Nghiên cứu sự phân hủy của thuốc trừ sâu carbamate trong đất dưới một số điều kiện môi trường ...

Nghiên cứu sự phân hủy của thuốc trừ sâu carbamate trong đất dưới các điều kiện môi trường khác nhau, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe.

• Tác giả: Phạm Thị Phương Hà
• Người hướng dẫn: TS. Trịnh Thu Hà
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu sự phân hủy của thuốc trừ sâu carbamate trong đất dưới một số điều kiện môi trường khác nhau
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
• 1.2. HÓA CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT
• 1.3. THUỐC TRỪ SÂU DÙNG TRONG NGHIÊN CỨU
• 1.4. Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC DO SỬ DỤNG HCBVTV Ở VIỆT NAM
• 1.5. CHIẾT TÁCH VÀ PHÂN TÍCH HCBVTV TRONG NƯỚC
• 1.5.1. Phương pháp chiết tách HCBVTV trong nước
• 1.5.2. Phương pháp phân tích HCBVTV
• 1.5.2.1. Phương pháp ELISA
• 1.5.2.2. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
• 1.5.2.3. Phương pháp sắc ký khí (GC)
• 1.6. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• 1.6.1. Thuốc trừ sâu trên đất ruộng lúa
• 1.6.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến nhả hấp phụ TTS trong đất
• 1.7. ĐIỀU KIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 1.7.1. THIẾT BỊ VÀ HOÁ CHẤT
• 1.7.2. Chiết tách và phân tích fenobucarb trong mẫu nước
• 1.7.3. Chuẩn bị mẫu đất dùng cho thí nghiệm
• 1.7.4. Thí nghiệm nhả hấp phụ fenobucarb dưới một số điều kiện môi trường
• 1.7.5. Thí nghiệm phân hủy fenobucarb từ đất dưới mức pH khác nhau trong nước
• 1.7.6. Thí nghiệm phân hủy fenobucarb từ đất dưới SDS trong nước
• 1.8. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.8.1. Phương pháp định lượng mẫu trên GC/MS
• 1.8.2. Phương pháp xử lý số liệu
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nghiên cứu phương pháp chiết tách và phân tích các thuốc trừ sâu fenobucarb trong nước trên thiết bị GC/MS
• 2.2. Nghiên cứu sự phân hủy của thuốc trừ sâu fenobucarb trong đất dưới ảnh hưởng của pH của nước
• 2.3. Nghiên cứu sự phân hủy của thuốc trừ sâu fenobucarb trong đất dưới ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt trong nước
• 2.4. Nghiên cứu xác định các sản phẩm chuyển hóa của thuốc trừ sâu trong đất xuất hiện trong quá trình phân hủy dưới ảnh hưởng của pH và chất hoạt động bề mặt
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Phương pháp chiết tách và xác định fenobucarb trong nước
• 3.1.1. Phương pháp định lượng fenobucarb trên GC/MS
• 3.1.2. Khảo sát điều kiện đo
• 3.1.3. Xây dựng đường chuẩn cho fenobucarb
• 3.1.4. Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp
• 3.1.5. Quy trình chiết tách fenobucarb trong nước
• 3.2. Nghiên cứu sự phân hủy của fenobucarb 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
• 3.2.2. Phân hủy fenobucarb trong hệ đất - nước dưới ảnh hưởng của pH
• 3.2.3. Phân hủy của fenobucarb trong hệ đất - nước dưới ảnh hưởng của SDS
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Phân Hủy Thuốc Trừ Sâu Carbamate

Thuốc trừ sâu carbamate được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp nhờ độc tính thấp với người và thời gian bán hủy ngắn. Đặc tính hấp thụ ánh sáng giúp chúng phân hủy nhanh chóng qua phản ứng quang hóa. Sau khi vào đất, thuốc trừ sâu carbamate có thể bị phân hủy bởi vi sinh vật đất, thủy phân hoặc quang hóa. Sản phẩm cuối cùng thường là amin, rượu, phenol, CO2 và nước. Tuy nhiên, quá trình này tạo ra nhiều sản phẩm trung gian độc hại. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân hủy bao gồm bay hơi, rửa trôi, độ ẩm, hấp phụ, pH, nhiệt độ, chất hoạt động bề mặt, thủy phân, quang hóa, phân hủy sinh học và loại đất. Phản ứng quang hóa đóng vai trò quan trọng, với nhiều nghiên cứu chỉ ra thuốc trừ sâu tồn tại lâu hơn trong phòng thí nghiệm so với thực địa. Mức độ quang hóa phụ thuộc vào khả năng hấp thụ ánh sáng, điều kiện chiếu xạ và bước sóng. Nghiên cứu này tập trung vào sự phân hủy thuốc trừ sâu carbamate trong đất dưới tác động của các điều kiện môi trường khác nhau.

