Luận văn thạc sĩ Hóa phân tích, Xúc tác quang hóa, Thuốc kháng sinh.

Một số kháng sinh hạn chế và cấm sử dụng trong nuôi trồng thủy sản Sau khi vấn đề tồn dư thuốc kháng sinh trong sản phẩm thủy sản của Việt Nam được phát hiện, bộ nông nghiệp và phát tri

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

BÙI THỊ NGỌC THƠM

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH SARAFLOXACINE

VÀ CÁC SẢN PHẨM CHUYỂN HÓA CỦA NÓ TẠO THÀNH TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÍ BẰNG XÚC TÁC QUANG HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

BÙI THỊ NGỌC THƠM

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH SARAFLOXACINE

VÀ CÁC SẢN PHẨM CHUYỂN HÓA CỦA NÓ TẠO THÀNH TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÍ BẰNG XÚC TÁC QUANG HÓA

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 60440118

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS LÊ TRƯỜNG GIANG

LỜI CẢM ƠN

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy TS LÊ TRƯỜNG GIANG đã tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình làm luận văn

Em xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô và các anh chị cán bộ trong Bộ môn Hóa Phân Tích, Khoa Hóa học, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên đã truyền đạt kiến thức và trao đổi kinh nghiệm trong thời gian qua

Em xin chân thành cảm ơn các anh chị cán bộ nghiên cứu của phòng khối phổ Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình, anh chị và bạn bè những người luôn động viên, chia sẻ mọi khó khăn cùng em trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Hà Nội, tháng 12 năm 2013

Học viên

Bùi Thị Ngọc Thơm

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC BẢNG iv

DANH SÁCH HÌNH VẼ vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TĂT TRONG LUẬN VĂN ix

MỞ ĐẦU 1

Chương 1- TỔNG QUAN 1

1.1 Hiện trạng sử dụng thuốc kháng sinh trong nuôi trồng thủy sản ở Việt Nam 1

1.1.1 Các nguồn phát tán hợp chất kháng sinh vào môi trường 1

1.2 Ảnh hưởng của các hợp chất thuốc kháng sinh đến môi trường và con người 2 1.3 Một số hợp chất kháng sinh sử dụng trong nuôi trồng thủy sản Việt Nam 4

1.3.1 Phân loại các hợp chất kháng sinh 4

1.3.2 Một số kháng sinh hạn chế và cấm sử dụng trong nuôi trồng thủy sản 5

1.4 Tính chất của Sarafloxacin 8

1.4.1 Tính chất lí hóa học của sarafloxacin 8

1.4.2 Tác dụng sinh hóa của Sarafloxacin 9

1.5 Các phương pháp phân tích định lượng thuốc kháng sinh Sarafloxacin 10

1.5.1 Phương pháp đo quang 10

1.5.2 Phương pháp điện hóa 10

1.5.3 Phương pháp ELISA 11

1.5.4 Phương pháp điện di mao quản 12

1.5.5 Phương pháp HPLC 13

1.6 Các quá trình oxi hoá nâng cao 15

1.6.1 Phương pháp xúc tác quang hóa 15

1.6.1.1 Phương pháp quang phân bằng tia tử ngoại 15

1.6.1.2 Xúc tác quang hóa đồng thể 15

1.6.2 Phương pháp Ozon hóa 16

1.6.2.1 Phương pháp ozon hóa 16

1.6.2.2 Phương pháp Peroxon (O /H O ) 17

1.6.3 Phương pháp Fenton 18

1.6.3.1 Hệ Fe2+/H2O2 18

CHƯƠNG 2- THỰC NGHIỆM 19

2.1 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 19

2.1.1 Nội dung nghiên cứu 19

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu 19

2.2 Dựng đường chuẩn xác định nồng độ H2O2 theo phương pháp đo quang 19

2.3 Thí nghiệm quang hóa 20

2.4 Hóa chất và thiết bị 23

2.5 Chuẩn bị dung dịch chuẩn Sarafloxacin 24

2.6 Dựng đường chuẩn theo phương pháp HPLC 24

2.7 Thí nghiệm phản ứng quang hóa 24

2.7.1 Quang phân SARA tại các pH khác nhau 24

2.7.2 Quang phân SARA trong môi trường có ion vô cơ 24

2.7.3 Quang phân SARA trong môi trường có H2O2 24

Chương 3- KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26

3.1 Khảo sát và tính toán phổ hấp thụ phân tử trong vùng UV của Sarafloxacin 26

3.1.1 Phổ hấp thụ của SARA tại các giá trị pH khác nhau 26

3.1.2 Tính toán hệ số hấp thụ mol của phân tử của SARA 27

3.1.2.1 Sự phụ thuộc của các dạng tồn tại của SARA vào pH dung dịch 27

3.1.2.2 Tính toán phổ hấp thụ quang phân tử Sarafloxacin 29

3.2 Nghiên cứu điều kiện xác định Sarafloxacin bằng HPLC/PDA 31

3.2.1 Chọn thể tích bơm mẫu 31

3.2.2 Chọn pha tĩnh 32

3.2.3 Detector 32

3.2.4 Khảo sát pha động 32

3.2.4.1 Khảo sát thành phần pha động 32

3.2.4.2 Khảo sát tỉ lệ dung môi pha động 33

3.2.4.3 Khảo sát tốc độ pha động 34

3.2.5 Đánh giá phương pháp phân tích 37

3.2.5.1 Lập đường chuẩn xác định Sarafloxacin 37

3.2.5.2 Giới hạn phát hiện LOD và giới hạn định lượng LOQ 37

3.2.5.3 Độ chính xác của phép đo 38

3.2.5.4 Độ lặp lại của phép đo 39

3.2.6 Phân tích mẫu thực 40

3.3 Sự phân hủy Sarafloxacin bằng phương pháp quang hóa 40

3.3.1 Xác định cường độ dòng photon Io của đèn UV 40

3.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến tốc độ quang phân Sarafloxacin 42

3.3.2.1 Khảo sát sự quang phân của SARA tại pH 2,5 43

3.3.2.2 Khảo sát sự quang phân của SARA tại pH 4,2 44

3.3.2.3 Khảo sát sự quang phân của SARA tại pH 6,9 45

3.3.2.4 Khảo sát sự quang phân của SARA tại pH 9,2 46

3.3.2.5 Khảo sát sự quang phân của SARA tại pH 11,5 47

3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của anion ClO4-, Cl-, SO42- 50

3.3.3.1 Khảo sát sự ảnh hưởng của ion ClO4- 51

3.3.3.2 Khảo sát sự ảnh hưởng của ion Cl- 52

3.3.3.3 Khảo sát sự ảnh hưởng của ion SO42- 52

3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng của H2O2 55

3.4 Nghiên cứu các sản phẩm chuyển hóa của quá trình quang hóa Sarafloxacin tại bước sóng 254nm 57

3.5 Hướng phát triển của đề tài 61

KẾT LUẬN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

PHỤ LỤC 73

DANH MỤC BẢNG

Đề mục Trang

Bảng 1.1 Danh mục hóa chất, kháng sinh cấm sử dụng trong sản xuất và kinh doanh thủy sản 6Bảng 1.2 Danh mục hóa chất, kháng sinh hạn chế sử dụng trong sản xuất và kinh doanh thủy sản 7Bảng 2.1.Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ H2O2 20Bảng 3.1 Độ hấp thụ quang phân tử ứng với mỗi bước sóng tính theo lí thuyết 30Bảng 3.2 Khảo sát thành phần dung môi pha động 33Bảng 3.3 Ảnh hưởng tỉ lệ dung môi pha động tới thời gian lưu, diện tích pic 34Bảng 3.4 Diện tích pic của chất phân tích phụ thuộc vào tốc độ pha động 35Bảng 3.5 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của chất chuẩn kháng sinh Sarafloxacin 38Bảng 3.6 Độ chính xác của phép đo tại các nồng độ khác nhau 39Bảng 3.7 Khảo sát độ lặp lại của phép đo theo diện tích pic 40Bảng 3.8 Kết quả độ thu hồi xác định Sarafloxacin theo phương pháp thêm chuẩn trong mẫu nước nuôi cá 40Bảng 3.9 Sự biến đổi nồng độ H2O2 theo thời gian chiếu xạ UV254nm [H2O2]o=54,63mM 41Bảng 3.10 Kết quả khảo sát Io của đèn tại hai nồng độ đầu của H2O2 42Bảng 3.11 Kết quả khảo sát sự phân hủy của SARA tại môi trường axit pH 2,5 43Bảng 3.12 Kết quả khảo sát sự phân hủy của SARA tại môi trường axit pH 4,2 45Bảng 3.13 Kết quả khảo sát sự phân hủy của SARA tại môi trường axit pH 6,9 46Bảng 3.14 Kết quả khảo sát sự phân hủy của SARA tại môi trường axit pH 9,2 47Bảng 3.15 Kết quả khảo sát sự phân hủy của SARA tại môi trường axit pH 11,5 48Bảng 3.16 Một số kết quả nghiên cứu động học phân hủy của SARA bằng chiếu xạ

