Nghiên cứu phát triển kỹ thuật QuEchERS GC MS 3 SIM để phân tích đồng thời dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật trong đất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

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

Phạm Tuấn Linh

NGHIÊN CỨU PHÁT
TRIỂN KỸ THUẬT
QuEChERS GC/MS 3 SIM
ĐỂ PHÂN TÍCH ĐỒNG
THỜI DƢ LƢỢNG HÓA
CHẤT BẢO VỆ THỰC
VẬT TRONG ĐẤT


LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA PHÂN TÍCH

Hà Nội, 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ

CÔNG NGHỆ
--------------------

Phạm Tuấn Linh

NGHIÊN CỨU PHÁT
TRIỂN KỸ THUẬT
QuEChERS GC/MS 3 SIM
ĐỂ PHÂN TÍCH ĐỒNG
THỜI DƢ LƢỢNG HÓA
CHẤT BẢO VỆ THỰC
VẬT TRONG ĐẤT
Chuyên ngành:
phân tích
Mã số:

Hóa


LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA PHÂN TÍCH

NG
ƢỜ
I
HƢ
ỚN
G
DẪ
N
KH

OA
HỌ
C
1.
PG
S.
TS.
Vũ
Đức
Lợi
2.
PG
S.
TS.
Ngu
yễn
Hồn
g
Khá
nh

Hà Nội, 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dƣới sự hƣớng dẫn của
các giáo viên hƣớng dẫn và hỗ trợ của các đồng nghiệp. Các kết quả nghiên cứu
trình bầy trong luận án này là trung thực và khách quan.
Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu
tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận án

Phạm Tuấn Linh

i


LỜI CÁM ƠN
Với tất cả những gì sâu sắc nhất, Tôi xin đƣợc gửi lời cám ơn tới PGS. Nguyễn
Hồng Khánh, PGS. Vũ Đức Lợi, là những ngƣời Thầy, đồng thời cũng là ngƣời Chị
và ngƣời bạn đã định hƣớng, gợi mở và dẫn dắt tôi trong suốt quá trình nghiên cứu,
hoàn thiện luận án này.
Tôi cũng xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các Thầy, Cô giảng viên của Viện
Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nhiệt tình giảng dạy,
chia sẻ và trao cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm quí báu. Chính nhờ những kiến
thức và kinh nghiệm này mà tôi đã thiết lập, tiến hành các nghiên cứu và hoàn thành
công trình của mình.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo, tập thể cán bộ của Học viện Khoa học và
Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, cũng nhƣ Viện Hóa
học đã quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học
tập, nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Thành Đồng, các bạn đồng nghiệp đã luôn
đồng hành, giúp đỡ và chia sẻ vất vả trong suốt quá trình nghiên cứu để tôi có đƣợc
kết quả ngày hôm nay.
Tôi xin cám ơn sự hỗ trợ từ đề tài ―Nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích đồng
thời dƣ lƣợng hóa chất bảo vệ thực vật (khoảng 100 chất) trong đất bằng kỹ thuật
sắc ký khí khối phổ‖ mã số 11/HĐ-ĐT.11.11/CNMT thuộc ―Chƣơng trình nghiên
cứu khoa học, ứng dụng và chuyển giao công nghệ phát triển ngành công nghiệp
môi trƣờng‖ thực hiện Đề án ―Phát triển ngành công nghiệp môi trƣờng Việt Nam
đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025" của Bộ Công Thƣơng, đã cung cấp kinh

phí, phƣơng tiện để tôi tiến hành các nghiên cứu.
Cuối cùng, với tất cả những gì yêu quí, trân trọng nhất, xin đƣợc gửi tới vợ và
những ngƣời thân trong gia đình đã luôn bên cạnh chia sẻ khó khăn, khuyến khích,
hỗ trợ và động viên tôi hoàn thành bản luận án này.

ii


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ...............................................................................
DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................
CHƢƠNG 1

T

1.1 Giới thiệu về hoá chất bảo vệ thực vật ........

1.1.1 P

1.1.2 T

1.2 Phân tích dƣ lƣợng hoá chất bảo vệ thực vậ

1.2.1 X

1.2.2 M

1.2.3 P

1.2.4 H
theo phƣơng pháp QuEChERS .........................................................................
CHƢƠNG 2THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............

2.1 Đối tƣợng nghiên cứu ................................

2.2 Hoá chất và thiết bị .....................................

2.2.1 H

2.2.2 T

2.3 Chuẩn bị dung dịch chuẩn, mẫu chuẩn .......

ii


2.4

2.3.1

C

2.3.2

C

Phƣơng pháp nghiên cứu ...........................

