Luận án tiến sĩ nghiên cứu phát triển kỹ thuật quechers gc ms 3 sim để phân tích đồng thời dư lượng hoá chất bảo vệ thực vật trong đất

Luận án tiến sĩ nghiên cứu phát triển kỹ thuật quechers gc ms 3 sim nhằm phân tích đồng thời dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật trong đất.

Chuyên ngành

Hóa phân tích

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

luận án tiến sĩ

2019

159
5
0

Phí lưu trữ

45 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu về hoá chất bảo vệ thực vật

1.2. Phân loại hóa chất bảo vệ thực vật

1.3. Tình hình sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật

1.4. Phân tích dƣ lƣợng hoá chất bảo vệ thực vật

1.4.1. Xử lý mẫu cho phân tích dƣ lƣợng hoá chất BVTV

1.4.2. Một số kỹ thuật phân tích định lƣợng dƣ lƣợng hoá chất BVTV

1.4.3. Phƣơng pháp phân tích dƣ lƣợng hoá chất BVTV ở Việt Nam

1.4.4. Hƣớng nghiên cứu phát triển qui trình phân tích dƣ lƣợng HCBVTV theo phƣơng pháp QuEChERS

2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tƣợng nghiên cứu

2.2. Hoá chất và thiết bị

2.3. Chuẩn bị dung dịch chuẩn, mẫu chuẩn

2.3.1. Chuẩn bị dung dịch chuẩn

2.3.2. Chuẩn bị mẫu chuẩn

2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu

2.4.1. Nghiên cứu, lựa chọn điều kiện vận hành thiết bị sắc ký khí khối phổ

2.4.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của quá trình tách chiết (xử lý mẫu)

2.5. Xây dựng qui trình phân tích

2.6. So sánh, đánh giá phƣơng pháp

2.6.1. Đánh giá phƣơng pháp phân tích qua mẫu đất thêm chuẩn

2.6.2. Đánh giá phƣơng pháp phân tích qua mẫu thực tế

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Nghiên cứu, lựa chọn các điều kiện vận hành thiết bị sắc ký khí khối phổ (GC-MS)

3.1.1. Lựa chọn nhiệt độ cổng bơm mẫu và tốc độ bơm mẫu

3.1.2. Thể tích bơm mẫu và tốc độ khí mang

3.1.3. Chƣơng trình nhiệt độ

3.1.4. Lựa chọn mảnh phân tách

3.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của quá trình tách chiết (xử lý mẫu)

3.2.1. Lựa chọn dung môi chiết

3.2.2. Lựa chọn thời gian chiết mẫu

3.2.3. Ảnh hƣởng của các chất hấp phụ đến quá trình làm sạch

3.2.4. Ảnh hƣởng của thành phần nền mẫu

3.3. Xây dựng qui trình phân tích

3.3.1. Qui trình chuẩn bị mẫu

3.3.2. Qui trình phân tích trên thiết bị

3.4. Đánh giá phƣơng pháp

3.4.1. Xác định giới hạn phát hiện và định lƣợng của phƣơng pháp

3.4.2. Xác định khoảng tuyến tính và đƣờng chuẩn của phƣơng pháp

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

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

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hóa chất bảo vệ thực vật

Hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) là các hợp chất được sử dụng trong nông nghiệp nhằm bảo vệ cây trồng khỏi sâu bệnh và côn trùng gây hại. Việc sử dụng HCBVTV đã trở thành một phần không thể thiếu trong sản xuất nông nghiệp hiện đại. Tuy nhiên, sự gia tăng sử dụng HCBVTV cũng dẫn đến những lo ngại về ô nhiễm môi trường và an toàn thực phẩm. Theo thống kê, số lượng HCBVTV trên thế giới đã tăng lên đáng kể, từ 189 hoạt chất vào năm 2003 lên 1700 hoạt chất vào năm 2016. Điều này cho thấy sự cần thiết phải có các phương pháp phân tích hiệu quả để đánh giá dư lượng HCBVTV trong đất, nhằm đảm bảo an toàn cho môi trường và sức khỏe con người.

