- Đối tượng nghiên cứu: Bụi không khí tại khu vực dân cư tại Hà Nội và các hoá chất diệt côn trùng.
- Phạm vi nghiên cứu: Quận Nam Từ Liêm
- Thời gian: Từ tháng 6/2020 – tháng 10/2020. 2.2. NGUYÊN VẬT LIỆU
2.2.1. Nguyên vật liệu, hóa chất
- Hóa chất diệt côn trùng
- Hỗn hợp nội chuẩn (Methamidophos-d6, Methomyl-d3, Carbendazim-d4, Pirimicarb-d6, Imazalil-d5, Etofenprox-d5)
- Chuẩn đồng hành (Sulfadimethoxine-d6, Diflubenzuron-d4, Sulfamethoxazole-d4, Carbofuran-d3, Carbaryl-d7)
- Dung môi methanol, acetone (>98%) - Pha động ammonium acetate (1 mol L-1)
- Màng lọc sợi thạch anh (QR-100; 203 x 254 mm) của hãng Advantec.
2.2.2. Thiết bị
- Thiết bị lấy mẫu khí và bụi tại hiện trường: Thể tích lớn (121H KIMOTO)
- Các thiết bị phân tích tại phòng thí nghiệm:
o Thiết bị phân tích LC-QTOF-MS-SWATH của hãng SCIEX.
o Thiết bị sắc ký lỏng khối phổ (Thermo LC/MS/MS).
o Thiết bị cô cất quay chân không (Buchi Rotavapor® R-215)
o Bể siêu âm (SUPER RK510)
o Thiết bị ly tâm (Hettich Rotina 420R, Đức)
27
o Lò nung (50oC - 700oC) với bộ điều khiển nhiệt (Carbolite oven, Đức)
o Tủ sấy (50oC - 300oC) (Sellab, Mỹ)
o Tủ lạnh sâu (Sanyo Biomedical MDF-U333)
o Thiết bị cất nước tinh khiết (Elix 3 UV Water Purification System (120 V/60 Hz, Millipore)
o Cơ sở vật chất, thiết bị phụ trợ, hóa chất, dung môi, chất chuẩn phục vụ cho phân tích
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu
Phương pháp thu thập, kế thừa số liệu, dữ liệu từ các tài liệu trong nước và quốc tế liên quan đến hiện trạng hoá chất diệt côn trùng trong không khí và bụi không khí. Tham khảo các phương pháp thu thập mẫu, chiết tách, phân tích mẫu, tổng hợp số liệu điều tra, khảo sát và phân tích kết quả. Các phương pháp đánh giá độc tính và truy tìm nguồn ô nhiễm.
2.3.2. Phương pháp điều tra thực địa
Phương pháp nghiên cứu thực địa nhằm khảo sát và lựa chọn được vị trí lấy mẫu phù hợp (đảm bảo các yêu cầu về mật độ dân cư, loại hình sản xuất, kinh doanh trong khu vực...)
- Vị trí lấy mẫu được lựa chọn đảm bảo tính đại diện cho chất lượng môi trường khu vực dự án, tại khu vực có mật độ dân cư cao với làng nghề truyền thống và khu vực gần trục giao thông có mật độ phương tiện lưu thông cao. Môi trường tại các khu vực nghiên cứu chịu tác động lớn từ các hoạt động giao thông cũng như các hoạt động dân sinh.
- Tài liệu, bản đồ, sơ đồ, thông tin chung về khu vực chuẩn bị lấy mẫu. - Theo dõi điều kiện khí hậu, diễn biến thời tiết.
28
2.3.3. Phương pháp thu thập mẫu bụi không khí
a. Thiết bị lấy mẫu: Mẫu bụi được lấy bởi thiết bị lấy mẫu khí lưu lượng lớn (Kimoto high volume air sampler system) Model 120-H, hãng Kimoto, Nhật Bản với các thông số kỹ thuật của máy như sau:
Lấy mẫu liên tục trong 24 giờ với lưu lượng lấy mẫu từ 600 đến 1.300 lit/phút.
Lưu lượng lấy mẫu ổn định được điều khiển bởi bộ đo tốc độ khí.
Có thể lập chương trình lấy mẫu theo thời gian định trước bởi bộ hẹn giờ kỹ thuật số.
