ĐẶT VẤN ĐỀ Trong nông nghiệp, có nhiều mối nguy làm ảnh hưởng xấu đến năng suất và chất lượng nông sản như sâu bệnh, cỏ dại, chuột, mối mọt, nấm… Dược liệu là một loại sản phẩm nông nghiệp đặc biệt, do đó cũng có nguy cơ mắc phải các dịch bệnh nói trên. Hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) đóng vai trò quan trọng để phòng và loại trừ các loại dịch bệnh cho các sản phẩm nông nghiệp nói chung và dược liệu nói riêng. Hiện nay, khi trồng hầu hết các loại dược liệu cần phải sử dụng HCBVTV nhằm tăng năng suất và chất lượng dược liệu. Khi được sử dụng, HCBVTV có thể tồn dư trong sản phẩm.
Nếu HCBVTV được dùng đúng theo quy định, mức tồn dư này là an toàn cho người sử dụng. Theo quy định, mỗi loại HCBVTV đều có giá trị giới hạn dư lượng tối đa (MRL). Tuy nhiên, việc lạm dụng hoặc sử dụng không đúng cách các loại HCBVTV dẫn đến tồn dư HCBVTV trong sản phẩm tăng lên vượt quá MRL. Khi đó, HCBVTV sẽ gây ra các tác dụng không mong muốn cho người sử dụng.
Việc xác định mức dư lượng HCBVTV trong dược liệu và các sản phẩm từ dược liệu có ý nghĩa quan trọng để sàng lọc, loại bỏ các sản phẩm không đáp ứng được sự an toàn cho người sử dụng. Hiện nay, có hàng nghìn HCBVTV được cho phép sử dụng trong nông nghiệp. Để có thể phân tích hết các HCBVTV, cần phải áp dụng rất nhiều kỹ thuật chiết và phân tích khác nhau, dẫn đến rất mất thời gian và tốn kém kinh phí. Do đó, việc xây dựng được các phương pháp có thể xác định đồng thời nhiều HCBVTV thuộc nhiều nhóm khác nhau là nhu cầu cần thiết.
Trên thế giới, các phương pháp xác định HCBVTV đã được phát triển từ rất lâu và đã trải qua nhiều thành tựu… Hầu hết các phương pháp cố gắng hướng đến một phương pháp phân tích đồng thời nhiều HCBVTV trong cùng một lần phân tích. Các phương pháp này được gọi là phương pháp đa dư lượng (MMM). Cục Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ đã ban hành và thay đổi khá nhiều phương pháp đa dư lượng. Trước đây, chiết lỏng lỏng kết hợp với làm sạch bằng sắc ký cột là phương pháp kinh điển trong phân tích dư lượng HCBVTV.
Năm 2003, Anastassiades và cộng sự lần đầu tiên giới thiệu một phương pháp chiết và làm sạch nhanh, dễ dàng mà sau này được gọi là QuEChERS (viết tắt của Quick, Easy, Cheap, Efficient, Rugged, Safe) kết hợp với sắc ký khí khối phổ và sắc ký lỏng khối phổ để phân tích HCBVTV trên rau quả [32]. Phương pháp QuEChERS đã nhanh chóng được ứng dụng rộng rãi và được nhiều nước chấp nhận làm phương 1 pháp chuẩn để áp dụng phân tích HCBVTV trong rau quả. Sau đó, QuEChERS đã được nhiều tác giả nghiên cứu và mở rộng áp dụng trên nhiều chỉ tiêu của nhiều đối tượng khác nhau, trong đó phân tích HCBVTV trong dược liệu là một hướng rất mới và có triển vọng. Hiện nay, theo quy định của Dược điển các nước, phương pháp chiết truyền thống với kỹ thuật chiết bằng dung môi sau đó làm sạch bằng SPE hoặc GPC vẫn là phương pháp được sử dụng để chiết HCBVTV trong dược liệu.
Phương pháp này có một số hạn chế như khả năng ứng dụng hạn chế trên một nhóm HCBVTV nhất định, sử dụng lượng dung môi hữu cơ rất lớn và trải qua rất nhiều bước nên chi phí rất tốn kém. Với những thực tế như vậy, đề tài “Nghiên cứu xác định dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật trong một số dược liệu và sản phẩm từ dược liệu bằng sắc ký khối phổ” được thực hiện với các mục tiêu như sau: 1. Xác định các HCBVTV thường được dùng tại một số vùng trồng dược liệu ở phía Bắc. Xây dựng và thẩm định phương pháp phân tích đa dư lượng HCBVTV trong dược liệu và một số sản phẩm từ dược liệu.
