Nghiên cứu sàng lọc các thuốc bảo vệ thực vật trong mẫu nước tưới và mẫu rau trên thiết bị sắc kí lỏng khối phổ phân giải cao LC HRMS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN *** LÊ MINH THÙY NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC CÁC THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT TRONG MẪU NƯỚC TƯỚI VÀ MẪU RAU TRÊN THIẾT BỊ SẮC KÍ LỎNG KHỐI PHỔ PHÂN GIẢI CAO (LC/HRMS) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN *** LÊ MINH THÙY NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC CÁC THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT TRONG MẪU NƯỚC TƯỚI VÀ MẪU RAU TRÊN THIẾT BỊ SẮC KÍ LỎNG KHỐI PHỔ PHÂN GIẢI CAO (LC/HRMS) Chuyên ngành: Hóa Hữu Mã số: 8440112.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Trần Mạnh Trí TS Vũ Đức Nam Hà Nội - 2019 LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu tài trợ Quỹ Phát triển Khoa học Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 104.04-2018.331 Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới TS Trần Mạnh Trí- Giảng viên Khoa Hóa học- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, TS Vũ Đức Nam- Trung tâm Nghiên cứu Chuyển giao Công nghệ- Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, gợi ý đề tài, tận tình hướng dẫn tạo điều kiện giúp đỡ em suốt q trình thực đề tài hồn thành luận văn Em trân trọng cảm ơn TS Chu Đình Bính- Viện Kỹ thuật Hóa học- Trường Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ bảo tận tình thời gian thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo giảng dạy Khoa Hóa học- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, đặc biệt thầy cô mơn Hóa Hữu mơn Hóa Phân tích giúp em tiếp cận kiến thức quý báu, tạo tảng cho em học tập nghiên cứu môi trường đại Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban lãnh đạo, đồng nghiệp Trung tâm Nghiên cứu Chuyển giao Công nghệ- Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi để tơi học tập hồn thành đề tài Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè ln động viên, giúp đỡ, chia sẻ Hà Nội, ngày 22 tháng năm 2019 Học viên Lê Minh Thùy MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hóa chất bảo vệ thực vật 1.1.1 Giới thiệu chung hóa chất bảo vệ thực vật 1.1.2 Các dạng hóa chất bảo vệ thực vật sản xuất thị trường 1.1.3 1.1.3.1 Phân loại hóa chất bảo vệ thực vật Nhóm clo (Clo hữu cơ) 1.1.3.2 1.1.3.3 1.1.3.4 Nhóm phốt (Lân hữu cơ) Nhóm nito Nhóm pyrethroid (họ cúc tổng hợp) 1.1.4 Ảnh hưởng hóa chất bảo vệ thực vật 1.4.1.1 Ảnh hưởng đến môi trường 1.1.4.2 Ảnh hưởng tới người động vật 1.1.5 Thực trạng tình hình kiểm sốt thuốc BVTV Việt Nam 1.2 Tổng quan phương pháp phân tích dư lượng thuốc BVTV mẫu rau mẫu nước 10 1.2.1 Phương pháp phân tích sắc ký 10 1.2.2 Phương pháp xử lý mẫu phân tích hóa chất BVTV 14 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 17 2.1 Thiết bị, dụng cụ, hóa chất, chất chuẩn 17 2.1.1 Thiết bị 17 2.1.2 Dụng cụ 17 2.1.3 Hóa chất 17 2.1.4 Chất chuẩn chuẩn bị dung dịch chuẩn 17 2.2 Đối tượng phân tích 20 2.3 Thu thập bảo quản mẫu 20 2.4 Phương pháp nghiên cứu 23 2.4.1 Phương pháp phân tích đồng thời đa nhóm dư lượng hóa chất BVTV thiết bị LC-HRMS 23 2.4.2 Nghiên cứu quy trình xử lý mẫu 23 2.4.3 Phân tích mẫu thực 24 2.5 Thực nghiệm 24 2.5.1 Phân tích thiết bị UPLC- Orbitrap MS 24 2.5.1.1 Chương trình sắc ký 24 2.5.1 Điều kiện phân tích khối phổ Orbitrap MS 25 2.5.2 Xử lý mẫu 26 2.5.2.1 Mẫu nước 26 2.5.2.2 Mẫu rau 27 2.5.3 Ảnh hưởng mẫu phân tích LC-Orbitrap MS mẫu rau 29 2.5.4 Độ xác khối chế phân mảnh 31 2.5.5 Đánh giá độ ổn định tín hiệu phân tích kiểm soát chất lượng 31 2.5.6 Xử lý số liệu 32 2.5.7 Phân tích mẫu thực 32 CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 Tối ưu hóa