Nghiên Cứu Xác Định Thuốc Bảo Vệ Thực Vật Acetamiprid Bằng Phương Pháp Quang Phổ Hấp Thụ Phân Tử Uv-Vis Sử Dụng Dung Dịch Nano Vàng Được Ổn Định Bằng Polyme Điện Tích Dương Pdadmac....pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ THỊ THẢO NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT ACETAMIPRID BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV – VIS SỬ DỤNG DUNG DỊCH NANO VÀNG ĐƯỢC Ổ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LÊ THỊ THẢO

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT ACETAMIPRID BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV – VIS SỬ DỤNG DUNG DỊCH NANO VÀNG ĐƯỢC ỔN

ĐỊNH BẰNG POLYME TÍCH ĐIỆN DƯƠNG PDADMAC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2022

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHI N

LÊ THỊ THẢO

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT ACETAMIPRID BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV – VIS SỬ DỤNG DUNG DỊCH NANO VÀNG ĐƯỢC ỔN

ĐỊNH BẰNG POLYME TÍCH ĐIỆN DƯƠNG PDADMAC

Chuyên ngành: Hóa phân tích

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ này được hoàn thành tại Phòng thí nghiệm Hoá học Phân tích, Bộ môn Hoá học Phân tích, Khoa Hoá học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin bày tỏ lòng kính trọng và lời cảm ơn chân

thành đến PGS.TS Phạm Thị Ngọc Mai đã giao đề tài, truyền thụ cho em nhiều

kiến thức, tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành luận văn

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các anh chị và các bạn trong Phòng thí nghiệm Hoá Phân tích đã trao đổi kinh nghiệm và giúp đỡ em trong quá trình thực hiện Luận văn này

Em cũng xin trân trọng cảm ơn đến các thầy cô khoa Hoá, các thầy cô Bộ môn Hoá Phân tích đã tạo điều kiện và giúp đỡ em để luận văn được hoàn thành một cách tốt nhất

Em xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 27 tháng 12 năm 2022

Học viên cao học

Lê Thị Thảo

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

PHẦN 1: TỔNG QUAN 3

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACETAMIPRID 3

1.1.1 Tình hình sử dụng thuốc bảo vệ thực vật ở Việt Nam 3

1.1.2 Tính chất vật lý, hoá học của acetamiprid 4

1.1.3 Cơ chế hoạt động 5

1.1.4 Quy định về dư lượng acetamiprid trên rau quả 6

1.2 TÁC ĐỘNG CỦA ACETAMIPRID ĐẾN KINH TẾ VÀ SỨC KHOẺ CON NGƯỜI 7

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ACETAMIPRID 8

1.3.1 Phương pháp điện hoá 8

1.3.2 Phương pháp sắc ký 9

1.4 VẬT LIỆU NANO VÀNG 13

1.4.1 Chế tạo hạt nano vàng 15

1.4.2 Tổng hợp AuNPs bằng các polyme 19

1.4.3 PolyDADMAC 21

1.4.4 Ứng dụng của hạt nano vàng 23

PHẦN 2: THỰC NGHIỆM 30

2.1 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 30

2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 30

2.1.2 Nội dung nghiên cứu 30

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.2.1 Phương pháp chế tạo các hạt nano vàng 30

2.2.2 Phương pháp hấp thụ phân tử UV-VIS 31

2.2.3 Các thông số đánh giá độ tin cậy của phương pháp 31

2.3 QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM 33

2.3.1 Điều chế dung dịch nano vàng 33

2.3.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp xác định acetamiprid bằng phương pháp quang học sử dụng hạt nano vàng 34

2.3.3 Đánh giá phương pháp phân tích 36

2.3.4 Thông tin mẫu và xử lý mẫu 38

2.4 HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ 42

2.4.1 Hóa chất 42

2.4.2 Dụng cụ, thiết bị 44

PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45

3.1 PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-VIS CỦA DUNG DỊCH NANO VÀNG 45

3.2 NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN XÁC ĐỊNH ACETAMIPRID BẰNG DUNG DỊCH NANO

VÀNG 48

3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl 48

3.2.2 Ảnh hưởng của pH 49

3.2.3 Ảnh hưởng của thời gian 51

3.2.4 Ảnh hưởng của nồng độ acetamiprid 51

3.2.5 Ảnh hưởng của một số loại thuốc bảo vệ thực vật khác 52

3.3 ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ACETAMIPRID BẰNG DUNG DỊCH NANO VÀNG 55

3.3.1 Xác định khoảng tuyến tính 55

3.3.2 Xây dựng phương trình đường chuẩn 56

3.3.3 Xác định LOD, LOQ 57

3.3.4 Xác định độ đúng và độ lặp lại 59

3.4 ỨNG DỤNG XÁC ĐỊNH MẪU THỰC TẾ 60

3.4.1 Mẫu thuốc trừ sâu được mua trên thị trường 60

3.4.2 Mẫu rau, quả được mua trên thị trường 65

3.4.3 So sánh phương pháp nghiên cứu với phương pháp khác 68

KẾT LUẬN 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Hàm lượng giới hạn tối đa dư lượng acetamiprid trong thực phẩm 6

Bảng 1.2: Phối tử polyme được sử dụng để chuẩn bị AuNPs polyme 20

Bảng 1.3: Ứng dụng AuNPs xác định hàm lượng một số chất phụ gia thực phẩm 27

Bảng 1.4: Ứng dụng AuNPs xác định hàm lượng một số thuốc bảo vệ thực vật trong thực phẩm 27

Bảng 1.5: Ứng dụng AuNPs xác định hàm lượng một số ion độc hại trong nước 29

Bảng 2.1: Công thức tính độ lặp lại 32

Bảng 2.2: Nồng độ của acetamiprid và một số thuốc trừ sâu khác được khảo sát 35

Bảng 2.3: Các thuốc trừ sâu chứa acetamiprid 38

Bảng 2.4: Các hóa chất được sử dụng 42

Bảng 3.1: Bước sóng cực đại của dung dịch khi thêm các loại chất bảo vệ thực vật khác nhau 53

Bảng 3.2: Nồng độ acetamiprid và bước sóng cực đại 55

Bảng 3.4: Bảng so sánh LOD của các phương pháp xác định hàm lượng acetamiprid khác nhau 58

Bảng 3.5: Kết quả đánh giá độ đúng và độ lặp lại của phương pháp nghiên cứu 59

Bảng 3.6: Hàm lượng acetamiprid trong mẫu KHONGRAY 54WP 61

Bảng 3.7: Hàm lượng acetamiprid trong mẫu Chensone 300WP 62

Bảng 3.8: Hàm lượng acetamiprid trong mẫu Ba Đăng 500 WP 64

Bảng 3.9: Hàm lượng acetamiprid xác định được trong các mẫu thuốc trừ sâu 65

Bảng 3.10: Hàm lượng acetamiprid xác định trong mẫu rau bằng thêm chuẩn 66

Bảng 3.11: Kết quả so sánh hàm lượng acetamiprid đo được trong các mẫu thuốc BVTV bằng phương pháp UV–VIS (AuNPs–PDADMAC) và phương pháp HPLC– UV 68

Bảng 3.12: Kết quả so sánh hàm lượng acetamiprid đo trong các mẫu rau được thêm chuẩn bằng phương pháp UV–VIS (AuNPs–PDADMAC) và phương pháp LC – MS/MS 68

