Tổng quan nghiên cứu

Hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV) đóng vai trò thiết yếu trong việc phòng chống dịch hại và bảo vệ cây trồng, góp phần nâng cao năng suất nông nghiệp. Tuy nhiên, dư lượng BVTV tồn dư trong nông sản vượt quá giới hạn cho phép có thể gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và động vật. Nhóm hóa chất BVTV carbamat, với đặc điểm độc tính cao và phổ tác dụng hẹp, được sử dụng rộng rãi nhưng cũng tiềm ẩn nguy cơ tích lũy và gây độc hệ thần kinh. Việc xác định đa dư lượng các hóa chất nhóm carbamat trong nông sản là cần thiết để kiểm soát và giảm thiểu tác hại.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng quy trình xác định đa dư lượng lượng vết một số hóa chất bảo vệ thực vật nhóm carbamat trong các mẫu nông sản phổ biến như cam, dưa chuột và gạo bằng phương pháp sắc ký lỏng khối phổ (LC-MS/MS). Nghiên cứu tập trung tối ưu hóa quy trình chiết mẫu, khảo sát điều kiện đo và thẩm định phương pháp nhằm đảm bảo độ nhạy, độ chính xác và độ chọn lọc cao. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Việt Nam trong năm 2023, với các mẫu nông sản thu thập từ nhiều địa điểm cụ thể.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp phương pháp phân tích hiện đại, nhanh chóng và tin cậy để giám sát dư lượng thuốc BVTV nhóm carbamat, góp phần nâng cao chất lượng nông sản, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn thực phẩm quốc tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình phân tích hóa học hiện đại, bao gồm:

  • Lý thuyết sắc ký lỏng (LC): Phân tách các hợp chất dựa trên sự khác biệt tương tác giữa pha tĩnh (cột C18) và pha động (hỗn hợp acetonitril và nước có đệm ammonium acetate). Khái niệm về sắc ký pha đảo được áp dụng để tách các hợp chất carbamat có tính phân cực đa dạng.

  • Lý thuyết khối phổ (MS/MS): Sử dụng bộ lọc tứ cực kép để cô lập ion mẹ, phân mảnh tạo ion con đặc trưng, tăng độ chọn lọc và độ nhạy trong phát hiện các hợp chất ở nồng độ vết (ppb). Kỹ thuật ion hóa mềm ESI và APCI được áp dụng để ion hóa các hợp chất ít bay hơi.

  • Khái niệm dư lượng tối đa cho phép (MRL): Giới hạn dư lượng thuốc BVTV được quy định nhằm bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng, là cơ sở để đánh giá kết quả phân tích.

  • Phương pháp chiết mẫu QuEChERS: Phương pháp chiết nhanh, đơn giản, hiệu quả cao, sử dụng muối MgSO4 và hỗn hợp PSA để tách và làm sạch mẫu nông sản có hàm lượng nước khác nhau.

Các khái niệm chính bao gồm: độ tuyến tính, giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ), độ chính xác (độ lặp lại, độ tái lặp), độ chọn lọc và độ đặc hiệu của phương pháp.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng 15 hóa chất bảo vệ thực vật nhóm carbamat chuẩn phân tích, các mẫu nông sản gồm cam, dưa chuột (hàm lượng nước ≥ 80%) và gạo (hàm lượng nước ≤ 15%) thu thập từ các địa điểm cụ thể tại Việt Nam.

  • Phương pháp chiết mẫu: Áp dụng phương pháp QuEChERS với các bước tối ưu hóa lượng muối MgSO4, tỷ lệ PSA/MgSO4, lượng axit formic và NaOH tùy theo từng nền mẫu để đạt hiệu suất chiết cao nhất. Thời gian ngâm nước mẫu gạo cũng được khảo sát để đảm bảo độ ẩm thích hợp.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng thiết bị sắc ký lỏng khối phổ Shimadzu 8040 QQQ với cột Zorbax Eclipse XDB-C18. Các điều kiện đo như thể tích bơm mẫu (10 µL), tỷ lệ dung môi pha động (acetonitril và nước với ammonium acetate), tốc độ dòng pha động được khảo sát và tối ưu.

  • Thẩm định phương pháp: Thực hiện đánh giá độ chọn lọc, độ đặc hiệu, độ tuyến tính (R2 > 0.995), giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng, độ chính xác (độ lặp lại, độ tái lặp), độ đúng và ước lượng độ không đảm bảo đo theo tiêu chuẩn EN 15662:2018.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành trong năm 2023, bao gồm các giai đoạn chuẩn bị mẫu, khảo sát điều kiện đo và chiết mẫu, thẩm định phương pháp và phân tích mẫu thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Khảo sát điều kiện đo LC-MS/MS:

    • Tỷ lệ dung môi pha động tối ưu là 70% acetonitril (kênh A) và 30% nước (kênh B) với 5 mM ammonium acetate, cho tín hiệu pic cao và sắc nét.
    • Tốc độ dòng pha động 0,6 mL/phút được chọn để cân bằng giữa độ phân giải và thời gian phân tích.
    • Thể tích bơm mẫu 10 µL đảm bảo độ chính xác và tránh quá tải cột.

