Định lượng dư lượng DDT và HCH trong bùn bằng kĩ thuật sắc kí khí cột mao quản và detector bắt giữ điện tử (GC-ECD)

Bài báo này trình bày quy trình phân tích dư lượng DDT và HCH trong các mẫu bùn bằng phương pháp GC-ECD. Quy trình bao gồm: Phương pháp đánh giá giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ), độ chính xác của quy trình; Phương pháp xử lí mẫu và định lượng hàm lượng dư lượng hai nhóm DDT và HCH.

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Interdisciplinary Sci., 2013, Vol 58, No 10, pp 20-27 ĐỊNH LƯỢNG DƯ LƯỢNG DDT VÀ HCH TRONG BÙN BẰNG KĨ THUẬT SẮC KÍ KHÍ CỘT MAO QUẢN VÀ DETECTOR BẮT GIỮ ĐIỆN TỬ (GC-ECD) Đào Đình Thuần1 , Đặng Đức Nhận2 Đào Văn Bảy3 Khoa Môi trường, Trường Đại học Mỏ Địa chất Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Tóm tắt Dichloro-Diphenyl Trichloroethan (DDT) hexachlorohexan (HCH) hai số 13 nhóm hợp chất hữu khó phân hủy mơi trường (POP) Bài báo trình bày quy trình định lượng DDT sắc kí khí cột mao quản với detector bắt giữ điện tử (GC-ECD) Quy trình bao gồm: Phương pháp đánh giá giới hạn phát (LOD) giới hạn định lượng (LOQ), độ xác quy trình; Phương pháp xử lí mẫu định lượng dư lượng hai nhóm DDT HCH Quy trình áp dụng phân tích định lượng đồng phân DDT HCH mẫu bùn thu góp từ 12 địa điểm khác địa bàn thành phố Đà Nẵng vào tháng năm 2011 Kết nghiên cứu cho thấy DDT sử dụng khu đông dân cư ven biển Đà Nẵng, hàm lượng HCH DDT sa lắng ngang mức hàm lượng chất ô nhiễm môi trường tương tự khu vực Đơng Nam Á Từ khóa: Dichloro-diphenyl trichloroethane, Hexachlorohexane, sắc kí khí cột mao quản, detector bắt giữ điện tử Introduction Dichloro-Diphenyl Trichloroethane (DDT) Hexachlorohexan (HCH) hai số 13 nhóm hợp chất hữu khó phân hủy môi trường (POP) Công ước Stockholm 2001 cấm sản xuất sử dụng phạm vi toàn cầu [1] Chủ tịch nước CHXHCN Việt Nam kí phê chuẩn tham gia Cơng ước ngày 22/7/2002 POPs hợp chất hữu khó phân hủy thời gian bán phân hủy chúng mơi trường thường hàng trăm năm trở lên POPs có mức chlo hóa cao, mức phân cực thấp nên độ hòa tan nước tan tốt vào dung môi hữu Hằng số phân bố POPs nước octanol cao, từ 106 trở lên Chính vậy, POPs tan tốt lipit Ngày nhận bài: 22/11/2013 Ngày nhận đăng: 26/12/ 2013 Tác giả liên lạc: Đào Văn Bảy, địa E-mail: daobaydhsphn@yahoo.com 20 Định lượng dư lượng DDT HCN bùn kĩ thuật sắc kí khí cột mao quản nguyên nhân để POPs nhân lên theo chuỗi thức ăn tích tụ mơ mỡ thể sống, có người POPs làm suy giảm khả tăng đàn chim vỏ trứng bị mỏng chim mẹ bị ô nhiễm POPs [2] Có nhiều chứng khẳng định POPs tác nhân gây ung thư [3, 4] Đối với người, bà mẹ mang thai bị ô nhiễm POP chất POP di chuyển theo tới bào thai [5, 6] Sau sinh nở chất POP truyền nhiều vào thể qua sữa mẹ [7] Tên hóa học theo danh điển IUPAC DDT