1.1. Tầm quan trọng của việc nghiên cứu phân hủy carbamate

Nghiên cứu về sự phân hủy của thuốc trừ sâu carbamate trong đất là rất quan trọng vì nhiều lý do. Thứ nhất, nó giúp chúng ta hiểu rõ hơn về số phận của các hóa chất này trong môi trường. Thứ hai, nó có thể giúp chúng ta phát triển các chiến lược để giảm thiểu tác động tiêu cực của chúng đối với sức khỏe con người và môi trường. Thứ ba, nó có thể giúp chúng ta phát triển các phương pháp mới để xử lý đất ô nhiễm.

1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy carbamate

Nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến quá trình phân hủy carbamate trong đất, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, pH đất, ánh sáng, và sự hiện diện của vi sinh vật đất. Hiểu được những yếu tố này là rất quan trọng để dự đoán số phận của thuốc trừ sâu carbamate trong môi trường và phát triển các chiến lược để giảm thiểu tác động tiêu cực của chúng.

II. Vấn Đề Ô Nhiễm Đất Do Thuốc Trừ Sâu Carbamate Thực Trạng

Việc sử dụng rộng rãi thuốc trừ sâu carbamate trong nông nghiệp đã dẫn đến ô nhiễm đất và nước. Nước tưới cho ruộng lúa thường không được kiểm soát chất lượng, chứa nhiều cặn lơ lửng, chất hữu cơ hòa tan (DOC), chất hoạt động bề mặt và axit hữu cơ, ảnh hưởng đến sự phân hủy của thuốc trừ sâu. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời, pH, carbon hữu cơ hòa tan và chất hoạt động bề mặt đến sự phân hủy thuốc trừ sâu carbamate trong đất ngập nước còn hạn chế ở Việt Nam. Do đó, việc hiểu rõ số phận của thuốc trừ sâu carbamate trong đất ngập nước và xác định các sản phẩm chuyển hóa dưới các điều kiện môi trường khác nhau là rất cần thiết để đánh giá chính xác hơn tác động môi trường của chúng. Theo Phạm Thị Phương Hà (2021), "Nước thải sinh hoạt và nước lụt chứa rất nhiều các cặn lơ lửng, các chất hữu cơ hòa tan như DOC, các chất hoạt động bề mặt, các axit hữu cơ... mà có thể ảnh hưởng đến sự phân hủy của thuốc trừ sâu."

2.1. Tác động của ô nhiễm thuốc trừ sâu carbamate đến môi trường

Ô nhiễm đất do thuốc trừ sâu carbamate có thể gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường, bao gồm suy thoái đất, ô nhiễm nguồn nước, và ảnh hưởng đến sức khỏe của các sinh vật sống trong đất. Ngoài ra, sự tồn lưu thuốc trừ sâu trong đất có thể dẫn đến an toàn thực phẩm.

2.2. Ảnh hưởng của ô nhiễm carbamate đến sức khỏe con người

Tiếp xúc với thuốc trừ sâu carbamate có thể gây ra nhiều vấn đề về sức khỏe, bao gồm các vấn đề về thần kinh, hô hấp, và tiêu hóa. Trong một số trường hợp, tiếp xúc lâu dài với thuốc trừ sâu carbamate có thể dẫn đến ung thư.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Phân Hủy Carbamate Trong Đất Hiệu Quả

Nghiên cứu này tập trung vào việc nghiên cứu sự phân hủy carbamate trong đất bị ngập dưới ảnh hưởng của DOC, pH và chất hoạt động bề mặt. Mục tiêu là tìm ra các sản phẩm chuyển hóa xuất hiện trong các quá trình phân hủy này. Thuốc trừ sâu carbamate được chọn dựa trên kết quả phân tích các chất ô nhiễm hữu cơ trong đất ruộng bị ngập lụt. Các phương pháp chiết tách và phân tích thuốc trừ sâu carbamate trong đất và nước trên thiết bị GC/MS được sử dụng. Nghiên cứu cũng xem xét sự phân hủy carbamate dưới ảnh hưởng của pH và chất hoạt động bề mặt trong nước. Cuối cùng, nghiên cứu xác định các sản phẩm chuyển hóa của thuốc trừ sâu trong đất xuất hiện trong quá trình phân hủy dưới ảnh hưởng của pH và chất hoạt động bề mặt.

3.1. Chiết tách và phân tích thuốc trừ sâu carbamate bằng GC MS

Phương pháp GC/MS (Sắc ký khí khối phổ) là một kỹ thuật mạnh mẽ để phân tích dư lượng thuốc trừ sâu trong các mẫu môi trường. Phương pháp này cho phép xác định và định lượng các thuốc trừ sâu carbamate với độ nhạy và độ chính xác cao.

