Tài liệu Luận văn thạc sĩ xác định dư lượng hoá chất bảo vệ thực vật cơ clo trong gạo bằng phương pháp quechers kết hợp với sắc ký khí khối phổ hai lần (gc msms)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Hoàng Thị Thu Quỳnh XÁC ĐỊNH DƯ LƯỢNG HOÁ CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT CƠ CLO TRONG GẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP QuEChERS KẾT HỢP VỚI SẮC KÝ KHÍ KHỐI PHỔ HAI LẦN (GC-MS/MS) LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Hà Nội – tháng 11 năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Hoàng Thị Thu Quỳnh XÁC ĐỊNH DƯ LƯỢNG HOÁ CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT CƠ CLO TRONG GẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP QuEChERS KẾT HỢP VỚI SẮC KÝ KHÍ KHỐI PHỔ HAI LẦN (GC-MS/MS) Chuyên ngành : Hóa Phân tích Mã số: 8440118 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Đào Hải Yến Hà Nội – tháng 11 năm 2021 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan các kết quả nghiên cứu trình bày trong luận án này là trung thực và khách quan. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Hoàng Thị Thu Quỳnh LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện luận văn này, em đã rất may mắn khi nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo, các anh chị kỹ thuật viên cùng tình cảm và sự khích lệ mà gia đình và bạn bè đã dành cho em. Trước hết em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS. Đào Hải Yến, người đã giao đề tài, nhiệt tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất giúp em thực hiện luận văn này. Em cũng xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các Thầy, Cô giảng viên của Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nhiệt tình giảng dạy, chia sẻ và trao cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm quý báu. Chính nhờ những kiến thức và kinh nghiệm này mà em đã thiết lập, tiến hành các nghiên cứu và hoàn thành công trình của mình. Em xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo, tập thể cán bộ của Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, cũng như Viện Hóa học đã quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu. Em xin chân thành cảm ơn các anh chị phòng Hóa-Sinh-Môi Trường Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. Em xin cảm ơn sự hỗ trợ kinh phí từ đề tài "Xây dựng quy trình đánh giá chất lượng, tính xác thực và nguồn gốc của các sản phẩm gạo Việt Nam", mã số TĐNDTP.03/19-21 để hoàn thành luận văn cao học này. Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè – những người đồng hành không thể thiếu trong học tập và cuộc sống đã luôn động viên và khích lệ tôi những ngày qua. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 28 tháng 11 năm 2021 Cán bộ hướng dẫn Học viên Hoàng Thị Thu Quỳnh MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................ 3 1.1. Tổng quan về hoá chất bảo vệ thực vật cơ clo (OCPs)..........................3 1.1.1. Giới thiệu về hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo................................. 3 1.1.2. Độc tính của hóa chất bảo vệ thực vật ............................................ 8 1.1.3. Nguồn gốc HCBVTV cơ clo trong gạo…………………………11 1.2. Phương pháp phân tích dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật ................. 12 1.2.1. Phương pháp xử lý mẫu cho phân tích dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật . .................................................................................................. 13 1.2.2. Thiết bị phân tích .......................................................................... 17 CHƯƠNG 2. NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ................... 23 2.1. THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT ................................................................. 24 2.1.1. Thiết bị, dụng cụ ........................................................................... 24 2.1.2. Hóa chất ........................................................................................ 25 2.2. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .................................................... 