(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu đánh giá mức độ tồn lưu, phân tích và nhận diện nguồn phát thải một số hợp chất hữu cơ khó phân hủy (POP) trong môi trường nước và bùn ở TP đà nẵng

Phương pháp phân tích hiện trạng ô nhiễm các hợp chất POP trong môi trường của các tác giả trong và ngoài nước đều sử dụng sắc ký khí cột mao quản với detector bắt giữ điện tử GC-ECD, có

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

ĐÀO ĐÌNH THUẦN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ TỒN LƯU

VÀ NHẬN DIỆN NGUỒN PHÁT THẢI MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ

KHÓ PHÂN HỦY (POP) TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

VÀ BÙN Ở THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

HÀ NỘI - 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

ĐÀO ĐÌNH THUẦN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ TỒN LƯU

VÀ NHẬN DIỆN NGUỒN PHÁT THẢI MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ

KHÓ PHÂN HỦY (POP) TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

VÀ BÙN Ở THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

CHUYÊN NGÀNH: HÓA PHÂN TÍCH

MÃ SỐ: 62.44.01.18

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

HÀ NỘI – 2014

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

POP là cụm từ viết tắt của thuật ngữ tiếng Anh “Persistent Organic Pollutants” và dịch sang tiếng Việt là “Các ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy” trong môi trường Không những vậy, POP còn là các hợp chất có tính tích tụ cao theo chuỗi thức ăn, khả năng phát tán rộng, vì chúng là các hợp chất dễ bay hơi Nếu hàm lượng POP trong cơ thể sống vượt quá ngưỡng cho phép sẽ có những hiệu ứng làm rối loạn hệ tiêu hóa, hệ miễn dịch POP là tác nhân gl;’

ây ung thư [80,88]

Theo Công ước Stockholm 2001[90] về cấm sử dụng và sản xuất POP trên phạm

vi toàn cầu, mà Chính phủ Việt Nam đã phê chuẩn năm 2002, danh sách loại hóa chất này bao gồm 12 nhóm hợp chất và được phân thành ba phân nhóm là:

- Phân nhóm các hóa chất bảo vệ thực vật:

Gồm 8 hợp chất là aldrin, clodan, dieldrin, DDT, endrin, heptaclo, mirex và toxaphen

- Phân nhóm hóa chất công nghiệp:

Gồm các hóa chất công nghiệp bao gồm 2 nhóm chất là: hexaclobenzen (HCB)

và biphenyl có mức clo hóa khác nhau từ 1 đến 10 và tên gọi chung là polyclorinated biphenyl (PCB) gồm 209 đồng đẳng (congener)

- Phân nhóm hóa chất là sản phẩm phụ của các quá trình sản xuất hóa chất công nghiệp:

Gồm tetracloro-p-dibenzodioxin (gọi tắt là dioxin) và tetraclodibenzofuran (gọi tắt là furan) Dioxin có 75 đồng đẳng còn furan có 135 đồng đẳng Năm 2010, hợp chất hexaclorocyclohexan (HCH) mà đồng phân gamma của nó có tên gọi thương mại là 666 cũng được liệt vào danh sách POP và HCH là hóa chất bảo vệ thực vật Như vậy, cho đến nay, POP bao gồm 13 nhóm các hóa chất có cấu trúc mạch vòng và có mức độ clo hóa khác nhau

2,3,7,8-Ảnh hưởng xấu của các hợp chất POP đến hệ sinh thái đang được cộng đồng các nhà khoa học trên toàn thế giới quan tâm nghiên cứu Các hướng nghiên cứu POP hiện nay bao gồm:

1 Quan trắc, phân tích mức tồn lưu các POP trong các đối tượng môi trường, đặc biệt là trong khí quyển và thủy quyển,

2 Tìm nguồn phát thải POP,

3 Phát triển xây dựng công nghệ tiêu hủy các kho hóa chất tồn lưu POP và

xử lý đất bị ô nhiễm POP tại Việt Nam

Các hướng nghiên cứu trên cũng là mối quan tâm của nghiên cứu sinh (NCS), vì vậy chúng tôi chọn đề tài: ”Nghiên cứu đánh giá mức độ tồn lưu và nhận diện nguồn phát thải một số hợp chất hữu cơ khó phân hủy (POP) trong môi trường nước và bùn ở thành phố Đà Nẵng” cho luận án tiến sĩ của mình

Thành phố Đà Nẵng có tốc độ đô thị hóa cao, sát bờ biển nên chịu ảnh hưởng nhiều bởi các chất ô nhiễm từ các nơi khác theo dòng chảy Thành phố này trong quá khứ còn là căn cứ quân sự của Mỹ, trong đó có kho chứa hóa chất diệt cỏ màu da cam

có lẫn tạp chất dioxin và furan Hiện nay chính phủ Mỹ đang cùng với Bộ Quốc Phòng Việt Nam tiến hành thu gom và xử lý đất ô nhiễm bởi hai hợp chất này Tuy nhiên, qua tìm hiểu tài liệu khoa học trong và ngoài nước, NCS nhận thấy chưa có một công trình nghiên cứu nào về hiện trạng ô nhiễm các hợp chất POP trong môi trường thủy quyển

đã đăng tải chính thức trên các tạp chí chuyên ngành Trong khi đó đối với môi trường tương tự ở Hà Nội và TP Hồ Chí Minh đã có khá nhiều công trình nghiên cứu đăng tải, nhưng cũng mới chỉ hạn chế ở hiện trạng ô nhiễm mà chưa đi sâu tìm hiểu nguồn phát thải các hợp chất POP trên các địa bàn nghiên cứu

Phương pháp phân tích hiện trạng ô nhiễm các hợp chất POP trong môi trường của các tác giả trong và ngoài nước đều sử dụng sắc ký khí cột mao quản với detector bắt giữ điện tử (GC-ECD), có bổ sung thêm detector MS để khẳng định hợp chất phân tích Tuy nhiên, quy trình xử lý mẫu của các nhóm tác giả khác nhau là khác nhau Các phương pháp chiết tách POP từ nền mẫu được áp dụng là chiết siêu âm, chiết lắc, dùng chất hấp phụ để hấp phụ POP từ môi trường nước và chiết Sohxlet Nhóm nghiên cứu

mà NCS tham gia đã sử dụng phương pháp chiết Sohxlet và thấy có nhiều ưu điểm nổi bật, được các đồng nghiệp quốc tế thừa nhận

Vì các lý do trên mà NCS chọn địa bàn nghiên cứu là thành phố Đà Nẵng, đại diện cho khu vực miền Trung Kỹ thuật xử lý mẫu cũng được cải tiến cho phù hợp để

có hiệu suất thu hồi cao, đảm bảo độ chính xác và độ lặp tốt, cho quan trắc ô nhiễm các

POP với hàm lượng rất thấp trong các đối tượng môi trường Đồng thời, với các số liệu phân tích có độ chính xác cao, được đảm bảo và kiểm soát chất lượng, thì phép thống

kê phân tích nhân tố chính với điểm thu nhận để nhận diện các nguồn phát thải mà NCS áp dụng trong nghiên cứu này, mới có đủ độ tin cậy Từ đó, giúp các nhà quản lý môi trường địa phương có biện pháp kiểm soát phát thải POP phù hợp, phục vụ phát triển bền vững tại khu vực

2 Mục đích nghiên cứu của luận án

Luận án có hai mục đích sau đây:

1) Thiết lập quy trình phân tích thành phần và định lượng mức tồn lưu dư lượng một số hóa chất POP, tập trung vào nhóm thuốc BVTV và công nghiệp trong nước mặt và bùn sa lắng trên địa bàn thành phố Đà Nẵng

2) Nghiên cứu nhận diện các nguồn phát thải các hợp chất POP, tồn lưu trong môi trường nước mặt và bùn sa lắng, trên địa bàn thành phố Đà Nẵng bằng phương pháp thống kê tiên tiến, đó là phương pháp phân tích nhân tố chính (Principal Component Analysis - PCA)

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là các hợp chất POP thuộc hai nhóm:

- Nhóm thứ nhất là nhóm thuốc bảo vệ thực vật bao gồm: aldrin, dieldrin, DDT và các sản phẩm phân hủy trong môi trường của DDT, clodan, endrin, heptaclor, lindan và một số đồng phân của lindan, mirex, toxaphen

- Nhóm thứ hai là nhóm hóa chất công nghiệp bao gồm HCB và PCB

Phạm vi nghiên cứu của luận án là môi trường nước và bùn sa lắng từ các kênh thoát nước, sông trong thành phố và dọc bờ biển của thành phố Đà Nẵng

4 Phương pháp nghiên cứu

Phân tích định lượng các hợp chất POP được tiến hành qua hai bước Bước thứ nhất là xử lý mẫu bùn bằng chiết Sohxlet và xử lý mẫu nước bằng chiết lắc sử dụng dung môi n-hexane độ sạch cao sau đó là làm sạch và phân nhóm các POP bằng sắc ký cột nhồi Bước thứ hai là định tính và định lượng các POP trong dịch chiết bằng phương pháp sắc kí khí, cột mao quản và detector bắt giữ điện tử (GC-ECD) Các số liệu phân tích được đảm bảo và kiểm soát chất lượng (QA/QC)

Để nhận diện nguồn phát thải POP trên địa bàn nghiên cứu, phương pháp phân tích nhân tố chính (PCA) với chương trình máy tính SPSS (Statistical Program for Social Sciences) sẽ được áp dụng với số liệu đầu vào là hàm lượng các chất ô nhiễm đã phân tích được đảm bảo và kiểm soát chất lượng

