Nghiên cứu xác định hàm lượng hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo trong đất, nước, chè bằng sắc ký khí ghép nối khối phổ (GC MS) và đánh giá mức độ ô nhiễm tại một số nông trường

Hơn nữa do độc tính cao, các loại hóa chất này vẫn bị trộn vào các loại thuốc BVTV kém chất lượng, không rõ nguồn gốc được sử dụng trong các nông trường dẫn đến phát hiện các hợp chất nà

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Lê Quang Hưởng

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG HÓA CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT

CƠ CLO TRONG ĐẤT, NƯỚC, CHÈ BẰNG SẮC KÝ KHÍ GHÉP NỐI KHỐI PHỔ (GC-MS)

VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM TẠI MỘT SỐ NÔNG TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2019

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Lê Quang Hưởng

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG HÓA CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT

CƠ CLO TRONG ĐẤT, NƯỚC, CHÈ BẰNG SẮC KÝ KHÍ GHÉP NỐI KHỐI PHỔ (GC-MS)

VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM TẠI MỘT SỐ NÔNG TRƯỜNG

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 8440112.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS Phạm Thị Ngọc Mai

TS Vũ Đức Nam

Hà Nội – 2019

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Thị Ngọc Mai, TS Vũ Đức Nam đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đề tài khóa luận này

Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Quang Trung Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu và Chuyển giao công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã chỉ dẫn và giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành khóa luận

Luận văn được hoàn thành với sự hỗ trợ một phần từ đề tài nghiên cứu 104.04-2018.331 của Quĩ phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia

Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị, các bạn trong phòng thí nghiệm,

đã động viên giúp đỡ tạo điều kiện cho tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu này

Hà Nội, ngày 24 tháng 06 năm 2019 Học viên

Lê Quang Hưởng

Mục lục

Danh mục chữ viết tắt i

Danh Mục Hình ii

Danh Mục Bảng iv

MỞ ĐẦU v

Chương 1 Tổng quan 1

1.1 Giới thiệu chung về hóa chất bảo vệ thực vật 1

1.1.1 Định nghĩa 1

1.1.2 Phân loại 1

1.1.3 Tác hại của hóa chất bảo vệ thực vật 2

1.2 Giới thiệu chung về thuốc trừ sâu cơ clo 4

1.2.1 Đặc điểm chung 4

1.2.2 Cơ chế tác động lên động vật sống 4

1.2.3 Tổng quan một số chất trừ sâu thuộc họ cơ clo 5

1.3 Tình trạng tồn dư hàm lượng thuốc trừ sâu tại Việt Nam 16

1.4 Một số phương pháp xử lý mẫu xác định hàm lượng thuốc BVTV 18

1.4.1 Chiết lỏng lỏng (LLE) 18

1.4.2 Chiết pha rắn SPE 18

1.4.3 Chiết soxhlet 19

1.4.4 Chiết siêu âm 20

1.4.5 Phương pháp QuEChERS 20

1.5 Một số phương pháp xác định hàm lượng thuốc trừ sâu clo hữu cơ 21

1.5.1 Phương pháp quang phổ 21

1.5.2 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao 21

1.5.3 Phương pháp sắc ký khí 22

Chương 2 : Thực nghiệm 25

2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 25

2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 25

2.1.2 Đối tượng nghiên cứu 25

2.2 Phương pháp nghiên cứu 25

2.2.1 Phương pháp phân tích sắc ký khí- khối phổ 25

2.2.2 Phương pháp xử lý mẫu 27

2.3 Thiết bị , dụng cụ, hóa chất 27

2.3.1 Thiết bị 27

2.3.2 Dụng cụ 28

2.3.3 Hóa chất 28

2.4 Quy trình thử nghiệm 29

2.4.1 Xây dựng đường chuẩn 29

2.4.2 Khảo sát tối ưu hóa các điều kiện phân tích trên thiết bị GC/MS 29

2.4.3 Khảo sát các điều kiện xử lý mẫu 31

2.4.4 Đánh giá phương pháp 33

2.5 Phương pháp xử lý số liệu 33

2.5.1 Xác định hàm lượng OCPs trong mẫu 33

2.5.2 Giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) 34

2.5.3 Hiệu suất thu hồi 34

2.5.4 Độ lặp lại 34

2.5.5 Độ tái lặp 35

2.6 Thông số lấy mẫu 36

Chương 3: Kết quả và thảo luận 38

3.1 Khảo sát điều kiện tối ưu và đánh giá phương pháp phân tích hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo trên thiết bị GC/MS 38

3.1.1 Lựa chọn mảnh khối cho 20 hợp chất OCPs và đánh giá độ ổn định về thời gian lưu 38

3.1.2 Sử dụng phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm khảo sát điều kiện tối ưu trên thiết bị GC/MS 39

3.1.3 Khảo sát, tối ưu hóa tốc độ khí mang phân tích hóa chất BVTV cơ clo trên GC/MS 40

3.1.4 Khảo sát thể tích bơm mẫu 41

3.1.5 Kiểm tra chuẩn mix thông qua các chuẩn đơn 41

3.1.6 Đánh giá phương pháp trên thiết bị GC/MS 42

3.1.7 Đánh giá phương pháp phân tích trên thiết bị GC/MS 44

3.2 khảo sát điều kiện xử lý mẫu và đánh giá phương pháp trên nền mẫu nước 45

3.2.1 Khảo sát phương pháp chiết lỏng-lỏng 45

3.2.2 Đánh giá hiệu ứng nền mẫu nước 48

3.2.3 Thẩm định phương pháp phân tích trên nền mẫu nước 50

3.3 Khảo sát phương pháp chiết siêu âm và đánh giá phương pháp trên nền mẫu

đất 51

3.3.1 Khảo sát thời gian chiết siêu âm 51

3.3.2 Đánh giá hiệu ứng nền trên mẫu đất 52

3.3.3 Thẩm định phương pháp trên nền mẫu đất 54

3.4 Khảo sát thể tích dung dịch chuyển sang kit làm sạch của phương pháp QuEChERS và đánh giá phương pháp trên nền mẫu chè 56

3.4.1 Khảo sát thể tích dung môi chuyển qua kit làm sạch 56

3.4.2 Đánh giá hiệu ứng nền trên mẫu chè 58

3.4.3 Thẩm định phương pháp trên nền mẫu chè 60

3.5 Kết quả phân tích mẫu và đánh giá mức độ ô nhiễm tại một số nông trường 61

3.5.1 Tính toán độ không đảm bảo đo đối với kết quả thực nghiệm 61

3.5.2 Kết quả phân tích mẫu tại nông trường Mộc Châu Sơn La 62

3.5.3 Kết quả phân tích mẫu tại nông trường Thanh Ba-Phú Thọ 64

3.5.4 Kết quả phân tích mẫu tại nông trường Tân Cương- Thái Nguyên 66

Tài Liệu Tham Khảo 70 Phụ Lục

IDL: Giới hạn phát hiện của thiết bị phân tích

LOL: Giới hạn tuyến tính

IQL: Giới hạn định lượng của thiết bị phân tích

MDL: Giới hạn phát hiện của phương pháp phân tích

MQL: Giới hạn định lượng của phương pháp phân tích

MRL: Giới hạn cho phép của hợp chất

RSD%: Độ lệch chuẩn tương đối (%)

