4 Các bước trong kỹ thuật MSPD [12] 15

Hình 1.5 Các bước trong kỹ thuật SDME 16

Hình 1.6 Các bước trong kỹ thuật HF-LPME 16

Hình 1.7 Các bước trong kỹ thuật DLLME [5] 17

Hình 1.8 Các bước trong kỹ thuật QuEChERS 18

Hình 1.9 Các bước chuẩn bị mẫu của 3 phiên bản QuEChERS cho xác định HCBVTV trong các sản phẩm nông nghiệp 18

Hình 3.1 Ảnh hưởng của tốc độ bơm mẫu tại các nhiệt độ khác nhau 43

Hình 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ cổng bơm mẫu ở chế độ bơm mẫu nhanh 44

Hình 3.3 Ảnh hưởng của thể tích bơm mẫu và tốc độ khí mang 48

Hình 3.4 Sắc đồ của hỗn hợp chuẩn 1 mg/kg bơm ở chương trình nhiệt độ 1 50

Hình 3.5 Sắc đồ của hỗn hợp chuẩn 1 mg/kg bơm ở chương trình nhiệt độ 2 50

Hình 3.6 Sắc đồ của hỗn hợp chuẩn 1 mg/kg bơm ở chương trình nhiệt độ 3 51

Hình 3.7 Sắc đồ của hỗn hợp chuẩn 1 mg/kg bơm ở chương trình nhiệt độ 4 51

Hình 3.8 Sắc đồ của hỗn hợp chuẩn 1 mg/kg bơm ở chương trình nhiệt độ 5 52

Hình 3.9 Sắc đồ của hỗn hợp chuẩn 1 mg/kg bơm ở chương trình nhiệt độ 6 52

Hình 3.10 Độ phân giải của một số HCBVTV theo các chương trình nhiệt độ 54

Hình 3.11 Sự phân tách và định dạng pik từ chương trình AMDIS 56

vi

Hình 3.12 Độ phân cực của MeCN và một số dung môi hữu cơ 57

Hình 3.13 Ảnh hưởng của thời gian chiết mẫu tới độ thu hồi của một số chất 62

Hình 3.14 Hiệu quả loại bỏ các chất ảnh hưởng bởi các chất hấp phụ 63

Hình 3.15 Ảnh hưởng n độ các chất hấp phụ tới quá trình làm sạch 64 Hình 3.16 Sắc đồ mẫu đất được làm sạch bởi các chất hấp phụ khác nhau 66

Hình 3.17 Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất thu hồi 69

Hình 3.18 Qui trình chuẩn bị mẫu 75

Hình 3.19 So sánh kết quả op-DDT trong mẫu BCT-2 98

Hình 3.20 So sánh kết quả Cadusafos mẫu BCT-3 98

Hình 3.21 So sánh kết quả op-DDD mẫu BCT-14 99

Hình 3.22 So sánh kết quả op-DDT mẫu BCT-14 99

Hình 3.23 So sánh kết quả op-DDD mẫu BCT-15 100

Hình 3.24 So sánh kết quả op-DDT mẫu BCT-15 100

Hình 3.25 So sánh kết quả op-DDD mẫu BCT-16 101

Hình 3.26 So sánh kết quả op-DDT mẫu BCT-16 101

Hình 3.27 So sánh kết quả op-DDT mẫu BCT-25 102

vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tình hình nhập khẩu HCBVTV tại Việt Nam gần đây 9

Bảng 2.1 Bảng danh mục hóa chất BVTV cho công tác nghiên cứu 25

Bảng 3.1 Nhiệt độ cổng bơm mẫu và tốc độ bơm mẫu 42

Bảng 3.2 So sánh độ nhạy và % RSD tại điều kiện cho độ nhạy tốt nhất và tại 260o C (chế độ nhanh) 45

Bảng 3.3 Thể tích khí tương ứng với thể tích bơm mẫu tại nhiệt độ 260 o C 46

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của thể tích bơm mẫu và tốc độ khí mang 47

Bảng 3.5 Các chương trình nhiệt độ của lò 49

Bảng 3.6 Tổng hợp độ thu hồi, độ lệch chuẩn của các HCBVTV với các dung môi khác nhau 58

Bảng 3.7 Độ thu hồi, độ lệch chuẩn của các HCBVTV theo các dung môi chiết 58

Bảng 3.8 Tổng hợp kết quả của ảnh hưởng thời gian chiết mẫu 62

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của cỡ hạt mẫu và chất hữu cơ 70

Bảng 3.10 Thời gian lưu, các mảnh định lượng và định tính (m/z) 76

Bảng 3.11 Giới hạn phát hiện và định lượng của phương pháp 80

Bảng 3.12 Khoảng tuyến tính và đường chuẩn của phương pháp 84

Bảng 3.13 Kết quả độ thu hồi và độ lệch chuẩn 88

Bảng 3.14 Địa điểm lấy mẫu và phân loại đất trồng lúa 92

Bảng 3.15 Địa điểm lấy mẫu và phân loại đất trồng rau 93

Bảng 3.16 Tổng hợp kết quả phân tích các mẫu đất có dư lượng hoá chất BVTV tại Viện Công nghệ môi trường 94

Bảng 3.17 Tổng hợp kết quả của 5 đơn vị tham gia phân tích (Quatest và TTKKNPBQG tham gia 05 mẫu) (đơn vị: µg/kg) 95

viii

DDD

Dichlorodiphenyldichloroethane

DDE

Dichlorodiphenyldichloroethylene

DDT

Dichlorodiphenyltrichloroethane

EC

Electrochemical Detector (đầu dò điện hóa)

GC/MS Gas Chromatography Mass Spectrometry (sắc ký khí ghép nối

khối phổ)

Chromatography (sắc ký thẩm thấu qua gel)

HCBVTV Hoá chất bảo vệ thực vật

HCBVTV Hoá chất bảo vệ thực vật

Chromatography (sắc ký lỏng hiệu năng

Quy chuẩn Việt NamRelative standard deviation (sai số tương đối)Stir Bar Sorptive Extraction

Single Drop Micro Extraction (vi chiết giọt đơn)Supercritical Fluid Extraction (chiết siêu tới hạn)Selected Ion Monitoring

Solid Phase Extraction (chiết pha rắn)Solid Phase Micro Extraction (vi chiết pha rắn)Tiêu chuẩn Việt Nam

Triphenyl phosphate

2

đó, HCBVTV ngày càng được sử dụng phổ biến tại nước ta với chủng loại ngàycàng tăng (từ 189 hoạt chất năm 2003 lên 1700 hoạt chất năm 2016) [34] Như vậy,theo thời gian, trong môi trường đất (nơi tiếp nhận đầu tiên của HCBVTV trong quátrình sử dụng) sẽ tồn tại nhiều loại HCBVTV thuộc các nhóm khác nhau (dưlượng) do việc sử dụng đã kéo dài qua nhiều năm hay do sử dụng nhiều loại đanxen, pha trộn đồng thời.

