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


LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA PHÂN TÍCH

Hà Nội, 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ

OA
HỌ
C
1.
PG
S.
TS.
Vũ
Đức
Lợi
2.
PG
S.
TS.
Ngu
yễn
Hồn
g
Khá
nh

Hà Nội, 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dƣới sự hƣớng dẫn của
các giáo viên hƣớng dẫn và hỗ trợ của các đồng nghiệp. Các kết quả nghiên cứu
trình bầy trong luận án này là trung thực và khách quan.
Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu
tham khảo đúng quy định.

1.2.3 P

1.2.4 H
theo phƣơng pháp QuEChERS .........................................................................
CHƢƠNG 2THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............

2.1 Đối tƣợng nghiên cứu ................................

2.2 Hoá chất và thiết bị .....................................

2.2.1 H

2.2.2 T

2.3 Chuẩn bị dung dịch chuẩn, mẫu chuẩn .......

ii


2.4

2.3.1

C

2.3.2

C

Phƣơng pháp nghiên cứu ...........................


3.1.1

L

3.1.2

T

3.1.3

C

3.1.4

L

Nghiên cứu ảnh hƣởng của quá trình tách
3.2.1

L

3.2.2

L

3.2.3

Ả



Xác định độ thu hồi và độ lặp lại của phƣơng pháp............................88

3.4.4

So sánh, đánh giá phƣơng pháp thông qua phân tích mẫu thực tế.......92

KẾT LUẬN........................................................................................................... 103
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ....................................................... 105
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................... 106
PHỤ LỤC.............................................................................................................. 117

v


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Các trạng thái vật lý theo nhiệt độ vào áp suất......................................... 11
Hình 1.2 Bộ dụng cụ chiết siêu tới hạn.................................................................. 12
Hình 1.3 Chiết và giải hấp trong vi chiết pha rắn (SPME) [10].............................. 14
Hình 1.4 Các bƣớc trong kỹ thuật MSPD [12]....................................................... 15
Hình 1.5 Các bƣớc trong kỹ thuật SDME.............................................................. 16
Hình 1.6 Các bƣớc trong kỹ thuật HF-LPME........................................................ 16
Hình 1.7 Các bƣớc trong kỹ thuật DLLME [5]...................................................... 17
Hình 1.8 Các bƣớc trong kỹ thuật QuEChERS...................................................... 18
Hình 1.9 Các bƣớc chuẩn bị mẫu của 3 phiên bản QuEChERS cho xác định
HCBVTV trong các sản phẩm nông nghiệp............................................................ 18
Hình 3.1. Ảnh hƣởng của tốc độ bơm mẫu tại các nhiệt độ khác nhau.................43
Hình 3.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ cổng bơm mẫu ở chế độ bơm mẫu nhanh.......44
Hình 3.3. Ảnh hƣởng của thể tích bơm mẫu và tốc độ khí mang..........................48
Hình 3.4. Sắc đồ của hỗn hợp chuẩn 1 mg/kg bơm ở chƣơng trình nhiệt độ 1......50

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Tình hình nhập khẩu HCBVTV tại Việt Nam gần đây............................... 9
Bảng 2.1 Bảng danh mục hóa chất BVTV cho công tác nghiên cứu.......................25
Bảng 3.1 Nhiệt độ cổng bơm mẫu và tốc độ bơm mẫu........................................... 42
Bảng 3.2 So sánh độ nhạy và % RSD tại điều kiện cho độ nhạy tốt nhất và tại
o

260 C (chế độ nhanh).............................................................................................. 45
o

Bảng 3.3. Thể tích khí tƣơng ứng với thể tích bơm mẫu tại nhiệt độ 260 C.........46
Bảng 3.4. Ảnh hƣởng của thể tích bơm mẫu và tốc độ khí mang..........................47
Bảng 3.5 Các chƣơng trình nhiệt độ của lò............................................................ 49
Bảng 3.6. Tổng hợp độ thu hồi, độ lệch chuẩn của các HCBVTV với các dung môi
khác nhau................................................................................................................ 58
Bảng 3.7. Độ thu hồi, độ lệch chuẩn của các HCBVTV theo các dung môi chiết .. 58