Dichloro-Diphenyl-Trichloroethan DDT loại thuốc diệt côn trùng sử dụng để diệt muỗi anophen, lồi trùng trung chuyển virus sốt rét năm 60 kỉ trước Sản phẩm DDT dùng làm thuốc diệt muỗi p,p’-Dichloro-Diphenyl-Trichloroethan (p,p’-DDT) môi trường, tác động ánh sáng độ ẩm đồng phân dần chuyển sang p,p’-DichloroDiphenyl Dichloroethane (p,p’-DDD), p,p’-Dichloro-Diphenyl-Ethylene (p,p’-DDE) tương ứng đồng phân o,p-DDT, o,p-DDD o,p-DDE Hexachlorohexan (HCH) thuốc diệt trùng có tên thương mại 666 HCH kĩ thuật bao gồm ba đồng phân α, β γ, có đồng phân γ-HCH (lindane) có tính diệt trùng Hiện Trung Quốc Ấn Độ hai nước tiếp tục sản xuất HCH kĩ thuật (Trung Quốc) DDT (Ấn Độ) để xuất sang châu Phi [8] Dư lượng POPs môi trường phân tích hai phương pháp, sắc kí khí cột mao quản với detector bắt giữ điện tử (GC-ECD) sắc kí khí với detector khối phổ (GC-MS) Một số phóng thí nghiệm tiên tiến giới thường ghép detector MS sau detector ECD hệ GC Bài báo trình bày quy trình phân tích dư lượng DDT HCH mẫu bùn phương pháp GC-ECD Quy trình bao gồm: Phương pháp đánh giá giới hạn phát (LOD) giới hạn định lượng (LOQ), độ xác quy trình; Phương pháp xử lí mẫu định lượng hàm lượng dư lượng hai nhóm DDT HCH Quy trình áp dụng phân tích định lượng đồng phân DDT HCH mẫu bùn thu góp từ 12 địa điểm khác địa bàn thành phố Đà Nẵng vào tháng năm 2011 Nội dung nghiên cứu 2.1 Thực nghiệm * Hóa chất: Trong nghiên cứu sử dụng n-hexan (C6 H6 ) dichloromethan (CH2 Cl2 ) loại tinh khiết dùng để phân tích dư lượng thuốc trừ sâu (Pesticide grade, PG) hãng Prolabo (Pháp) Dung môi n-hexan dùng để chiết DDT HCH từ mẫu bùn, dichloromethan với n-hexan dùng để rửa giải tách nhóm đồng phân sau làm mẫu chiết Bột đồng điều chế từ CuSO4 5H2 O phản ứng khử với bột kẽm Sử dụng Cu để khử hợp chất hữu chứa lưu huỳnh chiết với DDT HCH từ mẫu bùn Loại bỏ hợp chất hữu lưu huỳnh cần thiết để giảm mức đường nền, tức làm tăng độ nhạy phương pháp Khí nitơ loại tinh khiết 99,99 hãng Messe (Đức) dùng để cô làm giàu mẫu cách thổi khí nhẹ nhàng bề mặt ống đựng mẫu dung mơi 21 Đào Đình Thuần, Đặng Đức Nhận Đào Văn Bảy n-hexan Bột Florisil (hỗn hợp oxide magiê silic) loại PG sử dụng để phân nhóm hỗn hợp POPs chiết với n-hexan từ mẫu bùn Phân nhóm POPs cần thiết để tránh không bị chồng đỉnh pic đồng phân hợp chất hữu * Thiết bị phân tích: Thiết bị phân tích dư lượng DDT HCH máy sắc kí khí với detector bắt điện tử (GC-ECD) 3800 hãng Varian (Mỹ) Cột sắc kí cột mao quản dài 30 m có đường kính 0,2 mm thành bên cột tráng lớp dầu silicon dầy 0,2 µm * Phương pháp định lượng: Trong nghiên cứu phương pháp nội chuẩn áp dụng để định lượng hợp chất phân tích 2,3,5-Trichlorobiphenyl (2,3,5-TCB) ϵ-HCH sử dụng làm hai chất nội chuẩn phân tích DDT HCH hai hợp chất điều kiện tổng hợp công nghiệp khơng có sản phẩm PCBs