5 Ý nghĩa khoa học và điểm mới của luận án

5.1 Ý nghĩa khoa học của luận án

Đây là đề tài nghiên cứu thuộc lĩnh vực Hóa học phân tích, để định tính và định lượng POP tồn lưu trong môi trường với hàm lượng thấp và rất thấp, đòi hỏi người phân tích phải có đủ kinh nghiệm lấy mẫu, xử lý mẫu và xây dựng quy trình phân tích mẫu, tránh gây ô nhiễm chéo, làm sai lệch mức ô nhiễm của khu vực nghiên cứu Kỹ thuật GC-ECD phân tích POP dùng cột mao quản là kỹ thuật phân tích hóa lý công cụ hiện đại, mới được áp dụng ở Việt Nam để phân tích dư lượng POP Trong khuôn khổ luận án này NCS đã xây dựng được quy trình lấy mẫu, xử lý mẫu và phân tích định tính, định lượng dư lượng POP trong hai thành phần môi trường là nước mặt và bùn sa lắng Các số liệu phân tích được đảm bảo và kiểm soát chất lượng (QA/QC) Kết quả nghiên cứu đã được đăng tài trong 06 công trình khoa học chuyên ngành trong nước và quốc tế

5.2 Điểm mới của luận án

Điểm mới của luận án là:

- Xây dựng được quy trình phân tích và có bộ số liệu về hàm lượng các hợp chất POP tồn lưu trong môi trường nước mặt và bùn sa lắng trên địa bàn TP Đà Nẵng

- Cách tiếp cận tiên tiến áp dụng phương pháp thống kê nhiều biến, phân tích nhân tố chính (PCA) với mô hình điểm tiếp nhận (Receptor Model) để tìm nguồn phát thải các hợp chất POP vào môi trường trên địa bàn thành phố Đà Nẵng

5.3 Các kết quả cụ thể

Các kết quả cụ thể của luận án bao gồm:

- Xây dựng được quy trình phân tích định tính và định lượng các hợp chất POP trong hai đối tượng là nước mặt và bùn/sa lắng

- Lần đầu tiên có được bộ số liệu về hàm lượng các hợp chất POP thuộc hai nhóm thuốc bảo vệ thực vật và hóa chất công nghiệp (HCCN) trong nước mặt và

bùn sa lắng trên địa bàn thành phố Đà Nẵng Mức độ ô nhiễm của từng hợp chất thay đổi theo mùa (thời gian) và theo từng vị trí lấy mẫu (không gian)

- Lần đầu tiên nhận diện được 5 nguồn phát thải POP (nhóm thuốc BVTV và hóa chất công nghiệp) trên địa bàn thành phố Đà Nẵng làm cơ sở cho các nhà quản lý môi trường địa phương có biện pháp quản lý để giảm thiểu mức độ ô nhiễm các hợp chất POP

6 Giá trị thực tiễn của luận án

Quy trình phân tích hàm lượng các hợp chất POP trong nước và bùn/sa lắng

đã được áp dụng cho nghiên cứu tương tự tại các tỉnh đồng bằng sống Mê Kong và tỉnh Hưng Yên Nội dung của luận án không những chỉ có các số liệu về hiện trạng

ô nhiễm dư lượng các hợp chất POP trong nước mặt và bùn sa lắng trên một địa phương nghiên cứu, mà bằng phương pháp xử lý thống kê tiên tiến các số liệu thu được đã chỉ ra những nguồn phát thải đang hiện hữu tại địa phương Điều này là rất

có ý nghĩa thực tiễn đối với các nhà quản lý môi trường, nhằm đưa ra các biện pháp quản lý phù hợp

7 Bố cục của luận án

Ngoài phần mở đầu, kết luận, luận án gồm 3 chương và danh mục tài liệu tham khảo

- Chương 1: Tổng quan tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu

Phần tổng quan sẽ giới thiệu khái quát về các hợp chất POP là đối tượng nghiên cứu; Các phương pháp định tính và định lượng các hợp chất POP; Giới thiệu

về nguyên lý của phương pháp xử lý thống kê nhận diện nguồn phát thải Đây là cơ

sở lý luận và thực tiễn của các nội dung nghiên cứu trình bày trong luận án

- Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày quy trình phân tích dư lượng các hợp chất POP như lựa chọn dung môi chiết, xác định giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng (LOD và LOQ), lựa chọn vị trí lấy mẫu, số mẫu cần lấy, cách lấy mẫu, bảo quản mẫu, xử lý mẫu và phân tích mẫu mà NCS đã triển khai để thu được các kết quả trình bày trong luận án Thực hiện phương pháp phân tích nhân tố chính (PCA) với chương trình máy tính SPSS (Statistical Program for Social Studies) được trình bày trong phụ lục 7

- Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 trình bày các kết quả phân tích hàm lượng các hợp chất POP trong nước và bùn/sa lắng trên địa bàn nghiên cứu cũng như những thảo luận và bình luận

về các kết quả thu được như sự thay đổi hàm lượng POP trong nước và bùn/sa lắng theo không gian và thời gian NCS cũng sẽ bàn luận về các nguồn phát thải POP tại thành phố Đà Nẵng trên cơ sở kết quả của phép thống kê xử lý số liệu Các kết quả nghiên cứu sẽ được so sánh với các số liệu của các đồng nghiệp trong khu vực để làm rõ hơn mức độ ô nhiễm POP tại Đà Nẵng

Bảng 1.1 Công thức cấu tạo của 13 hợp chất POP [51,60]

3,4,5,6,9,9-hexachloro-380,91

4 p,p'-DDT

5 Endrin

(1aR,2S,2aS,3S,6R,6aR,7R,7aS)-1a,2,2a,3,6,6a,7,7a-octahydro-2,7:3,6-dimethanonaphtho[2,3-b]oxirene

dodecachlorooctahydro-1H-1,3,4-pentalene

545,54

9 Toxaphen Đây là hỗn hợp của khoảng 200 hợp

chất là sản phẩm của phản ứng clo hóa camphene (C10H16) với mức clo hóa 67÷69% TL IUPAC không định tên

Không có khối lượng phân tử, nhất định

10 HCB Hexachlorobenzene

284,8

11 PCBs Polychlorrinated Biphenyls

(Vị trí các nguyên tử Cl trong vòng benzen được đánh số và n = 1  5)

Rất ít tan 309-00-2 Trừ sâu hại bông, ngô, cây có

múi, diệt mối

2 Clodan 106 5 600 12789-03-6 Trừ sâu đục thân trên ngô, cây

có múi, diệt mối

3 Dieldrin 176-177 Rất ít tan 60-57-1 Trừ sâu hại bông, ngô, cây có

múi

chống sốt rét

5 Endrin 200 Rất ít tan 72-20-8 80% sản lượng dùng trừ sâu hại

bông, 20% sản lượng dùng diệt trừ sâu hại lúa

9 Toxaphen Không có áp suất hơi bão hòa và

thuộc vào mức clo hóa

Mức clo hóa càng cao, nhiệt độ sôi càng cao

0,002 

Số đăng ký theo từng đồng đẳng

Dùng làm chất điện môi, làm chất chịu nhiệt, phụ gia dầu bôi trơn, chất hóa dẻo cho nhựa PVC

51207-31-9 Không sử dụng trong cuộc sống

mà chúng sinh ra từ các lò đốt rác; Sản phẩm phụ của công nghệ sản xuất chất tẩy trắng công nghiệp

1.2 ĐỘC TÍNH VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY Ô NHIỄM POP

1.2.1 Độc tính của POP

Mặc dù có nguồn gốc và mục đích sử dụng khác nhau, tất cả các hợp chất POP đều có chung một số tính chất cơ bản là:

 Phân hủy chậm trong đất, nước, không khí, các mô sinh vật sống và tồn lưu lâu trong môi trường

 Tích tụ và tập trung vào chuỗi thức ăn, nồng độ được tăng cao trong các

mô của tất cả các sinh vật sống, bao gồm cả con người

 Có khả năng di chuyển xa trong môi trường không khí và nước, tập trung

- Rối loạn hệ thống thần kinh [56]

- Gây ung thư và rối loạn hooc môn [35]

Đã có nhiều bằng chứng chứng minh rằng quá trình di chuyển POP theo chuỗi thức ăn dù chỉ một lượng rất nhỏ, nhưng ở những giai đoạn nhạy cảm nhất định cũng có thể dẫn đến những tác hại xấu đến hệ sinh thái, trong đó có con người Những tổn thương do di chuyển và tích lũy POP trong hệ sinh thái có thể phải mất hàng năm mới bộc lộ và có thể chỉ là rất nhẹ Đôi khi chúng chỉ xuất hiện ở thế hệ con-cháu của bố mẹ bị nhiễm [39] Đối với các loài động vật có vú bị nhiễm POP trước khi sinh nở, các chất POP sẽ di chuyển theo dạ con tới bào thai [58,64] Sau khi sinh nở các chất POP sẽ truyền nhiều hơn vào cơ thể mới sinh qua sữa mẹ [71]

Bảng 1.3 trình bày độ độc cấp tính thể hiện qua liều gây chết trung bình LD50đối với một số động vật thí nghiệm sau 96 giờ [16,33,85,94,103]

Bảng 1.3 Độc tính cấp của một số hợp chất POP đối với các động vật thí nghiệm

TT Hóa chất POP LD50, 96 giờ Động vật thí nghiệm

1.2.2 Nguyên nhân gây ô nhiễm POP trong môi trường

Có nhiều nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường, nguyên nhân chủ yếu là do con người sử dụng trong sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, bệnh viện và các hoạt động khác thải ra Trong nước thải có chứa nhiều chất gây ô nhiễm, có thể chia thành các nhóm chính sau:

- Nhóm chất thải sinh họat: từ các khu dân cư đô thị, trường học, bệnh viện

- Nhóm chất thải công nghiệp: từ các nhà máy hoá chất, dệt, nhuộm, luyện kim, giấy, chế biến nông sản, thực phẩm, các lò giết mổ gia súc

