Xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) Để xác định LOD, một dung dịch fenobucarb với nồng độ là 0,5 µg/L được dùng để phân tích. Sau tiến hành pha loãng và đo mẫu đến các nồng độ 0,1; 0,05; 0,02; 0,01 µg/L...Ở nồng độ 0,02 µg/L cho kết quả chiều cao của pic chất phân tích gấp 3 lần tín hiệu đường nền, ở nồng độ 0,01 µg/L không nhìn thấy pic của fenobucarb, do đó nồng độ 0,02 µg/L là nồng độ thấp nhất mà chiều cao tín hiệu pic của các chất phân tích gấp 3 lần tín hiệu đường nền. Từ các kết quả thu được xử lý thống kê để xác định LOD, LOQ theo mục 2.3.3, kết quả chỉ ra ở bảng 3.4.
Bảng 3.4. LOD và LOQ của fenobucarb
Các thông số Fenobucarb
Cmin Cmin1 0,021 Cmin2 0,021 Cmin3 0,020 S/N S/N1 13,41 S/N2 13,53 S/N3 13,41 Cmintb 0,021 S/Ntb 13,45 SD 0,0006 RSD (%) 2,8 LOD µg/L) 0,005 LOQ (µg/L) 0,015
Kết quả thu được giới hạn phát hiện của fenobucarb là 0,005 µg/L. Giới hạn định lượng của fenobucarb là 0,015 µg/L.
Độ chính xác của phép đo
Để đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo, tiến hành dựng đường chuẩn, pha 3 mẫu có nồng độ ở điểm đầu, điểm giữa và điểm cuối của khoảng tuyến tính là (0,3; 0,6 và 0,9 µg/L), thực hiện đo mỗi mẫu 4 lần. Các kết quả được chỉ ra ở bảng 3.5.
Bảng 3.5. Sai số và độ lặp lại của phép đo tại các nồng độ khác nhau
Nhận xét: Phần trăm sai số và hệ số biến thiên CV của phép đo tại 3 mức nồng độ 0,3; 0,6; 0,9 µg/L có giá trị từ 1,6 - 8,2% đều nằm trong giới hạn cho phép của EPA [48]. Do đó các thông số phương pháp đo này được sử dụng để phân tích mẫu trong các nghiên cứu tiếp theo của luận văn.
3.1.2. Quy trình chiết tách fenobucarb trong nước
Hai phương pháp chiết lỏng - lỏng và chiết pha rắn được khảo sát để xác định hiệu suất thu hồi của fenobucarb trong mẫu nước. Trên cơ sở đó lựa chọn phương pháp chiết phù hợp với nội dung nghiên cứu của luận văn.
Khảo sát hiệu suất thu hồi của phương pháp chiết lỏng - lỏng
Thí nghiệm được tiến hành theo quy trình mục 2.2.2. Lấy 2 mL dung dịch chuẩn 500 µg/L fenobucarb hòa tan trong 5 mL acetone và thêm vào trong 1000 mL nước cất. Thực hiện quy trình chiết mẫu và định lượng trên thiết bị GC/MS để đánh giá hiệu suất. Tiến hành 2 mẫu song song. Kết quả xác định hiệu suất thu hồi của fenobucarb trong mẫu nước thêm chuẩn được đưa ra ở bảng 3.6.
Khảo sát hiệu suất thu hồi của phương pháp chiết SPE
Tiến hành thí nghiệm theo quy trình ở mục 2.2.3. Lấy 2 mL dung dịch chuẩn 500 µg/L của fenobucarb hòa tan trong 5 mL acetone và thêm vào trong 1000 mL nước cất. Thực hiện quy trình chiết mẫu và định lượng trên thiết bị GC/MS để đánh giá hiệu suất. Tiến hành 2 mẫu song song. Kết quả xác định
Dung dịch chuẩn Nồng độ Nồng độ ban đầu Xtb (%) CV (%)
Đo lần 1 Đo lần 2 Đo lần 3 Đo lần 4
0,30 (µg/L) 0,30 0,28 0,29 0,29 0,30 0,29 4,90 0,60 (µg/L) 0,60 0,59 0,59 0,58 0,60 0,59 2,40 0,90 (µg/L) 0,90 0,88 0,89 0,88 0,90 0,89 2,00
hiệu suất thu hồi của fenobucarb trong mẫu nước thêm chuẩn được đưa ra ở bảng 3.6.