Tuy nhiên, do đều là hóa chất có độc tính cao, thời gian phân hủy kéo dài nênbên cạnh tính tích cực là bảo vệ cây trồng, HCBVTV ít nhiều đã gây ảnh hưởng đếnsinh vật và môi trường xung quanh Đặc biệt, HCBVTV có thể tích tụ trong các sảnphẩm nông nghiệp từ môi trường đất và gây hại trực tiếp đến con người

Việc xác định dư lượng HCBVTV trong đất nhằm đánh giá mức độ ô nhiễmmôi trường và đảm bảo cho phát triển nền nông nghiệp sạch, an toàn Hiện nay, tạiViệt Nam công tác đánh giá dư lượng HCBVTV trong đất vẫn được tiến hànhriêng theo từng nhóm chất, mỗi nhóm có qui trình phân tích riêng (phương pháptruyền thống) Mỗi qui trình bao gồm quá trình chiết (thường là shoxlet), làm sạchbằng sắc ký cột và phân tích trên thiết bị phù hợp Vì vậy, để có thể phân tích hếtcác HCBVTV, cần dùng nhiều kỹ thuật chiết và phân tích khác nhau, dẫn đến mấtthời gian (chiết đến 16 – 18 tiếng) và tốn kinh phí (cần trên 1 lít dung môi) Do đó,việc xây dựng phương pháp có thể xác định đồng thời nhiều HCBVTV thuộc cácnhóm khác nhau là cần thiết

3

Trên thế giới, các phương pháp xác định HCBVTV đã hình thành từ rất lâu

và ngày càng phát triển theo hướng áp dụng các kỹ thuật, công nghệ mới nhằm tănghiệu quả, độ chính xác và giảm chi phí, thời gian [1]

Năm 2003, Anastassiades và cộng sự lần đầu tiên công bố một phương phápchiết và làm sạch nhanh được gọi là QuEChERS (viết tắt của Quick, Easy, Cheap,Efficient, Rugged, Safe) để xác định HCBVTV trong rau quả [67] Phương phápbao gồm một quá trình chiết chung cho phần lớn các chất và làm sạch bằng kỹ thuậtchiết phân tán d-SPE (dispersive solid phase extraction) Tuy nhiên, tùy thuộc nềnmẫu và đối tượng phân tích sẽ cần có những nghiên cứu, khảo sát sâu để thiết lập raqui trình riêng biệt Phương pháp nhanh chóng được chấp nhận và phát triển ứngdụng cho các đối tượng phân tích và nền mẫu khác nhau, chủ yếu cho các sản phẩmnông nghiệp và thực phẩm Với nền mẫu đất, trầm tích, đến năm 2008 mới có công

bố đầu tiên và cho đến nay cũng chỉ xác định đồng thời trên 40 loại HCBVTV [76]

Theo các tiêu chuẩn hiện hành tại Việt Nam cũng như trên thế giới,HCBVTV trong đất vẫn được xác định theo phương pháp truyền thống, tức là chiếttách, làm sạch theo nhóm sau đó phân tích trên thiết bị phù hợp (sắc ký khí, lỏng vớicác đầu dò khác nhau)

Với những thực tế trên, đề tài ―Nghiên cứu phát triển kỹ thuật QuEchERSGC/MS 3 SIM để phân tích đồng thời dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật trong đất‖được thực hiện với mục đích:

- Nghiên cứu phát triển một kỹ thuật phân tích mới có thể phân tích đồngthời hóa chất bảo vệ thực vật thuộc các nhóm hoạt chất khác nhau trongđất nhằm giảm thời gian và chi phí phân tích

- Sơ bộ đánh giá với các phương pháp hiện hành thông qua phân tích mẫu thực tế và so sánh với một số phòng phân tích khác

4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về hoá chất bảo vệ thực vật

1.1.1 Phân loại hóa chất bảo vệ thực vật

Hóa chất bảo vệ thực vật là các loại hóa chất được sử dụng trong canh tácnông lâm nghiệp nhằm mục đích bảo vệ cây trồng khỏi các sinh vật gây hại Hiệnnay trên thế giới, có trên 1500 loại hóa chất bảo vệ thực vật đã và đang được sửdụng, được phân loại dựa trên thành phần, cấu tạo hóa học (nhóm cơ clo, cơ phốtpho, carbamate ) hay theo công dụng (thuốc trừ sâu, trừ nấm, trừ cỏ…) và đôi khitheo cấp độ độc hoặc theo thời gian phân hủy của chúng

Theo cấu tạo hoá học, HCBVTV có thể được phân thành các nhóm chính sau: [2-3]

- Nhóm cơ Clo (Organochlorines) là các hợp chất hữu cơ với năm hoặc

nhiều hơn các nguyên tử clo và là HCBVTV hữu cơ tổng hợp đầu tiên được sửdụng trong nông nghiệp, y tế công cộng và tồn tại trong môi trường với thời giandài trước khi phân huỷ hoàn toàn HCBVTV clo hữu cơ gây rối loạn hệ thần kinhdẫn đến co giật, tê liệt và gây tử vong cho côn trùng Phần lớn các hoạt chất thuộcnhóm đã bị cấm hoặc hạn chế sử dụng Một số ví dụ đại diện đã được sử dụng phổbiến những thập niên 70, 80 của thế kỷ trước là DDT, lindane, endosulfan, aldrin,dieldrin và chlordane

5

- Nhóm cơ Phốt pho (Organophosphorous ): có cấu trúc cơ bản được xác

định theo công thức Schrader, trong đó, R1 và R2 thường là nhóm methyl hoặcethyl, O trong nhóm OX có thể được thay thế bằng S và nhóm X rất đa dạng

HCBVTV cơ phốt pho nói chung là có độc tính cao với côn trùng và độngvật máu nóng, tác động như chất ức chế cholinesterase dẫn đến một lớp phủ thườngtrực của acetylcholine trên một khớp thần kinh Kết quả là, các xung động thần kinhkhông di chuyển trên các khớp thần kinh gây co giật của cơ bắp và do đó nhanhchóng tê liệt và chết

HCBVTV cơ phốt pho dễ bị phân hủy trong môi trường bởi các tác nhân hóahọc và sinh học khác nhau, do đó không tồn tại quá lâu trong môi trường Tuynhiên, do độc tính cao nên một số chất đã bị cấm, hạn chế sử dụng Một số chấtđược sử dụng rộng rãi bao gồm parathion, malathion

- Nhóm Carbamate: là HCBVTV hữu cơ có nguồn gốc từ axit carbamic với

công thức chung

Trong đó, R1 là một nhóm rượu, R2 là nhóm methyl và R3 thường là hydro.Carbamate có độc tính với côn trùng và động vật có vú, gây ức chế mencholinesterase Nhóm này thường được phối trộn với các nhóm khác để tăng phổtác dụng và có đặc điểm: ít tan trong nước, dễ bị phân hủy Một số hoạt chất sửdụng rộng rãi trong nhóm này bao gồm carbaryl, carbofuran và aminocarb

