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 đồng thời dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật khoảng 100 chất trong đất bằng kỹ thuật sắc ký khí khối phổ‖ mã số

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

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

i

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của các giáo viên hướng dẫn và hỗ trợ của các đồng nghiệp Các kết quả nghiên cứu trình 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 liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận án

Phạm Tuấn Linh

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

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

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

iii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 1

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 5

Giới thiệu về hoá chất bảo vệ thực vật 5

1.1 1.1.1 Phân loại hóa chất bảo vệ thực vật 5

1.1.2 Tình hình sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật 7

Phân tích dư lượng hoá chất bảo vệ thực vật 9

1.2 1.2.1 Xử lý mẫu cho phân tích dư lượng hoá chất BVTV 10

1.2.2 Một số kỹ thuật phân tích định lượng dư lượng hoá chất BVTV 19

1.2.3 Phương pháp phân tích dư lượng hoá chất BVTV ở Việt Nam 20

1.2.4 Hướng nghiên cứu phát triển qui trình phân tích dư lượng HCBVTV theo phương pháp QuEChERS 23

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

Đối tượng nghiên cứu 25

2.1 Hoá chất và thiết bị 34

2.2 2.2.1 Hoá chất 34

2.2.2 Thiết bị 35

Chuẩn bị dung dịch chuẩn, mẫu chuẩn 35 2.3

iv

2.3.2 Chuẩn bị mẫu chuẩn 36

Phương pháp nghiên cứu 36

2.4 2.4.1 Nghiên cứu, lựa chọn điều kiện vận hành thiết bị sắc ký khí khối phổ 37

2.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình tách chiết (xử lý mẫu) 37

Xây dựng qui trình phân tích 38

2.5 So sánh, đánh giá phương pháp 38

2.6 2.6.1 Đánh giá phương pháp phân tích qua mẫu đất thêm chuẩn 38

2.6.2 Đánh giá phương pháp phân tích qua mẫu thực tế 40

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41

Nghiên cứu, lựa chọn các điều kiện vận hành thiết bị sắc ký khí khối phổ 3.1 (GC-MS) 41

3.1.1 Lựa chọn nhiệt độ cổng bơm mẫu và tốc độ bơm mẫu 41

3.1.2 Thể tích bơm mẫu và tốc độ khí mang 45

3.1.3 Chương trình nhiệt độ 48

3.1.4 Lựa chọn mảnh phân tách 55

Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình tách chiết (xử lý mẫu) 56

3.2 3.2.1 Lựa chọn dung môi chiết 56

3.2.2 Lựa chọn thời gian chiết mẫu 61

3.2.3 Ảnh hưởng của các chất hấp phụ đến quá trình làm sạch 63

3.2.4 Ảnh hưởng của thành phần nền mẫu 66

Xây dựng qui trình phân tích 74 3.3

v

3.3.2 Qui trình phân tích trên thiết bị 75

Đánh giá phương pháp 80

3.4 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

vi

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

vii

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

viii

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 260oC (chế độ nhanh) 45

Bảng 3.3 Thể tích khí tương ứng với thể tích bơm mẫu tại nhiệt độ 260oC 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

1

AED Atomic Emission Detector (đầu dò phát xạ nguyên tử)

d- SPE Dispersive Solid Phase Extraction (chiết pha rắn phân tán)

DAD Diode Array Detector

DDD Dichlorodiphenyldichloroethane

DDE Dichlorodiphenyldichloroethylene

DDT Dichlorodiphenyltrichloroethane

EC Electrochemical Detector (đầu dò điện hóa)

ECD Electron Capture Detector (đầu dò bắt giữ điện tử)

EtOAc Ethylacetate

FID Flame Ionization Detector (đầu dò ion hóa ngọn lửa)

FLD Fluorescence Detector (đầu dò huỳnh quang)

FPD Flame Photometric Detector (đầu dò quang hóa ngọn lửa)

GC Gas Chromatography (sắc ký khí)

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

khối phổ)

GCB Graphite Carbon Black

GPL Gel Permeation Chromatography (sắc ký thẩm thấu qua gel)

