Nghiên cứu xác định thuốc bảo vệ thực vật acetamiprid bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử uv vis sử dụng dung dịch nano vàng được ổn định bằng polyme điện tích dương pdadmac

Nghiên cứu phương pháp xác định acetamiprid (thuốc bảo vệ thực vật) bằng quang phổ UV-Vis, sử dụng nano vàng ổn định PDADMAC. Đơn giản, hiệu quả, độ chính xác cao.

• Tác giả: Lê Thị Thảo
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Thị Ngọc Mai
• Trường học: Trường đại học khoa học tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa phân tích
• Đề tài: Nghiên cứu xác định thuốc bảo vệ thực vật Acetamiprid bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis sử dụng dung dịch nano vàng được ổn định bằng polyme điện tích dương PDADMAC
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. PHẦN 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung về acetamiprid
• 1.1.1. Tình hình sử dụng thuốc bảo vệ thực vật ở Việt Nam
• 1.1.2. Tính chất vật lý, hoá học của acetamiprid
• 1.1.3. Cơ chế hoạt động
• 1.1.4. Quy định về dư lượng acetamiprid trên rau quả
• 1.2. Tác động của acetamiprid đến kinh tế và sức khoẻ con người
• 1.3. Các phương pháp xác định acetamiprid
• 1.3.1. Phương pháp điện hoá
• 1.3.2. Phương pháp sắc ký
• 1.4. Vật liệu nano vàng
• 1.4.1. Chế tạo hạt nano vàng
• 1.4.2. Tổng hợp AuNPs bằng các polyme
• 1.4.3. Ứng dụng của hạt nano vàng
• 2. PHẦN 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
• 2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.1.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp chế tạo các hạt nano vàng
• 2.2.2. Phương pháp hấp thụ phân tử UV-VIS
• 2.2.3. Các thông số đánh giá độ tin cậy của phương pháp
• 2.3. Quy trình thực nghiệm
• 2.3.1. Điều chế dung dịch nano vàng
• 2.3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp xác định acetamiprid bằng phương pháp quang học sử dụng hạt nano vàng
• 2.3.3. Đánh giá phương pháp phân tích
• 2.3.4. Thông tin mẫu và xử lý mẫu
• 2.4. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị
• 2.4.1. Dụng cụ, thiết bị
• 3. PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Phổ hấp thụ phân tử UV-VIS của dung dịch nano vàng
• 3.2. Nghiên cứu các điều kiện xác định acetamiprid bằng dung dịch nano vàng
• 3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl
• 3.2.2. Ảnh hưởng của pH
• 3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian
• 3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ acetamiprid
• 3.2.5. Ảnh hưởng của một số loại thuốc bảo vệ thực vật khác
• 3.3. Đánh giá phương pháp xác định acetamiprid bằng dung dịch nano vàng
• 3.3.1. Xác định khoảng tuyến tính
• 3.3.2. Xây dựng phương trình đường chuẩn
• 3.3.3. Xác định LOD, LOQ
• 3.3.4. Xác định độ đúng và độ lặp lại
• 3.4. Ứng dụng xác định mẫu thực tế
• 3.4.1. Mẫu thuốc trừ sâu được mua trên thị trường
• 3.4.2. Mẫu rau, quả được mua trên thị trường
• 3.4.3. So sánh phương pháp nghiên cứu với phương pháp khác
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

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.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) tại Việt Nam ngày càng gia tăng về số lượng và chủng loại, với kim ngạch nhập khẩu thuốc BVTV đạt khoảng 695,5 triệu USD trong 11 tháng đầu năm 2013, tăng 10,99% so với năm trước. Acetamiprid, một hoạt chất thuộc nhóm neonicotinoid, được sử dụng rộng rãi để phòng trừ các loại côn trùng chích hút trên nhiều loại cây trồng như rau ăn lá, trái cây và cây cảnh. Tuy nhiên, dư lượng acetamiprid tồn dư trên nông sản có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người, đặc biệt là hệ thần kinh trung ương, gây chóng mặt, nhức đầu, co giật và thậm chí hôn mê. Do đó, việc phát triển các phương pháp xác định hàm lượng acetamiprid nhanh chóng, chính xác và hiệu quả về chi phí là rất cần thiết.

