Luận văn thạc sĩ hus nghiên cứu phân tích sarafloxacin và các sản phẩm chuyển hóa của nó tạo thành trong quá trình xử lí bằng xúc tác quang hóa

Nghiên cứu phân tích sarafloxacin và sản phẩm chuyển hóa trong xử lý bằng xúc tác quang hóa, góp phần nâng cao hiệu quả xử lý nước.

• Tác giả: Bùi Thị Ngọc Thơm
• Người hướng dẫn: TS. Lê Trường Giang
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Hóa phân tích
• Đề tài: Nghiên cứu phân tích Sarafloxacine và các sản phẩm chuyển hóa của nó tạo thành trong quá trình xử lí bằng xúc tác quang hóa
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Hiện trạng sử dụng thuốc kháng sinh trong nuôi trồng thủy sản ở Việt Nam
• 1.2. Các nguồn phát tán hợp chất kháng sinh vào môi trường
• 1.3. Ảnh hưởng của các hợp chất thuốc kháng sinh đến môi trường và con người
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
• 2.2. Dựng đường chuẩn xác định nồng độ H2O2 theo phương pháp đo quang
• 2.3. Thí nghiệm quang hóa
• 2.4. Hóa chất và thiết bị
• 2.5. Chuẩn bị dung dịch chuẩn Sarafloxacin
• 2.6. Dựng đường chuẩn theo phương pháp HPLC
• 2.7. Thí nghiệm phản ứng quang hóa
• 2.8. Quang phân SARA tại các pH khác nhau
• 2.9. Quang phân SARA trong môi trường có ion vô cơ
• 2.10. Quang phân SARA trong môi trường có H2O2
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Khảo sát và tính toán phổ hấp thụ phân tử trong vùng UV của Sarafloxacin
• 3.2. Phổ hấp thụ của SARA tại các giá trị pH khác nhau
• 3.3. Tính toán hệ số hấp thụ mol của phân tử của SARA
• 3.4. Sự phụ thuộc của các dạng tồn tại của SARA vào pH dung dịch
• 3.5. Tính toán phổ hấp thụ quang phân tử Sarafloxacin
• 3.6. Nghiên cứu điều kiện xác định Sarafloxacin bằng HPLC/PDA
• 3.6.1. Chọn thể tích bơm mẫu
• 3.6.2. Chọn pha tĩnh
• 3.6.3. Khảo sát pha động
• 3.6.4. Khảo sát thành phần pha động
• 3.6.5. Khảo sát tỉ lệ dung môi pha động
• 3.6.6. Khảo sát tốc độ pha động
• 3.7. Đánh giá phương pháp phân tích
• 3.8. Lập đường chuẩn xác định Sarafloxacin
• 3.9. Giới hạn phát hiện LOD và giới hạn định lượng LOQ
• 3.10. Độ chính xác của phép đo
• 3.11. Độ lặp lại của phép đo
• 3.12. Phân tích mẫu thực
• 3.13. Sự phân hủy Sarafloxacin bằng phương pháp quang hóa
• 3.14. Xác định cường độ dòng photon Io của đèn UV
• 3.15. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến tốc độ quang phân Sarafloxacin
• 3.16. Khảo sát sự quang phân của SARA tại pH 2,5
• 3.17. Khảo sát sự quang phân của SARA tại pH 4,2
• 3.18. Khảo sát sự quang phân của SARA tại pH 6,9
• 3.19. Khảo sát sự quang phân của SARA tại pH 9,2
• 3.20. Khảo sát sự quang phân của SARA tại pH 11,5
• 3.21. Khảo sát ảnh hưởng của anion ClO4-, Cl-, SO42-
• 3.22. Khảo sát sự ảnh hưởng của ion ClO4-
• 3.23. Khảo sát sự ảnh hưởng của ion Cl-
• 3.24. Khảo sát sự ảnh hưởng của ion SO42-
• 3.25. Khảo sát ảnh hưởng của H2O2
• 3.26. Nghiên cứu các sản phẩm chuyển hóa của quá trình quang hóa Sarafloxacin tại bước sóng 254nm
• 3.27. Hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên cứu Sarafloxacin và sản phẩm chuyển hóa

Nghiên cứu về Sarafloxacin và các sản phẩm chuyển hóa của nó trong quá trình xử lý quang hóa đang trở thành một chủ đề nóng trong lĩnh vực hóa học môi trường. Sarafloxacin là một loại kháng sinh thuộc nhóm floroquinolone, được sử dụng rộng rãi trong nuôi trồng thủy sản. Tuy nhiên, sự tồn dư của nó trong môi trường có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng. Việc phân tích và hiểu rõ quá trình chuyển hóa của Sarafloxacin là cần thiết để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người.

1.1. Tầm quan trọng của Sarafloxacin trong nuôi trồng thủy sản

Sarafloxacin được sử dụng để điều trị nhiều bệnh ở cá, giúp tăng năng suất nuôi trồng. Tuy nhiên, việc sử dụng không kiểm soát có thể dẫn đến sự tích lũy trong môi trường, gây ra các vấn đề về sức khỏe cho người tiêu dùng và hệ sinh thái.

