PHÁT TRIỂN PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU THỤ ĐỘNG SỬ DỤNG POCIS CHO CÁC CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT PHÂN CỰC TRONG NƯỚC

TRANG BÌA PHỤ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHẠM THỊ TY

PHÁT TRIỂN PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU THỤ ĐỘNG
SỬ DỤNG POCIS
CHO CÁC CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT
PHÂN CỰC TRONG NƯỚC
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số chuyên ngành: 604429

LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA PHÂN TÍCH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. TRẦN THỊ NHƯ TRANG

Tp. Hồ Chí Minh, Năm 2014

Trang i


POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả

Phạm Thị Ty

Trang ii


POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô đã giảng dạy trong
chương trình Cao học Hóa Phân tích, người đã truyền đạt cho tôi những kiến thức hữu
ích làm cơ sở cho tôi thực hiện tốt luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn cô, TS. Trần Thị Như Trang đã tận tình hướng dẫn
chotôi trong thời gian thực hiện luận văn. Mặc dù trong quá trình thực hiện luận văn
cógiai đoạn không được thuận lợi nhưng những gì Cô đã hướng dẫn, chỉ bảo đã cho tôi
nhiều kinh nghiệm trong thời gian thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến anh, ThS. Trương Lâm Sơn Hải đã luôn hỗ trợ
và giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp.
Cảm ơn các em sinh viên khóa 10, đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong thời gian thực hiện
đề tài.
Sau cùng tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình của tôi, đã luôn tạo điều kiện
tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học cũng như thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp.
Do thời gian có hạn và những hạn chế về kinh phí trong bước đầu phát triển một
phương pháp mới nên luận văn có những thiếu sót, rất mong nhận được ý kiến góp ý
của Thầy/Cô và các anh chị học viên.

Trang iii

POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

MỤC LỤC
TRANG BÌA PHỤ ........................................................................................................ i
LỜI CAM ĐOAN .........................................................................................................ii
MỤC LỤC .................................................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ..............................................................................viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ...................................................................... ix
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................................ 1
1.1.

GIỚI THIỆU ................................................................................................... 1

1.2.

CÁC THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT .............................................................. 2

1.2.1.

Phân loại các nhóm thuốc bảo vệ thực vật ................................................. 2

1.2.1.1.

Thuốc trừ sâu clo hữu cơ ....................................................................... 2

1.2.1.2.

Thuốc trừ sâu gốc lân hữu cơ ................................................................. 3

1.2.1.3.

Thuốc trừ sâu carbamate ........................................................................ 4

1.2.1.4.

Thuốc trừ sâu gốc Pyrethroid (gốc cúc tổng hợp)................................... 4

1.2.2.
1.2.1.

Tính chất các chất BVTV nghiên cứu ....................................................... 7
Các phương pháp xác định các chất BVTV phân cực ................................ 10

1.2.2.1.

Phương pháp cực phổ .......................................................................... 10

1.2.2.2.

Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử ............................................. 10

1.2.2.3.

Phương pháp điện di mao quản ............................................................ 10

1.2.2.4.

Phương pháp sắc ký khí ....................................................................... 10

1.2.2.5.

Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao .............................................. 11

1.3.

PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU THỤ ĐỘNG ................................................... 11

1.3.1.

Tầm quan trọng của phương pháp lấy mẫu thụ động .................................. 11

1.3.2.

Phân loại kỹ thuật lấy mẫu thụ động cho hợp chất hữu cơ [19] ................... 12

1.3.3.

Cơ chế hấp phụ thụ động POCIS ................................................................ 15

1.3.4.

Cấu tạo bộ lấy mẫu POCIS......................................................................... 16

Trang iv


POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

1.3.4.1.

Cấu tạo POCIS .................................................................................... 16

1.3.4.2.

Màng khuếch tán polyethersulfone (PES) ............................................ 17

1.3.4.3.

Chất hấp thụ Oasis HLB ...................................................................... 17

1.3.5.

Nguyên tắc phương pháp lấy mẫu POCIS .................................................. 17

1.3.6.

Tốc độ lấy mẫu RS ..................................................................................... 20

1.3.7.

Các yếu tố ảnh hưởng lên sự tích lũy chất phân tích vào POCIS ................ 22

1.3.7.1.

Ảnh hưởng của pH .............................................................................. 22

1.3.7.2.

Ảnh hưởng của lưu lượng dòng nước................................................... 23

1.3.7.3.

Ảnh hưởng của nhiệt độ....................................................................... 23

1.3.7.4.

Ảnh hưởng của biofouling ................................................................... 24

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM .................................................................................. 25
2.1.

HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ ......................................................................... 25

2.1.1.

Thiết bị, dụng cụ ........................................................................................ 25

2.1.2.

Hóa chất ..................................................................................................... 25

2.2.

PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ LỎNG KẾT HỢP CHIẾT PHA RẮN ................. 26
Phương pháp sắc ký lỏng đầu dò UV ......................................................... 26

2.2.1.
2.2.1.1.

Xây dựng phương pháp phân tích chất BVTV phân cực.......................... 26

2.2.1.2.

Định danh ............................................................................................... 28

2.2.1.3.

Khoảng tuyến tính................................................................................... 29

2.2.2.

Xử lý mẫu – kỹ thuật chiết pha rắn ............................................................. 31

2.2.2.1.

Xây dựng phương pháp chiết pha rắn ...................................................... 31

2.2.2.2.