SIM: Chế độ quan sát chọn lọc ion

DDT: Dichloro diphenyl trichlorothane

DDE : Dichlorodiphenyldichloroethylene

DDD : Dichlorodiphenyldichloroethane

BHC : Benzene hexachloride

OCPs : Organochlorine Pesticides

LD50 : Lượng gây chết cho 50 % nhóm động vật thử nghiệm

LC50 : Nồng độ hóa chất trong không khí gây chết cho 50% nhóm động vật thử nghiệm

ADI : Lượng ăn vào hàng ngày có thể chấp nhận được

QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

ii

Danh Mục Hình

Hình 1 1 Công thức cấu tạo Aldrin……… …….… ……….…5

Hình 1 2 Công Thức cấu tạo của DDT……….…… ….… 6

Hình 1.3 Hợp chất nhóm DDT……… ….… 7

Hình 1.4 Endosunfan và các dạng cấu hình……… … ….8

Hình 1 5 Công thức cấu tạo của Endosulfan sunfat ……….……… ….9

Hình 1 6 Công thức cấu tạo của Heptachlor……… …… 10

Hình 1 7 Công thức cấu tạo của Heptachlor epoxide……… … 11

Hình 1 8 Công thức cấu tạo của Dieldrin……… …… 12

Hình 1 9 Công thức cấu tạo của Endrin……… … ….…13

Hình 1 10 Công thức cấu tạo của methoxychlor……… … 14

Hình 1 11 Công thức cấu tạo của Chlordane……… ……15

Hình 1.12 Khu chôn lấp Núi Căng, Thái Nguyên……… …… 17

Hình 2 1 Thiết bị GC 7890B/MSD 5977A (Agilent Technologies)…….… 26

Hình 2.2 Bột làm sạch và kit làm sạch……… ….32

Hình 2 3 Hình ảnh lấy mẫu đất……….… 37

Hình 3.1 Sắc ký đồ SCAN chuẩn OCPs……… …… ….39

Hình 3.2 Đồ thị kết quả khảo sát sử dụng quy hoạch hóa thực nghiệm … …39

Hình 3.3 Độ phân giải của các cặp chất……….…… …40

Hình 3.4 Quy trình phân tích OCPs trong mẫu nước……….…… …46

Hình 3.5 Sắc ký đồ hỗn hợp nền mẫu nước……….……….48

Hình 3.6 Sắc ký đồ hỗn hợp nền mẫu nước……….…… 49

Hình 3 7 Đồ thị thể hiện hiệu ứng nền mẫu nước……… ….….49

Hình 3.8 Ảnh hưởng của thời gian chiết siêu âm……… … 51

Hình 3.9.Quy trình phân tích OCPs trong mẫu đất……… …….…52

Hình 3.10 Sắc ký đồ hỗn hợp nền mẫu đất……….….…53

Hình 3.11 Sắc ký đồ hỗn hợp nền mẫu đất thêm chuẩn OCPs 100 ppb… …53

Hình 3.12 Đồ thị biểu thị hiệu ứng nền mẫu đất……… 54

iii

Hình 3.13 Hình ảnh khảo sát thể tích dịch chiết chuyển qua kit làm sạch …56

Hình 3.14 Biểu đồ kết quả khảo sát thể tích dịch chiết làm sạch………… 57

Hình 3 15 Quy trình phân tích OCPs trong nền mẫu chè……… … 58

Hình 3.16 Sắc ký đồ hỗn hợp nền mẫu chè……… 59

Hình 3.17 Sắc ký đồ hỗn hợp nền mẫu chè thêm chuẩn……….………59

Hình 3.18 Biểu đồ kết quả hiệu ứng nền mẫu chè……….….59

Hình 3.19 Khu vực ao tù tại Thanh Ba- Phú Thọ……….… 64

iv

Danh Mục Bảng

Bảng 1 1 Thông số cơ bản của các chất nhóm DDT……….……….……… 7

Bảng 1.2 Thông số cơ bản của các hợp chất nhóm BHC… …… …….….9

Bảng 2 1 Điều kiện sắc ký khí và khối phổ……… …… … ……26

Bảng 2 2 Cách pha điểm chuẩn xây dựng đường chuẩn….……… … ….29

Bảng 3 1 Thời gian lưu và độ lệch thời gian lưu……….…….….…….… 38

Bảng 3.2 Kết quả đánh giá chuẩn mix……… … 41

Bảng 3.3 Diện tích peak ……… …42

Bảng 3.4 Phương trình đường chuẩn; hệ số tương quan và sai lệch đường chuẩn của 20 hợp chất OCPs……… 43

Bảng 3.5 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của thiết bị…… 44

Bảng 3.6 Kết quả khảo sát số lần chiết lặp……….… ……45

Bảng 3.7 Kết quả khảo sát điều kiện thổi khí N2……….47

Bảng 3.8 Kết quả thẩm định phương pháp trên nền mẫu nước…… … … 50

Bảng 3.9 Kết quả thẩm định phương pháp trên nền mẫu đất……….… …55

Bảng 3.10 Kết quả thẩm định phương pháp trên nền mẫu chè……….…… 60

Bảng 3.11 Kết quả phân tích các mẫu chè tại Mộc Châu……….… …62

Bảng 3.12 Kết quả phân tích mẫu đất và nước tại Mộc Châu…….… …63

Bảng 3.13 Kết quả phân tích các mẫu chè tại Thanh Ba-Phú Thọ…….… 64

Bảng 3.14 Kết quả phân tích mẫu đất và nước tại Thanh Ba………… … 64

Bảng 3.15 Kết quả phân tích mẫu tại Tân Cương- Thái Nguyên….….… 66

v

MỞ ĐẦU

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 để tăng năng suất cây trồng Tuy nhiên, bên cạnh ưu điểm 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, 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 hợp chất clo hữu cơ (OCPs) đã bị cấm sử dụng tuy nhiên việc tích lũy trong đất và

ô nhiễm vào nguồn nước từ trước vẫn còn là mối nguy hiểm Hơn nữa do độc tính cao, các loại hóa chất này vẫn bị trộn vào các loại thuốc BVTV kém chất lượng, không rõ nguồn gốc được sử dụng trong các nông trường dẫn đến phát hiện các hợp chất này trong ở các khu nông trường không được quản lý tốt

Do hàm lượng các thuốc trừ sâu OCPs là rất nhỏ, phương pháp phân tích phổ biến hiện nay thường là các phương pháp sắc kí cho phép xác định đồng thời nhiều chất, giới hạn phát hiện thấp, có độ nhạy và độ chính xác rất cao Phương pháp sắc ký khí là phương pháp thường được sử dụng để phân tích thuốc trừ sâu gốc clo hữu cơ, khi kết hợp với detector MS có thể cung cấp thêm thông tin quan trọng khác cho việc định danh là khối phổ của hợp chất phân tích kể cả trong trường hợp có sự trùng lặp một phần hoặc toàn phần, hai hay nhiều peak, việc chọn mảnh ion phù hợp có thể giúp xác nhận lại hợp chất cần xác định đồng thời cho phép định lượng được chúng

Với các lý do nêu trên, chúng tôi lựa chọn đề tài cho luận văn này là

“Nghiên cứu xác định hàm lượng hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo trong đất, nước, chè bằng sắc ký khí ghép nối khối phổ (GC-MS) và đánh giá mức độ

ô nhiễm tại một số nông trường”

1

Chương 1 Tổng quan 1.1 Giới thiệu chung 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… [6]

- 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…

2

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

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

1.1.3 Tác hại của hóa chất bảo vệ thực vật

- Tác động của hóa chất BVTV đến môi trường: [15]