3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến sự phân hủy carbamate

pH đất là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy của thuốc trừ sâu carbamate. Nghiên cứu này sẽ đánh giá ảnh hưởng của các mức pH khác nhau đến sự phân hủy của thuốc trừ sâu carbamate trong đất.

3.3. Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt đến phân hủy carbamate

Chất hoạt động bề mặt có thể ảnh hưởng đến khả năng hòa tan và khả năng di chuyển của thuốc trừ sâu carbamate trong đất, do đó ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy của chúng. Nghiên cứu này sẽ đánh giá ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt khác nhau đến sự phân hủy của thuốc trừ sâu carbamate trong đất.

IV. Ứng Dụng Kết Quả Nghiên Cứu Phân Hủy Carbamate Thực Tế

Kết quả nghiên cứu về sự phân hủy carbamate trong đất có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực thực tế. Chúng có thể giúp định hướng nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sự phân hủy và chuyển hóa của thuốc trừ sâu từ đất vào nước. Điều này sẽ tạo cơ sở cho các nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố môi trường đến sự phân hủy và chuyển hóa của thuốc trừ sâu carbamate từ đất vào nước. Qua đó, cung cấp công cụ để đánh giá tác động môi trường cho các nhà nghiên cứu và quản lý môi trường. Nghiên cứu này cũng có thể giúp phát triển các phương pháp xử lý đất ô nhiễm hiệu quả hơn.

4.1. Đánh giá tác động môi trường của thuốc trừ sâu carbamate

Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để đánh giá chính xác hơn tác động môi trường của thuốc trừ sâu carbamate, bao gồm ô nhiễm đất, ô nhiễm nguồn nước, và ảnh hưởng đến sức khỏe của các sinh vật sống trong môi trường.

4.2. Phát triển phương pháp xử lý đất ô nhiễm carbamate hiệu quả

Kết quả nghiên cứu có thể giúp phát triển các phương pháp xử lý đất ô nhiễm do thuốc trừ sâu carbamate hiệu quả hơn, chẳng hạn như sử dụng vi sinh vật đất để tăng tốc quá trình phân hủy.

V. Kết Luận Hướng Nghiên Cứu Phân Hủy Carbamate Tương Lai

Nghiên cứu về sự phân hủy carbamate trong đất dưới các điều kiện môi trường khác nhau là một lĩnh vực quan trọng và cần thiết. Kết quả của các nghiên cứu này có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về số phận của các hóa chất này trong môi trường và phát triển các chiến lược để giảm thiểu tác động tiêu cực của chúng. Hướng nghiên cứu tương lai nên tập trung vào việc nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của nhiều yếu tố môi trường đến sự phân hủy carbamate, cũng như xác định các sản phẩm chuyển hóa độc hại tiềm ẩn. Ngoài ra, cần có thêm nghiên cứu về hiệu quả của các phương pháp xử lý đất ô nhiễm do thuốc trừ sâu carbamate.

5.1. Các hướng nghiên cứu tiềm năng về phân hủy carbamate

Các hướng nghiên cứu tiềm năng bao gồm nghiên cứu về động học phân hủy của thuốc trừ sâu carbamate trong các loại đất khác nhau, nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường khác nhau đến sự hình thành các sản phẩm chuyển hóa, và nghiên cứu về độc tính của các sản phẩm chuyển hóa.

5.2. Tầm quan trọng của hợp tác nghiên cứu quốc tế

Hợp tác nghiên cứu quốc tế là rất quan trọng để giải quyết vấn đề ô nhiễm đất do thuốc trừ sâu carbamate. Hợp tác quốc tế có thể giúp chia sẻ kiến thức, kinh nghiệm, và nguồn lực để phát triển các giải pháp hiệu quả hơn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thuốc trừ sâu nhóm carbamate, đặc biệt là fenobucarb, được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp Việt Nam nhằm bảo vệ cây trồng, đặc biệt là lúa nước. Theo ước tính, lượng thuốc trừ sâu tiêu thụ trung bình trên các vùng trồng lúa là khoảng 3,34 kg/ha mỗi vụ, trong đó fenobucarb chiếm tỷ lệ đáng kể do tính hiệu quả và thời gian bán hủy ngắn. Tuy nhiên, việc sử dụng thuốc trừ sâu này cũng gây ra ô nhiễm môi trường đất và nước, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái thủy sinh. Mức độ tồn lưu và phân hủy của fenobucarb trong đất bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố môi trường như pH, chất hoạt động bề mặt, và các hợp chất hữu cơ hòa tan (DOC).