- Nhóm chất thải nông nghiệp: từ phân bón, thuốc hoá học bảo vệ thực vật (HHBVTV) các trang trại, đồng ruộng

Các chất thải rất đa dạng và phong phú, chúng tồn tại ở thể rắn, thể lỏng và thể khí Bao gồm các kim loại và phi kim, các đơn chất và hợp chất, các chất vô cơ

và hữu cơ, các chất độc, ít độc và không độc

1 Các chất thải có nguồn gốc từ thuốc BVTV thường tồn lưu lâu trong môi trường, khó bị phân giải sinh học, nên dễ tập trung vào cá, tôm và các thực vật nước, tích lũy trong nông sản, thực phẩm, gây hại cho con người khi sử dụng chúng Theo thống kê, đã có hơn 3 triệu tấn DDT được rải trong sinh quyển kể từ khi nó được tìm ra Mặc dù, hiện nay thuốc DDT đã bị cấm sử dụng, nhưng với chu kỳ bán hủy khoảng vài chục năm [7], người ta lo ngại rằng sau hơn một thế kỷ nữa, chất này vẫn còn tồn lưu trong đất, bùn và nước với một hàm lượng rất đáng kể

2 Trong số các chất độc nguy hại vào bậc nhất phải kể đến đioxin Theo cách nhìn của hóa học, đioxin được hiểu là tập hợp các chất đồng đẳng, đồng phân của các hợp chất hữu cơ halogen tuần hoàn sinh học Chất này được phát hiện và nghiên cứu từ những năm 1956-1957 Ngoài dạng tạp chất trong thuốc diệt cỏ được quân đội Mỹ rải trong chiến tranh (chất độc màu da cam), đioxin còn chứa trong các chất thải rắn, trong các ngành công nghiệp hóa dầu, công nghiệp quân sự và công nghiệp giấy [88]

3 Sử dụng thuốc trừ sâu chứa POP và PCB ở Việt Nam

Thuốc BVTV bắt đầu được sử dụng ở Việt nam từ những năm cuối của thập niên 50 thế kỷ trước Trong thời kỳ này, chỉ có một số ít thuốc BVTV như DDT, etyl parathion với tên thương mại là wofatox, polychlorocamphen được nhập nội

thông qua con đường viện trợ không hoàn lại từ một số nước Đông Âu, như Liên

Xô cũ và Rumani, CHDC Đức (cũ) và lưu hành phổ biến ở nước ta Mục đích sử dụng cũng chỉ tập trung vào diệt trừ sâu-bọ như muỗi, dán, rệp phòng trừ sốt rét hoặc một số bệnh liên quan đến khí hậu nhiệt đới

Năm 1955 chính phủ Cộng hòa dân chủ Đức đã gửi tặng Việt nam 100 tấn DDT kỹ thuật để phòng trừ sâu bệnh hại cây trồng Đầu năm 1956 Chính phủ CHDC Đức cử chuyên gia sang hướng dẫn phương pháp gia công 100 tấn DDT thành thành phẩm Như vậy, ở miền Bắc Việt Nam việc sử dụng thuốc trừ sâu có thể tính bắt đầu từ năm 1955 Giai đoạn này nhà nước độc quyền cung ứng thuốc BVTV và thuốc được nhập khẩu dưới dạng thành phẩm mà chủ yếu là thuốc bột, bột thấm nước và nhũ tương Các loại thuốc BVTV này đều là các hợp chất clo- và lân-hữu cơ khó phân hủy có phổ tác động rộng, độc tính cao và tồn lưu lâu trong môi trường Có thể kể tên một số loại như etyl parathion, malathion, endrin, dieldrin, một số loại có chứa thủy ngân như falisan, ceresin v.v…[70]

Trong những năm đầu thập niên 60, thuốc trừ sâu hexaclorohexan (HCH) mà đồng phân -HCH với tên thương mại là 666 được nhập từ Trung Quốc để thay thế cho DDT, kiểm soát sốt rét cũng như kiến trong canh tác rau gieo hạt Từ năm 2010, theo Công ước Stockholm 2001, HCH nằm trong danh mục cùng với 12 nhóm hợp chất POP cần phải loại trừ không được sử dụng vào bất kỳ mục đích gì trên phạm vi toàn cầu

Trong những năm 1975-1990, cơ chế tập trung quan liêu trong quản lý nhà nước về nông nghiệp, quyền quyết định chủng loại thuốc BVTV nhập khẩu và phân phối theo kế hoạch thuộc về huyện, tỉnh mà không phải là do nhu cầu của chính nông dân Do vậy vẫn là những loại thuốc BVTV khó phân hủy họ clo- và photpho- hữu cơ đã được nhập vào Việt Nam mỗi năm khoảng 6.500 ÷ 9.000 tấn hoạt chất Các hoạt chất này được sang chai, đóng gói tại nhiều sơ sở đặt trên địa bàn một số tỉnh miền Bắc [54]

Năm 1976, Công ty thuốc sát trùng miền nam là doanh nghiệp sản xuất hóa chất BVTV đầu tiên được thành lập trên cơ sở sáp nhập một số nhà máy gia công, sang chai, đóng gói hóa chất BVTV của chế độ cũ để lại Song song với Công ty này, một số công ty vật tư nông nghiệp của Bộ Nông nghiệp và Công nghiệp thực

phẩm (lúc đó) cũng đã được thành lập, ví dụ Cty Vật tư BVTV I, Cty BVTV II Sau này nhiều công ty như Cty dịch vụ BVTV An Giang, Tiền Giang, Cty Vật tư nông nghiệp và dịch vụ BVTV Vĩnh Phú cũng đã ra đời nhằm đáp ứng yêu cầu thực tế của công tác phòng trừ dịch bệnh trong trồng trọt Các công ty này cũng chỉ mới có khả năng sang chai-đóng gói một số hoạt chất thuốc BVTV nhập từ nước ngoài dưới dạng thùng phuy thể tích khác nhau [70]

Từ năm 1990 đến nay, cơ chế bao cấp trong nông nghiệp đã chuyển sang cơ chế thị trường, cả 5 thành phần kinh tế đều có quyền kinh doanh hóa chất BVTV Chủng loại thuốc BVTV nhập nội cũng tăng lên đáng kể Số lượng thuốc BVTV nhập nội hàng năm tăng lên đến 20.000 tấn/năm [70]

Năm 1991 lần đầu tiên ở Việt nam, Bộ Nông nghiệp và Công nghiệp thực phẩm, nay là Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn (NN&PTNT) ban hành Quy định về việc đăng ký thuốc BVTV ở Việt nam Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường cùng các Bộ liên quan, trong đó có Bộ NN&PTNT đã thành lập Hội đồng tư vấn thuốc BVTV Quốc gia Cùng với tư vấn xét duyệt của Hội đồng, Bộ NN&PTNT đã ban hành Danh mục các loại thuốc BVTV được sử dụng tại Việt nam (NĐ No.3/1993) bao gồm 45 loại thuốc trừ sâu, 35 loại thuốc trừ nấm bệnh, 25 loại thuốc diệt cỏ, 1 loại thuốc diệt chuột [6] Tuy nhiên, theo thống kê gần đây, trên thị trường thuốc BVTV Việt Nam hiện đang lưu hành khoảng 300 loại thuốc trừ sâu, trong đó nhiều chủng loại chưa được đăng ký với Bộ NN&PTNT Việt nam

Khối lượng thuốc BVTV nhập nội theo đường chính ngạch thống kê được trong các năm 2001-2003 như sau (số liệu được làm tròn):

- Năm 2001: 36.589 tấn trong đó 11.798 tấn nguyên liệu,

- Năm 2002: 36.618 tấn, trong đó 11.126 tấn nguyên liệu,

- Năm 2003: 36.018 tấn, trong đó 7.488 tấn nguyên liệu

Thống kê cho thấy năm 1992 trong Danh mục thuốc BVTV hạn chế sử dụng

có 14 loại, nhưng đến năm 2000 thuốc BVTV hạn chế sử dụng đã tăng lên 27 loại

Đó là đỉnh điểm các loại thuốc BVTV hạn chế sử dụng được nhập vào Việt Nam

Hiện nay, Bộ NN&PTNT chỉ cho phép 22 doanh nghiệp được nhập loại thuốc này (Cục BVTV, Bộ NN&PTNT, 2004) [70]

Nhân viên bán thuốc BVTV tại các cửa hàng kinh doanh hầu hết mới có trình

độ sơ cấp, do vậy công tác hướng dẫn sử dụng hợp lý thuốc BVTV còn rất hạn chế Nông dân chưa nhận thức đầy đủ tính độc hại và rủi ro trong bảo quản hóa chất BVTV Một số nghiên cứu điều tra cho thấy, ngay nông dân ngoại thành Hà nội còn cất giữ thuốc trừ sâu trong buồng ngủ, thậm chí ngay cạnh bếp và trạn bát [74]

Việc phun đúng chủng loại, vào đúng thời điểm và thực hiện đảm bảo đúng thời gian an toàn sau khi phun (Pre-Harvest Interval, PHI) của nông dân Việt nam còn rất hạn chế Chương trình quản lí dịch hại tổng hợp (Intergarated Pesticides Management, IPM) mà quốc tế khuyến cáo chưa được triển khai rộng và có hiệu quả ở Việt Nam Chính vì vậy mà rất nhiều rủi ro trong sử dụng thuốc BVTV đã xảy ra, thậm chí còn gặp nhiều trường hợp tự tử bằng thuốc trừ sâu mua từ các cửa hàng dịch vụ tư nhân ở khắp mọi nơi

Điều tra gần đây nhất cho thấy, tổng lượng thuốc BVTV còn tồn đọng trong kho là 57,5 tấn dạng bột; 29.196 lít thuốc dạng lỏng; 1.437.183 bao bì rỗng dính thuốc trừ sâu [70] Hình 1.1 và 1.2 là một góc kho chứa thuốc BVTV đã quá hạn sử dụng ở huyện Vũ Thư, Thái Bình [23]