  2. Tối ưu hóa quy trình chiết mẫu QuEChERS trên các nền mẫu:

    • Lượng MgSO4 tối ưu là 4 g cho nền dưa chuột, giúp hút nước hiệu quả và tăng độ thu hồi hoạt chất lên trên 85%.
    • Tỷ lệ PSA/MgSO4 là 20 mg/80 mg cho hiệu quả làm sạch cơ chất tốt nhất, giảm nhiễu nền.
    • Lượng axit formic 0,1 µL cho nền dưa chuột và 0,3 µL cho nền cam giúp ổn định pH và tăng độ thu hồi.
    • Lượng NaOH 0,3 mL được thêm vào nền cam để trung hòa axit, cải thiện độ thu hồi lên 80-90%.
    • Thời gian ngâm nước 30 phút cho nền gạo giúp mẫu đạt độ ẩm >80%, tăng độ thu hồi lên trên 75%.

  3. Thẩm định phương pháp:

    • Đường chuẩn xây dựng trên nền mẫu trắng có hệ số tương quan R2 > 0.995 cho tất cả 15 hoạt chất, đảm bảo độ tuyến tính cao trong khoảng 0,1-200 ppb.
    • Giới hạn phát hiện (LOD) dao động từ 0,01 đến 0,1 ppb, giới hạn định lượng (LOQ) từ 0,03 đến 0,3 ppb, phù hợp với yêu cầu phân tích dư lượng vết.
    • Độ lặp lại và độ tái lặp nội bộ có RSD dưới 15%, độ đúng đạt 85-110%, đáp ứng tiêu chuẩn EN 15662.
    • Độ không đảm bảo đo ước lượng dưới 20%, đảm bảo tính tin cậy của phương pháp.

  4. Phân tích mẫu thực tế:

    • Phân tích các mẫu cam, dưa chuột và gạo thu thập từ các địa phương cho thấy khoảng 20-30% mẫu có dư lượng carbamat vượt MRL quy định.
    • Carbofuran và fenobucarb là hai hoạt chất được phát hiện phổ biến nhất với nồng độ trung bình lần lượt 0,15 và 0,12 ppb.
    • Kết quả phân tích được trình bày qua biểu đồ cột thể hiện tỷ lệ mẫu vượt ngưỡng và bảng số liệu chi tiết hàm lượng từng hoạt chất trên từng nền mẫu.

Thảo luận kết quả

Kết quả khảo sát điều kiện đo và chiết mẫu cho thấy phương pháp LC-MS/MS kết hợp với chiết QuEChERS là phù hợp để phân tích đa dư lượng carbamat trong nông sản với độ nhạy và độ chọn lọc cao. Việc tối ưu hóa lượng muối và hỗn hợp làm sạch giúp giảm thiểu ảnh hưởng của cơ chất nền, nâng cao độ chính xác và độ tái lập của phương pháp.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, giới hạn phát hiện và độ thu hồi của phương pháp tương đương hoặc vượt trội, chứng tỏ tính hiệu quả của quy trình xây dựng. Kết quả phân tích mẫu thực tế phản ánh thực trạng sử dụng thuốc BVTV nhóm carbamat còn tồn dư vượt mức cho phép, cảnh báo nguy cơ tiềm ẩn đối với sức khỏe người tiêu dùng.

Phương pháp này có thể được ứng dụng rộng rãi trong giám sát an toàn thực phẩm và kiểm soát chất lượng nông sản tại Việt Nam, góp phần nâng cao năng lực phân tích dư lượng thuốc BVTV trong nước.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai áp dụng quy trình phân tích LC-MS/MS kết hợp QuEChERS trong các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm nông sản để giám sát dư lượng thuốc BVTV nhóm carbamat, nhằm nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của kết quả phân tích trong vòng 12 tháng tới.

  2. Tăng cường đào tạo chuyên môn cho cán bộ kỹ thuật về kỹ thuật chiết mẫu và vận hành thiết bị LC-MS/MS, đảm bảo quy trình được thực hiện đúng chuẩn, nâng cao năng lực phân tích dư lượng thuốc BVTV trong các trung tâm kiểm định.

  3. Xây dựng hệ thống dữ liệu dư lượng thuốc BVTV nhóm carbamat trên các loại nông sản phổ biến tại Việt Nam, phục vụ công tác quản lý và ra quyết định chính sách về an toàn thực phẩm trong 2 năm tiếp theo.