Luận văn tập trung nghiên cứu phương pháp xác định acetamiprid bằng quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis sử dụng dung dịch nano vàng (AuNPs) được ổn định bằng polyme tích điện dương PDADMAC. Nghiên cứu thực hiện tại Phòng thí nghiệm Hóa học Phân tích, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội trong năm 2022. Mục tiêu chính là tổng hợp dung dịch nano vàng ổn định, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp phân tích và áp dụng để xác định acetamiprid trong mẫu thuốc trừ sâu và rau quả thực tế. Phương pháp này hứa hẹn mang lại độ nhạy cao, quy trình đơn giản, chi phí thấp, phù hợp với yêu cầu kiểm soát dư lượng thuốc BVTV trong nông sản nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt (Surface Plasmon Resonance - SPR) của hạt nano vàng và nguyên lý hấp thụ phân tử UV-Vis. SPR là hiện tượng dao động cộng hưởng của các electron tự do trên bề mặt hạt nano khi tương tác với ánh sáng, dẫn đến sự thay đổi màu sắc và bước sóng hấp thụ cực đại (λmax) của dung dịch AuNPs. Sự thay đổi này phụ thuộc vào kích thước, hình thái và khoảng cách giữa các hạt nano, cũng như sự tương tác với các phân tử phân tích như acetamiprid.

Polyme PDADMAC là một polyelectrolyte tích điện dương có mật độ điện tích cao, hòa tan tốt trong nước, được sử dụng làm chất ổn định cho các hạt AuNPs. PDADMAC giúp tăng độ bền của hạt nano, cải thiện khả năng tương thích sinh học và tăng cường độ nhạy của phương pháp phân tích. Các khái niệm chính bao gồm: kích thước hạt nano, bước sóng hấp thụ cực đại, độ ổn định dung dịch nano, và ảnh hưởng của pH, nồng độ muối NaCl đến sự tương tác giữa acetamiprid và AuNPs-PDADMAC.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mẫu thuốc trừ sâu chứa acetamiprid và mẫu rau quả thu thập tại các địa phương như Hà Nội và Hải Dương. Phương pháp tổng hợp hạt nano vàng sử dụng phản ứng khử HAuCl4 bằng NaBH4 trong môi trường có mặt polyme PDADMAC để ổn định hạt. Dung dịch AuNPs-PDADMAC được chuẩn bị với nồng độ PDADMAC 0,008 ppm và HAuCl4 10 mM, khuấy từ và bảo quản ở 4 °C.

Phương pháp phân tích sử dụng phổ hấp thụ phân tử UV-Vis đo bước sóng hấp thụ cực đại trong vùng 400-800 nm. Các yếu tố ảnh hưởng như pH (4-9), nồng độ muối NaCl (0,005-0,05 M), thời gian phản ứng (0-40 phút), và nồng độ acetamiprid (10^-7 đến 2×10^-6 M) được khảo sát để tối ưu hóa điều kiện phân tích. Độ lặp lại, độ đúng, giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) được xác định theo tiêu chuẩn AOAC với cỡ mẫu 30 lần đo lặp.

Quy trình nghiên cứu kéo dài trong năm 2022, bao gồm tổng hợp hạt nano, khảo sát điều kiện phản ứng, xây dựng đường chuẩn, đánh giá phương pháp và áp dụng phân tích mẫu thực tế. Phân tích dữ liệu sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính để xây dựng đường chuẩn và tính toán LOD, LOQ dựa trên sai số chuẩn và hệ số hồi quy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tổng hợp dung dịch nano vàng ổn định: Dung dịch AuNPs-PDADMAC có màu đỏ rượu đặc trưng với bước sóng hấp thụ cực đại λmax khoảng 525 nm, thể hiện sự hình thành hạt nano vàng kích thước đồng đều. Độ ổn định dung dịch được duy trì trong hơn 6 tháng khi bảo quản ở 4 °C.

2. Ảnh hưởng của pH và nồng độ muối NaCl: Phương pháp đạt hiệu quả tối ưu ở pH 5, khi đó λmax của dung dịch có sự dịch chuyển rõ rệt khi có mặt acetamiprid nồng độ 0,8 µM. Nồng độ NaCl 0,02 M cho kết quả tốt nhất, tăng độ nhạy và ổn định tín hiệu hấp thụ. Ở pH ngoài khoảng này hoặc nồng độ muối quá cao, hiện tượng kết tụ hạt nano làm giảm độ chính xác.

