Nghiên cứu phân hủy dimethoate trong nước do tác động của bức xạ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  VÕ PHẠM PHƯƠNG TRANG NGHIÊN CỨU PHÂN HỦY DIMETHOATE TRONG NƯ ỚC DO TÁC ĐỘNG CỦA BỨC XẠ CHUN NGÀNH: CƠNG NGH Ệ HĨA HỌC MÃ NGÀNH: 605275 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp.HCM, 12/2008 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS Ngô Mạnh Thắng Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN V ĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ng ày 25 tháng 12 năm 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc - -oOo - Tp HCM, ngày tháng 12 năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: VÕ PHẠM PHƯƠNG TRANG Giới tính : Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 02/11/1981 Nơi sinh : Bến Tre Chun ngành : Cơng nghệ hóa học Khố (Năm trúng tuyển) : 2006 1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHÂN HỦY DIMETHOATE TRONG NƯỚC DO TÁC ĐỘNG CỦA BỨC XẠ 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Thí nghiệm thăm dị yếu tố ảnh hưởng đến q trình phân tích lựa chọn phương pháp phân tích phù hợp - Thực phân tích, chiếu xạ dung dịch dimethoate với điều kiện khác để xác định hiệu suất phân hủy dimethoate - Dự đoán sản phẩm phân hủy chiếu xạ 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 30/12/2007 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHI ỆM VỤ : 30/9/2008 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Ngô Mạnh Thắng Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Họ tên chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Kính gửi lịng biết ơn sâu sắc đến đấng sinh thành gia đình tận tình chia sẻ từ tinh thần đến vật chất, tạo điều kiện thuận lợi cho suốt tr ình học tập lúc gặp khó khăn Kính gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến TS Ngô Mạnh Thắng, ng ười Thầy tận tình hướng dẫn truyền đạt kiến thức quý báu cho thời gian học chuẩn bị luận văn bảo vệ học vị Thạc sĩ Kính gửi đến tất thầy cô trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM lời m ơn chân thành - nhà giáo tận tâm trang bị cho kiến thức cần thiết, đặc biệt thầy cô mơn Hóa Lý suốt q tr ình hoc tập Nhân đây, thành thật cảm ơn thầy cô, anh chị bạn môn Công nghệ thực phẩm, Trung tâm lọc hóa dầu, Khoa Cơng nghệ Môi Tr ường Trung tâm đào tạo phát triển sắc kí TP.HCM giúp đỡ tơi nhiều q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Thạc sĩ Chân thành cảm ơn bạn Lâm Hoa Hùng, Ngơ Thị Bích Thu, Trần Thế Hùng người bạn hỗ trợ nhiều thời gian học tập v nghiên cứu Tôi kính gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý thầy cô hội đồng chấm luận văn dành thời gian q báu để xem xét góp ý cho luận văn hồn thiện Tp.Hồ Chí Minh, Ngày 01 tháng 12 năm 2008 Võ Phạm Phương Trang ABSTRACT Vietnam has a long-standing agriculture with great development That has a very important role for many fields of the national economy However, for increasing the production yields, application of various pesticides and insecticides is necessary, but on the other side, that increases the environmental contamination seriously Dimethoate, one of the organophosphorus insecticides, is a general -use chemical for use against a broad range of insects in agriculture but the control of the housefly also Its degradation product - Omethoate is the oxygen