UV trong các môi trường pH khác nhau 48Bảng 3.17 Ảnh hưởng của các ion vô cơ đến tốc độ quang phân của SARA 54

Bảng 3.18 Sự phân hủy của SARA theo nồng độ H2O2 56Bảng 3.19 Cơ chế tấn công của gốc hidroxyl vào các hợp chất hữu cơ 57Bảng 3.20 Sản phẩm phụ trong quá trình quang phân SARA tại các điều kiện khác nhau 59Bảng 3.21 Kết quả xác định phổ MS của SARA trong các điều kiện khác nhau 60Bảng 3.22 Kết quả xác định phổ MS của sản phẩm phụ 60

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Đề mục Trang

Hình 1.1: Công thức cấu tạo Sarafloxacin 8

Hình 2.1 Đường chuẩn H2O2 trong khoảng nồng độ 0,0 M - 0,5 M 20

Hình 2.2 Mô hình thí nghiệm quang hóa 23

Hình 3.1 Các dạng tồn tại của Sarafloxacin trong nước 26

Hình 3.2 Phổ hấp thụ UV_VIS của [ SARA] = 4M tại các giá trị pH khác nhau 26 Hình 3.3 Phần trăm từng dạng ion SARA theo giá trị pH 29

Hình 3.4a : Phổ hấp thụ quang phân tử của SARA tại pH 2,4 30

Hình 3.4b Phổ hấp thụ quang phân tử của SARA tại pH 7,1 30

Hình 3.4c Phổ hấp thụ quang phân tử của SARA tại pH 11,6 30

Hình 3.5 So sánh phổ tính toán lí thuyết và thực nghiệm tại [SARA] là 2,0M, pH=2,4 31

Hình 3.6 Sắc đồ sắc kí tại các tỉ lệ pha động khác nhau HCOOH 0,5%/ACN 34

Hình 3.7 Sắc đồ sắc kí ở các tốc độ khác nhau 35

Hình 3.8 Sắc kí đồ ở điều kiện tối ưu 36

Hình 3.9 Đường chuẩn của SARA trong khoảng nồng độ 0,1-5M 37

Hình 3.10 Sự biến đổi nồng độ H2O2 theo thời gian chiếu xạ UV tại bước sóng 254nm 42

Hình 3.11 Xác định cường độ dòng photon của đèn UV 254nm 42

Hình 3.12 Sự biến đổi nồng độ SARA theo thời gian chiếu xạ UV 254nm và không UV_254 tại pH 2,5 [SARA]=0,83M 43

Hình 3.13 Động học phân hủy của SARA khi chiếu xạ UV 254nm và không UV_254 tại pH 2,5 [SARA]=0,83M 43

Hình 3.14 Sự biến đổi nồng độ SARA theo thời gian chiếu xạ UV 254nm và không UV tại pH 4,2 [SARA]=0,83M 44

Hình 3.15 Động học phân hủy của SARA khi chiếu xạ UV 254nm và không UV tại pH 4,2.[SARA]=0,83M 44

Hình 3.16 Sự biến đổi nồng độ SARA theo thời gian chiếu xạ UV 254nm và không

UV tại pH 6,9;[SARA]=0,83M 45Hình 3.17 Động học phân hủy của SARA khi chiếu xạ UV 254nm và không UV tại

pH 6,9 [SARA]=0,83M 45Hình 3.18 Sự biến đổi nồng độ SARA theo thời gian chiếu xạ UV 254nm và không

UV tại pH 9,2 ;[SARA]=0,83M 46Hình 3.19 Động học phân hủy của SARA khi chiếu xạ UV 254nm và không UV tại

pH 9,2 46Hình 3.20 Sự biến đổi nồng độ SARA theo thời gian chiếu xạ UV 254nm và không

UV tại pH 11,5 ;[SARA]=0,83M 47Hình 3.21 Động học phân hủy của SARA khi chiếu xạ UV 254nm và không UV tại pH 11,5 47Hình 3.22 Sự biến đổi nồng độ SARA theo thời gian chiếu xạ UV 254nm và trong bóng tối tại các pH khác nhau;[SARA]=0,83M 49Hình 3.23 Động học phân hủy của SARA khi chiếu xạ UV 254nm tại các pH khác nhau 49Hình 3.24 Ảnh hưởng của pH đến tốc độ quang phân SARA 50Hình 3.25 Sự biến đổi nồng độ SARA theo thời gian chiếu xạ UV 254nm khi có mặt ion perclorat, [SARA]=0,83M 51Hình 3.26 Động học phân hủy của SARA khi chiếu xạ UV 254nm khi có mặt ion perclorat 51Hình 3.27 Sự biến đổi nồng độ SARA theo thời gian chiếu xạ UV 254nm khi có mặt ion clorua ; [SARA]=0,83M 52Hình 3.28 Động học phân hủy của SARA khi chiếu xạ UV 254nm khi có mặt ion clorua 52Hình 3.29 Sự biến đổi nồng độ SARA theo thời gian chiếu xạ UV 254nm khi có mặt ion sunfat [SARA]=0,83M 53Hình 3.30 Động học phân hủy của SARA khi chiếu xạ UV 254nm khi có mặt ion sunfat 53

Hình 3.31 Sự biến đổi nồng độ SARA theo thời gian chiếu xạ UV 254nm khi có

mặt các ion vô cơ, [SARA]=0,83M 53

Hình 3.32 Động học phân hủy của SARA chiếu xạ UV 254nm khi có mặt ion vô cơ 53

Hình 3.33 Sự biến đổi nồng độ SARA theo thời gian chiếu xạ UV 254nm khi có H2O2, [SARA]=0,83M 55

Hình 3.34 Động học phân hủy của SARA khi chiếu xạ UV 254nm trong môi trường có H2O2 55

Hình 3.35 Tốc độ phân hủy SARA theo tỉ lệ nồng độ H2O2/SARA 56

Hình 3.36 Cơ chế tạo thành các sản phẩm phụ của Sarafloxacin 58

Hình 3.37 Sắc kí đồ Sarafloxacin và sản phẩm phụ tại pH 6,9 59

Hình 3.38 Sắc kí đồ Sarafloxacin và sản phẩm phụ trong môi trường NaCl 100mM 59

Hình 3.39 Sắc kí đồ Sarafloxacin và sản phẩm phụ trong môi trường Na2SO4 33,33mM 59