Hình 1.1 Thuốc trừ sâu nhập từ Trung Quốc đã quá hạn sử dụng

cất tại kho Tân Bình, Vũ Thư, Thái Bình

Hình 1.2 Rất nhiều Hinosan với hoạt chất là Edifenfos sang chai tại Cty BVTV Thái Bình đã quá hạn sử dụng tồn kho chờ xử lý (chụp tháng 9/2011)

Theo các số liệu đã công bố, Việt Nam còn khối lượng dầu có chứa PCB có thể lên tới 19.000 tấn, chủ yếu từ các máy biến thế điện kiểu cũ [46]

Ngoài ra, trong công nghiệp, PCB còn được sử dụng trong các lĩnh vực như dầu biến thế cho các tụ điện công suất cao, chất lỏng truyền nhiệt và hệ thống thủy lực, chế tạo dầu bôi trơn và dầu cắt gọt, chất hoá dẻo cho sơn, dung môi cho mực in của giấy copy không chứa các bon, chất kết dính, chất chống bắt cháy và chất dẻo [96] Công nghiệp chế tạo ô tô, xe máy tiềm ẩn nguy cơ sử dụng PCBs như các loại dầu bôi trơn cho động cơ [100]

1.3 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC, ĐẤT

Ngay sau khi Chính phủ Việt Nam phê chuẩn thực thi Công ước Stockholm vào năm 2002, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ban hành một số các Quy chuẩn quốc gia

về giới hạn nồng độ và hàm lượng các hợp chất POP trong môi trường nước mặt (QCVN 08: 2008/BTNMT [1]), môi trường nước thải công nghiệp (QCVN 24: 2009/BTNMT [4]), trong môi trường đất (QCVN 15: 2008/BTNMT [3] và ngưỡng các chất thải nguy hại trong môi trường (QCVN X: 2009/BTNMT [2], (xem phụ lục 1) 1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH POP

Thực tế cho thấy có rất nhiều phương pháp phân tích định tính và định lượng các hợp chất hữu cơ chứa clo, trong đó có POP, đã được đăng tải trong các tạp chí

khoa học chuyên ngành phân tích, xuất bản từ những năm đầu tiên khi loại thuốc diệt côn trùng DDT và HCH với đồng phân γ- HCH (lindan) được đưa vào sử dụng rộng rãi với mục đích diệt chấy-rận DDT và HCH kỹ thuật đã được sử dụng như một “thần dược” để kiểm soát bệnh ghẻ lở, hắc lào và chấy rận hoành hành khắp châu Âu trong hàng ngũ binh lính trong thời gian chiến tranh thế giới lần thứ nhất Nhiều hãng hóa chất ở châu Âu như Đức, Bỉ và ở Mỹ đã sản xuất với công suất lớn hai loại hóa chất DDT và HCH Một yêu cầu thực tế là phải đánh giá chất lượng của các sản phẩm lưu hành trên thị trường vì chỉ có p,p’-DDT và γ- HCH là có tính diệt côn trùng Các nhà khoa học từ nhiều phòng thí nghiệm ở châu Âu và bắc Mỹ, đã nghiên cứu đưa ra các phương pháp phân tích nhanh nhưng cũng đủ đảm bảo độ chính xác để đánh giá chất lượng các sản phẩm thuốc diệt côn trùng, kiểm soát bệnh dịch ngoài da trong thời gian này mà chủ yếu là DDT, lidane, nhóm “drin”, và clodan mà ngày này được liệt vào danh sách các hợp chất POP Tất cả các phương pháp phân tích POP có thể được phân thành các nhóm như sau

 Nhóm phương pháp vật lý: Dựa trên nguyên lý về sự khác biệt điểm nóng chảy (melting point) của từng hợp chất trong hỗn hợp các chất POP Trong một số tài liệu phương pháp này còn được gọi là phương pháp làm lạnh (cryogenic method)

 Phương pháp so màu: Dựa trên nguyên lý các phản ứng hóa học chuyển hóa POP sang hợp chất có màu, ví dụ: lindan được chuyển hóa thành anilin để sau

đó tạo màu theo phản ứng Runge sẽ được mô tả kỹ trong phần sau

 Nhóm phương pháp hóa học: Dựa trên nguyên lý phản ứng hóa học giữa các POP và dung dịch kiềm giải phóng ion Cl- Như vậy, xác định hàm lượng POP được chuyển thành xác định hàm lượng ion Cl- di động Hàm lượng Cl- di động được định lượng bằng chuẩn độ theo phương pháp Volhard hoặc đo độ đục của dung dịch phân tích do sự phân tán của huyền phù AgCl Clorua bạc được tạo ra sau khi cho dung dịch nitrat bạc vào hỗn hợp POP và kiềm

 Phương pháp quang phổ: Bao gồm các phương pháp quang hồng ngoại (IR) và

tử ngoại (UV) dựa trên nguyên tắc hấp thụ ánh sáng đặc trưng trong vùng hồng ngoại hoặc tử ngoại của các hợp chất POP chứa trong mẫu phân tích

 Phương pháp cực phổ: Dựa trên nguyên tắc chuyển khối theo cơ chế khuếch tán hoặc đối lưu của mỗi hợp chất POP trong điện trường Phương pháp cực phổ thông dụng được áp dụng trong phân tích POP, đặc biệt là lindan cũng như hỗn hợp của lindan và DDT là phương pháp volt-ampe (voltammetry) Trong phương pháp này, điện thế (V) giữa điện cực làm việc và điện cực so sánh được tăng dần, gọi là đường cong dòng – thế Đồng thời cường độ dòng điện trong mạch điện cực làm việc và điện cực bổ trợ (auxilary electrode) sẽ được ghi theo sự thay đổi của điện thế quét Mỗi hợp chất phân tích sẽ có một giá trị điện thế oxy hóa-khử đặc trưng tương ứng với điện thế quét và tại giá trị hiệu điện thế này sẽ xuất hiện một pic dương hoặc âm của cường độ dòng điện (I) tùy thuộc chất phân tích bị oxy hóa hoặc bị khử Chiều cao hoặc diện tích pic

tỷ lệ với hàm lượng của chất phân tích

 Các phương pháp sắc ký: Bao gồm sắc ký phân bố, sắc ký khí, sắc ký bản mỏng, sắc ký giấy dựa trên nguyên lý phân bố giữa các pha lỏng-lỏng, lỏng-khí, lỏng-rắn của mỗi hợp chất phân tích

 Một số phương pháp khác cũng đã được đề cập trong thời gian gần đây như phương pháp pha loãng đồng vị, phương pháp ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay)

Dưới đây sẽ trình bày cụ thể hơn về nguyên lý và các bước tiến hành của từng phương pháp phân tích nêu trên, trừ phương pháp pha loãng đồng vị và ELISA

vì chưa có phòng thí nghiệm nào ở Việt Nam triển khai áp dụng để phân tích POP Trong luận án này, chúng tôi cố gắng phân tích những ưu điểm và nhược điểm của từng phương pháp

1.4.1 Phân tích POP bằng phương pháp vật lí

Phương pháp vật lí dựa trên sự xác định điểm nóng chảy (phương pháp Toops và Riddick [92]) Phương pháp phân tích các hợp chất POP bằng xác định điểm nóng chảy dựa trên nguyên lý mỗi hợp chất, thậm chí từng đồng phân của một hợp chất có điểm nóng chảy nhất định Phương pháp này lần đầu tiên được Toops và Riddick [92] áp dụng để định lượng lindan trong hỗn hợp các đồng

phân của HCH kỹ thuật bao gồm một số đồng phân chính là alpha, beta, gamma, delta và epsilon

Lindan có điểm nóng chảy là 112,86 oC Như vậy, dựa vào khối lượng HCH nóng chảy tại khoảng 112 ÷ 113oC có thể xác định được phần đồng phân gamma của sản phẩm HCH kỹ thuật, cũng như thành phần của lindan trong các công thức thuốc BVTV lưu hành trên thị trường trong những năm 50 của thế kỷ trước Theo Toops và Riddick thì độ chính xác của phép định lượng là ± 0,05% mol Phương pháp được khuyến cáo áp dụng trong phân tích đuổi đối với các sản phẩm thuốc diệt côn trùng chứa lindan Độ nhạy của phương pháp không thể đáp ứng cho các phân tích định tính cũng như định lượng dư lượng lindan trong môi trường cũng như lương thực, thực phẩm ở mức ppb (10-9 g/g)

1.4.2 Phân tích POP bằng phương pháp pháp hóa học

1.4.2.1 Phương pháp chuẩn độ Volhard [42]

Nguyên tắc của phương pháp là cho POP tác dụng với kiềm sẽ giải phóng ion Cl- Các nghiên cứu chi tiết phản ứng giữa DDT và lindan với NaOH trong dung dịch etanol cho thấy hàm lượng Cl- giải phóng tương đương theo tỷ lệ 1:1 tương ứng đối với DDT và 1:3 (mole:mole) tương ứng đối với lindan Như vậy, hàm lượng của DDT hoặc lindan có thể được định lượng dễ dàng trên cơ sở hàm lượng ion Cl- di động Phương pháp chuẩn độ Volhard trong trường hợp này là xác định nồng độ Ag+ dư sau khi kết tủa với Cl- di động được tạo ra sau khi xử lý DDT hoặc lindan với kiềm trong cồn ethylic bằng chuẩn độ Ag+ngược với dung dịch NH4(CSN) Điểm tương đương được xác định bằng sự đổi màu của hỗn hợp với chỉ thị là ion Fe3+.