Bảng 3.8. Tổng hợp kết quả của ảnh hƣởng thời gian chiết mẫu...........................62
Bảng 3.9 Ảnh hƣởng của cỡ hạt mẫu và chất hữu cơ............................................. 70
Bảng 3.10. Thời gian lƣu, các mảnh định lƣợng và định tính (m/z).......................76
Bảng 3.11. Giới hạn phát hiện và định lƣợng của phƣơng pháp............................80
Bảng 3.12. Khoảng tuyến tính và đƣờng chuẩn của phƣơng pháp.........................84
Bảng 3.13. Kết quả độ thu hồi và độ lệch chuẩn..................................................... 88
Bảng 3.14. Địa điểm lấy mẫu và phân loại đất trồng lúa........................................ 92
Bảng 3.15. Địa điểm lấy mẫu và phân loại đất trồng rau........................................ 93
Bảng 3.16. Tổng hợp kết quả phân tích các mẫu đất có dƣ lƣợng hoá chất BVTV
tại Viện Công nghệ môi trƣờng............................................................................... 94

ane
DDE
Dichlorodiphenyldichloroeth
ylene
DDT
Dichlorodiphenyltrichloroeth
ane
EC
Electrochemical Detector
(đầu dò điện hóa)
ECD
Electron
Capture Detector (đầu dò bắt
giữ điện tử)
EtOAc

Ethylacetate

FID
Flame
Ionization Detector (đầu dò
ion hóa ngọn lửa)
FLD
Fluorescence Detector (đầu
dò huỳnh quang)
FPD
Flame
Photometric Detector (đầu dò
quang hóa ngọn lửa)
GC

cao)
IS
chuẩn)

Internal standard (chất nội

LC
ký lỏng)

Liquid Chromatography (sắc

LLE
lỏng – lỏng)

Liquid - liquid extraction (chiết

LOQ
Limit of quantification (giới
hạn định lƣợng)
LPME
Liquid Phase Micro Extraction
(vi chiết pha lỏng)
LSE
lỏng rắn)

Liquid Solid Extraction (chiết

1



Supercritical Fluid Extraction (chiết siêu tới hạn)

SIM

Selected Ion Monitoring

SPE

Solid Phase Extraction (chiết pha rắn)

SPME

Solid Phase Micro Extraction (vi chiết pha rắn)

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TPP

Triphenyl phosphate

2


MỞ ĐẦU
Việt Nam là nƣớc nông nghiệp. Trong thời kỳ đổi mới, nông nghiệp Việt
Nam đã đạt đƣợc những thành tựu nổi bật, duy trì tốc độ tăng trƣởng đều, ổn định
và đã trở thành chỗ dựa nền tảng cho công nghiệp và dịch vụ, góp phần quan trọng
vào việc ổn định xã hội ở nƣớc ta. Để có đƣợc những kết quả khả quan nhƣ vậy,

Năm 2003, Anastassiades và cộng sự lần đầu tiên công bố một phƣơng pháp
chiết và làm sạch nhanh đƣợc gọi là QuEChERS (viết tắt của Quick, Easy, Cheap,
Efficient, Rugged, Safe) để xác định HCBVTV trong rau quả [67]. Phƣơng pháp
bao gồm một quá trình chiết chung cho phần lớn các chất và làm sạch bằng kỹ thuật
chiết phân tán d-SPE (dispersive solid phase extraction). Tuy nhiên, tùy thuộc nền
mẫu và đối tƣợng phân tích sẽ cần có những nghiên cứu, khảo sát sâu để thiết lập ra
qui trình riêng biệt. Phƣơng pháp nhanh chóng đƣợc chấp nhận và phát triển ứng
dụng cho các đối tƣợng phân tích và nền mẫu khác nhau, chủ yếu cho các sản phẩm
nông nghiệp và thực phẩm. Với nền mẫu đất, trầm tích, đến năm 2008 mới có công
bố đầu tiên và cho đến nay cũng chỉ xác định đồng thời trên 40 loại HCBVTV [76].
Theo các tiêu chuẩn hiện hành tại Việt Nam cũng nhƣ trên thế giới,
HCBVTV trong đất vẫn đƣợc xác định theo phƣơng pháp truyền thống, tức là chiết
tách, làm sạch theo nhóm sau đó phân tích trên thiết bị phù hợp (sắc ký khí, lỏng với
các đầu dò khác nhau).
Với những thực tế trên, đề tài ―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‖
đƣợc thực hiện với mục đích:
-

Nghiên cứu phát triển một kỹ thuật phân tích mới có thể phân tích đồng
thời hóa chất bảo vệ thực vật thuộc các nhóm hoạt chất khác nhau trong
đất nhằm giảm thời gian và chi phí phân tích.

