TỔNG QUAN VỀ THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT HỌ CHLOR HỮU CƠ VÀ PHưƠNG PHÁP PHÂN TÍCH Dư LưỢNG CỦA CHÚNG TRONG NưỚC VÀ TRẦM TÍCH

BÀI TIỂU LUẬN MÔN: CÁC PHƯƠNG PHÂN TÍCH HÓA LÝ Đề tài: TỔNG QUAN VỀ THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT HỌ CHLOR HỮU CƠ VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH DƯ LƯỢNG CỦA CHÚNG TRONG NƯỚC VÀ TRẦM TÍCH GVHD:

BÀI TIỂU LUẬN MÔN: CÁC PHƯƠNG PHÂN TÍCH HÓA

LÝ

Đề tài: TỔNG QUAN VỀ THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT HỌ

CHLOR HỮU CƠ

VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH DƯ LƯỢNG CỦA

CHÚNG TRONG NƯỚC VÀ TRẦM TÍCH

GVHD: Ths.Nguyễn Ngọc Vinh Nhóm 8

LỚP: DHHO8ALT Năm học: 2013 - 2014

1

DANH SÁCH NHÓM 8

2

Mục Lục

1 SƠ LƯỢC VỀ THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT 3

1.1 Thuốc bảo vệ thực vật 3

1.2 Các nhóm thuốc bảo vệ thực vật 3

1.3 Các dạng thuốc BVTV 3

1.4 Phân loai: theo nguồn gốc 4

2 THUỐC TRỪ SÂU HỌ CHLOR HỮU CƠ 5

2.1 Ưu điểm 5

2.2 Nhược điểm 5

2.3 Một số đặc điểm khác 6

2.4 Phân loại 6

2.4.1 Một số loại thuốc chlor hữu cơ thông dụng trước đây……… ……… 7

2.4.1.1 DDT (Gesarol, Nexoid, zedan, polazotox) 7

2.4.1.2 BHC 8

2.4.1.3 ANDRIN 9

2.4.1.4 DIENDRIN 9

2.4.1.5 ENDRIN 9

2.4.1.6 THIODAN 10

3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH DƯ LƯỢNGCỦA CHÚNG TRONG NƯỚC VÀ TRẦM TÍCH 11

3.1 Dư lượng 11

3.2 phương pháp phân tích dư lượng của chúng trong nước và tầm tích 11

3.2.1 Sử dụng sắc ký khí với đầu dò bắt giữ điện tử (GC – ECD) … ………11

3.2.2 Phương pháp Quechers và sử dụng sắc ký khí ghép khối phổ(GC – MS)……….15

4 Kết luận 16

3

THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT HỌ CHLOR HỮU CƠ

1 SƠ LƯỢC VỀ THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT

1.1 Thuốc bảo vệ thực vật

Thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) hay nông dược là những chất độc có nguồn gốc từ tự nhiên hay hóa chất tổng hợp được dùng để bảo vệ 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 Các nhóm thuốc bảo vệ thực vật

Thuốc bảo vệ thực vật được chia thành nhiều nhóm dựa trên đối tượng sinh vật hại

1.3 Các dạng thuốc BVTV

Dễ bắt lửa cháy nổ Dung dịch DD, SL, L, AS Hòa tan đều trong nước, không chứa chất

hóa sữa Bột hòa nước BTN, BHN, WP, DF,

WDG, SP

Dạng bột mịn, phân tán trong nước thành

dung dịch huyền phù

trực tiếp

4

1.4 Phân loai: theo nguồn gốc

Thuốc BVTV hoá học:

- Vô cơ

 Hỗn hợp Bordeaux: thuốc trừ bệnh thành phần gốc Cu bao gồm tetracupric sulfate và pentacupric Được sử dụng ức chế các enzyme khác nhau của nấm, diệt nấm cho trái cây và rau màu