Đánh giá phương pháp xử lý mẫu nước xác định các chất BVTV ........... 35

2.2.2.3.

Đánh giá phương pháp phân tích ............................................................. 37

2.3.

PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU THỤ ĐỘNG BẰNG POCIS ........................... 38

2.3.1.

Sự ổn định của chất BVTV trong Oasis HLB ............................................. 38

2.3.2.

Chuẩn bị và cách tiến hành trên POCIS ...................................................... 40

2.3.2.1.

Chuẩn bị bột Oasis HLB ......................................................................... 41
Trang v


POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

2.3.2.2.

Lắp POCIS ............................................................................................. 41

2.3.2.3.

Gỡ POCIS............................................................................................... 41

2.3.2.4.

Chiết chất phân tích trong POCIS ........................................................... 41

2.3.3.

Hiệu chuẩn POCIS trong phòng thí nghiệm................................................ 42

2.3.3.1.

Mục đích hiệu chuẩn POCIS trong phòng thí nghiệm ............................. 42

2.3.3.2.

Chuẩn bị bể thí nghiệm ........................................................................... 42

2.3.3.3.

Xác định chất phân tích có trong bể nước hiệu chuẩn .............................. 44

2.3.3.4.

Xác định chất tích lũy trong POCIS, tính kuvà RS ................................... 45

2.3.4.

Các khảo sát khác liên quan đến POCIS ..................................................... 56

2.3.4.1.

Xác định chất tích lũy trong màng PES ................................................... 56

2.3.4.2.

Xác định nồng độ các chất BVTV trong bể ở nồng độ thấp ..................... 58

2.3.4.3.

Sự hấp phụ của các chất BVTV vào hạt rắn lơ lửng ................................ 60

2.3.5.

POCIS lấy mẫu ngoài hiện trường .............................................................. 62

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................... 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 68

Trang vi


POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ACN:

Acetonitrile

BVTV:

Bảo Vệ Thực Vật.

CTPT:

Công thức phân tử

GF/F:

Glass fiber filter

HPLC:

High Performance Liquid Chromatography

HSTH:

Hiệu suất thu hồi

KLPT:

Khối lượng phân tử

KPH:

không phát hiện

MDL:

Method detection limit

MeOH:

Methanol

MQL:

Method qualitification limit

PES:

Polyethersulfone

POCIS:

Polar Organic Chemical Integrative Sampler

PRC:

Performance Reference Compound

RS:

Tốc độ lấy mẫu

RSD:

Relative Standard Deviation

SPE:

Solid Phase Extraction

TWA:

Time weighted average

UV:

Ultraviolet

WBL:

Water boundary layer

Trang vii


POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1: Tính chất của các chất nghiên cứu trong đề tài ............................................. 8

Bảng 2. 1: Kiểm chứng sự ổn định của thời gian lưu các chất BVTV theo thời gian ... 29
Bảng 2. 2: Khảo sát khoảng tuyến tính của các chất BVTV ........................................ 30
Bảng 2. 3: Kết quả khảo sát loại dung môi rửa giải trên cột SPE- C18 ........................ 32
Bảng 2. 4: Kết quả thể tích methanol rửagiải trên cột C18 và Oasis HLB ................... 33
Bảng 2. 5: Kết quả khảo sát tỉ lệ methanol trong dung dịch rửa tạp ............................. 34
Bảng 2. 6: Hiệu suất thu hồi chất BVTV thêm chuẩn sau lọc ...................................... 36
Bảng 2. 7: Hiệu suất thu hồi chất BVTV thêm chuẩn trước và sau lọc ........................ 37
Bảng 2. 8: Kết quả xác định MDL, MQL.................................................................... 38
Bảng 2.9: Hiệu suất thu hồi chất BVTV sau khi tẩm vào bột Oasis HLB .................... 40
Bảng 2. 10: Các thông số hóa lý của nước máy trong bể thí nghiệm hiệu chuẩn ......... 43
Bảng 2. 11: Khối lượng Oasis HLB trong các POCIS trước và sau phơi nhiễm .......... 46
Bảng 2. 12: Nồng độ các chất BVTV trong bể nước và POCIS theo thời gian ............ 49
Bảng 2. 13: Tốc độ lấy mẫu RS của các chất BVTV sau 7 ngày hấp thụ...................... 51
Bảng 2. 14: So sánh tốc độ lấy mẫu RS của các chất BVTV với các nghiên cứu khác . 52
Bảng 2. 15: So sánh tốc độ lấy mẫu RS của các chất BVTV với các nghiên cứu khác

(tiếp theo) ................................................................................................................... 53
Bảng 2. 16: So sánh hằng số hấp thụ ku của các chất BVTV với các nghiên cứu khác . 54
Bảng 2. 17: Nồng độ chất BVTV còn lại trong màng PES (hiệu chuẩn 80 lít nước) .... 57
Bảng 2. 18: Các thông số hóa lý của nước máy sử dụng khảo sát................................ 58
Bảng 2.19: Khảo sát lấy mẫu POCIS cho 7 chất BVTV ở nồng độ thấp...................... 59
Bảng 2. 20: Các thông số hóa lý của mẫu nước sông Sài Gòn ..................................... 60
Bảng 2. 21: Kết quả khảo sát sự hấp phụ chất BVTV vào hạt rắn ............................... 61