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Công thức cấu tạo của acetamiprid 4 Hình 1.2: Cơ chế dập tắt huỳnh quang của AuNPs và phản ứng bật lại huỳnh quang khi thêm chất phân tích 11 Hình 1.3:Quang phổ SERS của acetamiprid 12 Hình 1.4: Bước sóng và độ hấp thụ quang của các dung dịch AuNPs có các kích thước hạt khác nhau 13 Hình 1.5: Màu sắc của các keo vàng nano theo kích thước hạt tăng dần 14 Hình 1.6: Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt 14 Hình 1.7: Ảnh chụp SEM của hạt AuNPs ở một số hình dạng và kích thước khác nhau [14] 16 Hình 1.8: Trùng hợp polyDADMAC (được hiển thị dưới dạng cấu trúc pyrrolidine) 21 Hình 1.9: Giản đồ về các đặc tính của hạt nano vàng (SPR, QDs, MNPs) cho các ứng dụng cảm biến 23 Hình 1.10: Các phương pháp cảm biến dựa trên AuNPs để phát hiện chất phân tích 25 Hình 1.11: Một số cơ chế phát hiện chất phân tích bằng phương pháp so màu [57] 26 Hình 2.1: Biểu diễn sơ đồ của sự hình thành các hạt vàng PDADMAC- nano 31 Hình 2.2: Sơ đồ chuẩn bị dung dịch nano vàng với PDADMAC 34 Hình 3.1:Phổ hấp thụ của dung dịch nano vàng khi có mặt acetamiprid 45 Hình 3.2: Hình thái của các hạt nano vàng: a Khi được ổn định bằng PDADMAC;

b Khi có mặt của chất phân tích acetamiprid 46 Hình 3.3: Cơ chế xác định acetamiprid với các hạt AuNPs-PDADMAC 47 Hình 3.4:Màu sắc của dung dịch AuNPs–PDADMAC tại các nồng độ NaCl khảo sát khi không có mặt acetamiprid 48 Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ NaCl đến bước sóng cực đại khi

có mặt acetamiprid nồng độ 8×10-7 M 49 Hình 3.6: Màu sắc của dung dịch AuNPs–PDADMAC khi không có mặt chất phân tích acetamiprid tại các điều kiện pH khảo sát 50 Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến bước sóng cực đại của dung dịch AuNPs–PDADMAC khi có mặt acetamiprid nồng độ 8×10-7 M 50 Hình 3.8:Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến bước sóng hấp thụ cực đại 51 Hình 3.9: Phổ hấp thụ quang của dung dịch AuNPs với các nồng độ acetamiprid khác nhau (từ 10-7 M đến 2×10-6 M) 52 Hình 3.10: Màu sắc của dung dịch AuNPs khi thêm acetamiprid và một số loại thuốc bảo vệ thực vật khác Hình a: Khảo sát ở nồng độ 2×10-7 M; Hình b: Khảo sát

ở nồng độ 2×10-6

M 54 Hình 3.11:Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính xác định acetamiprid 56

Hình 3.12: Đồ thị đường chuẩn 57 Hình 3.13: Màu sắc của dung dịch AuNPs khi không thêm và thêm mẫu ở 3 mức nồng độ khác nhau 61 Hình 3.14: Phổ hấp thụ quang của dung dịch AuNPs khi thêm mẫu thuốc trừ sâu ở 3 nồng độ 62 Hình 3.15: Màu sắc của dung dịch AuNPs khi không thêm và thêm mẫu ở 3 mức nồng độ khác nhau 63 Hình 3.16:Phổ hấp thụ quang của dung dịch AuNPs khi thêm mẫu thuốc trừ sâu ở 3 nồng độ 63 Hình 3.17:Màu sắc của các dung dịch AuNPs sau khi thêm các mẫu thuốc 64 Hình 3.18: Phổ hấp thụ quang của các dung dịch AuNPs sau khi thêm các mẫu thuốc 65 Hình 3.19:Màu sắc của dung dịch AuNPs khi thêm mẫu rau chưa thêm chuẩn acetamiprid 66 Hình 3.20: Màu sắc của dung dịch AuNPs- PDADMAC khi thêm mẫu rau được thêm chuẩn acetamiprid 67 Hình 3.21:Phổ của dung dịch AuNPs- PDADMAC khi không thêm, thêm các mẫu rau trắng và thêm các mẫu rau thêm chuẩn acetamiprid 67

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Kí hiệu

ADI Aceptable Daily Intake Lượng tiêu thụ hàng ngày chấp

EIS Electrochemical impedance

FIA Flow injection analysis Phân tích dòng chảy

HPLC High performance liquid

chromatography Sắc ký lỏng hiệu năng cao

LC/MS Liquid chromatography – mass

LOD Limit of detection Giới hạn phát hiện

LOQ Limit of quantification Giới hạn định lượng

MRL Maximum Residue Level Mức dư lượng tối đa

ODS Octadecylsilan

PDADMAC Polyme diallyldimethylamonium

clorua

RSD Relative standard deviation Độ lệch chuẩn tương đối

SERS Surface Enhanced Raman

Scattering

Khuếch đại tán xạ Raman bề mặt

SPE Solid-phase extraction Chiết pha rắn

SPR Surface plasmon resonance Cộng hưởng plasmon bề mặt

UPLC Ultra- performance liquid

chromatography Sắc ký lỏng siêu hiệu năng

MỞ ĐẦU

Vàng nano là một trong những vật liệu kích thước nano đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước bởi những tính chất quang học độc đáo của chúng, đặc biệt là hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt (Surface Plasmon Resonance, SPR) và những ứng dụng to lớn của chúng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như xúc tác, điện hoá cảm biến sinh học, khuếch đại tán xạ Raman

bề mặt (Surface Enhanced Raman Scattering, SERS) Một đặc điểm rất thú vị của hạt vàng nano là sự thay đổi màu sắc gây ra do hiệu ứng plasmon cộng hưởng bề mặt, cụ thể là sẽ chuyển từ màu vàng sang đỏ tía, màu tím hoặc màu xanh phụ thuộc vào kích thước hình thái và khoảng cách giữa các hạt

Acetamiprid là một hợp chất hữu cơ với công thức hoá học C10H11ClN4 Acetamiprid là hoạt chất thuộc nhóm neonicotinoid không mùi được sản xuất với tên thương mại là Assail và Chipco của Aventis CropSciences, có tác dụng phòng trừ và kiểm soát các loại côn trùng chích hút trên các loại cây trồng như rau ăn lá, trái cây, cây cảnh,…Tuy nhiên, hiện nay dư lượng acetamiprid trong nhiều loại cây trồng, trái cây có thể gây ra nhiều tác dụng xấu đối với sức khoẻ con người Acetamiprid chủ yếu tác động đến hệ thần kinh trung ương gây chóng mặt nhức đầu, nặng hơn có thể bị kích động, co giật và hôn mê Vì vậy, việc xác định dư lượng acetamiprid là rất cần thiết để bảo vệ sức khoẻ con người Do đó, hiện nay nhiều nghiên cứu khoa học hướng tới các phương pháp xác định hàm hượng acetamiprid một cách nhanh nhất, nhạy nhất và chính xác nhất Có rất nhiều phương pháp được sử dụng để xác định hàm lượng của acetamiprid như quang phổ, sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), sắc ký lỏng ghép nối khối phổ (LC/MS), sắc ký khí (GC), điện hóa, phương pháp phân tích dòng chảy (FIA), phương pháp phổ huỳnh quang,… tuy nhiên các phương pháp này có một số nhược điểm như thiết bị đắt tiền, hoạt động phức tạp, đòi hỏi phải xử lí mẫu,…

Việc phát triển một phương pháp đơn giản, nhanh và hiệu quả về chi phí để xác định acetamiprid là rất cần thiết Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis là phương pháp được quan tâm nghiên cứu do có độ nhạy và độ chính xác khá

cao, quy trình phân tích đơn giản, không tốn kém về hóa chất và trang thiết bị Dựa trên khả năng acetamiprid có thể làm thay đổi các tính chất plasmon bề mặt của hạt nano vàng từ đó làm thay đổi màu sắc của dung dịch, chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu ― Nghiên cứu xác định thuốc bảo vệ thực vật Acetamiprid bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis sử dụng dung dịch nano vàng được ổn định bằng polyme điện tích dương PDADMAC‖ Trong nghiên cứu này, các hạt nano vàng được tổng hợp bằng cách khử HAuCl4 về Au0 bằng NaBH4, và được ổn định bằng các polyme tích điện dương (polycation) PDADMAC thay vì sử dụng chất ổn định truyền thống là citrate nhằm nâng cao độ nhạy của phương pháp phân tích Đây là một trong những nghiên cứu đầu tiên sử dụng hệ PDADMAC-AuNPs