LLE Liquid - liquid extraction (chiết lỏng – lỏng)

LOQ Limit of quantification (giới hạn định lƣợng)

LPME Liquid Phase Micro Extraction (vi chiết pha lỏng)

LSE Liquid Solid Extraction (chiết lỏng rắn)

2

MSPD Matrix Solid Phase Dispersion (phân tán pha rắn hỗn hợp)

PSA Primary Secondary Amine

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

RSD Relative standard deviation (sai số tương đối)

SBSE Stir Bar Sorptive Extraction

SDME Single Drop Micro Extraction (vi chiết giọt đơn)

SFE Supercritical Fluid Extraction (chiết siêu tới hạn)

SIM Selected Ion Monitoring

SPE Solid Phase Extraction (chiết pha rắn)

SPME Solid Phase Micro Extraction (vi chiết pha rắn)

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TPP Triphenyl phosphate

đó, HCBVTV ngày càng được sử dụng phổ biến tại nước ta với chủng loại ngày càng 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 quá trình sử dụng) sẽ tồn tại nhiều loại HCBVTV thuộc các nhóm khác nhau (dư lượng)

do việc sử dụng đã kéo dài qua nhiều năm hay do sử dụng nhiều loại đan xen, pha trộn đồng thời

Tuy nhiên, do đều là hóa chất có độc tính cao, thời gian phân hủy kéo dài nên bên cạnh tính tích cực là bảo vệ cây trồng, HCBVTV ít nhiều đã gây ảnh hưởng đến sinh vật và môi trường xung quanh Đặc biệt, HCBVTV có thể tích tụ trong các sản phẩm 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 nhiễm môi trường và đảm bảo cho phát triển nền nông nghiệp sạch, an toàn Hiện nay, tại Việt Nam công tác đánh giá dư lượng HCBVTV trong đất vẫn được tiến hành riêng theo từng nhóm chất, mỗi nhóm có qui trình phân tích riêng (phương pháp truyền thống) Mỗi qui trình bao gồm quá trình chiết (thường là shoxlet), làm sạch bằng sắc ký cột và phân tích trên thiết bị phù hợp Vì vậy, để có thể phân tích hết các HCBVTV, cần dùng nhiều kỹ thuật chiết và phân tích khác nhau, dẫn đến mất thời 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 các nhóm khác nhau là cần thiết

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 chiết tách, làm sạch theo nhóm sau đó phân tích trên thiết bị phù hợp (sắc ký khí, lỏng với các đầu dò khác nhau)

Với những thực tế trên, đề tài ―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‖ được thực hiện với mục đích:

- Nghiên cứu phát triển một kỹ thuật phân tích mới có thể phân tích đồng thời hóa chất bảo vệ thực vật thuộc các nhóm hoạt chất khác nhau trong đất 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

5

Giới thiệu về hoá chất bảo vệ thực vật

1.1

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 tác nông lâm nghiệp nhằm mục đích bảo vệ cây trồng khỏi các sinh vật gây hại Hiện nay trên thế giới, có trên 1500 loại hóa chất bảo vệ thực vật đã và đang được sử dụng, được phân loại dựa trên thành phần, cấu tạo hóa học (nhóm cơ clo, cơ phốt pho, carbamate ) hay theo công dụng (thuốc trừ sâu, trừ nấm, trừ cỏ…) và đôi khi theo 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 sử dụng trong nông nghiệp, y tế công cộng và tồn tại trong môi trường với thời gian dài trước khi phân huỷ hoàn toàn HCBVTV clo hữu cơ gây rối loạn hệ thần kinh dẫn đến co giật, tê liệt và gây tử vong cho côn trùng Phần lớn các hoạt chất thuộc nhóm

đã bị cấm hoặc hạn chế sử dụng Một số ví dụ đại diện đã được sử dụng phổ biến những thập niên 70, 80 của thế kỷ trước là DDT, lindane, endosulfan, aldrin, dieldrin và chlordane