Hình 3.40 Sản phẩm phụ tạo ra khi chiếu xạ bằng UV-254nm 61

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TĂT TRONG LUẬN VĂN

electrophoresis

điện di mao quản vùng

chromatography

Sắc kí lỏng hiệu năng cao

chromatography tandem mas spectrometry

Sắc kí lỏng hiệu năng cao ghép nối khối phổ

Pure and Applied Chemistry

Liên minh quốc tế về hóa học cơ bản và ứng dụng

ImmunoSorbent Assay

tử

MỞ ĐẦU

Các hợp chất kháng sinh là những hợp chất không thể thiếu trong việc xử lý, ngăn ngừa và phòng chống bệnh, bảo vệ sức khỏe người và động vật Chúng đã được sử dụng từ nhiều thập kỉ trong nhiều lĩnh vực khác nhau, hiện nay nó còn được dung để phối trộn trong thức ăn gia súc, một lượng lớn kháng sinh cũng được

sử dụng rộng rãi trong nuôi trồng thủy sản Bên cạnh những mặt tích cực của việc

sử dụng kháng sinh, nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy một thực trạng đáng lo ngại

về sự tồn dư các kháng sinh trong thực phẩm, môi trường sinh thái,…Sự tồn dư, tích lũy của các loại kháng sinh dẫn đến sự nhờn kháng sinh, sự thích ứng của các vi sinh gây bệnh, tạo nên những dịch bệnh mới, ảnh hưởng đến sức khỏe của con người Bên cạnh, dư lượng kháng sinh trong thực phẩm cũng ảnh hưởng lớn đến kinh tế, cụ thể là hàng chục lô hàng xuất khẩu thủy sản sang các nước đã bị cảnh cáo dồn dập trong thời gian vừa qua như các nước nhập khẩu thuỷ sản Nhật Bản, Nga, Mỹ và Trung Quốc thông báo về các lô hàng bị phát hiện có dư lượng thuốc kháng sinh vượt mức cho phép Chỉ riêng từ tháng 4 đến tháng 6/2007, sau khi 27 lô hàng thuỷ sản Việt Nam bị từ chối nhập khẩu vào Mỹ, Cơ quan quản lý thuốc và thực phẩm Hoa Kỳ - FDA - đã công bố danh sách 28 nhà xuất khẩu thuỷ sản có hơn

30 mặt hàng vi phạm tiêu chuẩn vi sinh, kháng sinh v.v…, và bị từ chối nhập khẩu vào Mỹ Phía Nhật Bản cũng đã cảnh báo 30 doanh nghiệp của Việt Nam xuất khẩu hàng có dư lượng thuốc kháng sinh cao, đáng ngại hơn là Nhật bản quyết định kiểm tra 100% hàng thuỷ sản nhập khẩu từ Việt Nam đối với chất chloramphenicol, AOZ, Semicarbazid

Sarafloxacin (SARA) là thuốc kháng sinh thuộc nhóm floroquinolone (FQ) nó

là một kháng sinh quan trọng, có tác dụng hữu ích cho các bệnh lâm sàng đã từng được dùng một dải rộng cho cả vi khuẩn gram âm và dương SARA là kháng sinh dùng cho thủy sản chủ yếu là cá Chữa nhiều loại bệnh khác nhau như đinh nhọt, vi khuẩn, bệnh thương hàn Dược lí của quinolon ức chế tác dụng của enzyme DAN gyrase làm cho hai mạch đơn của DAN không thể duỗi xoắn làm ngăn cản quá trình nhân đôi của DAN Hiện tại đã tìm thấy một số tác dụng phụ của thuốc, đặc

biệt là có liên quan đến sự phơi nhiễm với ánh sáng mặt trời Ngoài ra một số tác dụng phụ của thuốc khi quá liều có thể xảy ra như ảnh hưởng đến chức năng tiêu hóa, nhức đầu, buồn ngủ, một số trường hợp khác còn có thể dẫn đến như tiêu cơ vân, viêm gân, mê sảng, hạ đường huyết gây tử vong

Các hợp chất kháng sinh có thể bị phân hủy trong tự nhiên bởi tác dụng của sự phân hủy sinh học, hấp thụ và quang hóa, tuy nhiên các hợp chất kháng sinh quinolone thì không dễ bị phân hủy sinh học và quá trình quang hóa tỏ ra ưu việt hơn Nhằm hiểu sâu hơn về sự ảnh hưởng của các chất kháng sinh đến môi trường sống, cũng như khả năng loại bỏ chúng khỏi môi trường, việc nghiên cứu quá trình chuyển hóa của các chất kháng sinh trong môi trường tự nhiên là rất cần thiết Trong luận văn này chúng tôi bước đầu nghiên cứu sự chuyển hóa của Sarafloxacin với đề tài:

“ Nghiên cứu phân tích Sarafloxacin và các sản phẩm chuyển hóa của nó tạo

thành trong quá trình xử lí bằng xúc tác quang hóa”

Chương 1- TỔNG QUAN 1.1 Hiện trạng sử dụng thuốc kháng sinh trong nuôi trồng thủy sản ở Việt Nam

Ngành thủy sản đóng góp một phần quan trọng cho việc đảm bảo an ninh lương thực, nguồn dinh dưỡng, sinh kế, tạo thu nhập và việc làm cho người nông dân Những năm gần đây, ngành thuỷ sản Việt Nam đã vượt qua những rào cản an toàn thực phẩm góp phần đưa sản phẩm thuỷ sản thâm nhập vào 106 nước, trong đó

có những thị trường khó tính như châu Âu, Mỹ, Nhật Bản Giá trị kim ngạch xuất khẩu thuỷ sản trung bình hàng năm giai đoạn 2001-2007 tăng trên 10% Năm 2007 đạt trên 3,76 tỷ USD (tăng 12% so với năm 2006) trong đó tôm đông lạnh vẫn là mặt hàng xuất khẩu chiến lược quan trọng với khối lượng đạt 145 nghìn tấn (năm

2006 là 143,6 nghìn tấn) với giá trị đạt 1,37 tỷ USD, tăng 2,65% so với năm 2006 Nhưng thực tế số lô hàng thuỷ sản bị các nước nhập khẩu phát hiện có dư lượng kháng sinh vẫn còn cao (NAFIQAVED, 2007) Tình trạng trên không chỉ gây thiệt hại lớn về kinh tế của các doanh nghiệp mà quan trọng là còn ảnh hưởng đến đến uy tín chất lượng hàng thuỷ sản Việt Nam Trước tình hình đó, Bộ Thuỷ sản (nay là Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn) đã ban hành một số qui định và nhiều chỉ thị

để hướng dẫn kiểm soát dư lượng, trong đó Quyết định số 07/2005/QĐ-BTS ngày 24/02/2005 và số 26/2005/QĐ-BTS ngày 18/8/2005 liên quan đến danh mục hoá chất và kháng sinh cấm và hạn chế sử dụng trong sản xuất kinh doanh thuỷ sản Thế nhưng, kết quả điều tra thực tế cho thấy việc sử dụng kháng sinh trong nuôi tôm vẫn tiếp diễn và phổ biến nhất là nhóm quinolone

1.1.1 Các nguồn phát tán hợp chất kháng sinh vào môi trường

Hiện trạng tồn dư thuốc kháng sinh trong hàng thủy sản gây tác động xấu đến người tiêu dùng đã được cảnh báo từ nhiều năm trước đây nhưng đến nay vẫn còn tồn tại Nguyên nhân chính là do nhận thức về vệ sinh an toàn thực phẩm của những người tham gia từ khâu nuôi trồng đến chế biến thủy sản là chưa cao, bên cạnh đó việc mua bán, sử dụng thuốc thú y thủy sản và thức ăn chăn nuôi thủy sản cũng chưa được quản lý chặt chẽ

Cụ thể như là một số tàu đánh cá không dùng nước đá sạch an toàn để bảo quản mà lại dùng các hóa chất độc hại, kháng sinh cấm để bảo quản và xử lí thủy sản Theo như đợt kiểm tra của sở thủy sản Bình Thuận cho thấy nguyên nhân nhiễm Chloramphenicol trong sản phẩm mực, bạch tuột là do sử dụng trực tiếp Chloramphenicol để bảo quản nguyên liệu trên các tàu cá và cơ sở thu mua

Ngoài ra, nguy cơ lây nhiễm Chloramphenicol từ kem bôi tay của công nhân chế biến để điều trị vết lở loét cũng rất cao, kết quả kiểm nghiệm cho thấy 100% mẫu nước trong các thau tách đầu, lột da mực bị nhiễm chloramphenicol

