CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DƯ LƯỢNG HỢP CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT NHÓM CARBAMATE

Tài liệu trình bày về "CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DƯ LƯỢNG HỢP CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT NHÓM CARBAMATE "

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM

KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

TIỂU LUẬN

CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DƯ LƯỢNG HỢP CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT

NHÓM CARBAMATE

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: CÁC HỢP CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT 2

NHÓM CARBAMATE 3

1.1 Giới thiệu về hợp chất bảo vệ thực vật 3

1.1.1 Định nghĩa 3

1.1.2 Phân loại 3

1.1.3 Tác hại của các hợp chất bảo vệ thực vật 3

1.1.4 Tình hình tồn dư hợp chất bảo vệ thực vật trong nông sản 3

1.2 Hợp chất bảo vệ thực vật nhóm carbamate 3

1.2.1 Giới thiệu 3

1.2.2 Độc tính và cơ chế tác dụng 3

1.2.2 Một số loại thuốc trừ sâu carbamate điển hình 3

1.2.3 Mức dư lượng tối đa cho phép sử dụng thuốc trừ sâu carbamat 3

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH 3

2.1 Phương pháp sắc ký khí (GC) 3

2.2 Phương pháp sắc ký lỏng khối phổ 3

2.3 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao 3

2.4 Các phương pháp khác 3

2.4.1 Phương pháp cực phổ 3

2.4.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử 3

2.4.3 Phương pháp phân tích dòng chảy (FIA) 3

2.4.4 Phương pháp điện di mao quản 3

2.4.5 Phương pháp ức chế men 3

TÀI LIỆU THAM KHẢO 3

CHƯƠNG 1: CÁC HỢP CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT

NHÓM CARBAMATE

1.1 Giới thiệu về hợp chất bảo vệ thực vật

1.1.1 Định nghĩa

Hợp chất bảo vệ thực vật là những hợp chất có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp hóa học được dùng để phòng và trừ sinh vật gây hại cây trồng và nông sản, chống lại sự phá hoại của những sinh vật gây hại đến tài nguyên thực vật Những sinh vật gây hại chính gồm sâu hại, bệnh hại, cỏ dại, chuột và các tác nhân khác

1.1.2 Phân loại

Các loại hợp chất bảo vệ thực vật gồm nhiều loại, chủ yếu gồm 4 nhóm chính:

- Nhóm Clo hữu cơ (organnochlorine): là các dẫn xuất clo của một số hợp chất hữu cơ như diphenyletan, cyclodien, benzen, hexan Nhóm này bao gồm những hợp chất hữu cơ rất bền vững trong môi trường tự nhiên và thời gian bán phân huỷ dài (ví dụ như DDT có thời gian bán phân huỷ là

20 năm, chúng ít bị đào thải và tích luỹ vào cơ thể sinh vật qua chuỗi thức ăn) Đại diện của nhóm này là Aldrin, Dieldrin, DDT, Heptachlo, Lindan, Methoxychlor

- Nhóm lân hữu cơ (organophosphorus): đều là các este, là các dẫn xuất hữu

cơ của acid photphoric Nhóm này có thời gian bán phân huỷ ngắn hơn so với nhóm Clo hữu cơ và được sử dụng rộng rãi hơn Nhóm này tác động vào thần kinh của côn trùng bằng cách ngăn cản sự tạo thành men Cholinestaza làm cho thần kinh hoạt động kém, làm yếu cơ, gây choáng váng và chết Nhóm này bao gồm một số hợp chất như parathion, malathion, diclovos, clopyrifos…

- Nhóm Carbamat: là các dẫn xuất hữu cơ của acid cacbamic, gồm những hoá chất ít bền vững hơn trong môi trường tự nhiên, song cũng có độc tính cao đối với người và động vật Khi sử dụng, chúng tác động trực tiếp vào men Cholinestraza của hệ thần kinh và có cơ chế gây độc giống như nhóm lân hữu cơ Đại diện cho nhóm này như: carbofuran, carbaryl, carbosulfan, isoprocarb, methomyl…