1.2. Các sản phẩm chuyển hóa của Sarafloxacin

Trong quá trình xử lý quang hóa, Sarafloxacin có thể tạo ra nhiều sản phẩm chuyển hóa khác nhau. Những sản phẩm này có thể có tính chất độc hại, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và động vật. Việc phân tích các sản phẩm này là rất quan trọng để đánh giá rủi ro môi trường.

II. Vấn đề tồn dư Sarafloxacin trong môi trường

Tình trạng tồn dư của Sarafloxacin trong môi trường nước và thực phẩm đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự tích lũy của kháng sinh trong môi trường có thể dẫn đến sự phát triển của vi khuẩn kháng thuốc. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe con người mà còn đến toàn bộ hệ sinh thái.

2.1. Nguyên nhân gây ra tồn dư Sarafloxacin

Nguyên nhân chính dẫn đến tồn dư Sarafloxacin bao gồm việc sử dụng kháng sinh không đúng cách trong nuôi trồng thủy sản và thiếu quy định chặt chẽ trong quản lý thuốc thú y. Việc này dẫn đến sự phát tán của kháng sinh vào môi trường nước.

2.2. Tác động của tồn dư Sarafloxacin đến sức khỏe con người

Sự tồn dư của Sarafloxacin trong thực phẩm có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe, bao gồm dị ứng, ngộ độc và sự phát triển của vi khuẩn kháng thuốc. Điều này đặt ra một thách thức lớn cho ngành y tế và an toàn thực phẩm.

III. Phương pháp xử lý quang hóa Sarafloxacin hiệu quả

Xử lý quang hóa là một trong những phương pháp hiệu quả để loại bỏ Sarafloxacin khỏi môi trường. Phương pháp này sử dụng ánh sáng để kích thích phản ứng hóa học, giúp phân hủy các hợp chất kháng sinh thành các sản phẩm không độc hại.

3.1. Nguyên lý của phương pháp xử lý quang hóa

Phương pháp xử lý quang hóa dựa trên nguyên lý sử dụng ánh sáng UV để kích thích các phản ứng hóa học, giúp phân hủy Sarafloxacin và các sản phẩm chuyển hóa của nó. Quá trình này có thể diễn ra nhanh chóng và hiệu quả.

3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý quang hóa

Hiệu quả của phương pháp xử lý quang hóa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như pH, nồng độ Sarafloxacin, và cường độ ánh sáng. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là cần thiết để đạt được kết quả tốt nhất.

IV. Kết quả nghiên cứu về sản phẩm chuyển hóa của Sarafloxacin

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng quá trình xử lý quang hóa Sarafloxacin tạo ra nhiều sản phẩm chuyển hóa khác nhau. Những sản phẩm này cần được phân tích để đánh giá tính độc hại và khả năng phân hủy của chúng trong môi trường.

4.1. Phân tích các sản phẩm chuyển hóa

Việc phân tích các sản phẩm chuyển hóa của Sarafloxacin giúp hiểu rõ hơn về tính chất hóa học và độc tính của chúng. Các phương pháp phân tích hiện đại như HPLC và MS được sử dụng để xác định các sản phẩm này.

4.2. Đánh giá tính độc hại của sản phẩm chuyển hóa

Đánh giá tính độc hại của các sản phẩm chuyển hóa là rất quan trọng để xác định rủi ro cho sức khỏe con người và môi trường. Các nghiên cứu cho thấy một số sản phẩm có thể có tính chất độc hại cao hơn so với Sarafloxacin ban đầu.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai

Nghiên cứu về Sarafloxacin và các sản phẩm chuyển hóa của nó trong quá trình xử lý quang hóa mở ra nhiều hướng phát triển mới trong lĩnh vực hóa học môi trường. Cần có thêm nhiều nghiên cứu để hiểu rõ hơn về tác động của kháng sinh đến môi trường và sức khỏe con người.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc phát triển các phương pháp xử lý hiệu quả hơn và an toàn hơn cho môi trường. Điều này sẽ giúp giảm thiểu tác động tiêu cực của Sarafloxacin và các kháng sinh khác.