Howard [40] cũng đã áp dụng phương pháp chuẩn độ Volhard để định lượng lindan và DDT trong các mẫu thực phẩm với một số thay đổi Mẫu không xử

lý trực tiếp bằng kiềm vô cơ như NaOH hoặc KOH trong etanol vì theo tác giả kiềm

vô cơ luôn có tạp chất là clorua (NaCl hoặc KCl) nên kết quả sẽ cao hơn thực tế Quy trình bao gồm các bước: chiết mẫu bằng ete rồi xử lý tiếp bằng monoethanol amin để thủy phân lindan và DDT Hàm lượng Cl- giải phóng được chuẩn độ bằng

phương pháp Volhard hoặc bằng đo độ đục dung dịch sau khi xử lý với bạc nitrat

Độ nhạy xác định lindan, theo tác giả [40] là 14.10-6 g/g còn đối với DDT giá trị này

là ba lần thấp hơn Ngưỡng phát hiện của phương pháp cũng có thể được đánh giá thông qua hằng số phân ly K của muối AgSCN (K = 1,16.10-12)

Phương pháp chuẩn độ theo ion Cl- để định lượng POP, trong đó có DDT

và lindan được áp dụng để phân tích thành phần hai hóa chất diệt côn trùng trong các công thức thuốc lưu hành trên thị trường mà không thể áp dụng trong phân tích định tính cũng như định lượng dư lượng trong các thành phần môi trường vì ngưỡng phát hiện của phương pháp này còn cao Thông thường trong các mẫu môi trường hàm lượng dư lượng tổng các đồng phân DDT và HCH hiện nay dao động trong khoảng vài trăm đến vài chục ppb, tức là khoảng 10 đến 100 lần thấp hơn ngưỡng phát hiện của phương pháp chuẩn độ nêu trên Phương pháp không chọn lọc cho một đồng phân p,p’- DDT hoặc -HCH vì các đồng phân khác cũng có phản ứng khử clo tương tự

1.4.2.2 Định lượng lindan bằng đo độ đục –phương pháp Howard [40]

Trong trường hợp hàm lượng DDT/lindan thấp làm cho hàm lượng ion Clđược giải phóng trong quá trình xử lý kiềm cũng thấp gây sai số lớn trong phép chuẩn độ ngược, khi đó Howard đề nghị dùng phương pháp đo trực tiếp độ đục của dung dịch sau khi xử lý kiềm và cho thêm AgNO3 [40] Đường chuẩn xác định Cl-bằng phương pháp đo độ đục được xây dựng sử dụng dung dịch chuẩn HCH/DDT tinh khiết Độ nhạy của phương pháp cũng được đánh giá là tương đương phương pháp chuẩn độ

-1.4.3 Phương pháp so màu định lượng lindan và DDT

 Phương pháp so màu Weber [101]

Phương pháp so màu Weber được áp dụng để định lượng lindan trong hỗn hợp với DDT Nguyên lý của phương pháp dựa trên các phản ứng khử lindan bằng bột Zn tạo thành benzen, tiếp theo là nitro hóa benzen và chuyển thành anilin, cuối cùng xác định hàm lượng anilin bằng phản ứng tạo màu Runge giữa

anilin và Ca(OCl)2 Hàm lượng anilin tương đương với lindan được xác định qua đường chuẩn

 Phương pháp Schechter và Hornstein [83]

Schechter và Hornstein cũng đã áp dụng phương pháp so màu để định lượng lindan [83] Phương pháp Schechter bao gồm hai bước đầu tương tự như phương pháp Weber [101], tức là khử lindan về benzen bằng Zn và nitro hóa benzen trong hỗn hợp axit H2SO4+ HNO3 đặc Bước tạo màu của phương pháp Schechter là cho nitrobenzen tác dụng với KOH rồi đo mật độ quang (A) ở λ = 565 nm Phương pháp này đã được các tác giả áp dụng để xác định hàm lượng lindan trong các mô sinh học Tuy nhiên, theo ý kiến của chính các tác giả thì phương pháp có sai số tương đối lớn

mà không rõ nguyên nhân

1.4.4 Phân tích POP bằng phương pháp phổ IR và UV

1.4.4.1 Phương pháp quang phổ hồng ngoại (IR) định lượng HCH kỹ thuật [21,102]

Nguyên lý của phương pháp dựa trên sự khác nhau về mức độ hấp thụ ánh sáng vùng hồng ngoại của dung dịch chứa HCH kỹ thuật và các tạp chất của quá trình sản xuất hóa chất Hàm lượng của hỗn hợp 5 đồng phân alpha, beta, gamma, delta và epsilon cùng heptacloroxyclohexan đã được xác định bằng phổ hồng ngoại,

ở dải bước sóng λ = 2 ÷ 25 m Phổ hấp thụ được ghi nhận trên thiết bị quang phổ hồng ngoại dùng trong nghiên cứu, có độ phân giải cao [43]

Phương pháp được chuẩn hóa bằng cách đo phổ hấp thụ ánh sáng hồng ngoại của hỗn hợp 5 đồng phân HCH ở các bước sóng khác nhau Trên cơ sở mật

độ quang học (A) tại bước sóng ánh sáng hấp thụ của mỗi đồng phân và định luật Beer tính được hàm lượng của từng đồng phân HCH [102] trên cơ sở đường chuẩn

là sự phụ thuộc giữa giá trị A và hàm lượng từng đồng phân Phương pháp được đánh giá là có độ chính xác đảm bảo và có tính thực tiễn cao Độ chính xác được đánh giá là ± 0,5% Hình 1.3 trình bày phổ hồng ngoại của ba đồng phân α (hình 1.3a), β (hình 1.3b) và γ- HCH (hình 1.3c) là ba thành phần chính của HCH kỹ thuật, tương ứng là 70%, 5% và 15%

1.4.4.2 Phương pháp quang phổ tử ngoại(UV) xác định HCH [12,28]

Dư lượng HCH trong mô sinh học và một số mẫu vật khác đã được Davidow

và Goeffrey xác định bằng phương pháp phổ tử ngoại [12] Quy trình phân tích bao gồm chiết Soxhlet mẫu với dung môi ete Ete được đun sôi với dung dịch KOH 1,5N

để chuyển HCH sang 1,2,4-triclorobenzen, chiết triclorobenzen bằng n-hexan và đo mật độ quang học (A) của dung dịch ở các bước sóng 284, 286 và 290 nm Độ thu hồi được đánh giá đạt từ 83 ÷ 112% Phương pháp được đánh giá là nhanh, có độ chính xác chấp nhận được Tuy nhiên, yếu điểm của nó là không đặc trưng cho lindan (là đồng phân duy nhất của HCH có tính diệt trừ côn trùng)

Phương pháp Davidow và Woodward cũng đã được cải tiến để xác định HCH trong sữa [28] Theo đó, cazein trong sữa được kết tủa bằng axit axetic ở pH = 4,5 Thành phần cazein chứa lipit được được lọc và làm khô bằng cách trộn với Na2SO4 khan rồi nghiền mịn Mẫu cazein khô được chiết Soxhlet với dung môi ete để tách HCH Hexacloroxyclohexan trong ete được đun sôi với KOH để chuyển sang 1,2,4-triclorobenzen và sản phẩm này sau đó được làm sạch bằng sắc ký cột nhổi silicagel hoặc florisil Cuối cùng hàm lượng 1,2,4-triclorobenzen (tương ứng với hàm lượng HCH trong mẫu) được định lượng bằng đo phổ tử ngoại ở các bước sóng 284, 286 và 290 nm, tương tự như [28]

1.4.5 Phân tích POP bằng phương pháp cực phổ POP [24,32]

Phương pháp cực phổ lần đầu tiên được Dragt [24] áp dụng để định lượng lindan trong các mẫu rau và thịt Phương pháp cực phổ như đã trình bày ở trên dựa trên nguyên

lý của phản ứng oxy hóa khử của hợp chất cần phân tích trong điện trường và chuyển khối theo cơ chế khuếch tán hoặc đối lưu của sản phẩm phản ứng đến điện cực tương ứng Draght sử dụng dung dịch tetrametyl ammoni iodua [(CH3)4NI] 0,1M trong nitrometan làm chất hỗ trợ và điện cực giọt thủy ngân để phân tích HCH Điện thế quét thay đổi từ - 0,5 đến -2 V Theo tác giả thì sai số của phương pháp là ± 0,5% và ngưỡng phát hiện ở trong khoảng ppm (10-6 g/g)

Hasselbach và Schwabe [32] đã cải tiến phương pháp Dragt để phân tích hàm lượng hỗn hợp α, β và γ -HCH Thiết bị cực phổ của Hasselbach là bể điện phân dung tích chỉ 10 ml nhưng có lối vào và lối ra để đuổi khí sinh ra trong quá

trình điện phân Trong quá trình điện phân không khí được thổi vào dung dịch để cuốn khí hydro phát sinh do quá trình oxy hóa khử Hasselbach và Schwabe thu được cực phổ đồ có đỉnh dòng điện của α, β và γ -HCH tương ứng là 2,02 V, -2,15

V và 1,61 V

Ingram và Southern [50] nhận thấy trong hỗn hợp cồn tuyệt đối và dung dịch nước chứa 1% KI và 0,005% gelatin (làm chất giảm đường nền) tỷ lệ 1:1 chỉ có đồng phân γ -HCH có khả năng khử trên điện cực thủy ngân, các đồng phân khác như α, β, δ và  không có khả năng này Khí O2 hòa tan trong dung dịch được đuổi bằng khí H2 hoặc N2 Các tác giả đã thu nhận được cực phổ đồ của -HCH ở giá trị điện thế từ -1,35 V đến -1,55 V (so với điện cực so sánh colomen bão hòa)