Bảng 3.6. Hiệu suất thu hồi fenobucarb của phương pháp chiết lỏng-lỏng và chiết SPE Phương pháp Nồng độ ban đầu (µg/L) Nồng độ đo được (µg/L) Hiệu suất trung bình (%) Mẫu 1 Mẫu 2 Lỏng- lỏng 1,00 0,95 0,94 94,50 SPE 1,00 0,91 0,92 91,50
Từ kết quả hiệu suất thu hồi của các chất theo 2 phương pháp chiết ở trên, chúng tôi chọn phương pháp chiết lỏng - lỏng cho nghiên cứu của luận văn, bởi hiệu suất chiết cao hơn, trang thiết bị đơn giản phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm.
Tiến hành đánh giá độ lặp lại và độ đúng của phương pháp chiết lỏng – lỏng so với các giới hạn trong các tài liệu EPA [48]. Tiến hành lặp lại 6 thí nghiệm trên cùng 1 mẫu nước thêm chuẩn theo quy trình chiết lỏng - lỏng ở mục 2.2.2. Kết quả hiệu suất chiết 6 mẫu nước thêm chuẩn được thống kê ở bảng 3.7. Xử lý thống kê số liệu ở các bảng 3.7 theo phương pháp xử lý số liệu ở mục 2.3.3 các kết quả được chỉ ra ở bảng 3.8.
Bảng 3.7. Hiệu suất thu hồi của fenobucarb của phương pháp chiết lỏng-lỏng
TT Thuốc trừ sâu
Nồng độ ban đầu (µg/L)
Nồng độ xác định được (µg/L) Hiệu suất (%) MC1 MC2 MC3 MC4 MC5 MC6 1 fenobucarb 0,60 0,58 0,58 0,57 0,59 0,60 0,57 96,9
Bảng 3.8. Nồng độ trung bình, hiệu suất chiết và độ lệch chuẩn, độ chính xác của phương pháp chiết lỏng - lỏng
TT Thuốc trừ sâu Nồng độ trung bình (µg/L) Hiệu suất trung bình (%) RSD (%) Độ chính xác (quy tắc 2δ) 1 fenobucarb 0,58 96,9 2,01 96,9 ± 4,02
Nhận xét: Hiệu suất chiết trung bình của fenobucarb trên 90% và độ lệch chuẩn tương đối là 2,01% .
Bảng 3.9. So sánh các phương pháp chiết đã khảo sát
Thông số chung Chiết lỏng - lỏng Chiết SPE
Thời gian chiết trung bình
(giờ) 0,75 1
Cột chiết C18
Không Có
Cất quay chân không
Có Có
Rửa giải
Không Có
Đông khô -80oC
Không Có
Hiệu suất chiết
Cao Cao
Chi phí
Trung bình Cao Dung môi sử dụng (mL)
DCM: 90 mL hexane: 20 mL
DCM: 20 mL hexane: 20 mL
So sánh quy trình chiết fenobucarb trong mẫu nước bằng 2 phương pháp chiết lỏng - lỏng và chiết SPE:
Từ kết quả thu được ở bảng 3.6, bảng 3.8 và bảng 3.9 rút ra các nhận xét sau:
- Hiệu suất chiết của 2 phương pháp chiết đều cao, nhưng phương pháp chiết lỏng-lỏng cao hơn so với chiết SPE.
- Phương pháp chiết lỏng-lỏng tốn nhiều dung môi, nhưng thời gian chiết, chi phí và trang thiết bị đơn giản hơn so với chiết SPE.
- Độ chính xác của phương pháp chiết lỏng-lỏng cho fenobucarb với mẫu thêm chuẩn là 96,9% nằm trong khoảng tiêu chuẩn EPA 617 là 91 - 101% [48] nên có thể áp dụng phương pháp chiết trên để xác định mẫu thực tế.
