Nghiên cứu phát triển quy trình xác định dư lượng glyphosat bằng phương pháp điện di mao quản và ứng dụng trong phân tích một số loại đồ uống

Trong nghiên cứu này, một quy trình phân tích dư lượng glyphosat (N-phosphonomethyl glycine) trong một số loại đồ uống như nước trà và bia đã được phát triển trên cơ sở sử dụng phương pháp điện di mao quản (CE), detector đo độ dẫn không tiếp xúc kết hợp với kỹ thuật chiết pha rắn (SPE).

Khoa học Kỹ thuật Công nghệ DOI: 10.31276/VJST.63(11).58-64 Nghiên cứu phát triển quy trình xác định dư lượng glyphosat phương pháp điện di mao quản ứng dụng phân tích số loại đồ uống Nguyễn Mạnh Huy1*, Trần Thị Hà2, Vũ Minh Tuấn3, Nguyễn Thanh Đàm3, Dương Hồng Anh1, 3, Phạm Hùng Việt3 Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ môi trường Phát triển bền vững (CETASD), Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Trường Đại học Thành Đơ Phịng Thí nghiệm Trọng điểm Cơng nghệ phân tích phục vụ kiểm định mơi trường an tồn thực phẩm, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Ngày nhận 17/5/2021; ngày chuyển phản biện 21/5/2021; ngày nhận phản biện 25/6/2021; ngày chấp nhận đăng 2/7/2021 Tóm tắt: Ngày nay, vấn đề thực phẩm đồ uống hay phân tích dư lượng hợp chất độc hại thực phẩm, đồ uống xã hội ngày quan tâm Trong nghiên cứu này, quy trình phân tích dư lượng glyphosat (N-phosphonomethyl glycine) số loại đồ uống nước trà bia phát triển sở sử dụng phương pháp điện di mao quản (CE), detector đo độ dẫn không tiếp xúc kết hợp với kỹ thuật chiết pha rắn (SPE) Các điều kiện phân tích tối ưu thiết bị CE, bao gồm: dung dịch điện ly (BGE) histidin (His)/axit axetic với nồng độ His mM pH điều chỉnh đến 2,75 axit axetic; điện tách 20 kV, bơm điện hoạt động điện 20 kV 10 s Quy trình thu kết giới hạn phát (LOD) glyphosat tương đối thấp (0,42 µg/l), độ lặp lại tái lặp xác định qua độ lệch chuẩn tương đối (RSD) diện tích pic thời gian di chuyển nhỏ 10%, khoảng tuyến tính rộng, giá trị hiệu suất thu hồi glyphosat mẫu đồ uống khác đạt 88,7-96,3% Từ khóa: bia, detector đo độ dẫn khơng tiếp xúc, điện di mao quản, glyphosat, nước trà Chỉ số phân loại: 2.10 Đặt vấn đề Glyphosat (hình 1) hoạt chất nhiều loại thuốc diệt cỏ, sử dụng rộng rãi toàn giới với nhu cầu hàng năm ước tính khoảng 800.000 [1] Đồng thời, hoạt chất đánh giá chất độc có nguy tiềm tàng tới sức khỏe người [2] Hình Cơng thức cấu tạo glyphosat Glyphosat diệt cỏ theo chế ức chế enzym 5-enolpyruvylshikimat 3-photphat tổng hợp axit amin thơm thiết yếu cho sinh trưởng cỏ (tyrosin, tryptophan, phenylalanin), ngăn chặn trình sinh trưởng gây chết cỏ [3] Dựa vào chế này, glyphosat có khả diệt hầu hết loại cỏ với hiệu cao, thời gian tác dụng dài có tính chọn lọc, khơng tác động trồng biến đổi gen kháng glyphosat Trong trình diệt cỏ, glyphosat bị hấp thụ vào trồng (chủ yếu qua lá) [3] Tuy rằng, lượng glyphosat bị chuyển hóa đào thải lượng nhỏ lưu * giữ lại trồng, gây nên nguy người sử dụng Bởi vậy, việc nghiên cứu phát triển quy trình phân tích glyphosat thực phẩm hay đồ uống có nguồn gốc từ trồng nông nghiệp cần thiết Trong nghiên cứu này, đối tượng lựa chọn trà bia, loại đồ uống phổ biến giới Trong trà có nguồn gốc từ trà ngun liệu sản xuất bia có nguồn gốc