CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.2. Phương pháp phân tích dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật
1.2.1. Phương pháp xử lý mẫu cho phân tích dư lượng hóa chất bảo vệ
thực vật [9, 10, 11, 12]
1.2.1.1. Chiết lỏng - lỏng (Liquid liquid extraction – LLE)
Đây là phương pháp truyền thống, được phát triển đầu tiên trên thế giới trong xử lý mẫu. Nguyên tắc chung của phương pháp là sử dụng dung môi hữu cơ để chiết đối tượng phân tích tan trong dung mơi ở nhiệt độ thường những mẫu đã làm nhỏ. Có thể dùng thêm một số tác nhân bổ trợ như: lắc cơ học, khuấy trộn siêu tốc, sóng siêu âm …. Chính vì vậy, hiệu quả chiết phụ thuộc rất nhiều vào tính chất hóa lý, đặc biệt là độ phân cực của chất tan cũng như dung mơi hịa tan.
Ưu điểm của phương pháp là đơn giản, ổn định và khá hiệu quả. Tuy nhiên tốn nhiều thời gian, công sức cũng như lượng dung môi tiêu tốn lớn (từ 200 ml trở lên) và không thể tự động hóa.
Năm 1975, Milton Luke và các cộng sự tại FDA (Food and Drug Administration) đã giới thiệu một phương pháp phân tích hóa chất BVTV cơ clo và cơ photpho trong thực phẩm. Mẫu được chiết bằng axeton, sau đó dung mơi không phân cực diclometan/ete dầu hỏa được thêm vào để tạo pha tách hỗn hợp axeton- nước. Đến năm 1985, phương pháp Luke được AOAC công nhận, chủ yếu phân tích các thuốc bảo vệ thực vật phân tích bằng GC [13]. Riaz Uddin (2011) trong báo cáo của mình đã sử dụng hỗn hợp aceton và methanol để chiết các OCPs trong mẫu gạo [14].
1.2.1.2. Chiết Soxhlet
Là phương pháp được sử dụng phổ biến cho tách chiết phân tích dư lượng HCBVTV trong mẫu rắn nói chung cũng như thực phẩm nói riêng. Trong phương pháp này, mẫu được chiết liên tục với nhiều chu kỳ bằng dung mơi sạch. Chính vì vậy, Soxhlet có hiệu suất thu hồi cao tuy nhiên lượng hóa chất sử dụng lớn (150 – 500 ml/mẫu) và thời gian xử lý kéo dài.
Ntow (2001) đã sử dụng chiết xuất Soxhlet để xác định OCPs trong cây trồng và trầm tích bằng cách sử dụng 200 mL metanol trong 8 giờ. Độ thu hồi
dao động 75–90% đối với cây trồng và 80–110% đối với trầm tích [15]. Kỹ thuật này cũng được Darko (2008) sử dụng để chiết xuất OCPs từ trầm tích và cá bằng cách sử dụng kết hợp axeton/hexan (20:80, v/v) ở 50°C trong 4 giờ. Đây là thời gian ngắn hơn so với Ntow (2001). Độ thu hồi là từ 76 ± 4% đến 95 ± 5% đối với trầm tích và 78 ± 5% và 95 ± 8% đối với cá [16].
1.2.1.3. Chiết siêu tới hạn (Supercritical fluid extraction – SFE)
Trong những năm gần đây, SFE đựợc áp dụng cho việc chiết nhanh, chọn lọc những HCBVTV khỏi mẫu rắn bằng chất lỏng siêu tới hạn (tạo được khi đưa chất lỏng tới nhiệt độ và áp suất cao hơi giá trị tới hạn). Ở trạng thái siêu tới hạn, chất lỏng sẽ không cịn ở thể lỏng nhưng vẫn chưa thành thể khí và có thể dễ dàng thẩm thấu vào chất rắn, hịa tan chất cần phân tích. Trong SFE, CO2 thường được sử dụng vì có thể dễ đạt được nhiệt độ và áp suất tới hạn (31oC và 73 atm). Ngồi ra, CO2 có giá thành thấp, bền về mặt hóa học, khơng độc, khơng cháy, độ nhớt thấp, độ tinh khiết cao, khả năng khuếch tán cao, dễ loại ra khỏi dịch chiết. Tuy nhiên, CO2 là chất kém phân cực do đó thường được dùng để chiết các chất khơng phân cực hoặc phân cực yếu như OCPs, không phù hợp để chiết các chất phân cực.
Ưu điểm của SFE là tính chọn lọc, dịch chiết thu được thường khơng cần phải trải qua quá trình làm sạch nên rất phù hợp cho các nền mẫu phức tạp. Tuy nhiên chi phí đầu tư thiết bị khá tốn kém và việc mở rộng ứng dụng trên nền mẫu mới cần có những khảo sát riêng phức tạp, SFE không phải là một phương pháp phổ biến cho việc phân tích HCBVTV.
Các tác giả Aguilera, A., Rodríguez (2005) [17] đã xây dựng thành công phương pháp chiết siêu tới hạn để chiết OCPs trong gạo với độ thu hồi từ 74-98%.
1.2.1.4. Chiết pha rắn (Solid phase extraction – SPE) và chiết pha rắn phân tán (dispersed solid-phase extraction-dSPE)
Từ giữa những năm 1970, kỹ thuật chiết pha rắn được giới thiệu và được sử dụng rộng rãi phân tích dư lượng HCBVTV để làm sạch, làm giàu mẫu trước khi phân tích. Đầu tiên, mẫu được chiết bằng dung môi sau đó được làm sạch qua cột chiết pha rắn qua các giai đoạn:
- Chuẩn bị, hoạt hóa cột chiết: nạp pha rắn với chủng loại và khối lượng thích hợp, loại bỏ bọt khí, hoạt hóa nhóm hoạt động (khi cần thiết)
- Hấp phụ: chất phân tích và tạp chất cần làm sạch được hấp phụ trên pha rắn của cột chiết
- Rửa giải: chất cần phân tích được tách khỏi tạp chất thông qua việc rửa giải với các loại dung môi và thời gian khác nhau.