Các tác động của hóa chất BVTV lên môi trường là do những tính chất chủ yếu sau: dễ bay hơi, dễ hòa tan trong nước và dung môi, bền với quá trình biến đổi sinh học

+ Tác động đến môi trường đất : Nhiều thuốc bảo vệ thực vật có thể tồn lưu lâu dài trong đất ví dụ DDT và các chất clo hữu cơ sau khi đi vào môi trường sẽ tồn tại ở các dạng hợp chất liên kết trong môi trường, mà những chất mới thường có độc tính hơn hẳn, xâm nhập vào cây trồng và tích lũy ở quả, hạt,

củ sau đó di truyền theo thực phẩm đi vào gây hại cho người, động vật như ung thư, quái thai, đột biến gen…

+ Tác động đến môi trường nước : Hóa chất BVTV có thế trực tiếp đi vào nước do phun hoặc xử lý nước bề mặt với hóa chất BVTV để tiêu diệt một

số sinh vật truyền bệnh cho người; thải bỏ hóa chất BVTV thừa sau khi phun; nước dùng để cọ rửa thiết bị phun được đổ vào sông, ao, hồ, ngòi; cây trồng được phun ngay ở bờ nước; rò rỉ hoặc đất được xử lý bị xói mòn

+ Tác động đến môi trường không khí : Ô nhiễm không khí do hóa chất BVTV chủ yếu do phun thuốc Ngay trong quá trình phun thuốc, các hạt nhỏ bay hơi tạo thành những hạt mù lỏng có thể bay rất xa theo gió Thông thường hóa chất BVTV loại tương đối dễ bay hơi, gây ô nhiễm và rất nguy hiểm nếu hít phải hóa chất BVTV trong không khí

3

- Tác động của thuốc BVTV đến sức khỏe con người :

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 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

- Thuốc ít tan trong nước, nhưng tan nhiều trong các dung môi hữu cơ Rất bền trong môi trường và có hiệu lực tồn dư dài

- Có tính hóa học bền vững, tồn tại lâu trong môi trường sống, gây ô nhiềm môi trường Một số thuốc còn có khả năng tích lũy trong cơ thể sinh vật, gây hiện tượng trúng độc mãn tính hoặc tích lũy sinh học (khuếch đại sinh học) trong chuỗi thức ăn tự nhiên.[3]

1.2.2 Cơ chế tác động lên động vật sống

Như ta đã biết, tế bào thần kinh chỉ huy hoạt động sống của cơ thể thông qua sự truyền dẫn các phản xạ Sự truyền dẫn phản xạ thể hiện qua sự truyền dẫn xung điện dưới sự phát sinh liên tục điên thế hoạt động Sự vận chuyển ion

Na+ và K+ qua màng là nguyên nhân phát sinh điện thế để truyền dẫn xung điện

Các thuốc trừ sâu clo hữu cơ có tác dụng làm tê liệt sự truyền dẫn xung điện trên sợi trục tế bào thần kinh ngoại biên bằng cách liên kết với các thành phần protein, lipit và một số men có ở màng sợi trục thành những phức Hậu quả của phản ứng liên kết này đã cản trợ sự vận chuyển ion và ức chế hấp thụ ion Na+ và K+ của màng, gây nên hiện tượng mất phân cực và không hình thành được điện thế hoạt động của màng sợi trục Như vậy, thuốc trừ sâu clo hữu cơ gây độc bằng cách tác động lên hệ thần kinh ngoại biên, làm cho chúng không truyền các tín hiệu phản xạ tới hệ thần kinh trung ương, đối tượng bị tê liệt dẫn đến chết

5

Ngoài ra, một số hợp chất clo hữu cơ có tác dụng ức chế men thủy phân ATP-ase và một số men khác, ức chế sự phân chia nhân tế bào dẫn đến hiện tượng đa bội thể

Nhiều thuốc trừ sâu clo hữu cơ hoặc các sản phẩm trung gian có thể được tích lũy trong mô mỡ Hậu quả của việc tiêu mỡ sẽ giải phóng chất độc trong

mỡ vào cơ thể, gây tình trạng ngộ độc.[3]

1.2.3 Tổng quan một số chất trừ sâu thuộc họ cơ clo

là thuốc trừ sâu nhằm tiêu diệt các côn trùng gây hại như châu chấu, mối, sâu ăn rễ

Trong môi trường sống aldrin có thể được chuyển hóa thành dieldrin Liều

6

lượng gây độc cho chuột LD50 là 38 – 67 mg/kg, với thỏ là 50 – 80 mg/kg Liều lượng gây độc hại cho người ADI là 0,001mg (aldrin + dieldrin)/kg, LC50 (24h) với cá là 0,018 – 0,019 mg/L

1.2.3.2 Hợp chất nhóm DDT (dichloro diphenyl trichlorothane )

Hình 1 2 Công Thức cấu tạo của DDT DDT có công thức phân tử C14H9Cl5 là một chất hữu cơ cao phân tử có chứa clo dạng bột màu trắng, mùi rất đặc trưng, không tan trong nước DDT được sử dụng như là một loại thuốc trừ sâu có độ bền vững và độc tính cao, được điều chế từ phản ứng trùng ngưng giữa chlorobenzene với trichloroacetaldehyde Sản phẩm DDT công nghiệp thường có 30% đồng phân o,p- cũng có tính diệt côn trùng nhưng sản phẩm chính là p,p’-DDT (4,4’-DDT)

DDT bị khử clo trong điều kiện yếm khí tạo thành DDD, đây cũng là một chất diện côn trùng DDT bị khử clo và hydro trong điều kiện hiếu khí lại chuyển thành DDE (tính độc DDT > DDE > DDD) Độ bền DDE > DDD > DDT, vì vậy DDE thường có nồng độ cao hơn DDD và DDT trong môi trường

Cả ba loại hợp chất này có nhiều đồng phân nhưng quan trọng hơn cả là các đồng phân p,p’ [3]

7

Hình 1.3 Hợp chất nhóm DDT Thông số cơ bản của thuốc trừ sâu nhóm DDT :

Bảng 1 1 Thông số cơ bản của các chất nhóm DDT STT Công Thức cấu tạo Tên gọi Thông số cơ bản

(p-chlorophenyl)ethane Hoặc 4,4’-DDT

CTPT : C14H9Cl5

M= 354,49 đvC Tºnc= 109 ºC Tºs= 260 ºC (phân hủy)

Tỷ trọng: 0,98 -0,99 g/cm3

chlorophenyl)ethane Hoặc 4,4’-DDD

(p-CTPT: C14H10Cl4

M= 320,05 đvC Tºnc=109-110 ºC Tºs=350 ºC

Tỷ trọng : 1,385 g/cm3

8

chlorophenyl)ethane Hoặc 4,4’-DDD

(p-CTPT: C14H10Cl4

M= 320,05 đvC Tºnc=109-110 ºC Tºs=350 ºC

Tỷ trọng : 1,385 g/cm3

1.2.3.3 Endosulfan (α-Endosulfan, β-Endosulfan) và Endosulfan sulfat

Hình 1.4 Endosunfan và các dạng cấu hình Endosulfan có công thức phân tử C9H6Cl6O3S là một chất dùng để kiểm soát các loài công trùng gây hại bao gồm bướm trắng, rệp; bọ cánh cứng, tồn tại ở 2 dạng chủ yếu là α-Endosulfan và β-Endosulfan Endosulfan đã trở thành một hóa chất nông nghiệp gây nhiều tranh cãi do độc tính cấp tính, gây ảnh hưởng tiêu cực tới chức năng sinh sản và phát triển cả ở động vật và con người

và khả năng tích tụ sinh học Do các mối đe dọa tới sức khỏe con người và môi trường, Endosunfan và các sản phẩm chuyển hóa của nó đã bị cấm sản xuất và

sử dụng trong công ước Stockholm vào tháng 4 năm 2011

Endosulfan sunfat, sản phẩm chuyển hóa chính của endosulfan trong đất cũng thể hiện độc tính tương tự Khi bị nhiễm độc Endosunfan sunfate các triệu chứng thông thường bao gồm đau đầu, khó chịu, căng thẳng, mờ mắt, yếu ớt, buồn nôn, chuột rút, tiêu chảy và khó chịu ở ngực Các dấu hiệu bao gồm toát

mồ hôi, tiết nước bọt và tiết đường hô hấp quá mức, nôn mửa, tím tái, co giật

cơ không kiểm soát được sau yếu cơ, co giật, hôn mê, mất phản xạ và mất kiểm soát cơ vòng.