3. Khoảng tuyến tính và giới hạn phát hiện: Phương pháp có khoảng tuyến tính từ 8×10^-8 M đến 6×10^-6 M acetamiprid với hệ số tương quan R^2 > 0,995. Giới hạn phát hiện (LOD) được xác định khoảng 2×10^-8 M, giới hạn định lượng (LOQ) khoảng 6×10^-8 M, cho thấy độ nhạy cao so với nhiều phương pháp truyền thống.

4. Độ đúng và độ lặp lại: Độ lệch chuẩn tương đối (RSD) của phương pháp dưới 4%, thể hiện độ lặp lại tốt. Hiệu suất thu hồi acetamiprid trong mẫu thực tế đạt từ 95% đến 103%, sai số tương đối dưới 5%, chứng tỏ độ chính xác và độ tin cậy của phương pháp.

5. Ảnh hưởng của thuốc BVTV khác: Các thuốc bảo vệ thực vật khác như buprofezin, isoprocarb, methidathion không gây ảnh hưởng đáng kể đến bước sóng hấp thụ cực đại của dung dịch AuNPs-PDADMAC khi có mặt acetamiprid, đảm bảo tính chọn lọc của phương pháp.

Thảo luận kết quả

Sự ổn định và đặc tính quang học của dung dịch AuNPs-PDADMAC được duy trì nhờ polyme PDADMAC với mật độ điện tích dương cao, giúp ngăn ngừa kết tụ hạt nano và tăng cường tương tác với phân tử acetamiprid. Điều kiện pH và nồng độ muối ảnh hưởng trực tiếp đến điện tích bề mặt và khoảng cách giữa các hạt, từ đó làm thay đổi hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt, thể hiện qua sự dịch chuyển λmax.

So với các phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) hay sắc ký khí (GC-MS), phương pháp UV-Vis sử dụng AuNPs-PDADMAC có ưu điểm về chi phí thấp, thao tác đơn giản, không cần xử lý mẫu phức tạp và vẫn đảm bảo độ nhạy cao. Kết quả phân tích mẫu thực tế cho thấy phương pháp phù hợp để kiểm soát dư lượng acetamiprid trong thuốc trừ sâu và rau quả, góp phần nâng cao an toàn thực phẩm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phổ hấp thụ UV-Vis thể hiện sự dịch chuyển λmax theo nồng độ acetamiprid, bảng so sánh LOD, LOQ và hiệu suất thu hồi giữa phương pháp nghiên cứu và các phương pháp chuẩn khác, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả và tính ưu việt của phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai áp dụng phương pháp UV-Vis với AuNPs-PDADMAC trong kiểm soát dư lượng thuốc BVTV: Khuyến nghị các cơ quan quản lý và phòng thí nghiệm kiểm nghiệm thực phẩm áp dụng phương pháp này để tăng cường giám sát an toàn thực phẩm, đặc biệt tại các vùng nông nghiệp trọng điểm trong vòng 1-2 năm tới.

2. Đào tạo kỹ thuật viên và cán bộ phân tích: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về kỹ thuật tổng hợp hạt nano và phân tích UV-Vis nhằm nâng cao năng lực phân tích tại các phòng thí nghiệm địa phương, đảm bảo tính chính xác và đồng nhất kết quả.

3. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng: Khuyến khích nghiên cứu tiếp tục phát triển phương pháp để xác định đồng thời nhiều loại thuốc BVTV khác trong mẫu phức tạp, nâng cao tính đa dụng và hiệu quả phân tích.

4. Phát triển bộ kit phân tích nhanh: Hướng tới sản xuất bộ kit thử nhanh dựa trên nguyên lý AuNPs-PDADMAC để người nông dân và doanh nghiệp có thể tự kiểm tra dư lượng thuốc BVTV tại hiện trường, giảm thiểu rủi ro an toàn thực phẩm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa phân tích: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về tổng hợp hạt nano vàng, ứng dụng polyme PDADMAC và phương pháp quang phổ UV-Vis trong phân tích thuốc BVTV, hỗ trợ phát triển các đề tài nghiên cứu liên quan.