để xác định acetamiprid bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis

PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung về acetamiprid

1.1.1 Tình hình sử dụng thuốc bảo vệ thực vật ở Việt Nam

Hiện nay, nhu cầu sử dụng thuốc bảo vệ thực vật ngày càng tăng cả về số lượng và chủng loại Theo Cục Bảo vệ thực vật – Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (2013), số lượng và giá trị nhập khẩu thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) của nước ta đều tăng lên trong thời gian qua Trước năm 1990, lượng thuốc BVTV nhập khẩu quy đổi thành phẩm là 13.000 – 14.000 tấn, giá trị khoảng 10 triệu USD, đến năm 2012 số lượng và giá trị nhập khẩu đã tăng lên 103.500 tấn với khoảng 700 triệu USD Sang năm 2013, cụ thể là 11 tháng đầu năm, kim ngạch nhập khẩu thuốc trừ sâu và nguyên liệu là 695,5 triệu USD, tăng 10,99 % Sau cách mạng xanh, việc

sử dụng thuốc trừ sâu hóa học cho cây trồng ngày trở nên phổ biền và dần trở thành tập quán canh tác của hầu hết nông dân [3]

Trước những năm 1990, thuốc trừ sâu chiếm khoảng 83,3 % tổng lượng thuốc (BVTV) nhập khẩu, thuốc trừ bệnh 9,5 %, thuốc trừ cỏ dưới 4 %, thuốc khác 3,1 %; đến năm 2012, thuốc trừ sâu chỉ chiếm 20,4 %, thuốc trừ bệnh 23,2 %; thuốc trừ cỏ tăng lên 44,4 %; các thuốc khác chiếm 12 % so với tổng khối lượng thuốc nhập khẩu Việc sử dụng các loại thuốc trừ sâu ở các vùng nông nghiệp là không đồng đều, phụ thuộc vào mức độ phát sinh, gây hại của các dịch bệnh hại cây trồng và tập quán canh tác của người dân [3]

Ngoài những hiện trạng nêu trên, việc sử dụng thuốc trừ sâu không đúng kỹ thuật cũng khá phổ biến hiện nay Sử dụng thuốc trừ sâu không đúng kỹ thuật, lạm dụng thuốc trừ sâu đã khiến cho các loài sâu bệnh nhờn thuốc, kháng thuốc, hại các sinh vật có lợi, … gây nên tình trạng sâu bệnh bùng phát mạnh hơn Nhiều hộ nông dân không tuân thủ đúng quy định: sử dụng thuốc có độ độc hại cao, pha nhiều loại thuốc trong 1 lần phun, phun tăng liều lượng; sau khi phun thuốc chưa đảm bảo đủ thời gian cách ly và phân hủy thuốc đã thu hoạch nông sản và bán cho người tiêu dùng diễn ra khá phổ biến Thực trạng trên đã gây nhiều khó khăn cho công tác

quản lý hoạt động kinh doanh và sử dụng thuốc trừ sâu, gây mất an toàn vệ sinh thực phẩm, làm tăng chi phí sản xuất [3]

Việc kinh doanh và sử dụng thuốc trừ sâu không đúng quy định như trên đã làm gia tăng tình trạng ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng tiêu cực tới sức khỏe cộng đồng Lượng thuốc trừ sâu được phun cây trồng hấp thụ một phần, một phần bị rửa trôi theo nước mưa ra sông, suối, ngấm sâu xuống lòng đất, một phần bị bốc hơi vào khí quyển Như vậy ảnh hưởng của thuốc trừ sâu đến môi trường là rất lớn Trong môi trường nông nghiệp thuốc trừ sâu cùng với phân bón hóa học là hai nhân tố chính phá hủy môi trường [3]

1.1.2 Tính chất vật lý, hoá học của acetamiprid

Acetamiprid có tên IUPAC là ((E)-N1-[(6-chloro-3-pyridyl) metyl] – N2 – cyano-N1- metylacetamdine) là thuốc BVTV neonicotinoid mới, phổ rộng được sử dụng rộng rãi để diệt côn trùng và kiểm soát các loại côn trùng trên các loại cây trồng khác nhau, đặc biệt là rau, hoa quả và cây chè Acetamiprid có công thức phân

tử là C10H11ClN4 và công thức cấu tạo như cho trong hình 1.1 Mặc dù được phân loại là chất không có khả năng gây ung thư nhưng acetamiprid được coi là nguyên nhân gây ra co thắt đại tràng ở người [43]

Hình 1.1: Công thức cấu tạo của acetamiprid

Acetamiprid là tinh thể màu trắng, khối lượng phân tử M = 222,67 g/mol Nhiệt độ nóng chảy là 101 0C đến 103,3 0C và áp suất hơi nhỏ hơn 0,33.10-6 Pa (25

0C) Acetamiprid tan ít trong nước với độ hòa tan trong nước là 4,2 g/l Tan tốt trong dung môi hữu cơ như acetone, methanol, ethanol, dichlorometan,

chlorofome…Acetamiprid ổn định trong môi trường trung tính hoặc axit, bảo quản

ở nhiệt độ phòng trong khoảng 2 năm Bị phân hủy tại pH = 9 ở 45 0

C và không bị phân hủy dưới ánh sáng mặt trời

1.1.3 Cơ chế hoạt động

Acetamiprid là một chất phản ứng theo cơ chế giống nicotin [31] Các neonicotinoid hoạt động như chất chủ vận phản ứng với các thụ thể acetylcholine nicotinic (nACh-R) Những thụ thể này được đặt trong các nhánh sau của tất cả các

tế bào thần kinh trong não, tủy sống, hạch và các khớp nối cơ Việc kích hoạt các thụ thể nACh-R gây ra tăng động và co thắt cơ, dẫn đến tê liệt và cuối cùng là chết Acetamiprid có độc tính cao đối với côn trùng, nhưng ít gây hại cho động vật có vú Điều này có lẽ là do một dạng thụ thể khác ở động vật có xương sống

Acetamiprid có thể sử dụng để phun, xử lý hạt giống, bón vào đất và có hiệu

lực diệt trứng, các loại sâu trưởng thành bộ Hemiptera, Lepidoptera và

Thysanoptera Hoạt chất tác động đến côn trùng thông qua con đường tiếp xúc hoặc

ở một mức độ thấp hơn bằng cách thấm qua lớp cutin Acetamiprid có hiệu lực kéo dài đến vài tuần đối với các loài rệp, rầy gây hại ở phía dưới của lá cây

Ở nhiệt độ 25 oC thời gian bán phân hủy (DT50) của acetamiprid là 8,2 ngày đối với các loại đất háo khí Trong các loại đất háo khí quá trình phân giải xảy ra rất nhanh nhưng trong điều kiện yếm khí xảy ra rất chậm Trong lớp đất mặt acetamiprid cần vài tuần cho việc phân giải một nửa lượng hoạt chất Tuy nhiên, cần tới vài tháng

để rửa trôi xuống tầng đất sâu hơn hay tới lớp bùn ở bên dưới

Acetamiprid dễ bị biến đổi trong đất và hoàn toàn bị phân giải trong các loại đất Tuy nhiên trong nước với điều kiện nhiệt độ môi trường acetamiprid bền vững với quá trình thủy phân, còn quá trình quang hóa xảy ra tương đối chậm

1.1.4 Quy định về dư lượng acetamiprid trên rau quả

Thông tư quy định giới hạn tối đa dư lượng thuốc BVTV trong thực phẩm năm 2016 [4], đã quy định rõ hàm lượng giới hạn tối đa dư lượng acetamiprid trong

thực phẩm được sản xuất trong nước và nhập khẩu (bảng 1.1)

