Xác định hàm lượng nhóm chất diệt cỏ glyphosate bằng phương pháp sắc kí lỏng ghép nối hai lần khối phổ LC MS MS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - MAI THỊ NGA LINH XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG NHÓM CHẤT DIỆT CỎ GLYPHOSATE BẰNG PHƢƠNG PHÁP SẮC KÍ LỎNG HAI LẦN KHỐI PHỔ LC-MS/MS LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - MAI THỊ NGA LINH XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG NHĨM CHẤT DIỆT CỎ GLYPHOSATE BẰNG PHƢƠNG PHÁP SẮC KÍ LỎNG HAI LẦN KHỐI PHỔ LC-MS/MS Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 8440112.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Từ Bình Minh TS Chu Đình Bính Hà Nội - 2019 LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu tài trợ Quỹ Phát triển Khoa học Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 104.04-2017.19 Với lòng biết ơn sâu sắc, xin gửi lời cảm ơn đến PGS TS Từ Bình Minh, TS Chu Đình Bính giao đề tài tận tình hƣớng dẫn, truyền thụ kiến thức khoa học hƣớng dẫn chun mơn q trình học tập, nghiên cứu, tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành luận văn Thạc sĩ khoa học Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô, bạn học tập nghiên cứu mơn Hóa Phân Tích – Trƣờng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội tạo điều kiện, giúp đỡ để tơi có kết nhƣ ngày hôm Tôi xin cảm ơn Ban lãnh đạo, đồng nghiệp Trung tâm phân tích chứng nhận chất lƣợng sản phẩm Nông nghiệp Hà Nội tạo điều kiện, khích lệ tơi q trình làm thực nghiệm Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, bạn bè quan tâm, động viên giúp tơi hoàn thành luận văn Hà Nội, tháng 01 năm 2019 Học viên Mai Thị Nga Linh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN .4 1.1 Giới thiệu chung nhóm chất diệt cỏ glyphosate 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Tính chất nhóm chất diệt cỏ glyphosate .5 1.1.3 Giới hạn tồn dƣ tối đa cho phép (MRL) 1.2 Các phƣơng pháp xác định nhóm chất diệt cỏ glyphosate 1.2.1 Phƣơng pháp sắc kí khí GC-MS .9 1.2.2 Phƣơng pháp sắc kí lỏng 15 1.2.2.1.Phƣơng pháp sắc kí lỏng sử dụng detector UV-Vis 15 1.2.2.2.Phƣơng pháp sắc ký lỏng dùng detector huỳnh quang 17 1.2.2.3.Phƣơng pháp sắc ký lỏng dùng detector huỳnh quang kết hợp khối phổ LCFLD-MS 18 1.2.2.4.Phƣơng pháp phân tích glyphosate sắc kí ion IC 19 1.2.2.5.Phƣơng pháp sắc ký lỏng kết hợp khối phổ 20 1.2.3.Chuẩn bị mẫu cho phân tích glyphosate dẫn xuất .27 1.2.4.Kỹ thuật chiết pha rắn SPE:[26] 28 1.2.4.1 Các loại cột chiết pha rắn sử dụng để phân tích glyphosate 29 CHƢƠNG II: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 32 2.1 Thiết bị, dụng cụ hóa chất .32 2.1.1 Thiết bị 32 2.1.2 Dụng cụ 32 2.1.3 Hóa chất 32 2.2 Pha dung dịch chuẩn 33 2.3.Phƣơng pháp sắc ký lỏng ghép nối hai lần khối phổ (LC-MS/MS) 34 2.3.1 Tối ƣu điều kiện hệ thống sắc kí lỏng Error! Bookmark not defined 2.3.2 Tối ƣu điều kiện khối phổ MS Error! Bookmark not defined 2.3.3.Quy trình phân tích glyphosate dẫn xuất 37 2.3.4 Thẩm định phƣơng pháp thử 41 2.3.4.1 Tính đặc hiệu/chọn lọc 41 2.3.4.2 Độ ổn định chất chuẩn nhiệt độ buồng mẫu chu kỳ đông đá-rã đông 41 2.3.4.3 Khảo sát khoảng tuyến tính 41 2.3.4.4 Giới hạn định tính (LOD), giới