HCBVTV cơ phốt pho dễ bị phân hủy trong môi trường bởi các tác nhân hóa học và sinh học khác nhau, do đó không tồn tại quá lâu trong môi trường Tuy nhiên, do độc tính cao nên một số chất đã bị cấm, hạn chế sử dụng Một số chất được 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 men cholinesterase Nhóm này thường được phối trộn với các nhóm khác để tăng phổ tác dụng và có đặc điểm: ít tan trong nước, dễ bị phân hủy Một số hoạt chất sử dụng rộng rãi trong nhóm này bao gồm carbaryl, carbofuran và aminocarb

7

- 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:

8

dụng rộng rãi do có hoạt tính cao (mặc dù nhóm cơ phốt pho và carbamat đã được hình thành) Tuy nhiên, đến những năm 60, nhiều báo cáo về tính độc hại cũng như ảnh 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 dụng trong nông nghiệp tại Mỹ vào năm 1973 Việc cấm này tạo điều kiện cho việc phát triển các HCBVTV thân thiện với môi trường hơn như nhóm cơ phốt pho, nhóm carbamat 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 an toàn và ít độc hại hơn, trong đó tập trung vào các chất có nguồn gốc sinh học, từ tự nhiên Các HCBVTV mới này có tính chọn lọc cao, ít độc hại nhưng có phổ tác dụng hạn hẹp và hoạt lực thấp, vì vậy, thường được phối hợp 2 hay nhiều loại với nhau để tăng hiệu quả Đồng thời với việc tạo ra các HCBVTV mới, nhiều HCBVTV có tính độc cao cũng bị cấm và hạn chế sử dụng, tập trung chủ yếu vào nhóm 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 2 triệu tấn HCBVTV được sử dụng trên toàn thế giới Mặc dù một số loại HCBVTV độc hại đã bị cấm sử dụng từ những năm 80 của thế kỷ trước (ở Việt Nam là những năm 90), tuy nhiên, do tính bền và khó phân hủy nên chúng vẫn tồn tại trong môi trường, nhất là môi trường đất

- Tại Việt Nam [3, 87]:

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 - 9.000 tấn Các loại HCBVTV mà Việt Nam sử dụng trong giai đoạn trước 1995 có độ độc cao, nhiều loại đã lạc hậu (cấm sử dụng trên thế giới) như DDT, 666, parathion với lượng sử dụng khoảng 0,3kg/ha Tuy nhiên, nhiều loại HCBVTV cũng được sử dụng trong các lĩnh vực khác, ví dụ sử dụng DDT để phòng trừ muỗi truyền bệnh sốt rét (từ 1957 -1994: 24.042 tấn)

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

9

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

- 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

10

nhạy, giảm thời gian cũng như chi phí phân tích và đáp ứng tốt hơn với sự phát triển 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 rất nhỏ và loại bỏ tối đa các tạp chất với lượng rất lớn khỏi nền mẫu Sẽ càng phức tạp hơn nếu các chất cần phân tích có tính chất hóa lý khác nhau (các nhóm khác nhau) trong tách và làm sạch chúng khỏi nền mẫu Trong quá trình này, độ phân cực của dung môi chiết cũng như loại và hàm lượng của chất hấp phụ trong làm sạch là các yêu tố quan trọng cần được quan tâm Ngoài ra, các ảnh hưởng khác từ nền mẫu cũng cần được nghiên 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 và hiện 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 đồng nhất trong pha lỏng phù hợp

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

11

được áp dụng như: áp suất (pressurized liquid extraction - PLE) [69, 73], vi sóng (microwave assisted extraction – MAE) [71, 80] hay siêu âm (ultrasound assisted extraction – UAE) [72, 79] Tuy nhiên, do có năng lượng cao nên nhiều tạp chất cũng bị chiết đồng thời gây khó khăn cho quá trình làm sạch Vì vậy, PLE, MAE và UAE 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 sử dụng phổ biến cho tách chiết phân tích dư lượng HCBVTV trong mẫu rắn nói chung cũng như mẫu đất nói riêng Cho tới nay, phương pháp này vẫn được sử dụng nhiều trên thế giới và cũng là phương pháp tiêu chuẩn của nhiều tổ chức và quốc gia trong

