CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.2. Phương pháp phân tích dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật
1.2.2. Thiết bị phân tích
Phương pháp sắc ký khí là phương pháp phân tích được sử dụng nhiều nhất để xác định HCBVTV do tính ưu việt của chúng về độ nhạy, khả năng phân giải cao. Sắc ký khí trở thành phương pháp phân tách nhanh và hiệu quả một số lượng lớn các hợp chất bền nhiệt, dễ bay hơi. Đầu dò bắt điện tử (ECD) và ứng dụng phân tích HCBVTV là loại đầu dị lần đầu tiên được đưa vào sử dụng do J.lovelock và J.R. Lipsky năm 1960. Ở Việt Nam, có nhiều nghiên cứu sử dụng GC-ECD để xác định HCBVTV. Nghiên cứu của Trần Việt Hùng đã xác định đồng thời 18 hoạt chất hố chất trừ sâu nhóm cơ clo, cơ photpho và pyrethroid trong 66 mẫu dược liệu bằng phương pháp sắc ký khí sử dụng chiết lạnh hoặc chiết Shoxlet kết hợp phân tích bằng detector bắt điện tử (ECD), detector khối phổ MS và detector nitơ – photpho (NPD). Phương pháp có giới hạn phát hiện thấp ở mức nanogam hoặc dưới nanogam, độ thu hồi các chất đều ≥ 70%. Nguyễn Thị Phương Thảo và cộng sự đã sử dụng đồng thời GC-ECD và GC-MS để xác định các HCBVTV nhóm clo hữu cơ; HPLC và sắc ký khí quang hóa ngọn lửa (GC-FPD) để xác định các HCBVTV cơ photpho trong rau tại một số địa phương ở Hà Nội. Ngày nay, đã có nhiều loại detector của GC có thể ứng dụng để phân tích HCBVTV nhưng trong đó MS là detector có ưu điểm vượt trội.
Phương pháp khối phổ đã được phát minh vào khoảng những năm 1980 với mục đích ban đầu là dùng để định tính. Nhưng vào những thập niên sau 1990, thiết bị này đã được cải tiến tới độ nhạy đủ tốt để đáp ứng việc định tính cũng như định lượng. Từ đó dẫn tới cuộc cách mạng trong việc xử lý mẫu phân tích, giúp giảm số lần phân tích do việc sử dụng nhiều loại đầu dị. Ngồi ra, với độ chọn lọc cao, việc sử dụng đầu dò khối phổ kết hợp với phương pháp sắc ký cho phép đơn giản hố quy trình xử lý mẫu mà không cần trải qua nhiều bước làm sạch nền mẫu như trước đây.
Đầu dò khối phổ, với các thành phần cơ bản như Hình 1.3, là thiết bị phân tích dựa trên cơ sở xác định khối lượng phân tử của các hợp chất hóa học bằng việc phân tách các ion phân tử theo tỉ số giữa khối lượng và điện tích (m/z) của chúng. Các ion có thể tạo ra bằng cách thêm hay bớt điện tích
của chúng như loại bỏ electron, proton hóa,... Các ion tạo thành này được tách theo tỉ số m/z và phát hiện, từ đó có thể cho thơng tin về khối lượng hoặc cấu trúc phân tử của hợp chất [21].
Hình 1.3: Sơ đồ khối của một đầu dị khối phổ
Các kỹ thuật ion hố trong đầu dị khối phổ ghép nối với phương pháp sắc ký được phát triển thành nhiều loại, thích hợp với tính chất đa dạng của các hợp chất. Trong nghiên cứu này, phương pháp GC sẽ tiến hành ion hoá bằng kỹ thuật Electron Impact (EI). Kỹ thuật phân tích khối là khối phổ hai lần, trong đó sử dụng một nguồn ion hoá ban đầu và hai bộ tách khối được liên kết bởi một vùng tạo ion thứ cấp.