Việc sử dụng thuốc kháng sinh trong nuôi trồng thủy sản ở Việt Nam hiện nay

là tất yếu và không thể tránh khỏi bởi vì nuôi trồng thủy sản nước ta mức độ công nghiệp hóa chưa cao và đa số các mô hình sử dụng công cụ vật liệu nuôi còn thủ công, hơn nữa hệ thống thủy lợi trong nuôi thủy sản cũng chưa được chú ý phát triển, việc vận chuyển con giống còn khá thô sơ nên ngay từ đầu lúc mới thả buộc phải sử dụng kháng sinh nhằm phòng ngừa bệnh tật do khâu đánh bắt, vận chuyển Hiện tại ở Việt Nam lượng thức ăn trong nuôi trồng thủy sản có khuynh hướng ngày càng giảm và dần được thay thế bằng nguồn thức ăn tự chế biến do biến động giá cả thức ăn và giá xuất khẩu thủy sản, vì vậy lượng thuốc kháng sinh được sử dụng trong chăn nuôi để phòng ngừa và trị bệnh là tất yếu vì thức ăn tự chế biến thường có mức độ an toàn vệ sinh kém hơn thức ăn công nghiệp rất nhiều

Điều đáng lưu ý và khó kiểm soát nhất đó là người nuôi sử dụng rất nhiều các loại thuốc từ nhiều nguồn khác nhau do nguồn gốc và chất lượng thuốc nồng độ thuốc không đảm bảo trong việc trị bệnh, diệt tạp và xử lý ao nuôi, hay sử dụng kháng sinh để phòng và trị bệnh do virus mà không quan tâm đến thuốc đó có số lưu hành và đảm bảo thời gian cách ly do nhà sản xuất hoặc cán bộ khuyến ngư, cán

bộ quản lý chất lượng khuyến cáo hay không

1.2 Ảnh hưởng của các hợp chất thuốc kháng sinh đến môi trường và con người

Sự tồn dư kháng sinh trong thực phẩm có thể sẽ dẫn đến một số tác hại như gây dị ứng và phản ứng quá mẫn cảm Theo các báo cáo về y tế, penicilin là kháng

sinh thường gây dị ứng nhất Đã có trường hợp người bị nổi mẫn da trầm trọng vì uống sữa có dư lượng penicilin (<1 IU/ngày tương đương 0,003 IU/ml) Một số trường hợp khác gây ngứa da tay, da mặt sau khi ăn thịt bò có tồn dư penicilin hoặc thịt heo từ thú mới điều trị bằng penicilin cách đó 3 ngày Nguy hại nhất là những người có sẵn cơ địa dị ứng với một loại thuốc nào đó (penicilin chiếm đầu bảng với

tỉ lện sốc phản vệ 1/70.000) vì vậy việc dùng lại lần thứ 2 với liều lượng dù nhỏ cũng có thể gây sốc quá mẫn dẫn chết người Phản ứng nổi mề đay, ban đỏ cũng thường gặp với kháng sinh sulfonamid

Ngoài ra sự tích lũy kháng sinh còn có thể gây ngộ độc Chloramphenicol là loại kháng sinh cấm sử dụng trên thế giới do gây thiếu máu suy tủy (phụ thuộc liều), đôi khi gây thiếu máu bất sản ( không phụ thuộc liều ) ở những cá thể đặc ứng do di truyền có thể dẫn đến tử vong Một số thuốc như nitrofurans, quinoxalinedinoxides

và nitroimidazoles cần có sự kiểm soát nghiêm ngặt vì sự tích lũy thuốc do dùng lâu ngày có thể dẫn đến suy gan, suy thận thậm chí gây ung thư, đột biến gen

Các kháng sinh -lactam độc tính thấp, nhưng cũng dễ gây dị ứng thuốc: dị ứng, mày đay, vàng da, gây độc với thận, rối loạn tiêu hóa nguy hiểm nhất là sốc phản vệ Tác dụng thường gặp nhất của các kháng sinh aminoglycoside (như gentamycin, tobramycin, amikacin…) là biểu hiện nhiễm độc thận và ốc tai tiền đình

Quinolone là một trong những nhóm kháng sinh tổng hợp hoá học có khả năng khuyếch tán tốt trong mô bào, nhanh chóng ức chế và tiêu diệt vi khuẩn thông qua

sự ức chế tổng hợp ADN [21] do đó được sử dụng phổ biến và hiệu quả trong cả nhân y và thú y [19], [23], [25] Tuy nhiên việc sử dụng nhóm kháng sinh này trong chăn nuôi thú y và thuỷ sản có tác dụng xấu đến môi trường và sức khoẻ cộng đồng [47] Các kháng sinh nhóm quinolone như ciprofloxacin, levofloxacin đều có thể gây kích ứng đường tiêu hóa, nhiễm độc thần kinh trung ương, gân và sụn

Metronidazole cũng có thể gây kích ứng đường tiêu hóa và nhiễm độc hệ thần kinh, vancomycin có thể gây hội chứng đỏ da toàn thân Phản ứng thường gặp nhất của tetracylin là gây kích ứng đường tiêu hóa và viêm âm đạo do nấm, với

trimethoprim-sulfamethoxazole là gây kích ứng đường tiêu hóa và các phản ứng dị ứng

Các kháng sinh như erythromycin esters, TMP-SMZ, amoxicillin và clavulanate potassium có thể gây ứ mật Minocycline có thể gây chóng mặt, ù tai; các kháng sinh fluoroquinolone và macrolide đều có thể làm tăng nguy cơ ngộ độc theophyllin

1.3 Một số hợp chất kháng sinh sử dụng trong nuôi trồng thủy sản Việt Nam 1.3.1 Phân loại các hợp chất kháng sinh

Có thể phân loại một số nhóm kháng sinh quan trọng như sau:

Các penicillin

Là nhóm kháng sinh đầu tiên được phát hiện ra Ban đầu penicillin được chiết suất từ nấm penicillin Hiện nay penicillin được tổng hợp nhiều từ một số loại hóa chất khác Các dòng penicillin gồm có:

 Penicillin G và penicillin V: là hai loại được tổng hợp đầu tiên

 Aminopenicillin: là penicillin bán tổng hợp gồm có ampicillin, amoxillin…

 Các penicillin kháng enzyme penillinase: như oxacillin, methicillin, chloxacillin…

 Penicillin chuyên dùng để điều trị vi khuẩn nhóm pseudomonas: như piperacillin, cacbercillin, ticarcillin…

 Nhóm quinolon: ciprofloxacin, ciprofloxacin-d8, oxolinic acid, danofloxacin, enrofloxacin, difloxacin, sarafloxacin, ofloxacin, norfloxacin…

Nhóm này gồm hai kháng sinh:

 Chloramphenicol: thường gọi là Chlorocid, được phân lập từ nấm Streptomyces Venezaclae, nay sản xuất bằng phương pháp tổng hợp toàn phần Có tác dụng điều trị bệnh thương hàn và sốt phát ban do Rickettsia

 Thiamphenicol: là dẫn xuất của Chloramphenicol, khi thay thế gốc Nitro bằng gốc Metylsulfon, dung nạp tốt hơn Chloramphenicol

Các lincosamid

Gồm có hai loại kháng sinh là: Lincomycin, Clindamycin

1.3.2 Một số kháng sinh hạn chế và cấm sử dụng trong nuôi trồng thủy sản

Sau khi vấn đề tồn dư thuốc kháng sinh trong sản phẩm thủy sản của Việt Nam được phát hiện, bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn đã ban hành thông tư

số 15/2009/TT-BNN quy định danh mục thuốc, hóa chất và thuốc kháng sinh cấm

sử dụng và hạn chế sử dụng

Bảng 1.1 Danh mục hóa chất, kháng sinh cấm sử dụng trong sản xuất và kinh

19

Nhóm Fluoroquinolones (cấm sử dụng

trong sản xuất, kinh doanh thủy sản xuất

khẩu vào thị trường Mỹ và Bắc Mỹ)

