BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

Phạm Tuấn Linh

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT QuEChERS GC/MS 3 SIM
ĐỂ PHÂN TÍCH ĐỒNG THỜI DƢ LƢỢNG HÓA CHẤT BẢO VỆ
THỰC VẬT TRONG ĐẤT

Chuyên ngành:
Mã số:

Hóa phân tích

62.44.01.18

DỰ THẢO
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA PHÂN TÍCH

Hà Nội, 2018


2
Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS. TS. Vũ Đức Lợi

hóa chất bảo vệ thực vật khác nhau.
Các hóa chất bảo vệ thực vật trong đất, thông qua chuỗi thực
phẩm có thể phân tán vào cơ thể người, gây ảnh hưởng trực tiếp đến
sức khỏe. Vì vậy, việc xác định dư lượng HCBVTV trong đất là cần
thiết, giúp người nông dân chuyển đổi sang nền nông nghiệp hữu cơ
(nông nghiệp sạch và an toàn)
Hiện nay, công tác đánh giá dư lượng hóa chất bảo vệ thực
vật trong đất được tiến hành riêng theo từng nhóm chất, mỗi nhóm có
qui trình phân tích riêng làm tăng chi phí phân tích, kéo dài thời gian
và quy trình phân tích cũng phức tạp hơn.
Do đó, đề tài “Nghiên cứu phát triển kỹ thuật QuEChERS
GC/MS 3 SIM để phân tích đồng thời dư lượng hóa chất bảo vệ thực
vật trong đất” được thực hiện nhằm giảm thời gian phân tích, giảm
thiểu các bước phân tích, ít tiêu tốn hóa chất và đạt hiệu suất thu hồi
cao hơn.


2
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng phương pháp phân tích mới, nhanh, đơn giản để phân
tích đồng thời dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật thuộc các nhóm
hoạt chất khác nhau (bao gồm nhóm cơ clo, cơ phốt pho, cacbamat,
pyrethroid) trong môi trường đất trên thiết bị GC/MS với quá trình
xử lý mẫu theo kỹ thuật QuEChERS.
3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án
- Nghiên cứu thiết lập các thông số trên hệ thiết bị GC/MS: chế độ
bơm mẫu, chương trình nhiệt độ, điều kiện cho hệ khối phổ.
- Nghiên cứu tối ưu hóa các điều kiện chiết và làm sạch mẫu: dung
môi và thời gian chiết, các yếu tố ảnh hưởng, các chất làm sạch.
- Đánh giá phương pháp: xác định giới hạn định lượng, khoảng

kỷ qua, dẫn đến nguy cơ tiềm ẩn cho sức khỏe con người. Thực tế,
hơn 95% hóa chất bảo vệ thực vật bị phun ra ngoài (thường là môi
trường đất) mà không tới được mục tiêu mong muốn. Vì vậy, nhu
cầu xác định dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật trong đất đã trở nên
cấp bách.
Việc phân tích dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật trong đất
thường bao gồm công đoạn chuẩn bị mẫu và định lượng trên thiết bị.
Mục đích của việc chuẩn bị mẫu là tách được lượng vết các chất
phân tích và loại bỏ các chất ảnh hưởng từ nền. Các bước chuẩn bị
mẫu thường bao gồm đồng nhất, chiết xuất và làm sạch.
Do nồng độ hóa chất bảo vệ thực vật trong đất rất thấp, nên
cần thiết phải có một kỹ thuật đủ mạnh để chiết tách, không làm mất
mẫu. Các kỹ thuật thường được áp dụng là khuấy trộn cơ học bằng
cách lắc, siêu âm, vi sóng và chiết rắn - lỏng (ví dụ: chiết Soxhlet;
chiết áp suất, chiết siêu tới hạn). Phương pháp làm sạch phổ biến
nhất dựa trên kỹ thuật chiết pha rắn bằng cách sử dụng cột nhồi
florisil. Các phương pháp này tuy có hiệu quả, nhưng tốn thời gian
(kéo dài tới 1,5 ngày), phức tạp và tốn kém.


4
Do đó, việc phát triển các phương pháp phân tích mới để xác
định đa dư lượng các hóa chất bảo vệ thực vật trong đất đã được
quan tâm nghiên cứu.
Các nghiên cứu trong phương pháp phân tích tập trung vào
quá trình chiết tách các chất hữu cơ từ các nền mẫu khác nhau, làm
giảm thời gian phân tích, giảm thiểu số bước tiến hành, sử dụng ít
hóa chất hơn và mang lại hiệu suất thu hồi hồi cao hơn. Năm 2003,
Michelangelo Anastassiades đã phát triển một phương pháp chiết
tách đa dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật trong rau quả. Phương

môi MeCN với nồng độ 2,00 mg/ml, bảo quản ở -200C.Chuẩn hỗn
hợp 10µg/ml được pha từ các dung dịch chuẩn đơn. Hệ thống sắc kí
khí khối phổ GC/MS QP 2010 (Shimadzu), cột phân tích DB 5 MS
2.2