5.2. Đề xuất các giải pháp quản lý hiệu quả

Cần có các giải pháp quản lý chặt chẽ hơn trong việc sử dụng kháng sinh trong nuôi trồng thủy sản. Việc này không chỉ bảo vệ sức khỏe con người mà còn bảo vệ môi trường sống.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự bùng nổ của ngành nuôi trồng và xuất khẩu thủy sản Việt Nam đã đạt những mốc tăng trưởng ấn tượng với kim ngạch năm 2007 vượt 3,76 tỷ USD, trong đó riêng tôm đông lạnh đóng góp 145 nghìn tấn với giá trị 1,37 tỷ USD. Tuy nhiên, rào cản kỹ thuật và an toàn thực phẩm từ các thị trường quốc tế ngày càng khắt khe khi hàng loạt thị trường lớn phát hiện dư lượng kháng sinh vượt ngưỡng. Điển hình, trong giai đoạn tháng 4 đến tháng 6 năm 2007, đã có 27 lô hàng thủy sản Việt Nam bị từ chối nhập khẩu vào Mỹ, đồng thời hơn 30 doanh nghiệp bị phía Nhật Bản đưa vào diện cảnh báo kiểm tra nghiêm ngặt. Nhằm kiểm soát chất lượng, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đã ban hành Thông tư số 15/2009/TT-BNN quy định giới hạn dư lượng tối đa cho phép của Sarafloxacin trong thủy sản ở mức 30 ppb.

Sarafloxacin là một kháng sinh tổng hợp quan trọng thuộc nhóm Fluoroquinolone với khối lượng phân tử 385,364 g/mol và độ tan trong nước đạt 100 mg/L ở 20°C. Mặc dù có hoạt tính diệt khuẩn phổ rộng mạnh mẽ, Sarafloxacin rất khó bị phân hủy sinh học tự nhiên, dẫn đến nguy cơ tích lũy lâu dài trong nguồn nước ao nuôi, gây hiện tượng nhờn kháng sinh và đe dọa trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng. Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là xây dựng quy trình phân tích định lượng Sarafloxacin bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao đầu dò chuỗi diode quang kết hợp khảo sát động học quá trình phân hủy quang hóa dưới bức xạ cực tím tại bước sóng 254 nm, đồng thời xác định các sản phẩm chuyển hóa trung gian. Công trình được thực hiện trên các hệ mẫu nước mô phỏng và nước ao nuôi thực tế tại Hà Nội, cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học tin cậy giúp nâng cao hiệu suất loại bỏ chất ô nhiễm trên 90% và hoàn thiện hệ thống quan trắc dư lượng kháng sinh theo chuẩn quốc tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết quá trình oxy hóa nâng cao cùng quy luật hấp thụ quang học phân tử theo định luật Lambert-Beer. Dưới tác dụng của bức xạ tử ngoại có năng lượng photon cao, các phân tử hữu cơ bị kích hoạt trạng thái điện tử và tương tác với các gốc tự do có thế oxy hóa mạnh để bẻ gãy cấu trúc mạch vòng bền vững.

Cơ chế phân ly axit - bazơ đóng vai trò then chốt trong việc kiểm soát trạng thái tồn tại của phân tử. Sarafloxacin có công thức phân tử C20H17F2N3O3 với hai hằng số phân ly đặc trưng gồm pKa1 bằng 6,0 và pKa2 bằng 8,6. Trong dung dịch nước, hợp chất biến đổi linh hoạt giữa ba dạng ion: dạng cation chiếm ưu thế trong môi trường axit mạnh, dạng anion chiếm ưu thế trong môi trường kiềm, và dạng ion lưỡng tính chiếm tỷ lệ cực đại 90,88% tại điểm đẳng điện pH 7,3. Ba khái niệm chuyên ngành nền tảng chi phối toàn bộ mô hình nghiên cứu bao gồm: hiệu suất lượng tử quang phân, gốc tự do hydroxyl, và giới hạn dư lượng tối đa cho phép 30 ppb theo tiêu chuẩn an toàn thực phẩm.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng mẫu chuẩn gốc Sarafloxacin hydrochloride độ tinh khiết 97,3% được hòa tan trong dung môi methanol để pha dãy nồng độ chuẩn từ 0,1 µM đến 5,0 µM. Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ quá trình khảo sát 5 môi trường pH đặc trưng gồm 2,5; 4,2; 6,9; 9,2 và 11,5; kết hợp khảo sát ảnh hưởng của chất oxy hóa hydro peroxit ở dải nồng độ 0,001 - 0,1 mM và các anion vô cơ như clorua 100 mM hay sunfat 33,33 mM. Mẫu thực tế được lấy ngẫu nhiên tại các ao nuôi cá nước ngọt để tiến hành quy trình thêm chuẩn nhằm đánh giá độ thu hồi.

Quy trình phân tích định lượng được thực hiện trên hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao trang bị cột pha đảo Ultra Aqueous C18 kích thước 250 x 3,2 mm với cỡ hạt nhồi 5 µm. Hệ pha động đẳng dòng gồm axetonitrin và dung dịch axit formic 0,5% phối trộn theo tỷ lệ thể tích 25:75, tốc độ dòng 0,5 mL/phút, thể tích bơm mẫu cố định 20 µL và bước sóng phát hiện tại 280 nm. Phản ứng quang hóa diễn ra trong bình phản ứng chuyên dụng sử dụng đèn thủy ngân áp suất thấp phát bức xạ UV 254 nm công suất 6W. Phương pháp sắc ký lỏng ghép nối khối phổ được lựa chọn để định danh các sản phẩm phân hủy nhờ khả năng phân tách chọn lọc cao, độ nhạy vượt trội và khả năng xác định chính xác khối lượng phân tử các chất trung gian.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu đã tối ưu hóa thành công quy trình sắc ký lỏng hiệu năng cao cho phép xác định Sarafloxacin với thời gian lưu ổn định tại 8,688 phút. Đường chuẩn thực nghiệm thể hiện độ tuyến tính tuyệt đối trong khoảng nồng độ 0,1 - 5,0 µM với hệ số tương quan R² vượt 0,999. Khi ứng dụng trên mẫu nước ao nuôi cá bằng phương pháp thêm chuẩn, độ thu hồi của phương pháp đạt trên 92%, khẳng định độ chính xác và độ lặp lại cao của quy trình phân tích.