2.4.1Nghiên cứu, lựa

2.4.2Nghiên cứu ảnh h
2.5

Xây dựng qui trình phân tích. ....................

2.6

So sánh, đánh giá phƣơng pháp ................
2.6.1

Đ

2.6.2

Đ

CHƢƠNG 3
3.1

K

Nghiên cứu, lựa chọn các điều kiện vận hà

(GC-MS)................................................................................................................

3.2

3.3

3.1.1

L

3.1.2

T

3.1.3

C

3.1.4

L

Nghiên cứu ảnh hƣởng của quá trình tách
3.2.1

L

3.2.2

L

3.2.3

Ả

3.2.4

Ả

Xây dựng qui trình phân tích .....................

i


3.3.1

Qui trình chuẩn bị mẫu........................................................................ 74

3.3.2

Qui trình phân tích trên thiết bị............................................................ 75

3.4

Đánh giá phƣơng pháp............................................................................... 80

3.4.1

Xác định giới hạn phát hiện và định lƣợng của phƣơng pháp.............80

3.4.2

Xác định khoảng tuyến tính và đƣờng chuẩn của phƣơng pháp.........84

3.4.3

Xác định độ thu hồi và độ lặp lại của phƣơng pháp............................88

3.4.4

So sánh, đánh giá phƣơng pháp thông qua phân tích mẫu thực tế.......92

KẾT LUẬN........................................................................................................... 103
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ....................................................... 105
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................... 106
PHỤ LỤC.............................................................................................................. 117

v


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Các trạng thái vật lý theo nhiệt độ vào áp suất......................................... 11
Hình 1.2 Bộ dụng cụ chiết siêu tới hạn.................................................................. 12
Hình 1.3 Chiết và giải hấp trong vi chiết pha rắn (SPME) [10].............................. 14
Hình 1.4 Các bƣớc trong kỹ thuật MSPD [12]....................................................... 15
Hình 1.5 Các bƣớc trong kỹ thuật SDME.............................................................. 16
Hình 1.6 Các bƣớc trong kỹ thuật HF-LPME........................................................ 16
Hình 1.7 Các bƣớc trong kỹ thuật DLLME [5]...................................................... 17
Hình 1.8 Các bƣớc trong kỹ thuật QuEChERS...................................................... 18
Hình 1.9 Các bƣớc chuẩn bị mẫu của 3 phiên bản QuEChERS cho xác định
HCBVTV trong các sản phẩm nông nghiệp............................................................ 18
Hình 3.1. Ảnh hƣởng của tốc độ bơm mẫu tại các nhiệt độ khác nhau.................43
Hình 3.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ cổng bơm mẫu ở chế độ bơm mẫu nhanh.......44
Hình 3.3. Ảnh hƣởng của thể tích bơm mẫu và tốc độ khí mang..........................48
Hình 3.4. Sắc đồ của hỗn hợp chuẩn 1 mg/kg bơm ở chƣơng trình nhiệt độ 1......50

Hình 3.5. Sắc đồ của hỗn hợp chuẩn 1 mg/kg bơm ở chƣơng trình nhiệt độ 2......50
Hình 3.6. Sắc đồ của hỗn hợp chuẩn 1 mg/kg bơm ở chƣơng trình nhiệt độ 3......51
Hình 3.7. Sắc đồ của hỗn hợp chuẩn 1 mg/kg bơm ở chƣơng trình nhiệt độ 4......51
Hình 3.8. Sắc đồ của hỗn hợp chuẩn 1 mg/kg bơm ở chƣơng trình nhiệt độ 5......52
Hình 3.9. Sắc đồ của hỗn hợp chuẩn 1 mg/kg bơm ở chƣơng trình nhiệt độ 6......52
Hình 3.10. Độ phân giải của một số HCBVTV theo các chƣơng trình nhiệt độ.....54
Hình 3.11. Sự phân tách và định dạng pik từ chƣơng trình AMDIS.......................56
vi


Hình 3.12 Độ phân cực của MeCN và một số dung môi hữu cơ............................. 57
Hình 3.13 Ảnh hƣởng của thời gian chiết mẫu tới độ thu hồi của một số chất.......62
Hình 3.14. Hiệu quả loại bỏ các chất ảnh hƣởng bởi các chất hấp phụ..................63
Hình 3.15. Ảnh hƣởng n. độ các chất hấp phụ tới quá trình làm sạch