 Hợp chất Arsen: thuốc trừ sâu chứa thạch tín (As) bao gồm trioxitarsenic, natri arsenat, canxi arsenat

- Hữu cơ

 Clo hữu cơ: Các Clo hữu cơ là những hợp chất hydrocacbon clo hoá trong phân tử có gốc aryl, carbocylic, heterocylic

 Phosphate hữu cơ: lân hữu cơ là những chất ít nhất một nguyên tử phosphate 4 hoá trị Có thể chia làm 3 nhóm dẫn xuất chính:

+ Aliphatic ( mạch thẳng)

+ Phenyl (mạch vòng)

+ Heterocylic (dị vòng)

 Carbamate: là dẫn xuất của carbamic, tác dụng lên lân hữu cơ ức chế cholinesterase Nhìn chung, nhóm này độc thấp, ngoại lệ các nitrosomethyl carbamate là chất gây độc đột biến

 Pyrethroid: nhóm thuốc tương tự pyrethrum Độ độc chia làm 2 loại tuỳ thuộc vào nhiệt độ thấp hay cao Pyrethroid có 4 thế hệ thuốc:

+ Allethrin

+ Tetramethrin

+ Fenvalerate

+ Thế hệ 4 có nhiều tính vượt trội

 Các loại khác: Lưu huỳnh hữu cơ có vòng phenyl, các loại thycyanates chứa gốc SCN ngăn trở hô hấp và biến dưỡng tế bào

- Thuốc BVTV sinh học: có nguồn gốc sinh học là các loại thuốc chiết xuất từ

những nguyên liệu tự nhiên như động vật, thực vật, vi khuẩn và một số khoáng chất nhất định

 Thuốc vi sinh: bao gồm các vi sinh vật ( tảo, vi khuẩn, virus, ) là thành phần hoá học Mỗi loại thành phần có khả năng kiểm soát một loài gây hại tương ứng

5

 Chất bảo vệ thực vật kết hợp: là hợp chất thực vật sinh ra từ vật liệu di truyền đã được them vào cây trước đó Ngoài ra còn có các loại chiết suất thuần thảo mộc

 Thuốc sinh hoá: là hợp chất trong tự nhiên tiệu diệt côn trùng theo cơ chế không độc

2 THUỐC TRỪ SÂU HỌ CHLOR HỮU CƠ

Thuốc bảo vệ thực vật họ clor được xếp vào loại chất hữu cơ khó phân huỷ (POPs) Hầu hết những chất này điều bị cấm sử dung do ảnh hưởng tính độc hai của chúng tới con người và động vật

2.1 Ưu điểm

Qui trình sản xuất tương đối đơn giản, giá thành của chế phẩm thấp, dễ chế biến hoạt chất thành nhiều dạng chế phẩm khác nhau (BTN, ND, BR, H )

Do đó dễ sử dụng trên nhiều loại cây trồng và những điều kiện đồng ruộng khác nhau

Các thuốc này thường có phổ tác động rộng, hiệu lực khá cao, thời gian hiệu lực dài thích hợp cho việc phòng trị ngoài đồng, nhất là đối với các loại cây công nghiệp Độ bền hóa học lớn trong những điều kiện thông thường nên dễ bảo quản tồn trữ

2.2 Nhược điểm

Do độ bền hóa học lớn nên thuốc dễ lưu bả trong đất đai, cây trồng, nông sản, thực phẩm Chúng làm cho môi trường bị ô nhiễm trong một thời gian lâu dài Thời gian phân hủy 95 % hoạt chất trong điều kiện tự nhiên của DDT là 10 năm; BHC là 6,5 năm; Dieldrin là 8 năm; Chlordane là 3,5 năm

Bả thuốc lưu tồn không những làm cho phẩm chất, hình thức của nông sản

bị xấu đi mà còn gây độc cho người hay gia súc sử dụng nông sản đó, như BHC thường để lại mùi khó chịu trên nông sản như khoai tây, rau, đậu