đó có Việt Nam Trong phương pháp này, mẫu được chiết liên tục với nhiều chu kỳ bằng dung môi sạch Chính vì vậy, Soxhlet có hiệu suất thu hồi cao tuy nhiên lượng hóa chất sử dụng lớn (150 – 500 ml/mẫu) và thời gian xử lý kéo 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 cần phân tích khỏi mẫu rắn bằng chất lỏng (dung môi) ở trạng thái siêu tới hạn (tạo được khi đưa chất lỏng tới nhiệt độ và áp suất cao hơi giá trị tới hạn) Ở trạng thái siêu tới hạn, chất lỏng sẽ không còn ở thể lỏng nhưng vẫn chưa thành thể khí (Hình 1.1) 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

12

không độc, không cháy, độ nhớt thấp, độ tinh khiết cao, khả năng khuếch tán cao,

dễ loại ra khỏi dịch chiết Tuy nhiên, CO2 là chất kém phân cực do đó thường được dùng để chiết các chất không phân cực hoặc phân cực yếu, không phù hợp để chiết các 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 tạo điều 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 các lần 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 thường không cần phải trải qua quá trình làm sạch trước khi phân tích do đó phương pháp rất phù hợp cho các nền mẫu phức tạp Tuy nhiên, đến nay SFE không phải là một phương pháp phổ biến vì chi phí đầu tư thiết bị khá tốn kém và việc mở rộng ứng dụng trên nền mẫu mới cần có những khảo sát riêng phức tạp

13

Kỹ thuật chiết pha rắn được giới thiệu vào giữa những năm 70 của thế kỷ trước 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, tạp chất) 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 rửa giải với các loại dung môi và thời gian khác nhau Dung dịch sau đó được

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 còn gọi 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 làm giảm sự phân cực C18 hấp phụ tốt đối với các chất không phân cực như chất béo, sáp, đường, tinh bột và không ảnh hưởng (hấp phụ) với phần lớn các HCBVTV

- PSA (primary secondary amine): do có cấu tạo bao gồm cả amin bậc 1 và bậc 2 nên PSA có tính kiềm, có khả năng tạo phức (chelating), khả năng trao 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

14

- 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 (pha rắn) trên

bề mặt sợi silica hoặc sợi kim loại nhỏ Sau khi cân bằng hấp phụ được thiết 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: immersion SPME (loại nhúng) và headspace SPME (loại không gian hơi) Vật liệu hấp phụ phổ biến 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 thuộc vào

sự khuếch tán và hằng số phân bố của chất phân tích Để độ chính xác và độ lặp lại cao, cần giữ cố định các thông số: thời gian hấp phụ, kích thước lọ mẫu, thể tích mẫu, độ sâu của sợi SPME Ngày nay, đã có bộ phận ghép nối giữa SPME và hệ thống 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]

15

Hình 1.4 Các bước trong kỹ thuật MSPD [12]

Năm 1989, kỹ thuật chiết MSPD được Barker và cộng sự tìm ra Nguyên tắc của kỹ thuật MSPD là mẫu được nghiền, trộn và phân tán đều cùng với các chất hấp phụ 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 thuật SPME 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 và Cantwell phát triển từ năm 1996 trên nguyên tắc: chất cần phân tích được chiết từ mẫu sang dung môi hữu cơ trong một giọt nhỏ (thể tích từ 1 – 3 µL) tại đầu của microsyringe (hình 1.5)

16

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 để lấp 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 chiết lỏng lỏng xảy ra từ pha chứa mẫu, đến màng pha hữu cơ ở lỗ xốp và đến pha trong sợi 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 trộn với một loại dung môi phân tán (vài mililit) sau đó trộn với dung dịch nước của mẫu

có chứa chất phân tích Dung môi phân tán có vai trò giúp tạo các giọt nhỏ của dung 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)