hạn định lƣợng (LOQ) .42 2.3.4.5 Độ xác (độ độ chụm) 43 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 3.1 Tối ƣu điều kiện chạy máy khối phổ MS/MS .44 3.1.1 Khảo sát ion mẹ ion .44 3.1.2 Tối ƣu điều kiện MS 48 3.1.3 Tối ƣu điều kiện sắc ký lỏng hiệu cao .50 3.1.3.1.Pha tĩnh 50 3.1.3.2 Pha động .52 3.2 Khảo sát độ ổn định 54 3.2.1 Khảo sát độ lặp lại thời gian lƣu diện tích pic 54 3.2.1 Khảo sát độ ổn định chuẩn 24h .55 3.2.2 Khảo sát chu kỳ rã đông chuẩn .60 3.3 Thẩm định xác nhận giá trị sử dụng phƣơng pháp phân tích 61 3.3.1.Tính đặc hiệu/chọn lọc .61 3.3.2 Khoảng tuyến tính 64 3.3.3 Giới hạn phát (LOD), giới hạn định lƣợng (LOQ) thiết bị .69 3.3.4 Độ xác ( độ độ chụm)[5], [6] 69 3.4 Phân tích mẫu thực tế 76 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC 83 Phụ lục 1: Sắc đồ đƣờng chuẩn 83 Phụ lục 2: Sắc đồ phân tích lặp lại lần nồng độ 88 Phụ lục 3: Sắc đồ phân tích mẫu thực .90 Phụ lục 4: Kết nghiên cứu công bố 94 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1.Giới hạn cho phép glyphosate AMPA Việt Nam [8] Bảng 1.2 Giới hạn cho phép glufosinate 3PA Việt Nam [8] .7 Bảng 1.3 Giới hạn glyphosate nƣớc giới [19] Bảng 2.1 Bảng dung dịch chuẩn làm việc nhóm chất diệt cỏ glyphosate 34 Bảng 3.1 Ion mẹ chất phân tích 49 Bảng 3.2 Các thông số tối ƣu cho ESI-MS/MS .49 Bảng 3.3 Độ lặp lại thời gian lƣu diện tích pic glyphosate, AMPA, glufosinate 3PA 55 Bảng 3.4 Diện tích pic chất chuẩn nội chuẩn 24h .56 Bảng 3.5 Phƣơng trình hồi qui biểu diễn tỉ số diện tích píc chuẩn hóa hàm thời gian thử nghiệm độ ổn định .59 Bảng 3.6 Diện tích pic chất chuẩn nội chuẩn qua chu kỳ rã đông .60 Bảng 3.7 Quan hệ kỹ thuật khối phổ số điểm IP đạt đƣợc[15] 62 Bảng 3.8 Ion mẹ ion chất nhóm thuốc diệt cỏ glyphosate 62 Bảng 3.9.Diện tích pic tỉ số diện tích pic phụ thuộc vào nồng độ chất phân tích 65 Bảng 3.10 Phƣơng trình hồi quy chất phân tích 65 Bảng 3.11 Giới hạn định tính, giới hạn định lƣợng phƣơng pháp phân tích glyphosate LC-MS/MS 69 Bảng 3.12 Diện tích píc hiệu suất giai đoạn tồn q trình phân tích 71 Bảng 3.13 Hiệu suất thu hồi, độ lệch chuẩn, độ lệch chuẩn tƣơng đối mẫu khác 75 Bảng 3.14 Kết phân tích mẫu thực tế 76 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu tạo glyphosate dẫn xuất (a)-glyphosate, (b)- axit aminomethylphosphonic, (c)-glufosinate (d)- 3-(methylphosphinico)propionic Hình 1.2 Phản ứng tạo dẫn xuất glyphosate với BSTFA…………………… 13 Hình 1.3 Phổ khối lƣợng dẫn xuất tạo glyphosate BSTFA 13 Hình 1.4 Phản ứng tạo dẫn xuất AMPA với BSTFA 14 Hình 1.5 Phổ khối lƣợng dẫn xuất tạo AMPA BSTFA 14 Hình 1.6 Dẫn xuất hóa glyphosate FMOC-Cl 17 Hình 1.7 Dẫn xuất hóa AMPA FMOC-Cl 17 Hình 1.8 Dẫn xuất hóa glufosinate FMOC-Cl 17 Hình 1.9 Sơ đồ phân bố loại mẫu phân tích glyphosate dẫn xuất [32] .28 Hình 1.10 Kỹ thuật chiết pha rắn………………………………………………… 29 Hình 2.1 Mơ hình hệ thống LC-MS/MS………………………………………… 34 Hình 2.2 Quy trình phân tích nhóm chất diệt cỏ glyphosate mẫu .40 Hình 2.3 Xác định LOD, LOQ dựa vào S/N[12] .43 Hình 3.1.Phổ MS (-ESI) (a) glyphosate (b)13C215N-glyphosate (nội chuẩn) 45 Hình 3.2.Phổ MS (-ESI) (a) AMPA (b)13C15ND2-AMPA (nội chuẩn) 46 Hình 3.3.Phổ MS (-ESI) glufosinate 47 Hình 3.4.Sắc đồ phổ MS 3PA 48 Hình 