- Nhóm Pyrethroid: là những thuốc trừ sâu có nguồn gốc tự nhiên, là hỗn hợp của các este khác nhau với cấu trúc phức tạp được tách ra từ hoa của những giống cúc nào đó Đại diện của nhóm này gồm cypermethrin, permethrin, fenvalarate, deltamethrin,…

Ngoài ra, còn có một số nhóm khác như: các chất trừ sâu vô cơ (nhóm asen), nhóm thuốc trừ sâu sinh học có nguồn gốc từ vi khuẩn, nấm, virus (thuốc trừ nấm, trừ vi khuẩn…), nhóm các hợp chất vô cơ (hợp chất của đồng, thủy ngân, …)

1.1.3 Tác hại của các hợp chất bảo vệ thực vật

Hầu hết hóa chất bảo vệ thực vật đều độc với con người và động vật máu nóng ở các mức độ khác nhau Theo đặc tính hóa chất bảo vệ thực vật được chia làm hai loại: chất độc cấp tính và chất độc mãn tính

- Chất độc cấp tính: Mức độ gây độc phụ thuộc vào lượng thuốc xâm nhập vào cơ thể Ở dưới liều gây chết, chúng không đủ khả năng gây tử vong, dần dần bị phân giải và bài tiết ra ngoài Loại này bao gồm các hợp chất Pyrethroid, những hợp chất Phốt pho hữu cơ, Carbamat, thuốc có nguồn gốc sinh vật

- Chất độc mãn tính: Có khả năng tích luỹ lâu dài trong cơ thể vì chúng rất bền, khó bị phân giải và bài tiết ra ngoài Thuốc loại này gồm nhiều hợp chất chứa Clo hữu cơ, chứa Thạch tín (Asen), Chì, Thuỷ ngân; đây là những loại rất nguy hiểm cho sức khoẻ

Hóa chất bảo vệ thực vật có thể thâm nhập vào cơ thể con người và động vật qua nhiều con đường khác nhau, thông thường qua 3 đường chính:

hô hấp, tiêu hoá và tiếp xúc trực tiếp Khi tiếp xúc với hóa chất bảo vệ thực vật, con người có thể bị nhiễm độc cấp tính hoặc mãn tính, tùy thuộc vào phạm vi ảnh hưởng của thuốc

Nhiễm độc cấp tính: Là nhiễm độc tức thời khi một lượng đủ lớn hoá chất bảo vệ thực vật thâm nhập vào cơ thể Những triệu chứng nhiễm độc tăng tỉ lệ với việc tiếp xúc và trong một số trường hợp nặng có thể dẫn tới tử vong Biểu hiện bệnh lý của nhiễm độc cấp tính: mệt mỏi, ngứa da, đau đầu, lợm giọng, buồn nôn, hoa mắt chóng mặt, khô họng, mất ngủ, tăng tiết nước bọt, yếu cơ, chảy nước mắt, sảy thai, nếu nặng có thể gây tử vong

Nhiễm độc mãn tính: Là nhiễm độc gây ra do tích luỹ dần dần trong cơ thể Thông thường, không có triệu chứng nào xuất hiện ngay trong mỗi lần nhiễm Sau một thời gian dài, một lượng chất độc lớn tích tụ trong cơ thể sẽ gây ra các triệu chứng lâm sàng Biểu hiện bệnh lý của nhiễm độc mãn tính: kích thích các tế bào ung thư phát triển, gây đẻ quái thai, dị dạng, suy giảm trí nhớ và khả năng tập trung, suy nhược nghiêm trọng, ảnh hưởng đến hệ thần kinh, gây tổn hại cho gan, thận và não

1.1.4 Tình hình tồn dư hợp chất bảo vệ thực vật trong nông sản

Theo báo cáo hàng năm của tổ chức bảo vệ mùa màng châu Âu từ 2001-2002 vùng nông nghiệp tiêu thụ lượng lớn thuốc trừ sâu là Bắc Mỹ, châu Âu và châu Á với tỉ lệ tương ứng là 31.9%, 23,8% và 22.6%