9

Hình 1 5 Công thức cấu tạo của Endosulfan sunfat

- Endosulfan I hay α- endosulfan có chu kỳ bán hủy trong đất trồng là 43 ngày

- Endosulfan II hay β- endosulfan có chu kỳ bán hủy là 76 ngày

- Endosulfan sunfat có chu kỳ bán hủy lâu hơn: 100 ngày

1.2.3.4 Hợp chất nhóm BHC

BHC là sản phẩm của phản ứng clo hóa benzene dưới tác dụng của tia tử ngoại, được Micheal Faraday tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1825 BHC bền với ánh sáng, nhiệt độ, không khí và với các axit mạnh, nhưng khi tác dụng với kiềm hoặc bị đun nóng với nước thì nó bị phân hủy thành triclobenzen và giải phóng HCl Một số thông số cơ bản của hợp chất nhóm BHC được nêu trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Thông số cơ bản của các hợp chất nhóm BHC Đồng phân Alpha-BHC Beta-BHC Gama-BHc Delta-BHC

Kết tinh dạng rắn

Kết tinh dạng rắn màu trắng

Kết tinh dạng rắn

60ºC ở 0,5 mmHg

323,4ºC ở 760 mmHg

60ºC ở 0,36 mmHg

1.2.3.5 Heptachlor và Heptachlor epoxide

Hình 1 6 Công thức cấu tạo của Heptachlor

11

Tên gọi thông thường: Heptachlor, heptachlore

Tên gọi khác: drimex, heptamul, heptox, drinox, velsicol

Tên hóa học: 1H – 1,4,5,6,7,8,8 heptachloro – 3a,4,7,7a tetrahydro – 4,7 metharoindene; 1,4,5,6,7,8,8 hepthachloro – 3a,4,7,7a – tetrahydro – 4,7 methano – 1H – indene

da thỏ là > 2000 mg/kg ADI cho người là 0,005 mg/kg

Heptachlo epoxide là sản phẩm chuyển đổi sinh học của heptachlor, một thuốc trừ sâu sử dụng trong sự kiểm soát mối và đã được sử dụng trong ngành công nghiệp bông Heptachlor epoxide là một trong các loại thuốc trừ sâu độc tính cao và gây ung thư Đặc biệt nó có khả năng tích tụ sinh học và thời gian phân hủy chậm Khi xâm nhập vão chuỗi thức ăn nó có khả năng phát tán mạnh qua việc truyền từ mẹ sang con kể cả ở động vật gây nhiễm độc dài

và tràn lan

Epoxide độc hại hơn so với thuốc trừ sâu heptachlor

Hình 1 7 Công thức cấu tạo của Heptachlor epoxide

12

1.2.3.6 Dieldrin

Hình 1 8 Công thức cấu tạo của Dieldrin Tên thông thường: dieldrin ; HEOD

Tên gọi khác: dieldree ; octalox ; diedrite

Tên hóa học: (1a, 2, 2a, 3, 6, 6 a, 7, 7a) – 3, 4, 5, 6, 9, 9, hexachloro – 1a, 2, 2a, 3, 6, 6a, 7, 7a – octahydro – 2, 7 : 3, 6 dimethanonaphth (2,3 – b)oxirene; 1, 2, 3, 4, 10, 10 hexachloro – 6, 7 epoxy –

1, 4, 4a, 5, 6, 7, 8, 8s octahydro – endo, exo 1, 4, 5, 8, dimethanonaphthalene HEOD

Công thức hóa học: C12H8Cl6O

Dieldrin tinh khiết có dạng tinh thể không màu, có mùi hóa chất nhẹ Dieldrin chứa tạp chất thường có màu be và mùi hóa chất nặng hơn Dieldrin không tan trong nước, nhưng tan trong các dung môi hữu cơ, chất béo và dầu Dieldrin là một phần của nhóm thuốc trừ sâu “drin” nên có có các đặc tính tương tự với các chất cùng nhóm như Endrin, Aldrin và Isodrin Dieldrin bền trong acid yếu

Nhiệt độ nóng chảy: 1750C – 1760C Áp suất hơi ở 200C là 3,1.10-6 mmHg Tan ít trong nước 0,186 mg/L nước Tan tốt trong hầu hết các dung môi hữu cơ Dieldrin rất độc và dùng để trừ mối trong các công trình xây dựng LD50 cho chuột: 37 – 87 mg/kg, thỏ: 45 – 50 mg/kg Hàm lượng gây độc dưới

da của chuột là 60 – 90 mg/kg, ADI với người là 0,0001mg (aldrin + dieldrin)/kg, LC50 (24h) với cá là 0,018 – 0,089 mg/kg

và tổn thương thận Nuốt phải dieldrin có thể gây buồn nôn và tiêu chảy Nuốt phải một lượng lớn dieldrin có thể gây ra các triệu chứng tương tự như triệu chứng khi hít phải Tiếp xúc qua da với nồng độ dieldrin cao có thể gây kích ứng da

1.2.3.7 Endrin, Endrin ketone, Endrin aldehyde

Hình 1 9 Công thức cấu tạo của Endrin Tên thông thường: endrin

Tên gọi khác: hexadrin, memdrin, nendrin

Tên hóa học: 3,4,5,6,9,9 – hexachloro – 1a,2,2a,3,6,6a,7,7a – octahydro – 2,7 epoxy–1,4,4a,5,6,7,8,8a octahydroendo,endo – 1,4 : 5,8 dimethanonaphthalene

Công thức hóa học: C12H8Cl6O

Đặc tính: endrin có dạng tinh thể, áp suất hơi ở 25ºC là 2.10-7 mmHg

Độ tan của endrin ở 25ºC trong 100g dung dịch như sau: acetone: 17; benzene 13,8; cacbontatrachloride: 3,3; hexane: 7,1; xylene: 18,3 Các triệu chứng ngộ độc Endrin gồm nhức đầu, chóng mặt, căng thẳng, lú lẫn, buồn nôn, ói mửa và

co giật Liều Endrin cao trong cơ thể động vật gặm nhấm gây ra hoại tử ống

14

thận, viêm gan, gan nhiễm mỡ và hoại tử gan, suy thận và giảm trọng lượng cơ thể Endrin rất độc đối với thủy sinh vật, cụ thể là cá, thủy sinh vật không xương sống và thực vật phù du Endrin đã được sử dụng chủ yếu như thuốc trừ sâu nông nghiệp trên cây thuốc lá, cây táo, bông, mía, gạo, ngũ cốc Nó có hiệu quả chống lại nhiều loại sâu khác nhau, bao gồm sâu đục quả bông , sâu đục quả ngô , sâu bọ và rầy cỏ Ngoài ra, endrin đã được sử dụng như một chất diệt chuột và thuốc diệt côn trùng