Với các kết quả trên, chúng tôi chọn phương pháp chiết lỏng-lỏng cho quy trình định lượng fenobucarb trong mẫu nước bằng thiết bị GC/MS với cách tiến hành như sau:
Mẫu nước được đưa về nhiệt độ phòng trước khi phân tích. Lấy 1L mẫu nước cho vào phễu chiết dung tích 2L, thêm 30 g muối NaCl. pH của mẫu được điều chỉnh tới pH = 7 bằng 1 mL dung dịch đệm photphat. Tiến hành chiết mẫu 3 lần bằng dung môi dichloromethane với thể tích lần lượt là 50, 30, 10 mL. Sau khi chiết, dịch chiết được loại nước bằng 10 g Na2S04 khan, sau đó dịch chiết được cô đặc về 2 - 3 mL bằng máy cất quay chân không. Chuyển dung môi bằng cách thêm 10 mL hexane vào dịch chiết, rồi cô còn 5 mL. Dịch chiết cuối cùng được làm giàu chính xác về l mL bởi sử dụng dòng khí N2, đo mẫu trên thiết bị GC/MS.
Định lượng fenobucarb trên GC/MS được xác định như sau: 1 µL mẫu được bơm ở chế độ không chia dòng. Chất phân tích được tách trên cột sắc ký ZB5MSi (dài 30m, đường kính trong 0,25mm, lớp hấp phụ pha tĩnh dày 0,25μm) (Phenomenex). Khí Heli được sử dụng làm khí mang với tốc độ 1,15 mL/phút ở chế độ tuyến tính. Chương trình nhiệt độ cột được cài đặt ở 90oC giữ trong 2 phút trước khi tăng đến 300oC với tốc độ 8oC/phút, giữ ở nhiệt độ
cuối cùng này trong 4 phút. Chương trình nhiệt độ MS với nhiệt độ bơm mẫu, nhiệt độ nguồn ion, và nhiệt độ detector tương ứng là 250, 230 và 300oC. Áp suất đầu cột là 72 kPa
Hình 3.5. Sơ đồ quy trình chiết lỏng - lỏng mẫu nước Thổi khi nitơ đến:1 mL
Chuyển sang vial
GC/MS
+{Thêm chuẩn}
+ DCM: 50, 30, 10 mL + NaCl: 30g
Phễu chiết: 1000 mL mẫu
Lắc: 15 phút
Loại nước: dùng 10g Na2SO4 khan Chiết mẫu
Cất quay chân không: đến 5 mL
Thêm hexane: 10 mL, 10mL
3.2. NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN HỦY CỦA FENOFUCARD TRONG HỆ ĐẤT- NƯỚC DƯỚI SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG
3.2.1. Thành phần cơ giới và tích chất vật lý và hóa học của mẫu đất nghiên cứu
Bảng 3.10 Một số tính chất vật lý và hóa học của cột đất nghiên cứu
Kết quả phân tích không tìm thấy sự có mặt của fenobucarb trong mẫu đất nghiên cứu. Thành phần cơ giới và tích chất vật lý và hóa học của mẫu đất được trình bày trong bảng 3.10. Mẫu đất nghiên cứu có cấu trúc cát pha mùn, và không có mặt fenobucarb trong mẫu đất nghiên cứu này
3.2.2. Phân hủy fenobucarb trong hệ đất – nước dưới ảnh hưởng của pH
Nồng độ của fenobucarb và nồng độ của chất chuyển hóa (2-giây- butylphenol) trong pha đất, pha nước và tổng lượng tồn dư trong hệ đất-nước với pH 7 được biểu thị và thể hiện trong Hình 1 dưới dạng hàm số của thời gian. Lượng còn lại là tổng lượng fenobucarb hoặc 2 giây-butylphenol trong cả pha rắn và pha nước của hệ thống đất - nước.