. 64

Hình 3.16. Sắc đồ mẫu đất đƣợc làm sạch bởi các chất hấp phụ khác nhau..66
Hình 3.17. Ảnh hƣởng của pH tới hiệu suất thu hồi......................................... 69
Hình 3.18. Qui trình chuẩn bị mẫu.................................................................... 75
Hình 3.19. So sánh kết quả op-DDT trong mẫu BCT-2.......................................... 98
Hình 3.20. So sánh kết quả Cadusafos mẫu BCT-3................................................ 98
Hình 3.21. So sánh kết quả op-DDD mẫu BCT-14................................................. 99
Hình 3.22. So sánh kết quả op-DDT mẫu BCT-14.................................................. 99
Hình 3.23. So sánh kết quả op-DDD mẫu BCT-15............................................... 100
Hình 3.24. So sánh kết quả op-DDT mẫu BCT-15................................................ 100
Hình 3.25. So sánh kết quả op-DDD mẫu BCT-16............................................... 101
Hình 3.26. So sánh kết quả op-DDT mẫu BCT-16................................................ 101
Hình 3.27. So sánh kết quả op-DDT mẫu BCT-25................................................ 102

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Tình hình nhập khẩu HCBVTV tại Việt Nam gần đây............................... 9
Bảng 2.1 Bảng danh mục hóa chất BVTV cho công tác nghiên cứu.......................25
Bảng 3.1 Nhiệt độ cổng bơm mẫu và tốc độ bơm mẫu........................................... 42
Bảng 3.2 So sánh độ nhạy và % RSD tại điều kiện cho độ nhạy tốt nhất và tại
o

260 C (chế độ nhanh).............................................................................................. 45
o

Bảng 3.3. Thể tích khí tƣơng ứng với thể tích bơm mẫu tại nhiệt độ 260 C.........46
Bảng 3.4. Ảnh hƣởng của thể tích bơm mẫu và tốc độ khí mang..........................47
Bảng 3.5 Các chƣơng trình nhiệt độ của lò............................................................ 49
Bảng 3.6. Tổng hợp độ thu hồi, độ lệch chuẩn của các HCBVTV với các dung môi
khác nhau................................................................................................................ 58
Bảng 3.7. Độ thu hồi, độ lệch chuẩn của các HCBVTV theo các dung môi chiết .. 58

Bảng 3.8. Tổng hợp kết quả của ảnh hƣởng thời gian chiết mẫu...........................62
Bảng 3.9 Ảnh hƣởng của cỡ hạt mẫu và chất hữu cơ............................................. 70
Bảng 3.10. Thời gian lƣu, các mảnh định lƣợng và định tính (m/z).......................76
Bảng 3.11. Giới hạn phát hiện và định lƣợng của phƣơng pháp............................80
Bảng 3.12. Khoảng tuyến tính và đƣờng chuẩn của phƣơng pháp.........................84
Bảng 3.13. Kết quả độ thu hồi và độ lệch chuẩn..................................................... 88
Bảng 3.14. Địa điểm lấy mẫu và phân loại đất trồng lúa........................................ 92
Bảng 3.15. Địa điểm lấy mẫu và phân loại đất trồng rau........................................ 93
Bảng 3.16. Tổng hợp kết quả phân tích các mẫu đất có dƣ lƣợng hoá chất BVTV
tại Viện Công nghệ môi trƣờng............................................................................... 94

Bảng 3.17.
và

Tổng hợp kết quả của 5 đơn vị tham gia phân tích (Quatest

TTKKNPBQG tham gia 05 mẫu) (đơn vị: µg/kg)................................................... 95

viii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ACN

Acetonitrile

AED
Atomic
Emission Detector (đầu dò
phát xạ nguyên tử)
d- SPE
Dispersive
Solid Phase Extraction (chiết
pha rắn phân tán)
DAD
Detector

Diode Array

DDD
Dichlorodiphenyldichloroeth

ane
DDE
Dichlorodiphenyldichloroeth
ylene
DDT
Dichlorodiphenyltrichloroeth
ane
EC
Electrochemical Detector
(đầu dò điện hóa)
ECD
Electron
Capture Detector (đầu dò bắt
giữ điện tử)
EtOAc

Ethylacetate

FID
Flame
Ionization Detector (đầu dò
ion hóa ngọn lửa)
FLD
Fluorescence Detector (đầu
dò huỳnh quang)
FPD
Flame
Photometric Detector (đầu dò
quang hóa ngọn lửa)
GC

Gas
Chromatography (sắc ký khí)


GC/MS
Gas Chromatography Mass
Spectrometry (sắc ký khí ghép nối
khối phổ)
GCB

Graphite Carbon Black

GPL
Gel Permeation
Chromatography (sắc ký thẩm thấu qua gel)
HAc

Acetic axit

HCBVTV

Hoá chất bảo vệ thực vật

HCBVTV

Hoá chất bảo vệ thực vật

HPLC
High Performance Liquid
Chromatography (sắc ký lỏng hiệu năng

cao)
IS
chuẩn)