Trong môi trường endrin tồn tại dưới dạng endrin aldehyde hoặc endrin ketone và có thể được tìm thấy chủ yếu ở các trầm tích đáy của các vùng nước Endrin có thể đi vào cơ thể người do hít phải, nuốt các hợp chất chứa endrin hoặc tiếp xúc trực tiếp với da Khi xâm nhập vào cơ thể, nó có thể được tích trữ trong mỡ và có thể hoạt động như chất độc thần kinh lên hệ thần kinh trung ương, gây co giật thậm chí tử vong Ngày nay ít dùng cho cây trồng LD50 với chuột là 147 – 220 mg/kg LD50 dưới da là 2000 mg/kg ADI với người là 0,005 mg/kg

1.2.3.8 Methoxychlor

Hình 1 10 Công thức cấu tạo của methoxychlor Tên khác: Methoxxide, Dimethoxy-DDT, Methoxy-DDT p, p'-Dimethoxydiphenyltrichloroethane

Tên hóa học: 1,1,1-Trichloro-2,2-bis (4-metoxyphenyl) etan

Côn thức hóa học: C16 H15 Cl3 O2

15

Đặc tính: Methoxychlor có nhiệt độ nóng chảy là 87oC, tỷ trọng 1,41g/cm3 được sử dụng để bảo vệ cây trồng, đồ trang trí, gia súc, và vật nuôi chống lại bọ chét, muỗi, gián và các loài côn trùng khác Methoxychlor gây độc tính cấp tính, tích lũy sinh học và hoạt động gián đoạn nội tiết Methoxychlor được lắng xuống trên mặt đất hoặc trong các hệ sinh thái thủy sinh,có thể được phát hiện trong trầm tích Methoxychlor được ăn vào và hấp thu bởi các sinh vật sống, và nó tích lũy trong chuỗi thức ăn Độc tính của nó

là gây bệnh bạch cầu ở người, hầu hết các nghiên cứu ở động vật và con người đều âm tính, do đó không được phân loại là chất gây ung thư EPA chỉ ra rằng các mức trên mức gây ô nhiễm tối đa là 40 ppb "gây ra" trầm cảm thần kinh trung ương, tiêu chảy, tổn thương gan, thận và tim, và - do tiếp xúc kinh niên - chậm phát triển, LD50 với chuột là 5000mg/kg

1.2.3.9 Chlordane (α-chlordane và γ-chlordane)

Hình 1 11 Công thức cấu tạo của Chlordane Tên khác: Chlordano, Octachloro-4,7- methanohydroindane

Tên hóa học: 1,2,4,5,6,7,8,8-Octachloro-3a, metanoindane

16

gây ung thư tuyến tiền liệt ở con người, là một trong những yếu tố gây ra bệnh tiểu đường, bệnh béo phì, bệnh ung thư tinh hoàn, bệnh ung thư vú, ngoài ra nó còn gây các bệnh khác như chứng đau nửa đầu, viêm đường hô hấp, lo âu, trầm cảm, nhìn mờ, lú lẫn, co giật cũng như làm tổn thương hệ thần kinh vĩnh viễn

Chlordane là một loại thuốc trừ sâu phổ biến đối với cây trồng, thường được tích tụ trong đất và đi sâu vào nước ngầm và có khả năng tích tụ sinh học

ở động vật, nó rất độc đối với cá, với LD50 là 0,022-0,095 mg/kg

1.3 Tình trạng tồn dư hàm lượng thuốc trừ sâu tại Việt Nam

Theo Cục Bảo vệ thực vật (Bộ NN&PTNT), diện tích trồng chè trên cả nước hiện nay là 134,679 ha Trong quá trình mở rộng diện tích trồng chè, việc thâm canh tăng năng suất đã làm cân bằng sinh học bị phá vỡ, sâu bệnh hại chè gia tăng, mức độ gây hại ngày càng lớn Để phòng trừ các loại dịch hại chính trên cây chè, đa số nông dân chỉ sử dụng biện pháp phun thuốc BVTV hóa học nhiều lần trong vụ

Kết quả điều tra của Cục BVTV cho thấy trong sản xuất chè, nông dân trực tiếp canh tác là người phun thuốc BVTV Nông dân sử dụng thuốc với nồng độ cao hơn hướng dẫn chiếm 49%; 64% nông dân sử dụng hỗn hợp 2 loại thuốc khi phun và có 14% nông dân sử dụng hỗn hợp 3 loại thuốc khi phun trong khi nông dân không hề biết việc phun hỗn hợp làm tăng nồng độ thuốc lên rất nhiều lần; gần 50% nông dân phun trên 7 lần/vụ, có những hộ nông dân phun tới 4 lần/1 tháng gây lãng phí trong sử dụng thuốc, gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng lớn tới thiên địch và mất an toàn thực phẩm cho sản phẩm chè

Theo thống kê của Cục Quản lý Dược và Thực phẩm Đài Loan (TFDA) [5] trong tháng 8 và 9 năm 2015, Đài Loan đã phát hiện ra 8 lô hàng chè xuất khẩu của Việt Nam vượt mức quy định về hàm lượng thuốc trừ sâu Theo Chi cục BVTV Lâm Đồng[4], qua kiểm tra 57/168 cơ sở kinh doanh thuốc BVTV trên địa bàn, phát hiện thuốc BVTV chưa đăng ký sử dụng trên cây chè với 117 thuốc thương phẩm (57 hoạt chất) của 56 công ty đăng ký trên các loại cây

17

trồng khác như cà phê, lúa, rau Trong 117 thuốc thương phẩm này có đến 69,25% thuộc nhóm độc 2 và 27,35% thuộc nhóm độc 3

Theo thống kê sơ bộ trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên [19] hiện nay có 7

điểm ô nhiễm do tồn lưu hóa chất BVTV, trong đó có 5 điểm tồn lưu gây ô

nhiễm môi trường nghiêm trọng và 2 điểm tồn lưu gây ô nhiễm môi trường Đa

số hiện chỉ còn nền kho.Tại tỉnh Sơn La có 03 điểm ô nhiễm do hóa chất BVTV, trước đây đều được làm kho chứa thuốc trừ sâu Hiện có 01 kho đang được người dân sử dụng để nhốt gia súc, 02 điểm còn lại hiện còn nền kho.Tổng diện tích khu vực ô nhiễm khoảng 4125m2 Đều chứa nhiều loại thuốc như Vofatox, Bassa, Metaphos, DDT Hiện trạng sử dụng đất của 03 điểm ô nhiễm nêu trên

đa số nằm trong khu vực dân cư, riêng 01 điểm được làm sân chơi thể thao cho người dân

Hình 1.12 Khu chôn lấp Núi Căng, Thái Nguyên

Các điểm ô nhiễm nước chưa có thông số thống kê, các điểm này thường

là các khu vực chứa nước thải nông nghiệp, các ao tù Nguyên nhân ô nhiễm nước chủ yếu do quá trình phát tán trong sử dụng thuốc BVTV trong nông nghiệp

Hàm lượng tồn dư hóa chất BVTV khá nhỏ vì vậy để phân tích được trong các mẫu cần phải áp dụng các phương pháp xử lý mẫu đặc trưng để có thể chiết tách, làm giàu mẫu phân tích Một số phương pháp xử lý mẫu cơ bản được đưa ra dưới đây