Có bộ đếm thời gian và lưu lượng được lưu trữ trong bộ nhớ nhằm khôi phục hoạt động sau khi bị mất điện.
b. Màng lọc thạch anh Quartz Kích thước: 200 mm x 220 mm
Chủng loại giấy: Màng lọc bụi Thạch anh
Chuẩn bị giấy lọc: Màng lọc đã được hoạt hóa, xử lý trước khi mua. Để màng lọc ổn định trong 24-48h trong bình hút ẩm và được cân trong môi trường nhiệt độ 15-30oC ± 3oC và độ ẩm 20 - 50% ± 5% đến khối lượng không đổi. Ghi chép số liệu khối lượng từng màng lọc.
Màng lọc được bọc bằng giấy nhôm, đựng trong túi zip để bảo quản, vận chuyển về phòng thí nghiệm. Bao trong chứa màng lọc được đánh số và cân cùng màng lọc, bao ngoài để bảo vệ, có cùng số thứ tự với bao trong.
c. Cân phân tích với độ chính xác ± 0,1 mg. d. Bình hút ẩm silicagel
2.3.4. Phương pháp chiết tách
Phương pháp chiết tách hoá chất diệt côn trùng trong mẫu bụi không khí được kế thừa từ các nghiên cứu trước đây, với một số điều chỉnh cho phù hợp.
29
Mẫu màng lọc bụi được cắt nhỏ đưa vào ống ly tâm màu xám thể tích 50mL, sau đó bơm 50 µL chất chuẩn đồng hành (4 µg mL-1) vào mẫu trước khi được chiết tách với methanol (20ml/lần) sử dụng thiết bị siêu âm. Quá trình chiết tách được lặp lại thêm 02 lần (15ml methanol/lần). Dịch chiết thu được sau 3 lần chiết được gom lại và làm giàu tới thể tích 0,2 mL bằng khí nitơ. Hỗn hợp nội chuẩn (50 µL, 4 µg mL-1) được bơm vào dịch chiết và định mức dịch chiết tới 0,5mL bằng methanol.
Các HCDCT trong dịch chiết cuối cùng được phân tích trên thiết bị LC- QTOF-MS-SWATH.
Hình 2.1. Quy trình tích HCDCT trong mẫu bụi không khí trên thiết bị LC- MS/MS
50 μl 20 ml MeOH
Ống ly tâm mầu nâu 50 ml
Siêu âm: 20’
Ly tâm: 10 phút, 2000 vòng/phút
Dịch chiết thu vào bình quả lê 50ml
Lặp lại quy trình chiết 2 lần
Cất quay chân không đến 1ml
Thổi khô khí N2: 0,2 ml Định mức 0,5 mL MeOH 15ml MeOH/lần Mẫu bụi
Thêm nội chuẩn:50 µl, 4 μg/mL
30
2.3.5. Phương pháp phân tích
Nhìn chung, sắc ký lỏng ghép khối phổ tứ cực/ thời gian bay (LC- QTOF-MS) được cho là một trong những công cụ tốt nhất có khả năng phân tích đồng thời nhiều chất vì việc xác định và định lượng mẫu là được thực hiện bằng cách sử dụng cùng một lần chạy phân tích. Có ba các chế độ đo để đo đồng thời trong LC QTOF-MS: phân mảnh tất cả ion (AIF) [29,31,32], thu nhận dữ liệu phụ thuộc (DDA) [31,32] và thu thập độc lập dữ liệu (DIA) [31,32] nhưng việc xác định và định lượng nhiều chất khi sử dụng các chế độ này có các vấn đề sau. Trong AIF, vì tất cả các ion tiền thân đi qua một tứ cực khối phổ kế được phân ly trong một buồng va chạm, cùng một vấn đề (xác định sai do các ion can thiệp) như phân mảnh trong nguồn thường xuyên xảy ra [31,32]. Với DDA các ion tiền chất có cường độ tối thiểu nhất định là phân ly để tạo ra các ion sản phẩm, có thể dẫn đến chất ô nhiễm môi trường với nồng độ thấp không tạo ra các ion phân mảnh [31,32]. Trong số ba chế độ đo, chế độ phù hợp nhất để sàng lọc đồng thời và định lượng các chất hữu cơ vi ô nhiễm (organic micropollutants: OMPs) trong các mẫu môi trường và nông sản là chế độ DIA[30,31,32]. Một phương pháp DIA là Thu thập cửa sổ tuần tự của tất cả phân mảnh quang phổ ion lý thuyết (Sequential Window Acquisition of All Theoretical Fragment Ion Spectra Acquisitio (SWATH), đã được áp dụng rộng rãi trong proteomics [33,34], chuyển hóa [35] và lâm sàng và nghiên cứu chất độc pháp y [36-38]. Trong chế độ SWATH, sau thực hiện quét TOF-MS trong một thời gian cố định, khoảng scan/quét TOF-MS được chia thành các khoảng nhỏ hơn bởi một khối tứ cực quang phổ kế, tất cả các ion tiền thân trong mỗi khoảng khối lượng là tuần tự phân ly trong buồng va chạm và sau đó các ion sản phẩm tạo ra được quét trong TOF-MS. Nếu khoảng khối lượng phân cách hẹp, khả năng gây nhiễu chất kết dính thấp. Do đó, SWATH có thể mô phỏng gần như thực hiện quét TOF-MS và quét MS-
31
MS cho tất cả các đỉnh bao gồm các đỉnh nhỏ mà DDA không thể thực hiện và độ chọn lọc tốt hơn nhiều so với AIF do sự gây nhiễu rất thấp của các chất kết dính; do đó, nó xác định với độ sai số thấp và độ nhạy cao, thích hợp để phân tích môi trường.
Phân tích hoá chất diệt côn trùng trong dịch chiết sử dụng thiết bị LC- QTOF-MS-SWATH với điều kiện vận hành của thiết bị được mô tả trong sau:
Bảng 2.1: Điều kiện vận hành thiết bị LC-QTOF-MS-SWATH
Thành phần Thông số
Thiết bị Sciex X500R QTOF
Cột GL Science ODS-4 HP (150 mm, 2.1 mm, 3 µm) Nhiệt độ cổng bơm 40 °C Tốc độ dòng khí 0.3 mL min-1 Pha động A: 5 mM CH3COONH4.H2O B: 5 mM CH3COONH4.CH3OH Chương trình chạy Thời gian, phút 0 30 - 40 40.01 - 50
B, % 5 95 5
Thể tích bơm mẫu 2 mL
Nguồn ion TurbolonSpray
Chế độ ion hóa ESI (+)
Chế độ đo Swath
TOF-MS (khoảng scan) 50 - 1000 Da, 0.1s
TOF MS/MS 50 - 1000 Da, 22 ranges, 0.07s each
Năng lượng va chạm 20 – 50 V
Độ phân giải 30000
32
2.3.6. Phương pháp đánh giá độc tính
Đánh giá độc tính của HCDCT thông qua chỉ số DIair-mg kg-1 ngày-1 (Liều lượng phơi nhiễm hàng ngày) và chỉ số nguy hại Chỉ số nguy hại (HQ) (Hazard Quotient). Giá trị HQ >1 phản ánh mức độ rủi ro tiềm ẩn của HCDCT đối với sức khỏe con người.
Liều lượng phơi nhiễm hàng ngày (DIair-mg kg-1 ngày-1) của HCDCT từ bụi không khí qua đường hô hấp được tính toán sử dụng công thức sau:
𝐷𝐼𝑎𝑖𝑟 = 𝐶𝑎𝑖𝑟 × 𝐹 × 𝐼𝑅 𝐵𝑊
Trong đó: Cair: nồng độ của HCDCT bụi không khí, ng m-3; F: thời gian phơi nhiễm, giờ; IR: tỷ lệ hít thở, m3 giờ-1; BW: trọng lượng cơ thể, kg.
Hai nhóm đối tượng (người lớn và trẻ em) được tính toán phơi nhiễm HCDCT ở nồng độ HCDCT cao nhất được phát hiện trong bụi không khí. Thời gian phơi nhiễm được tính trong 24 giờ. Tỷ lệ hít thở đối với người lớn được ước tính là 16 m3 ngày-1 và 10,1 m3 ngày-1 đối với trẻ em. Trọng lượng cơ thể trung bình cho người lớn và trẻ em Việt Nam lần lượt là 60 kg và 15 kg.