Internal standard (chất nội

LC
ký lỏng)

Liquid Chromatography (sắc

LLE
lỏng – lỏng)

Liquid - liquid extraction (chiết

LOQ
Limit of quantification (giới
hạn định lƣợng)
LPME
Liquid Phase Micro Extraction
(vi chiết pha lỏng)
LSE
lỏng rắn)

Liquid Solid Extraction (chiết

1

MSD

Mass Spectrometry Detector (đầu dò khối phổ)

MSPD

Matrix Solid Phase Dispersion (phân tán pha rắn hỗn hợp)

PSA

Primary Secondary Amine

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

RSD

Relative standard deviation (sai số tƣơng đối)

SBSE

Stir Bar Sorptive Extraction

SDME

Single Drop Micro Extraction (vi chiết giọt đơn)

SFE

Supercritical Fluid Extraction (chiết siêu tới hạn)

SIM

Selected Ion Monitoring

SPE

Solid Phase Extraction (chiết pha rắn)

SPME

Solid Phase Micro Extraction (vi chiết pha rắn)

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TPP

Triphenyl phosphate

2


MỞ ĐẦU
Việt Nam là nƣớc nông nghiệp. Trong thời kỳ đổi mới, nông nghiệp Việt
Nam đã đạt đƣợc những thành tựu nổi bật, duy trì tốc độ tăng trƣởng đều, ổn định
và đã trở thành chỗ dựa nền tảng cho công nghiệp và dịch vụ, góp phần quan trọng
vào việc ổn định xã hội ở nƣớc ta. Để có đƣợc những kết quả khả quan nhƣ vậy,

không thể phủ nhận vai trò của việc ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật khác
nhau trong sản xuất, canh tác trong đó có việc sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật
(HCBVTV) nhƣ một tác nhân bảo vệ cây trồng khỏi sâu bệnh, động thực vật gây
hại, góp phần làm tăng năng suất cũng nhƣ chất lƣợng sản phẩm nông nghiệp. Do
đó, HCBVTV ngày càng đƣợc sử dụng phổ biến tại nƣớc ta với chủng loại ngày
càng tăng (từ 189 hoạt chất năm 2003 lên 1700 hoạt chất năm 2016) [34]. Nhƣ vậy,
theo thời gian, trong môi trƣờng đất (nơi tiếp nhận đầu tiên của HCBVTV trong quá
trình sử dụng) sẽ tồn tại nhiều loại HCBVTV thuộc các nhóm khác nhau (dƣ
lƣợng) do việc sử dụng đã kéo dài qua nhiều năm hay do sử dụng nhiều loại đan
xen, pha trộn đồng thời.
Tuy nhiên, do đều là hóa chất có độc tính cao, thời gian phân hủy kéo dài nên
bên cạnh tính tích cực là bảo vệ cây trồng, HCBVTV ít nhiều đã gây ảnh hƣởng đến
sinh vật và môi trƣờng xung quanh. Đặc biệt, HCBVTV có thể tích tụ trong các sản
phẩm nông nghiệp từ môi trƣờng đất và gây hại trực tiếp đến con ngƣời.
Việc xác định dƣ lƣợng HCBVTV trong đất nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm
môi trƣờng và đảm bảo cho phát triển nền nông nghiệp sạch, an toàn. Hiện nay, tại
Việt Nam công tác đánh giá dƣ lƣợng HCBVTV trong đất vẫn đƣợc tiến hành
riêng theo từng nhóm chất, mỗi nhóm có qui trình phân tích riêng (phƣơng pháp
truyền thống). Mỗi qui trình bao gồm quá trình chiết (thƣờng là shoxlet), làm sạch
bằng sắc ký cột và phân tích trên thiết bị phù hợp. Vì vậy, để có thể phân tích hết
các HCBVTV, cần dùng nhiều kỹ thuật chiết và phân tích khác nhau, dẫn đến mất
thời gian (chiết đến 16 – 18 tiếng) và tốn kinh phí (cần trên 1 lít dung môi). Do đó,
việc xây dựng phƣơng pháp có thể xác định đồng thời nhiều HCBVTV thuộc các
nhóm khác nhau là cần thiết.
3


Trên thế giới, các phƣơng pháp xác định HCBVTV đã hình thành từ rất lâu
và ngày càng phát triển theo hƣớng áp dụng các kỹ thuật, công nghệ mới nhằm tăng
hiệu quả, độ chính xác và giảm chi phí, thời gian [1].