Trang viii


POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1. 1: Cấu trúc của 7 chất BVTV nghiên cứu trong đề tài.
Hình 2. 1: Phổ hấp thu UV của 7 chất BVTV ............................................................. 26
Hình 2. 2: Sắc ký đồ 7 chất BVTV. ............................................................................ 28
Hình 2. 3: Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính 7 chất BVTV ........................................ 30
Hình 2. 4: Bể thí nghiệm hiệu chuẩn POCIS – xác định RS của các chất BVTV ......... 43
Hình 2. 5: Sắc ký đồ cácchất BVTV trong bể 80 lít nước máy thêm chuẩn 1 µg L-1.... 44
Hình 2. 6: Đồ thị biểu diễn nồng độ chất BVTV trong bể theo thời gian khảo sát ....... 45
Hình 2. 7: Sắc ký đồ 7 chất BVTV trong POCIS sau 7 ngày ....................................... 47
Hình 2. 8: Đồ thị biểu diễn hệ số nồng độ các chất BVTV theo thời gian phơi nhiễm . 50
Hình 2. 9: Sắc ký đồ 7 chất BVTV tích lũy trong màng PES sau 7 ngày phơi nhiễm .. 57
Hình 2. 10: Lắp POCIS vào lồng để phơi nhiễm trong mẫu hiện trường ..................... 63
Hình 2. 11: Hình ảnh POCIS được lấy lên sau 14 ngày phơi nhiễm ở hiện trường ...... 63
Hình 2. 12: POCIS Kênh Xáng được rửa với nước cất để loại các chất bẩn ................ 64
Hình 2. 13: POCIS lấy mẫu sau khi rửa sạch với nước cất 2 lần, và bảo quản ............. 64
Hình 2. 14: Sắc ký đồ POCIS phà An Sơn Nhị Bình (ngày 09 – 21/12/2013) ............. 64

Hình 2. 15: Sắc ký đồ POCIS An Hạ (ngày 09 – 21/12/2013) ..................................... 65

Trang ix


POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.

GIỚI THIỆU

Sự phát triển của ngành nông nghiệp luôn gắn liền với việc áp dụng hoá học và
sinh học trong sản xuất, bảo quản và chế biến, trong đó có các hoá chất bảo vệ thực vật
(BVTV). Vì vậy, ngành hóa chất BVTV trên thế giới cũng như ở Việt Nam ngày càng
chiếm vị trí quan trọng và trở thành lĩnh vực không thể thiếu trong chiến lược phát
triển ngành công nghiệp hóa chất.
Bên cạnh những giá trị tích cực mang lại, chất BVTV là một trong những nhân
tố gây mất cân bằng môi trường do con người lạm dụng, sử dụng mất kiểm soát, không
đúng qui định và độc tính phát sinh trong quá trình sử dụng. Nhiều mặt tiêu cực của
chất BVTV đã làm đảo lộn các mối quan hệ giữa các sinh vật trong thiên nhiên, gây
mất cân bằng sinh thái, đặc biệt quan trọng hơn khi những chất BVTV tan trong nước
sẽ dễ dàng theo nguồn nước đi vào chuỗi thức ăn của chính con người [1 – 2].
Trong số các chất BVTVtan nhiều trong nước thì nhóm triazine (simazine,
atrazine), phenylurea (diuron, chlortoluron, isoproturon) và một số carbamate được sử
dụng rất nhiều trong các sản phẩm nông nghiệp như phụ lục bảng 1. Đặc biệt
carbofuran, atrazine, mirex (chứa hoạt chất diuron), thiodicarb nằm trong danh sách
cấm sử dụng ở Châu Âu [3], carbofuran và mirex cấm sử dụng ở Mỹ [4], ở nước ta
carbofuran hạn chế sử dụng [5] do độc tính cao và bền trong môi trường.
Trước thực tại đó, đòi hỏi chúng ta phải tập trung, kiên trì, giải quyết một cách

hài hòa mối quan hệ giữa tăng trưởng kinh tế với bảo vệ môi trường. Công tác giám sát
và đánh giá nồng độ các chất BVTV trong môi trường yêu cầu phải chính xác và tin
cậy. Các giai đoạn được triển khai nghiên cứu bao gồm: lấy mẫu, phân tích và tính
toán kết quả. Trong đó lấy mẫu chiếm vị trí cực kỳ quan trọng và ảnh hưởng trực tiếp
đến kết quả phân tích.
Phương pháp lấy mẫu chủ động (active sampling) tại một vị trí và thời gian nhất
định, đơn giản, dễ tiến hành, ít tốn kém nhưng nồng độ chất phân tích chỉ phản ánh tại
Trang 1


POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

thời điểm và vị trí lấy mẫu và nhiều khi không đủ phát hiện. Phương pháp lấy mẫu tự
động (automatical sampling) lấy mẫu liên tục theo thời gian nên phản ánh chính xác
nhất nồng độ các chất BVTV có trong môi trường. Tuy nhiên, phương pháp này rất khó
trang bị và phải lắp ráp tại vị trí mấy mẫu, rất tốn kém do lượng mẫu lấy nhiều. Lấy
mẫu thụ động là phương pháp trung gian giúp khắc phục hạn chế của 2 phương pháp
trên, cho phép phản ánh nồng độ các chất BVTV gần đúng trong môi trường, biểu diễn
bằng nồng độ trung bình các chất trên đơn vị thời gian (TWA) vì các chất được tích
hợp trong thời gian dài.
Có nhiều loại thiết bị lấy mẫu thụ động được phát triển tùy thuộc vào giá trị
logKow (Octanol-water partition coefficient) của từng chất. Hiện nay ở Việt Nam chưa
có một loại thiết bị lấy mẫu thụ động nào để lấy mẫu cho các chất hữu cơ ô nhiễm
trong môi trường nước. Do thuộc tính của các chất BVTV của chúng tôi nên bộ lấy
mẫu thụ động tích hợp các chất hữu cơ phân cực – POCIS (polar organic chemical

integrative sampler) được nghiên cứu và xác định khả năng của thiết bị trong điều kiện
thực tế sông ngòi ở nước ta, đây là một nghiên cứu mở đầu cho lĩnh vực lấy mẫu thụ
động tại Việt Nam.