Chỉ số nguy hại (Hazard Quotient - HQ) sử dụng để đánh giá rủi ro theo công thức:
𝐻𝑄 = 𝐷𝐼𝑎𝑖𝑟 𝐴𝑂𝐸𝐿𝑖
AOELi: mức độ phơi nhiễm chấp nhận được (giá trị do Liên minh châu Âu công bố).
Giá trị HQ > 1 phản ánh mức độ rủi ro tiềm ẩn của HCDCT đối với sức khỏe con người.
2.3.7. Phương pháp xử lý số liệu
Sử dụng phần mềm trợ giúp Microsolf Excel 2019
Phương pháp xử lý số liệu thống kê được dùng để đánh giá độ lặp, độ tin cậy của phép đo. Một số đại lượng thống kê sử dụng trong xử lý số liệu:
33 - Giá trị trung bình X : n i i X n X 1 1
- Độ lệch chuẩnS của phép đo (RSD):
1 ) ( 1 2 n X X S n i i
- Độ lệch chuẩn tương đối (relative standard deviation) Sr
X S Sr .100%
- Giới hạn phát hiện (LOD):
N S
C LOD 3. min
Cmin: Nồng độ nhỏ nhất mà chiều cao tín hiệu pic của chất phân tích gấp 3 lần tín hiệu đường nền. S/N: Tín hiệu nền
- Giới hạn định lượng (LOQ): LOQ3,33.LOD
- Độ chính xác của phép đo: Theo ISO, độ chính xác của phép đo được đánh giá qua độ đúng và độ chụm. Độ chụm là mức độ gần nhau của các giá trị riêng lẻ của các phép đo lặp lại. Độ đúng là mức độ gần nhau của giá trị phân tích với giá trị thực. Độ đúng được biểu diễn dưới dạng sai số tuyệt đối hoặc sai số tương đối. Sai số được tính theo công thức:
% 100 % t t i S S S X n X X n i i tb 1 % %
Trong đó: %X: Sai số phần trăm tương đối.
Si : giá trị đo được tại mỗi lần đo i.
St : giá trị tìm được theo lý thuyết (đường chuẩn). n: số lần đo.
34 2 S 1 ) ( 2 n S Si tb ; 100 tb S S CV
Trong đó: Stb: Nồng độ trung bình, n: số lần đo, S: độ lệch chuẩn CV: hệ số biến động của phép đo.
- Khoảng tin cậy: Z hay xZ Với cơ số mẫu bé, σ chính là S hoặc RSD.
Trong nghiên cứu này với xác suất tin cậy là 96%, tương ứng với Z = 2 (quy tắc 2σ) được sử dụng để đánh giá độ tin cậy của phép đo.
2.4. THỰC NGHIỆM
2.4.1. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị
Hóa chất diệt côn trùng (107 chất – Phụ lục 1) của hãng Restek và Kanto Chemical, Nhật Bản. Hỗn hợp nội chuẩn (6 chất), chuẩn đồng hành (5 chất) (Bảng 3.1), dung môi methanol, acetone (>98%) của hãng Kanto. Pha động ammonium acetate (1 mol L-1) của hãng Wako, Nhật Bản. Màng lọc sợi thạch anh (QR-100; 203 x 254 mm) của hãng Advantec. Thiết bị lấy mẫu không khí thể tích lớn của hãng Kimoto Nhật bản (Model-120H). Thiết bị phân tích LC-QTOF-MS-SWATH của hãng SCIEX.
2.4.2. Thu thập và phân tích mẫu
Thu thập mẫu: Mẫu bụi không khí (13 mẫu) được thu thập trên nóc tòa
nhà (độ cao 8m so với mặt đất) tại Làng bún Phú Đô, thuộc khu vực đông dân cư của Quận Nam Từ Liêm, Hà Nội. Mẫu được thu thập trong mùa khô vào ban ngày (06 mẫu) và ban đêm (07 mẫu). Màng lọc sợi thạch anh được đặt trong bình hút ẩm 48 giờ và cân tới khối lượng không đổi trước khi dùng để lấy mẫu. Mẫu bụi sau khi được thu thập được bọc trong giấy nhôm và được bảo quản tại -20oC tới khi phân tích.