analogue of dimethoate and make enzyme inhibition They both are toxic This paper presents results of dimethoate degradation in water on UV-and Bremsstrahlung irradiation Effects of different components in water such as Cl -, Ca2+, Mg2+, pH, Carbonate, Nitrate, Phosphate… , irradiation time on dimethoate degradation as well, that has been studied Under the conditions investigated, Dimethoate degradation yields increased with increasing UV irradiation time and absorbed dose of Bremsstrahlung energy The kinetics of dimethoate degradation proved to be of pseudo-first order Intermediate products formed during UV irradiation were identified by means of Gas Chromatography -mass Spectroscopy techniques (GC/MS) After 30 minute UV -irradiation, three products were identified There’s no peak after hours UV -irradiation This is a good result for process of UV irradiation in order to degrade dimethoa te TÓM TẮT Việt Nam quốc gia có nơng nghiệp phát triển lâu đời v giữ vị trí quan trọng cấu ngành kinh tế Với mục đích làm tăng sản lượng thu hoạch, việc áp dụng rộng r ãi thuốc trừ sâu tối cần thiết Tuy nhiên, bên cạnh mặt tích cực trên, việc lạm dụng thuốc trừ sâu l àm tăng vấn nạn nhiễm bẩn môi trường nghiêm trọng Cụ thể, Dimethoate loại thuốc bảo vệ thực vật họ lân hữu sử dụng chủ yếu để trừ nhện v loại sâu bọ hút chích Sản phẩm phân hủy oxy hóa Dimethoate – Omethoate – chất độc gây ức chế enzim Đây chất độc cần quan tâm kiểm soát Trong đề tài này, việc nghiên cứu phân hủy Dimethoate n ước tác động xạ thực Ảnh hưởng số thành phần dung dịch đến hiệu suất phân hủy nghiên cứu Cl-, Ca2+, Mg2+, pH, carbonate, nitrate, phosphate Kết phân tích cho thấy hiệu suất phân hủy Dimethoate tăng tăng thời gian chiếu UV nh tăng liều chiếu tia X Phản ứng phân hủy mơ tả hình thức phương trình động học phản ứng bậc biểu kiến Sản phẩm phân hủy sơ xác định kỹ thuật sắc kí khối phổ (GC/MS) Sau 30 phút chiếu tia UV, có sản phẩm xác định Sau 6h phân hủy Dimethoate 100ppm, kết định danh sản phâm không phát đ ược peak Đây kết khả quan cho trình chiếu tia UV phân hủy Dimethoate LỜI MỞ ĐẦU Việt Nam quốc gia có sản xuất nơng nghiệp lâu đời Mặc d ù năm gần theo chủ trương cơng nghiệp hóa - đại hóa đất nước, việc phát triển nơng nghiệp khơng cịn đóng vai trị chủ đạo; nhiên nhìn chung mức độ bao quát tồn diện nước ta ngành sản xuất nơng nghiệp giữ vị trí quan trọng cấu ngành kinh tế, nguồn thu ngoại tệ lớn quốc dân Ngày nay, ngành sản xuất nông nghiệp n ước ta không để phục vụ nhu cầu sử dụng lương thực - thực phẩm nhân dân n ước mà để xuất sang số thị trường khác như: Châu Âu, Châu Mỹ, Châu Phi, Hiện Việt Nam quốc gia có số l ượng gạo xuất lớn nh ì giới Bên cạnh thành tựu đạt được, tồn phát sinh số vấn đề an tồn thực phẩm nhiễm mơi trường trình sử dụng bừa bãi thuốc bảo vệ thực vật, đặc biệt chất thuộc họ lân hữu Ngày nay, ô nhiễm môi trường vấn đề Đảng nhà nước đặc biệt quan tâm Trong đó, nguồn tài nguyên nước nguồn bị ô nhiễm nghi êm trọng Nếu khơng xử lý kịp thời gây ảnh hưởng trước mắt lâu dài Đứng trước thực trạng này, luận văn đặt mục tiêu nghiên cứu trình xử lý loại thuốc bảo vệ thực vật thông dụng thuộc họ lân hữu c dimethoate với phương pháp chiếu UV Dưới hướng dẫn TS-Ngô Mạnh Thắng, nghiên cứu trình phân hủy dimethoate UV, xem xét yếu tố ảnh h ưởng lên trình phân hủy dự