Hàm lượng thuốc bảo vệ thực vật sử dụng phụ thuộc vào: điều kiện khí hậu; sự bùng nổ sâu bệnh gây hại; chính sách, quy định của từng quốc gia… Trong số đó thì thuốc diệt cỏ là nhóm thuốc bảo vệ thực vật được sử dụng rộng rải nhất, kế đến là thuốc diệt côn trùng và diệt nấm mốc

Cũng theo cảnh báo của tổ chức PAN (Pesticide Action Network): một

số loại thuốc trừ sâu có thành phần bị cấm ở châu Âu, châu Mỹ đang được sử

dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia ở châu Á, trong đó có Việt Nam “ở mức độ không thể chấp nhận được”

Theo thông báo của Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn tháng 1/2007: 70% số mẫu rau ăn lá và ăn quả có dư lượng thuốc bảo vệ thực vật! Nhiều mẫu rau như cải, rau muống, dưa chuột tồn dư phân hữu cơ và hoá chất độc hại cấm sử dụng; một số mẫu quả như cam, xoài cũng đều tìm thấy dư lượng thuốc bảo vệ thực vật với hàm lượng vượt so với quy định vài chục đến vài trăm lần Điều này được giải thích do tình trạng thiếu kiến thức của người dân trong việc sử dụng, bảo quản thuốc trừ sâu Nhiều người trồng rau vẫn cố tình sử dụng các loại thuốc trừ sâu nằm ngoài danh mục cho phép

để kích thích cho rau tăng trưởng nhanh, có mã đẹp, nhiều người không ngần ngại tăng lượng thuốc bảo vệ thực vật và số lần phun thuốc lên gấp nhiều lần

1.2 Hợp chất bảo vệ thực vật nhóm carbamate

1.2.1 Giới thiệu

Thuốc trừ sâu carbamate là các dẫn xuất của acid cacbamic (NH2COOH) Carbamate ester còn được gọi là urethane

Công thức hóa học chung của nhóm carbamate: R1NH – C – O2R2

O Với R1, R2 là nhóm alkyl hay nhóm aryl

R1: là nhóm methyl thường sử dụng làm thuốc diệt côn trùng

R1: là nhóm aryl thường sử dụng làm thuốc diệt cỏ

R1: nhóm benzimidazole thường sử dụng làm thuốc diệt nấm mốc

Hiện nay có khoảng 50 loại thuốc trừ sâu thuộc họ carbamate Một số chất điển hình là: benfuracarb, thiobencarb, diethofencarb…Họ carbamate được sử dụng rộng rải như những hóa chất diệt cỏ, diệt côn trùng và diệt nấm

1.2.2 Độc tính và cơ chế tác dụng

Carbamate là những chất ít bền vững trong môi trường tự nhiên nhưng có độc tính rất cao đối với con người và động vật

Các thuốc carbamat thường không có tính độc vạn năng như thuốc lân hữu cơ Nhiều hợp chất trong nhóm tuy có hiệu lực cao với sâu hại nhưng không có tác dụng trừ nhện hoặc chỉ có tác dụng trừ một số thuộc nhóm này mà không trừ được nhóm sâu khác Một số thuốc trong nhóm còn có cả tác dụng trừ tuyến trùng

Về cơ chế tác động của thuốc trừ sâu carbamat tương tự như các thuốc trừ sâu lân hữu cơ Các thuốc carbamat kìm hãm men cholinesteraza bằng cách cacbaryl hóa các vị trí hoạt động của toàn men Quá trình cacbaryl hóa cũng là quá trình thuận nghịch Nhưng sự liên kết giữa các thuốc carbamat với cholinesteraza thường không bền, nên có trường hợp sâu hại phục hồi được Các thuốc lân hữu cơ chỉ kết hợp với các gốc hoạt động của men, nên các thuốc lân hữu cơ có độ thủy phân càng mạnh, càng dễ gây độc cho côn trùng ; ngược lại các thuốc carbamat chỉ ức chế được men cholinesteraza khi toàn bộ phân tử của chúng gắn được lên bề mặt của men Các chất carbamat càng bền, càng ức chế men cholinesteraza mạnh Cả lân hữu cơ và carbamat đều kìm hãm vị trí men tác động, dẫn đến hệ thần kinh không kiểm soát được, làm mất khả năng phối hợp giữa các cơ quan, giải phóng quá mức hormon, sinh vật mất nước và chết