35
Hình 2.2. Hình ảnh thu thập mẫu bụi không khí xung quanh a. Quy trình lấy mẫu
Các mẫu bụi lấy theo hướng dẫn trong các tiêu chuẩn Việt Nam tương ứng: TCVN 5067-1995: Chất lượng không khí- Phương pháp khối lượng xác định hàm lượng bụi.
- Yêu cầu chung
Mẫu không khí được lấy ở độ cao 1,5 - 3m cách mặt đất .
Điểm lấy mẫu được bố trí ở nơi trống, thoáng gió từ mọi phía, đảm bảo đại diện khu vực quan tâm.
Tốc độ hút mẫu cài đặt: 800 lit/phút. Thời gian lấy mẫu: 10h/mẫu.
- Chuẩn bị lấy mẫu
Dùng panh gắp màng lọc đưa vào bộ phận giữ bộ lọc (với kẹp) của thiết bị lấy mẫu.
Cài đặt các thông số lưu lượng bằng nút điều chỉnh lưu lượng dòng (4) và thời gian lấy mẫu trên bảng điều khiển (6).
Lúc này thiết bị đã sẵn sàng vận hành. Ghi địa điểm lấy mẫu, thời gian (ngày, tháng, năm) và số hiệu màng lọc vào biểu mẫu.
- Lấy mẫu
Bật máy, đồng thời xác định thời gian bắt đầu lấy mẫu và ghi vào biểu mẫu ghi chép.
36
Sau thời gian lấy mẫu cần thiết, tắt máy. Ghi chú thời gian kết thúc, các thông số về thời gian (1), tổng thể tích lượng khí hút vào (2), tốc độ dòng (3).
Dùng panh gắp cái lọc vào bao, đóng nắp bao cẩn thận, xếp vào hộp kín và bảo quản ở điều kiện thường.
Thay màng lọc mới cho mẫu tiếp theo. Thực hiện như các bước trên.
- Xử lý mẫu đã thu
Màng lọc sau khi lấy mẫu được đặt trong bình hút ẩm silicagel trong vòng 24 – 48 h đến khối lượng không đổi. Cân màng lọc. Ghi lại kết quả sau khi cân. Màng lọc sau đó được bảo quản mẫu trong tủ âm sâu ở nhiệt độ - 20oC cho đến khi phân tích.
Phân tích mẫu: mẫu màng lọc bụi được cắt nhỏ đưa vào ống ly tâm màu xám thể tích 50 mL, sau đó bơm 50 µL chất chuẩn đồng hành (4 µg mL- 1) vào mẫu trước khi được chiết tách với methanol (20ml/lần) sử dụng thiết bị siêu âm. Quá trình chiết tách được lặp lại thêm 02 lần (15ml methanol/lần). Dịch chiết thu được sau 3 lần chiết được gom lại và làm giàu tới thể tích 0,2 mL bằng khí nitơ. Hỗn hợp nội chuẩn (50 µL, 4 µg mL-1) được bơm vào dịch chiết và định mức dịch chiết tới 0,5mL bằng methanol. Các HCDCT trong dịch chiết cuối cùng được phân tích trên thiết bị LC-QTOF-MS-SWATH, với quy trình phân tích được mô tả bởi Kadokami và cộng sự (2019) [12].
2.4.3. Kiểm soát chất lượng quá trình phân tích
Để kiểm soát độ chính xác của quy trình phân tích, mẫu trắng (01 mẫu/mẻ phân tích; 02 mẻ), mẫu lặp (01 mẫu), mẫu thêm chuẩn đồng hành (03 mẫu/mẻ phân tích; 02 mẻ) được thực hiện sử dụng cùng qui trình chiết tách và phân tích với mẫu thực tế.
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. KẾT QUẢ KIỂM SOÁT CHẤT LƯỢNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH Kết quả phân tích mẫu trắng cho thấy không có sự nhiễm bẩn của các Kết quả phân tích mẫu trắng cho thấy không có sự nhiễm bẩn của các HCDCT. Kết quả phân tích mẫu lặp cho thấy độ lệch chuẩn tương đối (RSD)