I. Giới thiệu Acetamiprid Tổng quan và ứng dụng phân tích
Acetamiprid là một loại thuốc trừ sâu thuộc nhóm neonicotinoid, được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp để kiểm soát các loại côn trùng gây hại. Tuy nhiên, dư lượng Acetamiprid trong thực phẩm có thể gây ra những tác động tiêu cực đến sức khỏe con người. Do đó, việc nghiên cứu định lượng Acetamiprid trong các mẫu khác nhau là vô cùng quan trọng. Bài viết này giới thiệu tổng quan về Acetamiprid, các phương pháp phân tích thường dùng và tầm quan trọng của việc kiểm soát dư lượng chất này trong thực phẩm. Theo một bài báo đăng trên trang web Pub Chem acetamiprid gây ra các ảnh hƣởng đến các loài động vật khác nhau nhƣ cá, động vật không xƣơng sống và các loài thực vật thủy sinh nhƣ tảo và các sinh vật sống trong trầm tích. Đối với các loại động vật trên cạn, acetamiprid gây ảnh hƣởng tới chim, động vật có vú, ong mật và các động vật chân đốt
1.1. Tình hình sử dụng Acetamiprid trong nông nghiệp Việt Nam
Việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật nói chung và Acetamiprid nói riêng ngày càng gia tăng tại Việt Nam. Theo Cục Bảo vệ thực vật – Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (2013), số lượng và giá trị nhập khẩu thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) của nƣớc ta đều tăng lên trong thời gian qua. Sự gia tăng này đặt ra nhiều thách thức trong việc kiểm soát dư lượng thuốc trừ sâu trong thực phẩm và môi trường. Nhiều hộ nông dân không tuân thủ đúng quy định: sử dụng thuốc có độ độc hại cao, pha nhiều loại thuốc trong 1 lần phun, phun tăng liều lƣợng; sau khi phun thuốc chƣa đảm bảo đủ thời gian cách ly và phân hủy thuốc đã thu hoạch nông sản và bán cho ngƣời tiêu dùng diễn ra khá phổ biến.
1.2. Tính chất vật lý và hóa học quan trọng của Acetamiprid
Acetamiprid là một hợp chất hữu cơ với công thức hoá học C10H11ClN4. Acetamiprid là hoạt chất thuộc nhóm neonicotinoid không mùi đƣợc sản xuất với tên thƣơng mại là Assail và Chipco của Aventis CropSciences. Acetamiprid là tinh thể màu trắng, khối lƣợng phân tử M = 222,67 g/mol. Nhiệt độ nóng chảy là 101 0C đến 103,3 0C và áp suất hơi nhỏ hơn 0,33. Acetamiprid tan ít trong nƣớc với độ hòa tan trong nƣớc là 4,2 g/l. Tan tốt trong dung môi hữu cơ nhƣ acetone, methanol, ethanol, dichlorometan, chlorofome. Acetamiprid ổn định trong môi trƣờng trung tính hoặc axit, bảo quản ở nhiệt độ phòng trong khoảng 2 năm.
II. Thách thức định lượng Acetamiprid Cần phương pháp mới
Các phương pháp phân tích Acetamiprid truyền thống như HPLC, GC hay LC/MS đòi hỏi thiết bị đắt tiền, quy trình phức tạp và tốn thời gian. Do đó, việc phát triển một phương pháp đơn giản, nhanh chóng, hiệu quả về chi phí để xác định Acetamiprid là rất cần thiết. Phương pháp quang phổ UV-VIS hứa hẹn là một giải pháp tiềm năng, đặc biệt khi kết hợp với nano vàng. Có rất nhiều phƣơng pháp đƣợc sử dụng để xác định hàm lƣợng của acetamiprid nhƣ quang phổ, sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), sắc ký lỏng ghép nối khối phổ (LC/MS), sắc ký khí (GC), điện hóa, phƣơng pháp phân tích dòng chảy (FIA), phƣơng pháp phổ huỳnh quang,… tuy nhiên các phƣơng pháp này có một số nhƣợc điểm nhƣ thiết bị đắt tiền, hoạt động phức tạp, đòi hỏi phải xử lí mẫu,… Việc phát triển một phƣơng pháp đơn giản, nhanh và hiệu quả về chi phí để xác định acetamiprid là rất cần thiết.
