Xác định hóa chất bảo vệ thực vật carbamat trong một số loại rau quả bằng phương pháp sắc ký lỏng khối phổ (LC MS) (2)

Luận văn, khóa luận, chuyên đề, tiểu luận, quản trị, khoa học, tự nhiên, kinh tế

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Chương 1. TỔNG QUAN .2 1.1 Giới thiệu về hóa chất bảo vệ thực vật .3 1.1.1 Định nghĩa .3 1.1.2. Phân loại [9] .3 1.1.3. Tác hại của hóa chất bảo vệ thực vật [9] .4 1.1.4. Tình hình tồn dư hóa chất bảo vệ thực vật trong rau quả 5 1.1.5. Tình hình ngộ độc hóa chất bảo vệ thực vật 6 1.2. Giới thiệu về hóa chất bảo vệ thực vật nhóm carbamat .7 1.2.1. Giới thiệu chung .7 1.2.2. Carbofuran [13] 8 1.2.3. Carbaryl [20] .8 1.2.4. Fenobucarb [21] 9 1.2.5. Propoxur [22] 10 1.2.6. Giới hạn cho phép .10 1.3. Các phương pháp xác định .11 1.3.1. Phương pháp cực phổ .11 1.3.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử 12 1.3.3. Phương pháp phân tích dòng chảy (flow injection analysis – FIA) 13 1.3.4. Phương pháp điện di mao quản 14 1.3.5. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao 15 1.3.6. Phương pháp sắc ký khí .16 1.3.7. Phương pháp sắc ký lỏng khối phổ 17 Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1. Đối tượng, mục tiêu và nội dung nghiên cứu 19 2.1.1. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu .19 2.1.2. Nội dung nghiên cứu 19 2.1.2.1 Xây dựng phương pháp 20 2.1.2.2. Ứng dụng phương pháp 20 2.2. Phương pháp nghiên cứu .20 2.2.1. Phương pháp tách chiết mẫu 20 2.2.2. Phương pháp sắc ký lỏng khối phổ 21 2.2.2.1. Nguyên tắc chung về phương pháp HPLC .21 2.2.2.2. Pha tĩnh trong HPLC .22 2.2.2.3. Pha động trong HPLC .22 2.2.2.4. Detector trong HPLC 23 2.2.2.5 Detector khối phổ (Mass Spectrometry) 24 2.3. Phương tiện nghiên cứu .28 2.3.1. Thiết bị, dụng cụ .28 2.3.1.1. Thiết bị 28 2.3.1.2. Dụng cụ .29 2.3.3. Dung môi, hóa chất 29 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1. Tối ưu các điều kiện xác định carbamat bằng LC/MS/MS 31 3.1.1. Chọn các điều kiện chạy của detector khối phổ 31 3.1.1.1. Khảo sát điều kiện bắn phá đối với ion mẹ 31 3.1.1.2. Khảo sát điều kiện bắn phá ion con .33 3.1.2. Chọn pha tĩnh .35 3.1.3. Chọn pha động 36 3.2. Đánh giá phương pháp phân tích 39 3.2.1. Khảo sát lập đường chuẩn 39 3.2.2. Giới hạn phát hiện LOD [10] .42 3.2.3. Giới hạn định lượng LOQ [10] 43 3.2.4. Độ chính xác của phép đo 44 3.3. Khảo sát điều kiện xử lí mẫu .45 3.3.1. Khảo sát dung môi chiết .46 3.3.2. Khảo sát dung môi rửa giải 48 3.3.3. Khảo sát thể tích dung môi rửa giải .50 3.3.4. Độ lặp lại và độ thu hồi của phương pháp .51 3.4. Phân tích mẫu thực tế 53 Chương 4. KẾT LUẬN .59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC .65 MỞ ĐẦU Theo dự báo của Uỷ ban Dân số và Phát triển của Liên hợp quốc, vào giữa thế kỉ XXI dân số thế giới sẽ tăng thêm 03 tỉ người. Dân số ngày càng tăng nhanh đã tạo ra gánh nặng cho nền sản xuất nông nghiệp lương thực, vì cùng với một diện tích canh tác nhất định và đang có xu hướng bị thu hẹp lại phải cung cấp đủ số lượng lương thực cho số đầu người luôn gia tăng. Để tăng năng suất lao động, người ta đã sử dụng nhiều biện pháp đan xen như: thâm canh tăng vụ, cải tiến giống .; một trong những biện pháp không thể thiếu là sử dụng thuốc bảo vệ thực vật. [9] Thuốc bảo vệ thực vật được coi là một vũ khí có hiệu quả của con người trong việc phòng chống dịch hại, bảo vệ cây trồng. Bên cạnh ưu điểm là bảo vệ năng suất cây trồng, thuốc bảo vệ thực vật còn gây ra nhiều tác tác hại khác như làm ô nhiễm môi trường, gây độc cho người và gia