Có khả năng gây trúng độc tích lũy mạnh Qua sự tiếp xúc với thuốc nhiều lần hay qua chuỗi thức ăn hàm lượng thuốc trong cơ thể, chủ yếu trong mô

mỡ tăng lên rất nhiều; đến một lượng nào đó nó biểu hiện các triệu chứng ngộ độc rất hiểm nghèo như ung thư, quái thai [2]

Độ độc đối với cá và thiên địch lớn

Khi sử dụng một loại thuốc Clo hữu cơ ở tại một địa phương trong nhiều năm dễ gây ra hiện tượng côn trùng kháng thuốc Do những nhược điểm

6

trên, ngày nay nhiều thuốc trừ sâu gốc Clo hữu cơ đã bị cấm hoặc hạn chế

sử dụng ở nhiều nước

2.3 Một số đặc điểm khác

Cấu tạo hóa học: trong phân tử của các hợp chất này đều có chứa nguyên tử Clo và các vòng benzene hay dị vòng

Tính chất vật lý: thuốc kỹ nghệ đều ở dạng rắn, không tan hoặc ít tan trong nước, tan nhiều trong dung môi hữu cơ, và thường có mùi hôi khó chịu

Dạng chế phẩm thường gặp là ND, BTN, H, bột phun ở các hàm lượng khác nhau

Tính chất hóa học: các thuốc Clo hữu cơ thường có độ bền hóa học lớn, tồn tại lâu dài ngay cả điều kiện ngoài đồng, phần lớn đều bị phân hủy trong môi trường kiềm

Tính độc: độ độc thuốc đối với động vật máu nóng đều từ trung bình đến cao, trong đó các hợp chất nhóm DDT, BHC, nhóm Cyclodien có khả năng tích lũy trong cơ thể người và động vật (trừ Thiodan) Các thuốc Clo hữu cơ thường có tác dụng vị độc và tiếp xúc lên côn trùng, một số còn có đặc tính xông hơi Các thuốc này thường tác động lên hệ thần kinh bằng cách ức chế men cholinesterase và tác động lên một số cơ quan khác làm rối loạn hoạt động của cơ thể côn trùng dẫn đến chết

2.4 Phân loại

Thuốc bảo vệ thực vật họ clor được chia làm 3 nhóm:

+ Dichlorodiphenyl ethane ( DDT, DDD,DDE)

+ Cyclodiene ( aldrin, dieldrin, heptachlor, endosulfan)

+ Chlorocyclohexane (α, β, γ, δ – HCH)

7

2.4.1 Một số loại thuốc chlor hữu cơ thông dụng trước đây

2.4.1.1 DDT (Gesarol, Nexoid, zedan, polazotox)

Dạng chế phẩm thường gặp: 30ND, 75BHN, 10BR, 5H,…

Công thức phân tử: C14H9Cl5

Tên hoá học: 1,1,1- trichloro- 2,2 bis (p-chlorophenyl) ethane

Công thức hoá học:

8

Tính chất vật lý:

DDT là một hỗn hợp nhiều đồng phân, trong đó đồng phân para có độ độc cao nhất với côn trùng Sản phẩm công nghiệp ở thể rắn, màu trắng ngà có mùi hôi

Tính chất hoá học:

Thuốc rất bền ở điều kiện thường nhưng dễ bị kiềm thuỷ phân thành DDE, nhất là khi có sự hiện diện các muối sắt

Độc tính:

Thuốc có khả năng tích luỹ trong cơ thể người và động vật, nhất là các mô

mỡ, mô sữa, đến khi đủ lượng gây độc thì thuốc sẽ gây ra các bệnh hiểm nghèo như ung thư, sinh quái thai DDT độc hại với cá và ong, DDT an toàn với cây trồng, trừ thuộc họ bầu bí Thuốc cấm sử dụng Thuốc độc nhóm II