  4. Khuyến cáo người nông dân sử dụng thuốc BVTV đúng liều lượng và thời gian cách ly, đồng thời áp dụng các biện pháp canh tác an toàn để giảm thiểu dư lượng thuốc trong nông sản, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

  5. Đề xuất cơ quan quản lý xây dựng tiêu chuẩn và quy định kiểm soát dư lượng thuốc BVTV nhóm carbamat phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam, đảm bảo nông sản xuất khẩu và tiêu thụ nội địa đạt chuẩn an toàn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà khoa học và nghiên cứu trong lĩnh vực hóa học phân tích và an toàn thực phẩm: Luận văn cung cấp quy trình phân tích hiện đại, chi tiết về phương pháp LC-MS/MS và chiết QuEChERS, giúp phát triển nghiên cứu và ứng dụng trong giám sát dư lượng thuốc BVTV.

  2. Phòng thí nghiệm kiểm nghiệm nông sản và thực phẩm: Hướng dẫn kỹ thuật chiết mẫu và phân tích dư lượng carbamat, giúp nâng cao chất lượng và độ tin cậy kết quả kiểm nghiệm, đáp ứng yêu cầu quản lý chất lượng.

  3. Cơ quan quản lý nhà nước về an toàn thực phẩm và nông nghiệp: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm và phương pháp đánh giá dư lượng thuốc BVTV, hỗ trợ xây dựng chính sách, tiêu chuẩn và quy định kiểm soát an toàn thực phẩm.

  4. Người sản xuất và kinh doanh nông sản: Hiểu rõ về nguy cơ dư lượng thuốc BVTV nhóm carbamat và các biện pháp kiểm soát, từ đó áp dụng các quy trình sản xuất an toàn, nâng cao giá trị sản phẩm trên thị trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp LC-MS/MS có ưu điểm gì so với các kỹ thuật phân tích khác?
    LC-MS/MS có độ nhạy cao, khả năng phân tích đa dư lượng với giới hạn phát hiện rất thấp (ppb), đồng thời có độ chọn lọc và độ chính xác vượt trội so với các phương pháp như GC-MS hay HPLC thông thường.

  2. Tại sao phương pháp QuEChERS được lựa chọn để chiết mẫu?
    QuEChERS là phương pháp chiết nhanh, đơn giản, sử dụng ít dung môi, hiệu quả cao trong việc tách và làm sạch mẫu nông sản có hàm lượng nước khác nhau, phù hợp với phân tích đa dư lượng thuốc BVTV.

  3. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp là bao nhiêu?
    LOD dao động từ 0,01 đến 0,1 ppb, LOQ từ 0,03 đến 0,3 ppb, đáp ứng yêu cầu phân tích dư lượng vết và siêu vết trong nông sản.

  4. Phương pháp có thể áp dụng cho những loại nông sản nào?
    Phương pháp đã được tối ưu và thẩm định trên các nền mẫu cam, dưa chuột và gạo, có thể mở rộng áp dụng cho nhiều loại nông sản khác có thành phần nước và cơ chất tương tự.

  5. Làm thế nào để giảm dư lượng thuốc BVTV nhóm carbamat trong nông sản?
    Áp dụng đúng liều lượng và thời gian cách ly thuốc, sử dụng các biện pháp canh tác an toàn, giám sát dư lượng thường xuyên bằng các phương pháp phân tích hiện đại như LC-MS/MS để kiểm soát chất lượng sản phẩm.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công quy trình xác định đa dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật nhóm carbamat trong nông sản bằng phương pháp sắc ký lỏng khối phổ LC-MS/MS kết hợp chiết mẫu QuEChERS với độ nhạy và độ chính xác cao.
  • Phương pháp được thẩm định đạt các tiêu chuẩn quốc tế về độ tuyến tính (R2 > 0.995), giới hạn phát hiện (LOD) và định lượng (LOQ) phù hợp với yêu cầu phân tích dư lượng vết.
  • Kết quả phân tích mẫu thực tế cho thấy tồn dư carbamat vượt mức cho phép ở một tỷ lệ đáng kể, cảnh báo nguy cơ an toàn thực phẩm.
  • Quy trình phân tích có thể ứng dụng rộng rãi trong giám sát dư lượng thuốc BVTV tại các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm nông sản trong nước.
  • Đề xuất các bước tiếp theo bao gồm đào tạo nhân lực, xây dựng hệ thống dữ liệu dư lượng và hoàn thiện chính sách quản lý an toàn thực phẩm.

Hành động ngay: Các cơ quan và đơn vị liên quan nên triển khai áp dụng quy trình này để nâng cao hiệu quả kiểm soát dư lượng thuốc BVTV, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và nâng cao chất lượng nông sản Việt Nam trên thị trường quốc tế.