2.1. Nhược điểm của các phương pháp phân tích Acetamiprid hiện tại
Các phương pháp sắc ký như HPLC, GC và LC-MS thường được sử dụng để phân tích Acetamiprid, tuy nhiên chúng có một số hạn chế như chi phí đầu tư thiết bị cao, yêu cầu kỹ thuật viên có tay nghề cao và thời gian phân tích tương đối dài. Ngoài ra, quá trình chuẩn bị mẫu cũng có thể phức tạp và tốn kém. Có rất nhiều phƣơng pháp đƣợc sử dụng để xác định hàm lƣợng của acetamiprid nhƣ quang phổ, sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), sắc ký lỏng ghép nối khối phổ (LC/MS), sắc ký khí (GC), điện hóa, phƣơng pháp phân tích dòng chảy (FIA), phƣơng pháp phổ huỳnh quang,… tuy nhiên các phƣơng pháp này có một số nhƣợc điểm nhƣ thiết bị đắt tiền, hoạt động phức tạp, đòi hỏi phải xử lí mẫu
2.2. Tại sao quang phổ UV VIS là lựa chọn tiềm năng cho Acetamiprid
Phương pháp quang phổ UV-VIS có ưu điểm là đơn giản, nhanh chóng, ít tốn kém về hóa chất và trang thiết bị. Tuy nhiên, độ nhạy của phương pháp UV-VIS thông thường có thể không đủ để xác định Acetamiprid ở nồng độ thấp. Việc kết hợp nano vàng có thể giúp tăng cường độ nhạy của phương pháp này. Dựa trên khả năng acetamiprid có thể làm thay đổi các tính chất plasmon bề mặt của hạt nano vàng từ đó làm thay đổi màu sắc của dung dịch, chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu ― Nghiên cứu xác định thuốc bảo vệ thực vật Acetamiprid bằng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis sử dụng dung dịch nano vàng đƣợc ổn định bằng polyme điện tích dƣơng PDADMAC‖.
III. Quang phổ UV VIS Nano vàng Phương pháp định lượng tối ưu
Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng nano vàng được ổn định bằng PDADMAC để tăng cường khả năng định lượng Acetamiprid bằng phương pháp quang phổ UV-VIS. Việc sử dụng nano vàng dựa trên khả năng tương tác của Acetamiprid với bề mặt nano vàng, làm thay đổi tính chất quang học của nó, từ đó có thể đo đạc bằng quang phổ UV-VIS. Trong nghiên cứu này, các hạt 0 nano vàng đƣợc tổng hợp bằng cách khử HAuCl4 về Au bằng NaBH4, và đƣợc ổn định bằng các polyme tích điện dƣơng (polycation) PDADMAC thay vì sử dụng chất ổn định truyền thống là citrate nhằm nâng cao độ nhạy của phƣơng pháp phân tích. Đây là một trong những nghiên cứu đầu tiên sử dụng hệ PDADMAC-AuNPs để xác định acetamiprid bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis
3.1. Vai trò của Nano vàng trong tăng cường độ nhạy phân tích UV VIS
Nano vàng có khả năng khuếch đại tín hiệu quang học thông qua hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt. Khi Acetamiprid tương tác với nano vàng, sự thay đổi trong môi trường xung quanh nano vàng sẽ dẫn đến sự thay đổi trong phổ hấp thụ UV-VIS, cho phép định lượng Acetamiprid ở nồng độ thấp hơn so với phương pháp UV-VIS thông thường. Một đặc điểm rất thú vị của hạt vàng nano là sự thay đổi màu sắc gây ra do hiệu ứng plasmon cộng hƣởng bề mặt, cụ thể là sẽ chuyển từ màu vàng sang đỏ tía, màu tím hoặc màu xanh phụ thuộc vào kích thƣớc hình thái và khoảng cách giữa các hạt