Bảng 1.2 Danh mục hóa chất, kháng sinh hạn chế sử dụng trong sản xuất và kinh

và tái tổ hợp của vi khuẩn

1.4.1 Tính chất lí hóa học của sarafloxacin

Hình 1.1: Công thức cấu tạo Sarafloxacin

Công thức phân tử: C20H17F2N3O3

Tên IUPAC: 6-Fluoro -1- ( 4- fluorophenyl ) -4- oxo-7-( 1-piperazinyl dihydro-3-quinolinecarboxylic axit

)-1,4-Khối lượng phân tử: 385,364 g/mol

1.4.2 Tác dụng sinh hóa của Sarafloxacin

Sarafloxacin là một fluoroquinolone thuốc kháng khuẩn đã được phê duyệt trong năm 1996 trong Hoa Kỳ dùng trong thú y để kiểm soát bệnh tật và tỷ lệ tử vong liên quan đến cúm gia cầm colibacillosis nhiễm trùng [34] Nó thì thực sự hiệu nghiệm cho phép chữa bằng tác nhân hóa học đã từng được dùng cho một dải rộng cho cả vi khuẩn gram âm và gram dương Như fluoroquinolones khác, nó hoạt động bằng cách ức chế tác dụng của enzyme DAN gyrase làm cho hai mạch đơn của DAN không thể duỗi xoắn làm ngăn cản quá trình nhân đôi của DAN [48]

Các tác dụng phụ khi quá liều có thể xảy ra như ảnh hưởng đến chức năng tiêu hóa, nhức đầu, buồn ngủ, một số trường hợp khác còn có thể dẫn đến như tiêu cơ vân, viêm gân, mê sảng, hạ đường huyết gây tử vong, ngoài ra một số sản phẩm còn gây ra sự tăng men gan và rối loạn chức năng của gan

Tác hại của kháng sinh nhóm fluoroquinolone được cho là có nguy cơ gây đột biến gen, gây sẩy thai khi sử dụng cho động vật mang thai Do đó, khuyến cáo là không nên dụng kháng sinh nhóm fluoroquinolone cho động vật mang thai, động vật sinh sản và làm giống Bên cạnh đó, sự tồn lưu thời gian dài sau khi sử dụng thuốc kháng sinh nhóm fluoroquinolone cũng là nguyên nhân dẫn đến việc hạn chế

và cấm sử dụng những kháng sinh thuộc nhóm này

Ở Mỹ, cơ quan quản lý thực phẩm và dược phẩm của Mỹ (FDA: Food and Drug Administration) đã không chấp nhận sự tồn lưu kháng sinh nhóm fluoroquinolone trong sản phẩm thủy sản Ở châu Âu, EU đã thiết lập giới hạn lớn nhất (MRLs) đối với dư lượng thuốc trong thực phẩm cung cấp cho con người vào

những năm 1990 Trong “Council directive 96/23/EC in 1996” đã quy định rõ là

enrofloxacin trong cơ, gan, thận của bò, lợn, gia cầm (gà, vịt) là 30µg/kg; trong sữa

Dùng một số ion kim loại như Fe(III), Cu(II), Cd(II), Mn(II)…để tạo phức với nhóm quionlone Đo cường độ bước sóng của phức tạo thành bằng máy trắc quang Lập đồ thị biểu diễn cường độ hấp thu của chất tại bước sóng đó theo những nồng

1.5.2 Phương pháp điện hóa

Một số phương pháp điện hóa đã được sử dụng để phân tích Sarafloxacin

nhưng không phổ biến nhiều

M.I Rodríguez Cáceres,A Guiberteau Cabanillas, T Galeano Díaz, M.A

Martínez Cañas với nghiên cứu “Simultaneous determination of quinolones for

veterinary use by high-performance liquid chromatography with electrochemical detection’’ đã dùng phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao với đầu dò điện hóa

(HPLC-ECD) đã cho phép xác định đồng thời ba fluoroquinolone (FQS), cụ thể là Danofloxacin, Difloxacin và Sarafloxacin Các FQS được phân tách trên cột Novapack C-18 và phát hiện bằng thiết bị amperometric cell, hiệu điện thế giữa hai điện cực được thiết lập là +0,8V Chiết pha rắn đã được sử dụng để tách các chất

phân tích trong mẫu thực Các nồng độ được khảo sát từ 10-150ng/g đối với Danofloxacin, 25-100ng/g cho Sarafloxacin và 50-315ng/g đối với Difloxacin Giới hạn phát hiện dưới 10ng/g và hiệu suất thu hồi khoảng 90% cho cả ba chất.[38]

1.5.3 Phương pháp ELISA

ELISA (enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) hay EIA (Enzyme Immuno Assay) là một kĩ thuật sinh hóa để phát hiện kháng thể hay kháng nguyên trong mẫu xét nghiệm Hiện nay ELISA được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu như y học, nông nghiệp và đặc biệt là trong các quy trình kiểm tra an toàn chất

lượng các sản phẩm sinh học Nguyên lý của ELISA chính là dựa vào tính đặc hiệu

kháng nguyên - kháng thể và gồm các bước cơ bản như sau:

 (1)Kháng nguyên - antigen chưa biết được gắn trên một bề mặt

 (2) Kháng thể - antibody biết trước được "rửa" qua bề mặt đó Kháng thể này được gắn kết với enzyme

 (3) Thêm vào một cơ chất, enzyme sẽ biến đổi cơ chất này và tạo tín hiệu có thể xác định được

Tuy nhiên, phương pháp ELISA chỉ là một phương pháp bán định lượng và có

độ chọn lọc và độ nhạy thấp Sử dụng phương pháp ELISA trong xác định dư lượng kháng sinh chỉ mang tính định tính, xác định có hay không dư lượng kháng sinh trong mẫu

Một số ứng dụng của ELISA như:

- Xác định nồng độ của kháng thể trong huyết thanh

- Kiểm tra sự có mặt của kháng nguyên

- Phát hiện các yếu tố có khả năng gây dị ứng trong thực phẩm

- Xác định sự có mặt của dược phẩm

- Xác định hoạt tính của một hợp chất sinh học…

Phạm Kim Đăng và cộng sự đã nghiên cứu “ Ứng dụng phương pháp Elisa để phân tích tồn dư kháng sinh nhóm Quinolone trong tôm tại một số tỉnh ven biển khu vực phía Bắc.”Việc nghiên cứu chuẩn hoá kít được thực hiện theo tiêu chuẩn và yêu cầu của Quyết định số 2002/657/EC do Ủy ban Châu Âu thiết lập cho phương pháp

bán định lượng Tình hình tồn dư quinolone trong tôm trên thị trường phía Bắc đã được đánh giá thông qua việc phân tích 90 mẫu tôm được lấy ở 4 địa phương đại diện (Hà Nội, Quảng Ninh, Nam Định, Nghệ An) bằng phương pháp Elisa và được kiểm chứng bằng phương pháp sắc ký lỏng khối phổ (LC-MS/MS) Kết quả cho thấy kít rất ổn định để phân tích các quinolone được thử và trong tôm với giới hạn

nồng độ phát hiện là 0,7 ppb cho Sarafloxacin

1.5.4 Phương pháp điện di mao quản

Phương pháp điện di mao quản được sử dụng với một số tính chất ưu việt như hiệu quả tách cao, thời gian tách ngắn, lượng mẫu tiêu tốn ít Phương pháp đã được

áp dụng để tách và xác định kháng sinh Sarafloxacin trong một số đối tượng mẫu khác nhau