Thứ hai, đặc tính phổ hấp thụ phân tử phụ thuộc sâu sắc vào cấu trúc ion hóa theo pH. Tại môi trường trung tính pH 7,1, Sarafloxacin hấp thụ mạnh nhất tại bước sóng 274 nm với hệ số hấp thụ mol đạt 33.750 L/(mol·cm) và đỉnh phụ tại 321 nm với hệ số hấp thụ 14.000 L/(mol·cm). Khi chuyển sang môi trường axit pH 2,4, đỉnh hấp thụ cực đại bị dịch chuyển sang bước sóng 278 nm do hiệu ứng proton hóa nhóm piperazinyl.

Thứ ba, tốc độ quang phân Sarafloxacin dưới bức xạ UV 254 nm tuân theo quy luật động học bậc một biểu kiến. Vận tốc phân hủy biến thiên rõ rệt theo môi trường: tại pH kiềm 9,2 và 11,5, tốc độ phân hủy diễn ra nhanh hơn gấp khoảng 1,5 đến 2,0 lần so với môi trường axit pH 2,5.

Thứ tư, sự có mặt của hydro peroxit ở nồng độ 0,05 - 0,1 mM làm gia tăng tốc độ phân hủy của chất kháng sinh lên hơn 300% nhờ sự kích hoạt tạo ra mật độ gốc hydroxyl tự do dồi dào. Ngược lại, các ion vô cơ như clorua và sunfat thể hiện hiệu ứng cạnh tranh và làm suy giảm nhẹ tốc độ phản ứng quang hóa. Phân tích khối phổ đã phát hiện ít nhất 4 sản phẩm chuyển hóa chính sinh ra từ quá trình oxy hóa mở vòng piperazin và khử flo trên khung quinolone.

Thảo luận kết quả

Diễn biến động học của quá trình quang phân được minh họa rõ nét qua các đồ thị suy giảm nồng độ biểu diễn mối tương quan giữa logarit nồng độ theo thời gian chiếu xạ. Dữ liệu thực nghiệm thu được hoàn toàn tương thích với mô hình toán học lượng tử khi hệ số suy giảm quang học bám sát đường cong lý thuyết.

Sự khác biệt về vận tốc phân hủy tại các khoảng pH xuất phát từ sự biến đổi cấu trúc phân tử: dạng anion tại pH kiềm có mật độ điện tử cao hơn trên khung thơm, làm tăng khả năng nhạy quang và tương tác quang hóa so với dạng cation tại pH axit. Khi so sánh với một nghiên cứu độc lập công bố hằng số tốc độ quang phân của Sarafloxacin ở mức 0,26 h⁻¹, hệ thống quang hóa UV kết hợp hydro peroxit trong luận văn đã cải thiện hằng số tốc độ lên gấp nhiều lần. Kết quả phân tích phổ khối cho thấy bức xạ tử ngoại không chỉ phân cắt liên kết quang hóa trực tiếp mà còn kích hoạt phản ứng cộng gốc hydroxyl, mở ra lộ trình phân hủy triệt để chất ô nhiễm thành các phân tử phân cực nhỏ hơn và thân thiện với môi trường sinh thái.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, chuẩn hóa và chuyển giao quy trình phân tích Sarafloxacin bằng hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao đầu dò chuỗi diode quang cho các trung tâm kiểm nghiệm chất lượng thủy sản. Thời gian triển khai dự kiến trong 6 tháng do Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam phối hợp cùng Cục Quản lý Chất lượng Nông Lâm sản và Thủy sản thực hiện, nhằm bảo đảm kiểm soát chính xác ngưỡng tồn dư 30 ppb trên các lô hàng xuất khẩu.

Thứ hai, ứng dụng công nghệ oxy hóa nâng cao tích hợp đèn chiếu xạ tử ngoại bước sóng 254 nm công suất tối ưu kết hợp bổ sung hydro peroxit nồng độ 0,05 - 0,1 mM vào hệ thống xử lý nước thải ao nuôi thủy sản tập trung. Doanh nghiệp chế biến thủy sản và các trang trại nuôi tôm cá quy mô lớn cần chủ trì lắp đặt thử nghiệm trong vòng 12 tháng để đạt mục tiêu loại bỏ trên 95% dư lượng kháng sinh trước khi xả thải.

Thứ ba, điều chỉnh và kiểm soát giá trị pH nguồn nước thải ao nuôi duy trì trong ngưỡng trung tính hoặc kiềm nhẹ từ 7,0 đến 8,5 trước khi đưa vào công đoạn xử lý quang hóa. Giải pháp này giúp tối ưu hóa dạng tồn tại ion lưỡng tính và anion của kháng sinh, gia tăng vận tốc phân hủy thêm 40%, được giao cho các kỹ sư vận hành trạm xử lý nước thải áp dụng trực tiếp vào quy trình hàng ngày.

Thứ tư, xây dựng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giám sát các sản phẩm chuyển hóa quang hóa của nhóm Fluoroquinolone bằng công nghệ sắc ký lỏng ghép khối phổ. Bộ Khoa học và Công nghệ cùng Bộ Tài nguyên và Môi trường cần hoàn thiện khung văn bản pháp lý này trong thời gian 18 tháng để ngăn ngừa rủi ro độc học sinh thái từ các sản phẩm phụ thứ cấp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm chuyên viên kiểm nghiệm và phân tích hóa lý tại các phòng thí nghiệm đạt chuẩn quốc tế: Tiếp cận quy trình vận hành sắc ký lỏng hiệu năng cao tối ưu với cột Ultra Aqueous C18, thông số pha động axetonitrin và axit formic 0,5% để phân tích chính xác dư lượng kháng sinh trong thực phẩm.

Nhóm kỹ sư công nghệ môi trường và xử lý nước thải công nghiệp: Ứng dụng các thông số động học phản ứng oxy hóa nâng cao và mô hình quang hóa UV bước sóng 254 nm để thiết kế các module xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản quy mô trang trại.

Nhóm nhà nghiên cứu, giảng viên và học viên cao học chuyên ngành Hóa phân tích, Hóa môi trường: Sử dụng các mô hình tính toán phổ hấp thụ phân tử, phương pháp xác định hằng số phân ly pKa và dữ liệu phổ khối làm tài liệu tham khảo chuyên sâu phục vụ công tác giảng dạy và phát triển đề tài.

Nhóm cán bộ quản lý chất lượng nông lâm thủy sản và các chủ cơ sở nuôi trồng: Nắm vững các quy định về an toàn hóa chất theo Thông tư số 15/2009/TT-BNN, hiểu rõ rủi ro tồn dư Sarafloxacin để xây dựng quy trình quản trị ao nuôi an toàn và đáp ứng các tiêu chuẩn xuất khẩu quốc tế.

Câu hỏi thường gặp

Sarafloxacin có đặc tính phân hủy sinh học trong môi trường tự nhiên như thế nào? Kháng sinh Sarafloxacin sở hữu khung phân tử Fluoroquinolone liên hợp bền vững, ức chế enzyme gyrase của vi sinh vật nên gần như không bị phân hủy bởi các hệ vi sinh thông thường trong bùn đất hay nước ao nuôi. Việc tích lũy kéo dài tạo ra áp lực chọn lọc vi khuẩn kháng thuốc, đòi hỏi phải áp dụng các quá trình oxy hóa nâng cao để phân hủy.

Cột sắc ký và điều kiện pha động nào cho hiệu quả phân tích sắc ký lỏng tối ưu nhất? Nghiên cứu xác định cột Ultra Aqueous C18 kích thước 250 x 3,2 mm với cỡ hạt 5 µm mang lại khả năng phân tách sắc nét nhất. Pha động tối ưu là hỗn hợp axetonitrin và dung dịch axit formic 0,5% phối trộn tỷ lệ 25:75 ở tốc độ 0,5 mL/phút, cho thời gian lưu ổn định tại 8,688 phút.

Sự thay đổi pH ảnh hưởng như thế nào đến trạng thái tồn tại và quang phân của chất? Sarafloxacin có pKa1 bằng 6,0 và pKa2 bằng 8,6 nên tồn tại dưới dạng cation ở pH dưới 4,0, dạng ion lưỡng tính chiếm 90,88% ở pH 7,3 và dạng anion ở pH trên 11,0. Môi trường kiềm thúc đẩy tốc độ quang phân diễn ra nhanh gấp khoảng 1,5 đến 2,0 lần so với môi trường axit.

Vai trò của hydro peroxit trong quá trình quang hóa bằng bức xạ tử ngoại là gì? Bức xạ UV tại bước sóng 254 nm kích hoạt phân cắt liên kết trong phân tử hydro peroxit, sản sinh các gốc tự do hydroxyl có hoạt tính oxy hóa cực mạnh. Sự kết hợp này gia tăng tốc độ phân hủy Sarafloxacin lên trên 300% so với phương pháp chỉ sử dụng quang phân đơn thuần.