Kỹ thuật EI được sử dụng để ion hố các hợp chất trung hồ và dễ bay hơi trong một buồng chân không, được gia nhiệt, thích hợp để kết nối với phương pháp GC. Các bộ phận cơ bản của EI được thể hiện ở Hình 1.4. Sự
ion hoá xảy ra dựa vào sự trao đổi năng lượng khi hợp chất va chạm với chùm tia electron được tạo ra từ filament được gia nhiệt. Chùm tia electron này có năng lượng vào khoảng 5 đến 100 eV và 70eV được xem là giá trị năng lượng chuẩn để ion hố mẫu cho việc ghi nhận tín hiệu khối phổ. Hầu hết các hợp chất hữu cơ sẽ bị ion hoá ở mức năng lượng từ 7 đến 20 eV nên nguồn năng lượng 70 eV sẽ đủ để tạo ra sự phân mảnh đối với các hợp chất đó. Ngoại trừ
các hợp chất có ái lực electron lớn và rất ít các ion âm bền được hình thành đối với kỹ thuật EI nên EI được xem là nguồn ion hố dương [22].
Hình 1.4: Sơ đồ điển hình của bộ phận ion hố EI
Các mảnh ion sau khi được tạo ra sẽ đi vào bộ phân tách khối để tiến hành tách các ion theo tỷ lệ m/z. Bộ phân tách khối dùng trong nghiên cứu này là tứ cực gồm bốn thanh điện cực song song tạo thành một khoảng trống để các ion bay qua. Những ion có tỉ số m/z phù hợp mới có thể đi qua bộ lọc này
Hai thanh trụ đối diện nhau được áp một thế bao gồm thế một chiều có độ lớn là U và thế xoay chiều Vcos( t), trong đó V là thế xoay chiều và là tần số. Độ lớn của thế áp vào sẽ là U+Vcos( t). Mỗi cặp luôn được áp thế trái điện tích với nhau, nhưng cùng độ lớn, nghĩa là một cặp trụ sẽ có thế +(U+Vcos( t)) (dấu “+” trên Hình 1.5) và cặp cịn lại là -(U+Vcos( t)) (dấu “-“ trên Hình 1.6) [23]. Các ion đi vào bộ tách khối sẽ dao động trong điện trường được tạo thành từ bốn thanh trụ. Chuyển động của nó phụ thuộc vào tỷ lệ m/z của bản thân ion, thế một chiều và xoay chiều cũng như tần số của thế xoay chiều và chỉ những ion có tỷ lệ m/z thích hợp mới có thể đi qua bộ tứ cực và tới được đầu dò. Những ion còn lại sẽ bị va đập với các thanh trụ và
hút ra ngoài. Kỹ thuật tứ cực được xem là đơn giản, chi phí thấp và dễ dành vận hành
Hình 1.5: Sơ đồ một bộ tách khối tứ cực
Để có thể phân tích cấu trúc và định lượng các hợp chất ở hàm lượng thấp trong một nền mẫu phức tạp, thiết bị tách khối với sự kết hợp của ba bộ tứ cực đã được phát triển (Hình 1.6). Trong đó, bộ tứ cực thứ nhất và thứ ba có khả năng chọn lọc ion, bộ tứ cực giữa sẽ có nhiệm vụ như phần tạo ra các ion thứ cấp từ những ion đi ra từ bộ tứ cực đầu tiên. Với khả năng này, bộ ba tứ cực sẽ cải thiện khả năng nhận biết chất phân tích do có được nhiều dữ liệu hơn về cấu trúc chi tiết hoặc các nhóm chức đặc trưng của từng hợp chất. Việc đi qua hai bộ tách khối cũng làm tăng số lượng ion thích hợp có được từ hợp chất phân tích, làm tăng tín hiệu đến đầu dị và cải thiện tín hiệu S/N (signal-to-noise) [22].