Sơ bộ đánh giá dư lượng HCBVTV trong một số dược liệu và sản phẩm từ dược liệu. HÓA CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT 1. Định nghĩa hóa chất bảo vệ thực vật Hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) được chuyển nghĩa từ thuật ngữ tiếng Anh “pesticide” có nghĩa là thuốc trừ côn trùng gây hại. Tuy nhiên, hiện nay khái niệm này được mở rộng cho nhiều loại hóa chất được sử dụng trong trồng trọt bao gồm cả thuốc điều hòa sinh trưởng, thuốc làm rụng lá, thuốc trừ cỏ… [7][108].
Tổ chức Nông nghiệp và Lương thực của Liên Hiệp Quốc (FAO) đã đưa ra định nghĩa về HCBVTV như sau: “HCBVTV là bất kì hợp chất hay hỗn hợp được dùng với mục đích ngăn ngừa, tiêu diệt hoặc kiểm soát các tác nhân gây hại, bao gồm vật chủ trung gian truyền bệnh của con người hoặc động vật, các bộ phận không mong muốn của thực vật hoặc động vật gây hại hoặc ảnh hưởng đến các quá trình sản xuất, chế biến, bảo quản, vận chuyển, mua bán thực phẩm, nông sản, gỗ và sản phẩm từ gỗ, thức ăn chăn nuôi, hoặc hợp chất được phân tán lên động vật để kiểm soát côn trùng, nhện hay các đối tượng khác trong hoặc trên cơ thể chúng. HCBVTV còn được dùng làm tác nhân điều hòa sinh trưởng thực vật, chất làm rụng lá, chất làm khô cây, tác nhân làm thưa quả hoặc ngăn chặn rụng quả sớm. Cũng có thể dùng HCBVTV cho cây trồng trước cũng như sau khi thu hoạch để bảo vệ sản phẩm không bị hỏng trong quá trình bảo quản và vận chuyển” [50]. Phân loại hóa chất bảo vệ thực vật Có nhiều cách phân loại HCBVTV khác nhau như phân loại theo mối nguy, theo công dụng hay theo cấu tạo hóa học.
Phân loại theo mối nguy Tổ chức Y tế thế giới (WHO) phân loại HCBVTV dựa vào các nghiên cứu về nguy cơ độc hại, chủ yếu là độ độc cấp tính đường uống và đường ngoài da khi thử nghiệm trên chuột. Giá trị LD50 trên chuột theo đường uống và đường dùng ngoài da được sử dụng để phân loại. LD50 (Median lethal dose – Liều chết trung bình) là liều lượng chất độc gây chết cho một nửa (50%) số cá thể dùng trong nghiên cứu. Theo cách phân loại này, HCBVTV được chia thành 5 nhóm [133] (bảng 1.
Phân loại HCBVTV theo mối nguy LD50 trên chuột (mg/kg cân nặng) Nhóm Mức độ độc Đường uống Đường ngoài da Ia Cực độc <5 < 50 Ib Độc tính cao 5-50 50-200 II Độc trung bình 50-2000 200-2000 III Độc nhẹ > 2000 U Không có mối nguy độc cấp > 5000 1. Phân loại theo công dụng Dựa vào công dụng của HCBVTV, người ta có thể phân loại như sau [7]: Hóa chất diệt trừ sinh vật gây hại: được gọi theo nhóm sinh vật gây hại như: - Hóa chất trừ sâu (insecticides) - Hóa chất trừ nấm (fungicides) - Hóa chất trừ cỏ (herbicides) - Hóa chất trừ chuột (rodenticides) - Hóa chất trừ ốc sên (molluscicides) - Hóa chất trừ nhện (acaricides) - Hóa chất trừ vi khuẩn (bactericides)… Hóa chất điều hòa sinh trưởng thực vật (PGR – plant growth regulators) là các hóa chất sử dụng để kích thích, làm chậm hoặc ức chế sự phát triển của thực vật. Hóa chất dùng trong bảo quản, xử lý hay chế biến sau thu hái. Trên cơ sở cách phân loại này, Alan Wood đã giới thiệu một trang điện tử trực tuyến giới thiệu bộ sưu tập đầy đủ các loại HCBVTV được sử dụng [134].