từ trồng nông nghiệp - đại mạch Trên giới, số quốc gia Trung Quốc Nhật Bản đưa giới hạn dư lượng glyphosat tối đa sản phẩm trà thương mại nhỏ mg/kg [4] Hiện chưa có tiêu chuẩn dư lượng glyphosat tối đa cho phép bia, nhiên qua nghiên cứu công bố K Cook (2019) [5], dư lượng dao động từ 5,7 đến 49,7 µg/l Trên giới, nhiều nghiên cứu phát triển phương pháp phân tích glyphosat cơng bố: sắc ký khí ghép nối với loại detector detector quang kế lửa (FPD) [6], detector nitơ-photpho (NPD) [7], detector khối phổ (MS) [8]; sắc ký lỏng ghép nối với detector khối phổ hai lần (MS/ MS) [9], detector quang phổ hấp thụ phân tử vùng tử ngoại (UV) [10] hay phương pháp CE kết hợp với detector UV [11], detector đo độ dẫn không tiếp xúc (C4D) [12] Theo TVCN 11492:2016 [13], phương pháp sắc ký khí khối phổ sử Tác giả liên hệ: Email: manhhuy162dhkhtn@gmail.com 63(11) 11.2021 58 Khoa học Kỹ thuật Công nghệ Study on development of an analytical procedure to quantify glyphosate by capillary electrophoresis method and its application for beverage Manh Huy Nguyen1*, Thi Ha Tran2, Minh Tuan Vu3, Thanh Dam Nguyen3, Hong Anh Duong1, 3, Hung Viet Pham3 Research Centre for Environmental Technology and Sustainable Development, University of Science, Vietnam National University (VNU), Hanoi Thanh Do University Key Laboratory of Analytical Technology for Environmental Quality and Food Safety Control (KLATEFOS), University of Science, VNU, Hanoi Received 17 May 2021; accepted July 2021 Abstract: Nowadays, the issue of fresh food, drinks, and residue analysis of toxic compounds in food and drinks is increasingly interested in society In this study, an analytical procedure for quantitative analysis of the glyphosate residue in beverages such as tea infusion and beer was developed based on the capillary electrophoresis method with capacitively-coupled contactless conductivity detector combined with sample preparation using solid phase extraction technique The analytical conditions optimised for capillary electrophoresis equipment included: histidine/acetic acid background electrolyte solution with histidine concentration of mM and pH value was adjusted to 2.75 by acetic acid; a separation voltage was 20 kV was applied and a high voltage injection at 20 kV for 10 seconds was chosen The optimised analytical procedure has resulted in a low detection limit of glyphosate (0.42 µg/l), the repeatability and reproducibility expressed by the relative standard deviation of the peak area and migration time were both less than 10%, a wide linear range, and the obtained recovery efficiency of glyphosate on different drinks were achieved to values ranging from 88.7 to 96.3% Keywords: beer, capacitively-coupled contactless conductivity  detector, capillary electrophoresis, glyphosate, tea infusion Classification number: 2.10 63(11) 11.2021 dụng để xác định hàm lượng glyphosat thực phẩm có nguồn gốc từ thực vật Trong phương pháp này, glyphosat dẫn xuất trực tiếp hỗn hợp trifluoroaxetic anhydrit heptafluorobutanol để giảm độ phân cực tăng khả bay TCVN 12473:2018 [14] sử dụng sắc ký lỏng hiệu cao detector UV để phân tích trực tiếp glyphosat thuốc bảo vệ thực vật Tuy nhiên, để phân tích dư lượng