đó người ta thường có khuynh hướng dùng nhiều dung môi tạo thành một hỗn hợp dung môi chiết mẫu đặc biệt là trong phân tích đa dư lượng thuốc BVTV

vì như vậy sẽ hoà tan tốt các hoạt chất phân cực cũng như kém phân cực Một

số mẫu có hàm lượng nước rất lớn nên cần một dung môi có khả năng hoà tan với nước như acetonitrile và aceton, có thể dễ dàng thâm nhập sâu vào nền mẫu Sau khi chiết, nước sẽ đươc loại ra khỏi dung dịch chiết bằng cách sử dụng một lượng lớn muối khan như NaCl, MgSO4 hay Na2SO4

Fazlurrahman Khan và cộng sự [32] đã sử dụng ethylacetate và hexane trong LLE để tách pentachloronitrobenzene và hexachlorobenzene và chất chuyển hóa của nó trước khi phân tích HPLC Chiết lỏng lỏng (LLE) cũng đã được Sandra R.Rissato[41] sử dụng để xử lý mẫu mật ong Mẫu mật ong được hòa tan trong nước, lắc đều Tiếp theo mẫu được chiết bằng 50 mL dung môi etyl axetat để chiết bằng cách lắc trong 20 phút 2 lần Gộp dịch chiết và thổi khô bằng khí N2 sau đó hòa tan bằng 1 ml etyl axetat và tiến hành phân tích bằng GC-MS Phương pháp này cũng đã được Hanan Abd El-Gawad [34] sử dụng để chiết tách OCPs trong mẫu nước 1 lít mẫu nước được chiết tách bằng

60 ml dichloromethane , tiến hành chiết lặp 3 lần Dịch chiết thu được cho qua

Na2SO4 khan để loại hoàn toàn nước sau đó được thổi khô bằng khí N2 đến 1

ml, tiến hành phân tích bằng GC-MS

1.4.2 Chiết pha rắn SPE

Chiết pha rắn (SPE) [10] là một trong những kỹ thuật phổ biến nhất được

sử dụng để chiết dư lượng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ Đây là một phương pháp chuẩn bị mẫu để làm giàu và làm sạch mẫu phân tích từ dung dịch bằng

19

cách cho chất cần phân tích hấp phụ lên một cột pha rắn sau đó chất phân tích

sẽ được rửa giải bằng dung môi thích hợp Cơ chế của quá trình lưu giữ bao gồm phân bố pha đảo, pha thường và trao đổi ion Ưu điểm của phương pháp SPE là khả năng làm giàu mẫu cao, giúp loại bỏ ảnh hưởng của các chất gây nhiễu, qui trình thực hiện tự động hoá, phù hợp với phân tích sắc ký và giảm lượng dung môi sử dụng so với phương pháp chiết lỏng - lỏng

Vật liệu carbon nano đã được Yaxi Liua, Zongjun Gao [42] sử dụng cho các SPE để phân tích dư lượng thuốc trừ sâu clo hữu cơ trong mẫu nước uống đóng chai Trong nhiều phương pháp khác, thuốc BVTV đã được xác bằng cách sử dụng cột C18, Đào Hùng Cường [2] xử lý mẫu nước mặt, sử dụng hệ dung môi n - hexan/ethylacetat với các tỉ lệ 70: 30 làm dung môi rửa giải, làm bay hơi dung dịch rửa giải bằng dòng khí Nitơ, cho hiệu suất thu hồi cao trên 95% Thuốc trừ sâu OCPs đã được Beatriz Albero [24] định lượng trong mật ong Theo đó, mật ong được hòa tan trong hỗn hợp nước:metanol (70:30), sau

đó chuyển vào cột C18 đã được hoạt hóa bởi acetonitril và nước Các chất phân tích được rửa giải bằng hỗn hợp hexan:etyl axetate Dung dịch sau rửa giải được thổi khô và xác định bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ

1.4.3 Chiết soxhlet

Là một phương pháp hiện đại cho phép chiết lặp nhiều lần mà không tốn nhiều công sức Chiết soxhlet cũng dựa trên sự phân bố của các chất phân tích trong dung môi hữu cơ, lợi dụng đặc tính dễ bay hơi của dung môi hữu cơ để tạo một dòng hoàn lưu của dung môi trong dụng cụ chiết Phương pháp giúp tiết kiệm dung môi chiết, và chiết lặp nhiều lần

NigeriaJ.A.O Oyekunlea,∗, O.A Akindolania [39] và các cộng sự đã sử dụng phương pháp chiết này đê chiết tách các hợp chất OCPs trong hạt ca cao khô Nghiên cứu sử dụng dung môi Diclometan cho quá trình chiết, lấy khoảng 2,0 gam mẫu hạt ca cao đã được nghiền mịn cho vào hệ thống chiết soxhlet, thời gian chiết kéo dài 5 giờ Dịch chiết được cô quay ở nhiệt độ 41ºC đến 3ml sau đó được thổi khô bằng khí N2 đến 2 ml và phân tích bằng GC/ECD Kết quả cho hiệu suất thu hồi các hợp chất OCPs trong khoảng 85-110 %

20

Kỹ thuật chiết Soxhlet được Natalia Fidalgo-Used [37] lựa chọn trong quá trình xử lý mẫu thịt cá để xác định các hợp chất OCPs 10 gam mẫu thịt cá được trộn với bột Na2SO4 khan với tỉ lệ (4:1), được đưa vào bầu chiết và chiết bằng 300 ml hỗn hợp n-hexan/aceton (1:1) trong 16 giờ Dịch chiết thu được được tiến hành cô quay chân không và thổi khô bằng khí N2 đến 1ml và xác định bằng phương pháp GC-ICP-MS Phương pháp cho hiệu suất thu hồi cao trên 90% đối với 18 chất trừ sâu clo hữu cơ

1.4.4 Chiết siêu âm

Phương pháp chiết siêu âm là một phương pháp chiết hiện đại, sử dụng sóng siêu âm làm dung môi (tại các hốc ở bề mặt tiếp xúc) bị sủi bọt, đẩy tạp chất ra khỏi bề mặt mẫu Bản chất của sóng siêu âm khác với sóng điện từ Phần lớn năng lượng của sóng siêu âm chuyển thành cơ năng (làm rung) Phương pháp chiết cho phép chiết mẫu với hàm lượng lớn đến hàng trăm gam Giảm tác động của nhiệt độ và áp suất đến dung môi chiết, cũng như các hợp chất không bền với nhiệt Nhờ có tác dụng của sóng siêu âm, thời gian chiết mẫu cũng được giảm đi đáng kể

Ali Tor [19] và cộng sự sử dụng phương pháp chiết siêu âm để chiết tách 11 hợp chất OCPs trong nền mẫu đất sử dụng phương pháp sắc ký khí kết hợp với detector bắt giữ điện tử (ECD) Nhóm nghiên cứu sử dụng 25 mL hỗn hợp dung dịch petroleum ether:acetone (1:1) tiến hành rung siêu âm trong 20 phút Hiệu suất thu hồi trung bình của các chất khoảng 88%, độ lệch chuẩn tương đối RSD<6%, giới hạn phát hiện đạt được trong khoảng từ 1,6 đến 3,4 ppb Khoảng tuyến tính của phương pháp trong khoảng 0,1-40 ppb