đoán sơ sản phẩm phân hủy nh đường phân hủy dimethoate tác động tia UV Kết đạt luận văn sở cho cơng trình nghiên cứu sâu rộng để xử lý hợp chất BVTV khác thuộc họ lân hữu phương pháp UV vốn thông dụng, tiết kiệm dễ thực điều kiện Việt Nam MỤC LỤC Trang Lời mở đầu Chương TỔNG QUAN 1.1 Khái qt tình hình sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV) nước ta 1.2 Tổng quan Dimethoate 1.2.1 Tính chất vật lý 1.2.2 Tính chất hóa học 1.2.3 Phương pháp điều chế 1.2.4 Độc tính Dimethoate 10 1.2.5 Tiêu chuẩn dư lượng Dimethoate nước 11 1.2.6 Ứng dụng Dimethoate 12 1.3 Các phương pháp phân tích hàm lư ợng Dimethoate 13 1.3.1 Xác định hàm lượng Dimethoate kỹ thuật sắc kí khí 13 1.3.2 Xác định hàm lượng Dimethoate sắc kí lỏn g 14 1.3.3 Xác định hàm lượng Dimethoate sắc kí mỏng 15 1.3.4 Xác định nhanh dư lượng Dimethoate kit enzym 15 1.4 Chiếu xạ nước dung dịch chất tan nước 16 1.4.1 Phản ứng xạ phân nước 16 1.4.2 Các sản phẩm xạ phân nước 17 1.5 Phương pháp quang phân tr ực tiếp gián tiếp 19 1.5.1 Tác dụng ánh sáng với phân tử dung dịch 19 1.5.2 Quá trình quang phân trực tiếp 22 1.5.3 Quá trình quang phân gián ti ếp 23 1.5.3.1 Cơ chế trình phân hủy chất thải UV/H 2O2 23 1.5.3.2 Ảnh hưởng chất đầu độc gốc hydroxyl v độ kiềm carbonate đến tốc độ phản ứng 26 1.6 Khả xử lý chất BVTV lân hữu c Dimethoate tia UV – Mục tiêu đề tài 27 Chương THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất, thiết bị sử dụng 30 2.1.1 Hóa chất 30 2.1.2 Thiết bị 31 2.2 Thực nghiệm xây dựng qui tr ình phân tích Dimethoate phù h ợp 32 2.2.1 Quy trình phân tích Dimethoate v ới thiết bị GC-MS 32 2.2.2 Quy trình phân tích Dimethoate v ới thiết bị HPLC-UV 33 2.3 Khảo sát phân hủyDimethoate nước khơng có ánh sáng 35 2.4 Khảo sát phân hủy Dimethoate n ước tác động tia UV 2.4.1 Tốc độ phân hủy Dimethoate n ước tác động tia UV 2.4.2 2.6 36 Sản phẩm phân hủy Dimethoate n ước tác động tia UV 2.5 36 37 Khảo sát phân hủy Dimethoate n ước tác động xạ hãm 37 Xử lý số liệu 37 Chương KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Kết khảo sát quy trình phân tích Dimethoate v ới thiết bị GC/MS 3.2 39 Kết khảo sát quy trình phân tích Dimethoate b ằng HPLC/UV 40 3.2.1 Kết khảo sát phổ UV dung dịch Dimethoate 40 3.2.2 Kết khảo sát ảnh hưởng thành phần pha động 41 3.2.3 Xây dựng đường chuẩn độ thu hồi mẫu Dimethoate t ương ứng với tỉ lệ ACN/nước = 55/45 42 3.2.3.1 Đường chuẩn xác định hàm lượng Dimethoate dung dịch phương pháp HPLC 42 3.2.3.2 Độ lặp lại, thu hồi mẫu Dimethoate 43 3.2.4 Xây dựng đường chuẩn độ thu hồi mẫu Dimethoate t ương ứng với tỉ lệ ACN/nước = 70/30 44 3.2.4.1 Đường chuẩn xác định hàm lượng Dimethoate dung dịch phương pháp HPLC 44 3.2.4.2 Độ lặp lại, thu hồi mẫu Dimethoate 44 3.2.5 So sánh với kết mẫu phân tích Vipesco 45 3.3 Kết khảo sát phân hủy Dimethoate n ước khơng có ánh sáng 3.4 Kết khảo sát phân hủy Dimethoate d ưới tác động tia UV 3.4.1 46 47 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian chiếu mẫu v vùng nồng độ Dimethoate ban đầu 47 3.4.2 Kết khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch 50 3.4.3 Kết khảo sát ảnh hưởng thành phần khác mẫu đến phân hủy Dimethoate d ưới tác động tia UV 53 Kết khảo sát ảnh hưởng NaCl 53 3.4.3.2 Kết khảo sát ảnh hưởng Ca 2+ 56 3.4.3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng Mg 2+ 60 3.4.3.4 Kết khảo sát ảnh hưởng Nitrate 63 3.4.3.5 Kết khảo sát ảnh hưởng carbonate 66 3.4.3.6 Bàn luận ảnh hưởng yếu tố thành phần 70 3.4.3.1 3.5 Sản phẩm phân hủy tr ình chiếu dung dịch Dimethoate tác động tia UV 3.6 72 Kết nghiên cứu phân hủy Dimethoate tác động xạ hãm 74 Hình 25 Sắc kí đồ Dimethoate 20 ppm đệm phosphate pH =6 sau 30 phút Hình 26 Sắc kí đồ Dimethoate 20 ppm đệm phosphate pH = 103 Hình 27 Sắc kí đồ Dimethoate 20 ppm đệm phosphate pH =7 sau 20 phút Hình 28 Sắc kí đồ Dimethoate 20 ppm Nitarte 50 mg/l 104 Hình 29 Sắc kí đồ Dimethoate 20 p pm Nitarte 50 mg/l sau 60 phút Hình 30 Sắc kí đồ Dimethoate 20 ppm Nitarte 100 mg/l sau phút 105 Hình 31 Sắc kí đồ Dimethoate 20 ppm Nitarte 100 mg/l sau 60 phút Hình 32 Sắc kí đồ Dimethoate 20 ppm Carbonate 10 mg/l 106 Hình 33 Sắc kí đồ Dimethoate 20 ppm Carbonate 10 mg/l sau 60 phút Hình 34 Sắc kí đồ Dimethoate 20 ppm Carbonate 50 mg/l 107 Hình 35 Sắc kí đồ Dimethoate 20 ppm Carbonate 50 mg/l sau 60 phút Hình 36 Sắc kí đồ Dimethoate 20 ppm Carbonate 100 mg/l 108 Hình 37 Sắc kí đồ Dimethoate 20 ppm Carbonate 00 mg/l sau 20 phút 109 110 111 93 100 172 125 S O 47 50 O S 63 15 P 79 109 141 31 157 10 20 30 40 50 60 70 80 90 (mainlib) Phosphorodithioic acid, O,O,S-trimethyl ester 100 110 120 130 140 150 160 170 180 % 150 172 100 93 50 47 63 45 61 33 50.0 125 79 77 75.0 109 94 126 141 110 100.0 125.0 157 150.0 174 175.0 Hình 38 Khối phổ đặc trưng mẫu 2-O,O,S- trimethylphosphorodithionate thư viện NIST 2005 112 Hình 38 Khối phổ đặc trưng mẫu 2-O,O,S- trimethylphosphorodithionate thư viện NIST 2005 113 (x100,000) 1.0 TIC 0.9 0.8 11.327 0.7 0.6 0.5 0.4 11.275 11.300 11.325 11.350 11.375 H 100 11.400 11.425 11.450 110 11.475 156 N O O 50 P O S O 79 58 15 47 28 141 87 63 70 18 126 95 170 213 183 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 (mainlib) Phosphorothioic acid, O,O-dimethyl S-[2-(methylamino)-2-oxoethyl] ester % 156 100 50 110 44 49 84 80 126 178 219 238 265 282 50 100 150 200 250 308 300 345 350 Hình 39 Khối phổ đặc trưng mẫu Omethoate thư viện NIST 2005 114 Hình 39 Khối phổ đặc trưng mẫu Omethoate thư viện NIST 2005 115 13.342 (x 100, 000, 000) 00 T IC 75 50 14.579 00 11.327 10.358 25 10 11 12 13 14 15 16 17 H 87 100 N S 93 50 O 125 P S O O 47 15 28 58 79 42 143 104 73 157 171 181 229 198 10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 (mainlib) Phosphorodithioic acid, O,O-dimethyl S-[2-(methylamino)-2-oxoethyl] ester 210 230 % 150 87 100 93 50 33 47 50.0 58 63 79 75.0 125 104 100.0 126 125.0 143 157 150.0 171 182 175.0 229 198 207214 200.0 225.0 Hình 39 Khối phổ đặc trưng mẫu Dimethoate thư viện NIST 2005 116 Hình 39 Khối phổ đặc trưng mẫu Dimethoate thư viện NIST 2005 117 ... Sản phẩm phân hủy tr ình chiếu dung dịch Dimethoate tác động tia UV 3.6 72 Kết nghiên cứu phân hủy Dimethoate tác động xạ hãm 74 3.7 Bàn luận khả phân hủy Dimethoate tác động tia UV xạ hãm KẾT... ước tác động tia UV 2.4.1 Tốc độ phân hủy Dimethoate n ước tác động tia UV 2.4.2 2.6 36 Sản phẩm phân hủy Dimethoate n ước tác động tia UV 2.5 36 37 Khảo sát phân hủy Dimethoate n ước tác động xạ. .. [33] Do hướng nghiên cứu đề xuất nghiên cứu phân hủy dung dịch nước chứa Dimethoate tác động trực tiếp tia UV Mục đích đề tài là: - Xác định thực nghiệm hiệu suất phân hủy Dimethoate tác động