1.1. Phân loại hóa chất bảo vệ thực vật

HCBVTV được phân loại dựa trên thành phần hóa học và công dụng. Các nhóm chính bao gồm nhóm cơ clo, cơ phốt pho, carbamate và pyrethroid. Mỗi nhóm có đặc điểm riêng về độc tính và thời gian phân hủy. Nhóm cơ clo, mặc dù có hiệu quả cao, nhưng đã bị cấm sử dụng do tính độc hại. Nhóm cơ phốt pho và carbamate cũng có độc tính cao nhưng dễ phân hủy hơn. Pyrethroid là nhóm mới hơn, có độc tính thấp hơn với động vật có vú nhưng vẫn hiệu quả với côn trùng. Việc phân loại này giúp xác định phương pháp phân tích phù hợp cho từng loại HCBVTV.

II. Phân tích dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật

Phân tích dư lượng HCBVTV trong đất là một công việc quan trọng nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường. Hiện nay, tại Việt Nam, việc phân tích thường được thực hiện theo từng nhóm chất, dẫn đến việc sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau, tốn thời gian và chi phí. Phương pháp truyền thống bao gồm chiết tách, làm sạch và phân tích trên thiết bị phù hợp. Tuy nhiên, phương pháp này không hiệu quả trong việc phân tích đồng thời nhiều loại HCBVTV. Do đó, việc phát triển phương pháp mới như kỹ thuật QuEChERS kết hợp với GC-MS là cần thiết để cải thiện hiệu quả phân tích.

2.1. Kỹ thuật QuEChERS

Kỹ thuật QuEChERS (Quick, Easy, Cheap, Efficient, Rugged, Safe) đã được phát triển để giải quyết những hạn chế của phương pháp truyền thống. Phương pháp này cho phép chiết xuất và làm sạch mẫu một cách nhanh chóng và hiệu quả, giúp giảm thời gian và chi phí phân tích. QuEChERS đã được áp dụng rộng rãi trong phân tích HCBVTV trong rau quả và hiện đang được mở rộng sang phân tích trong đất. Kỹ thuật này không chỉ giúp tăng độ chính xác mà còn giảm thiểu lượng dung môi sử dụng, từ đó bảo vệ môi trường.

III. Ứng dụng của phương pháp phân tích mới

Việc áp dụng kỹ thuật QuEChERS kết hợp với GC-MS trong phân tích HCBVTV trong đất không chỉ giúp nâng cao hiệu quả phân tích mà còn đảm bảo an toàn thực phẩm. Phương pháp này cho phép xác định đồng thời nhiều loại HCBVTV, từ đó cung cấp thông tin đầy đủ về mức độ ô nhiễm trong môi trường đất. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc xây dựng các chính sách bảo vệ môi trường và đảm bảo an toàn cho sức khỏe cộng đồng. Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp này có thể thay thế các phương pháp truyền thống, góp phần vào việc phát triển nông nghiệp bền vững.

3.1. Đánh giá hiệu quả phương pháp

Đánh giá hiệu quả của phương pháp QuEChERS GC-MS cho thấy độ nhạy cao và khả năng phát hiện chính xác các loại HCBVTV trong mẫu đất. Kết quả phân tích cho thấy phương pháp này có thể phát hiện được nhiều loại HCBVTV với giới hạn phát hiện thấp, từ đó giúp các nhà nghiên cứu và quản lý môi trường có cái nhìn rõ hơn về tình hình ô nhiễm đất. Việc áp dụng phương pháp này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và chi phí mà còn nâng cao độ tin cậy của kết quả phân tích.

25/01/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

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, không thể phủ nhận vai trò của việc ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật khác nhau trong sản xuất, canh tác trong đó có việc sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) nhƣ một tác nhân bảo vệ cây trồng khỏi sâu bệnh, động thực vật gây hại, góp phần làm tăng năng suất cũng nhƣ chất lƣợng sản phẩm nông nghiệp. Do đó, HCBVTV ngày càng đƣợc sử dụng phổ biến tại nƣớc ta với chủng loại ngày càng tăng (từ 189 hoạt chất năm 2003 lên 1700 hoạt chất năm 2016) [34].