1.4.5 Phương pháp QuEChERS

Phương pháp QuEChERS (nhanh, dễ dàng, giá rẻ, hiệu quả, bền vững,

và an toàn) sử dụng phương pháp chiết đơn bước đệm bằng acetonitrile (MeCN)

và tách các phân tử lỏng ra khỏi nước bằng MgSO4 Phương pháp làm sạch để loại bỏ các axit hữu cơ, nước dư, và các thành phần khác với sự kết hợp của chất hấp phụ anion yếu có nhóm amin bậc 1 và bậc 2 (PSA) và MgSO4 Sau đó dịch chiết được phân tích bằng các kỹ thuật phân tích

21

Ewa Cies´lik, Anna Sadowska-Rociek [31], sử dụng phương pháp chiết này cho việc phân tách cách hợp chất OCPs trong mẫu hoa quả Mẫu được nghiền nhỏ và lấy khoảng 10 gam cho vào ống ly tâm, thêm 10 ml ACN và gói bột chiết có chứa 0,15g PSA và 0,9g MgSO4 rồi tiến hành ly tâm Dịch chiết được cô đặc và tiến hành đo bằng sắc ký khí GC-MS Kết quả phân tích được các hợp chất OCPs với hiệu suất thu hồi trong khoàng 70 % đến 120 %

Christiansen A [25] chiết tách các hợp chất OCPs trong mẫu cá bằng phương pháp QuEChERS 10 gam mẫu thịt cá được nghiền nhỏ và được loại lipid bằng hợp chất PSA trong bột chiết Dung môi dùng trong quá trình chiết

là hỗn hợp dung môi Acetonitril và tetrahydrofurane (75:25) Kết quả cho hiệu suất thu hồi các hợp chất OCPs trong khoảng 70-110%

1.5 Một số phương pháp xác định hàm lượng thuốc trừ sâu clo hữu cơ

1.5.1 Phương pháp quang phổ

Phương pháp quang phổ dựa trên các đặc tính của ánh sáng đối với các chất phân tích, dựa trên nguyên tắc chuyển dịch electron ở các mức năng lượng Phổ hấp thụ là một quá trình một phân tử chuyển từ trạng tháo lượng tử thấp hợp sang cao hơn và hấp thụ photon Phương pháp dựa trên định luật Lambert-Beer

N.V.S Venugopal và học trò B.Sumalatha [40] tại trường đại học GITAM, Ấn độ đã định lượng thành công hợp chất Endosulfan bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis Nhóm tác giả sử dụng đặc tính của endosulfan chứa hợp chất lưu huỳnh, tiến hành thêm KOH trong cồn vào mẫu

để giải phóng ra SO2, lượng SO2 giải phóng được chuyển qua H2O2 và diphenyl amin Hợp chất phức tạo thành diphenylbenzidine có màu tím nhạt có độ hấp thụ quang cực đại tại bước sóng 605 nm Phương pháp áp dụng cho các mẫu có hàm lượng trong khoảng 0,5-9 µg/mL

1.5.2 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao

Ngày nay, phương pháp HPLC được ứng dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực phân tích định tính cũng như định lượng các thành phần trong dược phẩm,

22

thực phẩm, môi trường, hóa chất Phương pháp có thể phân tích đồng thời từ hàng chục đến hàng trăm các loại thuốc trừ sâu khác nhau Phương pháp có nhiều ưu điểm như độ chọn lọc cao, giới hạn phát hiện thấp, thời gian phân tích nhanh

Daura Vega Moreno [26] cùng các cộng sự xác định dư lượng hóa chất BVTV clo hữu cơ sử dụng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao với detector

UV Cột tách được sử dụng trong phương pháp là cột arian Microsorb-MV 100 C18 (250mm×4,6 mm×8µm), pha động là hỗn hợp dung môi của methanol và nước ( 85/15 % v/v) Kết quả định lượng được dư lượng các chất với độ lệch chuẩn RSD <9%, giới hạn phát hiện trong khoảng 56 đến 96 ng/g với 10 chất OCPs

Gabriela Stanciu [33] áp dụng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC để xác định hàm lượng thuốc trừ sâu cơ clo OCPs trong hạt cà phê với detector huỳnh quang Tác giả sử dụng cột ChromSep HPLC Column SS 100x4,6 mm để tách các hợp chất OCPs với pha động là hệ dung môi của acetonitrile và nước với tỷ lệ (70:30) Chế độ bơm mẫu gradient, thời gian phân tích 32 phút Kết quả tách được các hợp chất OCPs với giới hạn phát hiện LOD trong khoảng 0.02 ng/kg đến 0.04 ng/kg

Ligang Chen [36] sử dụng cột tách Pinnacle 11 C18 column (250 mm × 4,6 mm i.d., 5m) với detector UV, dung môi pha động được sử dụng là dung môi acetonitrile/ nước với tỷ lệ (95/5), để tách hợp chất OCPs trong mẫu gạo, ngô, đậu Mẫu trước khi được phân tích bằng HPLC được chiết bằng cột chiết pha rắn SPE dung môi rửa giải là acetonitrile Kết quả phát hiện được các hợp chất OCPs với giới hạn phát hiện các chất từ 19 đến 37 ng/g, độ thu hồi cao trong khoảng 86 đến 105 %, với RSD <8,7%

1.5.3 Phương pháp sắc ký khí

Phương pháp sắc ký khí đã được ứng dụng rộng rãi để xác định các hóa chất bảo vệ thực vật như các chất clo hữu cơ Phương pháp có thể phân tích

Dư lượng các thuốc trừ sâu họ clo hữu cơ, trong các loại nông sản gồm bột ngũ cốc, trái đào và rau diếp được xác định bằng phương pháp GC-ECD, GC-MS bởi DongXing Yuan và các cộng sự [27] Mẫu được chiết với dung môi acetone:nước (8:2) sau đó được lọc lấy dịch chiết Dịch chiết được pha loãng theo tỉ lệ 5g mẫu/200ml nước rồi cho qua cột GCB (400mg ENVI-Carb); rửa với ethyl acetate: methanol (8:2) Tiếp tục cho qua cột SAX/PSA (250mg + 250mg); rửa giải bằng ethyl acetate:methanol (8:2) Sau đó cho bay hơi dịch chiết còn 5ml và lấy dịch này tiêm vào máy sắc ký Giới hạn phát hiện LOD của phương pháp từ 0,0005 – 0,004 mg/kg và giới hạn định lượng LOQ từ 0,005 – 0,01 mg/kg

Tác giả Sandra R.[41] và cộng sự đã phân tích dư lượng thuốc trừ sâu nhóm clo hữu cơ trong mật ong bằng phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ Mẫu mật ong được đồng hoá trong nước rồi chiết lỏng - lỏng với các dung môi acetonitrile, acetone, etyl acetate và dichloromethane Dịch chiết hữu cơ thu được đem đi cô quay rồi hoà tan lại trong etyl acetate và lọc qua giấy lọc PTFE 0.5 m Dịch qua lọc được cho qua cột SPE (Florisil) và rửa giải bằng dung môi etyl acetate:hexan Thổi khô dịch qua cột còn 1ml rồi phân tích bằng GC-MS Phương pháp có LOD < 0,01 mg/L và khoảng tuyến tính từ 0,01 – 2,0 mg/L

24

V.Yu Tsygankov [43] phân tích hàm lượng dư lượng thuốc trừ sâu clo hữu cơ trong mẫu thủy sinh Áp dụng phương pháp chiết soxhlet với 40 ml dung môi hexan trong vòng 6 tiếng, dịch chiết được cho qua MgSO4 khan để loại bỏ nước và được đuổi dung môi đến 1 ml Kết quả phát hiện hàm lượng các hợp chất nhóm BHC ở mức nồng độ 0,5 ppb, với độ thu hồi 70-120% , giới hạn phát hiện của phương pháp trong khoảng 0,2-0,9 ppb