2.4.1.2 BHC

Tên gọi: lindafor90, lindane, BHC, HCH,…

Tên hoá học: Benzenhexachlorit

Công thức hoá học: C6H6Cl6

Tính chất vật lý: BHC nguyên chất ở dạng kết tinh màu trắng , gồm nhiều đồng phân không gian, trong đó đồng phân gammar có khả năng thăng hoa

ở nhiệt độc cao

9

Tính chất hoá học: BHC bền vững ở điều kiện thường, bền với tác động của ánh sang, chất oxy hoá, môi trường axit nhưng bị phân huỷ trong môi truong2 kiềm, nhất là các dung môi của BHC

2.4.1.3 ANDRIN

Tên hoá học: 1,2,3,3,10,10-hexaclo-1,4,4a,5,8-hexahydroexo-1,4 endo5,8 dimethylennaptalin

Độ bền hoá học lớn, không bị ánh sáng, kiềm và axit phân huỷ Tác dụng tiếp xúc, vị độc và xong hơi ở trong đất và trong cây thuốc chuyển hoá thành diendrin

Tính độc: thuốc có khả năng tích luỹ trong cô thể động vật Rất độc với cá

2.4.1.4 DIENDRIN

Tên hoá học: 1,2,3,3,10,10- hexaclo- 6,7-epoxi-1,4,4a,5,6,7,8,8a-

octahydro- 1,4 endo 5,8 ddimethylen naptalin

Đặc điểm hoá học: tương tự như andrin

Độc tính cấp cao hơn andrin

Thuốc có tác động tiếp xúc và vị độc

2.4.1.5 ENDRIN

Endrin là đồng phân không gian của diendrin Có các đặc tính hoá, ký tương

tự như endrin

Tính độc cùa endrin khá cao

Công thức hoá học của endrin:

10

2.4.1.6 THIODAN

Tên hoá học: 1,2,3,7,7- hexaclo- bicycle-

(2,2,1)-2-hepten-5,6-bis-oximetylensunfat

Công thức hoá học:

Sản phẩm công nghiệp là những tinh thể nhỏ, màu đỏ nung dễ thuỷ phân thành những chất không độc

Ít độc với ong và một số loại côn trùng có ích khác, ăn thịt hoặc ký sinh trên sâu hại

Có độ độc cấp tính cao nhƣng không có tính tích luỹ Trong cơ thể động vật hoạt chất nhanh chóng bị phân huỷ thành những chất không độc và đƣợc thải ra ngoài

11

3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH DƯ LƯỢNGCỦA CHÚNG TRONG

NƯỚC VÀ TRẦM TÍCH

3.1 Dư lượng

Là lượng chất độc còn lưu lại trong nông sản hoặc môi trường sau g (microgram) hoặcmkhi phun thuốc BVTV Dư lượng được tính bằng mg (miligram) lượng chất độc trong 1 kg nông sản hoặc thể tích không khí, nước đất… Trường hợp dư lượng quá nhỏ, đơn vị còn được tính bằng ppm (phần triệu) hoặc ppb (phần tỉ)

- MRL (Maximum Residue Limit): mức dư lượng tối đa cho phép lưu tồn trong nông sản mà không ảnh hưởng đến sức khỏe con người, vật nuôi

- ADI (Acceptable Daily Intake): lượng chất độc chấp nhận hấp thu vào cơ thể, không gây hại cho người hoặc vật nuôi trong 1 ngày, g hợp chất độc cho đơn vị thể trọng.mđược tính bằng mg hợp chất độc cho đơn vị thể trọng

- Dư lượng biểu hiện ở hai khía cạnh :

+ Trong đất và nước

+ Trong sản phẩm nông nghiệp

3.2 phương pháp phân tích dư lượng của chúng trong nước và tầm tích

3.2.1 Sử dụng sắc ký khí với đầu dò bắt giữ điện tử (GC – ECD)

Vật liệu và phương pháp

12

- Kỹ thuật lấy mẫu:

 Mẫu nước:Thu thập nhiều mẫu nước mặt ngẫu nhiên, đồng nhất để tạo

thành một mẫu trên mỗi sông Được lặp lại ba lần vào một mùa Acid sulfuric đậm đặc được thêm vào mỗi mẫu ngay sau khi thu thập để ngăn chặn sự thay đổi của vi sinh vật có trong mẫu Các mẫu này được giữ lạnh trong quá trình vận chuyển đến phòng thí nghiệm và sau đó được lưu trữ ở 4

° C trong tủ lạnh cho đến khi phân tích.[3]

 Mẫu trầm tích: được thu thập bằng cách đào xuống từ 0-10 cm dưới bề mặt

cùng nơi lấy mẫu nước Mẫu trầm tích được bọc trong lá nhôm mỏng và sau

đó đặt trong một túi nhựa Mẫu được giữ lạnh trong quá trình vận chuyển đến phòng thí nghiệm Tại phòng thí nghiệm , mẫu được đông khô trước khi chuẩn bị và tiến hành phân tích Mẫu trầm tích sau được giải đông và sấy bằng không khí khô ở nhiệt độ môi trường Các mẫu trầm tích khô này được

sàng qua lưới thép không gỉ 2,0 mm

- Chiết các chlor hữu cơ trong thuốc trừ sâu( OCPs) trong mẫu trầm tích và

mẫu nước

 Mẫu nước: Mẫu nước được đem chiết với n-hexan: dichloromethane (1:1)

trong bình chiết, lặp lại nhiều lần Sau đó, gộp các mẫu chiết lại và làm khan bằng Na2SO4 Cho mẫu bay hơi hoàn toàn ở 50oC và sau đó hoà tan mẫu lại bằng n-hexan để chuẩn bị cho phân tích sắc ký khí.[4]

 Mẫu trầm tích: Mẫu được chiết bằng cách sử dụng hệt thống chiết Soxhlet

Sau đó mẫu được cho vào một becher chứa sẵn Na2SO4 lắc đều Sau đó hỗn hợp được đưa vào nơi chiết ở hệ thống Soxhlet Hỗn hợp được chiết với acetone:n-hexane (20:80) ở 50oC Hỗn hợp chiết được lọc và cô cạn còn 1ml

- Cột sắc ký dùng để phân tích các mẫuchiết từ nước và trầm tích

 1 μl cho mỗi lần phân tích mẫu bằng cột sắc ký, được tiêm vào trong hệ thống GC – ECD XL PerkinElmer sử dụng thiết bị phân tách và đầu dò

 Cột: Zebron ZB35 fused silica vì có tính bền, trơ về mặt hoá học Sử dụng cột mao quản không chia dòng dùng để phân tích 30cm ×0.25mm × 0.25μm (cột mao quản phim mỏng)

 Nhiệt độ ban đầu của lò chứa cột tách là 50oC( giữ khoảng 1 phút), sau đó tăng nhanh lên 200o

C( 40oC/ phút) giữ 2 phút, tăng nhanh lên 240oC ( 4oC/1 phút) giữ 1 phút, tiếp tục tăng lên 270oC ( 4oC/1 phút), giữ khoảng 5 phút Nhiệt độ của thiết bị đầu đò và buồng kim tiêm tương ứng là 300oC và

250oC

13

 Khí mang thường sử dụng là heli, argon, nitơ và hydro Khí hydro có kết quả tốt nhất, nhưng vì lí do an toàn nên ít sử dụng nên khí mang thường được sử dụng là 99,99% là khí nitơ Hiệu quả của việc tách chiết ở những nhiệt độ khác nhau được xác định bằng cách so sánh pic của các mẫu chiết với pic của các mẫu chuẩn.[5]