1.2.

CÁC THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT

1.2.1. Phân loại các nhóm thuốc bảo vệ thực vật
1.2.1.1.
Thuốc trừ sâu
Thuốc trừ sâu Clo hữu cơ
Sau chiến tranh thế giới lần hai, DDT và sau đó là một loạt thuốc trừ sâu hữu cơ
khác ra đời. Do có hiệu lực trừ sâu lớn chưa từng có so với các thuốc trừ sâu vô cơ và
thảo mộc trước đó, các thuốc trừ sâu Clo hữu cơ [6] đã được sản xuất và sử dụng với
một qui mô lớn, đánh dấu một bước phát triển mạnh mẽ của ngành Hóa Bảo Vệ Thực
Vật. Công thức hóa học có chứa: C, H, O, S... Cl . Các thuốc trừ sâu thuộc nhóm Clo
hữu cơ có những đặc điểm chính như sau:

Trang 2


POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

Ưu điểm:
o Qui trình sản xuất tương đối đơn giản, giá thành của chế phẩm thấp, dễ chế biến
hoạt chất thành nhiều dạng chế phẩm khác nhau (BTN, ND, BR, H...). Do đó dễ sử
dụng trên nhiều loại cây trồng và những điều kiện đồng ruộng khác nhau.
o Các thuốc này thường có phổ tác động rộng, hiệu lực khá cao, thời gian hiệu lực dài
thích hợp cho việc phòng trị ngoài đồng, nhất là đối với các loại cây công nghiệp.
Độ bền hóa học lớn trong những điều kiện thông thường nên dễ bảo quản tồn trữ.
Nhược điểm:
o Chúng làm cho môi trường bị ô nhiễm trong một thời gian lâu dài. Thời gian phân
giải 95% hoạt chất trong điều kiện tự nhiên của DDT là 10 năm; Lindane là 6,5

năm; Diendrin là 8 năm; Clodan là 3,5 năm. Bả thuốc lưu tồn không những làm cho
phẩm chất, hình thức của nông sản bị xấu đi mà còn gây độc cho người hay gia súc
sử dụng nông sản đó, như BHC thường để lại mùi khó chịu trên nông sản như khoai
tây, rau đậu...
o Có khả năng gây trúng độc tích lũy mạnh. Qua sự tiếp xúc với thuốc nhiều lần hay
qua chuỗi thức ăn hàm lượng thuốc trong cơ thể, chủ yếu trong mô mỡ tăng lên rất
nhiều; đến một lượng nào đó nó biểu hiện các triệu chứng ngộ độc rất hiểm nghèo
như ung thư, quái thai...
o Do những nhược điểm trên, ngày nay nhiều thuốc trừ sâu gốc Clo hữu cơ đã bị cấm
hoặc hạn chế sử dụng ở nhiều nước.

Thuốc trừ sâu gốc lân hữu cơ
 Công thức hóa học [6] có chứa: C, H, O, S... P
 Phổ rộng, diệt được nhiều loài sâu hại (thuộc các bộ chính như: Coleopterra,
Lepidoptera, Hemynoptera, Hemiptera...)
 Tác động rất nhanh: tiếp xúc, vị độc, xông hơi (rất mạnh).
 Không tồn tại lâu trong môi trường, hiệu lực diệt sâu nhanh.
Trang 3


POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

 Gây độc cấp tính rất cao do tác động hệ thần kinh rất mạnh, tích lũy nhanh.
 Thải ra ngoài qua đường nước tiểu, chất giải độc là Atropine.
 Rất độc đối với động vật máu nóng và thiên địch.
 Dễ phân hủy bởi acid và môi trường kiềm.
 Ít tan trong nước nhưng dễ tan trong dung môi hữu cơ.

Thuốc trừ sâu carbamate
o Công thức hóa học [6]: Chất dẫn xuất từ acid carbamic (NH2COOH)

o Phổ tác dụng hẹp hơn so với thuốc trừ sâu gốc lân và clor hữu cơ, bắt đầu chuyên
tính (Selective) đối với nhóm côn trùng chích hút.
o Tác động nhanh: tiếp xúc, vị độc, một số có tính xông hơi.
o Không tồn tại lâu trong môi trường, hiệu lực diệt sâu nhanh.
o Gây độc cấp tính khá cao, tác động hệ thần kinh, tích lũy nhanh.
o Thải ra ngoài cơ thể qua đường nước tiểu, chất giải độc Atropine.
o Tương đối ít độc đối với động vật máu nóng (thấp hơn nhóm lân hữu cơ). Ít độc đối
với thiên địch và cá.
o Dễ phân hủy bởi acid và môi trường kiềm.
o Ít tan trong nước, nhưng dễ tan trong dung môi hữu cơ.

Thuốc trừ sâu gốc Pyrethroid (gốc cúc tổng hợp)
 Hoạt chất là Pyrethrin [6] được ly trích từ cây hoa cúc Pyrethrum
cinerariaetrifolium vào những năm 1960. Công thức hóa học có nhiều dạng đồng
phân nên rất phức tạp.