Nồng độ Fenobucarb trong pha đất của hệ thống đất - nước giảm nhanh trong 2 giờ, sau đó giảm rất chậm trong khoảng thời gian 2 - 20 giờ (hình 3.7 a). Trong pha nước, quá trình giải hấp fenobucarb từ đất đạt đến trạng thái cân
Thông số Giá trị
pH(KCl) 5,06
Khả năng trao đổi catrion (CEC) 11,48 meq/100 g Hàm lượng các bon hữu cơ (OC) 1,82%
Tổng Ni tơ (TN) 0,21% Hàm lượng nước 41,35% Tỷ trọng 1,45 g/L Hàm lượng cát 7% Hàm lượng mùn 65% Hàm lượng sét 28,5%
bằng trong 2 giờ và sau đó giữ gần như không đổi cho đến 20 giờ (hình 3.7b). Nồng độ của fenobucarb là 0,317 mg/kg; 0,379 mg/L và 5,05 μg trong pha nước, pha đất và tổng lượng còn lại trong hệ thống đất-nước, tương ứng sau 20 giờ. Sau đó, nồng độ fenobucarb giảm nhanh trong cả pha nước và đất, gần một nửa số fenobucarb tan biến sau 48 giờ. phần trăm phân hủy của fenobucarb lần lượt là 12, 41, 80 và 91% sau 24, 48, 72 và 144 giờ. Có nghĩa là trong khi, 2- sec-butylphenol được tìm thấy trong cả pha nước và đất của hệ đất-nước. 2- sec-butylphenol tăng lúc đầu (0-20 giờ) sau đó giảm xuống. Sau khoảng thời gian 20 giờ, nồng độ của 2-sec-butylphenol lần lượt là 0,017 mg/kg, 0,016 mg/L và 0,225 μg trong pha đất, pha nước và tổng lượng tồn dư trong hệ đất-nước. 2-sec-butylphenol giảm nhanh trong khoảng thời gian 20-24 giờ và giảm dần trong cả pha nước và đất, sau 48 giờ nồng độ của 2-sec-butylphenol là 0,01 mg/kg, 0,01 mg/L và 0,09 μg trong pha đất, pha nước và tổng lượng trong hệ thống đất-nước, tương ứng.
Sự biến mất liên tục của fenobucarb với sự có mặt của 2-sec-butylphenol trong suốt thời gian thí nghiệm chỉ ra rằng vi sinh vật có khả năng phân hủy fenobucarb đã sử dụng với fenobucarb trong hệ thống đất - nước. Trong đó vi khuẩn sử dụng fenobucarb làm nguồn cacbon và năng lượng, sản phẩm thủy phân trung gian của fenobucarb là thích nghi với fenobucarb, sau đó chất chuyển hóa này được chuyển hóa thành carbon dioxide và nước [77]. Trong nghiên cứu của Kim [77] cũng cho thấy trong môi trường nuôi cấy thích nghi với fenobucarb tăng lên trong khoảng thời gian 20 giờ, và nó bị phân huỷ hoàn toàn sau 27 giờ ủ. Các nghiên cứu trước đây cũng cho thấy đất là một nguồn chính của vi sinh vật có thể phân hủy thuốc trừ sâu, khả năng của vi sinh vật đất sử dụng thuốc trừ sâu carbamate và một số chất chuyển hóa của nó như một nguồn cacbon và nitơ để tăng trưởng [78, 79, 80]. Kết quả cho thấy đất trồng lúa ở khu vực nghiên cứu có chứa quần xã vi sinh vật có khả năng phân hủy fenobucarb.
Hình 3.6. Sự phân hủy của fenobucarb và sản phẩm chuyển hóa thích nghi với fenobucarb trong dung dịch có pH 7 trong hệ đất-nước
3.2. Nhả hấp phụ và phân hủy fenobucarb với dung dịch pH 9, DOC và SDS trong hệ thống đất-nước
Trong khoảng thời gian thí nghiệm từ 0 đến 120 h, nồng độ fenobucarb trong cả pha đất và pha nước và tổng lượng tồn dư fenobucarb còn lại trong các thí nghiệm với dung dịch pH 9, DOC và SDS là hàm số của thời gian.