Phân loại theo cấu tạo hóa học Đây là cách phân loại được sử dụng phổ biến trong việc triển khai xây dựng các phương pháp phân tích, vì các HCBVTV có cấu tạo tương tự thường có tính chất giống nhau do đó phương pháp chiết và phân tích cũng giống nhau. Hơn nữa, từng nhóm HCBVTV tác động đến sinh vật và con người theo các nguyên lý tương tự nhau. Theo cách phân loại này một số nhóm HCBVTV chính như sau [7][108][130]: - HCBVTV nhóm clor hữu cơ; - HCBVTV nhóm phosphor hữu cơ; - HCBVTV nhóm pyrethroid; 4 - HCBVTV nhóm carbamat; - HCBVTV nhóm neonicotinoid; - HCBVTV nhóm macrocyclic lacton; - HCBVTV vô cơ; - HCBVTV có nguồn gốc thực vật; - Các HCBVTV khác. Một số nhóm hóa chất bảo vệ thực vật chính 1.
Nhóm clor hữu cơ (organochlorines) HCBVTV nhóm clor hữu cơ là các hợp chất hữu cơ được hình thành khi thay thế các nguyên tử hydro của phân tử hydrocarbon và các dẫn xuất hydrocarbon bằng các nguyên tử clor. Trong phân tử các hợp chất này có thể tồn tại vòng benzen hoặc dị vòng (chứa dị tố O, N, hay S). Các chất này thường là các dẫn xuất clor của một số hợp chất hữu cơ như diphenyl ethan, cyclodien, benzen, hexan… [7][13][108] Về mặt cấu tạo, HCBVTV nhóm clor hữu cơ được xếp vào 4 nhóm nhỏ [130]: - Nhóm diphenyl aliphatic: DDT, dicofon, methoxychlor… - Nhóm hợp chất benzen: lindan, hexaclorocyclohexan (HCH), pentaclorophenol… - Nhóm hợp chất cyclodien: endrin, dieldrin, heptachlor, aldrin, endosulfan sulfat… - Nhóm hợp chất polycloroterpen: toxaphen, polyclorocamphen… Dưới đây là công thức cấu tạo của một số HCBVTV nhóm clor hữu cơ: Aldrin Methoxychlor 4,4-DDT Lindan (-HCH) Endrin Endosulfan sulfat Các HCBVTV nhóm clor hữu cơ nói chung có phổ tác dụng rộng, rất an toàn với cây trồng ở liều thông dụng nhưng lại độc với các loài động vật máu nóng. Các chất này có thể tích lũy trong cơ thể sinh vật gây độc mạn tính, chúng cũng rất bền trong môi trường, hiệu lực tồn dư lâu dài [23][68].
5 Cơ chế gây độc của HCBVTV nhóm clor hữu cơ phụ thuộc vào dạng cấu tạo của chúng. DDT và các HCBVTV có cấu trúc tương tự DDT là những chất rất độc trên hệ thần kinh. Chúng có tác dụng trên thần kinh ngoại biên thông qua ức chế các kênh vận chuyển Na+ qua màng tế bào thần kinh dẫn đến tê liệt và có thể dẫn đến tử vong. Còn một số loại HCBVTV có cấu trúc dị vòng hoặc vòng chứa nhiều clor như aldrin, dieldrin, heptachlor, endrin… tác động thông qua việc gắn với các vùng pícrotoxinin của acid γ-aminobutyric dẫn đến ức chế ion Cl- vào trong tế bào thần kinh.
Hậu quả là gây nên trạng thái kích thích thần kinh [27][44][60][71]. Mặc dù các HCBVTV clor hữu cơ có tác dụng diệt trừ mạnh đối với nhiều loại sâu hại nhưng do vấn đề ô nhiễm môi trường và dư lượng HCBVTV trong nông sản, sự tích lũy và tính độc cao đối con người và các loài động vật, mà ngày nay đa số các HCBVTV clor hữu cơ đã bị cấm sử dụng. Nhóm phosphor hữu cơ (organophosphorus) HCBVTV nhóm phosphor hữu cơ chủ yếu là các hợp chất của phospho hóa trị 5, chúng là các ester hoặc amid của acid phosphoric hoặc dẫn xuất của acid phosphoric.