Phát triển phương pháp Passive Sampling để xác định kháng sinh và thuốc trừ sâu trong môi trường nước mặt

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG - Tp. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Đỉnh Quốc Túc

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Tô Thị Hiền

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS. TS. Bùi Xuân Thành

Luận vãn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 25
tháng 01 năm 2016
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. GS.TS. Nguyễn Kỳ Phùng.................
2. PGS.TS. Võ Lê Phú ..........................
3. TS. Tô Thị Hiền ................................
4. PGS. TS. Bùi Xuân Thành ................
5. TS. Trần Tiến Khôi ...........................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành
sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Lê Thị Loan Vy ..............................................MSHV:7140507 .............
Ngày, tháng, năm sinh: 23/06/1990 ........................................... Nơi sinh: Bến Tre ........
Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên & Môi trường .................... Mã số : 60.85.10 .........
I. TÊN ĐỀ TÀI: Phát triển phương pháp Lẩy mẫu thụ động(Passỉve Sampling) để xác
định kháng sinh và thuốc trừ sâu trong môi trường nước mặt ......................................
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: .............................................................................................

Phát triển phương pháp phân tích chất kháng sinh và thuốc trừ sâu ương môi
trường nước mặt bằng Passive Sampling
Dùng phương pháp Passive Sampling đã phát hiển để xác định hàm lượng kháng sinh
và thuốc trừ sâu Ương môi trường nước mặt
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06/07/2015 ....................................................................
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2015 .....................................................
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): TS. Đinh Quốc Túc......
-

Tp. HCM, ngày 30 tháng 12 năm 2015
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TS. ĐINH QUỐC TÚC
TRƯỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện Luận Văn Tốt Nghiệp, em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ.
Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Đinh Quốc Túc đã hướng dẫn nhiệt tình và tạo mọi
điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này.
Cảm ơn Clement Levasseur, học viên cao học của EPFL (École Polytechnique Federate de
Lausanne) đã cùng tham gia trong các đợt lấy mẫu hiện trường và quá trình phân tích Ương phòng
thí nghiệm.
Cảm ơn Lê Nguyễn Thiên Kim, học viên cao học đại học Bách Khoa Tp.HCM đã cùng tham gia
trong các đợt lấy mẫu hiện trường và quá trình phân tích trong phòng thí nghiệm
Cảm ơn Nguyễn Trường An, sinh viên đại học Bách Khoa Tp.HCM đã cùng tham gia trong các
đợt lấy mẫu và quá trình khảo sát hiện trường.
Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà trường, cùng toàn thể quý thầy, cô ừong
khoa Môi Trường thuộc trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã dạy dỗ và truyền
đạt cho em nhiều bài học bổ ích và quí báu ừong suốt quá trình học tập

Xin chân thành cảm ơn!

Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015
Lê Thị Loan Vy


TÓM TẮT LUẬN VĂN

Việt Nam là một trong những quốc gia đứng đầu trên thế giới về nuôi trồng và xuất khẩu thủy
sản đặc biệt là Tôm. Rất nhiều loại duợc phẩm (bao gồm kháng sinh, vitamin và các thuốc trừ
sâu, diệt ký sinh trùng) trong danh mục cấm vẫn được các chủ hang hại sử dụng, đặc biệt quy chế
về việc ngừng sử dụng kháng sinh trước khi thu hoạch sản phẩm đa số đều bị hoàn toàn phớt lờ.
Việc lạm dụng dược phẩm ừong nuôi hồng thủy sản đang tạo mối nguy tiềm tàng đối với hệ sinh
thái đặc biệt là trong môi trường nước mặt và sức khỏe con người. Phương pháp lấy mẫu thụ động