Francisco J Lara và cộng sự trong nghiên cứu “Multiresidue Method for the

Determination of Quinolone Antibiotics in Bovine Raw Milk by Capillary Electrophoresis Tandem Mass Spectrometry” đã sử dụng phương pháp phân tích mới

dựa trên điện di mao quản vùng kết hợp với khối phổ hai lần (CZE-MS/MS) cho việc xác định và định lượng đồng thời tám quinolone dùng trong thú y có trong sữa bò Các thông số khác nhau (ví dụ thành phần đệm tách và các điều kiện) đã được tối ưu hóa để có được một hệ thống tách đầy đủ và độ nhạy cao Kết quả khả quan thu được

về độ tuyến tính (r2 nằm giữa 0,989 và 0,992) và độ chính xác (RSD dưới 18%) Giới hạn phát hiện (LOD) và định lượng (LOQ) cho Sarafloxacin tương ứng là 6 và 24 ppb, thấp hơn dư lượng tối đa cho phép các chất này trong sữa, hiệu suất thu hồi 81-110% cho thấy tiềm năng của CZE-MS/MS để phân tích các kháng sinh quinolone quy định về chất lượng thực phẩm và các khu vực kiểm soát an toàn [37]

Piotr Kowalski và Alina Plenis đã nghiên cứu ” Simultaneous determination of

six quinolone antibiotics in poultry and porcine samples by capillary electrophoresis” Trong nghiên cứu này phương pháp điện di mao quản (CE) đã

được dùng để xác định dư lượng của 6 quinolone (enrofloxacin, ciprofloxacin, ofloxacin, lomefloxacin, norfloxacin, cinoxacin) trong thịt gà và cơ lợn Các mẫu được chiết pha rắn và cho qua cột C-18 trước khi phân tích bằng CE với đầu dò UV

Phương pháp này xác nhận về độ chọn lọc, độ tuyến tính, độ chính xác, hiệu suất thu hồi và sự ổn định Các đường tuyến tính của các quinolone với r2> 0,999, CC,

CC cho các chất phân tích khoảng 3,2-16,9ng/g và 3,5-20,3 ng/g tương ứng [42]

1.5.5 Phương pháp HPLC

Để có thể xác định riêng biệt Sarafloxacin và các sản phẩm phụ cần phải sử dụng phương pháp tách trước khi xác định do đó trong nghiên cứu này chúng tôi đã chọn phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao HPLC/PDA để định lượng thuốc kháng sinh Phương pháp này có độ chọn lọc cao, độ nhạy cao và có thể phân tích hàng loạt mẫu nên rất thuận lợi cho việc xác định Sarafloxacin trong nghiên cứu sự phân hủy của thuốc kháng sinh Mặt khác nó cũng là phương pháp hiện đại và đang phát triển mạnh trong các phòng thí nghiệm phân tích của các nước đang phát triển trên thế giới

Đã có một số công trình nghiên cứu về kháng sinh Sarafloxacin được công bố như sau:

Trong nghiên cứu được thực hiện do Robert J Maxwell , Evjatar Cohen ,

and Dan J Donoghue “Determination of Sarafloxacin Residues in Fortified and

Incurred Eggs Using On-Line Microdialysis and HPLC/Programmable Fluorescence Detection” đã tách chiết được Sarafloxacin từ trứng gà bằng phương

pháp chiết lỏng lỏng kết hợp chương trình làm giàu tự động ASTED và xác định hàm lượng bằng sắc kí lỏng hiệu năng cao với đầu dò huỳnh quang Hiệu suất thu hồi đạt được từ 87-102% Các giá trị độ lệch chuẩn tương đối dao động từ 22-26% giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng lần lượt là 0,2ng/g và 1ng/g

Theo nghiên cứu của B Delepine, D Hurtaud-Pessel và P Sanders,

“Simultaneous determination of six quinolones in pig muscle byliquid chromatography-atmospheric pressure chemical ionisation mass spectrometry” ,nghiên cứu này sử dụng phương pháp LC - MS để xác định dư lượng của 6 loại

kháng sinh thuộc nhóm quinolone trong cơ lợn ở mức 7,5 g/kg Ion hóa học áp

suất khí quyển (APCI) đã được sử dụng để kết hợp với LC-MS

Theo nghiên cứu của Chui-Shiang, Wei-Hsien Wang và Chinen Tsai

“Simultaneous Determination of Eleven Quinolones Antibacterial Residues in Marine Products and Animal Tissues by Liquid Chromatography with Fluorescence Detection” nghiên cứu này nhằm xác định dư lượng 11 loại thuốc kháng sinh thuộc

nhóm quinolone trong cơ động vật bao gồm thịt gà, thịt lợn, cá và tôm bằng sắc kí lỏng hiệu năng cao với tia cực tím (UV) và phát hiện huỳnh quang (FLD) Kết quả cho thấy đã xác định được các quinolone với giới hạn định lượng tùy loại cơ dao

động từ 5 ng/g đến 28 ng/g

Trong một nghiên cứu Alesha D LaFleur, Kevin A Schug “A review of

separation methods for the determination of estrogens and plastics-derived estrogen mimics from aqueous systems” nghiên cứu này nhằm mục đích đánh giá

hiệu quả phân tích của các phương pháp phân tích hiện đại mục đích để tìm ra biện pháp phân tích tối ưu và tiết kiệm chi phí cho việc xác định các estrogen trong môi trường nước, báo cáo này cho thấy giới hạn phát hiện đối với HPLC APCI/MS là 0,5-1 ng/l, đối với HPLC-MS/MS là 0,1-10 g/l, đối với HPLC-UV là 1,6-4,7 ng/l

Với nghiên cứu của Yiruhan, Qiao-Jun Wang và cộng sự “Determination of

four fluoroquinolone antibiotics in tap water in Guangzhou and Macao”, 4 kháng

sinh floroquinolone (norfloxacin, ciprofloxacin, lomefloxacin và enrofloxacin) trong nước đã được phân tích sử dụng sắc kí lỏng hiệu năng cao với detector huỳnh quang Bước sóng phát hiện từ 280-450nm, tốc độ dòng 1ml/phút với pha động là axit photphoric với trietylamin được điều chỉnh ở pH 2,5 và axetonitrin(85:15) Kết quả cho thấy các kháng sinh được phát hiện có nồng độ cao trong nước tại Guangzhou và Macao, giới hạn định lượng của các kháng sinh nằm ở khoảng 0,28ng/L đến 0,83ng/L Hiệu suất thu hồi đối với các kháng sinh là 61,4% đến 91,3% trong đó Sarafloxacin là 92,6%

Deivasigamani Prabhakaran, Premasis Sukul, Marc Lamshöft, Mohan Akhila

Maheswari, với nghiên cứu “Photolysis of difloxacin and sarafloxacin in aqueous

systems” đã tiến hành nghiên cứu sự phân hủy của hai kháng sinh difloxacin và

sarafloxacin trong nước, nghiên cứu này cho thấy sự ảnh hưởng của pH, các ion vô

cơ và axit humic cùng một số chất khác đến tốc độ phân hủy của kháng sinh, xác định được hằng số tốc độ phản ứng của Difloxacin và Sarafloxacin tương ứng là 0,82 và 0,26 h-1 Trong đó axit humic làm cản trở sự quang phân, các ion vô cơ như

F-, NO3-, SO42- không ảnh hưởng đến quang phân, tuy nhiên sự hiện diện của axeton

và H2O2 lại làm tăng tốc độ phản ứng, hiệu suất quang hóa của mỗi trường hợp cũng

đã được xác định Các đo lường được thực hiện bằng HPLC-MS/MS Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của Sarafloxacin tương ứng là 5g/L và 15g/L

1.6 Các quá trình oxi hoá nâng cao

1.6.1 Phương pháp xúc tác quang hóa

1.6.1.1 Phương pháp quang phân bằng tia tử ngoại

Một số chất ô nhiễm hữu cơ có thể phân hủy khi chiếu xạ bằng tia tử ngoại (UV) ở bước sóng  < 250nm Để có thể sử dụng phương pháp này, những chất hữu

cơ cần phải có độ hấp thụ mạnh ở bước sóng chiếu xạ Những chất hữu cơ này đầu tiên sẽ bị phân hủy bằng hiệu ứng quang học sau đó chúng sẽ phản ứng với phân tử oxy trong nước chuyển thành các sản phẩm phụ