-

Sơ bộ đánh giá với các phƣơng pháp hiện hành thông qua phân tích mẫu
thực tế và so sánh với một số phòng phân tích khác

4


ethyl, O trong nhóm OX có thể đƣợc thay thế bằng S và nhóm X rất đa dạng.

HCBVTV cơ phốt pho nói chung là có độc tính cao với côn trùng và động
vật máu nóng, tác động nhƣ chất ức chế cholinesterase dẫn đến một lớp phủ thƣờng
trực của acetylcholine trên một khớp thần kinh. Kết quả là, các xung động thần kinh
không di chuyển trên các khớp thần kinh gây co giật của cơ bắp và do đó nhanh
chóng tê liệt và chết.
HCBVTV cơ phốt pho dễ bị phân hủy trong môi trƣờng bởi các tác nhân hóa
học và sinh học khác nhau, do đó không tồn tại quá lâu trong môi trƣờng. Tuy
nhiên, do độc tính cao nên một số chất đã bị cấm, hạn chế sử dụng. Một số chất
đƣợc sử dụng rộng rãi bao gồm parathion, malathion.

- Nhóm Carbamate: là HCBVTV hữu cơ có nguồn gốc từ axit carbamic với

công thức chung

Trong đó, R1 là một nhóm rƣợu, R2 là nhóm methyl và R3 thƣờng là hydro.
Carbamate có độc tính với côn trùng và động vật có vú, gây ức chế men
cholinesterase. Nhóm này thƣờng đƣợc phối trộn với các nhóm khác để tăng phổ
tác dụng và có đặc điểm: ít tan trong nƣớc, dễ bị phân hủy. Một số hoạt chất sử
dụng rộng rãi trong nhóm này bao gồm carbaryl, carbofuran và aminocarb.
6


- Nhóm Pyrethroid là chất tƣơng tự tổng hợp của pyrethrins tự nhiên, một

sản phẩm từ hoa kim cúc (cinerariaefolium). Pyrethroid đƣợc công nhận là có hiệu
quả đối với côn trùng gây hại, nhƣng độc tính với động vật có vú thấp và dễ phân
hủy sinh học. Tuy nhiên, do dễ bị phân huỷ quang học nên ít đƣợc sử dụng trong
nông nghiệp. Các pyrethroid tổng hợp đƣợc sử dụng rộng rãi nhất bao gồm

dụng hạn hẹp và hoạt lực thấp, vì vậy, thƣờng đƣợc phối hợp 2 hay nhiều loại với
nhau để tăng hiệu quả. Đồng thời với việc tạo ra các HCBVTV mới, nhiều
HCBVTV có tính độc cao cũng bị cấm và hạn chế sử dụng, tập trung chủ yếu vào
nhóm vô cơ, cơ clo và một số chất thuộc nhóm cơ phốt pho.
Theo thống kê của tổ chức Nông Lƣơng Thế giới (FAO), hàng năm có trên 2
triệu tấn HCBVTV đƣợc sử dụng trên toàn thế giới. Mặc dù một số loại HCBVTV
độc hại đã bị cấm sử dụng từ những năm 80 của thế kỷ trƣớc (ở Việt Nam là những
năm 90), tuy nhiên, do tính bền và khó phân hủy nên chúng vẫn tồn tại trong môi
trƣờng, nhất là môi trƣờng đất.
- Tại Việt Nam [3, 87]:

Theo thống kê vào năm 1957 tại miền Bắc nƣớc ta sử dụng khoảng 100 tấn.
Ðến trƣớc năm 1985 khối lƣợng HCBVTV dùng hàng năm khoảng 6.500 - 9.000
tấn. Các loại HCBVTV mà Việt Nam sử dụng trong giai đoạn trƣớc 1995 có độ độc
cao, nhiều loại đã lạc hậu (cấm sử dụng trên thế giới) nhƣ DDT, 666, parathion với
lƣợng sử dụng khoảng 0,3kg/ha. Tuy nhiên, nhiều loại HCBVTV cũng đƣợc sử
dụng trong các lĩnh vực khác, ví dụ sử dụng DDT để phòng trừ muỗi truyền bệnh
sốt rét (từ 1957 -1994: 24.042 tấn).
Danh mục thuốc BVTV đƣợc phép sử dụng ở nƣớc ta đến năm 2013 đã lên
tới 1.643 hoạt chất, trong khi, các nƣớc trong khu vực chỉ có khoảng từ 400 dến 600
8


loại hoạt chất, nhƣ Trung Quốc 630 loại, Thái Lan, Malaysia 400-600 loại (theo
Hội nông dân, 2015). Phần lớn các loại hóa chất BVTV đƣợc sử dụng ở nƣớc ta
hiện nay có nguồn gốc từ nhập khẩu. Theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát
triển nông thôn, năm 2014 về thực trạng và giải pháp quản lý thuốc BVTV nhập lậu
cho thấy hàng năm Việt Nam nhập khẩu từ 70.000 - 100.000 tấn thuốc BVTV (theo
Cục Bảo vệ thực vật, 2015). Tuy nhiên, ngoài những HCBVTV nằm trong danh
mục cho phép, còn có nhiều loại đƣợc sử dụng trái phép do có giá thành thấp


1.2 Phân tích dƣ lƣợng hoá chất bảo vệ thực vật
Việc phân tích dƣ lƣợng HCBVTV trong đất đã đƣợc nghiên cứu từ rất lâu
trên thế giới, biên soạn thành các phƣơng pháp phân tích tiêu chuẩn, trong đó các
hóa chất bảo vệ thực vật thƣờng đƣợc xác định theo nhóm dựa vào thành phần cấu
tạo và tính chất hóa lý đặc trƣng. Quá trình phân tích thƣờng bao gồm 2 công đoạn:
- Xử lý mẫu: nhằm tách các HCBVTV khỏi nền mẫu, làm sạch (có thể bao

gồm cô đặc làm giàu). Các kỹ thuật chiết thƣờng đƣợc sử dụng.
- Định lƣợng: sử dụng các kỹ thuật, thiết bị phù hợp để xác định hàm lƣợng

HCBVTV


9


Các phƣơng pháp này vẫn liên tục đƣợc nghiên cứu phát triển nhằm tăng độ
nhạy, giảm thời gian cũng nhƣ chi phí phân tích và đáp ứng tốt hơn với sự phát
triển của các hóa chất bảo vệ thực vật mới.
1.2.1 Xử lý mẫu cho phân tích dư lượng hoá chất BVTV
Quá trình xử lý mẫu nhằm mục đích tách các chất cần phân tích với lƣợng rất
nhỏ và loại bỏ tối đa các tạp chất với lƣợng rất lớn khỏi nền mẫu. Sẽ càng phức tạp hơn
nếu các chất cần phân tích có tính chất hóa lý khác nhau (các nhóm khác nhau) trong
tách và làm sạch chúng khỏi nền mẫu. Trong quá trình này, độ phân cực của dung môi
chiết cũng nhƣ loại và hàm lƣợng của chất hấp phụ trong làm sạch là các yêu tố quan
trọng cần đƣợc quan tâm. Ngoài ra, các ảnh hƣởng khác từ nền mẫu cũng cần đƣợc
nghiên cứu. Một số kỹ thuật đã đƣợc sử dụng: [1, 12, 13, 18, 30, 36]

1.2.1.1 Chiết lỏng - lỏng (Liquid liquid extraction – LLE)

dụng nhiều trên thế giới và cũng là phƣơng pháp tiêu chuẩn của nhiều tổ chức và
quốc gia trong đó có Việt Nam. Trong phƣơng pháp này, mẫu đƣợc chiết liên tục
với nhiều chu kỳ bằng dung môi sạch. Chính vì vậy, Soxhlet có hiệu suất thu hồi
cao tuy nhiên lƣợng hóa chất sử dụng lớn (150 – 500 ml/mẫu) và thời gian xử lý
kéo dài (từ 8 - 36 tiếng).
1.2.1.4 Chiết siêu tới hạn (Supercritical fluid extraction – SFE) [77]
SFE đƣợc phát triển gần đây cho việc chiết nhanh, chọn lọc những chất cần
phân tích khỏi mẫu rắn bằng chất lỏng (dung môi) ở trạng thái siêu tới hạn (tạo
đƣợc khi đƣa chất lỏng tới nhiệt độ và áp suất cao hơi giá trị tới hạn). Ở trạng thái
siêu tới hạn, chất lỏng sẽ không còn ở thể lỏng nhƣng vẫn chƣa thành thể khí (Hình
1.1) và có thể dễ dàng thẩm thấu vào chất rắn, hòa tan chất cần phân tích.

Hình 1.1 Các trạng thái vật lý theo nhiệt độ vào áp suất
Trong SFE, CO2 thƣờng đƣợc sử dụng vì có thể dễ đạt đƣợc nhiệt độ và áp
11