26 2.2.1. Tối ưu điều kiện phân tích trên hệ GC-MS/MS............................ 26 2.2.2. Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu .................................................... 27 2.2.3. Thẩm định phương pháp ............................................................... 30 2.2.4. Phân tích mẫu thực tế .................................................................... 32 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 33 3.1. QUY TRÌNH PHÂN TÍCH TRÊN THIẾT BỊ .................................... 33 3.1.1. Các điều kiện cho GC ................................................................... 33 3.1.2. Điều kiện MS/MS ......................................................................... 34 3.1.3. Tối ưu điều kiện xử lý mẫu……………………………………...37 3.2. THẨM ĐỊNH PHƯƠNG PHÁP .......................................................... 45 3.2.1. Giới hạn định lượng LOQ ............................................................. 45 3.2.2. Xây dựng đường chuẩn ................................................................. 45 3.2.3. Xác định độ thu hồi của phương pháp .......................................... 48 3.2.4. Độ lặp lại RSDr…………………………………………………..50 3.3. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH MẪU THỰC ............................................... 52 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................. 53 4.1. Kết luận ................................................................................................ 53 4.2. Kiến nghị .............................................................................................. 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 55 PHỤ LỤC……………………………………………………………………60 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AA Acetic axit ACN C18 d- SPE DCM DDD Acetonitrile Octadecylsilyl Dispersive Solid Phase Extraction (chiết pha rắn phân tán) Dichloro methane Dichlorodiphenyldichloroethane DDE Dichlorodiphenyldichloroethylene DDT Dichlorodiphenyltrichloroethane ECD Electron Capture Detector (đầu dò bắt giữ điện tử) GC Gas Chromatography (sắc ký khí) GC/MS Gas Chromatography Mass Spectrometry (sắc ký khí ghép nối khối phổ) GCB MRL ND HCBVTV Graphite Carbon Black Maximum Residue Level (theo SANTE/12682/2019) – Nồng độ dư lượng thuốc bảo vệ thực vật lớn nhất được cho phép. Ở một số nước hoặc vùng lãnh thổ, MRL có thể được coi là Maximum Residue Limit (theo Food and Agriculture Organization – FAO) Not Detected Hoá chất bảo vệ thực vật HCH Hexachloro cyclohexane HPLC High Performance Liquid Chromatography (sắc ký lỏng hiệu năng cao) LC Liquid Chromatography (sắc ký lỏng) LLE Liquid - liquid extraction (chiết lỏng – lỏng) LOQ Limit of quantification (giới hạn định lượng) LSE OCPs POPs Liquid Solid Extraction (chiết lỏng rắn) Organochlorine pesticides (Hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo) Persistent organic pollutant (Chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy) Primary Secondary Amine PSA SFE Relative standard deviation (sai số tương đối) Hướng dẫn của tổ chức Sức khỏe và An toàn Thực phẩm của Châu Âu Supercritical Fluid Extraction (chiết siêu tới hạn) SIM Selected Ion Monitoring SPE TIC FDA Solid Phase Extraction (chiết pha rắn) Total ion chromatogram Food and Drug Administration RSD SANTE DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thông tin của các OCPs phân tích………………............................4 Bảng 1.2: Độc tính của một số hóa chất BVTV cơ Clo phổ biến.....................9 Bảng 1.3: Một số phương pháp phân tích OCPs trong mẫu gạo.................... 21 Bảng 3.1: Thời gian lưu, peak định lượng và peak định tính..........................35 Bảng 3.2: Sắc ký đồ các hợp chất OCPs….....................................................36 Bảng 3.3: Sắc ký đồ các hợp chất OCPs ở nồng độ 50 µg/L pha trền nền mẫu blank và pha trong dung môi ........................................................... 