độ ozon sử dụng và bước sóng chiếu xạ Tuy nhiên, phương pháp này cũng có một

số điểm bất lợi do chúng phụ thuộc vào phổ đặc tính và độ truyền qua của đèn, loại chất ô nhiễm, độ đục của dung dịch và những yếu tố gây cản trở đường đi của các tia trong dung dịch Hernandez et al., 2002)

O 3 + H 2 O + h → H 2 O 2 + O 2

O 3 + H 2 O 2 → OH ● + HO 2 ● + O 2

b H 2 O 2 /UV

Sự phân hủy của H2O2 dưới tác dụng của tia tử ngoại ở bước sóng  < 300nm, sản sinh ra gốc hydroxyl Việc ứng dụng phương pháp này đơn giản hơn nhiều so với phương pháp ozon hóa nhưng hiệu quả của của phương pháp cũng không cao do hệ số hấp thụ của H2O2 nhỏ Mặt khác, nó cũng bị giới hạn khi sử dụng H2O2 ở nồng độ cao do H2O2 không bền khi ở nồng độ cao và phản ứng phân hủy H2O2 trong nước tạo thành oxy là một phản ứng sinh nhiệt

H 2 O 2 + h → 2OH ●

c O 3 /H 2 O 2 /UV

Người ta kết hợp cả hai phương pháp nói trên để sản sinh ra nhiều gốc hydroxyl hơn Khi có mặt H2O2 sẽ thúc đẩy quá trình chuyển O3 thành gốc hydroxyl Phản ứng oxy hóa tổng là kết quả đồng thời của các phản ứng: ozon hóa, quang phân trức tiếp và phân hủy bằng gốc hydroxyl (Acero et al., 2002) Tuy nhiên phương pháp này cũng bị giới hạn do độ tan của ozon trong nước thấp và phản ứng của nó với H2O2 chậm

d PhotoFenton

Phương pháp photoFenton dựa trên phản ứng Fenton giữa Fe2+

và H2O2 kết hợp với việc chiếu xạ UV-Vis để xử lý nước thải Việc chiếu xạ làm tăng tốc độ tạo thành gốc hydroxyl bằng cách khử Fe3+

và quang phân H2O2 Tuy nhiên do H2O2hấp thụ kém ở bước sóng chiếu xạ nên tốc độ phản ứng phụ thuộc chủ yếu vào sử khử ion Fe3+ bằng hiệu ứng quang học

Fe 3+ + H 2 O + h → Fe 2+ + HO ● + H +

Hiệu quả của phương pháp phụ thuộc vào nồng độ ion Fe, H2O2 và cường độ ánh sáng Nồng độ của các ion Fe2+ và H2O2 trong dung dịch càng lớn càng làm tăng nồng độ của gôc hydroxyl và dẫn đến tăng hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm

1.6.2 Phương pháp Ozon hóa

1.6.2.1 Phương pháp ozon hóa

Ozon là chất oxy hóa mạnh có thế oxy hóa khử tiêu chuẩn là 2,07V Nó tự phân hủy thành oxy phân tử và oxy nguyên tử trong không khí khô Khí có mặt hơi

nước, nguyên tử oxy phản ưng ngay lập tức với nước đè tạo thành gốc tự do hydroxyl Ozon trực tiếp phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nước theo cách thế điện tử chọn lọc tại những lien kết không bền của các alken và các hợp chất vòng thơm hoặc qua đường gián tiếp dựa trên các gốc tự do hoạt động [Chiron, 2000]

1.6.2.2 Phương pháp Peroxon (O 3 /H 2 O 2 )

Quá trình oxi hoá của ozon với sự có mặt của hydrogen peroxit (O3/H2O2)

được gọi là quá trình Peroxon hoặc Perozon Sự khác nhau cơ bản giữa quá trình

ozon và peroxon là ở chỗ quá trình ozon thực hiện sự oxi hoá các chất ô nhiễm chủ yếu trực tiếp bằng phân tử ozon trong nước, trong khi đó quá trình peroxon thực hiện sự oxi hoá chất ô nhiễm chủ yếu là gián tiếp thông qua gốc hydroxyl được tạo

sự chuyển ozon từ pha khí sang pha lỏng được tăng cường Vì quá trình oxi hoá thông qua gốc hydroxyl hiệu quả hơn quá trình oxi hoá trực tiếp bằng phân tử ozon nên quá trình Peroxon được sử dụng rất phổ biến và phát triển mạnh trong nhiều năm gần đây để xử lý những chất hữu cơ khó bị oxi hoá trong nước uống và nước thải Đối với nước uống, quá trình Peroxon được áp dụng để xử lý các chất gây mùi,

vị khó chịu Đối với nước thải , quá trình Peroxon sử dụng để xử lý các chất mang màu hoặc các chất hữu cơ chứa halogen, các hợp chất của Phenol, các Alcohol và

axit dây ngắn đến mức độ khoáng hoá nhất định Tuy vậy, quá trình Peroxon thường được dừng lại ở mức độ phân huỷ nào đó, nhằm chuyển hoá các chất hữu cơ khó phân huỷ sinh học thành những chất hữu cơ có khả năng dễ bị phân huỷ sinh học, làm cải thiện tỉ số BOD/COD trong nước thải theo chiều thuận lợi để thực hiện các quá trình xử lý sinh học tiếp sau

1.6.3 Phương pháp Fenton

1.6.3.1 Hệ Fe 2+ /H 2 O 2

Những nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng phản ứng giữa H2O2 và Fe2+, được gọi là phản ứng Fenton, có khả năng oxy hóa mạnh các hợp chất hữu cơ như rượu, ete, chất màu, phenol, thuốc trừ sâu, hợp chất đa vòng thơm,… (Spadaro et al., 1994

; Bandara et al., 1996; Benitez et al., 2001; De Heredia et al., 2001) Haber et Weiss (1934) đã chứng minh cơ chế oxy hóa của hệ Fenton dựa trên hoạt tính của gốc tự

H2O2 trong dung dịch, tạo thành các gốc tự do hydroperoxyl và ion Fe2+ Các ion

Fe2+ được tạo thành phản ứng với H2O2 trong môi trường và sản sinh ra gốc hydroxyl để oxy hóa các hợp chất hữu cơ

Fe 3+ + H 2 O 2 → Fe[HO 2 ] 2+

FeOH 2+ + H 2 O 2 → Fe[HO 2 (OH)] 2+

Sử dụng phương pháp Fenton để oxy hóa các hợp chất hữu cơ có những ưu điểm : (1) gốc hydroxyl phản ứng rất nhanh với các hợp chất hữu cơ, (2) các hóa chất ban đầu thêm vào dễ thao tác và không gây hại đến môi trường, (3) các sản phẩm cuối cùng (CO2, H2O, ion vô cơ và hydroxyt sắt) không gây thêm những ảnh hưởng phụ đến môi trường

CHƯƠNG 2- THỰC NGHIỆM 2.1 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.1.1 Nội dung nghiên cứu

 Nghiên cứu các điều kiện định lượng sarafloxacin trong môi trường nước bằng phương pháp HPLC-PDA

 Xác định hiệu suất quang hóa của sarafloxacin tại bước sóng 254nm

 Nghiên cứu tốc độ phân hủy của sarafloxacin khi chiếu xạ tại 254nm và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy (như pH, anion,…)

 Nghiên cứu xác định các sản phẩm chuyển hóa của sarafloxacin trong nước khi chiếu xạ tại bước sóng 254nm

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu

 Các thí nghiệm xác định hiệu suất quang hóa và động học của quá trình phân hủy sarafloxacin được thực hiện trong bình phản ứng quang hóa Các mẫu thu được theo thời gian phản ứng sẽ được phân tích bằng phương pháp sắc kí lỏng với detector PDA