Thiết lập các nội dung nghiên cứu

2.2.1

Lựa chọn đối tượng hoá chất BVTV

103 hóa chất bảo vệ thực vật thuộc các nhóm khác nhau, đã và
đang được sử dụng phổ biến trong canh tác nông nghiệp tại Việt nam
cũng như trên thế giới và có tính chất hóa lý phù hợp cho phân tích
trên thiết bị GC/MS đã được lựa chọn.
2.2.2 Nghiên cứu, lựa chọn các điều kiện vận hành thiết bị sắc ký
khí khối phổ (GC-MS)
Lựa chọn nhiệt độ cổng bơm mẫu và tốc độ bơm mẫu, thể tích

-

bơm mẫu và tốc độ khí mang
-

Lựa chọn chương trình nhiệt độ

-

Lựa chọn mảnh phổ phân tích


KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Nghiên cứu, lựa chọn các điều kiện vận hành thiết bị sắc ký
khí khối phổ (GC-MS)
3.1.1

Lựa chọn nhiệt độ cổng bơm mẫu và tốc độ bơm mẫu
Với chế độ bơm mẫu chậm, độ nhạy của tất cả các HCBVTV

khảo sát đều thấp hơn 50% so với chế độ bơm mẫu nhanh và trung
bình. Ngoài ra, độ ổn định cũng không cao, hầu hết %RSD > 30%.
Độ nhạy đã được cải thiện đáng kể và cũng không có sự
khác biệt lớn giữa 2 chế độ bơm mẫu nhanh và trung bình. Tuy
nhiên, chế độ bơm mẫu nhanh ổn định hơn, %RSD đều < 10% ở tất
cả các nhiệt độ khảo sát.
Cũng có thể nhận thấy, độ nhạy các chất tương đối đồng đều
tại các nhiệt độ khác nhau và đạt cực đại tại 2600C (ngoại trừ
permethrine tại 2100C). Tuy nhiên, tại nhiệt độ 2600C và ở chế độ
bơm mẫu nhanh có độ ổn định cao nhất với độ lệch chuẩn tương đối
%RSD trong khoảng 2-4%.
Từ các kết quả nghiên cứu cho thấy, nhiệt độ cổng bơm mẫu
tối ưu cho phân tích các hóa chất BVTV là 260 oC và tốc độ bơm
mẫu đặt ở chế độ “Fast”.


7
3.1.2

Thể tích bơm mẫu và tốc độ khí mang



25

30

35

20oC; từ 180oC đến 190oC, mỗi phút tăng 10oC; từ 190oC đến 240oC,
mỗi phút tăng 3oC; từ 240oC đến 300oC, mỗi phút tăng 10oC và giữ ở
300oC trong 5 phút.

Hình 3.9. Sắc đồ hỗn hợp chuẩn theo chương trình nhiệt độ thiết lập


8
Chương trình 1

Chương trình 2

Chương trình 3

Chương trình 4 Chương trình 5

Chương trình 6

Terbufos & Quintozene

Diazinon, Etrimfos & BHC-delta

Chlorpyrifos, Fenthion & Parathion

Trên cơ sở các sắc đồ khối thu được, các mảnh phân tách chính và

mảnh phân tách phụ đã được thiết lập.
3.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng của quá trình tách chiết (xử lý mẫu)
3.2.1

Lựa chọn dung môi chiết
Bảng 3.6 cho thấy: MeCN có độ thu hồi và độ lặp lại tốt nhất

trong số các dung môi nghiên cứu và được sử dụng là dung môi cho
công tác chiết mẫu.
Bảng 3.6. Độ thu hồi, độ lệch chuẩn của các hoá chất BVTV theo
các dung môi chiết khác nhau
Độ thu hồi (%)

RSD (%)

MeCN

84 - 111

3 - 17

MeOH

40 - 142

3 - 26

EtOAc

2-44

1-19

2-18

1-16

1-22

Số HCBVTV có độ thu hồi < 50%

1

0

0

0

0

Số HCBVTV có độ thu hồi 50-60%

5

0

0


Ảnh hưởng của các chất hấp phụ
Các chất ảnh hưởng có cực đại hấp thụ trong khoảng bước

sóng từ 190 – 230 nm, gồm các chất béo (max = 205 - 233 nm), các
hợp chất đường (max = 190 nm); và triaglycerol (max = 210 nm).