Trang 4


POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

 Công thức cấu trúc hóa học:

 Phổ tác dụng rộng, chuyên biệt với côn trùng chích hút và côn trùng miệng nhai,
đặc biệt là ấu trùng bộ cánh vảy.
 Tác động nhanh: tiếp xúc, vị độc, xông hơi yếu và không có tính nội hấp.
 Không tồn tại lâu trong môi trường, dễ phân hủy bởi ánh sáng và nhiệt độ.
 Sử dụng liều rất thấp so với thuốc gốc clo, lân và các ba mát.
 Gây độc cấp tính yếu. Tác động hệ thần kinh, gây thiếu oxy; ngoài ra còn tác động
lên hệ thần kinh ngực làm côn trùng mất thăng bằng khi bay.

 Chất độc thải ra ngoài qua đường nước tiểu, giải độc giống như nhóm thuốc gốc lân
và carbamate.
 Ít độc đối với môi trường và động vật máu nóng, gây tính kháng nhanh khi sử dụng
nhiều.
 Ít tan trong nước, dễ tan trong mỡ và dung môi hữu cơ.
1.2.1.2.

Thuốc diệt cỏ

Nhóm Amides
Nhóm thuốc trừ cỏ nhóm amides [6] sử dụng chủ yếu trong đất để trừ cỏ hàng
năm bằng cách làm cằn rễ. Amides có tính độc thấp với động vật máu nóng.
Diphenamid bền trong đất. Propyzamide là thuốc trừ cỏ chọn lọc nội hấp diệt trừ cỏ
hàng năm. Quinonamid diệt trừ tảo trong ruộng lúa nước trũng. Thí dụ về nhóm này
chlorthiamid, diphenamid, propyzamide, quinonamid.

Trang 5


POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

Nhóm urea
Thuốc của nhóm urea [6] cấu trúc như urê nhưng hydrogen được thay thế bằng
các chuỗi carbon hoặc cấu trúc vòng thơm. Monuron được phát hiện vào năm 1950 là
thuốc trừ cỏ không chọn lọc, sau đó nhiều thuốc trừ cỏ nhóm ure đã được phát triển.
Đây là các loại thuốc trừ cỏ tiền nảy mầm có tính chọn lọc và hấp thụ mạnh
trong đất. Chúng được hấp thụ qua rễ và có hiệu quả trừ cỏ hàng năm rất tốt. Một số
thuốc có thể được sử dụng làm thuốc trừ cỏ hậu nảy mầm nếu cho thêm chất hoạt động
bề mặt vào hỗn hợp phun. Thuốc trừ cỏ theo cơ chế ức chế quang hợp, làm cho lá úa
vàng, cỏ ngừng phát triển dẫn đến chết. Thuốc có độc tính với động vật có vú thấp. Độ

bền trong đất của thuốc kéo dài vài tuần, hiệu lực trừ cỏ của thuốc bị tác động bởi các
yếu tố sinh thái như đất, mưa, nhiệt độ. Thí dụ nhóm này chlorbromuron, chloroxuron,
chlortoluron, diuron, fenuron, fluometuron, isoproturon, linuron, methabenzthiazuron,
metobromuron, metoxuron, monolinuron, tebuthiuron, thiazafluron.

Nhóm Triazines
Nhóm triazine [6] có cấu trúc vòng với sáu nguyên tử trong đó có ba nguyên tử
nitơ, và thường kết nối với hai nhóm amino.
Những loại thuốc này có hiệu lực trừ cỏ hàng năm và cỏ lá rộng và có tính chọn
lọc cao. Tính chọn lọc phụ thuộc vào khả năng phân giải triazine khác nhau của các
loại cây. Thuốc triazines được đưa vào đất, được rễ hấp thụ và lưu chuyển trong cây.
Lúc cây và cỏ nảy mầm không bị tác động. Nhưng ngay khi xuất hiện lá thì cây và cỏ
bị tác động vì thuốc ức chế quá trình quang hợp gây úa vàng. Thuốc tan ít trong nước
nên ít ngấm xuống đất. Tính độc của thuốc với động vật máu nóng thấp.
Chlorotriazines và những hợp chất azine như atrazine rất bền trong đất và có thể sử
dụng để trừ cỏ cho cây lâu năm và trừ cỏ các loại ở liều lượng cao hơn. Thuốc
methylthiotriazines hay được gọi là thuốc tryn như ametryn bị phân huỷ trong đất vài
tuần và vì vậy có thể sử dụng đối với rau màu và cây trồng ngắn ngày.
Trang 6


POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

Với những thông tin trên đây có thể dự đoán rằng việc sử dụng thuốc trừ cỏ
ametryn bị cấm dùng cho cây ngô ở Tây Âu vì thuốc làm ảnh hưởng đến nước ngầm do
việc sử dụng liên tục từ năm này qua năm khác. Thí dụ nhóm này atrazine, ametryn,
cyanazine, dimethametryn, propazine, prometryn, simazine, simetryn, terbutylazin,
terbutryn.
Ngoài ra còn những nhóm khác như nhóm carbamates Nhóm nitroaniline, Nhóm
Lân hữu cơ, Nhóm phenoxy acid,…

1.2.1.3.

Thuốc diệt nấm

Thuốc diệt nấm [6] là một trong ba phương pháp chính để kiểm soát dịch hại trong trường hợp này là kiểm soát nấm trong nông nghiệp. Nó là các loại hợp chất hóa
học được sử dụng để ngăn chặn sự phát triển của các loại nấm đối với các loại cây
trồng, là một trong những nguyên nhân gây ra sự thất bát đối với năng suất cây trồng.
Thuốc diệt nấm cũng được sử dụng để chống lại các trường hợp nhiễm nấm.
Thuốc diệt nấm được sử dụng trong nông nghiệp để làm giảm sự phát triển của
nấm. Ngô thường được phun thuốc diệt nấm và một số thuốc diệt nấm còn có tính chất
biến đổi gen để đảm bảo chúng có thể tác động làm tổn hại cho tất cả các tế bào nấm.
Một số nhóm chất loại này là Azoles, Benzimidazoles, Dithiocarbamates,
Morpholines, Miscellaneous.

1.2.2. Tính chất các chất BVTV nghiên cứu
Vì tình hình ô nhiễm và những ảnh hưởng nghiêm trọng của các chất BVTV hòa
tan trong nước nên chúng tôi chọn nghiên cứu trên các chất BVTV phân cực nghiên
gồm nhóm diệt cỏ triazine (simazine và atrazine), nhóm phenylurea (chlortoluron,
isoproturon, diuron), nhóm carbamate (carbofuran, thiodicarb) với hằng số logKow, độ
tan và một số tính chất khác [7 – 15] được thể hiện trong bảng 1.1. và hình 1.1.

Trang 7


Bảng 1. 1: Tính chất của các chất nghiên cứu trong đề tài

Họ

Triazine
Atrazine

M = 201.69
C8H14ClN5
M = 215.68

Trang 3

C10H18N4O4S3

Thiodicarb
Carbamate
Carbofuran

M = 354.5
C12H15NO3
M =221.25
C10H13ClN2O

Chlorotoluron

Diuron

(g mol )
C7H12ClN5

Simazine

Isoproturon

-1

M = 212.68
Phenyl urea

LogKow
o

(25 C)

2.1

Độ độc LD50

trong nước

bán hủy

(mg kg-1)

(mg L-1, 25 oC

(ngày)

trên chuột

62
(tại 20oC)
70

1.62

8 – 78

91

>120

Qua da > 2000
Qua miệng>87
Qua da > 5000
Qua miệng> 1075

>200

Qua da > 6310

(22 °C)

Qua miệng> 66

2.32

320

28

Qua miệng 8–14

2.50

74

>200

Qua miệng> 10000

65

30

Qua miệng> 1826

36

43

2.50

M = 206.32

(20oC)

M = 233.1

Thời gian

2.7

C12H18N2O

C9H10Cl2N2O

Độ tan

2.85

Qua da >5000
Qua miệng>1017

POCIS – xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

Tên chất

CTPT, KLPT


Thiodicarb

Chlortoluron

Trang 4

Carbofuran

Simazine

Isoproturon

Hình 1. 1: Cấu trúc của 7 chất BVTV nghiên cứu trong đề tài

Diuron

POCIS – xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

Atrazine


POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

1.2.1.

Các phương pháp xác định các chất BVTV phân cực

1.2.2.1. Phương pháp cực phổ
Nghiên cứu của A. Guiberteau và cộng sự [16] đã xác định carbaryl và
carbofuran bằng phương pháp cực phổ xung vi phân. Phương pháp ứng dụng xác định
các mẫu nước sông. Khoảng tuyến tính của carbaryl từ 5.10-7 -

10-4 M và của

carbofuran từ 5.10-7 – 5.10-5 M với độ lệch chuẩn tương đối tương ứng là 1,62 và
1,86%. Phương pháp kém ổn định nên ít được sử dụng.
1.2.2.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử
Xác định carbosulfan bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử được Y.K.
Rao và cộng sự [17] nghiên cứu. Carbosulfan thủy phân trong môi trường kiềm tạo
thành hợp chất phenolic và ghép cặp với 2,4-dimethoxy aniline trong môi trường chứa
K2Cr2O7 để tạo thành chất mang màu cyanogen. Chất này được chiết vào chloroform
tại pH= 3,5, và đo phổ tại bước sóng 430 nm. Phương pháp này không xác định đồng
thời nhiều chất, độ nhạy thấp. Do đó, hiện nay phương pháp này rất ít được ứng dụng.
1.2.2.3. Phương pháp điện di mao quản

Điện di mao quản là một kĩ thuật mới được phát triển khoảng hơn 10 năm trở lại
đây. Ling Wang và cộng sự [18] đã tách và xác định dư lượng 10 carbamate trong vòng
20 phút. Các mẫu rau được làm sạch qua SPE. Giới hạn phát hiện phương pháp từ 0,05
– 1,6 mg kg-1, hiệu suất thu hồi từ 51,3 – 109,2% (RSD < 11,4%). Thời gian phân tích
nhanh, tốn ít dung môi và hóa chất.Tuy nhiên giới hạn phát hiện chưa đáp ứng được do
thể tích mẫu phân tích thấp (1-10 nL), có rất ít đầu dò chọn lọc cho phương pháp, vận
hành khó.
1.2.2.4. Phương pháp sắc ký khí
Đã được ứng dụng rộng rãi để xác định các hóa chất BVTV như clo hữu cơ, lân
hữu cơ, pyrethroid và carbamate. Tuy nhiên phương pháp chỉ phân tích được những
chất dễ bay hơi, các chất khó bay hơi và phân cực thì phải tạo dẫn xuất nên tốn thời

