Tài liệu Xác định đồng thời dư lượng trên 40 hợp chất thuốc trừ sâu phổ biến ở việt nam trong nhiều thực phẩm bằng phương pháp quechers và phân tích bằng lc ms

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------------------------- PHAN NGUYỄN THU XUÂN XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI DƢ LƢỢNG TRÊN 40 HỢP CHẤT THUỐC TRỪ SÂU PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM TRONG NHIỀU THỰC PHẨM BẰNG PHƢƠNG PHÁP QuEChERS VÀ PHÂN TÍCH BẰNG LCMS/MS CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 60.52.75 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------------------------- PHAN NGUYỄN THU XUÂN XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI DƢ LƢỢNG TRÊN 40 HỢP CHẤT THUỐC TRỪ SÂU PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM TRONG NHIỀU THỰC PHẨM BẰNG PHƢƠNG PHÁP QuEChERS VÀ PHÂN TÍCH BẰNG LCMS/MS CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 60.52.75 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2014 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Trần Thị Kiều Anh (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 : ........................................................................... (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 : ........................................................................... (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . . Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. .............................................................. 2. .............................................................. 3. .............................................................. 4. .............................................................. 5. .............................................................. Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA………… NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Phan Nguyễn Thu Xuân ................................. MSHV:13050206 Ngày, tháng, năm sinh : 12/04/1990 .......................................... Nơi sinh: Đồng Tháp Chuyên ngành: ………………Kỹ Thuật Hóa Học .................... Mã số : ….60.52.75 ....... I. TÊN ĐỀ TÀI: ‘ Xác định đồng thời dƣ lƣợng trên 40 hợp chất thuốc trừ sâu phổ biến ở Việt Nam trong nhiều thực phẩm bằng phƣơng pháp QuEchERS và phân tích bằng LC-MS/MS’ NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1. Khảo sát các điều kiện thích hợp để phân tích đồng thời các hợp chất thuốc trừ sâu phổ biến tại Việt Nam. 2. Thẩm định phương pháp đã xây dựng. 3. Áp dụng quy trình để kiểm soát, đánh giá chất lượng sản phẩm, lượng thuốc trừ sâu tồn dư theo thời gian trong một vài loại thực phẩm trên thị trường. II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 20/01/2014 III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/11/2014 IV.CÁN BỘ HƢỚNG DẪN : TS. Trần Thị Kiều Anh Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20.... CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) Lời Cám Ơn Trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, quý Thầy Cô Khoa Kỹ Thuật Hóa Học đã giảng dạy và truyền đạt những kinh nghiệm quý báu giúp tôi hoàn thành tốt khóa học và thực hiện luận văn Thạc Sĩ. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến anh Ngô Quốc Việt, anh Nguyễn Thành Trung và các anh chị tại Khu Thí Nghiệm của Trung tâm 3 đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn. Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cám ơn đến cô Trần Thị Kiều Anh đã hướng dẫn, góp ý và dìu dắt tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn với cô. Và tôi cũng xin cảm ơn đến các gia đình và các bạn bè đã luôn tin tưởng, ủng hộ tôi trong suốt quá trình làm việc của mình. Tóm tắt luận văn Phương pháp dùng để xác định đồng thời dư lượng của trên 40 hợp chất thuốc trừ sâu được sử dụng phổ biến hiện nay tại Việt Nam, trong đó có họ Carbamate (Indoxacarb, Fenobucarb, Oxamyl, Aldicarb…), họ Lân hữu cơ (Malathion, Methidation, Diazinon, Dimethoate…), họ Triazole (Hexaconazole, Propiconazole, Tebuconazole, Fenbuconazole…) và một số họ thuốc trừ sâu khác. Thử nghiệm phương pháp trên 100 mẫu thật trong thực phẩm như các nhóm rau quả tươi, nhóm chứa nhiều tinh bột, thực phẩm khô, thực phẩm chứa nhiều chất béo, gia vị, thuốc lá… được lấy từng nhiều nguồn khác nhau. Dư lượng thuốc trừ sâu được chiết ra khỏi mẫu bằng dung dịch đệm và acetonitrile, được làm sạch với theo phương pháp QuEChERS (Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe) và phân tích bằng sắc ký lỏng ghép khối phổ (LC-MS/MS) với thời gian thực hiện 13 phút cho trên 40 cấu tử. Định trị phương pháp và kiểm soát chất lượng được thực hiện một cách chặt chẽ. Với điều kiện tối ưu, khoảng nồng độ làm việc của các cấu tử từ 10 – 1000 g/L và đường chuẩn được dựng tại các nồng độ 10 g/L, 20 g/L, 50 g/L, 100 g/L và 200 g/L với hệ số tương quan tuyến tính > 0.99 cho tất cả các cấu tử. Dựa trên thể tích tiêm mẫu là 50L, thu được hiệu suất thu hồi trong khoảng 78.8% – 115.6% và độ lệch chuẩn tương đối thấp hơn 10%. Giới hạn phát hiện của phương pháp tại nồng độ 0.02 mg/Kg và giới hạn định lượng tại nồng độ 0.05 mg/Kg được cho là có khả năng phân tích vì phù hợp với giới hạn cho phép của các cấu tử nghiên cứu được quy định trong quyết định số 46/ 2007/ QĐ-BYT của Bộ Y Tế và theo tiêu chuẩn Châu Âu Regulation EC số 396/2005. ABSTRACT This paper reports a method for determination simultaneously residues of 40 common pesticides in Viet Nam, such as the Carbamates (Indoxacarb, Fenobucarb, Oxamyl, Aldicarb…), the Organophosphates (Malathion, Methidation, Diazinon, Dimethoate…), the Triazoles (Hexaconazole, Propiconazole, Tebuconazole, Fenbuconazole…) and other groups’ constituents. Applied testing method on over 100 real samples of food such as vegetables, fruit, tomatoes, from different sources. The pesticides residue was simultaneously extracted and cleaned using a buffered QuEChERS method (Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe), followed by Liquid Chromatography – Mass Spectrometry/Mass Spectromatry analysis (LC-MS/MS) for 40 constituents in 13 minutes. The performed method was evaluated and quality controlled strictly. The results showed the matrix-matched calibration curve linearity. Un optimum conditions, the correlation coefficients were >0.99 in the range of pesticides concentrations from 10 to 1000 g/L in different selected matrix samples. Based on injected volume sample 50 L, the recoveries (spiked at three different levels 0.05 mg/kg, 0.1 mg/kg and 0.2 mg/kg) were from 78.8% to 115.6% and the relative standard deviations (RSD) were lower than 10% for all constituents. The limit of detection (LOD) for 0.02 mg/Kg concentration and the limit of quantitation (LOQ) of 0.05 mg/Kg concentration might be analysed because of matching up with permissible limits of studied constituents, defined in Ministry of Public Health’s decision No. 46/2007 / QD-BYT and Europe’s Regulation EC No. 396/2005. LỜI CAM ĐOAN Nghiên cứu này được thực hiện tại Phòng Thí nghiệm Môi Trường – Phòng Thí nghiệm Sắc Ký Quang Phổ - Khu Thí Nghiệm Trung Tâm Kỹ Thuật Tiêu Chuẩn Đo Lường Chất Lượng 3. Kết quả nghiên cứu này do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của Cô TS. Trần Thị Kiều Anh. Các kết quả nghiên cứu trình bày trong luận văn này là các số liệu trung thực, không sao chép kết quả nghiên cứu của tác giả khác. Tôi xin cam đoan. Phan Nguyễn Thu Xuân MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ...................................................... iv DANH MỤC BẢNG .......................................................................................... v DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ..................................................................... vi MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .............................................................................. 2 1.1. Giới thiệu về thuốc bảo vệ thực vật: ................................................... 2 1.2. Dƣ lƣợng thuốc bảo vệ thực vật: ......................................................... 2 1.3. Tác hại của thuốc bảo vệ thực vật: ...................................................... 2 1.4. Nhóm lân hữu cơ ................................................................................. 3 1.4.1. Khái niệm và ứng dụng ................................................................... 3 1.4.2. Công thức chung và một số dạng thƣờng gặp ................................. 3 1.4.3. Cơ chế tác động và độc tính ............................................................ 4 1.5. Nhóm carbamate .................................................................................. 4 1.5.1. Khái niệm và ứng dụng ................................................................... 4 1.5.2. Công thức chung ............................................................................. 5 1.5.3. Cơ chế tác động và độc tính ............................................................ 5 1.6. Nhóm triazole ...................................................................................... 5 1.6.1. Khái niệm và ứng dụng ................................................................... 5 1.6.2. Cơ chế tác động và độc tính ............................................................ 6 1.7. Tính chất các hợp chất thuốc trừ sâu sẽ nghiên cứu............................ 6 1.8. Tổng quan một số phƣơng pháp chiết và làm sạch mẫu trong việc xác định đồng thời nhiều thuốc trừ sâu [8] .................................................................. 13 1.8.1. Chiết rắn lỏng SLE (solid - liquid extraction)............................... 13 1.8.2. Chiết lỏng lỏng LLE (liquid-liquid extraction) .............................. 14 1.8.3. Kỹ thuật chiết pha rắn SPE (solid phase extraction)...................... 15 1.8.4. Kỹ thuật chiết pha rắn với chất hấp phụ không phân cực ............. 16 1.8.5. Kỹ thuật chiết pha rắn với chất hấp phụ trao đổi ion .................... 16 1.8.6. Chiết vi lƣợng pha rắn SPME (solid phase micro extraction) ...... 16 i 1.8.7. Phƣơng pháp QuEChERS ............................................................. 17 1.9. Tổng quan về phƣơng pháp Sắc ký: .................................................. 19 1.9.1. Đại cƣơng về phƣơng pháp sắc ký: ............................................... 19 1.9.2. Giới thiệu một số phƣơng pháp sắc ký: ........................................ 20 1.9.3. Nguyên tắc hoạt động: .................................................................. 20 1.9.4. Các đại lƣợng cơ bản của sắc ký ................................................... 21 1.9.5. Ứng dụng: ...................................................................................... 22 1.10. Sắc ký lỏng (LC) ............................................................................... 22 1.10.1. Giới thiệu về sắc ký lỏng: ........................................................... 23 1.10.2. Các phƣơng pháp thƣờng sử dụng .............................................. 23 1.10.3. Một số kỹ thuật thƣờng gặp trong LC: ........................................ 25 1.10.4. Cột sử dụng trong sắc ký lỏng: ................................................... 25 1.10.5. Bơm cao áp .................................................................................. 26 1.10.6. Detector sử dụng trong sắc ký lỏng............................................. 26 1.10.7. Định tính và định lƣợng: ............................................................. 28 1.11. sắc ký lỏng đầu dò Khối phổ (LC – MS) .......................................... 29 1.11.1. Giới thiệu về khối phổ:................................................................ 29 1.11.2. Cấu tạo cơ bản của hệ thống khối phổ ........................................ 30 1.11.3. Các kỹ thuật ion hoá .................................................................... 31 1.11.4. Các hệ thống tách khối ................................................................ 33  Nguyên tắc chung của khối phổi MS .................................................... 35  Nguyên tắc chung của khối phổ MS/MS .............................................. 36 1.11.5. Bộ phận phát hiện ion (Detector): ............................................... 37 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG – PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................... 39 2.1. Đối tƣợng – Mục tiêu – nội dung nghiên cứu: .................................. 39 2.1.1. Đối tƣợng: ..................................................................................... 39 2.1.2. Mục đích:....................................................................................... 39 2.1.3. Ý nghĩa thực tiễn: .......................................................................... 39 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu: .................................................................. 39 2.3. Phƣơng tiện nghiên cứu:.................................................................... 40 2.3.1. Thiết bị, dụng cụ............................................................................ 40 ii 2.3.2. Hoá chất, chất chuẩn ..................................................................... 40 2.3.3. Chuẩn bị dung dịch chuẩn: ............................................................ 41 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM........................................................................ 44 3.1. Tối ƣu các điều kiện xác định đồng thời dƣ lƣợng thuốc trừ sâu trên LC – MS/MS .......................................................................................................... 44 3.1.1. Chọn các điều kiện phân mảnh tối ƣu cho từng chất phân tích .... 44 3.1.2. Pha tĩnh:......................................................................................... 45 3.1.3. Thành phần pha động .................................................................... 45 3.2. Khảo sát quy trình chiết..................................................................... 47 3.2.1. Quy trình xử lý mẫu dự kiến ......................................................... 47 3.2.2. Đánh giá phƣơng pháp phân tích .................................................. 50 3.2.3. Phân tích đồng thời nhiều thuốc trừ sâu trên một số đối tƣợng mẫu thật ....................................................................................................... 60 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ - BÀN LUẬN .......................................................... 61 4.1. Chọn các điều kiện phân mảnh tối ƣu cho từng chất phân tích ........ 61 4.1.1. Thành phần pha động .................................................................... 63 4.1.2. Đánh giá phƣơng pháp phân tích .................................................. 66 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 84 iii DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT SPE (Solid phase extraction): Chiết pha rắn SLE (Solid – liquid extraction): Chiết rắn lỏng LLE (Liquid – liquid extraction): Chiết lỏng lỏng SPME (Solid phase micro extraction): Chiết vi lƣợng pha rắn ADI (Acceptable Daily Intake): Lƣợng ăn vào hàng ngày chấp nhận đƣợc ESI: ElectroSpray Ionization – kỹ thuật phun ion. APCI: Atmospheric pressure chemical ionization – Ion hóa hóa học tại áp suất khí quyển. HPLC: High Performance Liquid Chromatography - Sắc kí lỏng hiệu năng cao. LC-MS/MS: Sắc ký lỏng ghép khối phổ hai lần LC-MS: Sắc kí lỏng ghép khối phổ LOD: Limit Of Detection - Giới hạn phát hiện. LOQ: Limit Of Quantification - Giới hạn định lƣợng. MRL (Maximum Residue Level): Giới hạn dƣ lƣợng tối đa QuEChERS (Quick-Nhanh chóng, Easy-Đơn giản, Cheap-Rẻ, EffectiveHiệu quả, Ruged-Ổn định, Safe-An toàn): tên một phƣơng pháp chiết. p.a: pure analysis – tinh khiết phân tích ppb: một phần tỉ. ppm: một phần triệu. ppt: một phần ngàn tỉ. ACN: Acetonitrile TPP: Triphenyl phosphate GCB: Graphitized carbon black – Than hoạt tính PSA: Primary and secondary amine exchange material – amin bậc 1 và bậc 2 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Tính chất một số hợp chất thuốc trừ sâu: ................................................... 6 Bảng 2.1: Chất chuẩn sử dụng có giấy chứng nhận hàm lƣợng và còn hạn sử dụng 40 Bảng 3.1: Chƣơng trình gradient nồng độ................................................................. 46 Bảng 3.2: Lƣợng nƣớc thêm vào mẫu ....................................................................... 49 Bảng 3.3: Xây dựng đƣờng chuẩn trên nền mẫu....................................................... 52 Bảng 3.4: Tiêu chí chấp nhận hiệu suất thu hồi cho các khoảng nồng độ phân tích (theo AOAC) ............................................................................................................. 54 Bảng 3.5: Khoảng tỉ lệ ion cho phép để định danh mẫu dƣơng tính......................... 60 Bảng 4.1: Điều kiện tối ƣu cho quá trình phân mảnh ion trên đầu dò MS/MS ........ 61 Bảng 4.2: Độ thu hồi giới hạn phát hiện (LOD) của Dimefluthrin tại nồng độ 0.001 mg/Kg trong nền cà chua .......................................................................................... 66 Bảng 4.3: Độ thu hồi giới hạn định lƣợng (LOQ) của Dimefluthrin tại nồng độ 0.003 mg/Kg trong nền cà chua. ............................................................................... 67 Bảng 4.4: Kết quả khảo sát giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lƣợng ((LOQ) và phƣơng trình hồi quy tuyến tính của các hợp chất khảo sát trên nền cà chua và rau cải ........................................................................................................................ 67 Bảng 4.6: Kết quả hiệu suất thu hồi trung bình (R%), độ lệch chuẩn (SD), độ lệch chuẩn tƣơng đối (RSD %) của phƣơng pháp trên nền mẫu cà chua và rau cải với 3 mức thêm chuẩn (0.04 mg/Kg, 0.10 mg/Kg và 0.02 mg/Kg) ................................... 72 Bảng 4.6: Bảng tính excel thống kê hàm anova 1 yếu tố xác định độ chụm của phƣơng pháp .............................................................................................................. 76 Bảng 4.7: Kết quả phân tích dƣ lƣợng thuốc trừ sâu trên một số mẫu thực ............. 80 v DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Cấu tạo cơ bản của một thiết bị sắc ký ............................................. 20 Hình 1.2: Sắc ký đồ của ba cầu tử trong đó có một cấu tử không bị lƣu giữ ... 21 Hình 1.3: Cột dùng trong sắc ký lỏng .............................................................. 26 Hình 1.4: Các bƣớc cơ bản của một quá trình phân tích khối phổ .................. 30 Hình 1.5: Các bộ phận cơ bản của máy khối phổ ............................................ 31 Hình 1.6: Hệ thống khối phổ đầu dò ba tứ cực của hãng AB SCIEX hiệu máy API 3200™ LC/MS/MS ........................................................................................... 34 Hình 1.7: Sơ đồ khối phổ một tứ cực ............................................................... 35 Hình 1.8: Minh họa bộ lọc khối tứ cực và khi có hiệu điện thế áp vào cần tứ cực ............................................................................................................................. 35 Hình 1.9: Sơ đồ khối phổ ba tứ cực .................................................................. 36 Hình 1.11: Minh hoạ quá trình tách các ion từ hỗn hợp R, M, N ................... 36 Hình 1.12: Sự phân mảnh diễn ra ở Q2 ............................................................ 37 Hình 1.13: Bộ phận phát hiện nhân electron CEM .......................................... 38 Hình 3.2: Biểu đồ kiểm soát chất lƣợng ........................................................... 58 Hình 4.1: Sắc ký đồ kết quả khảo sát chƣơng trình gradient pha động............ 64 Hình 4.2: Sắc ký đồ giới hạn phát hiện LOD (a) và giới hạn định lƣợng LOQ (b) của Dimefluthrin trong nền cà chua .................................................................... 66 Hình 4.3: Khảo sát ảnh hƣởng của nền mẫu lên đƣờng chuẩn của cấu tử Acephate (Trƣờng hợp tín hiệu trong nền mẫu thấp hơn trong dung môi) ............... 70 Hình 4.4: Khảo sát ảnh hƣởng của nền mẫu lên đƣờng chuẩn của cấu tử Profenofos (Trƣờng hợp tín hiệu trong nền mẫu cao hơn trong dung môi).............. 71 Hình 4.5: Biểu đồ kiểm soát mức độ ổn định của thiết bị khi phân tích cấu tử Simazine theo thời gian ............................................................................................. 77 Hình 4.6: Đánh giá độ bền của Dichlorovos và Dimefluthrin theo thời gian lƣu mẫu 2 tháng ............................................................................................................... 78 vi MỞ ĐẦU Việt Nam là một nƣớc nông nghiệp lâu đời, năng suất và sản lƣợng cây trồng luôn là vấn đề đáng quan tâm của các nhà nông. Nhờ sử dụng phân bón và hóa chất trong sản xuất nông nghiệp mà năng suất cây trồng tăng lên rõ rệt. Bên cạnh mặt tích cực đó thì mặt tiêu cực là ngƣời nông dân lạm dụng hoá chất trong sản xuất nông nghiệp, nhất là các loại rau ăn lá nhƣ cải ngọt, mồng tơi, cải bẹ xanh, cải bắp, cải thảo, rau muống, dƣa leo, cà chua… Theo thống kê của Tổ chức y tế thế giới, mỗi năm con ngƣời đã sử dụng hàng chục triệu tấn thuốc bảo vệ thực vật các loại bao gồm thuốc trừ sâu, thuốc diệt nấm, diệt cỏ..., ngoài một phần thuốc có tác dụng diệt trừ các loài địch hại mùa màng, phần lớn khối lƣợng thuốc còn lại đƣợc đƣa vào môi trƣờng. Sự hiện diện và tồn lƣu thuốc bảo vệ thực vật trong môi trƣờng nƣớc, đất, cây cỏ... đã làm ngộ độc, gây chết cho nhiều loài động vật. Thuốc bảo vệ thực vật ảnh hƣởng trực tiếp đến con ngƣời: gây ngộ độc mãn tính, ngộ độc cấp tính dẫn đến tử vong hoặc làm biến đổi gen gây nên các bệnh về di truyền ảnh hƣởng đến nhiều thế hệ sau. Do tác hại to lớn này trong nhiều năm trở lại đây vấn đề ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật luôn đƣợc quan tâm nghiên cứu. Ở nƣớc ta đã có một số công trình khảo sát về tình hình sử dụng thuốc trừ sâu và ảnh hƣởng của thuốc trừ sâu đến sức khoẻ ngƣời nông dân. Tuy nhiên phần lớn các nghiên cứu xác định dƣ lƣợng của thuốc trừ sâu này chỉ đƣợc thực hiện trên từng nhóm thuốc trừ sâu riêng lẽ, và các nghiên cứu chỉ dừng lại ở đó mà chƣa đƣợc áp dụng vào thực tế vào các trung tâm kiểm định chất lƣợng sản phẩm. Từ những lý do trên, với sự hỗ trợ trang thiết bị của Trung Tâm Kỹ Thuật Tiêu Chuẩn Đo Lƣờng Chất Lƣợng 3 và dựa trên những công trình nghiên cứu liên quan đƣợc công bố trong và ngoài nƣớc, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Xác định đồng thời dƣ lƣợng trên 40 hợp chất thuốc trừ sâu phổ biến ở Việt Nam trong nhiều nhóm thực phẩm bằng phƣơng pháp QuEChERS và phân tích bằng LCMS/MS”. 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT: Định nghĩa: Thuốc bảo vệ thực vật (thuốc trừ sâu) hay còn gọi là nông dƣợc, là những chất độc có nguồn gốc từ tự nhiên hay hóa chất tổng hợp đƣợc dùng để bảo vệ cây trồng và nông sản nhằm chống lại sự phá hoại của những sinh vật gây hại đến tài nguyên thực vật. Những sinh vật gây hại chính bao gồm: sâu hại, bệnh hại, cỏ dại, chuột và các tác nhân khác. Hóa chất bảo vệ thực vật gồm nhiều nhóm khác nhau, đƣợc gọi theo tên nhóm sinh vật gây hại, ví dụ nhƣ thuốc trừ sâu dùng để trừ sâu hại, thuốc trừ bệnh dùng để trừ bệnh cho cây [1, 2]… 1.2 DƢ LƢỢNG THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT: Dƣ lƣợng thuốc bảo vệ thực vật là phần còn lại của hoạt chất, các sản phẩm chuyển hoá và các thành phần khác có trong thuốc, tồn tại trên cây trồng, nông sản, đất, nƣớc sau một thời gian dƣới tác động của các hệ sống (living systems) và điều kiện ngoại cảnh (ánh sáng, nhiệt độ, ẩm độ...). Dƣ lƣợng của thuốc đƣợc tính bằng mg (miligam) thuốc có trong 1 kg nông sản, đất hay nƣớc (mg/L). Nhƣ vậy, dƣ lƣợng thuốc bảo vệ thực vật bao gồm bất kỳ dẫn xuất nào của thuốc cũng nhƣ các sản phẩm chuyển hoá của chúng có thể gây độc cho môi sinh, môi trƣờng. Dƣ lƣợng có thể có nguồn gốc từ những chất đã xử lý vào đất hay trên bề mặt vật phun; phần khác lại bắt nguồn từ sự ô nhiễm (biết hay không biết) có trong không khí, đất và nƣớc [1]. Theo quy định châu Âu, giới hạn cho phép tối đa thuốc bảo vệ thực vật trong nông sản từ 0.01-5.0 mg/kg tùy vào từng loại thuốc trừ sâu, từng loại thực phẩm, nhƣng đối với một số thuốc trừ sâu độc hại nhất thì dƣ lƣợng thuốc trừ sâu cho phép là 0.01 mg/kg [3]. 1.3 TÁC HẠI CỦA THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT: Hầu hết hóa chất bảo vệ thực vật đều độc với con ngƣời và động vật máu nóng ở các mức độ khác nhau. Dựa theo đặc tính hóa chất bảo vệ thực vật mà ta chia làm hai loại: chất độc cấp tính và chất độc mãn tính. 2 Chất độc cấp tính: mức độ gây độc phụ thuộc vào lƣợng thuốc xâm nhập vào cơ thể. Ở dƣới liều gây chết, chúng không đủ khả năng gây tử vong, dần dần bị phân giải và bài tiết ra ngoài. Loại này bao gồm các hợp chất họ pyrethroid, những hợp chất họ lân hữu cơ, họ carbamate và những loại thuốc có nguồn gốc sinh vật. Chất độc mãn tính: là những chất có khả năng tích lũy lâu dài trong cơ thể vì chúng rất bền, khó bị phân giải và bài tiết ra ngoài. Thuốc loại này gồm nhiều hợp chất chứa clo hữu cơ, chứa thạch tín (asen), chứa chì, chứa thuỷ ngân... đây là những loại rất nguy hiểm cho sức khoẻ con ngƣời. Hóa chất bảo vệ thực vật có thể thâm nhập vào cơ thể con ngƣời và động vật qua nhiều con đƣờng khác nhau, thông thƣờng qua ba đƣờng chính: hô hấp, tiêu hoá và tiếp xúc trực tiếp. Khi tiếp xúc với hóa chất bảo vệ thực vật, con ngƣời có thể bị nhiễm độc cấp tính hoặc mãn tính, tùy thuộc vào phạm vi ảnh hƣởng của thuốc [4]. 1.4 NHÓM LÂN HỮU CƠ 1.4.1 Khái niệm và ứng dụng Thuốc trừ sâu lân hữu cơ (còn gọi thuốc trừ sâu nhóm phospho hữu cơ) là các hợp chất có nguồn gốc tổng hợp, đƣợc cấu tạo từ một phân tử phospho hóa trị V với 2 gốc hydrocacbon (R1, R2), một nhóm chức X chứa lƣu huỳnh (S) hoặc nitơ (N) và một nguyên tử oxi (O). Khi thay thế các gốc R1, R2 hoặc nhóm chức ta đƣợc một chất mới có độc tính khác với chất ban đầu [1]. Ví dụ nhƣ fenitrothion, malathion, parathion, diazinon,…Lân hữu cơ có tác dụng tốt trong diệt cỏ, diệt côn trùng, góp phần nâng cao năng suất cây trồng nên đƣợc sử dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp ở nƣớc ta. Hiện nay đã tổng hợp đƣợc hơn 400 loại lân hữu cơ khác nhau. 1.4.2 Công thức chung và một số dạng thƣờng gặp R1, R2: Gốc hydrocacbon X: Chứa lƣu huỳnh hoặc nitơ 3 1.4.3 Cơ chế tác động và độc tính Lân hữu cơ tác động vào hệ thần kinh của cá thể trúng độc bằng cách ức chế hoạt tính của men acety cholinesteraza (AchE), dẫn đến làm tê liệt quá trình dẫn truyền kích thích của các xung thần kinh, gây nên cảm giác hƣng phấn cùng với các hoạt động loạn nhịp, choáng váng, các chi và đầu co giật liên tục, yếu dần và chết [1]. Dƣới tác dụng của điều kiện tự nhiên nhƣ ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm và vi sinh vật… quá trình chuyển hoá các lân hữu cơ diễn ra rất phức tạp, xuất hiện nhiều hợp chất trung gian có độc tính cao gấp nhiều lần so với dạng chất ban đầu. Các hợp chất lân hữu cơ hầu nhƣ không tích lũy lâu trong lipit, mô mỡ, lipoprotein nhƣng lại dễ hoà tan và tích lũy rất lâu trong dẫn xuất ester của các acid hữu cơ vòng thơm. Chúng có thể gây ngộ độc cấp tính cho sinh vật khi tiếp xúc trực tiếp, nuốt nhầm hoặc qua đƣờng hô hấp. Đồng thời lân hữu cơ cũng có thể gây độc mãn tính mà không có triệu chứng ban đầu cụ thể nào. 1.5 NHÓM CARBAMATE 1.5.1 Khái niệm và ứng dụng Thuốc trừ sâu nhóm carbamate là các hợp chất có nguồn gốc tổng hợp từ axit carbamic, cụ thể là dẫn xuất ester của axit carbamic (còn gọi là urethane). Một số chất tiêu biểu: carbaryl, carbofuran, thiobencarb, diethofencarb,… Nhóm này có hiệu quả thƣơng mại cao nên đƣợc dùng nhiều trong nông nghiệp nhƣ thuốc trừ sâu, diệt cỏ, diệt nấm. Hiện nay có hơn 50 loại thuốc trừ sâu thuộc nhóm này đang đƣợc sử dụng trên thị trƣờng. Thuốc trừ sâu họ carbamate đƣợc sử dụng thay thế cho những loại thuốc trừ sâu chứa Clo nhƣ DDT (dichloro diphenyl trichlorothane) hay chứa phospho. Nguyên nhân là bởi carbamate không bền, dễ bị phân hủy dƣới tác động của môi trƣờng. Tuy nhiên, thuốc trừ sâu học carbamate đƣợc nghi ngờ là có khả năng gây ung thƣ và đột biến gen. Hợp chất carbamate đa số là những chất độc đối với con ngƣời và đƣợc xếp vào nhóm độc I hoặc II theo tiêu chuẩn Việt Nam. Việc tăng sử dụng thuốc trừ sâu họ carbamate đặt ra vấn đề về nguy cơ đối với nghề trồng rau mà môi trƣờng sống của con ngƣời. 4 1.5.2 Công thức chung Với R, R’ là nhóm alkyl hay nhóm aryl. R: là nhóm methyl thƣờng sử dụng làm thuốc diệt côn trùng. R: là nhóm aryl thƣờng sử dụng làm thuốc diệt cỏ. R: nhóm benzimidazole thƣờng sử dụng làm thuốc diệt nấm mốc. 1.5.3 Cơ chế tác động và độc tính Trong môi trƣờng tự nhiên, thuốc trừ sâu nhóm carbamate là những chất ít bền nhƣng có độc tính rất cao đối với con ngƣời và động vật. Về cơ chế tác động của nhóm này tƣơng tự nhƣ các thuốc trừ sâu lân hữu cơ. Các hợp chất carbamate kìm hãm men acetyl cholinesteraza qua quá trình carbaryl hóa các vị trí hoạt động của men. Quá trình này là quá trình thuận nghịch, sự liên kết giữa các hợp chất carbamate với enzyme acety cholinesteraza thƣờng không bền, nên có trƣờng hợp sâu hại phục hồi đƣợc sau khi nhiễm thuốc. Nhóm thuốc carbamate an toàn với cây, ít độc hơn nhóm thuốc lân hữu cơ và không tích tụ quá lâu trên nông sản, môi trƣờng sống. Độ độc của thuốc rất khác nhau theo từng loài, tùy thuộc vào loại thuốc. 1.6 NHÓM TRIAZOLE 1.6.1 Khái niệm và ứng dụng Thuốc trừ sâu nhóm Triazole là nhóm thuốc mới chứa nhiều hoạt chất trừ nấm. Nhóm thuốc này dùng phun lên cây hoặc để xử lý hạt, cây giống. Một số sản phẩm đại diện nhƣ propiconazole, difenoconazole,… 5 1.6.2 Cơ chế tác động và độc tính Thuốc trừ sâu thông qua rễ và lá ngấm nhanh vào thân cây, di chuyển vào trong thân đến các mô sinh trƣởng, thông qua việc gắn kết với gốc sterol của lớp màng tế bào gây ức chế quá trình sinh tổng hợp trong tế bào của nấm, dẫn đến tình trạng các thành phần nội bào bị phá hủy gây nên các “lỗ thủng”, sau cùng làm chết tế bào nấm. Ngoài ra, nhóm thuốc trừ sâu này còn ngăn cản quá trình tổng hợp chất melanin làm cho sợi nấm không xâm nhập hoặc không phát triển đƣợc trong các tế bào của cây. 1.7 TÍNH CHẤT MỘT SỐ HỢP CHẤT THUỐC TRỪ SÂU SỬ DỤNG PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM Bảng 1.1: Tính chất một số hợp chất thuốc trừ sâu: STT Tên hợp chất 1 Oxamyl CTPT, CTCT Tính chất vật lý Thuộc nhóm carbamate Tinh thể rắn không màu D = 0,97 g/cm3 C7H13N3O3S M = 219,26g/mol Tnc=100-102 °C Thuộc nhóm carbamate Tinh thể mịn 2 3 4 Methomyl Aldicarb D=1,294 g/cm3 C5H10N2O2S M = 162,21 g/mol Tnc= 78-79°C C7H14N2O2S M=190,26g/mol Tnc=100°C Độ tan 58 g/L (25oC) Thuộc nhóm carbamate. Tinh thể rắn màu đen. D=1,195 g/cm³ Phân hủy trƣớc điểm sôi Thuộc nhóm carbamate Tinh thể rắn màu trắng. D=1,18 g/cm³ Carbofurane C12H15NO3 M=221,25 g/mol Tnc=151°C Độ tan 320 mg/L (25oC) 6