3.5 Sắc đồ tách 3PA, AMPA, glufosinate glyphosate nồng độ 100 µg/l cho chất cột tách Dionex IonPAC CS12A IC 51 Hình 3.6 Sắc đồ tách glufosinate, AMPA, 3PA, glyphosate nồng độ 100µg/L với pha động chứa 0,1% axit formic .53 Hình 3.7 Sắc đồ tách glufosinate, AMPA, 3PA, glyphosate nồng độ 100µg/L với pha động chứa 0,5% axit formic .53 Hình 3.8 Sắc đồ tách glufosinate, AMPA, 3PA, glyphosate nồng độ 100µg/L với pha động chứa 1% axit formic 54 Hình 3.9 Độ ổn định chất phân tích theo thời gian bơm mẫu nhiệt độ 4oC 59 Hình 3.10 Độ ổn định chất phân tích theo chu kỳ .61 Hình 3.11 Sắc đồ tách glufosinate mẫu trắng (trái) mẫu đƣợc thêm chuẩn nồng độ 50µg/L (phải) 63 Hình 3.12 Sắc đồ tách AMPA mẫu trắng (trái) mẫu đƣợc thêm chuẩn nồng độ 50µg/L (phải) .63 Hình 3.13 Sắc đồ tách 3PA mẫu trắng (trái) mẫu đƣợc thêm chuẩn nồng độ 50µg/L (phải) 63 Hình 3.14 Sắc đồ tách Glyphosate mẫu trắng (trái) mẫu đƣợc thêm chuẩn nồng độ 50µg/L (phải) 64 Hình 3.15 Khoảng tuyến tính chất phân tích .68 Hình 3.16 Sơ đồ khối mơ tả thí nghiệm thêm chuẩn đánh giá hiệu suất chiết hiệu ứng ức chế q trình ion hóa nguồn ion hóa ESI .70 Hình 3.17 Sắc đồ chất phân tích thêm chuẩn trƣớc chiết mẫu pha động 73 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên đầy đủ IARC Cơ quan nghiên cứu ung thƣ Quốc tế WHO Tổ chức y tế giới EU Liên minh châu Âu EFSA Ủy ban An toàn thực phẩm Châu Âu LC Liquid chromaroghraphy (Sắc kí lỏng) GC Gas chromaroghraphy (Sắc ký khí) UV-Vis Ultra violet-visible (Tử ngoại khả kiến) FLD Fluorescence detector (đầu d huỳnh quang) IC Ion chromatography (Sắc kí ion) ICP Inductively coupled plasma (Plasma cảm ứng cao tần) HILIC API APCI Hydrophilic interation liquid chromatography (Sắc kí tƣơng tác ƣa nƣớc) Atmospheric pressure ionization (Ion h a áp suất khí quyển) Atmospheric pressure chemical ionization (Ion hóa hóa học áp suất khí quyển) EI Electron impact (va đập điện tử) SIM Selected ion monitoring (Chế độ chọn lọc ion) MS Mass Spectrometry (Khối phổ) GLY Glyphosate AMPA Axit aminomethylphosphonic GLU Glufosinate 3PA 3-methylphosphinicopropionic axit FMOC-Cl 9-flourenylmethylchloroformate CAN Acetonitrile SPE Solid phase extraction (Chiết pha rắn) HLB Hydrophilic-lipophilic balance MAX Mixed-mode anion exchange (Cột đa chế) CAX Cột trao đổi cation NP Normal phase (pha thƣờng) RP Reversed phase (pha đảo) MRL Maximum residue level (Giới hạn tồn dƣ tối đa) RSD Relative Standard Deviation (Độ lệch chuẩn tƣơng đối) LOD Limit of detection (giới hạn phát hiện) LOQ Limit of quantification (giới hạn đinh lƣợng) MDL MQL Method detection limit (Giới hạn phát phƣơng pháp) Method quantification limit (Giới hạn định lƣợng phƣơng pháp) crops gas chromatography with mass-selective detection first action 2000” 12 A Shrivastava and V Gupta (2011), “Methods for the determination of limit of detection and limit of quantitation of the analysis methods,” Chronicles young Sci, vol 2, no 1, pp 725–735 13 A Van Eeckhaut, K Lanckmans, S Sarre, I Smolders, and Y Michotte (2009), “Validation of bioanalytical LC – MS / MS assays : Evaluation of matrix effects,” vol 877, pp 2198–2207 14 B K Matuszewski and M L Constanzer (2003), “Strategies for the assessment of matrix effect in quantitative bioanalytical methods based on HPLC MS/MS,” vol 75, no 13, pp 3019–3030 15 Direction 2002/657/EC (2002), “COMMISSION DECISION 2002/657/EC of 12 August 2002 implementing Council Directive 96/23/EC concerning the performance of analytical methods and the interpretation of results,” Off J Eur Communities, vol L221/8, pp 8–36 16 96/23/Ec Commission Decision (2002), “96/23/EC COMMISSION DECISION of 12 August 2002 implementing Council Directive 96/23/EC concerning the performance of analytical methods and the interpretation of results (notified under document number C(2002) 3044)(Text with EEA relevance) (2002/657/EC),” 96/23/Ec Comm Decis., p 29 17 E Alexa, M Häfner, M Negrea, and A Lazureanu (2008), “HPLC and GC Determination of Glyphosate and Aminomethylphosphonic Acid ( AMPA ) in Water Samples,” 43 rd Croat 3rd Int Symp Agric Opatija Croat rd rd Agric Opatija Croat (100- XXX) 100, no March 2015, pp 100–105 18 F T Peters, O H Drummer, and F Musshoff (2007), “Validation of new methods.,” Forensic Sci Int., vol 165, no 2–3, pp 216–24 19 G M Williams, R Kroes, and I C Munro (2000), “Safety evaluation and risk assessment of the herbicide Roundup and its active ingredient, glyphosate, for humans,” Regul Toxicol Pharmacol., vol 31, no I, pp 117–165 20 H Trufelli et al (2011), “ An overview of matrix effects in liquid chromatography – mass spectrometry”, pp 491–509 80 21 J Bernal et al.(2010), “Development and validation of a liquid chromatographyfluorescence-mass spectrometry method to measure glyphosate and aminomethylphosphonic acid in rat plasma,” J Chromatogr B Anal Technol Biomed Life Sci., vol 878, no 31, pp 3290–3296 22 J Han et al (2016), “Determination of glyphosate and its metabolite in emergency room in Korea,” Forensic Sci Int., vol 265, pp 41–46 23 K A (2010), “Electrospray ionization matrix effect as an uncertainty source in HPLC-ESI/MS pesticide residue analysis,” no 2010, pp 306–315 24 L Goodwin, J R Startin, D M Goodall, and B J Keely (2003), “Tandem mass spectrometric analysis of glyphosate, glufosinate, aminomethylphosphonic acid and methylphosphinicopropionic acid,” Rapid Commun Mass Spectrom., vol 17, no 9, pp 963–969 25 M Popp, S Hann, A Mentler, M Fuerhacker, G Stingeder, and G Koellensperger (2008), “Determination of glyphosate and AMPA in surface and waste water using high-performance ion chromatography coupled to inductively coupled plasma dynamic reaction cell mass spectrometry (HPICICP-DRC-MS),” Anal Bioanal Chem., vol 391, no 2, pp 695–699 26 M Sargent (2013), “Guide to achieving reliable quantitative LC-MS measurements” 27 M V Khrolenko and P P Wieczorek (2005), “Determination of glyphosate and its metabolite aminomethylphosphonic acid in fruit juices using supportedliquid membrane preconcentration method with high-performance liquid chromatography and UV detection after derivatization with p- toluenesulphonyl chl,” J Chromatogr A, vol 1093, no 1–2, pp 111–117 28 M X Chen, Z Y Cao, Y Jiang, and Z W Zhu (2013), “Direct determination of glyphosate and its major metabolite, aminomethylphosphonic acid, In fruits and vegetables by mixed-mode hydrophilic interaction/weak anionexchange