Các sản phẩm chuyển hóa sinh ra sau quá trình quang hóa được nhận diện bằng công cụ nào? Các sản phẩm phân hủy trung gian được phân tách và định danh chính xác thông qua hệ thống sắc ký lỏng ghép nối khối phổ. Quá trình quang phân làm suy biến vòng piperazinyl và loại bỏ các nguyên tử flo, tạo ra các hợp chất phân cực có độc tính thấp hơn chất mẹ.

Kết luận

• Xây dựng thành công phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao với đầu dò chuỗi diode quang đạt độ tin cậy cao, định lượng chính xác Sarafloxacin trong dải 0,1 - 5,0 µM với độ thu hồi trên 92%.
• Làm sáng tỏ quy luật phân ly ba trạng thái ion của Sarafloxacin dựa trên hai hằng số phân ly pKa1 bằng 6,0 và pKa2 bằng 8,6, chứng minh dạng ion lưỡng tính đạt tỷ lệ 90,88% tại pH 7,3.
• Xác định động học phân hủy quang hóa dưới bức xạ cực tím bước sóng 254 nm tuân theo bậc một biểu kiến, trong đó môi trường kiềm cho tốc độ phân hủy cao vượt trội so với môi trường axit.
• Khẳng định vai trò xúc tác mạnh mẽ của hydro peroxit giúp tăng vận tốc phản ứng lên hơn 300% nhờ cơ chế tạo gốc tự do hydroxyl, đồng thời giải mã cấu trúc các sản phẩm chuyển hóa bằng phổ khối.
• Cung cấp giải pháp công nghệ thiết thực phục vụ việc kiểm soát ngưỡng dư lượng 30 ppb, góp phần tháo gỡ rào cản kỹ thuật an toàn thực phẩm cho thủy sản xuất khẩu.

Trong giai đoạn 12 đến 24 tháng tới, các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung đánh giá độc tính sinh thái dài hạn của các sản phẩm trung gian trên sinh vật thủy sinh. Các viện nghiên cứu, trung tâm phân tích và doanh nghiệp nuôi trồng thủy sản hãy chủ động liên hệ hợp tác để chuyển giao và ứng dụng ngay quy trình công nghệ tiên tiến này vào thực tiễn sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tổng Quan Tên IUPAC: 6-Fluoro -1- ( 4- fluorophenyl ) -4- oxo-7-( 1-piperazinyl )-1,4- dihydro-3-quinolinecarboxylic axit. Khối lượng phân tử: 385,364 g/mol. Điểm nóng chảy: 329,58oC.

Điểm sôi: 621,353 °C at 760 mmHg. Độ hòa tan trong nước ở 20oC : 100 mg/l. Hằng số axit- bazơ: pKa1= 6,0. Tác dụng sinh hóa của Sarafloxacin Sarafloxacin là một fluoroquinolone thuốc kháng khuẩn đã được phê duyệt trong năm 1996 trong Hoa Kỳ dùng trong thú y để kiểm soát bệnh tật và tỷ lệ tử vong liên quan đến cúm gia cầm colibacillosis nhiễm trùng [34].

Nó thì thực sự hiệu nghiệm cho phép chữa bằng tác nhân hóa học đã từng được dùng cho một dải rộng cho cả vi khuẩn gram âm và gram dương. Như fluoroquinolones khác, nó hoạt động bằng cách ức chế tác dụng của enzyme DAN gyrase làm cho hai mạch đơn của DAN không thể duỗi xoắn làm ngăn cản quá trình nhân đôi của DAN. [48] Các tác dụng phụ khi quá liều có thể xảy ra như ảnh hưởng đến chức năng tiêu hóa, nhức đầu, buồn ngủ, một số trường hợp khác còn có thể dẫn đến như tiêu cơ vân, viêm gân, mê sảng, hạ đường huyết gây tử vong, ngoài ra một số sản phẩm còn gây ra sự tăng men gan và rối loạn chức năng của gan. Tác hại của kháng sinh nhóm fluoroquinolone được cho là có nguy cơ gây đột biến gen, gây sẩy thai khi sử dụng cho động vật mang thai.

Do đó, khuyến cáo là không nên dụng kháng sinh nhóm fluoroquinolone cho động vật mang thai, động vật sinh sản và làm giống. Bên cạnh đó, sự tồn lưu thời gian dài sau khi sử dụng thuốc kháng sinh nhóm fluoroquinolone cũng là nguyên nhân dẫn đến việc hạn chế và cấm sử dụng những kháng sinh thuộc nhóm này. Ở Mỹ, cơ quan quản lý thực phẩm và dược phẩm của Mỹ (FDA: Food and Drug Administration) đã không chấp nhận sự tồn lưu kháng sinh nhóm fluoroquinolone trong sản phẩm thủy sản. Ở châu Âu, EU đã thiết lập giới hạn lớn nhất (MRLs) đối với dư lượng thuốc trong thực phẩm cung cấp cho con người vào 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Chương 1.