súc, tăng chi phi sản xuất, và nhất là để lại tồn dư trong nông sản gây ảnh hưởng đến chất lượng nông sản và sức khỏe người tiêu dùng. Tác động tiêu cực của thuốc bảo vệ thực vật càng trở nên nghiêm trọng khi con người sử dụng không đúng cách và quá lạm dụng vào thuốc. Hóa chất bảo vệ thực vật có nhiều nhóm hóa chất khác nhau, trong đó có bốn nhóm chính là: lân hữu cơ, clo hữu cơ, carbamat và pyrethroid. Nhóm clo hữu cơ đã bị cấm sử dụng, nhóm pyrethroid vẫn đang được sử dụng nhưng độc tính thấp, ít có khả năng gây nhiễm độc cho người sử dụng. Còn lại 2 nhóm: lân hữu cơ và carbamat đang được dùng rộng rãi trong nông nghiệp , có độc tính cao và là nguyên nhân chính của phần lớn các vụ ngộ độc do ăn rau quả nhiễm hóa chất bảo vệ thực vật ở nước ta hiện nay. Với những lí do trên, chúng tôi đã lựa chọn đề tài: “Xác định hóa chất bảo vệ thực vật carbamat trong một số loại rau quả bằng phương pháp sắc ký lỏng khối phổ (LC-MS)”. Mục tiêu thực hiện đề tài luận văn là: 1 1. Xây dựng phương pháp xác định dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật carbamat trong rau quả, bao gồm:  Khảo sát các điều kiện tách chiết mẫu và phân tích  Thẩm định phương pháp đã xây dựng 2. Áp dụng phương pháp xác định dư lượng thuốc bảo vệ thực vật carbamate để khảo sát một số mẫu rau quả trên địa bàn Hà Nội. Chương 1. TỔNG QUAN 2 1.1 Giới thiệu về hóa chất bảo vệ thực vật 1.1.1 Định nghĩa Hóa 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. Hóa chất bảo vệ thực vật gồm nhiều nhóm khác nhau, gọi theo tên nhóm sinh vật gây hại, như thuốc trừ sâu dùng để trừ sâu hại, thuốc trừ bệnh dùng để trừ bệnh cây… 1.1.2. Phân loại [9] Các loại hóa 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 3 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 hóa chất bảo vệ thực vật [9] 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 03 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 4 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 hóa chất bảo vệ thực vật trong rau quả Theo báo cáo của Cục Bảo vệ thực vật, có 23% số hộ nông dân vi phạm quy định về sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, dẫn đến tồn dư hóa chất bảo vệ thực vật trên nông sản. Một số loại thuốc trừ sâu độc hại đã bị cấm sử dụng nhưng hiện vẫn có nhiều người tìm cách đưa về nông thôn. Số mẫu rau, quả tươi có dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật chiếm từ 30-60%, trong đó số mẫu rau, quả có dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật vượt quá giới hạn cho phép chiếm từ 4-16%, một số hóa chất bảo vệ thực vật bị cấm sử dụng như Methamidophos vẫn còn dư lượng trong rau. [7] Trong năm 2006, Chi cục bảo vệ thực vật TP Hồ Chí Minh đã kiểm tra 790 mẫu của 52 đơn vị kinh doanh rau an toàn trên địa bàn thành phố, phát hiện 26 mẫu có dư lượng thuốc trừ sâu, chiếm tỷ lệ 3,29%. Nấm rơm Trà Vinh, cần tây, cải thìa, xà lách xong, bồ ngót, bông cải xanh (súp lơ), rau dền, cần . là những loại rau ăn lá có tỷ lệ dư lượng thuốc trừ sâu cao (3,94%). Đặc biệt là tình trạng vượt nhiễm thuốc trừ sâu đối với các loại rau củ quả, trái cây nhập khẩu từ Trung Quốc. Kết quả kiểm tra của Chi cục bảo vệ thực vật TP.HCM cho thấy, có 5 trong tổng số 26 mẫu hàng Trung Quốc được kiểm tra có kết quả lượng thuốc trừ sâu tồn dư cao, chiếm tỷ lệ đến 19,23%. [3] Đầu năm 2009, Cục Bảo vệ thực vật đã lấy 25 mẫu rau và năm mẫu quả tại các tỉnh phía Bắc (TP Hà Nội và tỉnh Vĩnh Phúc) để kiểm định. Kết quả có 11 mẫu rau có dư lượng thuốc bảo vệ thực vật ở mức độ khác nhau. Ở các tỉnh phía Nam, 