2. Phòng thí nghiệm kiểm nghiệm thực phẩm và môi trường: Phương pháp được mô tả chi tiết, có thể áp dụng để nâng cao hiệu quả phân tích dư lượng acetamiprid và các thuốc BVTV khác trong mẫu thực tế, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm.

3. Cơ quan quản lý nhà nước về an toàn thực phẩm và nông nghiệp: Thông tin về phương pháp phân tích nhanh, chính xác giúp xây dựng các quy trình kiểm soát chất lượng nông sản, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

4. Doanh nghiệp sản xuất và kinh doanh thuốc BVTV: Nghiên cứu giúp doanh nghiệp kiểm soát chất lượng sản phẩm, đảm bảo hàm lượng hoạt chất trong giới hạn cho phép, nâng cao uy tín và tuân thủ quy định pháp luật.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp UV-Vis sử dụng AuNPs-PDADMAC có ưu điểm gì so với các phương pháp khác?
   Phương pháp này đơn giản, chi phí thấp, không cần thiết bị phức tạp, có độ nhạy cao với LOD khoảng 2×10^-8 M, phù hợp để phân tích nhanh dư lượng acetamiprid trong mẫu thực tế.

2. Dung dịch nano vàng được tổng hợp như thế nào?
   Dung dịch AuNPs được tổng hợp bằng cách khử HAuCl4 bằng NaBH4 trong môi trường có polyme PDADMAC làm chất ổn định, tạo hạt nano vàng kích thước đồng đều, ổn định lâu dài.

3. Phương pháp có thể áp dụng cho những mẫu nào?
   Phương pháp đã được áp dụng thành công để xác định acetamiprid trong các mẫu thuốc trừ sâu thương mại và rau quả thực tế, có thể mở rộng cho các mẫu nông sản khác.

4. Ảnh hưởng của pH và muối NaCl đến kết quả phân tích ra sao?
   pH tối ưu là 5 và nồng độ NaCl khoảng 0,02 M giúp duy trì độ ổn định dung dịch và tăng độ nhạy, các giá trị ngoài khoảng này làm giảm độ chính xác do kết tụ hạt nano.

5. Phương pháp có độ chọn lọc cao không khi có mặt các thuốc BVTV khác?
   Nghiên cứu cho thấy các thuốc BVTV khác không ảnh hưởng đáng kể đến bước sóng hấp thụ cực đại của dung dịch AuNPs-PDADMAC khi có acetamiprid, đảm bảo tính chọn lọc của phương pháp.

Kết luận

• Đã phát triển thành công phương pháp xác định acetamiprid bằng quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis sử dụng dung dịch nano vàng ổn định bằng polyme PDADMAC với độ nhạy và độ chính xác cao.
• Phương pháp có khoảng tuyến tính rộng từ 8×10^-8 M đến 6×10^-6 M, LOD khoảng 2×10^-8 M, phù hợp để phân tích dư lượng acetamiprid trong mẫu thực tế.
• Các yếu tố pH, nồng độ muối NaCl và thời gian phản ứng được tối ưu để đảm bảo độ ổn định và độ nhạy của phương pháp.
• Phương pháp đã được áp dụng thành công để phân tích mẫu thuốc trừ sâu và rau quả, cho kết quả chính xác, độ lặp lại tốt với RSD dưới 4%.
• Đề xuất triển khai áp dụng phương pháp trong kiểm soát an toàn thực phẩm, đào tạo kỹ thuật viên và phát triển bộ kit thử nhanh trong thời gian tới.

Hành động tiếp theo là mở rộng nghiên cứu ứng dụng phương pháp cho các loại thuốc BVTV khác và phát triển công nghệ phân tích nhanh tại hiện trường nhằm nâng cao hiệu quả quản lý dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong nông nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Vàng nano là một trong những vật liệu kích thƣớc nano đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trong và ngoài nƣớc bởi những tính chất quang học độc đáo của chúng, đặc biệt là hiện tƣợng cộng hƣởng plasmon bề mặt (Surface Plasmon Resonance, SPR) và những ứng dụng to lớn của chúng trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhƣ xúc tác, điện hoá cảm biến sinh học, khuếch đại tán xạ Raman bề mặt (Surface Enhanced Raman Scattering, SERS). 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. 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, có tác dụng phòng trừ và kiểm soát các loại côn trùng chích hút trên các loại cây trồng nhƣ rau ăn lá, trái cây, cây cảnh,…Tuy nhiên, hiện nay dƣ lƣợng acetamiprid trong nhiều loại cây trồng, trái cây có thể gây ra nhiều tác dụng xấu đối với sức khoẻ con ngƣời.