3.2. PDADMAC Chất ổn định Nano vàng lý tưởng cho phân tích Acetamiprid
PDADMAC (polydiallyldimethylammonium chloride) là một polyme tích điện dương, được sử dụng để ổn định nano vàng và ngăn chặn sự kết tụ của chúng. Việc sử dụng PDADMAC giúp duy trì tính ổn định của hệ thống nano vàng trong quá trình phân tích Acetamiprid, đồng thời cải thiện độ nhạy của phương pháp. Trong nghiên cứu này, các hạt 0 nano vàng đƣợc tổng hợp bằng cách khử HAuCl4 về Au bằng NaBH4, và đƣợc ổn định bằng các polyme tích điện dƣơng (polycation) PDADMAC thay vì sử dụng chất ổn định truyền thống là citrate nhằm nâng cao độ nhạy của phƣơng pháp phân tích.
3.3 Cơ chế hoạt động của Acetamiprid trên AuNPs PDADMAC
Cơ chế hoạt động của Acetamiprid trên AuNPs-PDADMAC có thể được mô tả như sau: Acetamiprid tương tác với AuNPs-PDADMAC làm thay đổi tính chất plasmon bề mặt của hạt nano vàng từ đó làm thay đổi màu sắc của dung dịch. Các hạt nano vàng đƣợc tổng hợp bằng cách khử HAuCl4 về Au bằng NaBH4, và đƣợc ổn định bằng các polyme tích điện dƣơng (polycation) PDADMAC thay vì sử dụng chất ổn định truyền thống là citrate nhằm nâng cao độ nhạy của phƣơng pháp phân tích.
IV. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến xác định Acetamiprid
Để tối ưu hóa phương pháp định lượng Acetamiprid, cần nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tương tác giữa Acetamiprid và nano vàng, cũng như ảnh hưởng đến phổ hấp thụ UV-VIS. Các yếu tố quan trọng bao gồm nồng độ muối, pH và thời gian phản ứng. Nghiên cứu này đã khảo sát các yếu tố này để tìm ra điều kiện phân tích tối ưu. 3. NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN XÁC ĐỊNH ACETAMIPRID BẰNG DUNG DỊCH NANO VÀNG. Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl. Ảnh hưởng của pH . Ảnh hưởng của thời gian. Ảnh hưởng của nồng độ acetamiprid. Ảnh hưởng của một số loại thuốc bảo vệ thực vật khác
4.1. Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl đến độ nhạy phân tích
Nồng độ muối NaCl có thể ảnh hưởng đến sự kết tụ của nano vàng và do đó ảnh hưởng đến cường độ tín hiệu quang học. Việc tối ưu hóa nồng độ muối là rất quan trọng để đạt được độ nhạy cao nhất trong phân tích Acetamiprid.5: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của nồng độ NaCl đến bƣớc sóng cực đại khi có mặt acetamiprid nồng độ 8×10-7 M
4.2. Tối ưu hóa pH cho phản ứng giữa Acetamiprid và Nano vàng
pH của dung dịch có thể ảnh hưởng đến trạng thái tồn tại và khả năng tương tác của Acetamiprid với nano vàng. Nghiên cứu này đã khảo sát ảnh hưởng của pH đến phổ hấp thụ UV-VIS để xác định pH tối ưu cho quá trình phân tích.7: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của pH đến bƣớc sóng cực đại của dung dịch AuNPs–PDADMAC khi có mặt acetamiprid nồng độ 8×10-7 M
V. Đánh giá và ứng dụng Định lượng Acetamiprid hiệu quả ra sao