điều kiện sắc ký 33 3.2 Tối ưu hóa điều kiện khối phổ Orbitrap Độ xác khối 38 3.3 Xác nhận giá trị sử dụng phương pháp phân tích 44 3.3.1 Độ ổn định tín hiệu phân tích 44 3.3.2 Khoảng tuyến tính 45 3.3.3 Giới hạn phát giới hạn định lượng phương pháp 48 3.3.4 Hiệu suất trình chiết 49 3.4 Kết phân tích mẫu thực 52 3.4.1 Mẫu nước 52 3.4.2 Mẫu rau 55 CHƯƠNG IV KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN DANH MỤC VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ACN Acetonitrile Acetonitrile ADI Acceptable daily intake Lượng ăn vào hàng ngày chấp nhận APCI Atmospheric pressure ionization Ion hóa áp suất khí BVTV Bảo vệ thực vật Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn BNNPTNT BYT Bộ Y tế C Concentration Nồng độ CI Chemical impact Tương tác hóa học Certificated reference Material Mẫu đối chứng chứng nhận CRM CTPT DCM Công thức phân tử Dichlormethane Dichlormethane EI Electron ionization Ion hóa va chạm điện tử EN European Nations Liên minh Châu Âu ESI Electrospray ionization Ion hóa va chạm điện tử Ethanol Ethanol EU European union Hội đồng Châu Âu FA Formic acid Axit formic Found agriculture organization Tổ chức Nông nghiệp lương thực Liên hợp quốc FWHM Full width at half maximum Độ rộng lớn ½ chiều cao pic GC-MS Gas chromatography- mass spectrometry Sắc ký khí ghép nối khối phổ Ultrahigh performance liquid chromatography- high resolution mass spectrometry Sắc ký lỏng (siêu hiệu cao) ghép nối khối phổ (phân giải cao) MDL Method of detection limit Giới hạn phát phương pháp MeOH Methanol Methanol Matrix effect Ảnh hưởng mẫu MQL Method of quantification limit Giới hạn định lượng phương pháp MRL Method of residue limit Dư lượng tối đa Mass per Tỷ lệ khối lượng điện tích EtOH FAO (UP)LC-(HR)MS ME m/z Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt OPs- Organophosphorus groups Nhóm photpho (Lân hữu cơ) ppb Part per billion Nồng độ/hàm lượng phần tỉ ppm Part per million Nồng độ/hàm lượng phần triệu Recovery Hiệu suất toàn trình xử lý mẫu RE Recovery extraction Hiệu suất chiết mẫu RF Fluorescence detector Đầu dò huỳnh quang Relative standard deviation Độ lệch chuẩn tương đối RT Retention time Thời gian lưu SD Standard deviation Độ lệch chuẩn SE Solvent extraction Chiết dung môi R RSD Spic SPE Diện tích pic Solid phase extraction Chiết pha rắn TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TLTK Tài liệu tham khảo V WHO Volume Thể tích World health organization Tổ chức Y tế giới DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Quy định Việt Nam ngưỡng cho phép hoạt chất BVTV Bảng Phương pháp phân tích đa nhóm dư lượng thuốc BVTV 12 Bảng Danh mục 53 hoạt chất BVTV phân tích thiết bị LC- Orbitrap MS 18 Bảng 2 Chuẩn bị dung dịch chuẩn làm việc 19 Bảng Chuẩn bị dung dịch chuẩn làm việc có nội chuẩn 20 Bảng Thơng tin mẫu nước mặt phân tích luận văn 20 Bảng Các mẫu rau phân tích luận văn 22 Bảng Chương trình gradient pha động 25 Bảng Thời gian lưu chất phân tích dung dịch chuẩn mẫu 36 Bảng Độ xác khối chất phân tích dung dịch chuẩn mẫu 40 Bảng 3 Thông tin phân mảnh chất phân tích 42 Bảng Độ lệch chuẩn tương đối tín hiệu phân tích phân tích lặp lại liên tục ngày điều kiện nhiệt độ khác 44 Bảng Phương trình đường chuẩn chất phân tích 46 Bảng MDL MQL phương pháp phân tích 48 Bảng ME, RE, R (%) trình chiết mẫu 50 Bảng Kết phân tích mẫu nước mặt khu vực 52 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Hóa chất Bảo vệ thực vật Hình Chu trình phát tán hóa chất BVTV hệ sinh thái nông nghiệp Hình Sơ đồ thiết bị sắc ký lỏng khối phổ phân giải cao 13 Hình Cấu trúc Orbitrap MS 14 Hình Vị trí lấy mẫu nước tưới 21 Hình 2 Điều kiện nhận biết chất khối phổ phân giải cao Orbitrap MS 26 Hình Quy trình xử lý mẫu nước 27 Hình Quy trình xử