HCH kĩ thuật khơng có mơi trường Hàm lượng chất cần phân tích (mm , ng.g−1 ) sau sắc kí mẫu có diện tích đỉnh pic Sm tính theo theo cơng thức: mm = k.Sm SIS n (1) mm , nI S, Sm SIS tương ứng hàm lượng (ng.g−1 ) diện tích đỉnh pic chất cần phân tích chất nội chuẩn mẫu * Chế độ sắc kí: Chế độ làm việc hệ thiết bị sau: - Nhiệt độ buồng hóa hơi: 250 ◦ C; Nhiệt độ buồng detector: 290 ◦ C; - Tốc độ dịng khí mang (N2 ): cố định 1,2 ml/phút; Tốc độ dịng khí bổ trợ (N2 ): 25 ml/phút; - Chương trình tự điều chỉnh mức khơng đường Chế độ sắc kí sau: - Giữ nhiệt độ 65 ◦ C vòng phút; - Tăng nhiệt độ buồng cột với tốc độ: ◦ C/phút đến nhiệt độ 250 ◦ C; - Giữ nhiệt độ 250 ◦ C thời gian phút 2.2 Kết thảo luận 2.2.1 Giới hạn phát giới hạn định lượng phương pháp GC-ECD Giới hạn phát (LOD) giới hạn định lượng (LOQ) phương pháp định nghĩa [10]: LOD = 3, 33.(σ/s)vLOQ = LOQ = 10.(σ/s) σ độ lặp lại giá trị hàm lượng chất cần phân tích 22 (2) Định lượng dư lượng DDT HCN bùn kĩ thuật sắc kí khí cột mao quản LOD LOQ thiết bị GC-ECD 3800 đánh giá phân tích dung dịch n-hexan chứa 2,3,5-TCB có hàm lượng khác nhau, thay đổi từ 10 đến 70 ng.g−1 Bảng trình bày số liệu liên quan đến phép đánh giá LOD LOQ thiết bị Bảng So sánh kết phân tích giá trị nồng độ chất chuẩn để đánh giá giới hạn phát (LOD) giới hạn định lượng (LOD) thiết bị GC-ECD 3800 [TCB]chuẩn Kết phân tích Độ lệch chuẩn σ ng.g−1 (Giá trị trung bình, ng.g−1 ) ng.g−1 10 11,15 3,65 20 19,57 2,6 30 30,34 3,11 40 41,19 2,17 50 49,78 3,67 60 63,23 3,31 70 73,46 2,25 3,27 Trung bình Độ lệch chuẩn trung bình giá trị hàm lượng chuẩn 3,27 ng.g−1 (Bảng 2) Như vậy: LOD = × 3,27 ≈ 10 ng.g−1 hay ppb LOQ = 10 × 3,27 ≈ 33 ng.g−1 hay ppb 2.2.2 Độ xác quy trình phân tích Độ xác phương pháp kiểm chứng thơng qua tham gia phân tích so sánh quốc tế với mẫu sa lắng lấy từ vịnh Vernice (Italia) kí hiệu IAEA-459 Mẫu Phịng thí nghiệm Môi trường biển Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) Monaco chuẩn bị phân phối cho 91 phịng thí nghiệm tồn cầu phân tích thành phần hợp chất POPs Quy trình phân tích mẫu bùn mơ tả Hình Trong phân tích mẫu IAEA459, quy trình khâu cho thêm nội chuẩn chiết Hình Sơ đồ xử lí mẫu bùn phân tích dư lượng POPs kĩ thuật GC-ECD 23 Đào Đình Thuần, Đặng Đức Nhận Đào Văn Bảy Bảng trình bày so sánh kết phân tích mẫu IAEA-459 Việt Nam kết chung tất 91 phịng thí nghiệm tham gia phân tích so sánh quốc tế Phịng thí nghiệm mơi trường biển Monaco xử lí thông báo Bảng So sánh kết phân tích định lượng lindane đồng phân DDT mẫu IAEA-459 Hàm lượng, ng/g (ppb) Hợp chất phân tích Kết PTN Hà Nội Kết quốc tế Lindane 2,98 ± 1,13 3,78 ± 1,63 p,p’-DDE 4,27 ± 0,68 3,57 ± 1,62 p,p’-DDD 2,94 ± 0,14 4,52 ± 0,89 p,p’-DDT 6,07 ± 0,17 5,16 ± 3,25 o,p’-DDE 1,16 ± 0,13 0,42 ± 1,07 o,p-DDD 0,88 ± 0,11 