Bảng 1.1: Hàm lượng giới hạn tối đa dư lượng acetamiprid trong thực phẩm

Các loại cải bông (bao gồm

Các loại rau ăn quả (trừ bầu

Trừ ngô ngọt và nấm

Các loại nho 0,5

Mỡ động vật có vú (trừ chất

(*): tại ngưỡng phát hiện hoặc về ngưỡng phát hiện

1.2 Tác động của acetamiprid đến kinh tế và sức khoẻ con người

Acetamiprid là một loại thuốc BVTV thuộc nhóm neonicotinoid, nhóm thuốc BVTV này được ra đời vào đầu những năm 1990 Là một loại thuốc BVTV được dùng để kiểm soát sâu bệnh, ngoài ra còn dùng để diệt bọ chét trên chó và mèo

Acetamiprid chủ yếu nhắm vào hệ thống thần kinh trung ương và có thể gây chóng mặt, nhức đầu và an thần cũng như kích động, co giật và hôn mê Ngoài ra, acetamiprid có liên quan đến tăng nguy cơ buồn nôn, nôn mửa và tiêu chảy cũng như đau bụng và kích ứng mắt nghiêm trọng [29]

Theo một bài báo đăng trên trang web Pub Chem acetamiprid gây ra các ảnh

hưởng đến các loài động vật khác nhau như cá, động vật không xương sống và các loài thực vật thủy sinh như tảo và các sinh vật sống trong trầm tích Đối với các loại động vật trên cạn, acetamiprid gây ảnh hưởng tới chim, động vật có vú, ong mật và các động vật chân đốt [74]

1.3 Các phương pháp xác định acetamiprid

Hiện nay, có nhiều phương pháp để xác định acetamiprid bao gồm sắc ký lỏng [17, 26, 28], sắc ký khí [77], điện hoá [38, 54] và phương pháp quang phổ [47,

50, 64, 69]…

1.3.1 Phương pháp điện hoá

Phương pháp điện hoá xác định acetamiprid chủ yếu dựa trên các cảm biến điện hóa sử dụng các hạt nano để biến tính bề mặt điện cực, ví dụ, hạt nano Au, nano silica, nano bán dẫn,…Cảm biến điện hóa được chia thành 3 loại là điện thế, đo dòng và đo độ dẫn

Lifang Fan và các cộng sự [38] đã phát triển một cảm biến điện hóa đơn giản

để phát hiện acetamiprid với độ nhạy và độ chọn lọc cao dựa trên quang phổ điện hóa (EIS) Để tăng độ nhạy của cảm biến điện hóa, các tác giả đã sử dụng hạt nano vàng (AuNPs) phủ trên bề mặt điện cực bằng phương pháp vôn–ampe vòng Khi có mặt acetamiprid, phức hợp acetamiprid – aptamer hình thành dẫn đến tăng khả năng

di chuyển điện từ (Ret) và sự thay đổi này là phụ thuộc vào nồng độ acetamiprid Phương pháp có khoảng tuyến tính rộng từ 5 nM đến 600 nM và giới hạn phát hiện thấp là 1 nM Phương pháp đã được áp dụng để xác định acetamiprid trong các mẫu thực, nước thải và cà chua

Taghdisi và các cộng sự [54] đã sử dụng cảm biến trên cơ sở hạt nano silica được phủ với dsDNA để xác định acetamiprid Khi có mặt acetamiprid, xanh metylen (MB) được giải phóng và được phát hiện tại điện thế khá thấp là – 0,27 V trên điện cực vàng Phương pháp này cho độ chọn lọc cao, giới hạn phát hiện thấp là

153 pM Phương pháp đã được áp dụng thành công để xác định acetamiprid trong nước và huyết thanh với LOD lần lượt là 161 pM và 209 pM

1.3.2 Phương pháp sắc ký

1.3.2.1 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)

Phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để xác định acetamiprid Allah Nawaz và các cộng sự (2015) [7] đã sử dụng phương pháp HPLC để xác định acetamiprid trong các loại rau (ớt, cà chua, súp lơ, dưa chuột) và hoa quả (xoài, táo) tại bước sóng 254 nm, áp suất 2000 – 2400 psi, cột: C18 (ODS) 15cm – 6 mm, tốc độ của pha động (metanol : nước = 60 : 40) là

1 ml/phút Khi sử dụng các dung môi chiết khác nhau như ethyl acetate, dichlorometan + acetone với tỉ lệ 8:2, than hoạt tính và florisil… cho thấy ethyl acetate cho hiệu suất thu hồi là 90 – 96%, trong khi với dichlorometan + acetone với tỉ lệ 8:2 cho độ thu hồi thấp hơn là 87 – 95%, than hoạt tính và florisil cho độ thu hồi là 70 – 78%

Ferenc Gaal và các cộng sự (2009) [26] phát triển một nghiên cứu dựa trên phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC) Hỗn hợp acetamiprid và axit 6-chloronicotinic được xác định đồng thời tại bước sóng 254 nm Đường chuẩn của acetamiprid và axit 6-chloronicotinic tuyến tính lần lượt trong khoảng nồng độ 0,44 – 28,9 µg/ml và 0,83 – 28,2 µg/ml

Phương pháp dựa trên sắc ký lỏng siêu hiệu năng (UHPLC) kết hợp với phổ khối phân giải cao Orbitrap được phát triển để xác định các thuốc trừ sâu nhóm neonicotinoid (imidacloprid, acetamiprid, clothianidin, dinotefuran,…) và chất chuyển hóa acetamiprid-n-đimetyl trong mẫu nước tiểu [41] Cột TurboFlowTM có kích cỡ 50 x 0,5 mm, cỡ hạt 60 µm, cỡ lỗ 60 Å Cột chiết pha rắn SPE (solid-phase

extraction) có kích cỡ 20 x 4,6 mm, cỡ hạt 25 µm, cỡ lỗ 80 Å Hệ thống sắc kí được ghép nối với một máy quang phổ khối lượng Quá trình thực hiện với dung dịch chứa axit fomic 0,1 % (v/v) và amoni fomat 4 mM Tổng thời gian phân tích là 13,50 phút bao gồm làm sạch và cân bằng các bước Tốc độ dòng chảy 0,25 ml/ phút, nhiệt độ cột là 25 0C và dung tích thuốc 100 µl Hiệu suất thu hồi dao động từ

78 % - 116 %, giới hạn định lượng (LOQ) cho tất cả các chất là 0,2 µg/l

1.3.2.2 Phương pháp sắc ký khí

Phương pháp sắc ký khí không được sử dụng phổ biến bằng phương pháp sắc

kí lỏng để xác định acetamiprid nhưng cũng đã được một số nhà khoa học sử dụng trong nghiên cứu của mình Weiqian Liang và các cộng sự (2017) [65] đã sử dụng phương pháp sắc kí khí ghép nối khối phổ (GC – MS) kết hợp với chiết pha rắn sử dụng pha tĩnh rắn làm bằng trấu của lúa mạch được cacbon hóa để xác định 12 loại thuốc trừ sâu (tsumacide, fenobucarb, diethofencarb, thimet, terbufos, malathion, thiamethoxam, imidacloprid, buprofezin, acetamiprid, thiamethoxam) trong các mẫu rau Sau khi khảo sát các điều kiện tối ưu như thời gian chiết, pH mẫu, độ muối, tốc độ khuấy, thời gian rửa giải, khoảng tuyến tính thu được là 0,2 – 75,0 µg/kg đối với mẫu cà chua và 0,3 – 60,0 µg/kg đối với dưa chuột, với hệ số tương quan từ 0,9959 – 0,9983 Giới hạn phát hiện (LOD) của phương pháp là 0,01 – 0,05 µg/kg với mẫu cà chua và 0,03 – 0,10 µg/kg đối với dưa chuột Hiệu suất thu hồi trong khoảng 76% – 104%

1.3.2.3 Phương pháp quang phổ

Phương pháp cảm biến đo màu: Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt hạt

AuNPs rất nhạy với mức độ tập hợp và kích thước của hạt Do đó, khi có mặt các chất phân tích gây ra sự thay đổi mức độ tập hợp của hạt sẽ kéo theo sự thay đổi màu của dung dịch