41 Bảng 3.4: Kết quả đường chuẩn pha trong dung môi………………………..46 Bảng 3.5: Kết quả đường chuẩn pha trền nền dịch chiết mẫu trắng…………47 Bảng 3.6: Kết quả phân tích mẫu thực………………………………………52 DANH MỤC CÁC HÌNH, BIỂU ĐỒ Hình 1.1: Sơ đồ minh họa cách DDT sinh học tạo ra trong chuỗi thức ăn.....11 Hình 1.2: Chu trình phát tán HCBVTV trong hệ sinh thái nông nghiệp........12 Hình 1.3: Sơ đồ khối của một đầu dò khối phổ...............................................18 Hình 1.4: Sơ đồ điển hình của bộ phận ion hoá EI..........................................19 Hình 1.5: Sơ đồ một bộ tách khối tứ cực ........................................................20 Hình 1.6: Cấu tạo cơ bản của một đầu dò khối phổ ba tứ cực.........................20 Hình 2.1: Thiết bị sắc ký khí khối phổ sử dụng trong nghiên cứu..................24 Hình 2.2: Quy trình dự kiến xử lý mẫu phân tích OCPs.................................28 Hình 3.1: Sắc ký đồ tổng (TIC) hỗn hợp các chất ở nồng độ 100 µg/L......... 36 Hình 3.2: Hiệu suất thu hồi sử dụng dung môi chiết khác nhau….................37 Hình 3.3: Kết quả hiệu suất thu hồi theo điều kiện bay hơi khác nhau.......... 39 Hình 3.4: Kết quả đánh giá ảnh hưởng nền …………………………...…….40 Hình 3.5: Kết quả hiệu suất thu hồi tại giá trị LOQ (10 μg/kg)……............. 48 Hình 3.6: Kết quả hiệu suất thu hồi tại giá trị 5xLOQ (50 μg/kg)..................49 Hình 3.7: Độ lặp lại RSDr tại giá trị LOQ...................................................... 50 Hình 3.8: Độ lặp lại RSDr tại giá trị 5xLOQ……………………………..….51 MỞ ĐẦU Là một nước có thế mạnh về nông nghiệp, sản xuất và xuất khẩu gạo đã trở thành ngành chủ lực của Việt Nam và đây cũng chính là lĩnh vực mang lại nhiều ngoại tệ cho đất nước. Tuy nhiên trong những năm gần đây việc xuất khẩu gạo gặp nhiều khó khăn do các rào cản thương mại đặc biệt là các quy định chặt chẽ về chất lượng và vệ sinh an toàn thực phẩm. Một số thị trường truyền thống của Việt Nam như Nhật Bản, Nga, Mỹ...áp dụng chính sách nghiêm ngặt hơn với vấn đề kiểm soát an toàn thực phẩm, đặc biệt là tiêu chuẩn về dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật. Theo cục quản lý dược phẩm và thực phẩm Mỹ FDA, lượng gạo bị trả về của Việt Nam năm 2013 là 4.100 tấn, nhưng đến tháng 8/2016 đã lên tới 10.000 tấn. Trong đó, nguyên nhân chủ yếu bị trả về là do gạo của nước ta chứa dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật vượt quá ngưỡng cho phép. Dó đó, việc đánh giá hàm lượng của hóa chất bảo vệ thực vật có trong gạo tại Việt Nam giúp giảm thiểu hiện tượng gạo xuất khẩu bị trả về cũng như giảm được chi phí và tăng khả năng xuất khẩu. Hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo (OCPs) thuộc nhóm hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV) tổng hợp, các hợp chất điển hình của nhóm này là DDT, Lindane, Endosulfan. Hầu hết các loại hóa chất BVTV thuộc nhóm này đã bị cấm sử dụng vì chúng là các chất ô nhiễm khó phân hủy (POPs), tồn lưu lâu trong môi trường. Công ước Stockholm về các chất ô nhiễm khó phân hủy cũng quy định về việc giảm thiểu và loại bỏ các loại hóa chất bảo vệ thực vật, đa phần thuộc nhóm cơ clo này. Nghiên cứu về dư lượng của hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo trong môi trường đã được quan tâm trong nhiều năm trở lại đây. Các nghiên cứu của Hùng Minh và nnk, 2007; Trần Thị Vân Thi và nnk, 2007; S.H Hong, 2008; Từ Bình Minh và nnk, 2008; Trần Triết và nnk, 2014 đều cho thấy sự có mặt của các chất này với nồng độ khá cao trong hầu hết các thành phần môi trường cũng như cũng đã có bằng chứng về sự tích lũy trong sinh vật và con người [1]. Trong nhiều nghiên cứu cũng đã phát hiện được tồn dư của các 1 chất này có trong gạo [2] [3]. Do đó, các hợp chất này vẫn là thước đo về tính an toàn của gạo khi được xuất khẩu ra thị trường nước ngoài. Xuất phát từ thực tế trên, tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu xác định dư lượng hoá chất bảo vệ thực vật cơ clo trong gạo bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ hai lần (GC-MS/MS) với các mục tiêu cụ thể như sau: 1. Xây dựng quy trình phân tích xác định dư lượng của 19 hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo trong gạo, bao gồm:  Khảo sát các điều kiện xử lý mẫu chiết xuất QuEChERs và làm sạch chiết pha rắn (SPE), điều kiện chạy máy GC-MS/MS  Thẩm định phương pháp đã xây dựng theo SANTE/12682/2019. Các thông số thẩm định bao gồm: Hiệu ứng nền mẫu, Giới hạn phát hiện, Độ thu hồi và Độ lặp lại. 2. Áp dụng quy tình phân tích để xác định dư lượng HCBVTV cơ clo trên một số mẫu gạo. 2 1.1. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Tổng quan về hoá chất bảo vệ thực vật cơ clo (OCPs) 1.1.1. Giới thiệu về hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo Hóa chất BVTV là những loại hóa chất bảo vệ cây trồng hoặc những sản phẩm bảo vệ mùa màng, là những chất được tạo ra để chống lại và tiêu diệt loài gây hại hoặc các vật mang mầm bệnh. Chúng cũng gồm các chất để chống lại các loại sống cạnh tranh với cây trồng cũng như nấm bệnh cây. Ngoài ra, các loại hoá chất kích thích sinh trưởng, giúp cây trồng đạt năng suất cao cũng là một dạng của hóa chất BVTV. Hóa chất BVTV là những hóa chất độc, có khả năng phá hủy tế bào, tác động đến cơ chế sinh trưởng, phát triển của sâu bệnh, cỏ dại và cả cây trồng, vì thế khi các hợp chất này đi vào môi trường, chúng cũng có những tác động nguy hiểm đến môi trường, đến những đối tượng tiếp xúc trực tiếp hay gián tiếp (REF). Và đây cũng là lý do mà hoá chất BVTV nằm trong số những hóa chất đầu tiên được kiểm tra triệt để về bản chất, về tác dụng cũng như tác hại [1]. Hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo (OCPs) là các dẫn xuất clo của một số hợp chất hữu cơ như diphenyletan, xyclodien, benzen, n-hexan. Đây là những hợp chất có tác dụng diệt trừ sâu bệnh rất tốt. Về mặt cấu tạo, HCBVTV nhóm clor hữu cơ được xếp vào 4 nhóm nhỏ [4]: - Nhóm diphenyl aliphatic: DDT, dicofon, methoxychlor… - Nhóm hợp chất benzen: lindan, hexaclorocyclon-hexan (HCH), pentaclorophenol… - Nhóm hợp chất cyclodien: endrin, dieldrin, heptachlor, aldrin, endosulfan sulfat… - Nhóm hợp chất polycloroterpen: toxaphen, polyclorocamphen… Hóa chất BVTV nhóm cơ clo thường có độ độc ở mức độ I hoặc II. Trước đây, DDT được xem như là một trong số các hoá chất trừ sâu quan trọng nhất dùng trong nông nghiệp để diệt sâu bông, đậu, lúa. Ngoài ra, hợp chất còn có tác dụng diệt bọ gậy, muỗi. HCH đã được sử dụng để chống lại châu chấu, sâu bọ, côn trùng, sâu ăn lá và các loại sâu bọ khác trong đất. HCH 3 cũng được sử dụng để bảo vệ hạt giống, trị bệnh cho gia cầm, vật nuôi, bảo vệ đồ gỗ, và còn được dùng để chống loài gặm nhấm. Hầu hết các loại hóa chất BVTV thuộc nhóm này đã bị cấm sử dụng vì chúng là các chất hữu cơ khó phân huỷ, tồn lưu lâu trong môi trường hay còn gọi là các chất POP. Công ước Stockholm về các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy cũng quy định về việc giảm thiểu và loại bỏ các loại hóa chất bảo vệ thực vật, đa phần thuộc nhóm clo hữu cơ này [1]. Dựa vào điều kiện của phòng thí nghiệm, đề tài sẽ khảo sát 19 OCPs Thông tin của các chất này được trình bày trong Bảng 1.1 dưới đây: Bảng 1.1: Thông tin của các OCPs phân tích STT 1 Chất phân tích Khối lượng phân tử (g/mol) Alpha-HCH Áp suất hơi (mmHg) 4,510-5 (ở 25oC) (C6H6Cl6) MRL Châu Âu (mg/kg) 0,01 Cấu trúc hóa học LgKow 3,8 290,8 2 Beta-HCH (C6H6Cl6) 3,610-7 (ở 25oC) 4 0,01 3,8 Khối lượng STT Chất phân tích phân tử (g/mol) Áp suất hơi (mmHg) MRL Châu Âu (mg/kg) Cấu trúc hóa học LgKow Gamma-HCH 3 4,210-5 (ở 25oC) 0,01 3,7 3,510-5 (ở 25oC) - 3,5 373,3 310-4 (ở 25oC) - 6,1 364,9 7,510-5 (ở 20oC) 409,8 2,0510-5 (ở 20oC) (Lindane) (C6H6Cl6) Delta-HCH 4 (C6H6Cl6) 5 Heptachlor 6 7 Aldrin (C12H8Cl6) Chlordane cis (C10H6Cl8) 5 0,02 (Aldrin + Dieldrin) 6,5 0,02 2,78 Khối lượng STT 8 9 10 11 12 Chất phân tích α-Endosulfan (C9H6Cl6O3S) Chlordane trans (C10H6Cl8) pp' DDE (C14H8Cl4) Dieldrin (C12H8Cl6O) Endrin (C12H8Cl6O) phân tử (g/mol) Áp suất hơi (mmHg) MRL Châu Âu (mg/kg) Cấu trúc hóa học LgKow 406,9 6,810-7 (ở 20oC) 0,05 4,75 409,8 2,110-5 (ở 20oC) 0,02 2,78 0,05 318,0 610-6 (ở 20oC) (pp'-DDD + pp'-DDE + pp'-DDT + op'DDT) 380,9 - - 5,4 380,9 210-7 (ở 25oC) 0,01 3,2 6 6,51 Khối lượng STT Chất phân tích phân tử (g/mol) Áp suất hơi (mmHg) MRL Châu Âu (mg/kg) Cấu trúc hóa học LgKow β-Endosulfane 13 14 15 (C9H6Cl6O3S) pp' DDD (C14H10Cl4) Endrin Aldehyde 406,9 6,810-7 (ở 20oC) 0,05 3,83 320,0 1,3510-6 (ở 20oC) - 6,02 380,9 2,010-7 - 4,8 422,9 2,8. 10-7 - 3,66 354,5 1,610-7 (ở 20oC) - 6,91 380,9 - - (C12H8Cl6O) 16 Endosulfane Sulfate (C9H6Cl6O4S) 17 18 pp' DDT (C14H9Cl5) Endrin Ketone (C12H8Cl6O) 7