Nhƣ vậy, theo thời gian, trong môi trƣờng đất (nơi tiếp nhận đầu tiên của HCBVTV trong quá trình sử dụng) sẽ tồn tại nhiều loại HCBVTV thuộc các nhóm khác nhau (dƣ lƣợng) do việc sử dụng đã kéo dài qua nhiều năm hay do sử dụng nhiều loại đan xen, pha trộn đồng thời. Tuy nhiên, do đều là hóa chất có độc tính cao, thời gian phân hủy kéo dài nên bên cạnh tính tích cực là bảo vệ cây trồng, HCBVTV ít nhiều đã gây ảnh hƣởng đến sinh vật và môi trƣờng xung quanh. Đặc biệt, HCBVTV có thể tích tụ trong các sản phẩm nông nghiệp từ môi trƣờng đất và gây hại trực tiếp đến con ngƣời. Việc xác định dƣ lƣợng HCBVTV trong đất nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm môi trƣờng và đảm bảo cho phát triển nền nông nghiệp sạch, an toàn.

Hiện nay, tại Việt Nam công tác đánh giá dƣ lƣợng HCBVTV trong đất vẫn đƣợc tiến hành riêng theo từng nhóm chất, mỗi nhóm có qui trình phân tích riêng (phƣơng pháp truyền thống). Mỗi qui trình bao gồm quá trình chiết (thƣờng là shoxlet), làm sạch bằng sắc ký cột và phân tích trên thiết bị phù hợp. Vì vậy, để có thể phân tích hết các HCBVTV, cần dùng nhiều kỹ thuật chiết và phân tích khác nhau, dẫn đến mất thời gian (chiết đến 16 – 18 tiếng) và tốn kinh phí (cần trên 1 lít dung môi). Do đó, việc xây dựng phƣơng pháp có thể xác định đồng thời nhiều HCBVTV thuộc các nhóm khác nhau là cần thiết.

3 luan an Trên thế giới, các phƣơng pháp xác định HCBVTV đã hình thành từ rất lâu và ngày càng phát triển theo hƣớng áp dụng các kỹ thuật, công nghệ mới nhằm tăng hiệu quả, độ chính xác và giảm chi phí, thời gian [1]. 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 luan an CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về hoá chất bảo vệ thực vật 1.1 Phân loại hóa chất bảo vệ thực vật Hóa chất bảo vệ thực vật là các loại hóa chất đƣợc sử dụng trong canh tác nông lâm nghiệp nhằm mục đích bảo vệ cây trồng khỏi các sinh vật gây hại. Hiện nay trên thế giới, có trên 1500 loại hóa chất bảo vệ thực vật đã và đang đƣợc sử dụng, đƣợc phân loại dựa trên thành phần, cấu tạo hóa học (nhóm cơ clo, cơ phốt pho, carbamate. ) hay theo công dụng (thuốc trừ sâu, trừ nấm, trừ cỏ…) và đôi khi theo cấp độ độc hoặc theo thời gian phân hủy của chúng. Theo cấu tạo hoá học, HCBVTV có thể đƣợc phân thành các nhóm chính sau: [2-3] - Nhóm cơ Clo (Organochlorines) là các hợp chất hữu cơ với năm hoặc nhiều hơn các nguyên tử clo và là HCBVTV hữu cơ tổng hợp đầu tiên đƣợc sử dụng trong nông nghiệp, y tế công cộng và tồn tại trong môi trƣờng với thời gian dài trƣớc khi phân huỷ hoàn toàn.