Xu Q., và các cộng sự (2011) [69] thấy rằng các phân tử acetamiprid có khả năng gắn trực tiếp lên bề mặt của AuNPs khi bị khử bằng citrate, dẫn đến sự kết tụ các hạt AuNPs và màu sắc của hạt nano biến đổi từ màu đỏ sang xanh, rất phù hợp

cho xác định nồng độ acetamiprid trong dung dịch nước Phương pháp này cũng đã thành công áp dụng để phát hiện acetamiprid trong rau xanh, cà tím và dưa chuột với khoảng tuyến tính từ 0,66 µM đến 66 µM và giới hạn phát hiện LOD là 0,044

µM

Weerathunge và các cộng sự (2014) [64] đã chứng minh aptamer-nanozyme cho phát hiện nhanh, có chọn lọc và nhạy acetamiprid dựa trên sự ức chế hoạt động giống peroxidase của AuNPs Phương pháp dùng để xác định các thuốc trừ sâu là phorate (với khoảng tuyến tính từ 0,01–1,3 µM và LOD là 0,01 nM), omethoate (với khoảng tuyến tính từ 0,1 µM–10 µM và LOD là 0,1 µM), malathion (với khoảng tuyến tính từ 0,01 nM–0,75 nM và LOD là 1,94 pM), acetamiprid (với khoảng tuyến tính từ 0,1 mg/L–10 mg/L và LOD là 1,8 mg/L) trong các mẫu táo, đất, nước hồ và nước sinh hoạt

Phương pháp cảm biến huỳnh quang: là phương pháp được thực hiện chủ

yếu dựa trên quá trình dập tắt và phục hồi cường độ huỳnh quang hoặc truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang AuNPs hoạt động như một chất dập tắt huỳnh

quang, và huỳnh quang phục hồi khi có mặt của acetamiprid (hình 1.2) Sự tương

tác giữa các phân tử huỳnh quang và AuNPs gây ra sự thay đổi của cường độ huỳnh quang

Hình 1.2: Cơ chế dập tắt huỳnh quang của AuNPs và phản ứng bật lại huỳnh quang

khi thêm chất phân tích

Wang và các cộng sự [61] đã nghiên cứu một aptasensor huỳnh quang dựa trên IFE giữa AuNPs và các chấm cacbon để phát hiện acetamiprid Khi thêm

acetamiprid, cường độ huỳnh quang được phục hồi và tỷ lệ thuận với nồng độ acetamiprid Phương pháp được sử dụng để phát hiện acetamiprid trong rau củ với khoảng tuyến tính từ 5 µg/L đến 100 µg/L và giới hạn phát hiện LOD là 1,08 µg/L

Bahreyni và các cộng sự (2018) [9] đã phát triển một aptasensor huỳnh quang để phát hiện acetamiprid trong nước máy với khoảng tuyến tính từ 5 nM đến

50 nM và giới hạn phát hiện LOD là 2,8 nM Liu và các cộng sự [41] đã phát triển một phương pháp bật huỳnh quang dựa trên sự truyền năng lượng cộng hưởng phát quang giữa các hạt nano chuyển đổi và AuNPs để phát hiện các thuốc trừ sâu có chứa nhóm cyano là acetamiprid (với khoảng tuyến tính 0,01 µg/L – 100 µg/L, LOD là 0,015 µg/L), fenpropathrin (khoảng tuyến tính từ 1 µg/L – 100 µg/L, LOD

là 0,24 µg/L), chlorothalonil (với khoảng tuyến tính 0,1 µg/L – 50 µg/L, LOD là 0,015 µg/L) trong thảo dược

Phương pháp tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS): dựa trên sự tăng

cường đáng kể của tín hiệu Raman, thường lên đến 6 bậc độ lớn, từ bề mặt kim loại thô do tăng cường điện hóa và hóa học Các bề mặt có cấu trúc nano của Au, Ag,

Cu là các chất nền hoạt động SERS phổ biến nhất SERS cung cấp những đặc trưng của các chất phân tích với độ nhạy cao ở nồng độ nanomol đến picomol ngay ở cấp đơn phân tử Do đó, SERS là một phương pháp được phát triển mạnh trong phân tích phát hiện thuốc trừ sâu vì độ nhạy cao, tính chọn lọc tốt, nhanh

Hình 1.3:Quang phổ SERS của acetamiprid

Dowgiallow A M và cộng sự (2019) [23] đã nghiên cứu phương pháp SERS

để xác định giới hạn phát hiện của nhiều loại thuốc trừ sâu bằng SERS trên mẫu vỏ

táo Kết quả thu được acetamiprid có giới hạn phát hiện LOD là 0,01 ppm, các thuốc trừ sâu khác cho giới hạn phát hiện LOD từ 0,1 đến 10 ppm

Một trong những tính chất quan trọng của AuNPs là hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt, với kích thước của hạt AuNPs từ 1 nm đến khoảng 100 nm Các kích thước của hạt AuNPs khác nhau dẫn đến sự thay đổi về bước sóng hấp thụ cực đại (λmax) và độ hấp thụ quang của dung dịch (Abs) (hình 1.4) Kích thước hạt giảm

dần cũng gây ra sự thay đổi màu sắc so với màu sắc của vật liệu vàng dạng khối

ban đầu từ màu vàng ban đầu sang màu đỏ, đỏ rượu (hình 1.5)

Hình 1.4: Bước sóng và độ hấp thụ quang của các dung dịch AuNPs có các kích

thước hạt khác nhau

Hình 1.5: Màu sắc của các keo vàng nano theo kích thước hạt tăng dần

Hiện tượng ―cộng hưởng plasmon bề mặt‖ (SPR) được giải thích là: điện trường của sóng điện từ tác động lên các electron tự do trên bề mặt hạt nano, làm

electron bị dồn về một phía, gây ra sự phân cực (hình 1.6) [60, 76] Sau đó, dưới tác

dụng của lực phục hồi Coulombic, các electron sẽ trở lại vị trí ban đầu Vì có bản chất sóng, nên điện trường dao động làm cho sự phân cực này dao động theo Sự dao động này được gọi là ―plasmon‖ Khi tần số dao động của đám mây electron trùng với tần số của một bức xạ điện từ nào đó, sẽ gây ra sự dao động hàng loạt của các electron tự do Hiện tượng này gọi là ―cộng hưởng plasmon bề mặt‖ (SPR)

Hình 1.6: Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt

Như vậy, hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt là sự kích thích các electron tự do bên trong vùng bán dẫn, dẫn tới sự hình thành các dao động đồng

pha Khi kích thước của một tinh thể nano kim loại nhỏ hơn bước sóng của bức xạ tới, khi tần số photon tới cộng hưởng với tần số dao động của electron tự do ở bề mặt sẽ xuất hiện hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt Đối với hạt AuNPs hình cầu, dao động cộng hưởng plasmon dẫn tới sự hấp thụ mạnh của ánh sáng vùng khả kiến Điều này dẫn tới sự thay đổi lớn về màu sắc của dung dịch AuNPs Số lượng

và vị trí của dải plasmon phụ thuộc chủ yếu vào kích thước và hình thái của hạt AuNPs Vì vậy, peak cộng hưởng có thể xuất hiện trong vùng khả kiến đến vùng hồng ngoại gần Ngoài ra, hằng số điện môi của vật liệu cấu trúc nano, chỉ số khúc

xạ của môi trường xung quanh, trạng thái của bề mặt (dung môi, chất ổn định) hay khoảng cách giữa các hạt cũng ảnh hưởng đến vị trí và hình dạng của cộng hưởng plasmon bề mặt [60]