glyphosat với hàm lượng nhỏ phương pháp phải dẫn xuất hóa mẫu với hợp chất mang màu glyphosat có tính chất quang [15-17] Ngoài hai phương pháp nêu trên, CE biết đến phương pháp có khả tách chất tốt, vận hành thiết bị đơn giản Đặc biệt, kết hợp sử dụng với detector C4D, phương pháp trực tiếp phân tích glyphosat mà khơng cần dẫn xuất hóa mẫu [12] Điều mang lại lợi lớn việc dẫn xuất hóa mẫu khiến cho quy trình phân tích phức tạp, thời gian chuẩn bị mẫu kéo dài hiệu suất thu hồi không cao Do vậy, phương pháp CE với detector C4D sử dụng để xây dựng quy trình xác định dư lượng glyphosat ứng dụng cho phân tích số loại đồ uống trà (cụ thể nước trà) bia Ngồi ra, để phân tích glyphosat với hàm lượng nhỏ (cỡ µg/l) mẫu phức tạp mẫu đồ uống thiết bị CE, nghiên cứu sử dụng kỹ thuật SPE phương pháp để làm giàu mẫu Thực nghiệm Hóa chất, thiết bị Chất chuẩn glyphosat loại tinh khiết đạt 99,1±0,1% (CPAChem) Các hóa chất sử dụng để chuẩn bị BGE bao gồm: His>99,5% (Sigma-Aldrich, Mỹ); axit axetic 100%, lactic >99%, clohydric đặc 37%, xitric >99,5% (Merck, Đức), fomic (Sigma-Aldrich, Mỹ) Các dung mơi sử dụng cho quy trình chiết MeOH, EtOH, isopropanol (IPA) loại tinh khiết cho HPLC (Merck, Đức) Nước deion từ máy lọc nước tinh khiết điện trở 18 MΩ (Milipore - Simplicity UV, Pháp) Dung dịch chuẩn gốc glyphosat 1000 mg/l chuẩn bị nước deion, dung dịch chuẩn nồng độ thấp pha loãng từ chuẩn gốc nước deion Cột chiết sử dụng Oasis - WAX (Mixed - Mode Weak Anion eXchange) 225 mg loại cột ngắn Màng lọc lynon có kích thước lỗ 0,2 0,45 µm (Whatman, Anh) Hệ thiết bị quay chân không Hãng BUCHI (Thụy Sĩ) Hệ thiết bị SPE Supelco (Mỹ) Nghiên cứu sử dụng hệ thiết bị CE vận hành tay (CE Manual) tự chế CETASD có khối lượng kg, dùng nguồn điện chiều 12 V, đặt phịng thí nghiệm mang trường Hệ sử dụng nguồn cao EMCO ±25 kV (XP Power, Mỹ) Detector C4D thương phẩm Hãng eDAQ (Úc) bao gồm: đầu dò ET120 sử dụng cho mao quản đường kính ngồi nhỏ 380 µm, khuếch đại EA 120 ghi tín hiệu e-corder 410 Cột mao quản fused-silica 59 Khoa học Kỹ thuật Công nghệ Hãng Agilent với đường kính 50 µm, đường kính ngồi 375 µm, độ dài tổng 70 cm độ dài hiệu dụng 64 cm Tối ưu hóa quy trình phân tích glyphosat hệ thiết bị CE-C4D Nghiên cứu lựa chọn BGE: để phân tích CE-C4D, cần lựa chọn BGE có thành phần pH thích hợp để đảm bảo chất phân tích nằm dạng mang điện (cation anion) Glyphosat có giá trị pKa, 0,8, 2,2, 5,4 10,2 Với tính chất axit - bazơ vậy, dạng tồn dung dịch glyphosat phụ thuộc mạnh vào pH BGE: pHpKa2 (2,2), glyphosat nằm dạng anion (do phân ly nhóm chức photphonic cacboxylic) Việc phân tích dạng anion thuận lợi điều kiện để chuyển glyphosat dạng cation (pH0,999), đáp ứng việc xác định glyphosat mẫu nước trà mẫu bia Các mẫu nước trà bao gồm: nước trà tươi (từ trà tươi), nước trà đen (trà đen loại túi lọc) nước trà xanh (trà xanh loại nguyên búp) Các mẫu bia gồm loại phổ biến thị trường Sau xử lý làm giàu, mẫu đo hệ thiết bị CE-C4D Kết phân tích mẫu thực thể bảng hình Chỉ có mẫu bia phát thấy glyphosat nồng độ 4,63±0,26 µg/l, mẫu cịn lại khơng phát thấy glyphosat Bảng Kết phân tích hiệu suất thu hồi Mẫu Mã mẫu thực Kết phân tích (µg/l) Mã mẫu thực thêm chuẩn Hiệu suất thu hồi (%) Nước trà tươi TEA-1