Hình 3.14. Hiệu quả loại bỏ các chất ảnh hưởng bởi các chất hấp
phụ (a) florisil; (b) C18; (c) PSA; và (d) GCB.
Kết quả thực nghiệm (hình 3.14) cho thấy, florisil, C18, PSA
với hàm lượng 20 mg/mL và GCB với hàm lượng 10 mg/L đều có
khả năng làm sạch.


11

Hình 3.16. Sắc đồ mẫu đất được làm sạch bởi các chất hấp phụ
khác nhau


12
Tuy nhiên, khi quan sát đường nền cũng như cường độ các tạp
chất trong sắc đồ (hình 3.16), có thể nhận thấy:
- Với florisil: đường nền dâng lên đến 150.000 và đến phút
thứ 18 mới giảm về đường nền cơ sở. Tạp chất còn rất
nhiều với cường độ cao.
- Với C18 và GCB: đường nền dâng lên đến 100.000 và sau
11 phút mới giảm về đường nền cơ sở
- Với PSA: đường nền chỉ dâng lên 60.000 giảm về đường
nền cơ sở (50.000) sau 8 phút
Do đó, chất hấp phụ được lựa chọn cho quá trình làm sạch

Các nghiên cứu tiến hành với mẫu có hạt thô (< 2mm), hạt

mịn (< 0,05 mm) và hàm lượng chất hữu cơ (10%) cho thấy: mẫu
được nghiền qua rây 2 mm và hàm lượng chất hữu cơ không vượt
quá 10% sẽ không ảnh hưởng tới hiệu suất chiết tách mẫu.

3.3
3.3.1

Xây dựng qui trình phân tích
Qui trình chuẩn bị mẫu

Công tác chuẩn bị mẫu được thể hiện tóm tắt trong hình 3.18
10 g mẫu/ống ly tâm
50ml

10ml H2O + IS. Lắc 1 phút. Đợi 30 phút
4g MgSO4 và 1g NaCl
10ml MeCN
Lắc trong 3 phút
Ly tâm 4.000 vòng/phút trong 5 phút

Lấy 2ml dịch chiết/ống
5ml
150mg MgSO4, 50mg PSA, 10mg GCB
Lắc 30 giây
Ly tâm 4.000 vòng/phút trong 5 phút
Lấy 0,5ml phân tích

Hình 3.18. Sơ đồ qui trình chuẩn bị mẫu

cỡ hạt 2 mm, thêm chuẩn để đạt nồng độ 50, 100 và 500 ug/kg. Kết
quả cho thấy % độ thu hồi của các hóa chất bảo vệ thực vật nghiên
cứu đều trong khoảng 73 – 115% (n=5). Không có nhiều khác biệt về
độ thu hồi giữa 1 lần và 2 lần chiết.
3.4.2

Xác định giới hạn phát hiện của phương pháp
Mẫu đất thêm chuẩn với nồng độ 5 µg/kg và 10 µg/kg được

phân tích theo qui trình đã thiết lập. Từ đó xác định được giá trị S/N.
Dựa vào giá trị S/N để tính toán ước lượng giá trị phát hiện (LOD)
và định lượng (LOQ) của phương pháp. S/N ≥ 3 sẽ là LOD và S/N ≥
10 sẽ là LOQ (bảng 3.11)


15
Bảng 3.10. Thời gian lưu, các mảnh định lượng và định tính (m/z)
Thời

Mảnh

Mảnh

Thời

Mảnh

Mảnh

gian lưu


263

265, 293

Chlordane-cis

15,959

373

377, 272

Benalaxyl

19,78

148

206, 234

Chlordane-trans

15,461

373

272, 237

BHC-alpha


BHC-delta

10,545

181

219, 109

Chlorobenzilate

18,333

251

139, 111

BHC-gamma

10,441

109

109, 181

Chlorpropham

9,413

127


125, 199

Bromacil

12,79

207

164, 190

Cyfluthrin

28,569

163

226, 206

Buprofezin

17,224

105

172, 305

Cyhalothrin

25,481


12,953

123

224, 167

Tên

Tên


16
Thời

Mảnh

Mảnh

Thời

Mảnh

Mảnh

gian lưu

chính

phụ


Fenamidone

23,448

238

268, 281

Dimethenamid

11,735

154

230, 203

Fenitrothion

12,737

277

125, 260

Dimethipin

10,323

118


354

286, 237

Fenthion

13,36

278

169, 125

Edifenphos

20,06

173

109, 310

Fipronil

14,447

367

369, 213

Endosulfan-alpha


Endosulfan-sulfate

20,065

272

387, 229

Flutolanil

16,445

173

281, 145

Endrin

17,863

263

265, 245

Folpet

15,147

260


204

91, 123

Ethion

18,768

231

153, 97

Isofenphos

14,645

213

121, 185

Tên

Tên


17
Thời

Mảnh


16,983

175

258, 302

Isoprothiolane

16,626

118

162, 189

Parathion

13,35

291

139, 109

Kresoxim-methyl

17,331

116

206, 131


223, 111

Pendimethalin

14,312

252

191, 162

Methidathion

15,405

145

85, 125

Permethrin

27,547

183

163, 127

Methoprene

15,334


7,668

127

192, 109

Pirimicarb

11,269

166

238, 72

Molinate

8,546

126

187, 98

Pirimiphos-ethyl

13,941

318

333, 304


236, 165

o,p’-DDD

17,135

235

281, 165

pp'-DDE

16,887

246

318, 176

o,p’-DDT

18,755

235

165, 199

pp'-DDT

20,406


chính

phụ

Pretilachlor

16,635

238

262, 202

Tebuconazole

21,063

250

125, 163

Probenazole

12,867

130

159, 103

Terbufos


Tetraconazole

13,563

336

171, 101

Prometryn

12,348

241

226, 184

Thiobencarb

13,277

100

257, 125

Propanil

11,789

161


147

117, 309

Triadimenol

15,332

112

168, 128

Pyridaphenthion

22,43

340

199, 188

Trifluralin

9,397

306

264, 290

Quintozene

Alachlor

4

11

2.

Aldrin

1

4

3.

Benalaxyl

2

7

4.

BHC-alpha

4

13


7

9.

Bitertanol

11

33

10.

Bromacil

7

23

11.

Buprofezin

3

10

12.

Cadusafos


Chlordane-trans

3

8

17.

Chlorfenapyr

0,3

1

18.

Chlorfenvinphos

10

31

19.

Chlorobenzilate

2

5


34

24.

Cyhalothrin

6

18

25.

Diazinon

4

13


20

No.

Pesticides

LOD µg/kg LOQ µg/kg

26.

Dichlofluanid


Dimethipin

6

17

31.

Diniconazole

9

28

32.

Dithiopyr

2

7

33.

Edifenphos

8

25


20

38.

EPN

6

18

39.

Esprocarb

1

4

40.

Ethion

7

22

41.

Etrimfos


Fensulfothion

7

21

46.

Fenthion

3

8

47.

Fipronil

5

15

48.

Fludioxonil

6

19

Pesticides

LOD µg/kg LOQ µg/kg

52.

Hexaconazole

5

16

53.

Iprobenfos

3

10

54.

Isophenphos

7

22

55.


59.

Mepanipyrim

3

10

60.

Methidathion

4

12

61.

Methoprene

2

5

62.

Metolcarb

2


6

18

67.

op-DDD

2

6

68.

op-DDT

2

7

69.

Oxadiazone

3

9

70.


74.

Penthoate

6

17

75.

Permethrine

2

5

76.

Phenamiphos

8

26

77.

Phosalone

5



4

11

81.

pp-DDD

3

8

82.

pp-DDE

3

8

83.

pp-DDT

2

6

84.


88.

Prometryn

4

12

89.

Propanil

4

11

90.

Propoxur

3

10

91.

Pyridaben

2


4

12

96.

Terbuthylazine

3

10

97.

Tetraconazole

4

11

98.

Thiobencarb

1

4

99.



23
3.5 Đánh giá phƣơng pháp qua phân tích mẫu thực tế
3.5.1

Áp dụng phân tích mẫu thực tế
30 mẫu đất (do viện môi trường nông nghiệp cung cấp) được

phân tích. Kết quả cho thấy, 10 mẫu có dư lượng hoá chất BVTV,
trong đó 7 mẫu có DDT.
3.5.2

So sánh kết quả với các phòng thí nghiệm khác
30 mẫu đất đã được gửi tới 02 đơn vị chuyên về phân tích tại

Hàn quốc là: Korea Research Institue of Analytical Technology
(ANAPEX) và Power Chemical Analysis Management (PCAM). Các
đơn vị này có khả năng phân tích trên 100 hóa chất BVTV.
05 mẫu đất/10 mẫu xác định có hoá chất BVTV được gửi tới
02 đơn vị có chức năng và năng lực phân tích ở Việt Nam. Bao gồm:
Trung tâm KT tiêu chuẩn đo lường CL 1 (QUATEST): 37 chất và
Trung tâm khảo kiểm nghiệm chất lượng phân bón quốc gia: 26 chất.
Kết quả phân tích cho thấy sự tương đồng giữa các phòng thí
nghiệm.
KẾT LUẬN
Luận án đã nghiên cứu và xây dựng được qui trình phân tích đồng
thời dư lượng HCBVTV thuộc các nhóm khác nhau với 103 hoạt
chất (cơ clo, cơ phốt pho, carbamate và nhóm pyrethroid) trong mẫu
đất trên thiết bị sắc ký khí khối phổ theo phương pháp mới, hiện đại