1.4.1 Chế tạo hạt nano vàng

Có hai nhóm phương pháp để tạo vật liệu nano, phương pháp từ dưới lên và phương pháp từ trên xuống Phương pháp từ dưới lên là tạo hạt nano từ các ion hoặc các nguyên tử kết hợp lại với nhau Phương pháp từ trên xuống là phương pháp tạo vật liệu nano từ vật liệu khối ban đầu Các phương pháp từ trên xuống ít được dùng hơn nhưng thời gian gần đây đã có những bước tiến trong việc nghiên cứu theo phương pháp này [2]

Đối với hạt nano kim loại như hạt nano vàng, bạc, bạch kim,… phương pháp thường được áp dụng là phương pháp từ dưới lên Vàng có các trạng thái oxy hóa khác nhau bao gồm Au3+ (auric), Au+ (aurous) và nguyên tử Au0 Nguyên tắc là khử các ion kim loại vàng để tạo thành các nguyên tử vàng Các nguyên tử sẽ liên kết với nhau tạo ra hạt nano Phương pháp tổng hợp hóa học các hạt AuNPs , liên quan đến việc khử muối của kim loại vàng trong dung dịch và xảy ra theo 2 giai đoạn [32, 53] Trong giai đoạn đầu tiên, các ion kim loại bị khử thành các nguyên tử kim loại,

va chạm nhanh với nhau tạo thành các hạt nhân tứ diện ổn định có kích thước từ 1 –

2 nm Nồng độ ban đầu của các hạt nhân phụ thuộc vào nồng độ chất khử, dung môi, nhiệt độ, thế khử của phản ứng,…Giai đoạn này thường xảy ra trong vài giây

và không đồng nhất về kích thước và hình dạng của AuNPs AuNPs có thể tồn tại

dưới dạng hình cầu, hình que, khối bát diện, lục giác, tứ diện,…(hình 1.7)[14] Sự

phát triển hạt xảy ra trong giai đoạn thứ hai, các ion kim loại trên bề mặt hạt nhân bị khử, chất ổn định được thêm vào để làm ổn định bề mặt của AuNPs, ngăn cho chúng kết tụ lại, thông qua lực đẩy Coulombic [75] hoặc cản trở steric [53] Ví dụ

về các tác nhân khử bao gồm axit citric [18], axit ascobic [12], natriborohydride [11], axit oxalic [56], sulfit [45], hydro peroxit [59] Các chất ổn định có thể là các tác nhân thiol, hoặc các chất mang điện tích dương [72]

Hình 1.7: Ảnh chụp SEM của hạt AuNPs ở một số hình dạng và kích thước khác

nhau [14]

Trong quá trình tổng hợp, axit chloroauric (HAuCl4) thường được sử dụng làm tiền chất để điều chế AuNPs Ngoài ra, còn cần một chất làm ổn định để ngăn chặn việc kết tụ của các hạt AuNPs hình thành trong quá trình tổng hợp HAuCl4được trộn với chất khử yếu khi có mặt các chất ổn định thích hợp (có thể là DNA aptamer, protein, chất hoạt động bề mặt trung tính, adenosine triphosphate, cysteine, lipoic axit,…)[57], sau đó dung dịch được làm nóng [53], chiếu xạ vi sóng [34], sử dụng bức xạ tử ngoại, khả kiến [5],… để khử AuCl4- về Au Khi thay thế tác nhân khử yếu bằng một chất khử mạnh, phản ứng chỉ cần tiến hành ở môi trường nhiệt độ phòng

Faraday đã đi tiên phong trong việc phát triển phương pháp tổng hợp AuNPs

có kích thước 5 nm bằng cách khử HAuCl4 trong dung dịch photpho–ete [19] Trong quá trình tổng hợp, màu sắc của dung dịch hỗn hợp thay đổi từ nâu, xám, tím đến đỏ đậm, có thể dễ dàng phân biệt bằng mắt thường

Phương pháp Turkevich là một trong những phương pháp phổ biến nhất, đơn giản và tốn chi phí thấp được sử dụng để tổng hợp các hạt AuNPs có kích thước khoảng 10-50 nm dạng cầu, phân tán trong nước với độ bền cao AuNPs được tạo thành bằng phản ứng giữa dung dịch nóng HAuCl4 với natri citrate trong đó natri citrate vừa đóng vai trò làm chất khử vừa là tác nhân làm bền Các hạt AuNPs được

ổn định bề mặt bằng citrate đã được sử dụng để phát hiện các thuốc trừ sâu photphat hữu cơ [59]

D' Souza và các cộng sự (2014) [24] nghiên cứu việc tổng hợp AuNPs bằng việc sử dụng axit ascorbic thông qua quá trình khử thủy nhiệt của HAuCl4 ở 100 ºC trong 10 phút Dải SPR của AuNPs được quan sát thấy ở bước sóng 525 nm với kích thước hạt cỡ 14,5 nm Park và cộng sự (2011) [48] tiến hành tổng hợp AuNPs bằng cách ủ heparin với HAuCl4 ở 60 ºC trong 20 giờ, thu được các hạt AuNPs có kích thước cỡ 20 nm và dải SPR ở 524 nm Barman và các cộng sự (2013) [10] tiến hành tổng hợp AuNPs có độ ổn định cao bằng cách khử HAuCl4 bằng axit trichloroacetic khi có mặt của cetyltrimethylamonium bromide (CTAB) Sự phân

tán của các hạt AuNPs ổn định trong hơn 6 tháng Ở đây, axit ascobic, heparin và axit trichloroacetic đều hoạt động với vai trò vừa là tác nhân khử vừa là chất ổn định trong việc tổng hợp AuNPs

Phương pháp khử hóa học tiếp theo là phương pháp Brust, được phát triển bởi Brust và Schiffrin [11] vào đầu những năm 1990 Các hạt vàng nano chế tạo theo phương pháp này có kích thước trung bình khoảng 5-6 nm NaBH4 đóng vai trò là tác nhân khử, còn tetraoctylammonium bromide (TOAB) đóng vai trò là chất xúc tác chuyển pha và chất làm bền Tuy nhiên, TOAB không bao bọc xung quanh hạt nano một cách bền vững, do đó dung dịch sẽ bị kết tủa sau khoảng thời gian 2 tuần Để hạn chế hiện tượng này, sử dụng một tác nhân làm bền khác mạnh hơn ví

dụ như thiol (alkanethiol), có thể liên kết cộng hóa trị với hạt vàng nano

Năm 2009, Steven D Perault và Warren C W Chan [55] đã phát minh ra phương pháp mới để tổng hợp vàng nano (phương pháp Perault), sử dụng hydroquinone để khử HAuCl4 trong dung dịch có chứa sẵn các hạt vàng nano Trong phương pháp này, các hạt vàng nano có thể đóng vai trò là chất cầu nối với hydroquinone để xúc tác việc khử các ion vàng trên bề mặt Sự tồn tại các chất ổn định như các ion citrate có thể giúp các hạt lớn lên một cách có kiểm soát và tạo ra các hạt nano với kích thước rất lớn, khoảng 30-250 nm

Một phương pháp khử hóa học khác được nhóm tác giả Matthew N Martin phát minh vào năm 2010, gọi là phương pháp Martin [42] Phương pháp này tạo ra các hạt vàng nano trong nước bằng cách khử HAuCl4 bằng NaBH4 Mặc dù không

sử dụng các chất hoạt động bề mặt như citrate, nhưng các hạt vàng nano vẫn có độ phân tán cao

Poovathinthodiyil Raveendran và cộng sự (2006) [49] lần đầu tiên sử dụng phương pháp xanh để tổng hợp vàng nano với dung môi là nước, chất khử là β-D-glucose và chất ổn định là tinh bột Sau đó, nhóm tác giả này đã sử dụng β-D-glucose vừa làm chất khử và chất ổn định để tổng hợp vàng nano Bên cạnh glucose

và tinh bột, chitosan là một polysaccharide được sử dụng nhiều cho mục đích này bởi hai lý do sau: Thứ nhất, chitosan là dẫn xuất của chitin – polysaccharide có mặt rộng rãi trong tự nhiên Thứ hai là, sự có mặt của một lượng lớn các nhóm amino (-