 Các sản phẩm chuyển hóa của quá trình quang hóa sarafloxacin tại bước sóng 254nm trong các điều kiện khác nhau sẽ được định tính và định lượng bằng phương pháp sắc ký lỏng khối phổ LC/UV/MS

 Các số liệu thu thập được sẽ được xử lý và đánh giá theo các phương pháp thống kê

2.2 Dựng đường chuẩn xác định nồng độ H 2 O 2 theo phương pháp đo quang

Cách tiến hành thí nghiệm:

Dung dịch A: TiCl4 được pha từ 5ml TiCl4 và 500ml H2SO4 2N

Dung dịch B: dung dịch H2SO4 đặc

Dung dịch H2O2 có nồng độ tương ứng nằm trong dãy 0,0-0,5 M

Tiến hành cho H2O2 vào bình định mức 25ml có chứa sẵn 2ml dung dịch A và 1ml dung dịch B Phản ứng xảy ra như sau:

H2O2 + Ti4+ + 2H2O  H2TiO4 + 4H+

Kết quả đo quang được trình bày trong bảng và hình như sau:

Bảng 2.1.Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ H 2 O 2

Hình 2.1 Đường chuẩn H 2 O 2 trong khoảng nồng độ 0,0 M - 0,5 M

2.3 Thí nghiệm quang hóa

Khi dòng photon Io (Einstein.s-1) được chiếu qua dung dịch thí nghiệm sẽ bao gồm các hiệu ứng hấp thụ (Ia), phản xạ (Ir) và truyền qua (It), chúng liên hệ với nhau theo công thức sau:

Một phản ứng quang học xảy ra khi có sự hấp thụ ánh sáng bởi một phân tử khi được chiếu xạ tại một bước sóng thích hợp và xảy ra sự kích hoạt điện tử chuyển lên mức năng lượng cao hơn Để một phân tử có trạng thái điện tử ở mức năng lượng hoạt hóa cao hơn thì phân tử phải hấp thụ một photon mà có mức năng lượng tối thiểu bằng khoảng mức năng lượng chênh lệch giữa orbital nhỏ nhất và orbital trống thấp nhất của phân tử

Trong vùng bước sóng thông thường được sử dụng cho các phản ứng quang hóa (từ 200 đến 700nm), năng lượng của một photon nằm trong khoảng từ 10-18 và 3.10-19 J photon-1 tức là một năng lượng khoảng từ 600 đến 180 kJ mol-1 (1 mol

photon = 1 Einstein = N photon, N là số Avogadro : N = 6,023 1023) Do đó trong khoảng phổ ánh sáng này, chỉ có các phân tử mà cần mức năng lượng nhỏ hơn 600

kJ mol-1 mới có thể đạt được đến trạng thái hoạt hóa Ở trạng thái này tương ứng với một mức năng lượng thừa trong nội phân tử Để trở về trạng thái bền, phân tử ở

trạng thái kích hoạt có thể chuyển hóa bằng các quá trình quang lý hoặc chuyển hóa quang hóa

Trong trường hợp phản ứng quanq hóa, số phân tử chuyển hóa bởi sự hấp thụ photon tại một bước sóng cho trước được biểu diễn bằng hiệu suất lượng tử của phản ứng ():

t I

Δn : số phân tử phản ứng trong khoảng thời gian t.(Δn=C.V)

Ia : số photon được hấp thụ trong khoảng thời gian t

Tùy thuộc vào giá trị của hiệu suất lượng tử , cơ chế phản ứng có thể được hiểu là:

 = 1 : mỗi photon hấp thụ gây ra 1 sự chuyển hóa,

 < 1 : xảy ra quá trình cạnh tranh giữa sự giải phóng năng lượng của quá trình ko phân hủy và phản ứng quang hóa

 > 1 : xảy ra các phản ứng chuỗi từ một sản phẩm quang hóa ban đầu Đối với một phản ứng quang hóa đơn giản và chỉ có một hợp chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch khi chiếu xạ tại một bước sóng cố định, áp dụng định luật Lambert-Beer, chúng ta có thể viết như sau :

Ia = I0 (1-10-D)

Ia : cường độ dòng photon hấp thụ tại bước sóng 

I0 : cường đô dòng photon chiếu xạ tại bước sóng 

D : Mật độ quang của dung dịch nghiên cứu tại bước sóng 

Khi D > 2 trong toàn bộ thời gian chiếu xạ, lượng ánh sáng bị hấp thụ bởi dung dịch nghiên cứu đạt hơn 99% dòng ánh sáng chiếu xạ Chúng ta có thể coi như toàn bộ photon sinh ra được hấp thụ bởi dung dịch nghiên cứu, khi đó ta có thể viết:

sự biến đổi lượng photon hấp thụ theo thời gian

0 1

Solution à étudier

Lampe UV

Barreau aimanté Agitateur magnétique

Dung dịch nghiên cứu

Đèn UV

Thanh khuấy

Máy khuấy

Nước ổn nhiệt ra

Nước ổn nhiệt vào

Hình 2.2 Mô hình thí nghiệm quang hóa

 Đèn thủy ngân UV-254nm công suất 6W

 Cột Ultra Aqueous C18 kích thước 2503.2mm đường kính hạt nhồi 5m, máy HPLC của hãng Waters 2695

 Máy đo quang phổ tử ngoại khả kiến UV-2900 hãng Hitachi của Nhật

 Máy đo pH hãng Horiba của Nhật

 Tủ sấy

 Máy khuấy từ

 Máy nước cất siêu tinh khiết của hãng Arium pro

2.5 Chuẩn bị dung dịch chuẩn Sarafloxacin

Dung dịch chuẩn gốc: cân chính xác 24,45 mg chất chuẩn Sarafloxacin hifrochloride trên cân phân tích (sai số 0,01mg), hòa tan vào bình định mức 50ml bằng Metanol được dung dịch chuẩn với nồng độ 1mM Chuẩn gốc được bảo quản

ở nhiệt độ từ 0-50

C, trong bóng tối Phần còn lại 75,55 mg đem pha vào 1L nước cất tinh khiết được nồng độ là 0,155 mM dùng cho thí nghiệm quang hóa Các dung dịch làm việc được pha và sử dụng trong ngày

2.6 Dựng đường chuẩn theo phương pháp HPLC

Từ dung dịch gốc ban đầu pha trong Metanol tiến hành pha một loạt các dung dịch có nồng độ tương ứng là 0,1; 0,3; 0,5; 1,0; 2,5; 5,0 M Biểu diễn sự phụ thuộc của diện tích pic vào nồng độ

2.7 Thí nghiệm phản ứng quang hóa

2.7.1 Quang phân SARA tại các pH khác nhau

-2L dung dịch làm việc với nồng độ mong muốn được chuẩn bị từ dung dịch gốc SARA 0,155mM

-pH của dung dịch SARA được điều chỉnh trong khoảng 2 đến 12 bằng NaOH 0,1M và HClO4 0,1M, đo pH bằng máy đo pH của hãng Horiba

- Cho dung dịch SARA đã được điều chỉnh pH vào bình phản ứng quang hóa, chiếu xạ liên tục bằng đèn UV-254nm Sau mỗi khoảng thời gian nhất định lấy 1ml mẫu cho vào vial dung tích 2ml Đo ngay bằng máy HPLC/PDA

2.7.2 Quang phân SARA trong môi trường có ion vô cơ

-2L dung dịch làm việc với nồng độ mong muốn được chuẩn bị từ dung dịch gốc SARA 0,155mM Cho thêm vào dung dịch các anion vô cơ như ClO4-, SO42-,

Cl-, pH 7,0

- Xác định pH ban đầu của dung dịch SARA

- Chiếu xạ liên tục trong bằng đèn UV-254nm Sau thời gian nhất định lấy ra 1ml cho vào vial dung tích 2ml đem đo ngay bằng máy HPLC/PDA

2.7.3 Quang phân SARA trong môi trường có H 2 O 2

-2L dung dịch làm việc với nồng độ mong muốn được chuẩn bị từ dung dịch