Hình 1.6: Cấu tạo cơ bản của một đầu dò khối phổ ba tứ cực
Mặc dù sắc ký lỏng (LC) không quá phổ biến để phân tích OCPs, nhưng nó được sử dụng trong trường hợp các hợp chất có độ bay hơi kém, độ phân cực cao và không ổn định nhiệt (Sannino và cộng sự, 2004). Các
detector thường được sử dụng trong kỹ thuật sắc ký lỏng là detector diode array (DAD), detector quang và detector khối phổ (MSD). Việc sử dụng pha động để phân tích hố chất BVTV trong kỹ thuật sắc ký lỏng bao gồm hỗn hợp acetonitrile (MeCN) – nước hoặc hỗn hợp methanol (MeOH) – nước. Một số OCPs có thể được xác định theo phương pháp sinh học (ELISA) hay phương pháp điện cực màng sinh học (Biosensor) hoặc theo phương pháp cực phổ. Tuy nhiên, các phương pháp này khó có thể xác định một hố chất BVTV cụ thể mà chỉ có thể xác định sự có mặt của một nhóm chất, do đó, thường sử dụng trong công tác sàng lọc, đánh giá sơ bộ.
Một số phương pháp phân tích cụ thể đã được các tác giả sử dụng để phân tích OCPs trong mẫu gạo. Được chúng tơi tóm tắt dưới Bảng 1.3 sau
đây:
Bảng 1.3: Một số phương pháp phân tích OCPs trong mẫu gạo
STT Cách tiến hành LOD/LOQ (µg/kg) Tài liệu tham khảo Chiết Làm sạch Phân tích
1 Chiết với dung mơi DCM
Làm sạch bằng cột nhồi Florisil, rửa giải bằng hỗn hợp n- hexan/axeton (4:1, v/v)
GC-MS LOD: 0,26-87 [24]
2 QuEChERS d-SPE với 375 mg PSA and 750 mg MgSO4 khan GC- MS/MS LOD: 0,1-7,0 LOQ: 0,4- 26,3 [25] 3 Chiết với axeton- metanol (1: 1, Làm sạch bằng cột nhồi hỗn hợp Al2O3 và than hoạt tính (15:1, GC- ECD LOD: 2- 5 [26]
STT Cách tiến hành LOD/LOQ (µg/kg) Tài liệu tham khảo Chiết Làm sạch Phân tích
v/v) và DCM w/w), rửa giải với DCM
4 QuEChERs d-SPE 50mg PSA, 300mg MgSO4 và 20mg GCB GC– MS-SIM LOQ: 2-50 [27] 5 Mẫu được trộn với Celite 545 và chiết dung môi nhanh (ASE) với ACN Làm sạch bằng cột chiết pha rắn Envi-18, Envi-Carb và Sep-Pak NH2, rửa giải bằng hỗn hợp dung môi ACN/Toluene(3:1,v/v) GC-MS LOD: 0,5– 300 [28] 7 QuEChers 25 mL nước / ACN (1,5:1, v/v) và hỗn hợp muối MgSO4 / NaCl (4: 1, w / w) d-SPE với 150 mg PSA, 50mg C18 và 750 mg MgSO4 khan GC- TOF/MS [29]
Nhận xét phần nghiên cứu tổng quan: Từ các thơng tin và dữ liệu được trình bày phần tổng quan, học viên nhận thấy:
- Tại Việt Nam chưa có nhiều nghiên cứu, cơng bố liên quan đến xây dựng phương pháp phân tích hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo trong gạo
- Phương pháp sắc ký khí khối phổ là phương pháp đã được nhiều nhà nghiên cứu lựa chọn với ưu điểm vượt trội về khả năng xác định chính xác đồng thời OCPs với độ nhạy cao trong các nền mẫu phức tạp.
- Trong nghiên cứu này, học viên lựa chọn kỹ thuật GC-MS/MS để xây dựng và phát triển quy trình phân tích đồng thời 19 OCPs trong mẫu gạo. Phương pháp này được xác nhận và đánh giá trước khi áp dụng để đánh giá dư lượng
của OCPs trong một số mẫu gạo. Kết quả của nghiên cứu này chính là cơ sở cho việc nghiên cứu xác định dư lượng của HCBVTV cơ clo trong gạo cũng