Có thể nhận thấy tất cả các phương pháp phân tích POP bằng chuẩn độ, so màu, quang phổ, cực phổ trình bày ở trên được áp dụng chủ yếu để kiểm soát chất lượng các loại công thức sản phẩm thuốc diệt côn trùng Các phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, thiết bị phân tích không đắt tiền, do đó hầu như tất cả các phòng thí nghiệm đều

có thể tiến hành các phép thử nghiệm chất lượng thuốc BVTV đảm bảo quyền lợi người tiêu dùng Nhược điểm lớn nhất của nhóm các phương pháp nêu trên là độ nhạy, tức là giới hạn phát hiện (LOD) là quá cao, ở mức 10-6 g/g, không thể đáp ứng yêu cầu phân tích dư lượng các POP trong các thành phần môi trường khi mức hàm lượng chỉ ở mức 10-9, thậm chí 10-12 g/g Hơn nữa, các phương pháp trình bày ở trên không đặc trưng cho từng đồng phân của hợp chất nghiên cứu, tức là chỉ có thể phân tích tổng số hỗn hợp các đồng phân chứ không thể định lượng riêng rẽ tứng đồng phân/đồng đẳng/chất chuyển hóa, trong khi đó dư lượng các POP trong môi trường bao gồm hầu như tất cả các đồng phân, đồng đẳng và sản phẩm phân hủy của chúng

Sau năm 1950 một số phương pháp phân tích dựa trên nguyên lý phân bố của các hợp chất cần phân tích giữa các pha, được gọi là phương pháp sắc ký đã được phát triển để định tính và định lượng không những hàm lượng mà cả thành phần từng đồng phân cũng như những sản phẩm phân hủy của POP trong môi trường

1.4.6 Phân tích POP bằng phương pháp sắc ký

1.4.6.1 Khái niệm về sắc ký

Sắc ký (chromatography) là phương pháp phân chia riêng rẽ các hợp chất hóa học trong một hỗn hợp, dựa trên định luật phân bố của các hợp chất giữa hai

pha, pha tĩnh và pha động hầu như không hòa tan vào nhau Pha tĩnh là pha cố định không di chuyển cũng như không có thay đổi trạng thái vật lý như hòa tan, bay hơi, kết tủa v.v… trong quá trình sắc ký Pha động là pha di chuyển trên bề mặt pha tĩnh

và là chất mang của hỗn hợp các hợp chất cần phân chia Dưới đây sẽ trình bày quy luật phân bố trong sắc ký là cơ sở của lý thuyết phân chia nhiều bậc Để đơn giản chỉ xem xét quá trình phân bố của hai hợp chất A và B trong hỗn hợp A-B giữa hai pha khí và lỏng Hình 1.4 trình bày sơ đồ quá trình phân bố của A và B giữa pha khí

và pha lỏng và là mô hình của sắc ký cột mao quản

Hình 1.4 Sơ đồ phân bố hai chất A và B trong hỗn hợp A-B giữa hai pha lỏng (L)

và khí (G) của quá trình sắc ký dưới điều kiện nhiệt độ (T) và áp suất (P)

Trên hình 1.4 dưới điều kiện nhiệt độ (T) và áp suất (P) nhất định, chất A

trong hỗn hợp A-B sẽ tan vào pha lỏng với hàm lượng xA, nhưng đồng thời nó cũng

sẽ lại bay hơi ngược trở lại vào pha khí và hàm lượng sẽ là yA Quá trình tan vào pha lỏng và bay hơi ngược lại vào pha khí trong quá trình sắc ký của A được gọi là quá trình phân bố của chất A Phân bố cũng xảy ra tương tự đối với chất B Khi

phân bố đạt trạng thái cân bằng, tỷ số hàm lượng các chất giữa hai pha, thí dụ y A /x A

ở trạng thái cân bằng được gọi là hệ số phân bố  Như vậy:

A = y A /x A, và

Hệ số phân bố  có thể >1 hoặc <1 Trong trường hợp  > 1 ta nói chất phân

bố được làm giàu trong pha khí, ngược lại khi  < 1 chất phân bố được làm giàu trong pha lỏng

Trên hình 1.4 cũng mô tả hai quá trình phân bố của A và B là khác nhau biểu hiện qua độ dài của từng vectơ Cũng do sự phân bố khác nhau mà tốc độ đi khỏi cột sắc ký của hai chất cũng khác nhau Có thể thấy, do chất A phân bố vào pha lỏng kém

hơn chất B nên tốc độ di chuyển của nó theo pha động trong cột sắc ký sẽ lớn hơn (vectơ tốc độ dài hơn) so với chất B (hình 1.4)

Như vậy, do có phân bố mà ở điều kiện cân bằng hàm lượng của chất A và chất B trong cả hai pha đều sẽ khác nhau Sự khác biệt về hàm lượng của hai chất A và B tại thời điểm cân bằng được đặc trưng bởi đại lượng gọi là hệ số phân chia (A khỏi A) 

A/B = A/B = yA.xB/yB.xA (1.2) Nếu  >> 1 thì chứng tỏ A có khả năng tách tốt khỏi B Trong trường hợp  càng gần 1 thì chiều dài quãng đường chạy của hai chất A và B càng phải dài, để chúng có thể tách hoàn toàn khỏi nhau Chiều dài mỗi đoạn đường để hàm lượng chất A và B đạt cân bằng, tức là có A và B được gọi là chiều cao một đĩa lý thuyết (hT) Để hai hợp chất có tính chất vật lý gần tương tự như nhau, thí dụ nhiệt độ sôi hoặc áp suất hơi bão hòa gần như nhau, có thể phân chia triệt để trên cột sắc ký cần phải có rất nhiều đĩa lý thuyết, tức là cần nhiều lần chiều cao một đĩa lý thuyết Vì vậy, quá trình phân chia bằng phương pháp sắc ký được gọi là quá trình phân chia nhiều bậc và được tổ chức dưới dạng các loại cột sắc ký có chiều dài (chiều cao) khác nhau [11, 25, 27, 34, 72, 82, 93, 95]

1.4.6.2 Cấu tạo của một thiết bị sắc ký khí

Hình 1.5 ÷ 1.8 là hình ảnh thiết bị sắc ký khí với cột mao quản của hãng Varian thế hệ 3800 cùng với các bộ phận chính của nó Hệ thiết bị sắc ký bao gồm các bộ phận sau:

- Đầu bơm mẫu (hình 1.6), đó là một ống kim loại một đầu hở có ren xoáy và đầu kia có một lỗ nhỏ Đầu bơm mẫu là đầu vào buồng hóa hơi Lỗ hở ở đầu ống được đậy bằng một miếng nhựa silicon không có tạp chất hữu cơ clo, có tính đàn hồi để qua đó bơm mẫu vào buồng hóa hơi Vặn ren để bịt kín buồng hóa hơi Đầu ra của buồng hóa hơi được nối chặt với cột sắc ký

- Buồng hóa hơi nằm dưới đầu bơm mẫu nằm Ở đây mẫu (hỗn hợp các chất cần phân chia hòa tan trong dung môi) được hóa hơi triệt để bằng cách đốt nóng Tùy thuộc vào nhiệt độ bốc hơi của hỗn hợp mà đặt nhiệt độ buồng hóa hơi Trong phân tích POP nhiệt độ buồng hóa hơi được đặt là 250 oC Chất mang đồng thời là pha động được bơm liên tục vào buồng hóa hơi qua một đường ống dẫn bằng đồng bên

sườn buồng đốt để vận chuyển toàn bộ mẫu và dung môi ra khỏi buồng hóa hơi đưa vào cột sắc ký

- Cột sắc ký (hình 1.7): Nếu là cột mao quản thì cột sẽ là một ống rỗng có đường kính trong < 1 mm, có thể là 0,25 hoặc 0,32 mm Thành ống bên trong cột được láng một lớp dầu silicon có độ phân cực khác nhau với độ dày khoảng 20 ÷ 25 µm làm pha tĩnh Cột sắc ký có thể có chiều dài đến 60 m và được làm từ dioxit silic (SiO2) nấu nóng chảy rồi kéo-thổi theo công nghệ hiện đại

- Buồng ổn nhiệt cho cột sắc ký (hình 1.5) Nhiệt độ buồng sắc ký được chương trình hóa theo các bước tăng và ổn nhiệt nhất định, được điều khiển bằng chương trình máy tính Đồng thời với chương trình tăng nhiệt độ cột là chương trình tăng áp suất đầu cột, nếu tốc độ dòng khí trong cột cần duy trì ở mức cố định

- Detector (hình 1.6): Đây là bộ phận quan trọng để nhận biết sự xuất hiện các hợp chất sau khi đã tách và đi khỏi cột sắc ký Trong phân tích POP, ECD kết hợp với

MS thường được sử dụng hơn cả vì độ nhạy của ECD rất cao (sẽ trình bày chi tiết trong mục Giới hạn phát hiện của ECD)

Mỗi một thiết bị sắc ký ngày nay đều là một máy tính cá nhân kèm theo các chương trình điều khiển hoạt động của thiết bị cũng như để xử lý số liệu (hình 1.8)

Hình 1.5 Thiết bị sắc ký Varian 3800 (Mỹ), buồng ổn nhiệt

và cột sắc ký mao quản

Hình 1.6 Đầu bơm mẫu và detector

Hai bộ phận quan trọng ở đầu vào và đầu ra của thiết bị sắc ký là đầu bơm mẫu và detector (đặt bên trong buồng chứa detector)

Hình 1.8 Máy tính ghép nối với thiết bị sắc ký

Máy tính ghép nối với thiết bị sắc ký là một bộ phận không thể thiếu trong sắc ký Máy tính có chức năng: điều khiển các chương trình gia nhiệt, ổn nhiệt, ổn

áp suất hoặc thay đổi áp suất đầu cột khi sắc ký và thực hiện các phép xử lý số liệu theo các phương pháp nội hoặc ngoại chuẩn