Tổng Quan những năm 1990. Trong “Council directive 96/23/EC in 1996” đã quy định rõ là enrofloxacin trong cơ, gan, thận của bò, lợn, gia cầm (gà, vịt) là 30µg/kg; trong sữa bò là 100 µg/kg. Các phƣơng pháp phân tích định lƣợng thuốc kháng sinh Sarafloxacin 1. Phƣơng pháp đo quang Phương pháp phân tích trắc quang do có độ nhạy, độ chính xác và độ chọn lọc khá cao nên dung để xác định hàm lượng nhỏ, hàm lượng trung bình và hàm lượng lớn các nguyên tố trong nhiều đối tượng phân tích, phương pháp này được thực hiện nhanh thuận lợi, thiết bị đơn giản và dễ tự động hóa nên được dùng rộng rãi trong nhiều thí nghiệm nghiên cứu khoa học, phòng thí nghiệm ở nhà máy.

Dùng một số ion kim loại như Fe(III), Cu(II), Cd(II), Mn(II)…để tạo phức với nhóm quionlone. Đo cường độ bước sóng của phức tạo thành bằng máy trắc quang. Lập đồ thị biểu diễn cường độ hấp thu của chất tại bước sóng đó theo những nồng độ khác nhau. Ưu điểm: Phương pháp này sử dụng thiết bị đơn giản, dễ vận hành, chi phí thấp nên được dùng để kiểm tra độ tinh khiết của chất hữu cơ.

Nhược điểm: Độ chọn lọc không cao, độ nhạy kém, phân tích các chất ở nồng độ cao. Phƣơng pháp điện hóa Một số phương pháp điện hóa đã được sử dụng để phân tích Sarafloxacin nhưng không phổ biến nhiều. Rodríguez Cáceres,A. Martínez Cañas với nghiên cứu “Simultaneous determination of quinolones for veterinary use by high-performance liquid chromatography with electrochemical detection’’ đã dùng phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao với đầu dò điện hóa (HPLC-ECD) đã cho phép xác định đồng thời ba fluoroquinolone (FQS), cụ thể là Danofloxacin, Difloxacin và Sarafloxacin.

Các FQS được phân tách trên cột Novapack C-18 và phát hiện bằng thiết bị amperometric cell, hiệu điện thế giữa hai điện cực được thiết lập là +0,8V. Chiết pha rắn đã được sử dụng để tách các chất 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Chương 1. Tổng Quan phân tích trong mẫu thực. Các nồng độ được khảo sát từ 10-150ng/g đối với Danofloxacin, 25-100ng/g cho Sarafloxacin và 50-315ng/g đối với Difloxacin.

Giới hạn phát hiện dưới 10ng/g và hiệu suất thu hồi khoảng 90% cho cả ba chất. Phƣơng pháp ELISA ELISA (enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) hay EIA (Enzyme Immuno Assay) là một kĩ thuật sinh hóa để phát hiện kháng thể hay kháng nguyên trong mẫu xét nghiệm. Hiện nay ELISA được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu như y học, nông nghiệp và đặc biệt là trong các quy trình kiểm tra an toàn chất lượng các sản phẩm sinh học. Nguyên lý của ELISA chính là dựa vào tính đặc hiệu kháng nguyên - kháng thể và gồm các bước cơ bản như sau:  (1)Kháng nguyên - antigen chưa biết được gắn trên một bề mặt.

 (2) Kháng thể - antibody biết trước được "rửa" qua bề mặt đó. Kháng thể này được gắn kết với enzyme.  (3) Thêm vào một cơ chất, enzyme sẽ biến đổi cơ chất này và tạo tín hiệu có thể xác định được. Tuy nhiên, phương pháp ELISA chỉ là một phương pháp bán định lượng và có độ chọn lọc và độ nhạy thấp.

Sử dụng phương pháp ELISA trong xác định dư lượng kháng sinh chỉ mang tính định tính, xác định có hay không dư lượng kháng sinh trong mẫu. Một số ứng dụng của ELISA như: - Xác định nồng độ của kháng thể trong huyết thanh. - Kiểm tra sự có mặt của kháng nguyên. - Phát hiện các yếu tố có khả năng gây dị ứng trong thực phẩm.

- Xác định sự có mặt của dược phẩm. - Xác định hoạt tính của một hợp chất sinh học… Phạm Kim Đăng và cộng sự đã nghiên cứu “ Ứng dụng phương pháp Elisa để phân tích tồn dư kháng sinh nhóm Quinolone trong tôm tại một số tỉnh ven biển khu vực phía Bắc.”Việc nghiên cứu chuẩn hoá kít được thực hiện theo tiêu chuẩn và yêu cầu của Quyết định số 2002/657/EC do Ủy ban Châu Âu thiết lập cho phương pháp 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Chương 1. Tổng Quan bán định lượng. Tình hình tồn dư quinolone trong tôm trên thị trường phía Bắc đã được đánh giá thông qua việc phân tích 90 mẫu tôm được lấy ở 4 địa phương đại diện (Hà Nội, Quảng Ninh, Nam Định, Nghệ An) bằng phương pháp Elisa và được kiểm chứng bằng phương pháp sắc ký lỏng khối phổ (LC-MS/MS).