NH2) và nhóm hydroxyl (-OH) tự do trong mạch chitosan đã làm cho chitosan có những đặc tính hóa lý đặc biệt như polycation, tạo phức và tạo màng Theo Ling Huang và cộng sự (2007) [40], chitosan được sử dụng nhiều để làm chất khử và chất

ổn định trong tổng hợp vàng nano do có cấu trúc giàu oxy trong nhóm hydroxyl và ete Hơn nữa, chitosan là một polymer có tính tương hợp sinh học, phân hủy sinh học, do đó ngày càng có nhiều công trình sử dụng chitosan để tổng hợp nano vàng

1.4.2 Tổng hợp AuNPs bằng các polyme

Gần đây, các hạt nano Au được ổn định bằng các polyme như heparin, axit hyaluronic, chitosan, dextran, pullulan, dẫn xuất cellulose, maltose, natri alginate, xanthangum, gelatin, PSS, PCL, PEG, PEI, DDT-PVAc & PTMP-PVAc, PVCL, PDDA, Thiolate PVP, PDMA và các chất đồng trùng hợp từ PDMA, PS-b-PAA, PMOEGMA, PMEO2MA, [46](bảng 1.2) Các phối tử polymer này có nhiều ưu

điểm như cải thiện độ bền của hạt nano vàng, tăng cường độ ưa nước của bề mặt, cải thiện khả năng tương thích sinh học [20]

Kích thước hạt nano vàng có thể được kiểm soát bởi tỷ lệ các polyme được

sử dụng Các polyme như polystyrene (PS), polyethyleneimine (PEI), poly (axit acryloyl amino-phenyl arsonic) (PAAPHA) vừa đóng vai trò chất khử vừa đóng vai trò chất ổn định Tuy nhiên, trong đa số trường hợp các hạt nano vàng được tổng hợp bằng cách sử dụng tác nhân khử phổ biến là natri borohydride (NaBH4) Kích thước phân bố P-AuNPs cũng có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi khối lượng mol và mức độ phân nhánh của PEI như được chứng minh bởi Muddineti và các

cộng sự [44]

Bảng 1.2: Phối tử polyme được sử dụng để chuẩn bị AuNPs polyme

Heparin Anionic, glycosaminoglycan sunfat, nhạy UV

Axit

hyaluronic

Glycosaminoglycan hòa tan trong nước, không chứa sunfat

Chitosan Cationic, β D-glucosamine và N-axetyl-D- glucosamine ưa nước Dextran Các đơn vịD-glucopyranosyl cationic, liên kết với nhau, ưa nước Pullulan Đơn vị cation, amphiphilic, maltotriose, ưa nước

Cellulose β (1"4) liên kết các đơn vị D-glucose

Guar gum Cationic, galactomannan

Tinh bột Các đơn vị glucose được nối với nhau bằng liên kết glycosidic Mạch nha Disaccharide được hình thành từ hai đơn vị glucose kết hợp với

trái phiếu α (1"4) Gelatin Từ da heo, ổn định nhiệt

PSSs Anionic, có khả năng hình thành lớp polyelectrolyte theo lớp

Ps-b-PAA Đáp ứng dung môi

PMOEGMA Đáp ứng dung môi

PMEO2MA Đáp ứng dung môi

Viết tắt: PSS: poly (styrene sulfonate); PCL: poly (-caprolactone); PEI: poly

(ethylene imine); PVCL: poly (N-vinyl caprolactam); PDDA: poly (diallyldimethylammonium); PDMA: poly (dimethylsiloxane); PNIPAM-b-

PVPRD: poly (N-isopropylacrylamide)-b-poly (N-vinyl-2-pyrrolidone); PS-b- PAA: (polystyrene-b-poly (axit acrylic); PMOEGMA: (poly (oligo (ethylene glycol) methyl methacrylate; PMEO2MA: poly (2-(2-methoxyethoxy) ethyl methacrylate

1.4.3 PolyDADMAC

Poly(diallyldimethylammonium clorua) - Polyme DADMAC lần đầu tiên được Giáo sư George Butler tổng hợp và nghiên cứu vào năm 1957 tại Đại học Florida [13] Polyme này hòa tan trong nước, trái ngược với các polyme tổng hợp khác được hình thành bằng cách trùng hợp các monome có chứa nhiều hơn một chức năng vinyl

Trọng lượng phân tử PDADMAC thường nằm trong khoảng trăm nghìn gam

và thậm chí lên đến một triệu cho một sản phẩm PolyDADMAC thường được cung cấp dưới dạng chất lỏng cô đặc có hàm lượng rắn trong khoảng 10 đến 50 % Đây là một polymer cation có mật độ điện tích cao, rất phù hợp cho ứng dụng keo tụ

Đơn phân DADMAC được tạo thành bằng cách cho allyl chlorua phản ứng với dimethylamin PolyDADMAC sau đó được tổng hợp bằng cách trùng hợp gốc DADMAC sử dụng một peroxit hữu cơ làm chất xúc tác Có thể có hai cấu trúc cao phân tử tạo thành khi trùng hợp DADMAC: cấu trúc piperidin được thế N hoặc cấu

trúc pyrrolidin được thế N- trong đó cấu trúc pyrrolidine được ưu tiên (hình 1.8)

Hình 1.8: Trùng hợp polyDADMAC (được hiển thị dưới dạng cấu trúc pyrrolidine)

Tính chất của PDADMAC

Poly (diallyldimethylammonium chloride) (PDADMAC) là đại diện điển hình của polyelectrolyte hòa tan trong nước sở hữu các nhóm amoni bậc bốn ưa nước, tích điện dương PDADMAC thường được sử dụng để tạo ra nhiều lớp (màng)

có độ bao phủ và cấu trúc mong muốn, ứng dụng làm màng trao đổi anion cho pin

nhiên liệu [8]

(1) Không phát hiện thấy các nhóm amin tự do trong PDADMAC;

(2) Một lượng nhỏ ion sunfat có trong PDADMAC;

(3) Sự thay đổi cấu trúc phụ thuộc vào pH là do sự chuyển đôi ion sunfat thành ion bisunfat ở pH thấp

(4) Sự thay đổi cấu trúc phụ thuộc pH dẫn đến độ linh động điện di khác nhau và độ nhớt nội tại ở cường độ ion thấp;

(5) Liên kết anion trong phân tử ở nồng độ ion sunfat thấp và liên phân tử ở nồng độ ion sunfat cao

lượng bùn so với chất đông tụ vô cơ

- Công nghiệp giấy và bột giấy: PDADMAC được sử dụng để kiểm soát các chất gây xáo trộn trong quá trình sản xuất giấy bằng cách ổn định bột giấy cơ học

và cao su Được sử dụng trong vòng tuần hoàn ngắn của nhà máy giấy để tăng cường khả năng giữ nước và khử nước Ngoài ra, PDADMAC có thể được sử dụng để cải thiện hiệu quả của bộ lọc đĩa và bộ tuyển nổi, và để ion hóa chất độn để cung cấp

khả năng giữ lại chất độn tối đa

- Làm sạch nước: PDADMAC được sử dụng làm chất đông tụ trong lọc nước PDADMAC có hiệu quả trong việc làm đông tụ và kết bông các hạt vô cơ và hữu

cơ như phù sa, đất sét, tảo, vi khuẩn và vi rút Ở nồng độ cao, polyme hữu cơ có thể loại bỏ các chất hữu cơ tự nhiên như axit humic và axit fulvic, dẫn đến ít tiền chất

sản phẩm phụ khử trùng hơn và ít màu hơn

1.4.4 Ứng dụng của hạt nano vàng

Các hạt AuNPs với kích thước nano có các đặc tính không có ở các vật liệu có kích thước lớn, bên cạnh đó lại có tỷ lệ bề mặt trên thể tích lớn, dẫn đến phản ứng nhanh và độ nhạy cao Ngoài ra, các đặc tính như quang học, điện từ, từ tính có thể được điều chỉnh thông qua việc kiểm soát về kích thước, hình dạng, hóa bề mặt của chúng, từ đó có thể chế tạo ra các đầu dò, sensor phát hiện tốt chất phân tích [73] Việc biến đổi bề mặt hạt AuNPs cũng đã được nghiên cứu, chẳng hạn như sử dụng chấm lượng tử (quantum dots- QDs), hạt nano từ tính (MNPs), ống nano carbon (có cho các độ nhạy và độ chọn lọc cao Mỗi loại AuNPs khác nhau thể hiện các đặc

tính quang học, huỳnh quang và từ tính khác nhau (hình 1.9), sự tương tác giữa các