Hình 1.9 trình bày sơ đồ mô tả nguyên tắc hoạt động của detector ECD

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý của một detector ECD sử dụng trong phân tích POP

Detector ECD là một ống làm bằng sứ cách điện có hai lối vào và một lối ra Một lối vào nối với đầu cột sắc ký để tiếp nhận khí mang cùng chất phân tích Một lối vào để cấp khí bổ trợ, cũng là khí sử dụng làm pha động, thí dụ nitơ (N2) hoặc heli Một lối ra là đường thải là lối thoát của khí mang, khí bổ trợ cùng mẫu phân tích Nguyên lý hoạt động của ECD như sau

Một dòng khí bổ trợ (N2) được bơm liên tục vào buồng với tốc độ, thí dụ là

25 ml/phút sẽ bị bức xạ của tia beta (-) phát ra từ nguồn phóng xạ 63Ni, đặt bên trong buồng detector, ion hóa tạo ra các cặp ion N2+ và e- như trình bày trong phương trình dưới đây:

Các cặp ion N2+ và e- sẽ chuyển về điện cực âm và điện cực dương (hình 1.9) tạo ra trong buồng detector một dòng điện, dòng điện này là đường nền của detector ECD Nếu trong dòng khí mang từ cột sắc ký đi vào buồng detector có chứa một hợp chất có nguyên tử Cl thì Cl là tác nhân bắt giữ các điện tử từ quá trình ion hóa (1.3), làm sụt đường nền của detector và tạo thành một pic (hình 1.10) vì hợp chất này chỉ ở trong buồng detector trong khoảng thời gian ngắn rồi bị đẩy ra ngoài theo đường thải

Hình 1.10 Nguyên lý phát hiện hợp chất chứa chlor POP) của detector ECD

Pic biểu diễn trên hình 1.10 được gọi là pic lý tưởng, dạng vuông, chỉ có thể

có được nếu quá trình phân bố của hợp chất cần phân tích trên cột sắc ký đạt cân bằng và không có các hiệu ứng làm ảnh hưởng đến quá trình phân bố Chi tiết về

các dạng pic trong sắc ký có thể tham khảo trong các sách giáo khoa về kỹ thuật sắc

ký, thí dụ [10, 84, 86]

Trên hình 1.10 pic đi về chiều âm nhưng trong thực tế hệ thống điện tử của thiết bị sắc ký sẽ chuyển đỉnh âm sang chiều dương như ta vẫn thường thấy trong phân tích sắc ký

1.4.6.3 Nguyên lý định tính và định lượng trong phân tích sắc ký

Nguyên lý của phép định tính trong phân tích sắc ký là dựa vào thời gian lưu trên cột sắc ký của từng hợp chất trong mẫu Hình 1.11 trình bày nguyên lý phân chia hợp chất A-B (hình 1.4) theo quy luật phân bố của từng hợp chất

Hình 1.11 Nguyên lý phân chia hai chất A-B trong hỗn hợp trên cơ sở phân bố

nhiều bậc trong sắc ký

Từ hình 1.11 nhận thấy: A và B cùng tồn tại trong dung dịch mẫu tại thời điểm

to, là thời điểm bơm mẫu vào buồng hóa hơi Sau khi hóa hơi mẫu được khí mang đưa

vào cột sắc ký để các thành phần của mẫu phân bố Sau một đĩa lý thuyết (n 1) có

chiều cao h 1, A và B bắt đầu phân chia vì hệ số phân bố A và B khác nhau đẫn tới

A/B > 1 và ta thấy pic của B di chuyển theo chiều dài của cột chậm hơn so với pic A

vì B phân bố mạnh hơn A Tổng số đĩa lý thuyết của cột sắc ký mô tả trên hình 1.11

là i và có thể thấy sau i đĩa lý thuyết hai chất A và B đã được phân chia hoàn toàn

khỏi nhau và được detector ghi nhận dưới dạng hai pic tách rời nhau ở hai thời điểm

tB và tA khác nhau (hình 1.11 bên phải)

Trong thực tế, phân bố của A và B trên cột sau mỗi đĩa lý thuyết không thể đạt cân bằng theo lý thuyết và còn chịu ảnh hưởng của nhiều hiệu ứng có bản chất vật lý và hóa lý khác nên pic của các hợp chất không thể có dạng vuông mà thường

có dạng hình quả núi hoặc cân xứng (hình 1.12a), hoặc có đuôi như trình bày trên hình 1.12b

Hình 1.12 Sắc đồ của hai chất A và B trong trường hợp cùng có phân bố không mạnh (a) và B phân bố mạnh trên cột (b) Hình 1.12a cũng trình bày sơ đồ xác định

Vì B phân bố mạnh trong pha lỏng trên cột sắc ký nên pic của B không cân xứng mà có đuôi, tức là B bị “giữ” nhiều trên cột và ra khỏi cột dưới dạng “vãi” dài (hình 1.12b)

Trên hình 1.12a cũng trình diễn thời gian lưu của hai chất A và B là tR,A và tR,B

và là chỉ thị để định tính A và B Thời gian lưu tR,A và tR,B trong trường hợp này được gọi là thời gian lưu tuyệt đối Nên nhớ rằng thời gian lưu của các hợp chất phụ thuộc nhiều vào điều kiện sắc ký Do vậy, nếu nhiệt độ cột hoặc áp suất khí mang đầu cột có thay đổi, mặc dù sự thay đổi là rất nhỏ trong quá trình sắc ký, thì cũng sẽ có những thay đổi giá trị thời gian lưu tuyệt đối Để khắc phục nhược điểm này, người ta không sử dụng giá trị thời gian lưu tuyệt đối mà sử dụng thời gian lưu tương đối Thời gian lưu tương đối là tỷ số thời gian lưu tuyệt đối của chất phân tích và của một chất nội chuẩn

Trong trường hợp này điều kiện sắc ký có thể thay đổi nhưng tỷ số thời gian lưu của mẫu và chất nội chuẩn vẫn cố định vì điều kiện sắc ký cùng có ảnh hưởng đến phân bố của cả hai hợp chất Nguyên lý của phương pháp định tính dựa vào thời gian lưu tương đối trình bày trên hình 1.13

Từ hình 1.13 nhận thấy thời gian lưu tương đối của A và B tương ứng sẽ được xác định bằng các công thức:

IS R

A R A R

t

t T

,

,

IS R

B R B R

t

t T

Hình 1.13 Sắc đồ của hỗn hợp A-B cùng chất nội chuẩn

để xác định thời gian lưu tương đối (công thức 1.4 và 1.5) 1.4.6.4 Định lượng trong kỹ thuật sắc ký

Nguyên tắc định lượng của phương pháp sắc ký dựa vào mối tương quan giữa diện tích pic và hàm lượng của chất cần phân tích Phương pháp này được gọi

là phương pháp ngoại chuẩn Phương pháp ngoại chuẩn cần có đường chuẩn được

xây dựng trên cơ sở một loạt mẫu chứa hàm lượng khác nhau của các chất cần phân tích rồi sắc ký loạt mẫu chuẩn này Kết quả là ta sẽ có các đường chuẩn mô tả sự phụ thuộc giữa hàm lượng chất cần phân tích và diện tích pic Hình 1.14 là thí dụ hai đường chuẩn đối với chất A và chất B Trên hình 1.14, trục tung là diện tích của các pic A (SA) và B (SB) đã được số hóa dưới dạng các xung đếm và trục hoành là hàm lượng của hai chất phân tích có đơn vị là g/L

Hình 1.14 Đường chuẩn định lượng của hai chất A và B

Từ hình 1.14 nhận thấy một số đặc điểm như sau:

- Thứ nhất đường ngoại chuẩn có giới hạn tuyến tính, dưới mức giới hạn này hàm lượng chất phân tích phụ thuộc tuyến tính vào diện tích pic (các đường liền trên hình 1.14) Khoảng tuyến tính phụ thuộc vào độ đáp ứng của detector Detector ECD

có mức đáp ứng tuyến tính từ khoảng ppb (10-9 g/g) đến ppm (10-6 g/g), tức là khoảng tuyến tính là rất rộng Sau giới hạn tuyến tính, diện tích đỉnh pic hầu như không còn phụ thuộc vào hàm lượng của chất cần phân tích (phần gạch cách đoạn đối với A và B)

- Đặc điểm thứ hai là độ nhạy phân tích của các chất là rất khác nhau Trên hình 1.14 nhận thấy độ nhạy phân tích của B là cao hơn nhiều lần so với độ nhạy phân tích của A vì hệ số góc của B (kB) lớn hơn hệ số góc của A (kA) Trong trường hợp hệ số góc quá cao thì độ chính xác định lượng sẽ giảm vì thay đổi hàm lượng chất phân tích trong phạm vị hẹp đã gây thay đổi nhiều về độ đáp ứng của detector Ngược lại, nếu độ đáp ứng của detector không cao, hay hệ số góc của đường chuẩn

quá nhỏ thì hàm lượng thay đổi nhiều mà độ đáp ứng của detector chỉ thay đổi rất ít

Cả hai trường hợp sẽ có sai số định lượng lớn Để đảm bảo độ chính xác cần thiết cần phải chọn detector sao cho độ đáp ứng, tức là hệ số góc của phương pháp ngoại chuẩn không quá cao, cũng như không quá thấp Yêu cầy này nhiều khí rất khó thực hiện trong thực tế