17

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 và Anastassiades giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2002 tại hội thảo Châu Âu ―dư lượng hóa chất BVTV‖ lần thứ 4 ở Roma năm 2002, sau đó được công bố trên tạp chí vào năm 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 gì đặc 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 sẵn trong 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 trình chiết 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 đưa trực 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 kết quả tốt với 207/235 hóa chất BVTV trong nền mẫu rau quả [44-45, 74] Sau đó,

18

sung đệm pH để tăng hiệu quả thu hồi với một số HCBVTV mang tính a xít trong các nền mẫu có pH thấp (như chanh, cam) Phương pháp đã được đánh giá liên phòng 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

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

HCBVTV trong các sản phẩm nông nghiệp

15 g mẫu/ống ly tâm 50ml

+ 15ml ACN 1% Acetic a xít + Nội chuẩn (IS)

+ 6g MgSO4 và 1,5g NaOAc Lắc (vortex) 1 phút

Ly tâm > 1.500 vòng/1 phút Lấy 1 ml dịch chiết

+ 150mg MgSO4, 50mg PSA Lắc (vortex) 30 giây

Na2HCitrate Lắc1 phút, Ly tâm 3.000 vòng/5 phút

Lấy 1ml dịch chiết

+ 150mg MgSO4, 25mg PSA, 2,5 – 7,5mg GCB

Lắc (vortex) 30 giây

Ly tâm 3.000 vòng/5 phút

Lấy 0,5ml phân tích AOAC 2007.1

19

tượng 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, ít tốn kém, hiệu quả tốt, ổn định với nhiều HCBVTV trên nhiều loại nền mẫu, an toàn cho người phân tích Tuy nhiên, do tiến hành đơn giản nên phương pháp cũng không thể loại bỏ hoàn toàn các ảnh hưởng đối với nền mẫu phức tạp nên cần thiết phải 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 hóa chất bảo vệ thực vật họ cơ phốt pho, ni tơ Như vậy, phương pháp này chỉ định lượng 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 hơn với ưu điểm vượt trội về khả năng xác định chính xác chất cần phân tích dựa trên phân tích cấu trúc hóa học của chất cần phân tích Nguyên tắc cơ bản của phương pháp 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 phân tích (chế độ full scan) Mỗi chất sau đó sẽ được lựa chọn 1 mảnh đặc trưng để tính toán định lượng (chế độ SIM)

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

20

cột (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 mà khó hoạt hoá thì kỹ thuật sắc ký lỏng cao áp (HPLC) được sử dụng Các detector thường 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 detector khác 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 BVTV như benomyl, carbendazim và cymiazole Việc sử dụng pha động để phân tích hoá chất 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 định theo 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 này khó có thể xác định một hoá chất BVTV cụ thể mà chỉ có thể xác định sự có mặt của một 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 xác định 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 ở Việt 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 lý lỏng hiệu năng cao); TCVN 6135 – 1996 (Chất lượng đất – Xác định dư lượng

21

(Chất lượng đất - Xác định hóa chất bảo vệ thực vật cho clo hữu cơ và polyclorin biphenyl – 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 thuật cột mao quản) Điểm chung của các tiêu chuẩn này là đều sử dụng kỹ thuật chiết Soxhlet và làm sạch bằng sắc ký cột (SPE) nên thời gian chuẩn bị mẫu kéo dài, sử dụng nhiều dung môi hữu cơ Tuy nhiên, cũng có thể thấy phần lớn đã được áp dụng kỹ thuật sắc ký khí là công cụ phân tích mạnh, có độ chính xác cao và tương đối phổ thông với các phòng phân tích

Một điểm đáng lưu ý trong xu thế phân tích các hoá chất BVTV trong các TCVN là việc tăng khả năng phân tích một lần được nhiều cấu tử, ví dụ dễ thấy nhất

là TCVN 8061-2009 cho phân tích hoá chất BVTV cơ clo áp dụng cho phân tích 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 đơn HCBVTV Tương tự với TCVN 8062-2009 cho phân tích HCBVTV cơ phốt pho và được áp dụng cho phân tích đồng thời 27 chất TCVN 8062-2009 cũng đồng thời thay 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 chuẩn cho xác định các nhóm HCBVTV mới trong đất và chấp nhận áp dụng các tiêu chuẩn quốc tế phù hợp như ASTM, EPA… Các phương pháp này vẫn theo hướng xác 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 – phương pháp sắc ký khí) hay TCVN 8319:2010 (xác định dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong rau quả – phương pháp sắc ký khí) Các phương pháp này cho phép xác định HCBVTV thuộc các nhóm khác nhưng tối đa là 21 chất (TCVN 8319) Phương pháp bao gồm quá trình chiết lỏng – rắn bằng cách lắc với dung môi và sau đó ly tâm 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