đặc tính này mang lại cho AuNPs nhiều tiềm năng ứng dụng trong tương lai [14]

Hình 1.9: Giản đồ về các đặc tính của hạt nano vàng (SPR, QDs, MNPs) cho các

ứng dụng cảm biến

Hiện nay, hạt AuNPs ngày càng được ứng dụng và phát triển trong nhiều lĩnh vực khác nhau từ phân tích, y sinh, vi mạch điện tử, sản phẩm sinh hoạt đến khoa học sự sống:

- Là chất chống vi khuẩn, chống nấm, kháng khuẩn khi được thêm vào chất dẻo, vật liệu tráng, sơi nan và các nguyên liệu dệt

- Ứng dụng trong lĩnh vực nano và chất xúc tác

- Sử dụng trong việc phân phối chất điều trị: dẫn thuốc và chuyển gen

- Trong liệu pháp tiêu diệt khối u và tế bào ung thư: Khi ánh sáng được chiếu lên một khối u có chứa các hạt nano vàng, các hạt sẽ nóng lên nhanh chóng và giết chết tế bào khối u

- Phát hiện dấu hiệu sinh học trong chẩn đoán ung thư, bệnh tim mạch và các tác nhân gây bệnh

- Ứng dụng trong ảnh sinh học

- Làm đầu dò cho kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) nhờ khả năng tạo tương phản tốt

- Sử dụng trong các pin nhiên liệu…

Nhờ các tính chất quang học độc đáo của AuNPs đến từ hiện tưởng cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR) được ứng dụng trong nhiều nghiên cứu trong lĩnh vực hóa học phân tích thông qua các phương pháp quang học, điện hóa, huỳnh quang, tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS),…

Hình 1.10: Các phương pháp cảm biến dựa trên AuNPs để phát hiện chất phân tích

Bước sóng cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ của AuNPs rất dễ bị ảnh hưởng bởi mức độ tập hợp và kích thước hạt của chúng Sự có mặt của chất phân tích mục tiêu gây ra sự thay đổi về màu sắc và bước sóng cộng hưởng plasmon bề mặt của AuNPs do kết quả của việc chuyển đổi từ các hạt nano phân tán thành tập

hợp hoặc ngược lại, từ việc tách rời các tập hợp [57] (hình 1.11) Dựa trên cơ chế

này, các cảm biến đo màu trên cơ sở AuNPs đã được phát triển mạnh để phát hiện nhiều đối tượng phân tích khác nhau với các ưu điểm như nhanh chóng, đơn giản, hiệu quả, chi phí thấp

Hình 1.11: Một số cơ chế phát hiện chất phân tích bằng phương pháp so màu [57]

Các cảm biến AuNPs đã được ứng dụng để phát hiện các chất phụ gia thực phẩm bị cấm [37] như: formalin, nitrit, melamin, natri formaldehyd sulfoxylat, phèn chua, clenbuterol, sulfur dioxit, sudan đỏ, DEHP, chất tẩy trắng huỳnh quang, bột

Khoảng tuyến tính (µM)

LOD (µM) TLTK

Melamin Sữa 1,4-dithiothreitol

AuNPs biến tính 0,08– 1,5 0,024 [67]

Sudan Tương

ớt AuNPs/RGO/GCE 0,01– 70 0,001 [36] Ractopamin Thịt bò Apt- AuNPs 50– 400 0,03 [62]

Clenbuterol Thịt lợn MoS2- Au- PEI-

hemin/GCE 10– 2000 0,007 [71]

Nitrit

Sản phẩm thịt

chlorpyrifos, carbendazim, cloronitrile, parathion,… (bảng 1.4)

Bảng 1.4: Ứng dụng AuNPs xác định hàm lượng một số thuốc bảo vệ thực vật trong

thực phẩm

Chất phân

tích Nền mẫu Vật liệu

Khoảng tuyến tính (µM)

LOD

Acetamiprid

Rau xanh,

cà tím, dưa chuột

Cysteamine-

Cyanazine

Nước sinh hoạt, nước sông

Melamine-

Parathion

Vỏ táo, nước sinh hoạt

AchE-AuNPs-Au3+-CTAB

0,05 – 0,2, 0,4 – 3,4 0,002 [66]

Pencycuron

Nước, gạo, khoai tây, bắp cải

thiothymine-AuNPs

6-aza-2-2,5 – 100 0,42 [30]

Ứng dụng xác định các cation kim loại nặng như Pb2+, Cr2+, Hg2+, các anion độc hại như F-, CN-, AsO33-/AsO43-,…trong nước ô nhiễm (bảng 1.5)

Bảng 1.5: Ứng dụng AuNPs xác định hàm lượng một số ion độc hại trong nước

Kết luận: Có thể sử dụng nhiều phương pháp để xác định acetamiprid với độ

nhạy và độ chính xác cao, tuy nhiên những phương pháp này đòi hỏi phải xử lý mẫu, sử dụng các thiết bị đắt tiền, vận hành máy phức tạp Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS, dựa trên cơ sở đo sự biến đổi các tính chất quang học của dung dịch nano vàng khi có mặt acetamiprid, là một phương pháp đơn giản, không tốn kém, không cần sử dụng dung môi hữu cơ cũng như không cần tạo dẫn xuất quang học Có thể tổng hợp dung dịch nano vàng bằng nhiều phương pháp với nhiều loại chất ổn định khác nhau, tuy nhiên việc sử dụng các polyme làm chất ổn định có nhiều ưu điểm như cải thiện độ bền của hạt nano vàng, tăng cường độ ưa nước của bề mặt, cải thiện khả năng tương thích sinh học Vì thế trong Luận văn này, chúng tôi lựa chọn nghiên cứu việc tổng hợp dung dịch nano vàng được ổn định bằng PDADMAC là một polymer cation có mật độ điện tích cao, tan tốt trong nước

và ứng dụng vào phân tích acetamiprid bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân

tử UV-Vis

PHẦN 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu điều chế dung dịch nano vàng được ổn định bằng polycation PDADMAC và ứng dụng để xác định hàm lượng acetamiprid bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis

2.1.2 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của luận văn gồm:

1 Tổng hợp các hạt nano vàng sử dụng polyDADMAC làm chất ổn định

2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp xác định acetamiprid bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis sử dụng hạt nano vàng:

- Ghi phổ hấp thụ quang của dung dịch và xác định bước sóng cực đại 𝜆max;

- Ảnh hưởng của môi trường phản ứng: pH và nồng độ muối NaCl;

- Ảnh hưởng của thời gian phản ứng;

- Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch acetamiprid đến bước sóng cực đại 𝜆max

- Ảnh hưởng của một số thuốc BVTV khác đến sự dịch chuyển bước sóng hấp thụ cực đại của dung dịch AuNPs- PDADMAC có mặt acetamiprid

3 Đánh giá phương pháp phân tích:

- Xác định khoảng tuyến tính;

- Xây dựng đường chuẩn;

- Xác định giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ);

- Đánh giá độ chụm và độ chính xác của phương pháp phân tích

4 Áp dụng quy trình phân tích để phân tích mẫu thực tế: mẫu thuốc trừ sâu có chứa acetamiprid và mẫu rau củ

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp chế tạo các hạt nano vàng

PDADMAC được sử dụng để ổn định các hạt AuNPs Trước hết, HAuCl4được khử xuống Au0

bằng natri borohydride (NaBH4) NaBH4 là một trong các chất