Acetamiprid chủ yếu tác động đến hệ thần kinh trung ƣơng gây chóng mặt nhức đầu, nặng hơn có thể bị kích động, co giật và hôn mê. Vì vậy, việc xác định dƣ lƣợng acetamiprid là rất cần thiết để bảo vệ sức khoẻ con ngƣời. Do đó, hiện nay nhiều nghiên cứu khoa học hƣớng tới các phƣơng pháp xác định hàm hƣợng acetamiprid một cách nhanh nhất, nhạy nhất và chính xác nhất. 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.

Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV- Vis là phƣơng pháp đƣợc quan tâm nghiên cứu do có độ nhạy và độ chính xác khá 1 Luận văn Thạc sĩ – Lê Thị Thảo cao, quy trình phân tích đơn giản, không tốn kém về hóa chất và trang thiết bị. 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‖. 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.

2 Luận văn Thạc sĩ – Lê Thị Thảo PHẦN 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung về acetamiprid 1. Tình hình sử dụng thuốc bảo vệ thực vật ở Việt Nam Hiện nay, nhu cầu sử dụng thuốc bảo vệ thực vật ngày càng tăng cả về số lƣợng và chủng loại. Theo Cục Bảo vệ thực vật – Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (2013), số lƣợng và giá trị nhập khẩu thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) của nƣớc ta đều tăng lên trong thời gian qua.

Trƣớc năm 1990, lƣợng thuốc BVTV nhập khẩu quy đổi thành phẩm là 13.000 tấn, giá trị khoảng 10 triệu USD, đến năm 2012 số lƣợng và giá trị nhập khẩu đã tăng lên 103.500 tấn với khoảng 700 triệu USD. Sang năm 2013, cụ thể là 11 tháng đầu năm, kim ngạch nhập khẩu thuốc trừ sâu và nguyên liệu là 695,5 triệu USD, tăng 10,99 %. Sau cách mạng xanh, việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học cho cây trồng ngày trở nên phổ biền và dần trở thành tập quán canh tác của hầu hết nông dân [3]. Trƣớc những năm 1990, thuốc trừ sâu chiếm khoảng 83,3 % tổng lƣợng thuốc (BVTV) nhập khẩu, thuốc trừ bệnh 9,5 %, thuốc trừ cỏ dƣới 4 %, thuốc khác 3,1 %; đến năm 2012, thuốc trừ sâu chỉ chiếm 20,4 %, thuốc trừ bệnh 23,2 %; thuốc trừ cỏ tăng lên 44,4 %; các thuốc khác chiếm 12 % so với tổng khối lƣợng thuốc nhập khẩu.

Việc sử dụng các loại thuốc trừ sâu ở các vùng nông nghiệp là không đồng đều, phụ thuộc vào mức độ phát sinh, gây hại của các dịch bệnh hại cây trồng và tập quán canh tác của ngƣời dân [3]. Ngoài những hiện trạng nêu trên, việc sử dụng thuốc trừ sâu không đúng kỹ thuật cũng khá phổ biến hiện nay. Sử dụng thuốc trừ sâu không đúng kỹ thuật, lạm dụng thuốc trừ sâu đã khiến cho các loài sâu bệnh nhờn thuốc, kháng thuốc, hại các sinh vật có lợi, … gây nên tình trạng sâu bệnh bùng phát mạnh hơn. 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.

Thực trạng trên đã gây nhiều khó khăn cho công tác 3 Luận văn Thạc sĩ – Lê Thị Thảo quản lý hoạt động kinh doanh và sử dụng thuốc trừ sâu, gây mất an toàn vệ sinh thực phẩm, làm tăng chi phí sản xuất [3]. Việc kinh doanh và sử dụng thuốc trừ sâu không đúng quy định nhƣ trên đã làm gia tăng tình trạng ô nhiễm môi trƣờng, ảnh hƣởng tiêu cực tới sức khỏe cộng đồng. Lƣợng thuốc trừ sâu đƣợc phun cây trồng hấp thụ một phần, một phần bị rửa trôi theo nƣớc mƣa ra sông, suối, ngấm sâu xuống lòng đất, một phần bị bốc hơi vào khí quyển. Nhƣ vậy ảnh hƣởng của thuốc trừ sâu đến môi trƣờng là rất lớn.