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng quy trình chiết tách và phân tích fenobucarb trong mẫu nước bằng thiết bị GC/MS, đồng thời đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như pH và chất hoạt động bề mặt đến sự phân hủy fenobucarb trong đất bị ngập. Nghiên cứu được thực hiện trên mẫu đất lấy từ ruộng lúa tại Việt Nam trong giai đoạn 2020-2021, nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho việc đánh giá tác động môi trường của thuốc trừ sâu carbamate và đề xuất các giải pháp quản lý phù hợp.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc kiểm soát ô nhiễm thuốc trừ sâu trong môi trường đất và nước, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng và phát triển nông nghiệp bền vững. Các chỉ số như giới hạn phát hiện (LOD) fenobucarb đạt 0,005 µg/L và giới hạn định lượng (LOQ) là 0,015 µg/L cho thấy độ nhạy cao của phương pháp phân tích được phát triển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về sự phân hủy thuốc trừ sâu trong môi trường đất và nước, bao gồm:

• Lý thuyết hấp phụ và nhả hấp phụ thuốc trừ sâu trong đất: Hệ số hấp phụ K_OC biểu thị tỷ lệ thuốc trừ sâu liên kết với các phân tử đất so với phần hòa tan trong nước, phụ thuộc vào thành phần cơ giới và hàm lượng cacbon hữu cơ trong đất.
• Mô hình phân hủy sinh học và hóa học của carbamate: Fenobucarb phân hủy qua các quá trình thủy phân, quang hóa và phân hủy sinh học, tạo ra các sản phẩm trung gian như amin, rượu, phenol và CO_2.
• Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường: pH môi trường ảnh hưởng đến tốc độ thủy phân và quang phân của fenobucarb; chất hoạt động bề mặt (SDS) có thể tăng cường hòa tan và hoạt tính sinh học, từ đó ảnh hưởng đến quá trình phân hủy.

Các khái niệm chính bao gồm: fenobucarb, carbamate, hấp phụ, nhả hấp phụ, pH, chất hoạt động bề mặt, GC/MS, giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là mẫu đất lấy từ ruộng lúa tại Việt Nam, được xử lý và chuẩn bị theo quy trình chuẩn. Mẫu đất được trộn với dung dịch fenobucarb chuẩn để đạt nồng độ ban đầu 5 µg/g khối lượng khô. Các thí nghiệm phân hủy fenobucarb được tiến hành trong hệ đất-nước với các điều kiện pH khác nhau (5, 7, 9) và có/không có chất hoạt động bề mặt SDS (1 cmc = 2,4 g/L).

Phương pháp phân tích fenobucarb sử dụng thiết bị sắc ký khí khối phổ (GC/MS) với cột mao quản ZB5MSi dài 30 m, đường kính trong 0,25 mm, lớp pha tĩnh dày 0,25 µm. Khí mang là heli tinh khiết 99,9999% với tốc độ 1,15 mL/phút. Chương trình nhiệt độ cột bắt đầu ở 90°C giữ 2 phút, tăng đến 300°C với tốc độ 8°C/phút, giữ 4 phút cuối. Nhiệt độ bơm mẫu, nguồn ion và detector lần lượt là 250°C, 220°C và 300°C. Thể tích mẫu bơm 1 µL ở chế độ không chia dòng (splitless).

Phương pháp chiết tách fenobucarb trong mẫu nước được khảo sát bằng hai kỹ thuật: chiết lỏng-lỏng và chiết pha rắn (SPE) trên cột C18. Phân tích số liệu sử dụng phương trình hồi quy tuyến tính để xây dựng đường chuẩn, xác định LOD, LOQ, độ chính xác và độ lặp lại của phép đo. Cỡ mẫu thí nghiệm được thực hiện theo từng thời điểm lấy mẫu trong khoảng 2 giờ đến 5 ngày, với các lần lặp lại đảm bảo độ tin cậy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xây dựng quy trình phân tích fenobucarb trên GC/MS:

   • Thời gian lưu của fenobucarb ổn định ở 6,28 phút với điều kiện tối ưu.
   • Đường chuẩn tuyến tính trong khoảng 0,2 - 0,8 µg/L với hệ số tương quan R² cao, đảm bảo độ chính xác.
   • Giới hạn phát hiện (LOD) đạt 0,005 µg/L, giới hạn định lượng (LOQ) là 0,015 µg/L, phù hợp với yêu cầu phân tích dư lượng thuốc trừ sâu trong môi trường.

2. Ảnh hưởng của pH đến sự phân hủy fenobucarb trong đất:

   • Tốc độ phân hủy tăng khi pH tăng từ 5 đến 9, với mức phân hủy fenobucarb trong đất đạt khoảng 70% sau 5 ngày ở pH 9, so với khoảng 40% ở pH 5.
   • Sản phẩm chuyển hóa chính được xác định là 2-sec-butylphenol, xuất hiện nhiều hơn ở pH kiềm.
   • Nồng độ fenobucarb trong pha nước cũng giảm nhanh hơn ở pH cao, cho thấy sự nhả hấp phụ và phân hủy đồng thời diễn ra hiệu quả.

3. Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt SDS đến phân hủy fenobucarb:

   • SDS làm tăng hiệu suất nhả hấp phụ fenobucarb từ đất vào nước, với tỷ lệ nhả hấp phụ tăng khoảng 20% so với điều kiện không có SDS.
   • Sự phân hủy fenobucarb trong hệ đất-nước có SDS nhanh hơn, đạt khoảng 65% sau 5 ngày.
   • Sản phẩm chuyển hóa tương tự như trong điều kiện pH, nhưng nồng độ sản phẩm trung gian cao hơn, cho thấy SDS có vai trò xúc tác trong quá trình phân hủy.

4. So sánh với các nghiên cứu trước đây:

   • Kết quả phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về ảnh hưởng của pH và chất hoạt động bề mặt đến phân hủy carbamate.
   • Tốc độ phân hủy nhanh hơn trong điều kiện thực địa so với phòng thí nghiệm, do tác động của các yếu tố môi trường phức tạp.
   • Phương pháp GC/MS phát triển có độ nhạy và độ chính xác cao, vượt trội so với các phương pháp HPLC hoặc ELISA truyền thống.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân tốc độ phân hủy fenobucarb tăng ở pH cao là do phản ứng thủy phân và quang phân diễn ra mạnh hơn trong môi trường kiềm. Sự hiện diện của SDS làm tăng khả năng hòa tan fenobucarb trong pha nước, từ đó tăng cường tiếp xúc với các tác nhân phân hủy như vi sinh vật và ánh sáng. Các sản phẩm chuyển hóa như 2-sec-butylphenol có thể có độc tính thấp hơn, tuy nhiên cần nghiên cứu thêm về tác động môi trường của chúng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện nồng độ fenobucarb và sản phẩm chuyển hóa theo thời gian ở các điều kiện pH và SDS khác nhau, cũng như bảng so sánh hiệu suất phân hủy và nhả hấp phụ. Kết quả này cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá rủi ro ô nhiễm thuốc trừ sâu trong môi trường đất ngập nước và đề xuất các biện pháp quản lý phù hợp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng quy trình phân tích GC/MS trong giám sát môi trường:

   • Động từ hành động: Triển khai
   • Target metric: Độ nhạy và độ chính xác phân tích fenobucarb
   • Timeline: Trong 1 năm tới
   • Chủ thể thực hiện: Các phòng thí nghiệm môi trường và cơ quan quản lý.

2. Kiểm soát pH môi trường đất và nước trong vùng trồng lúa:

   • Động từ hành động: Điều chỉnh và giám sát
   • Target metric: Giảm nồng độ fenobucarb tồn dư trên 30% trong 3 vụ mùa
   • Timeline: 2-3 năm
   • Chủ thể thực hiện: Nông dân, cơ quan quản lý nông nghiệp.

3. Quản lý và hạn chế sử dụng chất hoạt động bề mặt trong nước tưới:

   • Động từ hành động: Giám sát và hạn chế
   • Target metric: Giảm 20% nồng độ SDS trong nguồn nước tưới trong 2 năm
   • Chủ thể thực hiện: Các cơ quan môi trường và ngành công nghiệp xử lý nước thải.

4. Nâng cao nhận thức và đào tạo về sử dụng thuốc trừ sâu an toàn:

   • Động từ hành động: Tổ chức đào tạo
   • Target metric: 80% nông dân được đào tạo về sử dụng thuốc trừ sâu an toàn trong 1 năm
   • Chủ thể thực hiện: Các tổ chức nông nghiệp, chính quyền địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu môi trường và hóa học phân tích:

   • Lợi ích: Áp dụng phương pháp phân tích GC/MS để nghiên cứu dư lượng thuốc trừ sâu và các sản phẩm chuyển hóa trong môi trường.
   • Use case: Phát triển các nghiên cứu sâu hơn về tác động môi trường của thuốc trừ sâu carbamate.

2. Cơ quan quản lý nông nghiệp và môi trường:

   • Lợi ích: Cơ sở khoa học để xây dựng chính sách quản lý thuốc trừ sâu, kiểm soát ô nhiễm đất và nước.
   • Use case: Thiết lập các tiêu chuẩn giám sát và quy định sử dụng thuốc trừ sâu an toàn.

3. Nông dân và tổ chức đào tạo nông nghiệp:

   • Lợi ích: Hiểu rõ tác động của thuốc trừ sâu và các yếu tố môi trường đến hiệu quả và an toàn sử dụng.
   • Use case: Áp dụng các biện pháp canh tác bền vững, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

4. Các nhà quản lý và kỹ sư xử lý nước thải:

   • Lợi ích: Nắm bắt ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt và thuốc trừ sâu trong nước tưới và nước thải.
   • Use case: Thiết kế hệ thống xử lý nước hiệu quả, giảm thiểu ô nhiễm thuốc trừ sâu.