6

- Nhóm Pyrethroid là chất tương tự tổng hợp của pyrethrins tự nhiên, một

sản phẩm từ hoa kim cúc (cinerariaefolium) Pyrethroid được công nhận là có hiệu

quả đối với côn trùng gây hại, nhưng độc tính với động vật có vú thấp và dễ phân

hủy sinh học Tuy nhiên, do dễ bị phân huỷ quang học nên ít được sử dụng trong

nông nghiệp Các pyrethroid tổng hợp được sử dụng rộng rãi nhất bao gồm

permethrin, cypermethrin và deltamethrin

- Một số nhóm HCBVTV khác: Một số HCBVTV có cấu tạo khác biệt do dó

không được xếp vào các nhóm chính nêu trên và cũng có nhiều HCBVTV không

được xếp vào một nhóm cụ thể nào Ví dụ:

Diniconazole (nhómtriazole)

1.1.2 Tình hình sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật

HCBVTV đã được sử dụng từ rất lâu và có nguồn gốc chủ yếu từ vô cơ, như

đồng, thủy ngân, asen (trước năm 1940) Đến năm 1939, thuốc trừ sâu tổng hợp đầu

tiên (DDT - thuộc nhóm cơ clo) ra đời và được xem là thần dược cho nông nghiệp

7

Những năm tiếp sau đó, rất nhiều HCBVTV nhóm cơ clo được phát triển và sửdụng rộng rãi do có hoạt tính cao (mặc dù nhóm cơ phốt pho và carbamat đã đượchình thành) Tuy nhiên, đến những năm 60, nhiều báo cáo về tính độc hại cũng nhưảnh hưởng của nhóm cơ clo đến sức khỏe và môi trường đã được ghi nhận và việc

sử dụng DDT cũng như nhiều hoạt chất HCBVTV nhóm cơ clo đã bị cấm sử dụngtrong nông nghiệp tại Mỹ vào năm 1973 Việc cấm này tạo điều kiện cho việc pháttriển các HCBVTV thân thiện với môi trường hơn như nhóm cơ phốt pho, nhómcarbamat và cũng đánh dấu sự ra đời của nhóm pyrethroid

Từ năm 1980 đến nay, đã phát minh ra nhiều loại HCBVTV mới có tính antoàn và ít độc hại hơn, trong đó tập trung vào các chất có nguồn gốc sinh học, từ tựnhiên Các HCBVTV mới này có tính chọn lọc cao, ít độc hại nhưng có phổ tácdụng hạn hẹp và hoạt lực thấp, vì vậy, thường được phối hợp 2 hay nhiều loại vớinhau để tăng hiệu quả Đồng thời với việc tạo ra các HCBVTV mới, nhiềuHCBVTV có tính độc cao cũng bị cấm và hạn chế sử dụng, tập trung chủ yếu vàonhóm vô cơ, cơ clo và một số chất thuộc nhóm cơ phốt pho

Theo thống kê của tổ chức Nông Lương Thế giới (FAO), hàng năm có trên 2triệu tấn HCBVTV được sử dụng trên toàn thế giới Mặc dù một số loại HCBVTVđộc hại đã bị cấm sử dụng từ những năm 80 của thế kỷ trước (ở Việt Nam là nhữngnăm 90), tuy nhiên, do tính bền và khó phân hủy nên chúng vẫn tồn tại trong môitrường, nhất là môi trường đất

Theo thống kê vào năm 1957 tại miền Bắc nước ta sử dụng khoảng 100 tấn.Ðến trước năm 1985 khối lượng HCBVTV dùng hàng năm khoảng 6.500 - 9.000tấn Các loại HCBVTV mà Việt Nam sử dụng trong giai đoạn trước 1995 có độ độccao, nhiều loại đã lạc hậu (cấm sử dụng trên thế giới) như DDT, 666, parathion vớilượng sử dụng khoảng 0,3kg/ha Tuy nhiên, nhiều loại HCBVTV cũng được sửdụng trong các lĩnh vực khác, ví dụ sử dụng DDT để phòng trừ muỗi truyền bệnhsốt rét (từ 1957 -1994: 24.042 tấn)

Danh mục thuốc BVTV được phép sử dụng ở nước ta đến năm 2013 đã lêntới 1.643 hoạt chất, trong khi, các nước trong khu vực chỉ có khoảng từ 400 dến 600

8

loại hoạt chất, như Trung Quốc 630 loại, Thái Lan, Malaysia 400-600 loại (theo

Hội nông dân, 2015) 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 thuốc BVTV nhập lậu

cho thấy hàng năm Việt Nam nhập khẩu từ 70.000 - 100.000 tấn thuốc BVTV (theo

Cục Bảo vệ thực vật, 2015) Tuy nhiên, ngoài những HCBVTV nằm trong danh

mục cho phép, còn có nhiều loại được sử dụng trái phép do có giá thành thấp

nhưng hoạt lực mạnh và phần lớn có nguồn gốc từ Trung Quốc, nhập khẩu thông

qua con đường tiểu ngạch (buôn lậu) Các HCBVTV này thường thuộc nhóm cơ

clo (DDT, endosulfan) và có độc tính rất cao

Bảng 1.1 Tình hình nhập khẩu HCBVTV tại Việt Nam gần đây

Tổng KL Năm

1.2 Phân tích dư lượng hoá chất bảo vệ thực vật

Việc phân tích dư lượng HCBVTV trong đất đã được nghiên cứu từ rất lâu

trên thế giới, biên soạn thành các phương pháp phân tích tiêu chuẩn, trong đó các

hóa chất bảo vệ thực vật thường được xác định theo nhóm dựa vào thành phần cấu

tạo và tính chất hóa lý đặc trưng Quá trình phân tích thường bao gồm 2 công đoạn:

- Xử lý mẫu: nhằm tách các HCBVTV khỏi nền mẫu, làm sạch (có thể bao

gồm cô đặc làm giàu) Các kỹ thuật chiết thường được sử dụng

- Định lượng: sử dụng các kỹ thuật, thiết bị phù hợp để xác định hàm lượng

HCBVTV

9

Các phương pháp này vẫn liên tục được nghiên cứu phát triển nhằm tăng độnhạy, giảm thời gian cũng như chi phí phân tích và đáp ứng tốt hơn với sự pháttriển của các hóa chất bảo vệ thực vật mới.