Trang 10


POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

gian và hóa chất, quy trình phức tạp. Để phân tích được đồng thời các chất thì cần thời
gian phân tích dài. Do vậy, phương pháp ít được ứng dụng.
1.2.2.5. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao
Elvira Grou và cộng sự [19] đã xác định chất BVTV carbamate trong đất và
nước bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao đầu dò UV ở bước sóng 254 nm.
Giới hạn phát hiện của phương pháp đối với mẫu nước từ 0,005 – 0,01 mg L-1, đối với
mẫu đất từ 0,05 – 0,1 µg g-1. Đây là một phương pháp phổ biến để xác định các hợp
chất hữu cơ phân cực, vận hành đơn giản, dễ trang bị cho các phòng thí nghiệm.
Phương pháp kết hợp kỹ thuật làm giàu mẫu sẽ giúp hạ thấp giới hạn phát hiện.
Phương pháp sắc ký lỏng khối phổ đã xác định dư lượng các chất BVTV
carbamate và phenylurea rất hiệu quả. Việc sử dụng đầu dò khối phổ cho phép phân
tích đồng thời các chất BVTV với độ chọn lọc cao, giới hạn phát hiện thấp, thời gian
phân tích nhanh.

Do sự hạn chế về kinh phí thực hiện đề tài chúng tôi đã chọn phương pháp sắc
kí lỏng đầu dò UV để xác định đồng thời 7 chất BVTV phân cực trong nước bề mặt
sông. Trong trường hợp cần thiết thì sẽ xác nhận lại bằng sắc ký lỏng đầu dò khối phổ.

1.3. PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU THỤ ĐỘNG
1.3.1. Tầm quan trọng của phương pháp lấy mẫu thụ động
Phương pháp lấy mẫu thụ động phản ánh nồng độ trung bình theo từng thời gian
cụ thể vì thiết bị sẽ liên tục phơi nhiễm trong môi trường nước (hình 1. 2). Vì vậy,
phương pháp này có những ưu điểm nổi trội hơn hẳn so với phương pháp lấy mẫu chủ
động và tự động:
 Hạn chế những nhược điểm so với lấy mẫu chủ động và tự động.
 Hạ thấp giới hạn phát hiện do lấy mẫu trong thời gian dài.
 Tiết kiệm thời gian và nhân lực.
 Thiết bị đơn giản, không cần bảo trì.
Trang 11


POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

Hình 1. 2: So sánh lấy mẫu chủ động và thụ động theo thời gian

1.3.2. Phân loại kỹ thuật lấy mẫu thụ động cho hợp chất hữu cơ [20]
1.3.2.1.

Thiết bị màng bán thấm – SPMDs

SPMD lần đầu tiên được sản xuất năm 1990, bao gồm các túi hình ống, vỏ
thành mỏng làm bằng polyethylene mật độ thấp (LDPE), phủ kín với lipid phân tử
lượng cao, thường là triolein tổng hợp có độ tinh khiết cao. LDPE là một vật liệu
không xốp không có kích thước lỗ cố định, thường là 1 nm. Triolein là pha hấp thụ áp

dụng cho các hợp chất có logKOW > 3.
1.3.2.2.

Lấy mẫu tích hợp chất hữu cơ phân cực – POCIS

Các POCIS được sử dụng để giám sát các chất ô nhiễm ưa nước như thuốc
BVTV, dược phẩm, steroid, hormon, kháng sinh và các sản phẩm chăm sóc cá nhân.
POCIS cho phép xác định nồng độ TWA trong nước trong thời gian dài (vài tuần).
Các POCIS bao gồm một pha nhận làm bằng vật liệu rắn (hấp thụ) kẹp giữa hai
màng khuếch tán polyethersulfone. Các loại chất hấp thụ sử dụng có thể thay đổi tùy
theo chất phân tích. Hai cấu hình thường được sử dụng là pharm-POCIS (chứa chất hấp

Trang 12


POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

thụ Oasis HLB) và pest-POCIS (chứa một hỗn hợp của ba chất hấp thụ rắn (Isolute
ENV+ polystyrene divinylbenzen và Ambersorb 1500 carbon phân tán trên S-X3
Biobeads)).
1.3.2.3.

Chemcatcher (loại hữu cơ)

Hệ thống này sử dụng một màng khuếch tán giới hạn và liên kết với một pha
hấp thụ rắn. Tốc độ tích lũy và chọn lọc được quy định bởi sự lựa chọn màng khuếch
tán và vật liệu hấp thụ rắn. Ví dụ một thiết kế được sử dụng để lấy mẫu các hợp chất
hữu cơ không phân cực với giá trị logKOW lớn hơn 4. Bộ này sử dụng một pha hấp thụ
C18, đường kính 47 mm làm pha nhận và màng LDPE khuếch tán, có thể sử dụng
màng khuếch tán làm bằng polyethersulphone. Các thiết kế khác đang được phát triển

cho một loạt các chất gây ô nhiễm mới nổi, bao gồm cả alkylphenol, thuốc chống viêm
và dược phẩm khác, steroid, sulfamid và kim loại (ví dụ như thủy ngân, thiếc và hợp
chất cơ kim của chúng).
1.3.2.4.