Phương pháp sắc ký khí là phương pháp thường được sử dụng để phân tích thuốc trừ sâu gốc clo hữu cơ, ưu điểm của thiết bị này là ngoài yếu tố thời gian lưu như trong phương pháp sắc ký dùng detetor ECD, việc sử dụng detector MS, còn cung cấp thêm thông tin quan trọng khác cho việc định danh

là khối phổ của hợp chất phân tích Một lợi điểm quan trọng khác là trong trường hợp có sự trùng lặp một phần hoặc toàn phần, hai hay nhiều peak được rửa giải ra cột thì việc chọn lại mảnh ion có thể giúp ta xác nhận lại hợp chất cần xác định và đồng thời cho phép định lượng được chúng Chính vì vậy chúng tôi chọn phương pháp này cho đề tài luận văn của mình

25

Chương 2 : Thực nghiệm

2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu phương pháp phân tích đồng thời dư lượng 20 hợp chất bảo vệ thực vật clo hữu cơ (OCPs) trong chè, đất, nước bằng phương pháp sắc kí khí khối phổ GC-MS và đánh giá mức độ ô nhiễm tại một số nông trường

2.1.2 Đối tượng nghiên cứu

20 thuốc trừ sâu clo hữu cơ nghiên cứu bao gồm: BHC (α, β ,γ, δ); Heptachlor; Heptachlor epoxide Isomer B; Aldrin; Dieldrin; Endrin; Endrin Aldehyde; Endrin Ketone; Chlordane (α,γ); Endosunfan (1,2); Endosunfan sunfat; 4,4’ DDT; 4,4’- DDD; 4,4’- DDE; Methoxylchlor

Nông trường lựa chọn nghiên cứu tại các tỉnh có sản lượng chè lớn nhất khu vực miền bắc như Mộc Châu- Sơn La; Tân Cương- Thái Nguyên; Thanh Ba- Phú Thọ Luận văn tập trung định lượng 20 hợp chất trong đất, nước, và chè tại các nông trường, từ đó đánh giá mức độ ô nhiễm của từng nông trường

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp phân tích sắc ký khí- khối phổ

Trong luận văn này 20 hợp chất OCPs được phân tích bằng phương pháp sắc ký khí- khối phổ (GC-MS) Phương pháp sắc ký khí-khối phổ dựa vào lực

26

tương tác khác nhau của các chất phân tích với pha tĩnh khi thay đổi nhiệt độ cột, các chất có thời gian di chuyển trong cột khác nhau giúp cho các chất tách khỏi nhau Pha tĩnh của sắc ký khí thường sử dụng cột mao quản; pha động là khí Heli Sau khi tách khỏi nhau các chất di chuyển qua detector khối phổ, tại đây nguồn ion hóa sẽ ion hóa các chất phân tích thành các mảnh mang điện tích đặc chưng bởi m/z và được thu nhận tín hiệu Một số thông số cơ bản của GC/MS được đưa ra trong bảng 2.1 [29]

Hình 2 1 Thiết bị GC 7890B/MSD 5977A (Agilent Technologies)

Bảng 2 1 Điều kiện sắc ký khí và khối phổ

Với nền mẫu đất áp dụng phương pháp chiết siêu âm, các mẫu đất được cho vào vial thủy tinh kín và thêm dung môi chiết là diclomethane, srồi đưa vào bể rung siêu âm Nhờ có tác dụng của sóng siêu âm, thời gian chiết mẫu được giảm đi đáng kể

Với nền mẫu chè, sử dụng phương pháp xử lí mới QuEChERS sử dụng các kit chiết và làm sạch do nhà sản xuất cung cấp Phương pháp đã được chứng minh là phù hợp để chiết tách các hợp chất thuốc BVTV trong thực phẩm

2.3 Thiết bị , dụng cụ, hóa chất

2.3.1 Thiết bị

 Hệ thống sắc kí khí ghép nối khối phổ GC 7890B/MSD 5977A (Agilent Technologies)

 Máy li tâm Rotofix 32, Hettich (Đức) dùng cho ống ly tâm 50mL

 Máy ly tâm EBA 20, Hettich (Đức) dùng cho ống ly tâm 15mL

 Máy lắc Vortex ZX3, Velp, Ý

 Bể rửa siêu âm có gia nhiệt, S 100H, Elma (Đức)

 Tủ sấy UN110, Memmert (Đức)

 Cân phân tích 2 số Practum 612-1S, Sartorius (Đức)

 Cân phân tích 4 số Practum 224-1S, Sartorius (Đức)

 Bộ thổi khí nitơ

 Pipet Pasteur và đầu bóp

 Thìa chuyển mẫu vào ống ly tâm

 Vial GC 2 mL, insert vial 400µL, Agilent

2.3.3 Hóa chất

2.3.3.1 Hóa chất sử dụng

Các hóa chất phải đảm bảo độ tinh khiết cao, không làm giảm độ chính xác của phép phân tích và phải lưu trữ trong lọ thủy tinh để tránh nhiễm bẩn từ chai nhựa

- Dung môi: n-hexan(Merck), acetone(Merck), acetonitrile (Merck) diclomethane (Prolabo)

- Axit acetic (Merck)

- MgSO4 khan (Merck), dạng bột, độ tinh khiết >98%; nung 500oC trong thời gian >5h để loại bỏ phtalat và nước

29

nồng độ mỗi cấu tử 2000 μg/mL pha trong dung môi n-hexan : toluen (1:1), thể tích 1 mL, (Sigma – Aldrich)

2.4 Quy trình thử nghiệm

2.4.1 Xây dựng đường chuẩn

- Pha dung dịch chuẩn gốc : Chuyển 1 mL dung dịch mix OCP-Mix 20

nồng độ 2000 μg/mL vào bình định mức 50, định mức đến vạch bằng dung môi n-hexan, ta được dung dịch chuẩn OCP 40 μg/mL (ppm) Bảo quản dung dịch trong bình tối màu và lưu trữ trong tủ lạnh -20ºC

- Tiến hành xây dựng đường chuẩn: Đường chuẩn các hợp chất OCPs

được xây dựng gồm 6 điểm chuẩn ở các mức nồng độ tăng dần trong khoảng

10 đến 500 ppb Cách pha được nêu trong bảng 2.2

Bảng 2 2 Cách pha điểm chuẩn xây dựng đường chuẩn

2.4.2 Khảo sát tối ưu hóa các điều kiện phân tích trên thiết bị GC/MS

a) Sử dụng phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm khảo sát điều kiện tối ưu trên thiết bị GC/MS

Hiện nay, các nhà nghiên cứu khảo sát các điều kiện phân tích để tối ưu hóa vẫn chỉ chủ yếu tiến hành theo phương pháp đơn biến, nghĩa là thay đổi một yếu tố ảnh hưởng đến kết quả phân tích và giữ cố định các yếu tố khác Điều này sẽ mất rất nhiều thời gian, và gây khó khăn trong việc sắp xếp các thí nghiệm Trong khi phương pháp qui hoạch hóa thực nghiệm (design of experiment – DOE) ngày càng phổ biến, dễ sử dụng và áp dụng rất tốt vào việc khảo sát điều kiện tối ưu cho các phương pháp phân tích

Tiến hành qui hoạch hóa thực nghiệm trên chất chuẩn mix 20 OCPs 1 ppm với các thông số là nhiệt độ cổng tiêm, nhiệt độ nhiệt độ bộ phận kết nối GC và MS