Trong môi trƣờng nông nghiệp thuốc trừ sâu cùng với phân bón hóa học là hai nhân tố chính phá hủy môi trƣờng [3]. Tính chất vật lý, hoá học của acetamiprid Acetamiprid có tên IUPAC là ((E)-N1-[(6-chloro-3-pyridyl) metyl] – N2 – cyano-N1- metylacetamdine) là thuốc BVTV neonicotinoid mới, phổ rộng đƣợc sử dụng rộng rãi để diệt côn trùng và kiểm soát các loại côn trùng trên các loại cây trồng khác nhau, đặc biệt là rau, hoa quả và cây chè. Acetamiprid có công thức phân tử là C10H11ClN4 và công thức cấu tạo nhƣ cho trong hình 1. Mặc dù đƣợc phân loại là chất không có khả năng gây ung thƣ nhƣng acetamiprid đƣợc coi là nguyên nhân gây ra co thắt đại tràng ở ngƣời [43].1: Công thức cấu tạo của acetamiprid 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, 4 Luận văn Thạc sĩ – Lê Thị Thảo chlorofome…Acetamiprid ổn định trong môi trƣờng trung tính hoặc axit, bảo quản ở nhiệt độ phòng trong khoảng 2 năm. Bị phân hủy tại pH = 9 ở 45 0C và không bị phân hủy dƣới ánh sáng mặt trời.

Cơ chế hoạt động Acetamiprid là một chất phản ứng theo cơ chế giống nicotin [31]. Các neonicotinoid hoạt động nhƣ chất chủ vận phản ứng với các thụ thể acetylcholine nicotinic (nACh-R). Những thụ thể này đƣợc đặt trong các nhánh sau của tất cả các tế bào thần kinh trong não, tủy sống, hạch và các khớp nối cơ. Việc kích hoạt các thụ thể nACh-R gây ra tăng động và co thắt cơ, dẫn đến tê liệt và cuối cùng là chết.

Acetamiprid có độc tính cao đối với côn trùng, nhƣng ít gây hại cho động vật có vú. Điều này có lẽ là do một dạng thụ thể khác ở động vật có xƣơng sống. Acetamiprid có thể sử dụng để phun, xử lý hạt giống, bón vào đất và có hiệu lực diệt trứng, các loại sâu trƣởng thành bộ Hemiptera, Lepidoptera và Thysanoptera. Hoạt chất tác động đến côn trùng thông qua con đƣờng tiếp xúc hoặc ở một mức độ thấp hơn bằng cách thấm qua lớp cutin.

Acetamiprid có hiệu lực kéo dài đến vài tuần đối với các loài rệp, rầy gây hại ở phía dƣới của lá cây. Ở nhiệt độ 25 oC thời gian bán phân hủy (DT50) của acetamiprid là 8,2 ngày đối với các loại đất háo khí. Trong các loại đất háo khí quá trình phân giải xảy ra rất nhanh nhƣng trong điều kiện yếm khí xảy ra rất chậm. Trong lớp đất mặt acetamiprid cần vài tuần cho việc phân giải một nửa lƣợng hoạt chất.

Tuy nhiên, cần tới vài tháng để rửa trôi xuống tầng đất sâu hơn hay tới lớp bùn ở bên dƣới. Acetamiprid dễ bị biến đổi trong đất và hoàn toàn bị phân giải trong các loại đất. Tuy nhiên trong nƣớc với điều kiện nhiệt độ môi trƣờng acetamiprid bền vững với quá trình thủy phân, còn quá trình quang hóa xảy ra tƣơng đối chậm. 5 Luận văn Thạc sĩ – Lê Thị Thảo 1.

Quy định về dƣ lƣợng acetamiprid trên rau quả Thông tƣ quy định giới hạn tối đa dƣ lƣợng thuốc BVTV trong thực phẩm năm 2016 [4], đã quy định rõ hàm lƣợng giới hạn tối đa dƣ lƣợng acetamiprid trong thực phẩm đƣợc sản xuất trong nƣớc và nhập khẩu (bảng 1.