Các thuốc carbamat an toàn với cây, ít độc đối với cá hơn các thuốc lân hữu cơ; không tồn lưu quá lâu trên nông sản và môi trường sống Độ độc của thuốc đối với động vật máu nóng rất khác nhau, tùy thuộc vào loại thuốc

Các chất chủ yếu thuộc nhóm bao gồm: carbaryl, methiocarb, pirimicarb, oxamyl, carbendazim, propoxur, aminocarb, aldicarb…

1.2.2 Một số loại thuốc trừ sâu carbamate điển hình

1.2.2.1 Carbofuran

Carbofuran là một trong những thuốc trừ sâu nhóm carbamat độc nhất, có tên

là 2,3-dihydro-2,2-dimethyl-7-benzofuranyl methylcarbamate, tên thương mại là Furadan, Curater

Công thức phân tử: C12H15NO3

M = 221,25g/mol

tnc = 151C

d = 1,18g/cm3

Carbofuran là một trong những thuốc trừ sâu có độc tính cao đối với con người Nó có thể xâm nhập vào cơ thể qua hô hấp, qua miệng và qua da Triệu chứng khi bị ngộ độc carbofuran: buồn nôn, đau bụng, tiêu chảy, giảm tầm nhìn…

Ở liều cao có thể gây tử vong Chỉ cần uống 1ml carbofuran cũng có thể dẫn tới tử vong

Theo WHO, mức hấp thụ hàng ngày cho phép (ADI) của carbofuran là 0,01mg/kg trọng lượng cơ thể Liều gây chết trung bình đối với chuột qua miệng là

LD50 = 5mg/kg

1.2.2.2 Carbaryl

Carbaryl có tên là 1-naphthyl methylcarbamate, tên thương mại là Sevin, là một loại thuốc trừ sâu nhóm carbamat Carbayl là tinh thể màu trắng, tan kém trong nước nhưng tan nhiều trong dung môi phân cực như đimethyl sulfoxide và đimethyl formaldehyde

Công thức phân tử

C12H11NO2

M = 201,2g/mol

ts = 145C

d = 1,232g/cm3

Carbaryl là một chất ức chế men cholinesteraza và có độc với con người Nó được xếp vào loại chất gây ung thư đối với con người Carbaryl là một chất rắn, có màu trắng hoặc xám tùy thuộc vào độ tinh khiết của nó, tinh thể không mùi Carbaryl là một thuốc trừ sâu có độc tính trung bình Khi tiếp xúc với carbaryl có thể gây ra ngộ độc cấp và mãn tính với các triệu chứng như: buồn nôn, chuột rút dạ dày, tiêu chảy Các triệu chứng khác ở liều lượng cao bao gồm đổ mồ hôi, làm mờ của tầm nhìn, và co giật, ảnh hưởng đến phổi, thận và gan

Mức hấp thụ hàng ngày tối đa cho phép ADI của carbaryl là 0,1mg/kg trọng lượng cơ thể Đối với chuột, liều gây chết trung bình qua miệng LD50 =

250 – 850mg/kg, liều gây chết trung bình qua hô hấp LC50 = 0,005 – 0,023mg/kg

1.2.2.3 Fenobucarb

Fenobucarb có tên là 2-(1-Methylpropyl)phenol methylcarbamate, là một loại thuốc trừ sâu nhóm carbamat

Công thức phân tử: C12H 17NO2

M = 207,3 g/mol

ts = 320C

d = 1,035 g/cm3

Fenobucarb tan kém trong nước, tan tốt trong các dung môi Acetone, Benzene, Toluene, xylene Fenobucarb được sử dụng làm thuốc trừ sâu trên lúa và bông, rất độc hại đối với con người, nó ảnh hưởng đến hệ thần kinh,

bộ phận sinh sản, gây ung thư và ngộ độc cấp tính Liều gây chết trung bình qua miệng đối với chuột là 410mg/kg