HCBVTV clo hữu cơ gây rối loạn hệ thần kinh dẫn đến co giật, tê liệt và gây tử vong cho côn trùng. Phần lớn các hoạt chất thuộc nhóm đã bị cấm hoặc hạn chế sử dụng. Một số ví dụ đại diện đã đƣợc sử dụng phổ biến những thập niên 70, 80 của thế kỷ trƣớc là DDT, lindane, endosulfan, aldrin, dieldrin và chlordane. 5 luan an - Nhóm cơ Phốt pho (Organophosphorous): có cấu trúc cơ bản đƣợc xác định theo công thức Schrader, trong đó, R1 và R2 thƣờng là nhóm methyl hoặc 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 luan an - 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 permethrin, cypermethrin và deltamethrin. - Một số nhóm HCBVTV khác: Một số HCBVTV có cấu tạo khác biệt do dó không đƣợc xếp vào các nhóm chính nêu trên và cũng có nhiều HCBVTV không đƣợc xếp vào một nhóm cụ thể nào.2 Tình hình sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật - Trên thế giới [2]: HCBVTV đã đƣợc sử dụng từ rất lâu và có nguồn gốc chủ yếu từ vô cơ, nhƣ đồng, thủy ngân, asen (trƣớc năm 1940). Đến năm 1939, thuốc trừ sâu tổng hợp đầu tiên (DDT - thuộc nhóm cơ clo) ra đời và đƣợc xem là thần dƣợc cho nông nghiệp. 7 luan an Những năm tiếp sau đó, rất nhiều HCBVTV nhóm cơ clo đƣợc phát triển và sử dụng rộng rãi do có hoạt tính cao (mặc dù nhóm cơ phốt pho và carbamat đã đƣợc hình thành).

Tuy nhiên, đến những năm 60, nhiều báo cáo về tính độc hại cũng nhƣ ảnh hƣởng của nhóm cơ clo đến sức khỏe và môi trƣờng đã đƣợc ghi nhận và việc sử dụng DDT cũng nhƣ nhiều hoạt chất HCBVTV nhóm cơ clo đã bị cấm sử dụng trong nông nghiệp tại Mỹ vào năm 1973. Việc cấm này tạo điều kiện cho việc phát triển các HCBVTV thân thiện với môi trƣờng hơn nhƣ nhóm cơ phốt pho, nhóm carbamat và cũng đánh dấu sự ra đời của nhóm pyrethroid. Từ năm 1980 đến nay, đã phát minh ra nhiều loại HCBVTV mới có tính an toàn và ít độc hại hơn, trong đó tập trung vào các chất có nguồn gốc sinh học, từ tự nhiên. Các HCBVTV mới này có tính chọn lọc cao, ít độc hại nhƣng có phổ tác 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. 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. Danh mục thuốc BVTV đƣợc phép sử dụng ở nƣớc ta đến năm 2013 đã lên tới 1.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Bài luận án tiến sĩ mang tiêu đề "Nghiên cứu phát triển kỹ thuật Quechers GC-MS 3 SIM cho phân tích dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật trong đất" của tác giả Phạm Tuấn Linh, dưới sự hướng dẫn của PGS. Nguyễn Hồng Khánh, được thực hiện tại Học viện Khoa học và Công nghệ. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển và tối ưu hóa kỹ thuật Quechers kết hợp với phương pháp GC-MS để phân tích dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật trong đất, một vấn đề quan trọng trong bảo vệ môi trường và an toàn thực phẩm. Bài viết không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về quy trình phân tích mà còn nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm soát dư lượng hóa chất trong nông nghiệp.

Để mở rộng thêm kiến thức về các phương pháp phân tích hóa học và ứng dụng trong lĩnh vực môi trường, bạn có thể tham khảo các tài liệu liên quan như "Nghiên cứu hàm lượng crom và mangan trong lá chè tại Mộc Châu và Bắc Yên, Sơn La", nơi cũng đề cập đến phân tích hóa học trong môi trường nông nghiệp. Bên cạnh đó, bài viết "Luận án tiến sĩ về hoạt tính sinh học của hợp chất tử vi nấm biển tại miền Trung Việt Nam" có thể cung cấp thêm thông tin về các hợp chất tự nhiên và ứng dụng của chúng trong nghiên cứu sinh học. Cuối cùng, bạn cũng có thể tìm hiểu thêm về "Luận án tiến sĩ về cấu trúc nano vàng bạc trên silic trong nhận biết phân tử hữu cơ bằng tán xạ Raman", một nghiên cứu liên quan đến công nghệ phân tích hiện đại trong hóa học. Những tài liệu này sẽ giúp bạn có cái nhìn toàn diện hơn về các phương pháp phân tích và ứng dụng trong lĩnh vực hóa học và môi trường.