1.2.1 Xử lý mẫu cho phân tích dư lượng hoá chất BVTV

Quá trình xử lý mẫu nhằm mục đích tách các chất cần phân tích với lượng rấtnhỏ và loại bỏ tối đa các tạp chất với lượng rất lớn khỏi nền mẫu Sẽ càng phức tạp hơnnếu các chất cần phân tích có tính chất hóa lý khác nhau (các nhóm khác nhau) trongtách và làm sạch chúng khỏi nền mẫu Trong quá trình này, độ phân cực của dung môichiết cũng như loại và hàm lượng của chất hấp phụ trong làm sạch là các yêu tố quantrọng cần được quan tâm Ngoài ra, các ảnh hưởng khác từ nền mẫu cũng cần đượcnghiên cứu Một số kỹ thuật đã được sử dụng: [1, 12, 13, 18, 30, 36]

1.2.1.1 Chiết lỏng - lỏng (Liquid liquid extraction – LLE)

Đây là phương pháp truyền thống, được phát triển đầu tiên trên thế giới vàhiện vẫn được sử dụng rộng rãi trong xử lý mẫu Phương pháp LLE thường được

áp dụng cho mẫu lỏng hoặc bán lỏng Với mẫu rắn, mẫu cần được nghiền và đồngnhất trong pha lỏng phù hợp

Nguyên tắc chung của phương pháp là dựa trên sự phân bố (hòa tan) củachất cần phân tích giữa 2 pha không hòa tan: pha lỏng đang tồn tại (thường lànước) và pha chiết (dung môi hữu cơ) Chính vì vậy, hiệu quả chiết phụ thuộc rấtnhiều vào tính chất hóa lý, đặc biệt là độ phân cực của chất tan cũng như dung môihòa tan Trong phương pháp này, có thể lựa chọn dung môi để chiết chọn lọc mộtnhóm chất hoặc có thể dùng hỗn hợp nhiều dung môi để chiết đa nhóm

LLE đơn giản, ổn định và khá hiệu quả nhưng tốn nhiều thời gian, công sứccũng như lượng dung môi tiêu tốn lớn (từ 200 ml trở lên)

1.2.1.2 Chiết lỏng - rắn (Liquid solid extraction – LSE)

Tương tự như LLE, đây phương pháp truyền thống cho tách chiết phân tích

dư lượng HCBVTV trong mẫu rắn Nguyên tắc chung của phương pháp là sử dụngdung môi hữu cơ thích hợp chiết chất cần phân tích từ mẫu rắn (đã được đồng nhất

và nghiền nhỏ) bằng cách lắc, khuấy trộn cơ học

10

Để tăng hiệu quả cũng như giảm thời gian chiết, một số biện pháp hỗ trợ đãđược áp dụng như: áp suất (pressurized liquid extraction - PLE) [69, 73], vi sóng(microwave assisted extraction – MAE) [71, 80] hay siêu âm (ultrasound assistedextraction – UAE) [72, 79] Tuy nhiên, do có năng lượng cao nên nhiều tạp chấtcũng bị chiết đồng thời gây khó khăn cho quá trình làm sạch Vì vậy, PLE, MAE vàUAE thường chỉ áp dụng đối với những mẫu có nền không phức tạp.

1.2.1.3 Chiết Soxhlet

Là phương pháp truyền thống, phát triển từ phương pháp LSE và được sửdụng phổ biến cho tách chiết phân tích dư lượng HCBVTV trong mẫu rắn nóichung cũng như mẫu đất nói riêng Cho tới nay, phương pháp này vẫn được sửdụng nhiều trên thế giới và cũng là phương pháp tiêu chuẩn của nhiều tổ chức vàquốc gia trong đó có Việt Nam Trong phương pháp này, mẫu được chiết liên tụcvới nhiều chu kỳ bằng dung môi sạch Chính vì vậy, Soxhlet có hiệu suất thu hồicao tuy nhiên lượng hóa chất sử dụng lớn (150 – 500 ml/mẫu) và thời gian xử lýkéo dài (từ 8 - 36 tiếng)

1.2.1.4 Chiết siêu tới hạn (Supercritical fluid extraction – SFE) [77]

SFE được phát triển gần đây cho việc chiết nhanh, chọn lọc những chất cầnphân tích khỏi mẫu rắn bằng chất lỏng (dung môi) ở trạng thái siêu tới hạn (tạođược khi đưa chất lỏng tới nhiệt độ và áp suất cao hơi giá trị tới hạn) Ở trạng tháisiêu tới hạn, chất lỏng sẽ không còn ở thể lỏng nhưng vẫn chưa thành thể khí (Hình1.1) và có thể dễ dàng thẩm thấu vào chất rắn, hòa tan chất cần phân tích

Hình 1.1 Các trạng thái vật lý theo nhiệt độ vào áp suất

Trong SFE, CO2 thường được sử dụng vì có thể dễ đạt được nhiệt độ và áp

11

suất tới hạn (31oC và 73 atm) Ngoài ra, CO2 có giá thành thấp, bền về mặt hóa học,không độc, không cháy, độ nhớt thấp, độ tinh khiết cao, khả năng khuếch tán cao, dễloại ra khỏi dịch chiết Tuy nhiên, CO2 là chất kém phân cực do đó thường đượcdùng để chiết các chất không phân cực hoặc phân cực yếu, không phù hợp để chiếtcác chất phân cực.

Hình 1.2 mô tả một bộ dụng cụ SFE Quá trình chiết gồm các bước:

- Mẫu được nạp vào bình chiết

- Dòng CO2 lỏng qua bình ngưng tụ rồi đến bơm nén và bộ gia nhiệt để tạođiều kiện trở thành siêu tới hạn

- Đưa CO2 siêu tới hạn vào bình chiết sau đó chuyển vào bình tách

- Điều chỉnh nhiệt độ và áp suất thích hợp để CO2 chuyển thành dạng khí, sản phẩm sẽ lắng xuống, thu riêng

- Khí CO2 có thể được nén lạnh, hóa lỏng và đưa trở lại bình chứa cho cáclần phân tích sau

Hình 1.2 Bộ dụng cụ chiết siêu tới hạn

Ưu điểm nổi bật nhất của SFE là tính chọn lọc Dịch chiết thu được thườngkhông cần phải trải qua quá trình làm sạch trước khi phân tích do đó phương pháprất phù hợp cho các nền mẫu phức tạp Tuy nhiên, đến nay SFE không phải là mộtphương pháp phổ biến vì chi phí đầu tư thiết bị khá tốn kém và việc mở rộng ứngdụng trên nền mẫu mới cần có những khảo sát riêng phức tạp

12

1.2.1.5 Chiết pha rắn (Solid phase extraction – SPE)

Kỹ thuật chiết pha rắn được giới thiệu vào giữa những năm 70 của thế kỷtrước và được sử dụng rộng rãi để làm sạch, làm giàu mẫu trước khi phân tích.Phương pháp dựa vào sự phân tán, hấp phụ của chất tan (gồm chất phân tích, tạpchất) giữa 2 pha lỏng (mẫu, dịch chiết) - rắn (chất hấp phụ) và qua các giai đoạn:

- Chuẩn bị, hoạt hóa cột chiết: nạp pha rắn với chủng loại và khối lượng thích hợp, loại bỏ bọt khí, hoạt hóa nhóm hoạt động (khi cần thiết)

- Hấp phụ: chất phân tích và tạp chất cần làm sạch được hấp phụ trên pha rắn của cột chiết