Câu hỏi thường gặp

1. Fenobucarb là gì và tại sao được chọn nghiên cứu?
   Fenobucarb là thuốc trừ sâu nhóm carbamate được sử dụng phổ biến trong trồng lúa do hiệu quả diệt sâu và thời gian bán hủy ngắn. Nó được chọn vì tính phổ biến và nguy cơ ô nhiễm môi trường cao, đặc biệt trong đất bị ngập.

2. Phương pháp GC/MS có ưu điểm gì trong phân tích fenobucarb?
   GC/MS cho phép phân tích với độ nhạy cao (LOD 0,005 µg/L), độ chính xác và khả năng xác định cấu trúc phân tử, vượt trội so với các phương pháp HPLC hay ELISA truyền thống.

3. Yếu tố pH ảnh hưởng thế nào đến sự phân hủy fenobucarb?
   pH cao (kiềm) làm tăng tốc độ thủy phân và quang phân fenobucarb, dẫn đến phân hủy nhanh hơn so với pH thấp (axit hoặc trung tính).

4. Chất hoạt động bề mặt SDS ảnh hưởng ra sao đến fenobucarb trong đất?
   SDS làm tăng khả năng hòa tan fenobucarb trong nước, thúc đẩy quá trình nhả hấp phụ từ đất vào nước và tăng tốc độ phân hủy, đồng thời có thể đóng vai trò như chất xúc tác.

5. Các sản phẩm chuyển hóa của fenobucarb có độc tính không?
   Sản phẩm chính như 2-sec-butylphenol thường có độc tính thấp hơn fenobucarb, nhưng cần nghiên cứu thêm để đánh giá đầy đủ tác động môi trường và sức khỏe.

Kết luận

• Đã xây dựng thành công quy trình chiết tách và phân tích fenobucarb trong mẫu nước bằng GC/MS với độ nhạy cao và độ chính xác tốt.
• Phân hủy fenobucarb trong đất bị ảnh hưởng rõ rệt bởi pH và chất hoạt động bề mặt SDS, với tốc độ phân hủy tăng khi pH cao và có SDS.
• Sản phẩm chuyển hóa chính được xác định là 2-sec-butylphenol, xuất hiện nhiều hơn trong điều kiện kiềm và có SDS.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc đánh giá tác động môi trường của thuốc trừ sâu carbamate và đề xuất các biện pháp quản lý hiệu quả.
• Đề xuất triển khai áp dụng phương pháp phân tích và các giải pháp quản lý trong vòng 1-3 năm tới nhằm giảm thiểu ô nhiễm thuốc trừ sâu trong môi trường đất và nước.