liquid chromatography coupled with electrospray tandem mass spectrometry,” J Chromatogr A, vol 1272, pp 90–99 29 N Yoshioka, M Asano, A Kuse, T Mitsuhashi, Y Nagasaki, and Y Ueno 81 (2011), “Rapid determination of glyphosate, glufosinate, bialaphos, and their major metabolites in serum by liquid chromatography-tandem mass spectrometry using hydrophilic interaction chromatography,” J Chromatogr A, vol 1218, no 23, pp 3675–3680 30 P L Alferness and L A Wiebe (2001), “Determination of glyphosate and aminomethylphosphonic acid in crops by capillary gas chromatography with mass-selective detection: Collaborative study,” J AOAC Int., vol 84, no 3, pp 823–846 31 R J Vreeken, P Speksnijder, I Bobeldijk-Pastorova, and T H M Noij (1998), “Selective analysis of the herbicides glyphosate and aminomethylphosphonic acid in water by on-line solid-phase extraction-high- performance liquid chromatography-electrospray ionization mass spectrometry,” J Chromatogr A, vol 794, no 1–2, pp 187–199 32 T Arkan and I Molnar-Perl ( 2015), “The role of derivatization techniques in the analysis of glyphosate and aminomethyl-phosphonic acid by chromatography,” Microchem J., vol 121, pp 99–106 33 T Cristina et al ( 2013), “Study of the reaction derivatization Glyphosate and Aminomethylphosphonic Acid ( AMPA ) with N , O-Bis ( trimethylsilyl ) trifluoroacetamide,” Am J Anal Chem., vol 2013, no 4, pp 647–652 34 U.S Department of health and human services food and drug administration (2001), "Guidance for industry bioanalytical method validation" 35 Y Zhu, F Zhang, C Tong, and W Liu (2013), “Determination of glyphosate by ion chromatography,” vol 850, pp 297–301 82 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Sắc đồ đƣờng chuẩn Đƣờng chuẩn sử dụng nội chuẩn Sắc đồ chất điểm chuẩn 10 µg/L Sắc đồ chất điểm chuẩn 20 µg/L 83 Sắc đồ chất điểm chuẩn 50 µg/L Sắc đồ chất điểm chuẩn 100 µg/L 84 Sắc đồ chất điểm chuẩn 150 µg/L Sắc đồ chất điểm chuẩn 200 µg/L 85 Đƣờng chuẩn khơng sử dụng nội chuẩn Sắc đồ chất điểm chuẩn 10 µg/L Sắc đồ chất điểm chuẩn 20 µg/L 86 Sắc đồ chất điểm chuẩn 50 µg/L Sắc đồ chất điểm chuẩn 100 µg/L 87 Sắc đồ chất điểm chuẩn 150 µg/L Sắc đồ chất điểm chuẩn 200 µg/L 88 Phụ lục 2: Sắc đồ phân tích lặp lại lần nồng độ chuẩn 100 µg/L, nội chuẩn 50 µg/L Sắc đồ phân tích lần Sắc đồ phân tích lần 89 Sắc đồ phân tích lần Sắc đồ phân tích lần 90 Sắc đồ phân tích lần 91 Phụ lục 3: Sắc đồ phân tích mẫu thực Sắc đồ phân tích mẫu nước Sắc đồ phân tích mẫu gạo 92 Sắc đồ phân tích mẫu ngơ 93 Phụ lục 4: Kết nghiên cứu công ố 94 ... phƣơng pháp: Xác định hàm lượng nhóm chất diệt cỏ glyphosate phương pháp sắc kí lỏng hai lần khối phổ LC- MS/ MS” Mục tiêu đề tài nghiên cứu là: Xây dựng phƣơng pháp xác định hàm lƣợng nhóm chất diệt. .. KHOA HỌC TỰ NHIÊN - MAI THỊ NGA LINH XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG NHÓM CHẤT DIỆT CỎ GLYPHOSATE BẰNG PHƢƠNG PHÁP SẮC KÍ LỎNG HAI LẦN KHỐI PHỔ LC- MS/ MS Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 8440112.03... 33 2.3.Phƣơng pháp sắc ký lỏng ghép nối hai lần khối phổ (LC- MS/ MS) 34 2.3.1 Tối ƣu điều kiện hệ thống sắc kí lỏng Error! Bookmark not defined 2.3.2 Tối ƣu điều kiện khối phổ MS Error!