22

tiêu chuẩn AOAC 2007.01 cho xác định đa nhóm HCBVTV (26 chất) trong thực phẩm có nguồn gốc thực vật theo phương pháp QuEChERS trên thiết bị GC/MS và LC/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 đều tiến tới các phương pháp hiện đại, đáp ứng với phát triển của thế giới như: xác định đồng 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 xây dựng phương pháp phân tích HCBVTV Các nghiên cứu chủ yếu áp dụng các phương pháp hiện có trên thế giới và Việt Nam để đánh giá dư lượng HCBVTV trong một lĩnh vực nào đó như trong rau, đất, thực phẩm… Một số phòng phân tích cũng xây dựng phương pháp phân tích nội bộ, tuy nhiên, đây chỉ là quá trình biên tập 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 ký khoa học) thực hiện đề tài ―Nghiên cứu xây dựng qui trình phân tích đồng thời dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật (khoảng 100 chất) trong đất bằng kỹ thuật sắc ký khí khối phổ‖ thuộc ―Chương trình nghiên cứu khoa học, ứng dụng và chuyển giao công nghệ phát triển ngành công nghiệp môi trường‖ thực hiện Đề án ―Phát triển ngành 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 các nhóm khác nhau trong đất theo phương pháp chiết tách QuEChERS và định lượng trên GC/MS Các nghiên cứu trong luận án của NCS đã được sự tài trợ và là một phần 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 HCBVTV trong 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

23

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

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

a xít cũng như ảnh hưởng đến sự tương tác với nền mẫu và do đó ảnh hưởng tới quá trình 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 trình chiết Các chất cần chiết sẽ có xu hướng hòa tan nhiều hơn trong các dung môi

có độ phân cực tương đồng Tuy nhiên, với đa nhóm HCBVTV và với số lượng chất càng nhiều 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, ethyl acetate hay acetone Các dung môi này phổ thông, giá thành không cao và độ độc hại thấp

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

24

cản trở (chất hữu cơ, mầu…) cũng cần được dánh giá

- Quá trình làm sạch: được tiến hành theo kỹ thuật d-SPE nên chỉ có một công đoạn duy nhất Vì vậy, chất hấp phụ cần được lựa chọn chủng loại và với hàm lượng sao cho chỉ hấp phụ chất cản trở mà không hoặc ít hấp phụ với chất cần phân tích Các nghiên cứu phần lớn sử dụng PSA, C18 và GCB như là chất hấp phụ chính trong d-SPE Một số nghiên cứu cũng sử dụng florisil, nhôm và magie na nô nhằm làm tăng hiệu quả cho mẫu trầm tích và các mẫu có nền phức tạp Một số chất hấp phụ mới trên cơ sở ZrO2 hay Chlorofiltr cũng được giới thiệu và đánh giá là có hiệu 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 Tuy nhiên, với chủng loại (số nhóm chất) ngày càng tăng và số lượng chất phân tích ngày càng nhiều (có thể lên đến hàng trăm chất), công việc định lượng sẽ khó khăn hơn do khó tách biệt các chất phân tích khỏi nhau cũng như với các tạp chất trong nền mẫu Chính vì vậy, kỹ thuật phân tích trên thiết bị cũng là một hướng nghiên cứu khảo sát để tăng hiệu quả, khả năng ứng dụng của phương pháp QuEChERS

- Trong danh mục được phép sử dụng cho đất canh tác nông nghiệp của Việt nam 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

325 3,54 -

4 BHC-alpha

C6H6Cl6 Chlorinated 291 3,82 -