(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu sự phân hủy của thuốc trừ sâu carbamate trong đất dưới một số điều kiện môi trường khác nhau

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

Phạm Thị Phương Hà

NGHIÊN CƯU SỰ PHÂN HUỶ CỦA THUỐC TRỪ SÂU
CARBAMATE TRONG ĐẤT DƯỚI MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN MÔI
TRƯỜNG KHÁC NHAU.

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Hà Nội - 2021

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

Phạm Thị Phương Hà
NGHIÊN CƯU SỰ PHÂN HUỶ CỦA THUỐC TRỪ SÂU

CARBAMATE TRONG ĐẤT DƯỚI MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN MÔI
TRƯỜNG KHÁC NHAU.

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường
Mã số
: 8 52 03 20

LUẬN VĂN THẠC SỸ : KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
Hướng dẫn 1 : TS. Trịnh Thu Hà
Hướng dẫn 2 : TS. Dương Thị Hạnh

Hà Nội - 2021

Luan van


ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu sự phân hủy của thuốc trừ sâu
carbamate trong đất dưới một số điều kiện môi trường khác nhau.” là do tôi
thực hiện và không trùng lặp với bất kỳ công trình khoa học nào khác. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được ai cơng bố trong
bất kỳ một cơng trình nghiên cứu nào. Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm về nội
dung luận văn.
Hà Nôi, tháng 01 năm 2021
Học viên

Phạm Thị Phương Hà

Luan van


iii
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cám ơn Ban lãnh đạo Học viện Khoa
học và Công nghệ, Viện Công nghệ Môi trường đã tạo điều kiện thuận lợi và
giúp đỡ tơi để tơi có thể hồn thành chương trình học của Học viên.
Luận án này được hồn thành tại Học viện Khoa học và Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam dưới sự hướng dẫn khoa học
của TS. Trịnh Thu Hà và TS. Dương Thị Hạnh. Tôi xin chân thành cảm ơn
TS. Trịnh Thu Hà và TS. Dương Thị Hạnh đã hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi
điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành bản luận án.
Tơi xin chân thành cảm ơn Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ Quốc
gia Nafosted Mã số 104.04-2017.319 đã tài trợ kinh phí cho tơi thực hiện luận
văn này.
Trong q trình nghiên cứu và hồn thành luận văn, tơi đã nhận được sự
giúp đỡ hết sức nhiệt tình và quý báu của cán bộ Phòng Hóa sinh Môi trường Viện Hóa học, Phòng Độc chất Môi trường - Viện Công nghệ Môi trường - Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tôi xin trân trọng cảm ơn.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến những người thân
yêu trong gia đình, đờng nghiệp và bạn bè đã ln quan tâm, động viên khích
lệ, ủng hộ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Tác giả luận văn: Phạm Thị Phương Hà

Luan van


iv
MỤC LỤC

DANH MỤC VIẾT TẮT………………………………………………..…vi
DANH MỤC BẢNG……………………………………………………….vii
DANH MỤC HÌNH……………………………………………………….viii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...................................................................................... 5
1.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ................................................................... 5
1.1.1. Hóa chất bảo vệ thực vật .....................................................................5
1.1.2. Thuốc trừ sâu dùng trong nghiên cứu...............................................6
1.1.3. Ơ nhiễm mơi trường nước do sử dụng HCBVTV ở Việt Nam .....8
1.2. CHIẾT TÁCH VÀ PHÂN TÍCH HCBVTV TRONG NƯỚC .....................14
1.2.1. Phương pháp chiết tách HCBVTV trong nước .............................14
1.2.2. Phương pháp phân tích HCBVTV ..................................................16
1.2.2.1. Phương pháp ELISA .............................................................................. 17
1.2.2.2. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) ............................... 17
1.2.2.3. Phương pháp sắc ký khí (GC) ............................................................... 18
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ................ 21
1.3.1. Thuốc trừ sâu trên đất ruộng lúa .....................................................21
1.3.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến nhả hấp phụ TTS trong đất ............22
CHƯƠNG 2. ĐIỀU KIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ............... 27
2.1. THIẾT BỊ VÀ HOÁ CHẤT ..................................................................... 27
2.1.1. Thiết bị ..................................................................................................27
2.1.2. Hóa chất................................................................................................27
2.2. THỰC NGHIỆM ...................................................................................... 29
2.2.1. Chiết tách và phân tích fenobucarb trong mẫu nước ...................29
2.2.2. Chuẩn bị mẫu đất dùng cho thí nghiệm..........................................30
2.2.3. Thí nghiệm nhả hấp phụ fenobucarb dưới một số điều kiện
môi trường .............................................................................................................30
2.2.3.1.Thí nghiệm phân hủy fenobucarb từ đất dưới mức pH khác nhau
trong nước ................................................................................................................30
2.2.3.2.Thí nghiệm phân hủy fenobucarb từ đất dưới SDS trong nước .......30

2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................ 31
2.3.1. Phương pháp định lượng mẫu trên GC/MS ..................................31

Luan van


v
2.3.3. Phương pháp xử lý số liệu .................................................................32
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN......................................................... 35
3.1. PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH VÀ XÁC ĐỊNH FENOBUCARD
TRONG NƯỚC............................................................................................... 35
3.1.1. Phương pháp định lượng fenobucarb trên GC/MS ......................35
3.1.1.1. Khảo sát điều kiện đo ..................................................................................... 38
3.1.1.2. Xây dựng đường chuẩn cho fenobucarb........................................................ 39
3.1.1.3. Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp .................................................. 40
3.1.2. Quy trình chiết tách fenobucarb trong nước .................................42
3.2. NGHIÊN CỨU SỰU PHÂN HỦY CỦA FENOBUCARD TRONG HỆ
ĐẤT NƯỚC DƯỚI SỰU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ MÔI
TRƯỜNG ........................................................................................................ 47
3.2.1. Thành phần cơ giới và tích chất vật lý và hóa học của mẫu đất
nghiên cứu ...............................................................................................................47
3.2.2. Phân hủy fenobucarb trong hệ đất - nước dưới ảnh hưởng
của pH .....................................................................................................................47
3.2.3. Phân hủy của fenobucarb trong hệ đất - nước dưới ảnh hưởng của
SDS ...........................................................................................................................52
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................... 57
4.1 KẾT LUẬN ............................................................................................... 57
4.2.KIẾN NGHỊ .............................................................................................. 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 58
PHỤ LỤC ....................................................................................................... 69

Luan van


vi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CV
DCM
EPA
GC
GC/ECD
GC/EI-MS
GLC
GC/MS

Coefficient of variation
Environmental Protection
Agency
Gas Chromatography
Gas Chromatography – Electron
Capture Detector
Gas chromatograph-electron
impact-mass spectrometer
gas liquid chromatography
Gas chromatography–mass
spectrometry

HCBVTV
HPLC
LC

LOQ
LOD
MS
ppm
ppb
ReT
RSD
Rev
SD
SDS
SPE
TCVN
UV/VIS
WHO

Hệ số biến động của phép đo
Dichloromethane
Cơ quan Bảo vệ Môi trường
Mỹ
Sắc ký khí
Sắc ký khí detector cộng kết
điện tử
Sắc ký khí với detector ion
hóa electron khối phổ
Sắc ký khí lỏng
Sắc ký khí khối phổ
Hóa chất bảo vệ thực vật

High Performance Liquid
Chromatography

Liquid chromatography
Limit of Quatitation
Limit of Detection
Mass spectrometry

Sắc ký lỏng hiệu năng cao

Ultraviolet–visible spectroscopy

Sắc ký lỏng
Giới hạn định lượng
Giới hạn phát hiện
Phổ khối lượng
Nồng độ phần triệu
Nồng độ phần tỷ
Thời gian lưu
Độ lệch chuẩn tương đối
Độ thu hồi
Độ lệch chuẩn
Sodium dodecyl sulfate
Chiết pha rắn
Tiêu chuẩn Việt nam
Quang phổ hấp thụ phân tử

World Health Organization

Tổ chức Y tế thế giới

Relative Standard Deviation
Standard deviation

Solid Phase Extraction

Luan van


vii
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cơng thức cấu tạo của fenobucarb ......................................................... 7
Hình 1.2. Sơ đờ cấu tạo của thiết bị sắc ký khí .................................................... 19
Hình 2.1. Sơ đờ thiết bị GC/MS ........................................................................... 31
Hình 3.1. Sắc ký đờ của ch̉n fenobucarb.......................................................... 38
Hình 3.2. Phở khối của fenobucarb ...................................................................... 38
Hình 3.3. Sắc ký đờ của fenobucarb ở nờng độ ch̉n........................................ 40
Hình 3.4. Đường ch̉n của fenobucarb ............................................................. 40
Hình 3.5. Sơ đờ quy trình chiết lỏng-lỏng mẫu nước.......................................... 46
Hình 3.6. Sự phân hủy của fenobucarb và sản phẩm chuyển hóa thích nghi với
fenobucarb trong dung dịch có pH 7 trong hệ đất-nước ................................. 4649
Hình 3.7. Sự phân hủy của fenobucarb với sự có mặt của pH khác nhau ( 7 và 9)
trong hệ đất - nước (a: nồng độ fenobucarb trong pha nước; b: nồng độ
fenobucarb trong pha đất; c: tổng lượng tồn dư còn lại của fenobucarb) .......... 53
Hình 3.8. Hiệu suất phân hủy của fenobucarb với sự có mặt của pH (5, 7 và 9) và
SDS trong dung dịch trong hệ đất-nước............................................................... 54

Luan van


viii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Tính chất vật lý và hóa học của DDT, endosulfan và fenobucarb
[26]............................................................................................................................ 7

Bảng 1.2. Các thuốc trừ sâu được sử dụng ở đồng bằng sông Hồng [17] ......... 10
Bảng 1.3. Thuốc trừ sâu thông dụng nhất sử dụng trên ruộng lúa ruộng lúa - nuôi
cá ở Tiền Giang và Cần Thơ [32] ......................................................................... 12
Bảng 1.4. Một số phương pháp phân tích, chiết tách fenobucarb trong nước. 21
Bảng 2.1. Dung dịch chuẩn fenobucarb để lập đường chuẩn ............................. 28
Bảng 2.3. Bảng thời gian lấy mẫu trong các thí nghiệm ..................................... 31
Bảng 3.1. Điều kiện khảo sát để định lượng fenobucarb trên thiết bị GC/MS. 37
Bảng 3.2. Mảnh phổ chuẩn và thời gian lưu của chất phân tích......................... 38
Bảng 3.3. Nồng độ và diện tích pic của các chất trong dung dịch chuẩn .......... 39
Bảng 3.4. LOD và LOQ của fenobucarb ............................................................. 41
Bảng 3.5. Sai số và độ lặp lại của phép đo tại các nồng độ khác nhau .............. 42
Bảng 3.6. Hiệu suất thu hồi fenobucarb của phương pháp chiết lỏng-lỏng và chiết
SPE ......................................................................................................................... 43
Bảng 3.7. Hiệu suất thu hồi của fenobucarb của phương pháp chiết lỏnglỏng ......................................................................................................................... 43
Bảng 3.8. Nờng độ trung bình, hiệu suất chiết và độ lệch chuẩn, độ chính xác của
phương pháp chiết lỏng - lỏng .............................................................................. 44
Bảng 3.9. So sánh các phương pháp chiết đã khảo sát........................................ 44
Bảng 3.10 Một số tính chất vật lý và hóa học của cột đất nghiên cứu .............. 47
Bảng 3.11. Phần trăm hiệu suất nhả phụ của fenobucarb từ đất vào nước trong hệ
đất nước .................................................................................................................. 50

Luan van


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay các thuốc trừ sâu thuộc nhóm carbamate được sử dụng nhiều
nhất trong nông nghiệp do chúng ít độc đối với con người và thời gian bán
hủy ngắn. Bên cạnh đó đặc tính hấp thụ ánh sáng của carbamate góp phần

nhanh chóng trong sự phân hủy của chúng bằng các phản ứng quang hóa.
Sau khi áp dụng vào trong đất các thuốc trừ sâu carbamate có thể bị
phân hủy bởi vi sinh vật, hoặc bởi thủy phân hoặc bởi quang hóa. Trong môi
trường đất sản phẩm phân hủy cuối cùng của thuốc trừ sâu carbamate là amin,
rượu hoặc phenol cacbon dioxit (CO2) và nước [1]. Ngoài ra có rất nhiều các
sản phẩm trung gian độc hoặc ít độc hơn được tạo ra trong quá trình phân hủy
này, như trường hợp aldicab tạo ra 3 sản phẩm chuyển hóa chính và 4 sản
phẩm chuyển hóa phụ [2]. Một số yếu tố ảnh hưởng đến sự phân hủy của
carbamate trong đất, như bay hơi, rửa trôi, độ ẩm của đất, hấp phụ, pH, nhiệt
độ, chất hoạt động bề mặt, phản ứng thủy phân, phản ứng quang hóa, phân
hủy sinh học và loại đất [3].
Phản ứng quang hóa là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến pha của
thuốc trừ sâu trên đồng ruộng. Một số nghiên cứu đã chỉ ra thuốc trừ sâu tồn
tại lâu hơn trong điều kiện phòng thí nghiệm so với điều kiện thực địa [4, 5].
Mức độ quang hóa của các thuốc trừ sâu phụ thuộc vào tính hấp thụ ánh sáng
của thuốc trừ sâu, điều kiện chiếu xạ (sự có mặt của dung mơi) và chiều dài
sóng [1, 6]. Các thuốc trừ sâu carbamate trong nước mặt tiếp xúc với ánh sáng
mặt trời trong thời gian dài thì ở vùng nước có độ đục cao thì sự phân hủy
quang hóa sẽ ít hơn so với vùng nước trong do độ đục làm giảm sự thâm nhập
ánh sáng [7, 8]. Cacbamat hấp thụ bức xạ ánh sáng mặt trời vùng (λ = 300
nm) sẽ trải qua phản ứng quang hóa tạo ra các sản phẩm chuyển hóa khác
nhau, như với carbaryl đã tìm thấy 5 sản phẩm phân hủy, trong đó một sản
phẩm là 1-naphthol [1, 8]. Thuốc trừ sâu carbamat trong nước có thể bị phân
hủy dưới tác dụng của bức xạ cực tím (UVR). pH của môi trường nước là một
yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ quang hóa. Như với carbaryl và
propoxur quá trình quang hóa xảy ra chậm ở pH thấp và tăng lên khi pH tăng

Luan van

2
[1]. Các chất hoạt động bề mặt có ảnh hưởng phức hợp đến hoạt động của các
thuốc trừ sâu trong đất. Do tính chất bề mặt đặc biệt mà chất hoạ`t đồng bề
mặt anion và nonionic có thể tăng cường khả năng hòa tan trong nước, tăng
cường hoạt tính sinh học trong đất [9], và đóng vai trò như chất xúc tác trong
suốt qua trình phân hủy của các thuốc trừ sâu [10].
Trong khi đó nước tưới cho ruộng lúa thường khơng kiểm sốt được
chất lượng do nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp thường đổ vào
các sông ngòi tưới tiêu [11-13]. Nước thải sinh hoạt và nước lụt chứa rất nhiều
các cặn lơ lửng, các chất hữu cơ hòa tan như DOC, các chất hoạt động bề mặt,
các axit hữu cơ... [14, 15] mà có thể ảnh hưởng đến sự phân hủy của thuốc trừ
sâu. Bên cạnh đó những nghiên cứu về ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời, pH,
các bon hữu cơ hòa tan và chất hoạt động bề mặt đến sự phân hủy thuốc trừ
sâu carbamate trong đất bị ngập đã chưa được nghiên cứu nhiều ở Việt Nam.
Do đó để hiểu hơn về pha của thuốc trừ sâu carbamate trong đất bị ngập và
tìm ra các sản phẩm chuyển hóa của chúng dưới một số điều kiện môi trường
là rất cần thiết, là cơ sở cho việc đánh giá chính xác hơn tác động môi trường
của chúng.
Trong đề tài này, chúng tôi sẽ thực hiện: 1) Nghiên cứu sự phân hủy
của thuốc trừ sâu carbamate trong đất bị ngập dưới sự ảnh hưởng của DOC,
pH và chất hoạt động bề mặt. 2) Tìm ra các sản phẩm chuyển hóa xuất hiện
trong các quá trình phân hủy này. Thuốc trừ sâu carbamate sử dụng cho nghiên
cứu này sẽ được chọn căn cứ vào kết quả phân tích các chất ô nhiễm hữu cơ
trong đất ruộng bị ngập lụt.
Nội dung nghiên cứu của luận văn:
- Nghiên cứu phương pháp chiết tách và phân tích các thuốc trừ sâu nhóm
carbamate trong đất và nước trên thiết bị GC/MS.
- Nghiên cứu sự phân hủy của thuốc trừ sâu carbamate trong đất dưới ảnh
hưởng của pH của nước.

Luan van


3
- Nghiên cứu sự phân hủy của thuốc trừ sâu carbamate trong đất dưới ảnh
hưởng của chất hoạt động bề mặt trong nước.
- Nghiên cứu xác định các sản phẩm chuyển hóa của thuốc trừ sâu trong
đất xuất hiện trong quá trình phân hủy dưới ảnh hưởng của pH và chất hoạt
động bề mặt.
Fenobucarb là hoá chất thuộc nhóm chất bảo vệ thực vật nhóm carbamate
tơi sử dụng loại hố chất này trong nghiên cứu của mình vì loại hố chất nay
được sử dụng rất nhiều cho lúa nước và rau.
Bố cục luận văn gồm 3 chương và kết luận
Chương 1: Tổng quan đề cập đến đối tượng nghiên cứu và tình hình
nghiên cứu trong và ngồi nước liên quan đến nội dung của luận án.
Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu cung cấp các thông
tin về các phương pháp nghiên cứu và nội dung thực nghiệm trong luận án,
trong đó có các nội dung chính là:
- Nghiên cứu phương pháp chiết tách và phân tích các thuốc trừ sâu
fenobucarb trong nước trên thiết bị GC/MS.
- Nghiên cứu sự phân hủy của thuốc trừ sâu fenobucarb trong đất dưới
ảnh hưởng của pH của nước.
- Nghiên cứu sự phân hủy của thuốc trừ sâu fenobucarb trong đất dưới
ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt trong nước.
- Nghiên cứu xác định các sản phẩm chuyển hóa của thuốc trừ sâu trong
đất xuất hiện trong quá trình phân hủy dưới ảnh hưởng của pH và chất hoạt
động bề mặt.
Chương 3: Phần kết quả và thảo luận tập trung vào 3 nội dung kết quả
chính:

Luan van


4
- Khảo sát các điều kiện chiết tách và phân tích thuốc trừ sâu fenobucarb
trong mẫu nước trên thiết bị GC/MS.
- Nờng độ, mức độ phân hủy và chuyển hóa của thuốc trừ sâu fenobucarb
trong đất dưới dưới ảnh hưởng của pH của nước.
- Nồng độ, mức độ phân hủy và chuyển hóa của thuốc trừ sâu fenobucarb
trong đất dưới dưới ảnh hưởng chất hoạt động bề mặt trong nước.
Chúng tôi hy vọng rằng kết quả nghiên cứu của luận văn về mặt khoa
học sẽ định hướng về nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sự
phân hủy và chuyển hóa của thuốc trừ sâu từ mơi trường đất vào nước, từ đó sẽ
có những nghiên cứu thêm về sự ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố mơi trường
đến sự phân hủy và chuyển hóa của thuốc trừ sâu carbamate từ đất vào nước,
qua đó sẽ đóng góp những công cụ để giúp cho việc đánh giá tác động môi
trường của các nhà nghiên cứu và quản lý môi trường về mặt thực tiễn.

Luan van


5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. ĐỐI TƯƠNG NGHIÊN CỨU.
1.1.1. Hóa chất bảo vệ thực vật
Hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) đóng một vai trò quan trọng và là
một biện pháp có tính quyết định và khơng thể thiếu được trong sản xuất nông
nghiệp hiện đại và sản phẩm thực phẩm. Những hóa chất này được nơng dân
sử dụng rộng rãi để bảo vệ mùa màng diệt trừ sâu bệnh. Bên cạnh những mặt

tích cực thì HCBVTV vẫn còn tính độc hại, bền vững, khó bị phân huỷ trong
mơi trường và dẫn đến khả năng tích tụ ngày càng nhiều trong môi trường đất,
nước và động thực vật, gây ra những vấn đề nguy hại cho môi trường, sức
khỏe con người và hệ sinh thái. Hậu quả của việc hấp thu và tích luỹ HCBVTV
trên cơ thể con người là nguyên nhân gây ra một số bệnh nguy hiểm như các
bệnh ung thư, các bệnh do những biến đổi về cấu trúc gen..., có thể gây ảnh
hưởng di truyền cho các thế hệ sau. Vì vậy nó là đối tượng đã được quan tâm
nghiên cứu từ rất lâu các trong lĩnh vực đời sống, nhất là trong lĩnh vực môi
trường, thực phẩm.
Theo phân loại của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) [16], HCBVTV có
thể được phân loại theo mức độ độc hại và cấu tạo hóa học. Theo mức độ độc
hại HCBVTV được chia làm 3 loại như loại I: Cực kỳ độc hại, loại II: Độc hại
ở mức độ vừa phải, loại III: Độc hại nhẹ. Theo cấu tạo hóa học HCBVTV
được phân thành 4 nhóm chính là nhóm cơ clo, cơ phốt pho, carbamate và
pyrethroid [17].
Nhóm hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo (organochlorine): Là các dẫn
xuất clo của một số hợp chất hữu cơ như diphenyletan, cyclodien, benzen,
hexane. Nhóm này bao gờm những hợp chất hữu cơ rất bền vững trong môi
trường tự nhiên và thời gian bán phân huỷ dài, rất ít tan trong nước, tích lũy
trong mô mỡ của sinh vật và gây nên sự khuếch đại sinh học theo dây chuyền
thức ăn. Trên thế giới đã cấm sử dụng các loại hóa chất này từ những năm 70
theo công ước Stockholm [18]. Việt Nam có lệnh cấm từ tháng 6/1994 [19],

Luan van


6
nhưng đến nay chúng vẫn tồn lưu trong môi trường nước [19], trầm tích [20]
và đặc biệt là đất nông nghiệp [21, 22].
Nhóm hóa chất bảo vệ thực vật cơ phốt pho (organophosphorus): Gồm

các este, các dẫn xuất hữu cơ của axit photphoric. Khi sử dụng chúng tác động
vào thần kinh của côn trùng bằng cách ngăn cản sự tạo thành men cholinestaza
làm cho thần kinh hoạt động kém, làm yếu cơ, gây chống váng và chết. Nhóm
này có thời gian bán phân huỷ ngắn hơn so với nhóm cơ clo và được sử dụng
rộng rãi hơn. Nhóm này bao gờm một số hợp chất như parathion, malathion,
diclovos, clopyrifos.vv.
Nhóm hóa chất bảo vệ thực vật carbamate: Là các dẫn xuất hữu cơ của
axit carbamic. Khi sử dụng chúng tác động trực tiếp vào men cholinestraza
của hệ thần kinh của côn trùng và có cơ chế gây độc giống như nhóm cơ phốt
pho. Nhóm carbamate gờm những hố chất ít bền vững hơn trong mơi trường
tự nhiên, an tồn với cây, ít độc đối với cá hơn các HCBVTV nhóm cơ phốt
pho. Chúng không tồn lưu quá lâu trên nông sản và trong môi trường. Độ độc
của thuốc đối với động vật máu nóng rất khác nhau, tùy thuộc vào loại thuốc.
Đại diện cho nhóm này là các thuốc trừ sâu như: carbofuran, carbaryl,
carbosulfan, isoprocarb, fenobucarb, methomyl…
Nhóm hóa chất bảo vệ thực vật pyrethroid: Nhóm này là những thuốc
trừ sâu có nguồn gốc tự nhiên, là hỗn hợp của các este khác nhau với cấu trúc
phức tạp được tách ra từ hoa của những giống cúc. Đại diện của nhóm này
gờm cypermethrin, permethrin, fenvalarate, deltamethrin....
Bên cạnh đó còn một số HCBVTV gốc vô cơ (hợp chất của đồng, thủy
ngân,…) hoặc HCBVTV có ng̀n gốc từ vi kh̉n, nấm và virus (thuốc trừ
nấm, trừ vi khuẩn…).
1.1.2. Thuốc trừ sâu dùng trong nghiên cứu
- Fenobucarb (còn có tên là 2-sec-butylphenylN-methylcarbamate): Là
thuốc trừ sâu thuộc nhóm carbamate. Fenobucarb là thuốc diệt cơn trùng thơng
qua ức chế hoạt động của men thần kinh cholinesterase. Fenobucarb là nông

Luan van

7
dược được xếp vào nhóm độc tính cấp II theo phân loại của WHO [23]. Nó
cũng độc hại đối với con người, gây ảnh hưởng đến hệ thần kinh, bộ phận sinh
sản, gây ung thư và ngộ độc cấp tính và gây hại cho động vật thủy sinh. Liều
gây chết trung bình qua miệng đối với chuột là 410 mg/kg. Fenobucarb được
sử dụng rộng rãi làm thuốc trừ sâu trên lúa [24, 25].

C12H 17NO2 M = 207,3g/mol
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của fenobucarb
Công thức cấu tạo và một số tính chất vật lý và hóa học của fenobucarb
dùng trong nghiên cứu được chỉ ra ở hình 1.1 và bảng 1.1.
Bảng 1.1. Tính chất vật lý và hóa học của DDT, endosulfan và fenobucarb
[26]
Tên

Fenobucarb

Phân loại

Carbamate

Công thức phân tử

C12H17NO2

Khối lượng phân tử

207,27g/mol

Nhiệt độ tan chảy

124,7°C

Nhiệt độ sôi (760 mmHg)

282,50C

Tỷ trọng

1,023 g/cm3

Áp suất bay hơi (mPa)

13 (25oC)

Độ tan trong nước (20oC)

420 mg/L

pKow

2,79

Thời gian bán hủy

17 (pH = 9)

Luan van

8
1.1.3. Ơ nhiễm mơi trường nước do sử dụng HCBVTV ở Việt Nam
 Sử dụng HCBVTV ở Việt Nam
Theo ước tính của WHO [16] đã cho thấy các nước phát triển tiêu thụ
khoảng 20% sản lượng thuốc trừ sâu trên thế giới [27]. Ở các nước Đông Nam
Á nơi mà nông nghiệp là hoạt động kinh tế chính, HCBVTV đóng một vai trò
quan trọng bởi vì hầu hết các nước ở khu vực này đang tìm kiếm để đi vào
nền kinh tế toàn cầu bằng việc cung cấp các trái cây, rau tươi quanh năm và
lương thực với sản lượng lớn [16]. Tuy nhiên mục tiêu này không thể đạt được
nếu không gia tăng việc sử dụng HCBVTV để tăng năng suất mùa vụ. Việt
Nam là nước đông dân thứ 2 trong Đông Nam Á và thu nhập phụ thuộc vào
nông nghiệp, xấp xỉ khoảng 47% đất của các vùng đồng bằng châu thổ
(820.800 ha) là đất nông nghiệp [28]. Cũng giống như các nước Đông Nam Á
khác Việt Nam đã và đang đẩy mạnh việc sử dụng các HCBVTV để tăng năng
suất mùa màng trên một diện tích trồng trọt (hecta).
Một khối lượng lớn HCBVTV đã được đưa vào Việt Nam để sử dụng,
trong đó lượng thuốc trừ sâu chiếm tỷ lệ cao nhất [29]. Trước năm 1990, hằng
năm cả nước nhập khẩu khoảng 13.000 đến 15.000 tấn thuốc thành phẩm qui
đổi ra các loại. Theo nghiên cứu của Hội và các cộng sự vào năm 2013 ngoài
lượng thuốc trừ sâu được sản xuất ra trong nước, lượng thuốc trừ sâu nhập khẩu
có giá trị khoảng 500 triệu đô la Mỹ/năm [30]. Hiện nay có khoảng 1376 loại
thuốc trừ sâu bệnh và nấm và 223 loại thuốc diệt cỏ đang được sử dụng trên thị
trường Việt Nam [27].
Lượng tiêu thụ trung bình của HCBVTV là 5,52 kg/ha trên 1 vụ mùa cho
rau; 3,34 kg/ha cho lúa; 0,88 kg/ha cho các cây trồng thực phẩm khác (ngô,
khoai, cà chua); 3,34 kg/ha cho các cây công nghiệp ngắn hạn (đậu tương và
lạc) và 3,08 kg/ha cho các cây công nghiệp dài ngày (chè và cà phê).
Loại và lượng HCBVTV sử dụng phụ thuộc nhiều vào loại sâu bọ phổ
biến và mức độ phá hoại tiểm ẩn của chúng đối với mùa màng cũng như là quan
điểm thực hiện quản lý sâu bệnh của người nông dân. Với một số quan điểm

như: Xu hướng sử dụng HCBVTV như đã dùng trước đây, không đắt, không

Luan van


9
có chứng nhận, độc hơn đối với sâu bệnh và bền vững hơn trong môi trường
[31].
 Sử dụng HCBVTV trên ruộng lúa
Lúa gạo vẫn tiếp tục đóng vai trò trung tâm trong sản phẩm nông nghiệp
và thực phẩm của Việt Nam, với diện tích canh tác lúa là gần 7,7 triệu ha (năm
2000), Việt Nam đứng thứ 2 thế giới về xuất khẩu gạo với gần 30 nghìn tấn
(MARD 2002). Sản xuất lúa gạo ở Việt Nam được đặc trưng bởi tính đa vụ,
sản xuất thâm canh nhỏ lẻ và sử dụng rộng rãi phân bón và thuốc trừ sâu. Mật
độ trung bình mùa vụ lúa ở Việt Nam là 1,6. Khoảng 55% tổng diện tích canh
tác lúa là 2 vụ gồm vụ Xuân - Hè và vụ Đông - Xuân, canh tác một vụ được
trồng ở các vùng trũng và vùng cao.
Hóa chất bảo vệ thực vật được sử dụng trên hầu hết các ruộng lúa, theo
kết quả nghiên cứu thực địa ở đồng bằng sông Hồng của Thiên và các cộng
sự [17] cho thấy có khoảng 40 HCBVTV loại đang được sử dụng ở đây (bảng
1.2) trong đó một số các thuốc trừ sâu bị cấm như endosulfan, DDT vẫn được
tìm thấy trong các HCBVTV sử dụng [17, 23]. Theo nghiên cứu của Berg và
các cộng sự [32] về việc sử dụng thuốc trừ sâu trên ruộng lúa ở đờng bằng
sơng Mekong năm 1999 đã tìm thấy 64 các thuốc trừ sâu khác nhau, trong đó
xấp xỉ 25% là thuốc trừ sâu bệnh, 25% thuốc trừ nấm và 25 % là thuốc diệt cỏ
(bảng 1.3). Thuốc trừ sâu bệnh thông dụng nhất là fenobucarb, cartarp
hydrochloride và lambdacyhalothrin.

Luan van

10
Bảng 1.2. Các thuốc trừ sâu được sử dụng ở đồng bằng sông Hồng [17]
Được
phép
sử
dụng

Hạn
chế
sử
dụng

Cấm
sử
dụng

Không
có trong
danh
mục

Tên
thông thường

Tên
thương mại

Endosulfan

Thiodan
30EC

*

Endosulfan

Thaso dant

*

Isodrin

Isodrin

*

2,4 D

Qick

Chlorpyrifos

Pyrimex
20EC

*

Diazinon

Basudin
50EC

*

Methyl parathion

Wofatox

*

Methamidophos

Filitox 60SC

*

Methamidophos

Monitor

*

Fenitrothion

Metyl
annong

*

Profenofos

Selecron

*

Methyl parathion

Wafatox

Carbendazim

Carbenzim

*

Thiosultap-sodium

Shachong
shuang

*

Thiosultap-sodium

Sanedan

*

Fenobucarb

Bassa 50EC

*

Carbofuran

Furadan 3G

Cypermethrin

Arrivo 5EC

*

Cypermethrin

Sherpa

*

Lambda cyhalothrin

Karate
2,5EC

Deltamethrin

Decis 2,5EC

*

*

*

*
*

Luan van


11
Alpha cypermethrin

Fastac 5EC

*

Fenvalerate+dimetho
ate

Fenbis 25EC

*

Esfenvalerate

Sumi
5EC

*

DDT

Neocid

*

Monocrotophos

Magic 50SL

*

Cartap

Padan

*

Imidacloprid

Conphai

*

Methomyl

Lannate

Copper-hydroxide

FunguranOH

*

Copper-oxychloride

Vidoc30BTN

*

Sulfur

Kummulus

*

Abamectin

Bringtin

*

Soka

*

Tilt super

*

Antonik

*

Petroleum
abamectin

oil

+

Difenoconazole
propiconazole
Sodium+nitroguaiac
olate
Fenitrothion+

Ofatox

trichlorfon

400EC

alpha

*

*

Benvil 50SC

*

Disara 10WP

*

Kocide 53,8
DP

*

Luan van


12
Bảng 1.3. Thuốc trừ sâu thông dụng nhất sử dụng trên ruộng lúa ruộng lúa nuôi cá ở Tiền Giang và Cần Thơ [32]
Loại

Thuốc diệt
nấm (16)

Thuốc trừ
cỏ (15)

Thuốc trừ
sâu (33)

Tên
thương mại

Thành phần
hoạt tính

% sử dụng
bởi người dân

Validacin

Validamycin A

9,6

Tilt

Propiconazol

8,4

Anvil

Hexaconazol

8,0

Fuji-one

Isoprothiolane

4,4

Rovral

Iprodione

3,8

Bonanza

Cyprocozol

1,9

2, 4D2

2, 4D

4,1

Sofit

Pretilachlor,
Fenclorim

3,9

Tiller’s

Fenoxaprop-PEthyl,2,4 D,MCPA

3,6

Whip’s

Fenoxaprop-P-Ethyl

2,6

Sirius

Pyrazosulfuron Ethyl

2,2

Cantanil

Butachlor, Propanil

1,9

Bassa

Fenobucarb

6,0

Padan

Cartap hydrochloride

4,4

Karate

Lambdacyhalothrin

3,8

Decis

Delthametrin

3,6

Applaud

Buprofezin,
Isoprocarb

3,4

Fastac

Alpha-cypermethrin

2,4

Regent

Fipronil

2,2

Trebon

Etofenprox

2,0

Thuốc trừ sâu khác

18

Tổng số (64)

100

Luan van


13
 Ơ nhiễm mơi trường nước do sử dụng HCBVTV
Hóa chất bảo vệ thực vật được ứng dụng rộng rãi trên ruộng lúa để bảo
vệ và tăng năng suất mùa vụ, đặc biệt ngày càng có nhiều HCBVTV được sử
dụng. Tuy nhiên, HCBVTV cũng là một nguyên nhân chính gây ô nhiễm cho
môi trường nước [33-35]. Nhiều nghiên cứu tập trung vào pha, sự phân tán và
vận chuyển của HCBVTV trên ruộng lúa ở khu vực trồng lúa khác nhau trên

thế giới như Pháp, Nhật Bản, Việt Nam, Philipin... Kết quả cho thấy việc sử dụng
HCBVTV gây ra ô nhiễm môi trường đất, nước ngầm và nước mặt [36-39].
Nghiên cứu trên ruộng lúa ở Việt Nam cũng cho thấy nồng độ tương đối
cao của các HCBVTV ở trong đất và nước . Đặc biệt là một số các thuốc trừ
sâu bền vững như DDT, endosulfan mặc dù đã bị cấm sử dụng [35-39] nhưng
vẫn được tìm thấy trong nước và đất nơng nghiệp như ở Hồng Liệt, Minh Đại
[27] với tởng DDT được tìm thấy trong nước là 16 ng/L, trong đất từ 1 đến
51ng/g khối lượng khô, ở Hợp Lý và Xn Khê tởng DDT được tìm thấy từ 2
đến 25 ng/g khối lượng khô. Carvalho và các cộng sự [28] đã phân tích tồn dư
của 70 thuốc trừ sâu phân cực và không phân cực trong các mẫu nước, trầm
tích ở đồng bằng châu thổ sông Hồng, trong tất cả các hợp chất tìm thấy, tác
giả đã xác định được diazinon, fenitrothion, nonyphenol và endosulfan trong
hầu hết các mẫu nước với nồng độ trong phạm vi từ 0,003 – 0,043 mg/L.
Fenobucarb là một trong các thuốc trừ sâu được ứng dụng rộng rãi ở
nhiều các nước trồng lúa trên thế giới trong đó có Việt Nam [27]. Nó là thành
phần hóa học của nhiều loại thuốc trừ sâu cho lúa như Bassa 50EC, có tác
dụng để ngăn chặn và diệt sâu, rầy nâu gây bệnh đạo ôn lúa, cháy cổ bông và
vàng lùn xoắn lá [40]. Bên cạnh các mặt tích cực thì fenobucarb cịn có nguy
cơ gây hại cho các loại cá, hệ thủy sinh [41, 42] và gây ô nhiễm nguồn nước
[43]. Các kết quả nghiên cứu trên cho thấy fenobucarb là thuốc trừ sâu được
sử dụng nhiều ở các vùng trồng lúa [21, 30].
Như vậy việc chọn thuốc trừ sâu fenobucarb làm đối tượng nghiên cứu
của luận văn và việc nghiên cứu sự phân hủy và chuyển hóa của chúng từ đất
vào nước sẽ bảo đảm tính cần thiết và tính mới của vấn đề nghiên cứu.

Luan van


14
1.2.CHIẾT TÁCH VÀ PHÂN TÍCH HCBVTV TRONG NƯỚC.

1.2.1. Phương pháp chiết tách HCBVTV trong nước
Để phân tích các HCBVTV trong các đối tượng mẫu trước hết cần phải
tiến hành chuẩn bị mẫu hay chiết tách các chất cần phân tích ra khỏi mẫu ban
đầu. Đây là một công việc rất quan trọng nó ảnh hưởng rất lớn đến phương
pháp cũng như kết quả phân tích [44-46]. Sự lựa chọn kĩ thuật xử lý mẫu phụ
thuộc vào dạng mẫu, khả năng bay hơi hoặc nồng độ của các chất cần xác
định. Phương pháp chiết lỏng - lỏng và chiết pha rắn (SPE) là những phương
pháp chính được áp dụng trong bước xử lý mẫu để phân tích các HCBVTV,
các chất ô nhiễm hữu cơ trong mẫu nước.
Phương pháp chiết lỏng-lỏng không liên tục: Được thực hiện bằng cách
lắc mẫu cùng với dung môi chiết và được dùng trong những trường hợp có hệ
số phân bố lớn. Đây là một phương pháp đơn giản, không cần máy móc phức
tạp, mà chỉ cần một số phễu chiết, việc lắc chiết có thể thực hiện bằng tay
hoặc bằng máy lắc nhỏ. Phương pháp chiết này đơn giản, dễ thực hiện đã và
đang được ứng dụng phổ biến và rất có hiệu quả trong lĩnh vực tách chiết phân
tích và làm giầu các chất phân tích phục vụ cho việc xác định hàm lượng vết.
Nhất là tách và làm giầu các kim loại, các chất hữu cơ, HCBVTV trong các
mẫu nước, nước thải và nước biển...
Phương pháp chiết dòng chảy liên tục: Khi thực hiện chiết ở phương
pháp này, hai pha lỏng không trộn được vào nhau (hai dung môi, có một dung
môi có chứa chất phân tích) được bơm liên tục và đi ngược chiều nhau với tốc
độ nhất định trong hệ chiết, như phễu chiết, hay bình chiết liên hồn đóng kín
để chúng tiếp xúc với nhau. Hoặc cũng có thể là một dung mơi chuyển động
còn một pha đứng n trong bình chiết. Khi đó chất phân tích sẽ được phân
bố vào hai dung môi theo tính chất của chúng để đạt đến trạng thái cân bằng.
Chiết theo phương pháp này hiệu suất chiết cao. Đây là phương pháp được sử
dụng nhiều trong sản xuất công nghiệp.
Phương pháp chiết lỏng - lỏng trên cột: Là một phương pháp chiết
lỏng-lỏng khác được sử dụng nhiều trong thời gian gần đây, chiết lỏng-lỏng

Luan van


15
trên cột cũng dựa vào định luật phân bố của chất tan giữa hai pha không trộn
lẫn vào nhau. Trong phân tích các chất kị nước ở trong các mẫu có nền phức
tạp như các dịch cơ thể, các mẫu mơi trường và phân tích tờn lượng. Việc
ch̉n bị mẫu bằng phương pháp chiết thông thường (dùng phễu chiết) thường
gặp những điều bất lợi như sự hình thành nhũ, sự tách pha không tốt, tiêu tốn
nhiều dung môi và thời gian. Phương pháp chiết lỏng- ỏng trên cột trong
trường hợp ở này tỏ ra hiệu quả hơn, tránh được những điều bất lợi nêu trên,
không cần làm khô dung môi thu được và độ thu hồi cao.
Phương pháp chiết đối dịng: Chiết đối dịng cho phép tách các chất có
hệ số phân bố gần nhau, tuy nhiên hiện nay ít dùng vì phương pháp này đòi
hỏi thiết bị chuyên dùng đắt tiền và không cho phép tách những hỗn hợp phức
tạp [45].
Phương pháp chiết pha rắn (Solid Phase Extraction SPE): Khi xử lý
mẫu, dung dịch chất mẫu được chuyển vào cột chiết. Lúc này pha tĩnh (cột
chiết) sẽ tương tác với các chất và giữ một nhóm chất cần phân tích lại trên
cột chiết, còn các nhóm chất khác và các chất cản trở sẽ đi ra khỏi cột cùng
với dung môi hòa tan trong mẫu. Nhóm chất cần phân tích sẽ ở lại trên cột
chiết, sau đó dùng một dung môi thích hợp hòa tan tốt các chất phân tích để
rửa giải chúng ra khỏi cột chiết để thu được dung dịch có chất cần phân tích
và xác định chúng theo một phương pháp phù hợp đã chọn. Phương pháp này
có ưu điểm là hiệu suất thu hồi cao, khả năng làm sạch và làm giàu chất phân
tích lớn, kỹ thuật tương đối an toàn, đơn giản dễ sử dụng, có thể tiến hành
hàng loạt và tự động hóa, tiết kiệm được thời gian. Nhược điểm của chiết pha
rắn là cần lượng mẫu lớn (cỡ 100 đến 1000 lít mẫu khí hoặc vài đến 1000 mL
mẫu lỏng), phải sử dụng lượng dung môi rửa giải lớn, các dung môi này
thường có độc tính cao như dichloromethane, hexane... và điều kiện phân tích

phức tạp...Tuy nhiên do độ chính xác ởn định nên nó phở biến trong các phịng
thí nghiệm hiện nay, nên đây vẫn là kỹ thuật rất tốt để làm mẫu kiểm chứng
cho các kỹ thuật nghiên cứu mới [47-52].
Việc chọn kỹ thuật chiết tách và làm sạch phụ thuộc vào đối tượng mẫu,
độ chính xác cần đạt được, điều kiện của phịng thí nghiệm. Trong lĩnh vực

Luan van


16
phân tích dư lượng HCBVTV, với một số phương pháp chiết tách cổ điển, các
cơ quan, tổ chức chuyên nghành như Cơ quan Bảo vệ môi trường Mỹ (EPA),
Tổ chức Tiêu chuẩn hóa quốc tế (ISO), vv.. đã tập hợp các nghiên cứu, soạn
thảo quy trình và ban hành thành các tiêu chuẩn hướng dẫn để các tổ chức, cá
nhân tham khảo và áp dụng. Ở Việt Nam, các tiêu chuẩn tương tự như vậy
cũng được ban hành thành tiêu chuẩn quốc gia (TCVN). Một số các kết quả
nghiên cứu xác định dư lượng , fenobucarb trong mẫu môi trường bằng
phương pháp chiết lỏng-lỏng và phương pháp chiết SPE ở Việt Nam và trên
thế giới như:
Fenobucarb và 8 thuốc trừ sâu khác thuộc các nhóm carbamate, cơ phốt
pho, chloronitrile... trong các mẫu nước mặt đã được chiết tách bằng phương
pháp SPE: mẫu nước được chiết bởi cột Supelclean TM ENVI-Carb TM
(GCB, 100 m2/g, 500 mg), sau đó được rửa giải lần lượt bằng 1,4 mL
methanol, 10 mL aceton, 15 mL hỗn hợp CH2Cl2/MeOH (tỷ lệ 9:1 về thể tích)
và 30 mL tert-butyl methyl ether (TBME). Sau đó mẫu được cho bay hơi đến
cạn dung môi, cặn được hòa tan lại trong hỗn hợp dung môi cyclohexan toluen
(tỷ lệ thể tích 9:1) và được phân tích bởi thiết bị sắc kí khí với detector nitrogen
- phosphorus (GC/NPD). Độ thu hồi đạt được của phương pháp đạt được từ
70% - 120% [53].
Fenobucarb và 9 thuốc trừ sâu khác với độ hòa tan trong nước khác

nhau (từ 10-2 đến 10+6 mg/L), đã được chiết tách bởi phương pháp SPE bằng
cột chiết Supelclean TM ENVI-Carb TM (GCB, 100 m2/g, 500 mg), sau đó
cột chiết này được rửa giải với 2 mL methanol; 6 mL hỗn hợp dichlomethane
: methanol với tỷ lệ thể tích (9:1). Cất quay chân không đến cạn, hòa tan cặn
bằng 1 mL toluen và đem đo trên thiết bị sắc ký khí với detector ion hóa
electron khối phổ (GC/EI - MSD). Độ thu hồi của phương pháp > 90%, các
thuốc trừ sâu có giới hạn phát hiện từ 0,001 đến 0,013 µg/L [43].
1.2.2. Phương pháp phân tích HCBVTV
Có rất nhiều phương pháp để xác định các HCBVTV khác nhau nhưng
một số phương pháp chính được sử dụng hiện nay là: phương pháp ELISA,
phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), phương pháp sắc ký khí

Luan van