Để loại trừ ảnh hưởng của độ đáp ứng của detector đến độ chính xác trong định lượng, phương pháp nội chuẩn được khuyến cáo sử dụng [93,95] Trong trường hợp này người ta dùng hỗn hợp các chất chuẩn A và B có hàm lượng mỗi chất trong khoảng thường gặp trong thực tế, trong đó có nội chuẩn (IS: Internal Stndard) rồi sắc ký để biết thời gian lưu tương đối của mỗi hợp chất phân tích Chất nội chuẩn phải đáp ứng ba yêu cầu là không có trong mẫu môi trường nhưng có tính chất tương tự như các đối tượng cần phân tích và khi cho thêm vào mẫu không gây các phản ứng hóa học với các chất phân tích làm thay đổi thành phần và hàm lượng của chất cần phân tích Sau khi sắc ký, tỷ số diện tích của mỗi hợp chất so với nội chuẩn sẽ được xác định, thí dụ đối với chất A:

mA = SA, chuẩn/SIS = [Achuẩn]/[IS] (1.6) Trước khi xử lý mẫu, một lượng nội chuẩn tương tự như trong hỗn hợp các chất chuẩn được cho thêm vào mẫu rồi mới xử lý tách, làm sạch và bơm lên cột sắc

ký Sau sắc ký máy tính sẽ tính hàm lượng chất A trên cơ sở diện tích pic của mẫu, giá trị mA và hàm lượng nội chuẩn đã cho thêm vào mẫu

[A] = (SA/SIS).[Achuẩn]/mA = (SA/SIS).r (1.7) trong đó SA và SIS tương ứng là diện tích pic của chất A và nội chuẩn trong mẫu

phân tích, r là tỷ số giữa hàm lượng chất A, [Achuẩn], trong hỗn hợp chuẩn và mA Giá trị mA được máy tính tính theo công thức (1.6)

Như vậy, ứng với mỗi giá trị SA và SIS trong một lần sắc ký, máy tính của hệ sắc ký sẽ tính được hàm lượng của [A] cũng như của tất cả các hợp chất có trong hỗn hợp mẫu có chứa nội chuẩn

Phương pháp nội chuẩn còn có một ưu điểm nổi trội nữa là người phân tích không cần quan tâm đến hiệu suất thu hồi của quá trình xử lý mẫu vì nội chuẩn được thêm vào mẫu trước khi tiến hành xử lý hóa học mẫu, như chiết-tách và làm giàu Xử lý hóa học là bước cần thiết và rất quan trọng trong phân tích dư lượng

POP trong các đối tượng môi trường Nhược điểm của phương pháp nội chuẩn là không phải nhóm hợp chất nào cũng có thể tìm được chất nội chuẩn vì nội chuẩn phải là hợp chất không có trong môi trường

1.4.6.5 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp sắc ký

Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp được định nghĩa là [14]:

LOD = 3.bkg và LOQ = 3.LOD (1.8) trong đó “bkg” là tín hiệu đường nền khi không có chất phân tích và được ngoại suy

từ đường chuẩn phân tích

1.4.6.6 Định lượng lindan bằng kỹ thuật sắc ký lỏng-lỏng (sắc ký phân bố)

Sắc ký lỏng-lỏng còn được gọi là sắc ký chiết hay sắc ký phân bố được áp dụng rất rộng rãi trong phân tích định tính và định lượng không những chỉ có các hợp chất hữu cơ mà cả các ion kim loại

- Phương pháp sắc ký lỏng-lỏng lần đầu tiên được Aepli và cộng sự áp dụng để định lượng lindan [9]

Cột sắc ký được chuẩn bị bằng cách tẩm nitrometan (CH3NO2) trên bề mặt chất mang là bột axit silicic (H2SiO3 = SiO2.H2O) làm pha tĩnh Dung dịch cần phân tích chứa lindan được nạp lên cột và sau đó rửa giải bằng n-hexan là pha động Các tác giả đánh giá sai số tương đối của phương pháp là từ 1 ÷ 2% Nhiều nhà nghiên cứu khác cho rằng rất khó trong khâu chuẩn bị cột sắc ký và thời gian phân tích một mẫu là khá dài Tuy nhiên, có thể tại thời điểm này chưa có kỹ thuật tăng áp suất đầu cột để tăng tốc độ dòng pha động

Fuks và Chetverikova [29] cũng sử dụng cột nhồi silicagel được tẩm nitromethane lên bề mặt làm pha tĩnh còn pha động là iso-octan để rửa giải lindan trong phân tích hỗn hợp 5 đồng phân của HCH là : α, β, γ, δ và -HCH Theo các tác giả thì việc chuẩn bị cột trong trường hợp này đơn giản hơn nhiều so với cột nhồi axit silicic Hơn nữa độ chính xác của phép định lượng đồng thời các đồng phân của HCH là rất tốt

Harris [31] cũng đã áp dụng phương pháp sắc ký lỏng-lỏng để phân tích chất lượng các loại công thức thuốc diệt côn trùng chứa lindan và DDT (là DDT-benzen hexachlorit S) Quy trình phân tích bao gồm: chiết mẫu bằng etyl ete rồi hóa hơi hoàn

toàn dung môi Phần cặn được hòa tan vào hỗn hợp n-hexan đã bão hòa nitrometan Lọc phần dung dịch thu được vào hỗn hợp n-hexan + nitrometan thuốc nhuộm màu

đỏ và màu tím Sắc ký dung dịch này qua cột nhồi axit silicic Pha động là hỗn hợp hexan + nitrometan Toàn bộ DDT sẽ giải chiết cùng thuốc nhuộm màu đỏ trong khi

n-đó lindan sẽ giải chiết cùng thuốc nhuộm màu tím Dung môi của các phân đoạn được hóa hơi hoàn toàn, phần hóa chất (DDT/lindan) được định lượng bằng phương pháp cân Sai số tương đối của phương pháp được đánh giá là không lớn hơn 2% Phương pháp dễ vận hành hơn so với phương pháp do Aepli [9] khởi xướng

O’Calla [72] dùng giấy hoặc cột nhồi bột xenlulozơ tẩm axetic anhydrit làm pha tĩnh, pha động là n-hexan hoặc ethe dầu hỏa có nhiệt độ sôi thấp (40 ÷ 45oC) làm pha động để phân chia và định lượng thành phần các đồng phân của HCH và clodan cùng một số loại hóa chất diệt côn trùng khác, cùng pha trong công thức hóa phẩm Phương pháp đã được áp dụng ở cả quy mô phân tích lượng nhỏ (sắc ký giấy) và lượng lớn (sắc ký cột nhồi xenlulozơ)

1.4.6.7 Phương pháp sắc kí khí với detector khối phổ, GC-MS

Về mặt kỹ thuật, thiết bị GC-MS chỉ khác so với loại thiết bị GC khác ở chỗ các thiết bị GC này sử dụng các loại detectors như: ECD, FID (detector ion hóa ngọn lửa), TCD (detector nhiệt dẫn), TSD (detector nhiệt dung riêng), còn thiết bị GC-MS được trang bị hệ detector khối phổ Trong trường hợp này, nhận diện và định lượng hợp chất phân tích được tiến hành thông qua thời gian lưu và sắc đồ khối phổ của tập hợp các phân mảnh tạo ra từ quá trình ion hóa phân tử chất cần phân tích (hình 1.15 ÷ 1.18) Phạm vi áp dụng của kỹ thuật này rất rộng GC-MS được áp dụng để phân tích dư lượng của tất cả các nhóm thuốc trừ sâu chứa Cl, P, cacbamat và pyrethroid trong môi trường Không những vậy GC-MS còn được ứng dụng trong nhiều phân tích ứng dụng khác, chẳng hạn như trong công nghiệp dược liệu [81] Hạn chế của nó là cần người vận hành máy, người phân tích phải có rất nhiều kinh nghiệm để nhận diện được hợp chất cần phân tích Giới hạn phát hiện của phương pháp này cũng không tốt bằng các phương pháp khác, vì nó là kỹ thuật tổng hợp chứ không phải đặc thù cho một loại nào cả Thông thường giới hạn phát hiện của nó vào khoảng 20-30 lần kém hơn so với GC-ECD [34, 80, 81]

Nguyên lý hoạt động của detector khối phổ được mô tả trên hình 1.15 dưới đây Sau khi đi qua cột sắc ký, hợp chất cần phân tích sẽ đi vào một buồng được gọi

là buồng ion hóa, tại đây có một dây đốt gọi là filament bằng wolfram đốt ở nhiệt

độ cao (thường là 1800oC) để tạo ra một chùm điện tử Chùm điện tử này có năng lượng danh định là 70 eV làm tác nhân ion hóa, tức là chùm điện tử từ filament bắn vào các hợp chất có trong buồng tạo ra các mảnh ion có tỷ số số khối trên số điện tích (m/z) khác nhau Các mảnh này sẽ được đẩy vào khối tứ cực đặt dưới điện áp dương và âm luân phiên thay đổi và sắp xếp thành hai cặp Đồng thời, các cặp điện cực của hệ tứ cực được áp một điện áp có tần số bằng tần số sóng radio (RF) và thay đổi từ thấp lên cao hoặc ngược lại Các mảnh ion có số khối (m/z) khác nhau sẽ có tần số cộng hưởng tương ứng với tần số sóng radio và chỉ có những ion này mới có quỹ đạo chuyển động ổn định giữa không gian của hệ tứ cực đến bộ đếm điện tích, còn các mảnh khác không được ổn định trong khoảng không của bộ tứ cực sẽ đập vào các cực của detector và trung hòa trên đó (Hình 1.15) Hệ tứ cực phân chia theo

số khối ion còn được gọi là hệ phin lọc số khối

Hình 1.15 Sơ đồ của hệ detector MS hoạt động theo nguyên tắc tứ cực

Những ion không cộng hưởng với sóng RF trên tứ cực sẽ bị đẩy ra ngoài

Dòng khí mang cùng với chất

phân tích

Chỉ có những ion cộng hưởng với RF đã chọn đi qua tứ cực đến bộ phận đếm ion

Chùm điện tử từ filament ion hóa các

phân tử chất mang và chất phân tích

Bộ phận hội tụ các ion