Bảng 3.11. Bảng hiệu suất nhả phụ và phân hủy của fenobucarb từ đất vào nước trong hệ đất - nước
Thời gian (giờ) Nhả hấp phụ (%)
pH 5 pH 7 pH 9 SDS 2 36 34 35 27 24 33 30 32 22 48 15 14 14 22 72 6.6 7.2 4.3 18 96 0.24 0.37 2.20 12 120 0.14 0.36 1.78 11
Thời gian (giờ)
Phân hủy (%) pH 5 pH 7 pH 9 SDS 24 11 14 11 18 48 65 65 62 27 72 85 87 88 37 96 98 99 94 55 120 99 99 95 66
Trong cả pha đất và pha nước của hệ đất-nước, nồng độ fenobucarb giảm dần trong khoảng thời gian 2 - 24 giờ, sau đó nồng độ này giảm nhanh hơn đến 72 giờ. Cùng với đó, 2-sec- butylphenol không được phát hiện trong các pha nước. Sự biến mất liên tục của fenobucarb trong thời gian thí nghiệm và không phát hiện thấy sản phẩm chuyển hóa 2-sec- butylphenol. Nó chỉ ra rằng trong các thí nghiệm này vẫn diễn ra quá trình phân huỷ fenobucarb bao gồm phân huỷ sinh học (vi sinh vật di thực với fenobucarb) và phi sinh học (thuỷ phân).
Lượng dư giảm nhanh chóng và khoảng một nửa fenobucarb biến mất sau 48 giờ trong tất cả các thí nghiệm được ngoại trừ trong thí nghiệm với dung dịch SDS, chỉ giảm gần một nửa sau 120 giờ (Hình 3.8c). Lượng fenobucarb còn lại lần lượt là 0,704, 0,21 và 2,41 μg với dung dịch pH 7, pH 9 và SDS sau 120 h.
Sự biến mất của fenobucarb trong cả pha đất và nước xảy ra nhanh nhất trong các thí nghiệm với dung dịch pH (7 và 9) và cuối cùng là dung dịch SDS. Sau 48 giờ, phần trăm phân hủy của fenobucarb tương ứng là 41 và 64% trong
các thí nghiệm với dung dịch pH 7 và pH 9. Có nghĩa là trong khi có mặt SDS chỉ có 26% fenobucarb bị phân hủy. Trong hầu hết các mẫu, người ta quan sát thấy fenobucarb bị phân hủy trong 120 giờ. Trong 72 giờ đầu tiên, tốc độ phân hủy của fenobucarb nhanh và sau đó chậm lại. Sự phân huỷ fenobucarb trên 90% trong thí nghiệm với dung dịch pH 7 và pH 9 và chỉ 44% sự phân huỷ fenobucarb trong thí nghiệm với SDS sau 120 giờ (hình 3.8d).
Sự phân hủy sinh học của thuốc trừ sâu là một quá trình quan trọng kiểm soát tồn dư của thuốc trừ sâu trong đất. Sự phân huỷ nhanh chóng của fenobucarb trong hệ đất-nước được thấy trong thí nghiệm với dung dịch pH 7 và nhiệt độ 20-25 oC vì đây là điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi khuẩn. Trong thí nghiệm với dung dịch pH 9, 2-giây-butylphenol được tìm thấy trong pha đất ở 48 giờ với nồng độ 0,029 mg/Kg và sau đó giảm dần. Trong đó nồng độ 2-sec- butylphenol lần lượt là 0,029; 0,014; 0,008 và 0,0075 mg/Kg sau khoảng thời gian 48, 72, 96 và 120 h. Với thí nghiệm này, ngoài sự phân hủy bởi vi khuẩn có trong đất, fenobucarb còn bị thủy phân trong các điều kiện cơ bản, điều này làm cho fenobucarb biến mất nhanh chóng. Điều này cũng phù hợp với các nghiên cứu trước đây rằng cacbamat có khả năng chống thủy phân ở các giá trị pH trung tính (5 - 8), nhưng bị thủy phân nhanh chóng trong điều kiện kiềm (pH 9) [81, 82].
Điều này có thể được cho là do phân tử fenobucarb bền ở pH axit (5) và trung tính pH (7) nhưng trải qua quá trình thủy phân nhanh chóng ở pH kiềm (9) (Thời gian bán hủy (DT₅₀) của fenobucarb là 28 ngày tại pH 2; 16.9 ngày tại pH 9 và 2 ngày tại pH 10, tất cả điều ở nhiệt độ 20°C). Các thuốc trừ sâu nhóm cacbamate như fenobucarb thường bền ở giá trị pH trung tính, nhưng tương đối không ổn định trong điều kiện pH kiềm [75], tạo ra oxime-