1.2.2.4 Propoxur

Propoxur có tên theo IUPAC là 2-isopropoxyphenyl methylcarbamate, là một dẫn xuất của carbamat và được sử dụng làm thuốc trừ sâu

Công thức phân tử: C11H15NO3

M = 209,2g/mol

ts = 91C Propoxur có độc tính cao đối với ruồi, muỗi, gián và bọ chét Nó là chất có độc tính cao với con người, nó có thể xâm nhập vào cơ thể qua hô hấp, qua đường miệng và qua da Triệu chứng ngộ độc propoxur: buồn nôn, đau bụng, ra mồ hôi, tăng huyết áp, mắt mờ, mệt mỏi, khó thở Propoxur nhiễm độc mãn tính đối với con người gây ung thư, ảnh hưởng đến cơ quan sinh sản và hệ thần kinh trung ương Đối với chuột, liều gây chết trung bình qua miệng là 90 – 128mg/kg, qua da là

800 – 1000mg/kg Theo WHO, mức hấp thụ hàng ngày tối đa cho phép ADI của propoxur là 0,02mg/kg trọng lượng cơ thể

1.2.3 Mức dư lượng tối đa cho phép sử dụng thuốc trừ sâu carbamat

Dư lượng là phần còn lại của hoạt chất, các sản phẩm chuyển hóa và các thành phần khác có trong thuốc, tồn tại trên cây trồng, nông sản, đất, nước sau một thời gian dưới tác động của hệ sống và điều kiện ngoại cảnh

Dư lượng của thuốc được tính bằng mg thuốc có trong 1kg nông sản, đất hay nước

Mức dư lượng tối đa cho phép (MRL) là giới hạn dư lượng của một loại thuốc, được phép tồn tại về mặt pháp lí hoặc xem như có thể chấp nhận được

ở trong hay trên nông sản, thức ăn gia súc mà không gây hại cho người sử dụng và vật nuôi khi ăn các nông sản đó

Bảng 1 Mức dư lượng tối đa cho phép sử dụng thuốc trừ sâu carbamat ở một số quốc gia

Quốc gia Đối tượng Carbofuran

(mg/kg)

Carbayl (mg/kg)

Propoxu r(mg/kg)

Fenobucarb (mg/kg)

Việt Nam Táo, nho, lê 5,0 3,0

(Quyết định

46/2007/QĐ-BYT)

Cà chua, cà rôt 0,1 0,05

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH

2.1 Phương pháp sắc ký khí (GC)

Phương pháp sắc lý khí là phương pháp sử dụng chất khí làm pha động Ứng dụng thành công cột mao quản đã giúp cho GC phát triển mạnh Phương pháp GC được sử dụng để phân tích nhiều đối tượng hữu cơ

 Xác định ethylcarbamat trong đồ uống bằng phương pháp sắc ký khí với detector bắt điện tử và sắc ký khí khối phổ

Các mẫu được pha loãng bằng ethanol 10% rồi được chiết bằng diclometan Dịch chiết được đem cô đến gần cạn và đem đo Phương pháp này đã được đánh giá ở 5 phòng thí nghiệm với 4 phòng sử dụng detector ECD và 1 phòng sử dụng detector MS Giới hạn phát hiện của phương pháp thấp, khoảng 5µg/kg đối với detector ECD và 0,5µg/kg đối với detector MS

 Xác định thuốc trừ sâu carbamat và nhóm nito hữu cơ trong thực phẩm bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ

Phương pháp đã xác định đồng thời 29 loại thuốc trừ sâu trong một số thực phẩm như táo, khoai tây, gạo, chuối… Mẫu được chiết bằng aceton và được làm sạch bằng 3 loại cột chiết pha rắn khác nhau: cột diatomaceous, cột diatomit kết hợp với cột C18, cột florisil Hiệu suất chiết các mẫu thực phẩm bằng 3 loại cột đều trên 80% Sau đó, mẫu được xác định bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ Chương trình chạy khối phổ được chia làm 7 cửa sổ thời gian lưu và mỗi cửa sổ có từ 10 –

15 mảnh ion con Giới hạn phát hiện của phương pháp thấp từ 0,01 – 0,1µg/ml