Tổng quan nghiên cứu

Trong những thập niên gần đây, nhóm chất diệt cỏ glyphosate đã trở thành một trong những hóa chất được sử dụng phổ biến nhất trong nông nghiệp toàn cầu. Theo ước tính, glyphosate được sử dụng tại hơn 100 quốc gia với lượng tiêu thụ lên đến khoảng 30.000 tấn mỗi năm tại Việt Nam, chiếm 30% tổng lượng thuốc bảo vệ thực vật và 60% trong nhóm thuốc trừ cỏ. Glyphosate được đánh giá là có hiệu quả cao trong việc kiểm soát cỏ dại, ít ảnh hưởng trực tiếp đến vật nuôi và môi trường, tuy nhiên việc sử dụng tràn lan đã dẫn đến sự tích tụ dư lượng trong đất, nước và thực phẩm, gây ra những lo ngại về sức khỏe con người và môi trường.

Năm 2015, Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) thuộc WHO đã phân loại glyphosate vào nhóm 2A – có khả năng gây ung thư, làm dấy lên nhiều tranh cãi và các biện pháp kiểm soát nghiêm ngặt tại nhiều quốc gia. Tại Việt Nam, việc kiểm soát hàm lượng glyphosate trong thực phẩm và môi trường là cấp thiết nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng và đảm bảo an toàn thực phẩm. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng và thẩm định phương pháp xác định hàm lượng nhóm chất diệt cỏ glyphosate bằng phương pháp sắc ký lỏng ghép nối hai lần khối phổ LC-MS/MS, đồng thời áp dụng phương pháp này để phân tích mẫu thực phẩm và môi trường, đánh giá khả năng ứng dụng thực tế.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các mẫu thực phẩm và môi trường tại Việt Nam trong giai đoạn 2018-2019. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả kiểm soát dư lượng glyphosate, hỗ trợ các cơ quan quản lý trong việc xây dựng tiêu chuẩn an toàn và chính sách bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

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, trong đó nổi bật là:

  • Phương pháp sắc ký lỏng ghép nối khối phổ (LC-MS/MS): Đây là kỹ thuật phân tích hiện đại, kết hợp khả năng tách sắc ký với độ nhạy và độ chọn lọc cao của khối phổ, phù hợp để xác định các hợp chất phân cực như glyphosate và các dẫn xuất của nó.

  • Khái niệm về giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ): Là các chỉ số quan trọng đánh giá độ nhạy của phương pháp phân tích, giúp xác định mức độ thấp nhất có thể phát hiện và định lượng chính xác glyphosate trong mẫu.

  • Kỹ thuật chiết pha rắn (SPE): Phương pháp tiền xử lý mẫu nhằm làm sạch và cô đặc mẫu, loại bỏ các tạp chất gây nhiễu, nâng cao độ chính xác và độ nhạy của phân tích.

  • Khái niệm về độ thu hồi và độ lặp lại: Đánh giá độ chính xác và độ tin cậy của phương pháp phân tích qua các phép thử lặp lại và hiệu suất thu hồi chất phân tích từ mẫu.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm các mẫu thực phẩm (gạo, ngô, đậu tương) và mẫu môi trường (nước, đất) thu thập tại các vùng nông nghiệp trọng điểm của Việt Nam trong năm 2018-2019. Cỡ mẫu nghiên cứu khoảng 50 mẫu thực phẩm và 30 mẫu môi trường, được lựa chọn ngẫu nhiên theo phương pháp chọn mẫu thuận tiện kết hợp phân tầng nhằm đảm bảo tính đại diện.

Phương pháp phân tích sử dụng hệ thống sắc ký lỏng ghép nối hai lần khối phổ LC-MS/MS model Xevo TQMS (Water, Mỹ) với cột sắc ký Dionex IonPAC CS12A IC (4mm x 250mm x 5µm). Mẫu được xử lý tiền phân tích bằng kỹ thuật chiết pha rắn SPE sử dụng cột đa cơ chế mixed-mode MAX và PAX nhằm tối ưu hiệu suất làm sạch và thu hồi glyphosate.

Quy trình nghiên cứu gồm các bước: chuẩn bị dung dịch chuẩn, tối ưu điều kiện sắc ký lỏng và khối phổ, thẩm định phương pháp (độ đặc hiệu, độ tuyến tính, LOD, LOQ, độ thu hồi, độ lặp lại), và phân tích mẫu thực tế. Thời gian nghiên cứu kéo dài 12 tháng, từ tháng 1/2018 đến tháng 12/2018.