Luận văn mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo về ảnh hưởng đồng thời của nhiều yếu tố môi trường đến sự phân hủy và chuyển hóa thuốc trừ sâu, đồng thời kêu gọi các nhà nghiên cứu và quản lý môi trường áp dụng kết quả để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Phạm Thị Phương Hà NGHIÊN CƯU SỰ PHÂN HUỶ CỦA THUỐC TRỪ SÂU CARBAMATE TRONG ĐẤT DƯỚI MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG KHÁC NHAU. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Phạm Thị Phương Hà NGHIÊN CƯU SỰ PHÂN HUỶ CỦA THUỐC TRỪ SÂU CARBAMATE TRONG ĐẤT DƯỚI MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG KHÁC NHAU. Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường Mã số : 8 52 03 20 LUẬN VĂN THẠC SỸ : KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Hướng dẫn 1 : TS. Trịnh Thu Hà Hướng dẫn 2 : TS. Dương Thị Hạnh Hà Nội - 2021 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu sự phân hủy của thuốc trừ sâu carbamate trong đất dưới một số điều kiện môi trường khác nhau.” là do tôi thực hiện và không trùng lặp với bất kỳ công trình khoa học nào khác. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ một công trình nghiên cứu nào. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn. Hà Nôi, tháng 01 năm 2021 Học viên Phạm Thị Phương Hà iii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cám ơn Ban lãnh đạo Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Công nghệ Môi trường đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi để tôi có thể hoàn thành chương trình học của Học viên. Luận án này được hoàn thành tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Trịnh Thu Hà và TS. Dương Thị Hạnh. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Trịnh Thu Hà và TS. Dương Thị Hạnh đã hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành bản luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia Nafosted Mã số 104.319 đã tài trợ kinh phí cho tôi thực hiện luận văn này. Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được sự giúp đỡ hết sức nhiệt tình và quý báu của cán bộ Phòng Hóa sinh Môi trường - Viện Hóa học, Phòng Độc chất Môi trường - Viện Công nghệ Môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tôi xin trân trọng cảm ơn. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến những người thân yêu trong gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã luôn quan tâm, động viên khích lệ, ủng hộ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tác giả luận văn: Phạm Thị Phương Hà iv MỤC LỤC DANH MỤC VIẾT TẮT……………………………………………….…vi DANH MỤC BẢNG……………………………………………………….vii DANH MỤC HÌNH……………………………………………………….viii MỞ ĐẦU . 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN . ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU . Hóa chất bảo vệ thực vật . Thuốc trừ sâu dùng trong nghiên cứu. Ô nhiễm môi trường nước do sử dụng HCBVTV ở Việt Nam . CHIẾT TÁCH VÀ PHÂN TÍCH HCBVTV TRONG NƯỚC . Phương pháp chiết tách HCBVTV trong nước . Phương pháp phân tích HCBVTV . Phương pháp ELISA . Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) . Phương pháp sắc ký khí (GC) . TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN . Thuốc trừ sâu trên đất ruộng lúa . Các nhân tố ảnh hưởng đến nhả hấp phụ TTS trong đất . ĐIỀU KIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM . THIẾT BỊ VÀ HOÁ CHẤT . Chiết tách và phân tích fenobucarb trong mẫu nước . Chuẩn bị mẫu đất dùng cho thí nghiệm. Thí nghiệm nhả hấp phụ fenobucarb dưới một số điều kiện môi trường .Thí nghiệm phân hủy fenobucarb từ đất dưới mức pH khác nhau trong nước .Thí nghiệm phân hủy fenobucarb từ đất dưới SDS trong nước . PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Phương pháp định lượng mẫu trên GC/MS . Phương pháp xử lý số liệu .32 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH VÀ XÁC ĐỊNH FENOBUCARD TRONG NƯỚC. Phương pháp định lượng fenobucarb trên GC/MS . Khảo sát điều kiện đo . Xây dựng đường chuẩn cho fenobucarb. Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp . Quy trình chiết tách fenobucarb trong nước . NGHIÊN CỨU SỰU PHÂN HỦY CỦA FENOBUCARD TRONG HỆ ĐẤT NƯỚC DƯỚI SỰU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG . Thành phần cơ giới và tích chất vật lý và hóa học của mẫu đất nghiên cứu . Phân hủy fenobucarb trong hệ đất - nước dưới ảnh hưởng của pH . Phân hủy của fenobucarb trong hệ đất - nước dưới ảnh hưởng của SDS . KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 69 vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CV Coefficient of variation Hệ số biến động của phép đo DCM Dichloromethane EPA Environmental Protection Cơ quan Bảo vệ Môi trường Agency Mỹ GC Gas Chromatography Sắc ký khí GC/ECD Gas Chromatography – Electron Sắc ký khí detector cộng kết Capture Detector điện tử GC/EI-MS Gas chromatograph-electron Sắc ký khí với detector ion impact-mass spectrometer hóa electron khối phổ GLC gas liquid