- Rửa giải: chất cần phân tích được tách khỏi tạp chất thông qua việc rửagiải với các loại dung môi và thời gian khác nhau Dung dịch sau đóđược cô cạn đến thể tích phù hợp và phân tích trên thiết bị

Có nhiều loại pha rắn khác nhau đã được sử dụng cho quá trình SPE theo hình thức đơn lẻ hay kết hợp Một số pha rắn phổ biến là:

- Silicagel: có cấu trúc (SiO2)x và có gắn các nhóm hydroxyl (OH) hay còngọi là silanol Silicagel có tính a xít, phân cực mạnh và dễ hấp phụ các chất

có độ phân cực cao (như các a xít béo), đôi khi cả chất cần phân tích

Do đó, trong một số trường hợp cần giảm bớt hoạt tính bằng cách bổ sung nước hay dung môi phù hợp trước khi cho mẫu

- Florisil: bản chất là magie silicat (MgSiO3) Đây là chất có độ phân cực yếu và phù hợp cho việc chiết, làm sạch đối với nhiều nhóm HCBVTV

- C18: có cấu tạo với nền silica gắn các nhóm octadecyl (C18) nhằm làmgiảm sự phân cực C18 hấp phụ tốt đối với các chất không phân cực nhưchất béo, sáp, đường, tinh bột và không ảnh hưởng (hấp phụ) với phầnlớn các HCBVTV

- PSA (primary secondary amine): do có cấu tạo bao gồm cả amin bậc 1 vàbậc 2 nên PSA có tính kiềm, có khả năng tạo phức (chelating), khả năngtrao đổi ion và rất hiệu quả trong việc loại bỏ các a xít hữu cơ (bao gồm

cả a xít béo), các chất phân cực

13

- GCB (graphitized carbon black): được sử dụng để loại màu, chlorophyll

và carotenoid

1.2.1.6 Vi chiết pha rắn (Solid phase micro extraction – SPME)

Vi chiết pha rắn được phát triển trên cơ sở SPE bởi Pawliszyn vào năm

1989 Chất phân tích trong mẫu được hấp phụ trên vật liệu hấp phụ rắn, xốp (pharắn) trên bề mặt sợi silica hoặc sợi kim loại nhỏ Sau khi cân bằng hấp phụ đượcthiết lập (2÷30 phút), chất phân tích lưu giữ trên pha rắn được giải hấp bằng nhiệt

và phân tích trên sắc ký (hình 1.3)

Tuỳ thuộc vào cách lấy mẫu, người ta phân làm 2 loại SPME: immersionSPME (loại nhúng) và headspace SPME (loại không gian hơi) Vật liệu hấp phụ phổbiến nhất là poly dimethylsiloxan (PDMS) có bề dày thay đổi khoảng từ 7 đến 100

um Quá trình cân bằng của chất phân tích giữa nước và màng PDMS phụ thuộcvào sự khuếch tán và hằng số phân bố của chất phân tích Để độ chính xác và độ lặplại cao, cần giữ cố định các thông số: thời gian hấp phụ, kích thước lọ mẫu, thể tíchmẫu, độ sâu của sợi SPME Ngày nay, đã có bộ phận ghép nối giữa SPME và hệthống sắc ký rất thuận lợi cho việc phân tích tự động

Hình 1.3 Chiết và giải hấp trong vi chiết pha rắn (SPME) [10]

14

1.2.1.7 Chiết pha rắn phân tán với mẫu (Matrix Solid Phase Dispersion - MSPD)

Hình 1.4 Các bước trong kỹ thuật MSPD [12]

Năm 1989, kỹ thuật chiết MSPD được Barker và cộng sự tìm ra Nguyên tắccủa kỹ thuật MSPD là mẫu được nghiền, trộn và phân tán đều cùng với các chất hấpphụ rắn và sau đó được rửa giải với một lượng dung môi nhỏ Các bước thực hiện

kỹ thuật MSPD được thể hiện trong hình 1.4 [11, 15]

1.2.1.8 Vi chiết pha lỏng (Liquid phase micro extraction – LPME)

Vi chiết pha lỏng là sự phối hợp các ưu điểm giữa kỹ thuật LLE và kỹ thuậtSPME nhằm giảm lượng dung môi tiêu tốn (từ vài trăm ml xuống còn vài ul).LPME có thể chia thành 3 loại chính:

- Vi chiết đơn giọt (single drop microextraction - SDME): được Jeannot vàCantwell phát triển từ năm 1996 trên nguyên tắc: chất cần phân tích được chiết từmẫu sang dung môi hữu cơ trong một giọt nhỏ (thể tích từ 1 – 3 µL) tại đầu củamicrosyringe (hình 1.5)

15

Hình 1.5 Các bước trong kỹ thuật SDME

- Vi chiết sợi rỗng (hollow fiber – HF LPME): được giới thiệu từ năm 1999 trên

cơ sở cải tiến của SDME nhằm tăng độ ổn định và dễ thao hơn Sợi rỗng có bề mặt xốp,tạo thành dạng ống (hình 1.6) Đầu tiên, sợi được nhúng vào một dung môi hữu cơ đểlấp đầy lỗ xốp và tạo thành màng dung môi trên bề mặt ngoải Dung môi

chiết được đưa vào phía trong sợi Khi nhúng sợi vào dịch mẫu, quá trình vi chiếtlỏng lỏng xảy ra từ pha chứa mẫu, đến màng pha hữu cơ ở lỗ xốp và đến pha trongsợi Nếu dung môi chiết giống với dung môi ở lỗ xốp, đó là quá trình chiết hai pha.Nếu dung môi chiết khác với dung môi ở lỗ xốp, đó là quá trình chiết ba pha

Hình 1.6 Các bước trong kỹ thuật HF-LPME

Vi chiết lỏng lỏng phân tán (dispersive liquid liquid microextraction DLLME): Trong kỹ thuật này, lượng nhỏ dung môi chiết (vài microlit) được trộnvới một loại dung môi phân tán (vài mililit) sau đó trộn với dung dịch nước củamẫu có chứa chất phân tích Dung môi phân tán có vai trò giúp tạo các giọt nhỏ củadung môi chiết Chất phân tích được chiết vào các giọt này, sau đó, hỗn hợp được

-ly tâm để tách riêng dung môi chiết (hình 1.7)

16

Hình 1.7 Các bước trong kỹ thuật DLLME [5]

1.2.1.9 Phương pháp QuEChERS (Quick–Easy–Cheap–Effective–Rugged–Safe)

Đây là kỹ thuật mới, hiện đại do nhóm nghiên cứu của TS Lehotay vàAnastassiades giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2002 tại hội thảo Châu Âu ―dư lượnghóa chất BVTV‖ lần thứ 4 ở Roma năm 2002, sau đó được công bố trên tạp chí vàonăm 2003 [12] Ban đầu, phương pháp không được quan tâm nhiều do đây không phải

là phương pháp phân tích hoàn chỉnh, chỉ là quá trình xử lý mẫu và cũng không có gìđặc biệt mới Về bản chất, phương pháp bao gồm 2 quá trình độc lập:

- Quá trình chiết: dựa trên quá trình chiết lỏng – rắn và lỏng – lỏng diễn

ra đồng thời Trước tiên là pha rắn (mẫu) và pha lỏng (thường là nước do có sẵntrong mẫu hoặc bổ sung thêm) và sau đó là dung môi không hòa tan được bổ sung

để thực hiện công đoạn chiết lỏng – lỏng Muối được bổ sung để hỗ trợ quá trìnhchiết Điều chú ý là quá trình chiết chỉ thực hiện 1 lần với lượng dung môi nhỏ (10-

15 ml) Do đó, lựa chọn dung môi cũng như đánh giá ảnh hưởng của nền mẫu đến quá trình chiết là rất quan trong

- Quá trình làm sạch: dựa trên cơ sở của quá trình chiết pha rắn (SPE)tuy nhiên đã được cải tiến Thay vì sử dụng nhiều cột với các chất nhồi khác nhau

và bao gồm các công đoạn rửa giải tốn dung môi cũng như thời gian Anastassiades

đã đưa ra khái niệm d-SPE (dispersive SPE), trong đó các chất hấp phụ được đưatrực tiếp vào mẫu để hấp phụ chọn lọc các yếu tố cản trở Việc lựa chọn chủng loại

và liều lượng chất hấp phụ rất quan trọng để việc làm sạch được hiệu quả

Đến năm 2005, Lehotay và cộng sự đã đánh giá phương pháp và cho thấy kếtquả tốt với 207/235 hóa chất BVTV trong nền mẫu rau quả [44-45, 74] Sau đó,

17

phương pháp đã được các nhà khoa học quan tâm và phát triển, trong đó có việc bổsung đệm pH để tăng hiệu quả thu hồi với một số HCBVTV mang tính a xít trongcác nền mẫu có pH thấp (như chanh, cam) Phương pháp đã được đánh giá liênphòng và trở thành phương pháp tiêu chuẩn AOAC 2007.01 (năm 2007) và EN

15662 (năm 2008) [27]

Hình 1.8 Các bước trong kỹ thuật QuEChERS

Phương pháp ban đầu

10 g mẫu/ống ly tâm 50ml

+ 10ml ACN+ Nội chuẩn (IS)+ 4g MgSO4 và 1g NaClLắc (vortex) 1 phút

Ly tâm 5.000 vòng/5 phútLấy 1ml dịch chiết

+ 150mg MgSO4 và 50mgPSA

Lắc (vortex) 1 phút

Ly tâm 6.000 vòng/1 phútLấy 0,5ml phân tích

Hình 1.9 Các bước chuẩn bị mẫu của 3 phiên bản QuEChERS cho xác định

HCBVTV trong các sản phẩm nông nghiệp

18

Phương pháp QuEChERS sau đó đã được phát triển rộng rãi cho các đốitượng phân tích cũng như trong các nền mẫu khác nhau Tính đến tháng 11/2014 đã

có trên 900 các công bố khác nhau liên quan đến QuEChERS [85] và có thể coi đây

là ―kỹ thuật xanh‖ trong hóa phân tích do có nhiều ưu điểm: nhanh, dễ thực hiện, íttốn kém, hiệu quả tốt, ổn định với nhiều HCBVTV trên nhiều loại nền mẫu, an toàncho người phân tích Tuy nhiên, do tiến hành đơn giản nên phương pháp cũngkhông thể loại bỏ hoàn toàn các ảnh hưởng đối với nền mẫu phức tạp nên cần thiếtphải phối hợp với các kỹ thuật phân tích định lượng hiện đại như GC/MS, LC/MS

1.2.2 Một số kỹ thuật phân tích định lượng dư lượng hoá chất BVTV

1.2.2.1 Định lượng trên thiết bị sắc ký khí

Thiết bị được sử dụng nhiều nhất trong phân tích dư lượng HCBVTV là sắc

ký khí Dựa trên tính chất hóa học của nhóm hóa chất bảo vệ thực vật cần phân tích

mà có điều kiện phân tích cũng như detector khác nhau, như: detector bắt giữ điện

tử (ECD) cho phân tích các hóa chất bảo vệ thực vật thuộc nhóm cơ clo, detector ni

tơ phốt pho (NPD) hoặc detector quang hóa ngọn lửa (FPD) cho phân tích các hóachất bảo vệ thực vật họ cơ phốt pho, ni tơ Như vậy, phương pháp này chỉ địnhlượng các hóa chất bảo vệ thực vật trong 1 nhóm [1,4,5,70]

Với sự phát triển trong công nghệ chế tạo khối phổ, những năm gần đây, việc

sử dụng sắc ký khí gắn kết với detector khối phổ (GC-MS) đã trở nên phổ biến hơnvới ưu điểm vượt trội về khả năng xác định chính xác chất cần phân tích dựa trênphân tích cấu trúc hóa học của chất cần phân tích Nguyên tắc cơ bản của phươngpháp sắc ký khí khối phổ là: chất cần phân tích bị bắn phá tại năng lượng 70 eV và

bị phá vỡ thành nhiều mảnh với khối lượng khác nhau, đặc trưng cho chất cần phântích (chế độ full scan) Mỗi chất sau đó sẽ được lựa chọn 1 mảnh đặc trưng để tínhtoán định lượng (chế độ SIM)

Việc lựa chọn cột sắc ký cũng là một trong những nhân tố quan trọng trongphân tích HCBVTV Việc chọn cột dựa trên cơ sở tính đặc trưng của các HCBVTVcần phân tích Ví dụ như để tách tốt các HCBVTV cơ clo và pyrethroid thì các cộtkhông phân cực hoặc ít phân cực như DB1 và DB5 thường được sử dụng Để táchcác HCBVTV phân cực như nhóm phốt pho thì cột phân cực như cột DB 1701

19

thường được sử dụng nhưng ứng dụng cũng bị hạn chế bởi hiện tượng chảy máucột (bleeding).