Các tác giả Fillion (2000) [18] đã sử dụng cột C18 và aminopropyl để làm sạch OCPs trong rau quả với hiệu suất thu hồi đạt trên 80%. Yaping Zhang (2011) [19] đã sử dụng cột GCB/PSA để làm sạch các 14 OCPs trong ngũ cốc hiệu suất thu hồi đạt 78% đến 116%. Abdulnaser Hajisamoh (2013) [20] đã sử dụng cột C18 để làm sạch các OCPs trong thực phẩm với hiệu suất thu hồi đạt 74,5-102,4%.
Ưu điểm của phương pháp chiết pha rắn là hiệu suất thu hồi cao, khả năng làm sạch và làm giàu chất phân tích lớn dễ tự động hóa, có khả năng tương thích với phân tích sắc ký, tiết kiệm dung mơi, có thể tiến hành đồng thời nhiều mẫu tiết kiệm thời gian.
Mặc dù SPE cho hiệu quả chiết cao khi xử lý nhiều mẫu đồng thời nhưng thời gian khi xử lý một mẫu là tương đối lâu và cột SPE nhồi sẵn có giá thành tương đối cao. Vì vậy, một dạng kỹ thuật SPE khác đã được phát minh đó chiết phân tán pha rắn d-SPE. Thay vì sử dụng nhiều cột với các chất nhồi khác nhau và bao gồm các công đoạn rửa giải tốn dung môi cũng như thời gian các chất hấp phụ được đưa trực tiếp vào mẫu để hấp phụ chọn lọc các yếu tố cản trở. Việc lựa chọn chủng loại và liều lượng chất hấp phụ rất quan trọng để việc làm sạch được hiệu quả. So với SPE, d-SPE là một quy trình làm sạch mẫu đơn giản hơn, nhanh hơn và rẻ hơn
1.2.1.5. QuEChERS
Năm 2003, Anastassiades và cộng sự lần đầu tiên công bố một phương pháp chiết và làm sạch nhanh được gọi là QuEChERS (viết tắt của Quick, Easy, Cheap, Efficient, Rugged, Safe) kết hợp với chiết đa phân tán (d-SPE) để xác định HCBVTV trong rau quả. Phương pháp nhanh chóng được chấp nhận và phát triển ứng dụng cho các đối tượng phân tích và nền mẫu khác nhau, chủ yếu cho các sản phẩm nông nghiệp và thực phẩm. Phương pháp
thực hiện chiết mẫu với dung mơi ACN/nước. Sau đó, hỗn hợp chiết sẽ được thực hiện tách pha ACN và nước bằng cách thêm các muối MgSO4, NaCl. Khi đó, các hợp chất phân tích đã được chiết lên pha hữu cơ ACN. Phần dung môi hữu cơ sẽ được làm sạch bằng kỹ thuật chiết phân tán d-SPE (dispersive solid phase extraction) bằng các chất hấp phụ PSA (primary secondary amine), C18 (octadecylsilyl – ODS), GCB (graphitized carbon black). Cuối cùng, dịch chiết có thể được phân tích trên cả hai phương pháp GC (Sắc ký khí) và LC (Sắc ký lỏng).
Năm 2005, Lehotay và các cộng sự nghiên cứu thẩm định phương pháp này cho thấy phương pháp cho kết quả tốt với 207 chất trong số 235 thuốc trừ sâu trong các nền mẫu rau quả. Tuy nhiên, độ thu hồi của những chất nhạy với pH bị ảnh hưởng rõ rệt. Sau đó Lehotay thay đổi phương pháp gốc bằng cách sử dụng đệm acetat pH~4,7 để tăng độ thu hồi của thuốc trừ sâu. Phương pháp này sau đó đã được nghiên cứu trong 13 phịng thí nghiệm ở 7 quốc gia đối với 30 thuốc trừ sâu và trở thành phương pháp chính thức của AOAC 2007.01 vào năm 2007. Cùng thời gian đó, Anastassiades và cộng sự phát triển một phương pháp QuEChERS khác sử dụng đệm citrat ở pH khoảng 5- 5,5. Phương pháp này đã được thẩm định liên phịng ở nhiều phịng thí nghiệm ở Đức và trở thành phương pháp châu Âu EN 15662.
QuEChERS kết hợp với làm sạch d-SPE tạo sự thuận tiện rất lớn cho các phịng thí nghiệm khơng có hệ thống chiết pha rắn với dụng cụ bơm, bể hứng dung môi, dung mơi rửa giải cũng như có thể thực hiện với số lượng lớn mẫu mà không bị hạn chế như chiết pha rắn. Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng rất khó để loại bỏ nhiễu nền nếu chỉ sử dụng d-SPE và vấn đề này càng rõ ràng hơn khi phân tích dư lượng của vài trăm loại hố chất trừ sâu có các tính chất vật lý - hóa học rất khác nhau, chẳng hạn như phân cực, nhóm chức, khối lượng phân tử.
Mặc dù quy trình làm sạch SPE tốn nhiều thời gian và cơng sức, nhưng chúng có ít hiệu ứng nền mẫu và độ nhạy cao hơn so với d-SPE.
Vì vậy, nghiên cứu này tập trung vào việc giảm thiểu hiệu ứng nền bằng cách kết hợp chiết xuất QuEChERS và làm sạch SPE.