Phân tích dữ liệu sử dụng phần mềm chuyên dụng của thiết bị LC-MS/MS kết hợp với các phương pháp thống kê mô tả và phân tích độ chính xác, độ tin cậy của phương pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tối ưu điều kiện phân tích LC-MS/MS:

    • Pha động tối ưu gồm dung dịch đệm ammonium formate 5 mM và acetonitrile với tỷ lệ gradient phù hợp, tốc độ dòng 0,5 ml/phút.
    • Nguồn ion hóa ESI ở chế độ ion âm (-ESI) cho tín hiệu ổn định với ion mẹ m/z 168 cho glyphosate.
    • Giới hạn phát hiện (LOD) đạt khoảng 0,03 µg/L và giới hạn định lượng (LOQ) khoảng 0,05 µg/L, đáp ứng yêu cầu phân tích dư lượng trong thực phẩm và môi trường.
  2. Hiệu suất chiết pha rắn SPE:

    • Cột SPE mixed-mode MAX và PAX cho độ thu hồi glyphosate từ 90% đến 105% với độ lệch chuẩn tương đối (RSD) dưới 10%.
    • Các cột SPE khác như C18, HLB và Hybrid cho kết quả kém hơn, độ thu hồi chỉ đạt 60-75%, không đảm bảo độ chính xác.
  3. Độ tuyến tính và độ lặp lại:

    • Phương pháp có khoảng tuyến tính rộng từ 10 đến 200 µg/L với hệ số hồi quy R² > 0,998.
    • Độ lặp lại trong ngày và liên ngày đều đạt RSD dưới 8%, chứng tỏ tính ổn định và tin cậy của phương pháp.
  4. Phân tích mẫu thực tế:

    • Trong 50 mẫu thực phẩm phân tích, khoảng 20% mẫu có dư lượng glyphosate vượt quá giới hạn tồn dư tối đa cho phép (MRL) của Việt Nam (ví dụ: gạo 0,1 mg/kg, đậu tương 5 mg/kg).
    • Mẫu nước môi trường có nồng độ glyphosate dao động từ 0,05 đến 0,7 µg/L, trong đó một số mẫu vượt quá giới hạn cho phép 0,1 µg/L theo tiêu chuẩn EU.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp LC-MS/MS kết hợp kỹ thuật chiết pha rắn SPE mixed-mode là phù hợp và hiệu quả trong việc xác định hàm lượng glyphosate và các dẫn xuất trong mẫu thực phẩm và môi trường. Độ nhạy cao và độ chọn lọc tốt giúp phát hiện chính xác các mức dư lượng thấp, đáp ứng yêu cầu kiểm soát an toàn thực phẩm.

So sánh với các nghiên cứu trước đây sử dụng phương pháp sắc ký khí GC-MS hoặc sắc ký lỏng với detector UV-Vis, phương pháp LC-MS/MS cho kết quả vượt trội về độ nhạy và khả năng phân tích trực tiếp mà không cần dẫn xuất hóa phức tạp. Điều này giảm thiểu sai số và thời gian phân tích.

Việc phát hiện dư lượng glyphosate vượt mức trong một số mẫu thực phẩm và môi trường cảnh báo về nguy cơ tiềm ẩn đối với sức khỏe cộng đồng, đồng thời nhấn mạnh sự cần thiết của việc kiểm soát chặt chẽ việc sử dụng thuốc diệt cỏ này. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố dư lượng glyphosate theo loại mẫu và vùng địa lý, giúp minh họa rõ ràng mức độ ô nhiễm.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường kiểm soát và giám sát dư lượng glyphosate:

    • Áp dụng phương pháp LC-MS/MS đã được thẩm định để kiểm tra định kỳ các mẫu thực phẩm và môi trường.
    • Mục tiêu giảm tỷ lệ mẫu vượt MRL xuống dưới 5% trong vòng 2 năm.
    • Chủ thể thực hiện: Cục Bảo vệ Thực vật, các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm.
  2. Đào tạo và nâng cao năng lực cho cán bộ phân tích:

    • Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật LC-MS/MS và xử lý mẫu SPE cho cán bộ phòng thí nghiệm.
    • Thời gian thực hiện: 6 tháng đầu năm 2024.
    • Chủ thể thực hiện: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, các trung tâm phân tích.
  3. Xây dựng quy trình chuẩn và hướng dẫn kỹ thuật:

    • Ban hành quy trình chuẩn quốc gia về phân tích glyphosate bằng LC-MS/MS, bao gồm chuẩn bị mẫu, phân tích và báo cáo kết quả.
    • Thời gian: trong năm 2024.
    • Chủ thể thực hiện: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phối hợp Bộ Khoa học và Công nghệ.
  4. Tuyên truyền nâng cao nhận thức người dân và nông dân:

    • Tổ chức các chương trình tập huấn về sử dụng thuốc diệt cỏ an toàn, hạn chế lạm dụng glyphosate.
    • Mục tiêu giảm lượng glyphosate sử dụng không đúng quy trình ít nhất 30% trong 3 năm.
    • Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp các tỉnh, các tổ chức phi chính phủ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và cơ quan chức năng:

    • Hỗ trợ xây dựng chính sách, tiêu chuẩn an toàn thực phẩm và môi trường liên quan đến glyphosate.
    • Use case: Xây dựng kế hoạch giám sát dư lượng thuốc bảo vệ thực vật.
  2. Các phòng thí nghiệm phân tích hóa học và kiểm nghiệm:

    • Áp dụng phương pháp LC-MS/MS để nâng cao chất lượng phân tích dư lượng glyphosate.
    • Use case: Thẩm định và triển khai quy trình phân tích mới.
  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành hóa phân tích, môi trường:

    • Tham khảo kỹ thuật phân tích hiện đại và quy trình xử lý mẫu phức tạp.
    • Use case: Phát triển nghiên cứu sâu hơn về phân tích thuốc bảo vệ thực vật.
  4. Người sản xuất và kinh doanh thuốc bảo vệ thực vật:

    • Hiểu rõ về mức độ an toàn và quy định về dư lượng glyphosate trong sản phẩm.
    • Use case: Điều chỉnh công thức sản phẩm và hướng dẫn sử dụng an toàn.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp LC-MS/MS có ưu điểm gì so với các phương pháp khác?
    LC-MS/MS có độ nhạy và độ chọn lọc cao, cho phép phân tích trực tiếp glyphosate mà không cần dẫn xuất hóa phức tạp, giảm sai số và thời gian phân tích so với GC-MS hoặc HPLC-UV.

  2. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp là bao nhiêu?
    LOD đạt khoảng 0,03 µg/L và LOQ khoảng 0,05 µg/L, đủ nhạy để phát hiện dư lượng glyphosate trong thực phẩm và môi trường theo tiêu chuẩn quốc tế.

  3. Tại sao phải sử dụng kỹ thuật chiết pha rắn SPE trong phân tích?
    SPE giúp làm sạch mẫu, loại bỏ tạp chất gây nhiễu và cô đặc chất phân tích, nâng cao độ chính xác và độ nhạy của phương pháp phân tích.

  4. Phương pháp có thể áp dụng cho những loại mẫu nào?
    Phương pháp phù hợp với nhiều loại mẫu như thực phẩm (gạo, ngô, đậu tương), nước môi trường, đất và mẫu sinh học với hiệu suất thu hồi cao và độ lặp lại tốt.

  5. Có phát hiện mẫu nào vượt quá giới hạn tồn dư tối đa không?
    Khoảng 20% mẫu thực phẩm và một số mẫu nước môi trường có dư lượng glyphosate vượt quá MRL, cảnh báo về nguy cơ ô nhiễm và cần kiểm soát chặt chẽ hơn.

Kết luận

  • Phương pháp sắc ký lỏng ghép nối hai lần khối phổ LC-MS/MS được xây dựng và thẩm định thành công với độ nhạy cao, độ chính xác và độ lặp lại tốt.
  • Kỹ thuật chiết pha rắn SPE mixed-mode MAX và PAX tối ưu hiệu suất làm sạch và thu hồi glyphosate trong mẫu thực phẩm và môi trường.
  • Phân tích mẫu thực tế cho thấy tồn dư glyphosate vượt mức cho phép trong một số mẫu, đặt ra yêu cầu kiểm soát nghiêm ngặt.
  • Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao năng lực giám sát dư lượng thuốc bảo vệ thực vật tại Việt Nam, hỗ trợ xây dựng chính sách an toàn thực phẩm.
  • Đề xuất triển khai áp dụng phương pháp trong các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm và tăng cường đào tạo kỹ thuật cho cán bộ phân tích trong thời gian tới.

Luận văn khuyến nghị các cơ quan chức năng và phòng thí nghiệm áp dụng phương pháp này để nâng cao hiệu quả kiểm soát dư lượng glyphosate, đồng thời tăng cường tuyên truyền sử dụng thuốc bảo vệ thực vật an toàn nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng.