Phân Tích và Đánh Giá Các Phương Pháp Chiết Tách Hóa Chất Bảo Vệ Thực Vật

Các kỹ thuật chiết tách truyền thống như chiết lỏng-lỏng (LLE) và chiết Soxhlet vẫn được sử dụng rộng rãi do tính đơn giản và chi phí thấp. Chiết lỏng-lỏng dựa trên sự phân bố của chất phân tích giữa hai pha lỏng không trộn lẫn. Tuy nhiên, phương pháp này tiêu tốn nhiều dung môi, gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe. Chiết Soxhlet sử dụng dung môi tuần hoàn để chiết chất phân tích từ mẫu rắn. Phương pháp này có hiệu quả cao, nhưng thời gian chiết kéo dài. Theo các nghiên cứu, chiết lỏng-lỏng thường sử dụng các dung môi như dichloromethane để chiết đồng thời các HCBVTV nhóm cơ clo và cơ phôtpho. Mẫu sau chiết thường được làm giàu bằng cách cô đặc dung môi bằng dòng khí nitrogen sạch. Ưu điểm lớn nhất của chiết lỏng-lỏng là quy trình đơn giản, dễ thực hiện, nhược điểm lớn nhất chính là tốn dung môi và thời gian. Chiết lỏng-rắn Soxhlet thích hợp cho các mẫu đất, trầm tích, các mẫu rắn có độ phức tạp cao.

Chiết pha rắn (SPE) là một kỹ thuật chiết tách hiện đại, cho phép làm giàu và làm sạch chất phân tích từ mẫu lỏng bằng cách sử dụng cột chứa chất hấp phụ rắn. Chất phân tích được hấp phụ chọn lọc lên pha rắn, sau đó được rửa giải bằng dung môi phù hợp. SPE có nhiều ưu điểm so với LLE, bao gồm: giảm thiểu sử dụng dung môi, hiệu suất thu hồi cao, khả năng tự động hóa dễ dàng và khả năng làm sạch mẫu tốt hơn. Theo một nghiên cứu, SPE với các pha rắn như cacbopack B (GCB) và XAD-4 được sử dụng rộng rãi để chiết đa dư lượng HCBVTV. GCB hiệu quả trong việc chiết các chất ô nhiễm hữu cơ như thuốc trừ sâu cơ clo, triazine, phenol, cloaniline và hydrocarbon thơm. XAD-4 được ưa chuộng cho các chất phân cực trong nước, các chất hoạt động bề mặt và các HCBVTV có tính thơm. Ưu điểm của chiết pha rắn so với các phương pháp chiết truyền thống là tiết kiệm dung môi, khả năng làm giàu mẫu cao, dễ dàng tự động hóa và hiệu suất thu hồi cao.

Kỹ thuật SPME bao gồm hai bước chính: (1) phân bố chất phân tích giữa mẫu và pha tĩnh của sợi chiết, và (2) giải hấp chất phân tích từ pha tĩnh và chuyển vào thiết bị phân tích. Để thực hiện quá trình chiết, mẫu (lỏng hoặc rắn) được đặt trong một lọ kín. Sợi chiết được đưa vào mẫu để hấp phụ chất phân tích. Sau khi đạt trạng thái cân bằng, sợi chiết được đưa vào thiết bị phân tích để giải hấp và định lượng. Sợi chiết có thể được phủ các vật liệu khác nhau, như polydimethylsiloxane (PDMS) hoặc polyacrylate (PA), để tăng khả năng hấp phụ các HCBVTV khác nhau. Quá trình chiết diễn ra theo nguyên tắc hấp thu các chất hữu cơ từ pha nước hoặc pha khí lên sợi chiết, sau đó được giải hấp bằng nhiệt hoặc dung môi. Hệ thống SPME hiện nay có nhiều loại thương mại, cho phép sợi pha tĩnh được sử dụng lại nhiều lần.

Hiệu quả chiết SPME phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm: loại pha tĩnh, thời gian chiết, nhiệt độ, pH, độ mặn và tốc độ khuấy. Loại pha tĩnh phải phù hợp với tính chất của chất phân tích. Thời gian chiết cần đủ để đạt trạng thái cân bằng. Nhiệt độ cao hơn thường làm tăng tốc độ chiết, nhưng cũng có thể làm giảm khả năng hấp phụ. pH và độ mặn có thể ảnh hưởng đến khả năng hòa tan của chất phân tích. Tốc độ khuấy giúp tăng cường sự tiếp xúc giữa pha tĩnh và mẫu. Vì SPME là một kỹ thuật cân bằng, chất phân tích không được chiết hoàn toàn khỏi nền mẫu. Để định lượng, cần dựng đường chuẩn để xác định nồng độ của chất cần phân tích trong nền mẫu. Các yếu tố này cần được tối ưu hóa để đạt được hiệu quả chiết cao nhất.

Trong LPME, một giọt dung môi hữu cơ (ví dụ: octanol) được treo ở đầu một kim tiêm và tiếp xúc với mẫu nước. Chất phân tích sẽ di chuyển từ pha nước vào giọt dung môi hữu cơ. Sau khi chiết, giọt dung môi được thu lại và đưa vào thiết bị phân tích. Hiệu quả chiết phụ thuộc vào sự phân bố của chất phân tích giữa pha nước và pha hữu cơ. Quá trình chiết được thực hiện bằng cách sử dụng giọt dung môi hữu cơ không tan trong nước, được giữ ở đầu kim tiêm của xyranh, để chiết chất phân tích từ dung dịch nước hoặc từ không gian hơi của mẫu. Sự lựa chọn dung môi là yếu tố then chốt trong LPME, cần đảm bảo khả năng hòa tan tốt chất phân tích và không trộn lẫn với nước.

LPME đang được sử dụng ngày càng nhiều trong phân tích HCBVTV nhờ khả năng chiết chọn lọc và làm giàu chất phân tích từ các mẫu phức tạp. Kỹ thuật này đặc biệt hữu ích cho việc phân tích các HCBVTV có độ phân cực khác nhau. Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng LPME có thể được kết hợp với các kỹ thuật phân tích khác như sắc ký khí (GC) và sắc ký lỏng (LC) để tăng độ nhạy và độ chọn lọc của phương pháp phân tích. Do yêu cầu về lượng dung môi rất nhỏ, LPME rất thân thiện với môi trường, giúp giảm thiểu chi phí xử lý chất thải và bảo vệ sức khỏe của người sử dụng. LPME có tiềm năng lớn trong việc thay thế các phương pháp chiết tách truyền thống trong lĩnh vực phân tích HCBVTV.

ELISA hoạt động dựa trên nguyên tắc nhận biết đặc hiệu giữa kháng thể và kháng nguyên. Kháng thể đặc hiệu với HCBVTV cần phân tích được gắn lên một bề mặt. Mẫu được thêm vào, và nếu có HCBVTV, chúng sẽ liên kết với kháng thể. Sau đó, một kháng thể thứ cấp gắn enzyme được thêm vào, liên kết với phức hợp kháng thể-kháng nguyên. Cuối cùng, một cơ chất được thêm vào, và enzyme sẽ chuyển đổi cơ chất thành một sản phẩm có màu, có thể đo được bằng quang phổ. Cường độ màu tỷ lệ với nồng độ HCBVTV trong mẫu. Phương pháp này được đánh giá là có tính chọn lọc cao và phù hợp với việc phân tích số lượng lớn mẫu.

ELISA có nhiều ưu điểm, bao gồm: nhanh chóng, đơn giản, chi phí thấp, độ nhạy cao và khả năng phân tích số lượng lớn mẫu. Tuy nhiên, ELISA cũng có một số hạn chế, bao gồm: tính đặc hiệu có thể bị ảnh hưởng bởi các chất tương tự, và cần có kháng thể đặc hiệu cho từng loại HCBVTV. Dù vậy, nhờ những ưu điểm vượt trội, ELISA vẫn là một công cụ hữu hiệu để sàng lọc nhanh dư lượng HCBVTV trong nhiều loại mẫu khác nhau. Do ELISA yêu cầu các enzym đặc trưng chọn lọc cho từng loại HCBVTV một nên nó không mở rộng được cho nhiều loại TTS (thuốc trừ sâu).

Detector bắt giữ điện tử (ECD) là một detector rất nhạy đối với các hợp chất chứa halogen, như clo. Do đó, GC-ECD là một kỹ thuật rất hiệu quả để phân tích HCBVTV clo hữu cơ. ECD có thể phát hiện HCBVTV clo hữu cơ ở nồng độ rất thấp, cho phép phân tích dư lượng HCBVTV trong các mẫu môi trường và thực phẩm. Tính chọn lọc cao của ECD đối với các hợp chất halogen giúp giảm thiểu nhiễu từ các chất nền, làm tăng độ chính xác của kết quả phân tích.

Sắc ký khí khối phổ (GC-MS) là một kỹ thuật phân tích mạnh mẽ, cung cấp thông tin về cấu trúc của chất phân tích. Trong GC-MS, các hợp chất được tách ra bằng GC, sau đó được ion hóa và phân tích khối lượng. Phổ khối lượng thu được cung cấp thông tin về khối lượng phân tử và các mảnh ion đặc trưng của chất phân tích, cho phép xác định chính xác HCBVTV. GC-MS được sử dụng rộng rãi để xác nhận kết quả phân tích thu được từ các phương pháp khác, và để xác định các HCBVTV chưa biết.

Hướng tới sự phát triển bền vững, các phương pháp chiết tách xanh đang được ưu tiên phát triển. Các phương pháp này tập trung vào việc giảm thiểu sử dụng dung môi độc hại, giảm lượng chất thải và tiết kiệm năng lượng. Sử dụng dung môi thay thế thân thiện với môi trường, như nước, ethanol và carbon dioxide siêu tới hạn, là một trong những hướng đi quan trọng. Các kỹ thuật chiết tách không dung môi, như SPME và LPME, cũng đóng góp vào việc giảm thiểu tác động đến môi trường. Nghiên cứu và phát triển các phương pháp chiết tách xanh là cần thiết để bảo vệ sức khỏe con người và môi trường.

Tự động hóa quy trình chiết tách giúp nâng cao hiệu quả phân tích, giảm thiểu sai sót do con người và tăng năng suất. Các hệ thống tự động hóa có thể thực hiện các bước chiết tách, làm sạch và làm giàu mẫu một cách chính xác và lặp lại. Tự động hóa đặc biệt hữu ích cho việc phân tích số lượng lớn mẫu. Các hệ thống tự động hóa chiết tách hiện đại có thể được tích hợp với các thiết bị phân tích khác, như GC và LC, để tạo thành một quy trình phân tích hoàn chỉnh và khép kín. Tự động hóa quy trình chiết tách là một xu hướng quan trọng trong lĩnh vực phân tích HCBVTV.