0,27 ± 0,53 o,p-DDT 1,48 ± 0,34 0,75 ± 0,58 Tỷ số Z định nghĩa là: Z − score = Xi − X σ (3) Xi giá trị hàm lượng chất phân tích phịng thí nghiệm nhận được; X giá trị hàm lượng chất phân tích tính trung bình tất kết phịng thí nghiệm tham gia phép phân tích thơng báo σ độ lệch chuẩn số liệu phân tích phịng thí nghiệm thơng báo Tiêu chí để đánh giá độ kết phân tích phịng thí nghiệm tỷ số Z phải nhỏ Bảng cho thấy kết phân tích Việt Nam có giá trị tỉ số Z < 2.2.3 Hàm lượng dư lượng số hợp chất POP mẫu bùn khu vực thành phố Đà Nẵng Hình trình bày sắc đồ phân đoạn I phân đoạn II thu phương pháp sắc kí cột nhồi Florisil hỗn hợp dung dịch n-hexan sau chiết khử hữu lưu huỳnh mẫu bùn thu gom thành phố Đà Nẵng năm 2011 (theo quy trình trình bày Hình 1) Tổng số có 12 mẫu bùn thu gom địa bàn thành phố Đà Nẵng vào mùa khô (tháng 3/2011) đại diện cho khu vực canh tác nông nghiệp (bùn ruộng lúa), công nghiệp (bùn từ kênh dẫn nước thải từ khu công nghiệp), khu dân cư, khu bãi biển Bảng trình bày hàm lượng dư lượng DDT HCH với sản phẩm phân hủy môi trường chúng mẫu nghiên cứu 24 Định lượng dư lượng DDT HCN bùn kĩ thuật sắc kí khí cột mao quản Hình Sắc đồ phân đoạn I (a) chứa 2,3,5-TCB nội chuẩn đồng phân o,p-DDE p,p’-DDE hexachlorobenzene (HCB), heptachlor, aldrin đồng phân PCBs, phân đoạn II (b) chứa α-HCH nội chuẩn, lindane, γ-HCH, o,p-DDD, p,p’-DDD, o,p-DDT p,p’-DDT Bảng Hàm lượng hai đồng phân β, γ-HCH sáu đồng phân DDT 12 mẫu bùn thu gom từ thành phố Đà Nẵng, tháng 3/2012 (Đơn vị: ng.g−1 bùn khơ) Hợp chất phân tích Kí hiệu mẫu BĐN- BĐN- BĐN- BĐN- BĐN- BĐN- BĐN- BĐN- BĐN- BĐN- BĐN- BĐN-01 γ-HCH (lindane) β-HCH o,p-DDE o,p-DDD o,p-DDT p,p’-DDE p,p’-DDD p,p’-DDT σ(HCH+DDT) σHCH σDDT p,p’DDT/σDDT -02 -03 -04 -05 -06 -07 -08 -09 -10 -11 -12 25,73 67,92 108,71 33,62 9,02 44,71 29,65 5,35 11,27 12,26 12,56 8,26 13,25 9,72 9,32 9,17 23,53 24,61 21,43 128,76 38,98 89,78 13,83 12,52 54,19 59,26 16,22 35,94 145,68 346,66 22,85 323,81 17,95 11,37 19,73 26,74 11,70 23,78 30,91 186,89 62,66 124,23 9,58 9,46 12,52 11,04 12,72 15,03 8,14 89,76 20,85 68,91 13,27 10,12 9,28 8,43 26,68 20,15 17,21 168,06 81,19 86,87 9,35 14,64 9,81 9,91 37,17 27,85 19,73 235,17 118,06 117,11 10,89 11,79 15,50 12,73 17,77 14,99 14,35 131,64 44,51 87,13 13,79 53,93 50,32 10,45 121,52 101,61 184,67 665,94 43,44 622,50 10,45 10,27 13,53 9,16 12,66 15,23 10,89 87,54 15,80 71,74 9,32 13,58 8,15 10,79 12,56 9,51 8,42 84,59 21,58 63,01 8,82 8,55 11,68 10,18 15,67 14,26 9,13 87,85 18,38 69,47 8,31 8,22 8,74 8,23 11,69 10,73 10,61 63,79 13,57 50,22 0,238 0,198 0,168 0,164 0,450 0,249 0,457 0,152 0,118 0,134 0,131 0,211 Kết phân tích cho thấy hàm lượng DDT bùn kênh thoát nước từ khu vực đông dân cư (BĐN05 BĐN07) ngang với hàm lượng DDT bùn từ kênh tiêu Hà Nội [9] DDT nhân dân thành phố sử dụng tỉ lệ p,p’-DDT/σDDT > 30% (Bảng 3) Các tác giả [11] cho biết tỉ lệ p,p’-DDT/σDDT > 30% DDT thải vào mơi trường Nhóm nghiên cứu [9] cho DDT sử dụng với mục đích diệt muỗi, trùng nhà dạng cơng thức bình xịt thịnh hành thị trường thủ đô Các sản phẩm phần nhiều nhập lậu khơng kiểm sốt chất lượng Hàm lượng DDT HCH sa lắng ven biển thành phố Đà Nẵng tương đương hàm lượng hợp chất đối tượng tương tự nước khu vực Đơng Nam 25 Đào Đình Thuần, Đặng Đức Nhận Đào Văn Bảy Á nằm khoảng 50 - 100 ng.g−1 bùn khô [12] Kết luận Qua nghiên cứu rút kết luận sau: 1-Phương pháp sắc kí khí với detector bắt điện tử (GC-ECD) quy trình chiết Soxhlet với dung mơi n-hexan phù hợp để phân tích dư lượng nhóm POPs Giá trị LOD phương pháp 10 - 11 ng.g−1 LOQ 30 - 33 ng.g−1 Độ xác phương pháp đáp ứng yêu cầu phân tích dư lượng POPs sa lắng có hàm lượng mức ppb 2-Quy trình phân tích áp dụng để phân tích hàm lượng nhóm DDT HCH bùn thu gom địa bàn thành phố Đà Nẵng Các kết cho thấy DDT sử dụng khu đông dân cư 3-Trong môi trường ven biển thành phố Đà Nẵng, hàm lượng HCH DDT sa lắng ngang mức hàm lượng chất ô nhiễm môi trường tương tự khu vực Đông Nam Á TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] The Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants, 2001 Lấy từ internet http://chm.pops.int/ default.aspx ngày 15/5/2013 [2] Laws E.A., 2000 Aquatic Pollution: An introductory text (3rd Ed.) John Willey&Sons N.Y ISBN: 0-471-34875-9 [3] Snedecker S.M., 2001 Pesticides and breast cancer risk: a review of DDT, DDE and dieldrin Environ Health Perspect 109: 35-47 [4] Garabrant D H., Held J., Langholz B., Peters J M., and Mack J T., 1992 DDT and related compounds and risk of pancreatic cancer Journal of National Cancer Institute, 84/10: pp 764-771 [5] Longnecker M P., Klebanoff M A., Zhou H., Brock J W., 2001 Association between maternal serum concentration of the DDT metabolite DDE and pre-term and small-for-gestational-age babies at birth The Lancet, 358: 110-114 [6] Altshul L., C Chen, L Fu, W.Guang, A Huang , S Korrick, M Perry, S A Venners, X Wang, and X Xu, 2005 Preconception serum DDT and pregnancy loss: A Prospective study using a biomarker of pregnancy American Journal of Epidemiological Advance Access, Aug., Vol 162, No [7] Bouwman H., Becker P J., Cooppan R M., Reinecke A J., 1992 Sự di chuyển DDT kiểm soát bệnh sốt rét trẻ sơ sinh qua sữa mẹ Bản tin tổ chức Y tế giới 70(2):241-50 [8] Li S., 1991 Pesticides: Environmental pollution and human health in China Chemistry, Agriculture and the Environment In Richardson M.L (Ed): The Royal Society of Chemistry London, pp.389-409 26 Định lượng dư lượng DDT HCN bùn kĩ thuật sắc kí khí cột mao quản [9] Dang Duc Nhan, F P Carvalho, Nguyen Manh Am, Nguyen Quoc Tuan, Nguyen Thi Hai Yen, J.-P Villeneuve and C Cattini, 2001 Chlorinated pesticides and PCBs in sediments and molluscs from freshwater canals in the Hanoi region Environmental Pollution, 112: 311-320 [10] Boqué R., Vander Heyden Y., 2009 The Concept of Detection LCGC Europe, v.22/2 [11] Phuong P.K., C.P.N Son, J Sauvain, J Tarradellas, 1998 Contamination by PCBs, DDTs, and heavy metals in sediments of Ho Chi Minh City’s canals, Vietnam Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 60: 347-354 [12] Monirith I., D Ueno, S Takahashi, H Nakata, A Sudaryanto, A Subramanian, S Karuppiah, A Ismail, A Muchtar, J Zheng, B.J Richardson, M.Prudente, N.D Hue, T.S Tana, A.V Tkalin, S Tanabe, 2003 Asia-Pacific mussel watch: monitoring contamination of persistent organochlorine compounds in coastal waters of Asian countries Marine Pollution Bulletin, 46: 281-300 ABSTRACT Quantitation of residues of DDT and HCH using gas chromatography with an electron capture detector (GC-ECD) In this paper, a process for quantitation of residues of DDT (Dichloro-diphenyl trichloroethane) and its isomers, and HCH (Hexachlorohexane) in sediment was described DDT and HCH are among the 13 groups of persistent organic pollutants (POPs) which must be phased-out of use and production according to the 2001 Stockholm Convention The analytical procedure includes Soxhlet extraction with n-hexane, purification and fractionation by Florisil packed column chromatography followed by quantitation using gas-chromatography with an electron capture detector (GC-ECD) The limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ) of the process were estimated to be as low as 10 - 11 and 30 - 33 ng.g−1 (ppb), respectively The accuracy of the process was checked through the participation in an Inter-laboratory comparison exercise with the IAEA-459 sediment sample The Zscore for all the analyses was ≤ indicating that the lab of Viet Nam achieve acceptable accuracy in the test This process was applied to quantitative analyse residues of p,p’DDT, DDD, DDE, o,p-DDT, DDD, DDE, α-HCH and γ-HCH in sediment taken from 12 different locations within the city of Da Nang in March 2011 27 ... xuất HCH kĩ thuật (Trung Quốc) DDT (Ấn Độ) để xuất sang châu Phi [8] Dư lượng POPs môi trường phân tích hai phương pháp, sắc kí khí cột mao quản với detector bắt giữ điện tử (GC-ECD) sắc kí khí. .. cần phân tích 22 (2) Định lượng dư lượng DDT HCN bùn kĩ thuật sắc kí khí cột mao quản LOD LOQ thiết bị GC-ECD 3800 đánh giá phân tích dung dịch n-hexan chứa 2,3,5-TCB có hàm lượng khác nhau, thay... HCH với sản phẩm phân hủy môi trường chúng mẫu nghiên cứu 24 Định lượng dư lượng DDT HCN bùn kĩ thuật sắc kí khí cột mao quản Hình Sắc đồ phân đoạn I (a) chứa 2,3,5-TCB nội chuẩn đồng phân o,p-DDE