Nghiên cứu chế tạo các cảm biến hóa học trên cơ sở nano vàng nhằm phân tích lượng vết trừ sâu chlopyrifos ethyl

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

HÀ PHƢƠNG LAN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CÁC CẢM BIẾN HÓA HỌC
TRÊN CƠ SỞ NANO VÀNG NHẰM PHÂN TÍCH LƢỢNG
VẾT THUỐC TRỪ SÂU CHLOPYRIFOS-ETHYL
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 8.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN: TS. PHẠM THỊ THU HÀ

Thái Nguyên – 2022


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu chế tạo các cảm biến hóa học
trên cơ sở nano vàng nhằm phân tích tích lƣợng vết thuốc trừ sâu Chlopyrifosethyl” là sản phẩm nghiên cứu của riêng cá nhân tôi trong thời gian vừa qua. Các tài
liệu, số liệu sử dụng trong luận văn và kết quả nghiên cứu là do tơi tự tìm hiểu, nghiên
cứu và phân tích một cách khách quan, trung thực, có nguồn gốc rõ ràng và chưa từng
được công bố trong bất kỳ cơng trình nghiên cứu nào. Tất cả những tham khảo và kế
thừa đều được trích dẫn và tham chiếu đầy đủ. Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm nếu
có sự khơng trung thực trong cơng trình nghiên cứu này.
Học viên thực hiện

Hà Phƣơng Lan

i

LỜI CẢM ƠN
Luận văn này đã được hoàn thành tại phịng thí nghiệm Hóa phân tích của Viện
Khoa Học và Công Nghệ - Trường Đại học Khoa Học - Đại học Thái Nguyên dưới sự
hướng dẫn của TS. Phạm Thị Thu Hà.
Để có thể hồn thành đƣợc luận văn này, trƣớc hết tơi xin đƣợc bày tỏ lịng kính
trọng và biết ơn chân thành, sâu sắc nhất tới cô giáo TS. Phạm Thị Thu Hà, ngƣời đã
luôn dành tâm huyết, tận tụy hết lòng hƣớng dẫn, tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong
suốt quãng thời gian tôi học tập cũng nhƣ nghiên cứu tại đây.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tập thể các thầy cơ giáo trƣờng Đại
học Khoa Học nói chung và các thầy cơ trong khoa Hóa Học nói riêng, các anh chị
đồng nghiệp, bạn bè đã luôn quan tâm tạo điều kiện, giúp đỡ, động viên để giúp tơi
hồn thành chƣơng trình học cũng nhƣ hồn thành luận văn.
Cuối cùng con xin gửi lời cảm ơn tới bố mẹ, gia đình, ngƣời thân đã ln ở phía
sau đồng hành, dõi theo và ủng hộ cho bƣớc đƣờng con đi để con có thể hồn thành
chƣơng học một cách tốt nhất.
Xin trân thành cảm ơn tất cả!

ii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................... 1
2. Mục tiêu của đề tài ...................................................................................................... 2
3. Nội dung của đề tài ...................................................................................................... 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................................... 3
1.1 Giới thiệu về thuốc bảo vệ thực vật chứa Chlopyrifos ethyl .................................... 3
1.1.1. Tính chất hố - lý của Chlopyrifos ethyl ........................................................... 4

1.1.2. Tác hại thuốc BVTV chứa Chorpyrifos ethyl .................................................... 5
1.2. Các phƣơng pháp phân tích Chlopyrifos ethyl ......................................................... 6
1.2.1. Phương pháp sắc ký .......................................................................................... 6
1.2.2. Phương pháp sắc ký khí .................................................................................... 7
1.2.3. Phương pháp sắc ký lỏng .................................................................................. 9
1.2.4. Phương pháp tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS) ................................ 11
1.3 Phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano vàng ................................................................. 14
1.3.1 Phương pháp hóa học ...................................................................................... 14
1.3.2 Phương pháp vật lý .......................................................................................... 17
1.3.3. Tính chất quang của nano vàng dạng thanh ................................................... 18
1.4 Các phƣơng pháp nghiên cứu tính chất của vật liệu................................................ 19
1.4.1 Kính hiển vi điện tử quét (SEM-Scaning Electron Microscopy)...................... 19
1.4.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ................................................................. 20
1.4.3 Phổ hấp thụ UV-Vis (Ultraviolet Visible) ........................................................ 20
1.4.4 Phổ tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS) ................................................ 21
1.4.5 Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) ............................................................... 22
1.5 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc ............................................................. 22
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM ..................................................................................... 25
2.1. Hoá chất và thiết bị ................................................................................................. 25
2.1.1. Hoá chất .......................................................................................................... 25
2.1.2 Thiết bị ............................................................................................................. 26
2.2. Chế tạo các mầm nano vàng ................................................................................... 26
2.3. Chế tạo các thanh nano vàng .................................................................................. 27
2.4. Khảo sát các tính chất đặc trƣng của vật liệu ......................................................... 29
iii


2.5. Khảo sát phân tích Chlopyrifos bằng phổ Raman .................................................. 30
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 31
3.1. Chế tạo các mầm nano vàng (AuNPs) .................................................................... 31

3.1.1. Tính chất quang............................................................................................... 31
3.1.2. Hình thái kích thước hạt.................................................................................. 32
3.2. Chế tạo các nano vàng dạng thanh ......................................................................... 33
3.2.1. Tính chất quang............................................................................................... 33
3.2.2. Cấu trúc tinh thể.............................................................................................. 40
3.3. Thử nghiệm phát hiện Chlopyrifos ethyl (CPF) ..................................................... 42
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 49

iv


MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
AA

Acid Ascorbic

ACN

Acetonitrile

Ach

Acetylcholine

AgNO3
AuNPs
BVTV

Bạc nitrat (Silver nitrate)

Hạt nano vàng (Gold nanoparticles)
Bảo vệ thực vật

CTAB
DOP

Cetyl trimethyl ammonium bromide
Dioctylphtalat

ECD

Detector đầu dò điện tử (Electron Capture Detector)

EDX

Phổ tán sắc năng lƣợng tia X (Energy-dispersive X-ray spectroscopy)

FID

Detector ion hóa ngọn lửa (Flame Ionization Detection)

FT-IR

Quang phổ hồng ngoại chuyển hoá Fourier (Fourier-transform infrared

GC

spectroscopy)
Sắc ký khí (Gas Chromatography)

GC-MS

Sắc ký khí ghép khối phổ (Gas Chromatography-Mass Spectrometry)

HAuCl4
HCl

Acid chloroauric
Hydrochloric Acid

HPLC

Sắc ký lỏng hiệu năng cao (High Performance Liquid Chromatograph)

LSP

Cộng hƣởng plasmon bề mặt (Longitudinal Surface Plasmon)

MP
NaBH4
NaOL
SEM

Cộng hƣởng plasmon bề mặt dọc (Longitudinal Surface Plasmon
Resonance)
Pha động
Natri borohydride
Natri Oleat (Sodium oleate)
Kính hiển vi điện tử quét (Scaning Electron Microscopy)

SERS

Tán xạ Raman tăng cƣờng bề mặt (Surface-enhanced Raman spectroscopy)

TOAB
TSPR
UV-Vis
XRD

Tetraocetylamoni Bromua
Cộng hƣởng plasmon theo trục ngang
Phổ hấp thụ (Ultraviolet Visible)
phổ nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction)

LSPR

v


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Các thông số chế tạo mầm (AuNPs) với lƣợng NaBH4 thay đổi .................26
Bảng 2.2. Các thông số khảo sát sự thay đổi của nồng độ NaBH4 trong quá trình chế
tạo mầm lên sự hình thành nano vàng ................................................................ 28
Bảng 2.3. Các thông số khảo sát sự thay đổi của nồng độ ion Ag+ .............................. 28
Bảng 2.4. Các thông số khảo sát sự thay đổi của nồng độ NaOL .................................29
Bảng 3.1. Kết quả các thông số quang học khi khảo sát sự ảnh hƣởng của NaBH 4 đến
sự phát triển thanh nano vàng .............................................................................35
Bảng 3.2. Kết quả các thông số quang học khi khảo sát sự ảnh hƣởng của [Ag+] đến sự
phát triển thanh nano vàng .................................................................................37
Bảng 3.3. Kết quả các thông số quang học khi khảo sát sự ảnh hƣởng của NaOL đến

sự phát triển thanh nano vàng .............................................................................39
Bảng 3.4. Kết quả tính kích thƣớc tinh thể của mầm nano vàng và thanh nano theo
công thức Debye-Sherrer ....................................................................................42
Bảng 3.5. Quy kết các nhóm dao động của các vị trí đỉnh phổ Raman (bột CPF) và
SERS (khi dùng đế SERS) .................................................................................44

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cơng thức cấu tạo Chlopyrifos ethyl .............................................................. 4
Hình 1.2. Quá trình tổng hợp Chorpyrifos ethyl ............................................................. 5
Hình 1.3. Sơ đồ thiết bị sắc ký khí .................................................................................. 8
Hình 1.4. Máy sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) ....................................................... 10
Hình 2.1. Sơ đồ hình thành mầm AuNPs và thanh AuNR ........................................... 28
Hình 3.1. Phổ hấp thụ của các mầm nano vàng khi lƣợng NaBH4 thay đổi. ................ 31
Hình 3.2. a) Phổ hấp thụ của các mầm nano vàng khi lƣợng NaBH 4 thay đổi sau 20
giờ nuôi. (b) Cực đại phổ hấp thụ tƣơng ứng theo các mẫu, phần hình chèn thêm
để quan sát rõ hơn sự thay đổi đỉnh phổ ở 3 mẫu sau 20 giờ ni ..................... 32
Hình 3.3. (a) Ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) của mẫu điển hình AuNPs
mầm 1 và (b) phân bố kích thƣớc hạt tƣơng ứng. .............................................. 33
Hình 3.4. Bƣớc sóng cực đại hấp thụ theo trục dọc (λLSPR) thay đổi theo nồng độ
NaBH4. ................................................................................................................ 34
Hình 3.5. (a) Phổ hấp thụ của các mẫu thanh nano vàng với sự thay đổi của lƣợng
NaBH4 và (b) ảnh chụp mầu dung dịch của các mẫu tƣơng ứng. ...................... 34
Hình 3.6. (a) Phổ hấp thụ của các mẫu thanh nano vàng với nồng độ ion Ag+ thay đổi
từ 0,05 đến 0,9 và (b) tƣơng ứng là phổ hấp thụ đã chuẩn hố cƣờng độ .......... 36
Hình 3.7. Bƣớc sóng cực đại hấp thụ theo trục dọc (λLSPR) thay đổi theo thể tích ion Ag+ .... 37
Hình 3.8. (a) Phổ hấp thụ của các mẫu thanh nano vàng với lƣợng NaOL thay đổi và
(b) tƣơng ứng là phổ hấp thụ đã chuẩn hố cƣờng độ theo λLSPR. ...................... 38

Hình 3.9. Bƣớc sóng cực đại hấp thụ theo trục dọc (λLSPR) thay đổi theo lƣợng NaOL39
Hình 3.10. Ảnh TEM đại diện của một số mẫu trong quá trình phát triển của thanh
nano vàng dƣới sự ảnh hƣởng của NaOL; (a) AuNR-NaOL1, (b) AuNRNaOL2, (c) AuNR-NaOL3, (d) AuNR-NaOL5 và (e ) AuNR-NaOL6 ............. 40
Hình 3.11. Giản đồ nhiễu xạ tia X của 2 mẫu điển hình: mầm nano vàng (đƣờng mầu
đen) và thanh nano vàng (đƣờng mầu đỏ) .......................................................... 41
Hình 3.12. Phổ tán sắc năng lƣợng của mẫu AuNR-NaOL1 ........................................ 42
Hình 3.13. Phổ Raman của Chlopyrifos ethyl (CPF) dạng bột .................................... 43

vii


Hình 3.14. Phổ SERS của CPF ở các nồng độ khác nhau từ 0,1 đến 0,5, 1, 2, 4, 6, 8 và
10 ppm trên đế AuNR-NaOL1 ........................................................................... 45
Hình 3.15. Phổ SERS của CPF ở các nồng độ khác nhau từ 0,1 đến 0,5, 1, 2, 4, 6, 8 và
10 ppm trên đế AuNR-NaOL1 trong khoảng số sóng từ 300 cm-1 đến 1000 cm-145
Hình 3.16. Sự phụ thuộc của cƣờng độ SERS vào nồng độ CPF từ hình 3.15 ............ 46
Hình 3.17. Khảo sát độ lặp lại của phép đo của Chlopyrifos ethyl (1 ppm) trên đế
AuNR-NaOL1 .................................................................................................... 47
Hình 3.18. Biểu diễn sự lặp lại của phép đo SERS với 10 điểm ngẫu nhiên của CPF (1
ppm) ở đỉnh đặc trƣng 683 cm-1. ........................................................................ 47

viii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam là quốc gia có tỉ lệ dân số đứng thứ hai ở khu vực Đông Nam Á và phụ
thuộc hầu hết vào nơng nghiệp. Do đó, ngành nơng nghiệp chiếm vị trí cực kỳ quan
trọng trong nền kinh tế nƣớc nhà. Với vị trí địa lý của nƣớc ta nằm trong vùng khí hậu
nhiệt đới rất thuận lợi cho sự phát triển của nông nghiệp, mặt khác đây cũng là điều

kiện tốt cho sự phát triển của sâu bệnh gây hại, do vậy thuốc bảo vệ thực vật đƣợc coi
là thiết yếu và đƣợc ngƣời dân sử dụng làm giải pháp để ngăn chặn, kiểm soát dịch
bệnh, bảo vệ mùa màng, tăng năng suất cây trồng.
Ở Việt Nam cũng nhƣ nhiều nƣớc khác trên thế giới đã đẩy mạnh việc sử dụng thuốc
bảo vệ thực vật (BVTV) dẫn tới vấn nạn lạm dụng và phụ thuộc quá nhiều vào nó. Mặc dù
đã đƣợc cảnh báo về tác hại nhƣng lƣợng thuốc BVTV đang sử dụng mỗi ngày vẫn tăng
lên. Điều đáng lo ngại là thuốc BVTV có tác động tiêu cực đến môi trƣờng sinh thái cũng
nhƣ ảnh hƣởng nghiêm trọng tới sức khoẻ của con ngƣời.
Trong số các loại thuốc bảo vệ thực vật đƣợc sử dụng trên Thế giới và Việt Nam
có nhóm thuốc trừ sâu có gốc phospho hữu cơ, đặc biệt là Chlopyrifos ethyl, thuộc
nhóm độc hại thứ II đối với con ngƣời, có tính chất gây độc thần kinh ở mức độ cao
[1]. Chlopyrifos có thời gian bán rã trong khoảng 10 - 120 ngày nên hoạt chất này sẽ bị
phân giải chậm trong đất, đặc biệt nó có độ tan trong nƣớc 2 mg/L và có thể đi vào cơ
thể bằng việc tiếp xúc qua miệng, phổi, da và đƣợc xếp loại là một chất độc đối với
sức khỏe con ngƣời. Chính vì những đặc tính trên, việc xác định tồn dƣ của thuốc trừ
sâu Chlopyrifos ethyl ở trong nƣớc, nông sản, cây trồng và các mẫu trong môi trƣờng
đang là vấn đề đƣợc quan tâm trong nhiều năm nay [3], [4].
Tại Việt Nam để phát hiện cũng nhƣ xác định tồn dƣ của các chất cấm, chất độc
hại trong thuốc BVTV thƣờng sử dụng với những phƣơng pháp khác nhau nhƣ kỹ
thuật phân tích bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao, phƣơng pháp sắc ký khí ghép một số
với các detector khác nhƣ MS, FID ... Các phƣơng pháp này có đặc điểm là có độ nhạy
và độ chính xác cao. Tuy nhiên, thời gian phân tích và chuẩn bị mẫu mất nhiều thời
gian, phức tạp, yêu cầu về kỹ thuật khi phân tích, chi phí đắt đỏ và khơng thể thực hiện
ngồi hiện trƣờng. Chính vì vậy việc nghiên cứu để tìm ra một phƣơng pháp có độ
nhạy cao, phân tích nhanh, đơn giản hơn để có thể phát hiện dƣ lƣợng thuốc BVTV là
rất cần cần thiết.
1


Hiện nay trên thế giới việc sử phƣơng pháp ghi phổ tán xạ Raman tăng cƣờng bề

mặt (SERS) là một kỹ thuật đƣợc tin dùng vì nó có độ nhạy cao, có thể phát hiện
nhanh các phân tử hữu cơ và sinh học nói chung và của thuốc BVTV nói riêng khi
chúng có hàm lƣợng rất nhỏ trong khoảng ppm-ppb (thƣờng gọi là vết). SERS là một
phƣơng pháp trong đó cƣờng độ của các vạch phổ tán xạ Raman của các phân tử (còn
gọi là “dấu vân tay phân tử”) nằm trên hoặc nằm gần các bề mặt kim loại gồ ghề ở cấp
độ nano sẽ đƣợc tăng cƣờng lên rất nhiều lần khi đƣợc kích thích bởi bƣớc sóng ánh
sáng thích hợp nhờ cơ chế tăng cƣờng trƣờng điện từ (EM) và cơ chế tăng cƣờng hóa
học (CM). Các bề mặt gồ kim loại ở cấp độ nano đƣợc gọi là các đế SERS - có thể tạo
ra nhiều điểm nóng “hot spots” để tăng cƣờng tín hiệu Raman [5,6]. Chất nền SERS
điển hình đƣợc các nhà khoa học nghiên cứu và chỉ ra rằng SERS đƣợc tăng cƣờng
mạnh trên các đế nano kim loại quý nhƣ Au, Ag, Pt … đã đƣợc làm nhám.
Nhằm chế tạo các đế SERS có vai trị nhƣ những cảm biến hóa học để đáp ứng
cho nhu cầu phát hiện nhanh các BVTV với nồng độ thấp ở mức đảm bảo an toàn cho
con ngƣời theo quy định trong các thông tƣ của Bộ Y Tế (TT 50 năm 2016, Bộ Y tế),
tôi lựa chọn đề tài cho luận văn là: “Nghiên cứu chế tạo các cảm biến hóa học trên
cơ sở nano vàng nhằm phân tích lượng vết thuốc trừ sâu Chlopyrifos ethyl”.
2. Mục tiêu của đề tài
- Chế tạo thành công cấu trúc nano Au (dạng thanh) làm đế SERS có khả năng
phát hiện Chlopyrifos ethyl ở nồng độ 10-6 M.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hình thành các cấu trúc nano Au.
- Phân tích, phát hiện lƣợng vết thuốc trừ sâu Chlopyrifos ethyl bằng phƣơng
pháp tán xạ raman tăng cƣờng bề mặt (SERS).
3. Nội dung của đề tài
- Tổng quan tình hình nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực của đề tài (các phƣơng
pháp chế tạo vật liệu Au dạng thanh).
- Nghiên cứu xây dựng quy trình chế tạo các cấu trúc nano Au dạng thanh.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hình thành các cấu trúc nano Au
dạng thanh.
- Thử nghiệm phân tích Chlopiryfos ethyl bằng cách sử dụng các đế SERS trên
cơ sở các cấu trúc nano đã chế tạo đƣợc.

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu về thuốc bảo vệ thực vật chứa Chlopyrifos ethyl
Thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) đƣợc biết đến là một trong những cơng trình
phát minh và nghiên cứu to lớn của con ngƣời. Dân số thế giới ngày càng tăng nhanh,
điều đó cũng thúc đẩy song song sự phát triển nhu cầu hàng hoá về nơng nghiệp.
Chính vì lẽ đó, việc sản xuất nơng nghiệp nhằm tăng năng suất cao đã thúc đẩy buộc
ngƣời nông dân phải sử dụng thuốc BVTV. Từ đó thuốc trừ sâu đã dần trở thành một
công cụ quan trọng để kéo dài thời gian bảo quản và đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Thuốc BVTV là những chất độc có sẵn trong tự nhiên hoặc đƣợc tổng hợp, nhằm
phòng trừ dịch hại và bảo vệ cây trồng. Thuốc trừ dịch hại bao gồm thuốc trừ sâu,
thuốc diệt nấm, thuốc diệt cỏ và các loại thuốc trừ các dịch hại khác. Đây đều là những
hợp chất hố học (vơ cơ, hữu cơ) hay những chế phẩm sinh học đƣợc sử dụng để bảo
vệ tài nguyên thực vật, chống lại sự phá hoại của các sinh vật gây bệnh.
Ngày nay, việc sử dụng thuốc BVTV ngày càng cao, đƣợc dùng ở hầu hết khắp
mọi nơi trên thế giới, là một trong những nhân tố chính đem lại sản lƣợng và năng suất
cao cho nền nông nghiệp. Từ thực trạng sản xuất và sử dụng thuốc BVTV cho thấy ở
thời điểm hiện tại hay trong tƣơng lai nó đóng một vai trị khơng thể thiếu đối với
ngành sản xuất nông nghiệp của Việt Nam. Tuy nhiên, hầu hết các loại thuốc BVTV
đều có thể thay đổi mơi trƣờng sinh thái, có nhiều loại trở nên độc hại đối với con
ngƣời. Do đó, để xác định dƣ lƣợng tồn dƣ thuốc BVTV là rất cần thiết.
Tuỳ theo từng loại thuốc BVTV và xét về bản chất hố học mà có thể phân loại
thành 2 nhóm chính đó là: thuốc trừ sâu hữu cơ và thuốc trừ sâu vô cơ [7].
 Thứ nhất là thuốc trừ sâu hữu cơ: nhóm thuốc này đƣợc tạo nên bởi các
ngun tố có trong tự nhiên đặc biệt khơng thể thiếu nguyên tố cacbon làm cơ sở cho
cấu trúc phân tử của chúng. Nhóm thuốc này phức tạp hơn nhóm thuốc vơ cơ và
thƣờng rất khó hồ tan vào nƣớc [7].
 Thứ hai là thuốc trừ sâu vô cơ: nhóm thuốc này đƣợc tạo từ những nguyên

tố có trong tự nhiên nhƣng lại không chứa cacbon, đây đều là những hợp chất đơn
giản. Chúng tạo ra những loại thuốc có dạng tinh thể, ổn định ở trong mơi trƣờng và dễ
hoà tan đƣợc trong nƣớc [7].

3


Trong số các loại thuốc BVTV đang sử dụng rộng rãi hiện nay trên toàn Thế
giới và Việt Nam là nhóm thuốc trừ sâu có gốc phospho hữu cơ, một trong số đó là
Chlopyrifos ethyl, thuộc nhóm độc II, có tính chất gây độc thần kinh ở mức độ cao.
Chlopyrifos ethyl đƣợc sử dụng rộng rãi để diệt sâu hại mùa màng, từ ruộng lúa, đất
trồng rau cũng nhƣ trong hoa quả [3,4].
1.1.1. Tính chất hố - lý của Chlopyrifos ethyl [3]
Chlopyrifos ethyl (O-diethyl-O (3,5,6- trichloro-2-pyridyl) phosphorothioate) là
hoạt chất có tác dụng diệt cơn trùng phổ rộng thuộc nhóm phospho hữu cơ, là một
trong số những loại thuốc trừ sâu đƣợc sử dụng phổ biến nhất để diệt trừ sâu bệnh ở
các loại cây trồng khác nhau, đã đƣợc phát hiện trong khơng khí, nƣớc mƣa, nƣớc bề
mặt, giếng nƣớc uống và các mẫu thức ăn dạng rắn và lỏng.
Hoạt chất này đƣợc sử dụng để kiểm soát và diệt trừ nhóm sâu lá và cơn trùng
chích hút của các cây hoa màu cũng nhƣ cây trồng nhƣ: cây lúa, ngơ, rau màu, cây
ăn quả …

Hình 1.1. Cơng thức cấu tạo Chlopyrifos ethyl
Chorpyrifos cịn đƣợc gọi là Chorpyrifos ethyl, có công thức phân tử là
C9H11Cl3NO3PS, khối lƣợng phân tử 350,59. Tên thƣơng mại là Dursban, Brodan,
Pyrinex. Hoạt chất là một chất rắn giống nhƣ tinh thể màu trắng, có nhiệt độ nóng
chảy ở 42oC, nhiệt độ sơi cao 375,9 oC, rất khó bay hơi và bền trong điều kiện nhiệt độ
bình thƣờng [3]. Nó có độ hồ tan trong nƣớc thấp, là thành phần chính của nhiều
thuốc diệt cơn trùng.
Cơng thức phân tử đặc trƣng của Chorpyrifos ethyl khi xuất hiện cùng vịng

pyridine là sự có mặt 3 gốc chlor đính cùng 1 gốc phospho [3].
Q trình tổng hợp cơng nghiệp Chorpyrifos ethyl (3) đƣợc thực hiện bằng
phản ứng 3,4,5-trichloro-2-pyridinol (1) với O,O-diethyl phosphorochloridothioate (2)
ở điều kiện cơ bản trong dimethylformamide.

4


Hình 1.2. Quá trình tổng hợp Chorpyrifos ethyl
1.1.2. Tác hại thuốc BVTV chứa Chorpyrifos ethyl
Thuốc BVTV có thể tồn tại ở trong đất do tính bền cao và ở mức có khả năng
phát hiện đƣợc sau một thời gian dài sử dụng. Việc lạm dụng và sử dụng liên tục, phổ
biến thuốc BVTV có thể là mối nguy hiểm lớn đe doạ tới môi trƣờng, sức khoẻ con
ngƣời bởi những chất này có tiềm ẩn nguy cơ gây ra ung thƣ. Trong số đó, Chlopyrifos
ethyl là loại hoạt chất thuộc nhóm phospho hữu cơ diệt cơn trùng, thuộc nhóm độc
mức độ II, có tính gây độc thần kinh ở mức cao [3].
Chlopyrifos xâm nhập vào môi trƣờng thông qua việc sử dụng trực tiếp lên cây
trồng, bãi cỏ, trong nhà và nơi làm việc. Chúng xâm nhập vào môi trƣờng thông qua
sự bốc hơi, đổ tràn và xử lý chất thải Chlopyrifos. Chlopyrifos khi đã đƣợc sử dụng có
hiện tƣợng bám chặt vào đất, bởi vì điều này làm cho khả năng Chlopyrifos không
đƣợc rửa sạch khỏi đất và đi vào hệ thống nƣớc sinh hoạt. Ngồi ra, nó khơng có khả
năng hồ tan vào nƣớc nên khi chất này đi vào vùng nƣớc tự nhiên nó sẽ đƣợc giữ lại
một lƣợng nhỏ và ở trên bề mặt nƣớc sau đó sẽ bay hơi. Việc bay hơi Chlopyrifos là
con đƣờng chính gây ra sự phân tán sau khi đƣợc sử dụng hoạt chất này [3].
Chlopyrifos ethyl có thể gây ức chế một loại enzyme (acetylcholinesterase) mà
não của chúng ta cần kiểm soát Acetylcholine (Ach) bằng cách ức chế sự phân huỷ
Acetylcholine (Ach), một trong số những chất dẫn truyền thần kinh làm trung gian
giao tiếp giữa các tế bào thần kinh. Những tác động thần kinh này sẽ gây ra những rủi
ro cao cho trẻ em khi não và hệ thần kinh của chúng phát triển. Tiếp xúc với
Chlopyrifos trƣớc khi sinh có thể liên quan đến cân nặng, giảm chỉ số IQ, mất trí nhớ

làm việc và chậm phát triển vận động. Ngộ độc cấp tính ức chế enzyme điều chỉnh các
xung thần kinh trong cơ thể gây nên triệu chứng co giật, tê liệt hô hấp và trong trƣờng
hợp nghiêm trọng có thể dẫn đến tử vong [3].
Ở ngƣời, sau khi Chlopyrifos vào trong cơ thể, nó đƣợc gan biến đổi thành các
dạng hợp chất khác có thể độc hơn so với nguyên liệu ban đầu. Việc phơi nhiễm qua
5


đƣờng miệng trong thời gian ngắn (1 ngày) với mức Chlopyrifos thấp (miligam) gây ra
chóng mặt, chảy nƣớc mũi, lú lẫn, nhịp tim nhanh và tiết nƣớc bọt. Tiếp xúc với hoạt
chất này trong thời gian ngắn với nồng độ vừa phải có thể gây tê liệt, co giật, mất ý
thức và có thể dẫn đến cái chết [3].
1.2. Các phƣơng pháp phân tích Chlopyrifos ethyl
1.2.1. Phương pháp sắc ký
Sắc ký là một nhóm các phƣơng pháp phân tích hố - lý với mục đích để phân
tách các thành phần chất riêng lẻ ra khỏi một hỗn hợp chất ban đầu, phụ thuộc vào các
yếu tố và điều kiện nhất định về tính chất vật lý hay hố học của các chất phân tích. Sự
tách đƣợc của hỗn hợp chất đƣợc dựa trên sự phân chia khác nhau của các chất khác
nhau hay sự phân bố liên tục của chúng giữa hai pha, đó là pha tĩnh và pha động. Một
pha không chuyển động đƣợc gọi là pha tĩnh, pha còn lại đi qua pha tĩnh theo chiều
hƣớng nhất định đƣợc gọi là pha động. Hai pha này phải tiếp xúc nhƣng khơng có sự
trộn lẫn vào nhau. Mẫu chất phân tích đƣợc hồ tan trong pha động, sau đó di chuyển
đến pha tĩnh. Tại đây, tuỳ vào tính chất của mẫu phân tích nhƣ độ tan, tính bị hấp
phụ…thì các cấu tử của hỗn hợp đó sẽ có mặt và phân bố ở giữa pha tĩnh và pha động.
Theo đó, những ái lực của các chất phân tích có sự tƣơng tác khác nhau giữa pha
tĩnh và pha động. Tốc độ di chuyển của chất có ái lực mạnh hơn khi kết hợp với pha
tĩnh sẽ di chuyển với tốc độ chậm hơn trong hệ thống sắc ký, ngƣợc lại đối với các
chất có ái lực yếu hơn khi tiếp xúc với pha tĩnh sẽ đƣợc chuyển động với tốc độ nhanh
hơn trong hệ thống sắc ký. Qua đó có thể giải thích đƣợc chất nào xuất hiện trƣớc hoặc
sau trong q trình sắc ký và chúng có thể tách khỏi hỗn hợp chất thành từng thành

phần riêng lẻ.
Sắc ký là cơng cụ phân tích hiệu quả, hữu ích trong thực tế. Với phƣơng pháp
này, ngƣời ta có thể tách các chất ra khỏi một hỗn hợp ban đầu về thành phần hay hàm
lƣợng của một chất hay một hỗn hợp chất, có thể là chất đơn giản hoặc là chất phức
tạp. Kỹ thuật phân tích sắc ký phát triển khơng ngừng qua thời gian, cho phép phân
tích các phân tử tƣơng tự nhau. Từ đó xuất hiện nhiều phƣơng pháp sắc ký từ thủ công
đến hiện đại nhƣ sắc ký lớp mỏng, sắc ký lỏng hiệu năng cao, sắc ký khí, điện di mao
quản… để có thể phân lập đƣợc các chất [9].

6


Theo TCVN 12474:2018 về việc phân tích và phát hiện thuốc BVTV nhằm xác
định hàm lƣợng hoạt chất Chlopyrifos ethyl. Để xác định hàm lƣợng hoạt chất này có
thể sử dụng theo 2 phƣơng pháp chính là phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao
(HPLC) và phƣơng pháp sắc ký khí (GC) [10].
1.2.2. Phương pháp sắc ký khí
Sắc ký khí (gas chromatography-GC) đƣợc ra đời năm 1952, đến nay phƣơng
pháp này ngày càng đƣợc phát triển và hoàn thiện. Đây đƣợc xem là một trong những
phƣơng pháp sắc ký quan trọng, một phần khơng thể thiếu để có thể xác định đƣợc
những thơng số quan trọng về mặt hố lý, để chiết tách hay xác định cấu trúc của một
chất hay một hỗn hợp chất.
Sắc ký khí (GC) là một kỹ thuật phân tách nói riêng dựa trên cơ chế sự phân bố
của các chất trong 2 pha, với pha động là chất khí (khí mang) liên tục dịch chuyển qua
cột sắc ký (hay còn gọi là pha tĩnh). Đối với các chất phân tích, chỉ những chất có thể
hố hơi ở nhiệt độ cần phân tích thì mới có thể sử dụng phƣơng pháp này để tách ra
khỏi hỗn hợp của chúng hay dẫn xuất của chúng. Do đó, phụ thuộc vào nhiệt độ sơi và
khí mang mà các chất khác nhau sẽ bị giữ lại hay bị đẩy đi, tại đó các chất sẽ đƣợc
tách ra khỏi nhau. Phƣơng pháp này chỉ có thể phân tích đƣợc những chất có khả năng
bay hơi tại thời điểm diễn ra q trình sắc ký [11].

Sắc ký khí là một phƣơng pháp phân tích tiêu chuẩn làm nền móng vững chắc
cho việc nghiên cứu, phát triển và kiểm soát chất lƣợng trong nhiều ngành, đặc biệt là
sản xuất hoá dầu và trong phân tích mơi trƣờng, chất gây ơ nhiễm thực phẩm, dƣ
lƣợng thuốc BVTV.
Ngày nay cột mao quản đã và đang dần đƣợc cải tiến và thay thế cột nhồi trƣớc
đây. Ngồi ra, hệ thống này cịn đƣợc ghép nối với các thiết bị khác để xác định một
số cấu trúc nhƣ khối phổ (MS), quang phổ hồng ngoại chuyển hoá Fourier (FT-IR),
đây đƣợc xem nhƣ một loại detector đặc biệt. Tuy nhiên, hệ thống sắc ký khí khơng
thể thiếu đó là cột tách và detector.

7


Hình 1.3. Sơ đồ thiết bị sắc ký khí
Trong hệ thống sắc ký khí, hai bộ phận quan trọng nhất là detector và cột tách.
Khí mang từ nguồn cấp liên tục đƣợc đƣa vào hệ thống qua nhánh injector. Tại bộ
phận buồng điều nhiệt, mẫu phân tích phụ thuộc vào dịng khí mang dẫn vào trong cột
và tại đây q trình sắc ký đƣợc diễn ra. Sau khi rời khỏi cột tách, các tín hiệu đƣợc
tạo ra bởi các cấu tử di chuyển vào detector ở các thời điểm khác nhau và đƣợc ghi lại.
Tín hiệu thu đƣợc ở bộ phận ghi nhận đƣợc đƣợc gọi là peak (pic), nó thể hiện các tín
hiệu tƣơng ứng với các cấu tử tách đƣợc. Thời gian lƣu là đại lƣợng đặc trƣng cho chất
cần tách, có thể dùng để định tính. Diện tích peak đƣợc dùng để đo (tính) định lƣợng
cho từng chất trong hỗn hợp cần phân tích [9, 11].
Theo TCVN 12474:2018, để xác định đƣợc hàm lƣợng của Chlopyrifos ethyl có
mặt trong các sản phẩm thuốc BVTV áp dụng bằng phƣơng pháp sắc ký khí với
detector ion hóa ngọn lửa (FID) và Dioctylphtalat (DOP) đƣợc dùng làm chuẩn nội có
nồng độ 8,8 mg/mL. Chuẩn Chlopyrifos ethyl có nồng độ 1,0 mg/mL đƣợc chuẩn bị
bằng cách cân khoảng 10 mg chuẩn vào bình định mức 10 mL. Thêm 1 mL dung dịch
chất nội chuẩn và định mức bằng aceton, làm tƣơng tự với mẫu thử. Phân tích GC
đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng bộ bơm mẫu tự động hoặc bơm mẫu bằng tay với

cột mao quản HP5-MS. Khí Heli tinh khiết đƣợc dùng làm khí mang với tốc độ 1,0
ml/phút, nhiệt độ đầu đƣợc giữ trong 0,5 phút với 1700C, nhiệt độ cuối đƣợc giữ trong
5 phút với 2800C, nhiệt độ buồng bơm mẫu đƣợc đặt ở 2500C, nhiệt độ detector là
3000C. Thể tích tiêm mẫu là 1 µL, tỷ lệ chia dòng 50:1 [10].
Xinhua Dai & ctg đã sử dụng phƣơng pháp sắc ký khí - khối phổ để xác định
hàm lƣợng Chlopyrifos ethyl trong máu ngƣời. Với việc sử dụng Detector là khối phổ
(MS) và Parathion làm chất nội chuẩn, dùng methanol làm dung môi pha mẫu chuẩn
8


và dung dịch nội chuẩn. Chlopyrifos và parathion trong máu ngƣời sử dụng hỗn hợp
Hexan và Acetonitrile làm dung môi chiết với tỉ lệ (4:0,5). Phân tích GC-MS sử dụng
cột mao quản DB-5MS với hệ thống tiêm tự động, phƣơng pháp này dùng khí Heli làm
khí mang với tốc độ 1 ml/phút. Thể tích tiêm mẫu là 1 µL với thời gian chạy là 28
phút. Nhiệt độ cổng phun đƣợc cài ở 2500C, nhiệt độ lò đƣợc đặt ở 600C trong 2 phút,
sau đó tiếp tục tăng từ 600C đến 1800C trong 20 phút rồi tăng dần đến nhiệt độ cuối là
2800C và duy trì nhiệt độ này trong 10 phút. Kết quả cho thấy rằng giới hạn phát hiện
ở mức 0,002 µg/mL và giới hạn định lƣợng là 0,01 µg/ml, kết quả khẳng định độ nhạy
và đáng tin cậy [12].
Daniel Schwantes & ctg đã sử dụng GC/ECD để xác định Chlopyrifos ethyl sử
dụng detector đầu dò điện tử (ECD) và dùng cột mao quản TR-5MS. Quá trình thực
hiện sắc ký đƣợc cài đặt trƣớc với các thông số nhƣ nhiệt độ lò ban đầu là 1200C và
cuối cùng là 2000C và ECD là 3000C, nhiệt độ kim phun không chia vạch là 2500C.
Với nồng độ chuẩn Chlopyrifos gốc là 1000 mg/L (1 mg/mL), sau đó pha lỗng chuẩn
gốc để đƣợc nồng độ là 2000 µg/L (0,002 mg/mL), dung mơi pha mẫu sử dụng
acetonitrile, áp dụng phƣơng pháp chiết lỏng - lỏng để thực hiện trên mẫu phân tích.
Kết quả cho thấy rằng giới hạn phát hiện của phƣơng pháp này là 0,108 µg/L và giới
hạn định lƣợng là 0,361 µg/L [13].
1.2.3. Phương pháp sắc ký lỏng
Phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (High Performance Liquid

Chromatography) viết tắt là HPLC, có nguồn gốc từ sắc ký cột cổ điển, phƣơng pháp
này ngày càng đƣợc phát triển và hoàn thiện tiên tiến hơn. Với sự tiến bộ, phát triển
nhanh chóng, phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao dần chiếm vị trí quan trọng hàng
đầu của ngành chế tạo máy phân tích. Đây là một kỹ thuật phân tích linh hoạt và
thƣờng có thể thực hiện đƣợc trên nhiều nền mẫu phức tạp. Với vai trò chủ đạo trong
việc phân tích thì nó đƣợc đƣa vào sử dụng rộng rãi và phổ biến trong nhiều lĩnh vực
nhằm xác định cũng nhƣ định lƣợng và định tính của chất hay từng thành phần trong
một hợp chất nhƣ ngành kiểm nghiệm, đặc biệt là kiểm nghiệm dƣợc phẩm, công nghệ
sinh học, môi trƣờng, polime và trong cả công nghệ thực phẩm [9].
HPLC là phƣơng pháp tách sắc ký với hai pha không hịa tan vào nhau đƣợc làm
cơ sở cho q trình chạy sắc ký, pha động (MP) thƣờng đƣợc dùng là chất lỏng hay
chất khí phù hợp với chất đem phân tích. Điều tiên quyết nhất khi chọn pha động là nó
9


phải hịa tan đƣợc chất cần phân tích, có độ tinh khiết và thích hợp với detector với độ
nhớt thấp. MP phải chảy qua pha tĩnh đƣợc chứa trong cột. Pha tĩnh là chất rắn, chúng
ở dạng tiểu phân hay một chất lỏng phủ lên một chất mang rắn, hoặc một chất liên kết
hố học với các nhóm chức hữu cơ đƣợc một chất mang biến đổi thành, đƣợc nhồi
trong cột, khi đó q trình tách các chất đƣợc diễn ra tại đây. Đối với sắc ký lỏng hiệu
năng cao, bản chất của quá trình sắc ký và các loại sắc ký đều do pha tĩnh quyết định,
do vậy pha tĩnh đóng vai trị quan trọng trong sắc ký lỏng. Quá trình sắc ký lỏng xảy ra
đƣợc nhờ dựa trên sự hấp phụ, phân bố, trao đổi ion hay phân loại theo kích cỡ (rây
phân tử) [9].

Hình 1.4. Máy sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
Kỹ thuật phân tích bằng HPLC cho thấy đây là một trong những công cụ phân
tích nhanh, chính xác và rất hiệu quả, có thể phân tích và phát hiện những tín hiệu của
các chất có lƣợng mẫu rất nhỏ. Ngồi ra nó cịn phân tách đƣợc các chất riêng lẻ trong
cùng hỗn hợp phức tạp với độ phân giải cao. Hầu hết, ở nhiệt độ thƣờng đều có thể

chạy bằng phƣơng pháp HPLC để phân tích mẫu khi các chất này đƣợc hịa tan trong
dung mơi phù hợp với nó. Do đó HPLC sẽ không bị giới hạn và trở thành một phƣơng
tiện hữu ích không thể thiếu trong lĩnh vực khoa học và công nghiệp.
Theo TCVN 12474:2018 về xác định hàm lƣợng Chlopyrifos ethyl trong thuốc
BVTV bằng phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) dựa trên nguyên tắc với
detector UV ở bƣớc sóng 300 nm và dùng phƣơng pháp ngoại chuẩn. Kết quả thu đƣợc
dựa trên việc tính tốn giữa diện tích peak của mẫu thử và mẫu chuẩn. Sử dụng chuẩn
Chlopyrifos ethyl với nồng độ 0,5 mg/mL đƣợc hòa tan bằng Acetonitrile (ACN). Pha

10


động đƣợc lựa chọn là Acetonitrile:H2O (80:20), pha tĩnh sử dụng cột C18, tốc độ
dòng đƣợc cài với tốc độ 1,5 ml/phút, thể tích tiêm mẫu là 20 µL [10].
Han, C; Zhu &ctg đã phân tích Chlopyrifos ethyl ở trong nƣớc bằng phƣơng pháp
HPLC. Ở nghiên cứu này, tác giả sử dụng kỹ thuật HPLC với cột C18 pha đảo và detector
UV, với pha động gồm 2 hệ đều có thể sử dụng đƣợc nhƣ Methanol:Nƣớc (90:10) hoặc
Acetonitrile:Nƣớc (90:10), đƣợc cài ở bƣớc sóng 300 nm và tốc độ dịng là 1,0 ml/phút.
Dung môi pha mẫu trong nghiên cứu này đƣợc tác giả sử dụng là Etyl acetate. Kết quả thu
đƣợc với giới hạn phát hiện đối với Chlopyrifos ethyl là 0,5 ng [14].
Guifu Ma & Ligang Chen đã nghiên cứu xác định Chlopyrifos trong gạo dựa vào
việc sử dụng phƣơng pháp HPLC, với cơng trình này tác giả đã sử dụng cột sắc ký
C18 với detector UV. Dung dịch chuẩn gốc Chlopyrifos đƣợc hòa tan trong methanol
với nồng độ 1 mg/mL. Với pha động đƣợc lựa chọn là Methanol:Nƣớc (85:15) và tốc
độ dịng 1 ml/phút, bƣớc sóng ở 234 nm, thể tích tiêm mẫu là 20 µL. Trong điều kiện
tối ƣu này, kết quả thu đƣợc giới hạn phát hiện Chlopyrifos là 0,0072 µg/g [15].
1.2.4. Phương pháp tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS)
Tán xạ Raman tăng cƣờng bề mặt (SERS) đóng vai trị quan trọng và khơng thể
thiếu trong lĩnh vực khoa học hoá học, vật liệu và đời sống. Nó đƣợc ví nhƣ “dấu vân
tay phân tử” có độ nhạy cao với chi phí thấp.

Tán xạ Raman là một kỹ thuật tán xạ không đàn hồi của năng lƣợng laser tới dẫn
đến cực đại quang phổ, xảy ra ở các photon khi chúng tƣơng tác với vật chất, khi đó
các photon sẽ mất năng lƣợng và chuyển cho một phân tử nào đó, từ một phân tử ở
trạng thái bình thƣờng lên trạng thái kích thích hoặc ngƣợc lại. Nói chung, Raman dựa
trên việc đo lƣờng sự thay đổi của năng lƣợng photon đi ra. Bƣớc sóng của ánh sáng
tán xạ thay đổi do nó phụ thuộc vào thành phần hoá học của những phân tử chính.
Cƣờng độ của tán xạ Raman tỷ lệ với độ lớn của sự thay đổi phân cực của phân tử.
Điều đó cho thấy gần nhƣ tất cả các chất đa nguyên tử đều có thể phát ra một phát xạ
Raman hay SERS đặc trƣng hoặc phổ dao động [5,6].
Quang phổ Raman tăng cƣờng bề mặt (SERS) là sự kết hợp thành cơng của hai
kỹ thuật đó là quang phổ Raman và công nghệ nano, đƣợc đánh giá là một trong số
những thiết bị có độ nhạy cao nhất, dùng để phát hiện các cấu trúc có độ nhạy cao với
nồng độ chất phân tích thấp. SERS tận dụng các đặc tính quang học của bề mặt cấu
11


trúc của nano kim loại để tăng cƣờng tín hiệu Raman. Năng lƣợng plasmon gây ra quá
trình Raman xảy ra trong phân tử chất phân tích, thơng qua sự kích thích của trƣờng
điện tử đƣợc tạo ra bởi sự khuếch đại của các plasmon bề mặt cục bộ (LSP) của các
phân tử hấp phụ lên trên bề mặt kim loại đƣợc làm nhám (tín hiệu có cƣờng độ cao do
có số lƣợng lớn các vị trí hấp phụ trên bề mặt đƣợc làm nhám) [5]. Năng lƣợng
plasmon trên bề mặt nhãn đƣợc liên kết với bề mặt và xảy ra hiện tƣợng tán xạ.
Chất nền SERS điển hình và thƣờng đƣợc nghiên cứu sử dụng đó là bề mặt bạc/
đồng/vàng đƣợc làm nhám. Kỹ thuật SERS yêu cầu sự hấp phụ của phân tử chất phân
tích lên chất nền SERS. Khi chúng hấp thụ lên trên bề mặt SERS, tại đây tín hiệu
Raman đƣợc tăng cƣờng trong chính chất phân tích, có thể so sánh tín hiệu thu đƣợc
của nó với cƣờng độ tín hiệu thu đƣợc bằng huỳnh quang. Bằng thực nghiệm nhiều tác
giả đã chứng minh rằng khác với phổ huỳnh quang, cƣờng độ tín hiệu Raman thu đƣợc
thể hiện dải phát xạ (hấp phụ) rộng, đỉnh của chúng thu đƣợc trong SERS nhỏ với độ
phân giải cao. Với những ƣu điểm nổi bật trên giúp phổ SERS có thể phân tích đồng

thời các chất nhiều thành phần. Ngoài ra, sử dụng phƣơng pháp này thuận tiện và đơn
giản với thao tác lấy mẫu, thời gian phân tích nhanh, xác định cấu trúc có độ nhạy cao
cũng nhƣ tính chọn lọc phổ, khơng phá huỷ mẫu đặc biệt của nó để phát hiện đƣợc
chất phân tích tại chỗ với lƣợng vết rất nhỏ trong vùng ppm-ppb (thƣờng gọi là vết)
của các phân tử hữu cơ và sinh học nói chung và thuốc BVTV nói riêng giúp cho
SERS trở thành một cơng cụ phổ biến trong phân tích [5,6].
Để SERS có thể phát hiện đƣợc các chất phân tích hoá học hiệu quả cần đáp
ứng các yêu cầu sau [5]:
- Thứ nhất: phải tạo ra một lớp nền tốt có bề mặt đƣợc làm nhám giúp tăng
cƣờng tốt, có thể tái tạo và bền với thời gian.
- Thứ hai: chất phân tích này phải đảm bảo đƣợc rằng nó có thể hấp thụ hiệu
quả trên bề mặt, có mặt cắt ngang SERS cao hơn bất kỳ chất nào có thể cản trở.
- Thứ ba: khơng có hiện tƣợng quang hố bề mặt khi đó cƣờng độ kích thích
phải đƣợc kiểm sốt.
Đối với các tín hiệu thu đƣợc bằng tán xạ Raman thƣờng yếu thì SERS lại có
thể phát hiện đƣợc chất phân tích ở nồng độ rất nhỏ vì sự gia tăng tiết diện Raman của
chất phân tích lên đến 15 bậc so với tán xạ Raman bình thƣờng [16]. Phổ SERS lần
12


đầu tiên đƣợc ghi lại bằng cách sử dụng một điện cực bạc đã đƣợc làm nhám và một
bề mặt kim loại khác đƣợc thực nghiệm sau đó là vàng và đồng, tất cả các bề mặt kim
loại này đều làm tăng cƣờng độ tín hiệu Raman lên từ 104 đến 106 lần. Qua chứng
minh cho thấy, việc sử dụng chất nền là chất keo vàng và bạc là những kim loại
thƣờng đƣợc sử dụng nhiều nhất vì cho chi phí thấp, chuẩn bị đơn giản, tăng cƣờng bề
mặt tốt hơn so với các chất nền khác, ngoài ra chúng là những vật liệu ổn định trong
khơng khí nhất, cịn với đồng thì nó gây ra phản ứng với khơng khí nhiều hơn nên sẽ
ảnh hƣởng đến sự thành cơng của SERS [16].
Việc phát hiện dƣ lƣợng thuốc bảo vệ thực vật bằng SERS một cách đơn giản,
nhanh và cho kết quả chính xác cao, độ nhạy và khả năng tái tạo ngƣời ta có thể sử

dụng cộng hƣởng plasmon bề mặt là một trong những ứng dụng nổi bật nhất của hạt
nano kim loại khi nó cung cấp các đặc điểm quang điện tử duy nhất trong vùng khả
kiến của quang phổ điện tử. Các hạt nano kim loại nói chung và hạt nano vàng nói
riêng có hàm lƣợng hệ số tắt cao, do đó tƣơng tác điện hố phù hợp giữa mục tiêu chất
cần phân tích và bề mặt của hạt nano, giúp tăng cƣờng độ nhạy và tính chọn lọc. Mặt
khác, AuNPs có một số tính năng đặc biệt, chẳng hạn nhƣ tăng cƣờng SERS đáng kể,
khả năng tƣơng thích sinh học, tính ổn định cũng nhƣ LSP có thể điều chỉnh đƣợc
trong quang phổ nhìn thấy và cận hồng ngoại. Quan trọng hơn hết là AuNPs có tuổi
thọ dài do khả năng chống oxy hố rõ ràng so với hạt nano bạc [17].
Pei Mal &ctg đã nghiên cứu định lƣợng dƣ lƣợng thuốc Chlopyrifos trong cà
chua bằng quang phổ Raman tăng cƣờng bề mặt. Với nghiên cứu này mục đích là có
thể xác định định tính và định lƣợng hàm lƣợng Chlopyrifos trên bề mặt cà chua và
trong dịch chiết cà chua bằng phƣơng pháp quang phổ Raman tăng cƣờng bề mặt, đế
SERS đƣợc sử dụng là chất keo bạc đã đƣợc tối ƣu hoá để làm chất nền tăng cƣờng bề
mặt. Kết quả thu đƣợc của cơng trình này phù hợp với kết quả của các dung dịch
chuẩn Chlopyrifos. Giới hạn phát hiện của phƣơng pháp là 10-9 mol/L, đây là một
trong những phƣơng pháp có độ nhạy cao nhất trong việc phát hiện Chlopyrifos và
giới hạn này vƣợt xa các tiêu chuẩn sử dụng để phân tích Chlopyrifos trên thế giới.
Đƣợc đánh giá là phƣơng pháp thuận tiện, nhanh chóng có thể phát hiện và phân tích
nhiều loại thuốc trừ sâu khác [18].
Jiaji Zhu và cộng sự đã nghiên cứu về phân tích định tính và định lƣợng dƣ lƣợng
Chlopyrifos trong các mẫu chè bằng cách sử dụng phƣơng pháp SERS. Hạt nano Au
13


và Ag đƣợc dùng làm chất nền tăng cƣờng SERS. Kết quả khẳng định đƣợc rằng có
thể cung cấp một phƣơng pháp hiệu qủa để định tính và định lƣợng đƣợc Chlopyrifos
tồn dƣ trong mẫu chè với độ nhạy và độ chính xác cao [19].
Cơng nghệ tán xạ Raman tăng cƣờng bề mặt (SERS) với phƣơng pháp xử lý
nhanh đƣợc dùng để phát hiện dƣ lƣợng thuốc trừ sâu Chlopyrifos trong gạo của

Shuanggen Huang và cộng sự. Với mục đích có thể phát hiện Chlopyrifos, hạt nano
vàng đƣợc sử dụng làm đế SERS để tăng cƣờng bề mặt, với chi phí rẻ. Kết quả cho
thấy nồng độ phát hiện thấp nhất của thuốc trừ sâu Chlopyrifos trong lúa là dƣới 0,506
mg/L [20].
1.3 Phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano vàng
Hiện nay, các cấu trúc nano vàng đang ngày càng đƣợc quan tâm và đƣợc áp
dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, nó bị ảnh hƣởng bởi kích thƣớc, hình dạng của
chúng. Thời điểm hiện tại, đã có nhiều phƣơng pháp khác nhau để chế tạo các hạt nano
vàng, nhƣng mỗi một phƣơng pháp chỉ tối ƣu cho việc tổng hợp các hạt trong một
phạm vi kích thƣớc và hình dạng nhất định. Đã có rất nhiều phƣơng pháp tổng hợp
nano vàng đã và đang đƣợc sử dụng, trong đó có phƣơng pháp tổng hợp từ trên xuống
dƣới (bottom-down) và tổng hợp từ dƣới lên (bottom-down). Hai phƣơng pháp này
nhằm mục đích có thể kiểm sốt đƣợc kích thƣớc, hình dạng, theo dõi độ ổn định, độ
hòa tan cũng nhƣ những ứng dụng của các hạt nano vàng. Đối với các hạt nano kim
loại vàng nói riêng thì phƣơng pháp đƣợc dùng để tổng hợp hạt thƣờng là phƣơng
pháp từ dƣới lên (bottom –up) với một nguyên tắc chung là dùng tác nhân khử để đƣa
ion Au3+  Au, các hạt nano vàng đƣợc tổng hợp khi các nguyên tử này kết hợp với
nhau theo những cơ chế nhất định [21], [22].
HAuCl4 + tác nhân khử  Au  các hình thái Nano vàng
Có rất nhiều các phƣơng pháp khác nhau đƣợc phát triển dựa trên cùng nguyên
tắc tổng hợp này. Căn cứ vào tác nhân khử, quy trình tổng hợp nano vàng có thể chia
thành 2 nhóm phƣơng pháp cơ bản sau: phƣơng pháp hóa học; phƣơng pháp vật lí.
1.3.1 Phương pháp hóa học
Đối với việc tổng hợp bằng phƣơng pháp hóa học sẽ mang lại khả năng điều
chỉnh tƣơng đối tốt về mặt hình dạng và kích thƣớc của hạt nano vàng (AuNPs).