Negligible depletion-solid-phase microextraction (nd-SPME)

Vi chiết pha rắn (SPME) là phương pháp chiết đơn giản với nhiều lợi thế hơn
chiết lỏng-lỏng và chiết pha rắn. Việc sử dụng các dung môi hữu cơ được giảm bớt và
kỹ thuật SPME đơn giản, chính xác, có thể được tự động dễ dàng, và thiết bị không tốn
kém. Ở dụng cụ này, phủ một lớp mỏng polymer trên một sợi silica quang học, thể tích
khoảng 10 - 150 nL. Cân bằng chiết thường đạt trong 30 phút. Khối lượng của chất
phân tích trên các sợi được xác định bằng sắc ký khí hoặc sắc ký lỏng hiệu năng cao.
1.3.2.5.

Màng kín phủ lớp hấp thụ

Thiết bị này được gọi là MESCO (màng kín phủ lớp hấp thụ), tương ứng như kỹ
thuật SPME để cho phép lấy mẫu thụ động tích hợp của các chất ô nhiễm hữu cơ kỵ
nước. Bao gồm một thanh khuấy được sử dụng để khuấy chiết hấp thụ (SBSE) hoặc
một thanh silicone polymer kèm theo trong một màng làm bằng cellulose. Mẫu được
phân tích trực tiếp từ sự giải hấp nhiệt bằng GC, ít tốn thời gian chuẩn bị mẫu và làm
sạch.
Trang 13


POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

1.3.2.6.

Ceramic dosimeter

Sử dụng một ống gốm như hàng rào khuếch tán kèm theo một pha nhận bao
gồm hạt hấp thụ rắn. Gần đây, Ceramic dosimeter sử dụng lấy mẫu nước ngầm cho
benzene, toluene, ethyl benzene, xylene (BTEX) và naphthalene, sử dụng DOWEX
Optipore L-493 là pha hấp thụ. Ceramic dosimeter lấy mẫu nước ngầm trong 90 ngày
cho thấy hiệu suất rất tuyệt vời, được đánh giá bằng cách so sánh nồng độ TWA chất
gây ô nhiễm xác định bằng các phương pháp lấy mẫu tự động. Dựa trên nguyên tắc
này, các nhà nghiên cứu đề xuất sử dụng Amberlite IRA-743 như một pha nhận vững
chắc cho giám sát PAHs.
1.3.2.7.

Túi nhựa khuếch tán polyethylene

Túi khuếch tán Polyethylene (PDB) lấy mẫu giúp loại bỏ khả năng mất chất dễ
bay hơi trong khi lấy mẫu VOC từ nước ngầm. Mô hình bao gồm một màng niêm
phong trong một chiếc túi hình trụ dài, chứa đầy nước khử ion. Túi được làm bằng
LDPE và hoạt động như một màng bán thấm cho phép lưu thông các VOC bị clo hóa.
VOC trong nước ngầm khuếch tán qua màng vào nước khử ion hóa trong túi cho đến
khi đạt tới cân bằng. Thông thường, PDBs mất khoảng 2 tuần để cân bằng. Khi cân
bằng này đã xảy ra, thu lấy bộ lấy mẫu.
Rất nhiều dụng cụ lấy mẫu thụ động được phát triển tùy vào khả năng ứng dụng
và mục đích nghiên cứu, hình 1. 3. Trong nghiên cứu của chúng tôi, do tính chất của
các chất BVTV phân cực nên chọn phát triển trên bộ lấy mẫu thụ động tích hợp các
chất hữu cơ phân cực – POCIS. Đây cũng là thiết bị đang được phát triển trong 15 năm
trở lại đây.

Trang 14

POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

Hình 1. 3: Phân loại chất phân tích (logKow) theo thiết bị lấy mẫu thụ động

1.3.3. Cơ chế hấp phụ thụ động POCIS
Sự tích hợp của các chất ô nhiễm phân cực vào POCIS là kết quả của các quá
trình liên tiếp xảy ra trên bề mặt của màng và bên trong POCIS [21].
Đầu tiên, chất phân tích tan trong nước sẽ đi qua lớp biên giới nước – màng
(WBL) bằng sự khuếch tán. Tiếp theo là vận chuyển chất phân tích qua màng PES
thông qua các lỗ xốp đầy nước của nó. Cuối cùng, các chất di chuyển từ màng PES đến
vật liệu hấp thụ - Oasis HLB.

Trang 15


POCIS - xác định các chất bảo vệ thực vật phân cực trong nước

1.3.4.

Cấu tạo bộ lấy mẫu POCIS

1.3.4.1.

Cấu tạo POCIS

Hình 1. 4: Cấu trúc của POCIS
POCIS được sắp xếp theo cấu trúc một chiếc bánh sandwich, hình 1. 4. Gồm
màng (PES – polyethylenesulfone) - chất hấp thụ (Oasis HLB) – màng (PES –
polyethersulfone). POCIS được chuẩn bị theo những bước [22]:
(i) Màng PES đầu tiên được đặt trênvòng thép đầu tiên vòng thép được làm

bằng thép không gỉ, có đường kính trong 5.1 cm, đường kính ngoài 8.9 cm.
(ii) Chất hấp thụ được đặt vào trung tâm của màng PES.
(ii) Đặt màng PES thứ hai trên chất hấp thụ và nén lại bằng vòng thép thứ 2.
Tổng diện tích bề mặt của màng PES chứa chất hấp thụ khoảng 41 cm2 và tỷ số giữa
diện tích bề mặt màng trên khối lượng chất hấp thụ khoảng 200 cm2 g-1.
(iv) Vặn chặt bằng 3 ốc vít để giữ và ngăn chặn sự mất chất hấp thụ, hình 1. 5.

Hình 1. 5: Hình dạng bộ lấy mẫu tích hợp chất hữu cơ phân cực
Trang 16