Kết quả cho thấy kít rất ổn định để phân tích các quinolone được thử và trong tôm với giới hạn nồng độ phát hiện là 0,7 ppb cho Sarafloxacin. Phƣơng pháp điện di mao quản Phương pháp điện di mao quản được sử dụng với một số tính chất ưu việt như hiệu quả tách cao, thời gian tách ngắn, lượng mẫu tiêu tốn ít. Phương pháp đã được áp dụng để tách và xác định kháng sinh Sarafloxacin trong một số đối tượng mẫu khác nhau. Lara và cộng sự trong nghiên cứu “Multiresidue Method for the Determination of Quinolone Antibiotics in Bovine Raw Milk by Capillary Electrophoresis Tandem Mass Spectrometry” đã sử dụng phương pháp phân tích mới dựa trên điện di mao quản vùng kết hợp với khối phổ hai lần (CZE-MS/MS) cho việc xác định và định lượng đồng thời tám quinolone dùng trong thú y có trong sữa bò.

Các thông số khác nhau (ví dụ thành phần đệm tách và các điều kiện) đã được tối ưu hóa để có được một hệ thống tách đầy đủ và độ nhạy cao. Kết quả khả quan thu được về độ tuyến tính (r2 nằm giữa 0,989 và 0,992) và độ chính xác (RSD dưới 18%). Giới hạn phát hiện (LOD) và định lượng (LOQ) cho Sarafloxacin tương ứng là 6 và 24 ppb, thấp hơn dư lượng tối đa cho phép các chất này trong sữa, hiệu suất thu hồi 81- 110% cho thấy tiềm năng của CZE-MS/MS để phân tích các kháng sinh quinolone quy định về chất lượng thực phẩm và các khu vực kiểm soát an toàn [37]. Piotr Kowalski và Alina Plenis đã nghiên cứu ” Simultaneous determination of six quinolone antibiotics in poultry and porcine samples by capillary electrophoresis”.

Trong nghiên cứu này phương pháp điện di mao quản (CE) đã được dùng để xác định dư lượng của 6 quinolone (enrofloxacin, ciprofloxacin, ofloxacin, lomefloxacin, norfloxacin, cinoxacin) trong thịt gà và cơ lợn. Các mẫu được chiết pha rắn và cho qua cột C-18 trước khi phân tích bằng CE với đầu dò UV. 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Chương 1. Tổng Quan Phương pháp này xác nhận về độ chọn lọc, độ tuyến tính, độ chính xác, hiệu suất thu hồi và sự ổn định.

Các đường tuyến tính của các quinolone với r2> 0,999, CC, CC cho các chất phân tích khoảng 3,2-16,9ng/g và 3,5-20,3 ng/g tương ứng [42]. Phƣơng pháp HPLC Để có thể xác định riêng biệt Sarafloxacin và các sản phẩm phụ cần phải sử dụng phương pháp tách trước khi xác định do đó trong nghiên cứu này chúng tôi đã chọn phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao HPLC/PDA để định lượng thuốc kháng sinh. Phương pháp này có độ chọn lọc cao, độ nhạy cao và có thể phân tích hàng loạt mẫu nên rất thuận lợi cho việc xác định Sarafloxacin trong nghiên cứu sự phân hủy của thuốc kháng sinh. Mặt khác nó cũng là phương pháp hiện đại và đang phát triển mạnh trong các phòng thí nghiệm phân tích của các nước đang phát triển trên thế giới.

Đã có một số công trình nghiên cứu về kháng sinh Sarafloxacin được công bố như sau: Trong nghiên cứu được thực hiện do Robert J. Maxwell , Evjatar Cohen , and Dan J. Donoghue “Determination of Sarafloxacin Residues in Fortified and Incurred Eggs Using On-Line Microdialysis and HPLC/Programmable Fluorescence Detection” đã tách chiết được Sarafloxacin từ trứng gà bằng phương pháp chiết lỏng lỏng kết hợp chương trình làm giàu tự động ASTED và xác định hàm lượng bằng sắc kí lỏng hiệu năng cao với đầu dò huỳnh quang. Hiệu suất thu hồi đạt được từ 87-102%.

Các giá trị độ lệch chuẩn tương đối dao động từ 22-26%. giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng lần lượt là 0,2ng/g và 1ng/g. Theo nghiên cứu của B. Hurtaud-Pessel và P.

Sanders, “Simultaneous determination of six quinolones in pig muscle byliquid chromatography-atmospheric pressure chemical ionisation mass spectrometry” ,nghiên cứu này sử dụng phương pháp LC - MS để xác định dư lượng của 6 loại kháng sinh thuộc nhóm quinolone trong cơ lợn ở mức 7,5 g/kg. Ion hóa học áp suất khí quyển (APCI) đã được sử dụng để kết hợp với LC-MS. 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Chương 1.