- Đầu dò

Sử dụng đầu dò bắt điện tử 63Ni-ECD

Mẫu sau khi đi qua khỏi cột tách được đưa thẳng vào buồng cùng với khí mang Tuỳ theo ái lực của chúng mà các e sơ cấp sẽ bị bắt giữ và tạo ra các phân tử ion âm Các ion âm này sẽ kết hợp với ion dương của khí mang để tạo ra phân tử trung hoà Do điện tử bị lấy mất khỏi hệ và dòng điện nền bị giảm đi so với lúc chỉ có khí mang đi qua nên mức độ suy giảm của dòng điện nền khi có chất đi qua được biểu hiện bằng pic sắc ký chất đó.[6] Tất cả các hợp chất này đều được hoà tan và giải rửa trong khoảng thời gian

là 30 phút , sử dụng sắc ký GC – ECD Việc nhận dạng các mẫu chiết chlor hữu cơ trong thuốc bảo vệ thực vật (OCPs) bằng cách xác định các pic và thời gian lưu của chúng với các chất tiêu chuẩn và nồng độ được tính toán trên mấy tính thông qua các yếu tố phản hồi của các hợp chất chlor hữu cơ

14

Bảng tiêu chuẩn của các hợp chất chlor hữu cơ đƣợc phân tích bằng GC –

ECD

18 OCPs:

p,p'- DDT p,p'- DDE p,p'- DDD α-HCH β-HCH γ-HCH δ-HCH Aldrin Dieldrin

Endrin Endrin aldehyde Endrin ketone Heptachlor Heptachlor epoxide Endosulfan I Endosulfan II Endosulfan sulfate Methoxychlor

15

3.2.2 Phương pháp Quechers và sử dụng sắc ký khí ghép khối phổ (GC – MS)

Phương pháp Quechers thường kết hợp với GC – MS , LC - MS/MS để mở rộng phạm vi phân tích các loại thuốc trừ sâu

Đa phần việc phân tích dư lượng của thuốc trừ sâu đều dựa vào sắc ký để xác định,

cả sắc ký khí (GC) và sắc ký lỏng cao áp (HPLC) và thường sử dụng sắc ký khối phổ để xác định các chất được phân tích tách ra bằng công nghệ sắc ký Sắc ký khối phổ (GC –MS) trở thành một công cụ tiêu chuẩn trong các phòng lab và nó có thể cung cấp các thông tin cơ bản như địng tính, định lượng cho mỗi lần tiêm mẫu Hầu hết những công nghệ khối phổ này được thiết kế theo kiểu tứ cực cho kết quả chắc chắn và thực tiễn, ion hoá bởi sự va chạm electron (EI)

Mục đích của phương pháp Quechers kết hợp với GC – MS là để xác định atrazine, fipronil, endosulfan có trong mẫu trầm tích và mẫu nước.[7]

Vật liệu và phương pháp

Gồm các bước:

+ Cho mẫu nước và mẫu trầm tích vào các ống trong máy ly tâm

+ Cho MeCN, MGSO4, NaCl vào mỗi ống và tiến hành ly tâm trong vòng 1 phút + Cho MeCN vào cột tách SPE có sẵng PSA và C18 và 1 lớp MgSO4 hoạt tính + Thu dung dich chiết

+ Lấy 1ml dung dịch mẫu đưa vào thiết bị lấy mẫu tự động để phân tích GC – MS Thể tích dung để phân tích là 1 μl

Nồng độ các chất phân tích này được xác định bằng sắc ký khí kết hợp với khối phổ QP 2010 cùng với đầu dò chọn lọc khối lượng (MSD), cột mao quản 30m –

DB 5, đường kính 0.25mm, chiều dày lớp phim là 0.1 μm

Nhiệt độ ở buồng tiêm : 250oC

Nhiệt độ ở bộ kết nối : 250oC

Tốc độ của dòng khí mang: 0.75ml/phút

Thiết bị tiêm làm việc ở chế độ không phân tách với nhiệt độ khởi động 120oC giữ

3 phút, 220oC (18oC/phút) , 270oC (20oC/phút) giữ 5 phút