1.2.2.2 Định lượng trên thiết bị sắc ký lỏng

Với các hoá chất BVTV có nhiệt độ bay hơi cao hoặc không bền nhiệt màkhó hoạt hoá thì kỹ thuật sắc ký lỏng cao áp (HPLC) được sử dụng Các detectorthường được sử dụng trong kỹ thuật sắc ký lỏng là detector diode array (DAD),detector quang và detector khối phổ (MSD) Tuy nhiên, điểm hạn chế lớn nhất của

hệ HPLC-MSD là giá thiết bị cũng như duy tu, bảo trì rất đắt tiền Một số detectorkhác cũng được sử dụng với kỹ thuật sắc ký lỏng cao áp như detector huỳnh quang(FLD) và detector điện hóa (EC) nhưng chỉ hạn chế cho một số hoá chất BVTVnhư benomyl, carbendazim và cymiazole Việc sử dụng pha động để phân tích hoáchất BVTV trong kỹ thuật sắc ký lỏng bao gồm hỗn hợp acetonitrile (MeCN) –nước hoặc hỗn hợp methanol (MeOH) – nước [1,4,17,88]

1.2.2.3 Các phương pháp định lượng khác

Một số nhóm hoá chất BVTV đặc thù (thường là cơ clo) có thể được xác địnhtheo phương pháp sinh học (ELISA) hay phương pháp điện cực màng sinh học(Biosensor) hoặc theo phương pháp cực phổ [17] Tuy nhiên, các phương pháp nàykhó có thể xác định một hoá chất BVTV cụ thể mà chỉ có thể xác định sự có mặt củamột nhóm chất, do đó, thường sử dụng trong công tác sàng lọc, đánh giá sơ bộ

1.2.3 Phương pháp phân tích dư lượng hoá chất BVTV ở Việt Nam.

1.2.3.1 Các phương pháp quy chuẩn

Năm 1996, Việt Nam ban hành một số tiêu chuẩn, mỗi tiêu chuẩn cho xácđịnh cụ thể 1 HCBVTV trong đất (như TCVN: 6124, TCVN 6132, TCVN 6136…)với việc chiết bằng kỹ thuật shoxlet, làm sạch bằng sắc ký cột và phân tích trên sắc

ký lỏng Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các phương pháp không phù hợp

đã được thay thế bằng các phương pháp phù hợp hơn vào năm 2009 Hiện nay ởViệt Nam các tiêu chuẩn cho phân tích HCBVTV trong đất bao gồm: TCVN 6134 –

1996 (Chất lượng đất – Xác định dư lượng 2,4-D trong đất – Phương pháp sắc lýlỏng hiệu năng cao); TCVN 6135 – 1996 (Chất lượng đất – Xác định dư lượng

20

fenvalerat trong đất – Phương pháp sắc lý lỏng hiệu năng cao); TCVN 8061 – 2009(Chất lượng đất - Xác định hóa chất bảo vệ thực vật cho clo hữu cơ và polyclorinbiphenyl – Phương pháp sắc ký khí với detector bẫy electron); TCVN 8062 – 2009(Chất lượng đất – Xác định hợp chất phospho hưu cơ bằng sắc ký khí – Kỹ thuậtcột mao quản) Điểm chung của các tiêu chuẩn này là đều sử dụng kỹ thuật chiếtSoxhlet và làm sạch bằng sắc ký cột (SPE) nên thời gian chuẩn bị mẫu kéo dài, sửdụng nhiều dung môi hữu cơ Tuy nhiên, cũng có thể thấy phần lớn đã được ápdụng kỹ thuật sắc ký khí là công cụ phân tích mạnh, có độ chính xác cao và tươngđối phổ thông với các phòng phân tích.

Một điểm đáng lưu ý trong xu thế phân tích các hoá chất BVTV trong cácTCVN là việc tăng khả năng phân tích một lần được nhiều cấu tử, ví dụ dễ thấynhất là TCVN 8061-2009 cho phân tích hoá chất BVTV cơ clo áp dụng cho phântích đồng thời 17 chất Đồng thời tiêu chuẩn này cũng thay thế cho TCVN 6124-

1996 và TCVN 6132-1996 là những tiêu chuẩn chỉ áp dụng cho phân tích đơnHCBVTV Tương tự với TCVN 8062-2009 cho phân tích HCBVTV cơ phốt pho vàđược áp dụng cho phân tích đồng thời 27 chất TCVN 8062-2009 cũng đồng thờithay thế cho TCVN 6133-1996 và TCVN 6136-1996 cũng là những tiêu chuẩn chỉ

áp dụng cho phân tích đơn HCBVTV

Cũng có thể nhận thấy, Việt Nam hiện nay chưa có phương pháp tiêu chuẩncho xác định các nhóm HCBVTV mới trong đất và chấp nhận áp dụng các tiêuchuẩn quốc tế phù hợp như ASTM, EPA… Các phương pháp này vẫn theo hướngxác định theo từng nhóm riêng biệt với phương pháp chiết tách truyền thống

Trong nông sản, thực phẩm, Việt Nam có ban hành một số tiêu chuẩn như:TCVN 8049:2009 (xác định đa dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong gạo – phươngpháp sắc ký khí) hay TCVN 8319:2010 (xác định dư lượng thuốc bảo vệ thực vậttrong rau quả – phương pháp sắc ký khí) Các phương pháp này cho phép xác địnhHCBVTV thuộc các nhóm khác nhưng tối đa là 21 chất (TCVN 8319) Phươngpháp bao gồm quá trình chiết lỏng – rắn bằng cách lắc với dung môi và sau đó lytâm để tách dịch chiết phân tích Phương pháp không bao gồm quá trình làm sạch

do nền mẫu được xác định là đơn giản, ít yếu tố ảnh hưởng

21

Năm 2012, Bộ Khoa học và Công nghệ ban hành TCVN 9333:2012 dựa trêntiêu chuẩn AOAC 2007.01 cho xác định đa nhóm HCBVTV (26 chất) trong thựcphẩm có nguồn gốc thực vật theo phương pháp QuEChERS trên thiết bị GC/MS vàLC/MS/MS Tuy nhiên, phương pháp này vẫn chưa được áp dụng rộng rãi.

Như vậy có thể thấy rằng, các phương pháp tiêu chuẩn của Việt Nam đềutiến tới các phương pháp hiện đại, đáp ứng với phát triển của thế giới như: xác địnhđồng thời nhiều nhóm HCBVTV, đơn giản quá trình, giảm chi phí

1.2.3.2 Các nghiên cứu liên quan đến xây dựng phương pháp xác định HCBVTV

Tại Việt Nam, chưa có nhiều các nghiên cứu, công bố liên quan đến xâydựng phương pháp phân tích HCBVTV Các nghiên cứu chủ yếu áp dụng cácphương pháp hiện có trên thế giới và Việt Nam để đánh giá dư lượng HCBVTVtrong một lĩnh vực nào đó như trong rau, đất, thực phẩm… Một số phòng phân tíchcũng xây dựng phương pháp phân tích nội bộ, tuy nhiên, đây chỉ là quá trình biêntập hoặc đánh giá lại trên cơ sở phương pháp quốc tế hiện hành

Năm 2011, Bộ Công thương đã giao Viện Công nghệ môi trường (TS.Nguyễn Thành Đồng chủ trì và NCS là cán bộ thực hiện chính đồng thời là thư kýkhoa học) thực hiện đề tài ―Nghiên cứu xây dựng qui trình phân tích đồng thời dưlượng hóa chất bảo vệ thực vật (khoảng 100 chất) trong đất bằng kỹ thuật sắc ký khíkhối phổ‖ thuộc ―Chương trình nghiên cứu khoa học, ứng dụng và chuyển giaocông nghệ phát triển ngành công nghiệp môi trường‖ thực hiện Đề án ―Phát triểnngành công nghiệp môi trường Việt Nam đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025‖

Đề tài đã xây dựng được dự thảo qui trình cho xác định 100 HCBVTV thuộc cácnhóm khác nhau trong đất theo phương pháp chiết tách QuEChERS và định lượngtrên GC/MS Các nghiên cứu trong luận án của NCS đã được sự tài trợ và là mộtphần của đề tài này

Năm 2015, NCS Trần Cao Sơn (trường Đại học Dược Hà Nội) cũng đã bảo

vệ thành công luận án tiến sĩ với đề tài ―Nghiên cứu xác định dư lượng HCBVTVtrong dược liệu và sản phẩm từ dược liệu bằng sắc ký khối phổ‖ [7] Trong đề tài,NCS Trần Cao Sơn đã chiết tách 32 HCBVTV thuộc các nhóm khác nhau trên một

số dược liệu tươi, khô và sản phẩm dược liệu theo phương pháp QuEChERS và

22

phân tích 25 chất trên LC/MS/MS và 7 chất trên GC/MS/MS Cũng theo đề tài này,

có 3 công bố trên tạp chí Dược học (năm 2013 và 2014), 1 công bố trên tạp chí hóa

lý và sinh học (năm 2013) và 1 công bố trên Acta Alimentaria (chấp nhận 4/2014)

1.2.4 Hướng nghiên cứu phát triển qui trình phân tích dư lượng HCBVTV theo

phương pháp QuEChERS

Như trên đã trình bày, QuEChERS là phương pháp chiết tách mới đơn giảnhiệu quả, không yêu cầu tay nghề kỹ thuật cao hay thiết bị đặc thù, đắt tiền Chính

vì vậy, phương pháp rất phù hợp và được ứng dụng nhiều cho các đối tượng mẫu

có nền đơn giản Điều đó, lý giải tại sao QuEChERS được nghiên cứu nhiều (trên80% công bố) và cũng là phương pháp tiêu chuẩn tại nhiều quốc gia cho xác định

dư lượng HCBVTV trong nông sản, thực phẩm có nguồn gốc thực vật Tuy nhiên,với những nền mẫu phức tạp, có nhiều yếu tố cản trở hoặc có sự tương tác giữa chấtcần phân tích với nền mẫu thì cần có những đánh giá riêng [8, 76, 85]

Các đánh giá, khảo sát thường được tiến hành bao gồm: pH, dung môi chiết,nền mẫu và liều lượng, chủng loại chất hấp phụ trong quá trình làm sạch (d-SPE)

- pH: pH có ảnh hưởng đến sự ion hóa của một số HCBVTV mang tính axít cũng như ảnh hưởng đến sự tương tác với nền mẫu và do đó ảnh hưởng tới quátrình chiết Với các mẫu thực phẩm, pH có thể trong khoảng 2 -3 (dịch chiết chanh,cam, si rô) nên có ảnh hưởng khá lớn Chính vì vậy, các phương tiêu chuẩn AOAC,

EN đều sử dụng đệm có pH ~ 5,5 cho chiết tách đa nhóm HCBVTV trong thực phẩm

- Dung môi chiết: Độ phân cực của dung môi ảnh hưởng lớn đến quá trìnhchiết Các chất cần chiết sẽ có xu hướng hòa tan nhiều hơn trong các dung môi có độphân cực tương đồng Tuy nhiên, với đa nhóm HCBVTV và với số lượng chất càngnhiều thì độ phân cực càng phức tạp Do đó, phương pháp QuEChERS thường

dùng các dung môi có độ phân cực trung bình như: methanol, acetonitril, ethylacetate hay acetone Các dung môi này phổ thông, giá thành không cao và độ độchại thấp

- Nền mẫu: Các đối tượng mẫu khác nhau có thành phần khác nhau vàảnh hưởng lớn đến quá trình chiết Các ảnh hưởng thường bao gồm: sự hấp phụ,

23

cộng kết, tạo phức với chất cần phân tích Ngoài ra, thành phần, hàm lượng các chấtcản trở (chất hữu cơ, mầu…) cũng cần được dánh giá.

- Quá trình làm sạch: được tiến hành theo kỹ thuật d-SPE nên chỉ cómột công đoạn duy nhất Vì vậy, chất hấp phụ cần được lựa chọn chủng loại và vớihàm lượng sao cho chỉ hấp phụ chất cản trở mà không hoặc ít hấp phụ với chất cầnphân tích Các nghiên cứu phần lớn sử dụng PSA, C18 và GCB như là chất hấp phụchính trong d-SPE Một số nghiên cứu cũng sử dụng florisil, nhôm và magie na nônhằm làm tăng hiệu quả cho mẫu trầm tích và các mẫu có nền phức tạp Một số chấthấp phụ mới trên cơ sở ZrO2 hay Chlorofiltr cũng được giới thiệu và đánh giá là cóhiệu quả tốt nhưng chưa phổ thông và có giá thành khá cao

Sau quá trình chiết - tách – làm sạch, mẫu được định lượng trên thiết bị sắc

ký (GC, LC) với các detector đặc thù (ECD, FPD, DAD…) hoặc khối phổ Tuynhiên, với chủng loại (số nhóm chất) ngày càng tăng và số lượng chất phân tíchngày càng nhiều (có thể lên đến hàng trăm chất), công việc định lượng sẽ khó khănhơn do khó tách biệt các chất phân tích khỏi nhau cũng như với các tạp chất trongnền mẫu Chính vì vậy, kỹ thuật phân tích trên thiết bị cũng là một hướng nghiêncứu khảo sát để tăng hiệu quả, khả năng ứng dụng của phương pháp QuEChERS

24

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu gồm 103 HCBVTV (bảng 2.1), 3 chất nội chuẩn(acenaphthene-d10, phenanthrene-d10 và fluoranthene-d10), 1 chất chuẩn kiểm soátcho quá trình xử lý mẫu (naphthalene-d8) và 1 chất chuẩn kiểm soát cho quá trìnhbơm mẫu (TPP – Tri Phenyl Phosphate) Các HCBVTV thuộc các nhóm chất khácnhau và được lựa chọn theo tiêu chí:

- Trong danh mục được phép sử dụng cho đất canh tác nông nghiệp của Việtnam Dựa vào tài liệu: Cẩm nang hướng dẫn quản lý hoá chất BVTV, phân bón

ở Việt nam (Nhà xuất bản Lao Động, 2010)

- Các HCBVTV đã và đang được sử dụng phổ biến trong canh tác nông nghiệp tại Việt nam cũng như trên thế giới

- Phù hợp cho phân tích bằng kỹ thuật sắc ký khí khối phổ (GC/MS): có nhiệt độ bay hơi thấp (< 300oC) và không bị phân huỷ tại nhiệt độ < 350oC

Bảng 2.1 Bảng danh mục hóa chất BVTV cho công tác nghiên cứu

C20H23NO3

C6H6Cl6