lý mẫu rau 29 Hình Thiết kế thí nghiệm đánh giá độ thu hồi, ảnh hưởng mẫu độ thu hồi toàn trình xử lý mẫu rau 30 Hình Sắc đồ tổng phân tách đồng thời đa nhóm 53 hoạt chất BVTV cột pha đảo khác nhau: (a) cột PFP Hypersil GOLD, (b) cột Hypersil ODS, (c) cột HyperClone 34 Hình Cấu tạo pha tĩnh PFP 34 Hình 3 Sắc đồ chất phân tích dung mơi mẫu rau (a) (đợt 1), dung môi mẫu nước (b) (đợt 2) 36 Hình Phân mảnh Carbaryl (phân tích chế độ FullMS-confirmation) 39 Hình Độ ổn định chất chuẩn đồng hành dung dịch chuẩn mẫu nước 45 Hình Hàm lượng hoạt chất BVTV phát mẫu nước 54 Hình 3.7 Sự phân bố số hoạt chất BVTV mẫu nước mặt làng rau địa bàn Hà Nội 55 Hình Sắc đồ mẫu rau cải cúc (a) rau xà lách (b) 56 MỞ ĐẦU Hóa chất bảo vệ thực vật coi công cụ quan trọng việc bảo vệ mùa màng, giữ vững an ninh lương thực quốc gia phát triển sản xuất kinh tế nông nghiệp chủ yếu Việt Nam Cùng với phát triển khoa học kĩ thuật, sử dụng hóa chất có nhiều thay đổi mạnh mẽ, nhiều hoạt chất có phương thức tác động khác trước, hiệu lực cao, liều lượng thấp với dịch hại đời Tuy nhiên, việc lạm dụng, thiếu kiểm soát sử dụng hóa chất sai quy trình để lại nhiều hậu nghiêm trọng như: phá vỡ cân hệ sinh thái đồng ruộng, gây ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm môi trường sống, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe khơng người tiêu dùng mà cịn tới người trực tiếp tham gia sản xuất Thực tế, có nhiều cơng trình nghiên cứu, tài liệu khoa học, báo cáo cơng bố phân tích hóa chất bảo vệ thực vât Tuy nhiên, đa phần nghiên cứu thực nghiệm nhóm hóa chất riêng biệt clo, photpho, carbamate…đối với thiết bị sắc ký khí sắc ký lỏng chưa có nhiều cơng bố phân tích đồng thời đa nhóm dư lượng hoạt chất hệ thống sắc ký lỏng Mặt khác, Việt Nam, nhiều hoạt chất bảo vệ thực vật chưa quy định việc sử dụng hay ngưỡng cho phép có mặt mơi trường, nơng sản hay thực phẩm Việc nghiên cứu phát dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật tồn dư môi trường thực phẩm giúp cho người tiêu dùng bảo vệ sức khỏe trước ma trận thực phẩm khơng an tồn Xuất phát từ nhu cầu cấp thiết xã hội, thực đề tài “Nghiên cứu sàng lọc thuốc bảo vệ thực vật mẫu nước tưới mẫu rau thiết bị sắc ký lỏng khối phổ phân giải cao LC/HRMS” Mục đích đề tài nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích phù hợp để xác định đồng thời nhiều nhóm thuốc trừ sâu khác thiết bị LC/HRMS có, đồng thời đánh giá yếu tố ảnh hưởng thiết bị mẫu tới hiệu suất thu hồi q trình phân tích Từ đó, áp dụng quy trình phân tích xây dựng để xác định nhiều nhóm thuốc trừ sâu khác mẫu môi trường thực phẩm (nước rau) Thuy Le Minh, Trung Nguyen Quang, Tung Nguyen Ngoc, Nam Vu Duc, Hung Nguyen Xuan, Hai Anh Vu, Lan Anh Nguyen, Tri Tran Manh, Minh Tu Binh, Dinh Binh Chu, Lan Anh Phung Thi (2019), “Determination of multi-class pesticides in surface water by Ultrahig performance liquid chromatography in combination with high resolution mass spectrometry (UPLC- Orbitrap MS)”, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý Sinh học, Tập 24, Số 4B/2019, tr, 153-159 ... NHIÊN *** LÊ MINH THÙY NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC CÁC THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT TRONG MẪU NƯỚC TƯỚI VÀ MẪU RAU TRÊN THIẾT BỊ SẮC KÍ LỎNG KHỐI PHỔ PHÂN GIẢI CAO (LC/ HRMS) Chuyên ngành: Hóa Hữu Mã... tài ? ?Nghiên cứu sàng lọc thuốc bảo vệ thực vật mẫu nước tưới mẫu rau thiết bị sắc ký lỏng khối phổ phân giải cao LC/ HRMS? ?? Mục đích đề tài nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích phù hợp để xác... đồ thiết bị sắc ký lỏng khối phổ phân giải cao Hệ thống khối phổ phân giải cao (Q-Exactive Focus, Orbitrap MS) bổ sung tính ưu việt so với khối phổ phân giải thấp như: có phần Quadrupole chọn lọc