Năm 2003, Anastassiades và cộng sự lần đầu tiên công bố một phƣơng pháp
chiết và làm sạch nhanh đƣợc gọi là QuEChERS (viết tắt của Quick, Easy, Cheap,
Efficient, Rugged, Safe) để xác định HCBVTV trong rau quả [67]. Phƣơng pháp
bao gồm một quá trình chiết chung cho phần lớn các chất và làm sạch bằng kỹ thuật
chiết phân tán d-SPE (dispersive solid phase extraction). Tuy nhiên, tùy thuộc nền
mẫu và đối tƣợng phân tích sẽ cần có những nghiên cứu, khảo sát sâu để thiết lập ra
qui trình riêng biệt. Phƣơng pháp nhanh chóng đƣợc chấp nhận và phát triển ứng
dụng cho các đối tƣợng phân tích và nền mẫu khác nhau, chủ yếu cho các sản phẩm
nông nghiệp và thực phẩm. Với nền mẫu đất, trầm tích, đến năm 2008 mới có công
bố đầu tiên và cho đến nay cũng chỉ xác định đồng thời trên 40 loại HCBVTV [76].
Theo các tiêu chuẩn hiện hành tại Việt Nam cũng nhƣ trên thế giới,
HCBVTV trong đất vẫn đƣợc xác định theo phƣơng pháp truyền thống, tức là chiết
tách, làm sạch theo nhóm sau đó phân tích trên thiết bị phù hợp (sắc ký khí, lỏng với
các đầu dò khác nhau).
Với những thực tế trên, đề tài ―Nghiên cứu phát triển kỹ thuật QuEchERS
GC/MS 3 SIM để phân tích đồng thời dƣ lƣợng hóa chất bảo vệ thực vật trong đất‖
đƣợc thực hiện với mục đích:
-

Nghiên cứu phát triển một kỹ thuật phân tích mới có thể phân tích đồng
thời hóa chất bảo vệ thực vật thuộc các nhóm hoạt chất khác nhau trong
đất nhằm giảm thời gian và chi phí phân tích.

-

Sơ bộ đánh giá với các phƣơng pháp hiện hành thông qua phân tích mẫu
thực tế và so sánh với một số phòng phân tích khác

4

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về hoá chất bảo vệ thực vật
1.1.1 Phân loại hóa chất bảo vệ thực vật
Hóa chất bảo vệ thực vật là các loại hóa chất đƣợc sử dụng trong canh tác
nông lâm nghiệp nhằm mục đích bảo vệ cây trồng khỏi các sinh vật gây hại. Hiện
nay trên thế giới, có trên 1500 loại hóa chất bảo vệ thực vật đã và đang đƣợc sử
dụng, đƣợc phân loại dựa trên thành phần, cấu tạo hóa học (nhóm cơ clo, cơ phốt
pho, carbamate... ) hay theo công dụng (thuốc trừ sâu, trừ nấm, trừ cỏ…) và đôi khi
theo cấp độ độc hoặc theo thời gian phân hủy của chúng.
Theo cấu tạo hoá học, HCBVTV có thể đƣợc phân thành các nhóm chính sau: [2-3]
- Nhóm cơ Clo (Organochlorines) là các hợp chất hữu cơ với năm hoặc

nhiều hơn các nguyên tử clo và là HCBVTV hữu cơ tổng hợp đầu tiên đƣợc sử
dụng trong nông nghiệp, y tế công cộng và tồn tại trong môi trƣờng với thời gian
dài trƣớc khi phân huỷ hoàn toàn. HCBVTV clo hữu cơ gây rối loạn hệ thần kinh
dẫn đến co giật, tê liệt và gây tử vong cho côn trùng. Phần lớn các hoạt chất thuộc
nhóm đã bị cấm hoặc hạn chế sử dụng. Một số ví dụ đại diện đã đƣợc sử dụng phổ
biến những thập niên 70, 80 của thế kỷ trƣớc là DDT, lindane, endosulfan, aldrin,
dieldrin và chlordane.

5


- Nhóm cơ Phốt pho (Organophosphorous): có cấu trúc cơ bản đƣợc xác

định theo công thức Schrader, trong đó, R1 và R2 thƣờng là nhóm methyl hoặc

ethyl, O trong nhóm OX có thể đƣợc thay thế bằng S và nhóm X rất đa dạng.

HCBVTV cơ phốt pho nói chung là có độc tính cao với côn trùng và động
vật máu nóng, tác động nhƣ chất ức chế cholinesterase dẫn đến một lớp phủ thƣờng
trực của acetylcholine trên một khớp thần kinh. Kết quả là, các xung động thần kinh
không di chuyển trên các khớp thần kinh gây co giật của cơ bắp và do đó nhanh
chóng tê liệt và chết.
HCBVTV cơ phốt pho dễ bị phân hủy trong môi trƣờng bởi các tác nhân hóa
học và sinh học khác nhau, do đó không tồn tại quá lâu trong môi trƣờng. Tuy
nhiên, do độc tính cao nên một số chất đã bị cấm, hạn chế sử dụng. Một số chất
đƣợc sử dụng rộng rãi bao gồm parathion, malathion.

- Nhóm Carbamate: là HCBVTV hữu cơ có nguồn gốc từ axit carbamic với

công thức chung

Trong đó, R1 là một nhóm rƣợu, R2 là nhóm methyl và R3 thƣờng là hydro.
Carbamate có độc tính với côn trùng và động vật có vú, gây ức chế men
cholinesterase. Nhóm này thƣờng đƣợc phối trộn với các nhóm khác để tăng phổ
tác dụng và có đặc điểm: ít tan trong nƣớc, dễ bị phân hủy. Một số hoạt chất sử
dụng rộng rãi trong nhóm này bao gồm carbaryl, carbofuran và aminocarb.
6


- Nhóm Pyrethroid là chất tƣơng tự tổng hợp của pyrethrins tự nhiên, một

sản phẩm từ hoa kim cúc (cinerariaefolium). Pyrethroid đƣợc công nhận là có hiệu
quả đối với côn trùng gây hại, nhƣng độc tính với động vật có vú thấp và dễ phân
hủy sinh học. Tuy nhiên, do dễ bị phân huỷ quang học nên ít đƣợc sử dụng trong
nông nghiệp. Các pyrethroid tổng hợp đƣợc sử dụng rộng rãi nhất bao gồm

permethrin, cypermethrin và deltamethrin.

- Một số nhóm HCBVTV khác: Một số HCBVTV có cấu tạo khác biệt do dó

không đƣợc xếp vào các nhóm chính nêu trên và cũng có nhiều HCBVTV không
đƣợc xếp vào một nhóm cụ thể nào. Ví dụ:

Dinicon

tri
1.1.2 Tình hình sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật
- Trên thế giới [2]:

HCBVTV đã đƣợc sử dụng từ rất lâu và có nguồn gốc chủ yếu từ vô cơ, nhƣ
đồng, thủy ngân, asen (trƣớc năm 1940). Đến năm 1939, thuốc trừ sâu tổng hợp đầu
tiên (DDT - thuộc nhóm cơ clo) ra đời và đƣợc xem là thần dƣợc cho nông nghiệp.
7


Những năm tiếp sau đó, rất nhiều HCBVTV nhóm cơ clo đƣợc phát triển và sử
dụng rộng rãi do có hoạt tính cao (mặc dù nhóm cơ phốt pho và carbamat đã đƣợc
hình thành). Tuy nhiên, đến những năm 60, nhiều báo cáo về tính độc hại cũng nhƣ
ảnh hƣởng của nhóm cơ clo đến sức khỏe và môi trƣờng đã đƣợc ghi nhận và việc
sử dụng DDT cũng nhƣ nhiều hoạt chất HCBVTV nhóm cơ clo đã bị cấm sử dụng
trong nông nghiệp tại Mỹ vào năm 1973. Việc cấm này tạo điều kiện cho việc phát
triển các HCBVTV thân thiện với môi trƣờng hơn nhƣ nhóm cơ phốt pho, nhóm
carbamat và cũng đánh dấu sự ra đời của nhóm pyrethroid.
Từ năm 1980 đến nay, đã phát minh ra nhiều loại HCBVTV mới có tính an
toàn và ít độc hại hơn, trong đó tập trung vào các chất có nguồn gốc sinh học, từ tự
nhiên. Các HCBVTV mới này có tính chọn lọc cao, ít độc hại nhƣng có phổ tác

dụng hạn hẹp và hoạt lực thấp, vì vậy, thƣờng đƣợc phối hợp 2 hay nhiều loại với
nhau để tăng hiệu quả. Đồng thời với việc tạo ra các HCBVTV mới, nhiều
HCBVTV có tính độc cao cũng bị cấm và hạn chế sử dụng, tập trung chủ yếu vào
nhóm vô cơ, cơ clo và một số chất thuộc nhóm cơ phốt pho.
Theo thống kê của tổ chức Nông Lƣơng Thế giới (FAO), hàng năm có trên 2
triệu tấn HCBVTV đƣợc sử dụng trên toàn thế giới. Mặc dù một số loại HCBVTV
độc hại đã bị cấm sử dụng từ những năm 80 của thế kỷ trƣớc (ở Việt Nam là những
năm 90), tuy nhiên, do tính bền và khó phân hủy nên chúng vẫn tồn tại trong môi
trƣờng, nhất là môi trƣờng đất.
- Tại Việt Nam [3, 87]:

Theo thống kê vào năm 1957 tại miền Bắc nƣớc ta sử dụng khoảng 100 tấn.
Ðến trƣớc năm 1985 khối lƣợng HCBVTV dùng hàng năm khoảng 6.500 - 9.000
tấn. Các loại HCBVTV mà Việt Nam sử dụng trong giai đoạn trƣớc 1995 có độ độc
cao, nhiều loại đã lạc hậu (cấm sử dụng trên thế giới) nhƣ DDT, 666, parathion với
lƣợng sử dụng khoảng 0,3kg/ha. Tuy nhiên, nhiều loại HCBVTV cũng đƣợc sử
dụng trong các lĩnh vực khác, ví dụ sử dụng DDT để phòng trừ muỗi truyền bệnh
sốt rét (từ 1957 -1994: 24.042 tấn).
Danh mục thuốc BVTV đƣợc phép sử dụng ở nƣớc ta đến năm 2013 đã lên
tới 1.643 hoạt chất, trong khi, các nƣớc trong khu vực chỉ có khoảng từ 400 dến 600
8


loại hoạt chất, nhƣ Trung Quốc 630 loại, Thái Lan, Malaysia 400-600 loại (theo
Hội nông dân, 2015). Phần lớn các loại hóa chất BVTV đƣợc sử dụng ở nƣớc ta
hiện nay có nguồn gốc từ nhập khẩu. Theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát
triển nông thôn, năm 2014 về thực trạng và giải pháp quản lý thuốc BVTV nhập lậu
cho thấy hàng năm Việt Nam nhập khẩu từ 70.000 - 100.000 tấn thuốc BVTV (theo
Cục Bảo vệ thực vật, 2015). Tuy nhiên, ngoài những HCBVTV nằm trong danh
mục cho phép, còn có nhiều loại đƣợc sử dụng trái phép do có giá thành thấp

nhƣng hoạt lực mạnh và phần lớn có nguồn gốc từ Trung Quốc, nhập khẩu thông
qua con đƣờng tiểu ngạch (buôn lậu). Các HCBVTV này thƣờng thuộc nhóm cơ
clo (DDT, endosulfan) và có độc tính rất cao.
Bảng 1.1 Tình hình nhập khẩu HCBVTV tại Việt Nam gần đây

T

Năm

(t

2010

7

2011

8

2012

1

2013

9

2014

1

1.2 Phân tích dƣ lƣợng hoá chất bảo vệ thực vật
Việc phân tích dƣ lƣợng HCBVTV trong đất đã đƣợc nghiên cứu từ rất lâu
trên thế giới, biên soạn thành các phƣơng pháp phân tích tiêu chuẩn, trong đó các
hóa chất bảo vệ thực vật thƣờng đƣợc xác định theo nhóm dựa vào thành phần cấu
tạo và tính chất hóa lý đặc trƣng. Quá trình phân tích thƣờng bao gồm 2 công đoạn:
- Xử lý mẫu: nhằm tách các HCBVTV khỏi nền mẫu, làm sạch (có thể bao

gồm cô đặc làm giàu). Các kỹ thuật chiết thƣờng đƣợc sử dụng.
- Định lƣợng: sử dụng các kỹ thuật, thiết bị phù hợp để xác định hàm lƣợng

HCBVTV


9


Các phƣơng pháp này vẫn liên tục đƣợc nghiên cứu phát triển nhằm tăng độ
nhạy, giảm thời gian cũng nhƣ chi phí phân tích và đáp ứng tốt hơn với sự phát
triển của các hóa chất bảo vệ thực vật mới.
1.2.1 Xử lý mẫu cho phân tích dư lượng hoá chất BVTV
Quá trình xử lý mẫu nhằm mục đích tách các chất cần phân tích với lƣợng rất
nhỏ và loại bỏ tối đa các tạp chất với lƣợng rất lớn khỏi nền mẫu. Sẽ càng phức tạp hơn
nếu các chất cần phân tích có tính chất hóa lý khác nhau (các nhóm khác nhau) trong
tách và làm sạch chúng khỏi nền mẫu. Trong quá trình này, độ phân cực của dung môi
chiết cũng nhƣ loại và hàm lƣợng của chất hấp phụ trong làm sạch là các yêu tố quan
trọng cần đƣợc quan tâm. Ngoài ra, các ảnh hƣởng khác từ nền mẫu cũng cần đƣợc
nghiên cứu. Một số kỹ thuật đã đƣợc sử dụng: [1, 12, 13, 18, 30, 36]

1.2.1.1 Chiết lỏng - lỏng (Liquid liquid extraction – LLE)

Đây là phƣơng pháp truyền thống, đƣợc phát triển đầu tiên trên thế giới và
hiện vẫn đƣợc sử dụng rộng rãi trong xử lý mẫu. Phƣơng pháp LLE thƣờng đƣợc
áp dụng cho mẫu lỏng hoặc bán lỏng. Với mẫu rắn, mẫu cần đƣợc nghiền và đồng
nhất trong pha lỏng phù hợp.
Nguyên tắc chung của phƣơng pháp là dựa trên sự phân bố (hòa tan) của
chất cần phân tích giữa 2 pha không hòa tan: pha lỏng đang tồn tại (thƣờng là
nƣớc) và pha chiết (dung môi hữu cơ). Chính vì vậy, hiệu quả chiết phụ thuộc rất
nhiều vào tính chất hóa lý, đặc biệt là độ phân cực của chất tan cũng nhƣ dung môi
hòa tan. Trong phƣơng pháp này, có thể lựa chọn dung môi để chiết chọn lọc một
nhóm chất hoặc có thể dùng hỗn hợp nhiều dung môi để chiết đa nhóm.
LLE đơn giản, ổn định và khá hiệu quả nhƣng tốn nhiều thời gian, công sức
cũng nhƣ lƣợng dung môi tiêu tốn lớn (từ 200 ml trở lên).
1.2.1.2 Chiết lỏng - rắn (Liquid solid extraction – LSE)
Tƣơng tự nhƣ LLE, đây phƣơng pháp truyền thống cho tách chiết phân tích
dƣ lƣợng HCBVTV trong mẫu rắn. Nguyên tắc chung của phƣơng pháp là sử dụng
dung môi hữu cơ thích hợp chiết chất cần phân tích từ mẫu rắn (đã đƣợc đồng nhất
và nghiền nhỏ) bằng cách lắc, khuấy trộn cơ học.
10


Để tăng hiệu quả cũng nhƣ giảm thời gian chiết, một số biện pháp hỗ trợ đã
đƣợc áp dụng nhƣ: áp suất (pressurized liquid extraction - PLE) [69, 73], vi sóng
(microwave assisted extraction – MAE) [71, 80] hay siêu âm (ultrasound assisted
extraction – UAE) [72, 79]. Tuy nhiên, do có năng lƣợng cao nên nhiều tạp chất
cũng bị chiết đồng thời gây khó khăn cho quá trình làm sạch. Vì vậy, PLE, MAE và
UAE thƣờng chỉ áp dụng đối với những mẫu có nền không phức tạp.
1.2.1.3 Chiết Soxhlet
Là phƣơng pháp truyền thống, phát triển từ phƣơng pháp LSE và đƣợc sử
dụng phổ biến cho tách chiết phân tích dƣ lƣợng HCBVTV trong mẫu rắn nói
chung cũng nhƣ mẫu đất nói riêng. Cho tới nay, phƣơng pháp này vẫn đƣợc sử

dụng nhiều trên thế giới và cũng là phƣơng pháp tiêu chuẩn của nhiều tổ chức và
quốc gia trong đó có Việt Nam. Trong phƣơng pháp này, mẫu đƣợc chiết liên tục
với nhiều chu kỳ bằng dung môi sạch. Chính vì vậy, Soxhlet có hiệu suất thu hồi
cao tuy nhiên lƣợng hóa chất sử dụng lớn (150 – 500 ml/mẫu) và thời gian xử lý
kéo dài (từ 8 - 36 tiếng).
1.2.1.4 Chiết siêu tới hạn (Supercritical fluid extraction – SFE) [77]
SFE đƣợc phát triển gần đây cho việc chiết nhanh, chọn lọc những chất cần
phân tích khỏi mẫu rắn bằng chất lỏng (dung môi) ở trạng thái siêu tới hạn (tạo
đƣợc khi đƣa chất lỏng tới nhiệt độ và áp suất cao hơi giá trị tới hạn). Ở trạng thái
siêu tới hạn, chất lỏng sẽ không còn ở thể lỏng nhƣng vẫn chƣa thành thể khí (Hình
1.1) và có thể dễ dàng thẩm thấu vào chất rắn, hòa tan chất cần phân tích.

Hình 1.1 Các trạng thái vật lý theo nhiệt độ vào áp suất
Trong SFE, CO2 thƣờng đƣợc sử dụng vì có thể dễ đạt đƣợc nhiệt độ và áp
11