Sau khi tối ưu hóa các điều kiện phân tích, phương pháp quang phổ UV-VIS sử dụng nano vàng ổn định PDADMAC đã được đánh giá về độ chính xác, độ lặp lại và giới hạn phát hiện. Phương pháp này sau đó được ứng dụng để xác định Acetamiprid trong các mẫu thực tế như mẫu rau và quả. Dựa trên những kết quả này, có thể đánh giá tiềm năng ứng dụng của phương pháp trong kiểm soát chất lượng thực phẩm. ĐÁNH GIÁ PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ACETAMIPRID BẰNG DUNG DỊCH NANO VÀNG. Xác định khoảng tuyến tính. Xây dựng phương trình đường chuẩn . Xác định LOD, LOQ . Xác định độ đúng và độ lặp lại . ỨNG DỤNG XÁC ĐỊNH MẪU THỰC TẾ . Mẫu thuốc trừ sâu được mua trên thị trường . Mẫu rau, quả được mua trên thị trường . So sánh phương pháp nghiên cứu với phương pháp khác
5.1. Xác định giới hạn phát hiện LOD và giới hạn định lượng LOQ
Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) là các thông số quan trọng để đánh giá độ nhạy của phương pháp phân tích. LOD cho biết nồng độ thấp nhất của Acetamiprid có thể phát hiện được, trong khi LOQ cho biết nồng độ thấp nhất có thể định lượng được với độ chính xác chấp nhận được. Bảng so sánh LOD của các phƣơng pháp xác định hàm lƣợng acetamiprid khác nhau
5.2. Ứng dụng thực tế Phân tích Acetamiprid trong mẫu rau và quả
Phương pháp quang phổ UV-VIS sử dụng nano vàng ổn định PDADMAC đã được ứng dụng để phân tích Acetamiprid trong các mẫu rau và quả được mua trên thị trường. Kết quả phân tích cho thấy phương pháp có khả năng xác định Acetamiprid trong các mẫu thực tế với độ chính xác và độ lặp lại tốt.
VI. Kết luận và Hướng phát triển Quang phổ UV VIS và Nano vàng
Nghiên cứu này đã chứng minh tiềm năng của phương pháp quang phổ UV-VIS sử dụng nano vàng ổn định PDADMAC trong việc định lượng Acetamiprid. Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, nhanh chóng, ít tốn kém và có độ nhạy tương đối cao. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện hơn nữa độ nhạy và độ chọn lọc của phương pháp, cũng như mở rộng ứng dụng của phương pháp trong phân tích các loại thuốc trừ sâu khác. Trong nghiên cứu này, các hạt 0 nano vàng đƣợc tổng hợp bằng cách khử HAuCl4 về Au bằng NaBH4, và đƣợc ổn định bằng các polyme tích điện dƣơng (polycation) PDADMAC thay vì sử dụng chất ổn định truyền thống là citrate nhằm nâng cao độ nhạy của phƣơng pháp phân tích.
6.1. So sánh phương pháp UV VIS với HPLC
Phương pháp quang phổ UV-VIS sử dụng nano vàng ổn định PDADMAC so với phương pháp HPLC thì đơn giản hơn, nhanh chóng hơn. Phương pháp có thể xác định được lượng Acetamiprid với độ chính xác và độ lặp lại tốt.Kết quả so sánh hàm lƣợng acetamiprid đo đƣợc trong các mẫu thuốc BVTV bằng phƣơng pháp UV–VIS (AuNPs–PDADMAC) và phƣơng pháp HPLC– UV
6.2. Hướng phát triển tiếp theo
Cần cải thiện hơn nữa độ nhạy và độ chọn lọc của phương pháp quang phổ UV-VIS sử dụng nano vàng ổn định PDADMAC. Phương pháp có thể mở rộng ứng dụng trong phân tích các loại thuốc trừ sâu khác.