5 trên 35 mẫu rau và 5 mẫu quả lấy ở TP Hồ Chí Minh, Bình Dương, Tiền Giang, kết quả trên 50% mẫu có dư lượng thuốc bảo vệ thực vật ở mức độ khác nhau. [11] Tại TP Hồ Chí Minh, trong sáu tháng đầu năm 2009, qua kiểm nghiệm hơn 2.200 mẫu rau, quả tại ba chợ đầu mối (Bình Điền, Hóc Môn, Thủ Đức), phát hiện 50 mẫu dương tính (tỷ lệ 2,4%), cao hơn so với cùng kỳ năm 2008 là 1,3%. Còn tại Bình Dương, phân tích gần 310 mẫu rau lấy ở các chợ, vùng sản xuất, bếp ăn tập thể trong tám tháng đầu năm 2009 có gần 80 mẫu có dư lượng thuốc bảo vệ thực vật. [11] Trên thế giới, tại Ấn Độ, Cuộc điều tra được Bộ Nông nghiệp Ấn Độ tiến hành trong một năm từ tháng 11 năm 2007 đến tháng 10 năm 2008 trên toàn đất nước Ấn Độ. Kết quả là 18% rau và 12% hoa quả nội địa và nhập khẩu của Ấn Độ đều có dư lượng thuốc trừ sâu, kể cả những loại thuốc trừ sâu bị cấm, trong đó 4% lượng rau và 2% lượng hoa quả có dư lượng thuốc trừ sâu cao hơn mức cho phép. Khoảng 18% (664 mẫu) trong tổng số 3.648 mẫu rau như mướp tây, cà chua, bắp cải và súp lơ đều có dư lượng thuốc trừ sâu. Các loại rau như bắp cải, súp lơ và cà chua có dư lượng thuốc trừ sâu lớn nhất. Các loại thuốc trừ sâu tìm thấy trong các loại quả chủ yếu là chlorpyriphos, monocrotophos, profenophos và cypermethrin.[1] 1.1.5. Tình hình ngộ độc hóa chất bảo vệ thực vật Theo thống kê của Tổ chức Lao động Quốc tế ILO, trên thế giới, hàng năm có trên 40.000 người chết vì ngộ độc rau trên tổng số 2 triệu người ngộ độc. Tại Việt Nam, con số người bị ngộ độc cũng không nhỏ. Từ năm 1993 - 1998, hàng chục ngàn người bị nhiễm độc do ăn phải rau quả còn dư lượng thuốc trừ sâu. Nặng nhất ở Đồng bằng sông Cửu Long, năm 1995 có 13.000 người nhiễm độc, trong đó có 354 người chết. [8] Năm 1990, một thống kê quý của Tổ chức y tế thế giới (WHO) cho thấy có khoảng 25 triệu lao động trong ngành nông nghiệp bị nhiễm độc hóa chất bảo vệ thực vật mỗi năm. Cho đến nay, chúng ta vẫn chưa có những con số ước tính trên phạm vi toàn cầu, nhưng hiện có đến 1,3 tỷ lao động trong ngành nông nghiệp và có thể hàng triệu ca nhiễm độc hóa chất bảo vệ thực vật vẫn đang xảy ra hàng năm. [2] 6 Năm 2000, Bộ y tế Braxin ước tính trong một năm nước này có 300.000 ca nhiễm độc và 5.000 ca tử vong do hóa chất bảo vệ thực vật. Trong một nghiên cứu ở Inđônêxia, 21% trong số các ca liên quan đến hóa chất bảo vệ thực vật có những dấu hiệu hay triệu chứng về tâm thần, hô hấp và tiêu hoá. Trong một cuộc khảo sát của Liên hợp quốc, 88% nông dân Campuchia sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật đã từng có triệu chứng nhiễm độc. [2] 1.2. Giới thiệu về hóa chất bảo vệ thực vật nhóm carbamat 1.2.1. Giới thiệu chung Thuốc trừ sâu carbamat là các dẫn xuất của acid cacbamic có tính độc trừ sâu. 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. 7 Các chất chủ yếu thuộc nhóm bao gồm: carbaryl, methiocarb, pirimicarb, oxamyl, carbendazim, propoxur, aminocarb, aldicarb… 1.2.2. Carbofuran [13] 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. 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 LD 50 = 5mg/kg. 1.2.3. Carbaryl [20] 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: C 12 H 15 NO 3 . M = 221,25g/mol. t nc = 151°C. d = 1,18g/cm 3 . 8 . quả bằng phương pháp sắc ký lỏng khối phổ (LC- MS) . Mục tiêu thực hiện đề tài luận văn là: 1 1. Xây dựng phương pháp xác định dư lượng hóa chất bảo vệ thực. dư hóa chất bảo vệ thực vật trong rau quả Theo báo cáo của Cục Bảo vệ thực vật, có 23% số hộ nông dân vi phạm quy định về sử dụng thuốc bảo vệ thực vật,