14


Trong một số quy trình đã đƣợc tổng hợp thì tổng hợp nano vàng theo phƣơng

pháp khử hóa học gồm 2 bƣớc chính đó là q trình tạo mầm đƣợc thực hiện riêng biệt
để chuẩn bị hạt, sau đó đƣợc thêm vào dung dịch tăng trƣởng để hình thành nano vàng
thanh, với phƣơng pháp này yêu cầu thêm một lƣợng chất khử mạnh nhƣ natri
borohydrid (NaBH4) dẫn đến sự hình thành hạt tại chỗ thơng qua q trình khử từ Au3+
 Au0 (từ dung dịch muối vàng HAuCl4) và hạt đƣợc tạo nên không thể thiếu với chất
hoạt động bề mặt CTAB (Cetyl trimethyl ammonium bromide) với sự có mặt của bạc
nitrat (AgNO3). Việc sử dụng các chất khử nhƣ borohydrid, chúng có thể làm các hạt
nano ổn định để chống lại sự kết tụ và tỉ lệ kích thƣớc cũng nhƣ hình dạng của hạt
nano vàng sẽ đƣợc kiểm sốt. Nhờ đó ta thấy đƣợc chất ổn định có thể giữ vai trò vừa
là chất ổn định và cũng là chất khử. Ngoài ra khi lựa chọn tác nhân khử sẽ quyết định
đến độ bền khác nhau trong dung dịch nano vàng [23], [24], [25].
Các yếu tố ảnh hƣởng đến sự hình thành của thanh nano vàng nhƣ nồng độ ion
bạc (nồng độ cao hơn sẽ làm tăng tỷ lệ mặt), nồng độ acid ascorbic (nồng độ cao hơn
sẽ làm giảm tỷ lệ mặt), hạt mầm (số lƣợng hạt mầm thấp hơn dẫn đến việc hình thành
các thanh nano vàng lớn hơn, pH (giá trị pH thấp hơn sẽ làm chậm sự phát triển động
học làm cho tỷ lệ mặt cao hơn). Ngoài ra yếu tố nhiệt độ cũng cần đƣợc kiểm sốt chặt
chẽ trong q trình tổng hợp nano vàng dạng thanh [23].
Xingchen Ye và cộng sự đã tổng hợp thành công nano vàng dạng thanh. Phƣơng
pháp tổng hợp đƣợc chuẩn bị theo 2 giai đoạn nhƣ sau:
- Thứ nhất là giai đoạn tạo mầm (hạt giống): chuẩn bị 5 mL HAuCl4 0,5 mM
đƣợc trộn với 5 mL dung dịch CTAB 0,2 M tạo thành dung dịch màu vàng. Sau đó
thêm 0,6 mL dung dịch chất khử NaBH4 0,01 M vào dung dịch phía trên trong điều
kiện khuấy từ với tốc độ 1200 vòng/phút. Lúc này dung dịch dần chuyển từ màu vàng
sang màu nâu và ngừng khuấy sau 2 phút. Dung dịch hạt mầm này đƣợc để ở nhiệt độ
phòng trong 30 phút trƣớc khi sử dụng.
- Thứ hai là giai đoạn nuôi mầm và phát triển thanh nano vàng: thêm một lƣợng
alkyltrimetylamoni clorua và natri oleat (NaOL) đƣợc hoà tan trong 250 mL nƣớc ấm
và thêm dung dịch AgNO3 4 mM và để yên trong 30 phút rồi thêm 250 mL dung dịch
HAuCl4 1 mM. Sau thời gian 150 phút khuấy với tốc độ 700 vòng/phút thì tạo nên
đƣợc dung dịch khơng màu và điều chỉnh pH phù hợp (thêm HCl 12,1 M). Tiếp tục

15


khuấy 15 phút nữa với tốc độ 400 vòng/phút rồi thêm 1,25 mL acid ascorbic (AA)
khuấy mạnh trong 30s. Cuối cùng thêm một lƣợng dung dịch mầm đƣợc hình thành từ
giai đoạn 1 vào và để yên trong vòng 12 giờ ở nhiệt độ 300C để hạt nano vàng phát
triển. Nghiên cứu đã khảo sát ảnh hƣởng của các ion iodua và AgNO3 trong dung dịch
tăng trƣởng chứng minh đƣợc lƣợng bromua đƣợc sử dụng là rất thấp khoảng 0,15
mM vẫn có thể chế tạo đƣợc nano vàng dạng thanh với chất lƣợng tốt [24].
Babak Nikoobakht đã tổng hợp đƣợc thanh nano vàng có tỷ lệ khác nhau từ 1,5
đến 10, trong đó cực đại hấp thụ plasmon bề mặt dao động từ 600-1300 nm. Với phƣơng
pháp này tác giả đã tổng hợp nano vàng dạng thanh qua 3 giai đoạn nhƣ sau: đầu tiên là
giai đoạn tạo mầm sử dụng 5 mL dung dịch CTAB 0,2 M đƣợc hoà tan với 5 mL
HAuCl4 0,0005 M. Thêm vào dung dịch trên 0,6 mL dung dịch NaBH4 0,01 M và khuấy
đều trong 2 phút ở 250C, lúc này dung dịch có màu vàng nâu. Thứ hai là sự tăng trƣởng
của nano vàng dạng thanh với dải plasmon nhỏ hơn 850 nm, chuẩn bị 5 bình có chứa
sẵn dung dịch AgNO3 0,004 M ở 250C lần lƣợt là 0,05; 0,1; 0,15; 0,20 và 0,25 mL rồi
thêm 5 mL CTAB 0,2 M, sau đó thêm 5 mL HAuCl4 0,001 M khuấy đều với dung dịch
trên, thêm 70 µL acid ascorbic 0,0788 M (acid ascorbic làm thay đổi màu sắc dung dịch
tăng trƣởng từ màu vàng sẫm chuyển sang khơng màu, nó đóng vai trò là 1 chất khử).
Bƣớc cuối cùng là thêm 12 µL dung dịch tạo mầm vào dung dịch tăng trƣởng ở 27300C. Kết quả cho thấy phƣơng pháp này tạo nên thanh nano vàng có tỉ lệ là 4,7, đã
khảo sát đƣợc sự thay thế citrat bằng các phân tử CTAB trong bƣớc hình thành hạt nano
và khảo sát điều chỉnh đƣợc hàm lƣợng bạc của dung dịch tăng trƣởng với các tỉ lệ khác
nhau cho kết quả là các dung dịch tăng trƣởng nhƣ nhau nhƣng khác nhau về hàm lƣợng
ion bạc [25].
Phƣơng pháp tổng hợp Brust-Schiffrin đƣợc biết đến là phƣơng pháp tổng hợp
nano vàng nổi tiếng, chúng có thể hồ tan trong dung mơi hữu cơ. Các hạt nano nhỏ
đƣợc hình thành có đƣờng kính nhỏ hơn 10 nm là do ái lực của các phối tử thiol với bề
mặt vàng, không gây cản trở sự phát triển của các hạt nano. Việc tổng hợp theo
phƣơng pháp này đƣợc tiến hành nhƣ sau: sử dụng khoảng 30 mL dung dịch muối

vàng HAuCl4 0,03 M đƣợc trộn lẫn với một lƣợng nhỏ 80 mL tetraocetylamoni
bromua (TOAB) trong toluen 0,05 M. Sau đó khuấy mạnh cho đến khi
tetrachloroaurate đƣợc chuyển vào lớp hữu cơ và thêm 170 mg dodecanethiol vào pha
hữu cơ. Thêm từ từ 25 mL dung dịch nƣớc natri borohydride 0,4 M sau đó khuấy
16