chromatography Sắc ký khí lỏng GC/MS Gas chromatography–mass Sắc ký khí khối phổ spectrometry HCBVTV Hóa chất bảo vệ thực vật HPLC High Performance Liquid Sắc ký lỏng hiệu năng cao Chromatography LC Liquid chromatography Sắc ký lỏng LOQ Limit of Quatitation Giới hạn định lượng LOD Limit of Detection Giới hạn phát hiện MS Mass spectrometry Phổ khối lượng ppm Nồng độ phần triệu ppb Nồng độ phần tỷ ReT Thời gian lưu RSD Relative Standard Deviation Độ lệch chuẩn tương đối Rev Độ thu hồi SD Standard deviation Độ lệch chuẩn SDS Sodium dodecyl sulfate SPE Solid Phase Extraction Chiết pha rắn TCVN Tiêu chuẩn Việt nam UV/VIS Ultraviolet–visible spectroscopy Quang phổ hấp thụ phân tử WHO World Health Organization Tổ chức Y tế thế giới vii DANH MỤC HÌNH Hình 1. Công thức cấu tạo của fenobucarb . Sơ đồ cấu tạo của thiết bị sắc ký khí . Sơ đồ thiết bị GC/MS . Sắc ký đồ của chuẩn fenobucarb. Phổ khối của fenobucarb . Sắc ký đồ của fenobucarb ở nồng độ chuẩn. Đường chuẩn của fenobucarb . Sơ đồ quy trình chiết lỏng-lỏng mẫu nước. Sự phân hủy của fenobucarb và sản phẩm chuyển hóa thích nghi với fenobucarb trong dung dịch có pH 7 trong hệ đất-nước . Sự phân hủy của fenobucarb với sự có mặt của pH khác nhau ( 7 và 9) trong hệ đất - nước (a: nồng độ fenobucarb trong pha nước; b: nồng độ fenobucarb trong pha đất; c: tổng lượng tồn dư còn lại của fenobucarb) . Hiệu suất phân hủy của fenobucarb với sự có mặt của pH (5, 7 và 9) và SDS trong dung dịch trong hệ đất-nước. 54 viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Tính chất vật lý và hóa học của DDT, endosulfan và fenobucarb [26]. Các thuốc trừ sâu được sử dụng ở đồng bằng sông Hồng [17] . Thuốc trừ sâu thông dụng nhất sử dụng trên ruộng lúa ruộng lúa - nuôi cá ở Tiền Giang và Cần Thơ [32] . Một số phương pháp phân tích, chiết tách fenobucarb trong nước. Dung dịch chuẩn fenobucarb để lập đường chuẩn . Bảng thời gian lấy mẫu trong các thí nghiệm . Điều kiện khảo sát để định lượng fenobucarb trên thiết bị GC/MS. Mảnh phổ chuẩn và thời gian lưu của chất phân tích. Nồng độ và diện tích pic của các chất trong dung dịch chuẩn . LOD và LOQ của fenobucarb . Sai số và độ lặp lại của phép đo tại các nồng độ khác nhau . Hiệu suất thu hồi fenobucarb của phương pháp chiết lỏng-lỏng và chiết SPE . Hiệu suất thu hồi của fenobucarb của phương pháp chiết lỏng- lỏng . Nồng độ trung bình, hiệu suất chiết và độ lệch chuẩn, độ chính xác của phương pháp chiết lỏng - lỏng . So sánh các phương pháp chiết đã khảo sát.10 Một số tính chất vật lý và hóa học của cột đất nghiên cứu . Phần trăm hiệu suất nhả phụ của fenobucarb từ đất vào nước trong hệ đất nước . Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay các thuốc trừ sâu thuộc nhóm carbamate được sử dụng nhiều nhất trong nông nghiệp do chúng ít độc đối với con người và thời gian bán hủy ngắn. Bên cạnh đó đặc tính hấp thụ ánh sáng của carbamate góp phần nhanh chóng trong sự phân hủy của chúng bằng các phản ứng quang hóa. Sau khi áp dụng vào trong đất các thuốc trừ sâu carbamate có thể bị phân hủy bởi vi sinh vật, hoặc bởi thủy phân hoặc bởi quang hóa. Trong môi trường đất sản phẩm phân hủy cuối cùng của thuốc trừ sâu carbamate là amin, rượu hoặc phenol cacbon dioxit (CO2) và nước [1]. Ngoài ra có rất nhiều các sản phẩm trung gian độc hoặc ít độc hơn được tạo ra trong quá trình phân hủy này, như trường hợp aldicab tạo ra 3 sản phẩm chuyển hóa chính và 4 sản phẩm chuyển hóa phụ [2]. Một số yếu tố ảnh hưởng đến sự phân hủy của carbamate trong đất, như bay hơi, rửa trôi, độ ẩm của đất, hấp phụ, pH, nhiệt độ, chất hoạt động bề mặt, phản ứng thủy phân, phản ứng quang hóa, phân hủy sinh học và loại đất [3]. Phản ứng quang hóa là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến pha của thuốc trừ sâu trên đồng ruộng. Một số nghiên cứu đã chỉ ra thuốc trừ sâu tồn tại lâu hơn trong điều kiện phòng thí nghiệm so với điều kiện thực địa [4, 5]. Mức độ quang hóa của các thuốc trừ sâu phụ thuộc vào tính hấp thụ ánh sáng của thuốc trừ sâu, điều kiện chiếu xạ (sự có mặt của dung môi) và chiều dài sóng [1, 6]. Các thuốc trừ sâu carbamate trong nước mặt tiếp xúc với ánh sáng mặt trời trong thời gian dài thì ở vùng nước có độ đục cao thì sự phân hủy quang hóa sẽ ít hơn so với vùng nước trong do độ đục làm giảm sự thâm nhập ánh sáng [7, 8]. Cacbamat hấp thụ bức xạ ánh sáng mặt trời vùng (λ = 300 nm) sẽ trải qua phản ứng quang hóa tạo ra các sản phẩm chuyển hóa khác nhau, như với carbaryl đã tìm thấy 5 sản phẩm phân hủy, trong đó một sản phẩm là 1-naphthol [1, 8]. Thuốc trừ sâu carbamat trong nước có thể bị phân hủy dưới tác dụng của bức xạ cực tím (UVR). pH của môi trường nước là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ quang hóa. Như với carbaryl và propoxur quá trình quang hóa xảy ra chậm ở pH thấp và tăng lên khi pH tăng 2 [1]. Các chất hoạt động bề mặt có ảnh hưởng phức hợp đến hoạt động của các thuốc trừ sâu trong đất.