(Passive Sampling) với bộ lấy mẫu POCIS thời gian qua đã được sử dụng trong giám sát nồng độ
các loại dược phẩm trong môi trường nước hên thế giới, tuy nhiên, phương pháp này nhiều khuyết
điểm cần hoàn thiện tiêu biểu như không tính đến sự tác động của ngoại cảnh (pH, độ mặn, độ
dẫn điện,...) dẫn đến không thể áp dụng rộng khắp trên các vùng lãnh thổ với các điều kiện tự
nhiên khác nhau.
Bộ lấy mẫu POCIS dùng cho các họp chất hữu cơ phân cực đã được hiệu chỉnh với các điều kiện
môi trường ao nuôi tôm ừong một khoảng thời gian hai tuần lấy mẫu để cho phép việc định lượng
một số họp chất. Tốc độ lấy mẫu hiệu chuẩn cho ba hợp chất gồm Trimethoprim,
Sulfamethoxazole và Atrazine đã được tính toán, dao động 0,16- 0,77 L/ngày. Năm đợt lấy mẫu,
mỗi đợt kéo dài hai tuần đã được tiến hành trong hai trang trại nuôi tôm khác nhau để định lượng
nồng độ của năm loại kháng sinh và một loại thuốc trừ sâu. Các mẫu đã được phân tích bằng cách
sử dụng sắc ký lỏng kết họp với đầu dò khối phổ kép (LC-MS/MS). Việc giám sát các trang trại
này cho thấy đã có hiện tượng sử dụng Sulfamethoxazole, Trimethoprim trong trang trại đầu tiên,
với nồng độ dưới 1 pg/L. Tương tự, trang trại thứ hai có sử dụng Ciprofloxacine,
Sulfamethoxazole và Trimethoprim đặc biệt là Ciprofloxacine được phát hiện với nồng độ khá
cao, có thời điểm lên đến hơn 3 pg/L. Bên cạnh đó, sự xuất hiện của một số thuốc kháng sinh với
nồng độ cao trong các kênh dẫn của các hang trại nuôi tôm có thể dẫn đến sự phát hiển của chủng
vi sinh vật kháng kháng sinh.


ABSTRACT
Vietnam is one of the countries having the most aquaculture exports, especially shrimp. Many
drugs (including antibiotics, vitamins and medications kill parasites) on the ban list ranchers have
still be used, especially the regulation on the discontinuation of the use of antibiotics before
harvesting was completely ignored. Abuse of antibiotics and pesticides in aquaculture is creating
huge potential hazard in envữonment and human health. POCIS passive sampler have been used
to monitor the concentration of substances in the aquatic envữonment. However, this method have
many problems that were improved. Typically, it was excluded any envữonmental impact
category (pH, salinity, conductivity,...). That result is this method can not be applied widely in
the territories with different natural conditions.

The monitoring of antibiotics in envừonment have many problems due to limitations in analyzing.
The calibration samples of POCIS (Polar Organic Compound Integrative Samplers) have been
deployed in a shrimp ponds on two weeks to quantify of five antibiotics and one pesticide.
Howerver, half of them was found out and calibration sampling rates for them (trimethoprim,
sulfamethoxazole, ariazine) ranging from 0.16 to 0.77 L/day. The others had analysis results of
concenriatioin by zero. Five sampling campaigns in a period of two weeks each have been
conducted in two different shrimp farms. Samples have been analyzed using liquid
chromatography combine with mass spectrometry (LC-MS/MS). The monitoring of these farms
shows the use of sulfamethoxazole and the probable use of trimethoprim in the first farm, at
concentrations below 1 pg/L. Similarly, the second one used sulfamethoxazole ciprofloxacine and
trimethoprim, ciprofloxacine particularly was detected with relatively high concentrations
(sometimes be reached to 3 pg /L ). Moreover, the concentration of some antibiotics in the canals
could lead to the development of antibiotic resistant strains of bacteria.


LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Tôi xin cam đoan luận vãn sau đây là công trình của bản thân. Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng
và tuân thủ đúng nguyên tắc. Kết quả trình bày trong luận văn được thu thập được trong quá
trình nghiên cứu là trung thực.

Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015
Tác giả luận vãn


MỤC LỤC

MỤC LỤC........................................................................................................................ i
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................... iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................ V

DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................. vi
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................................1

1. ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................................... 1
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ...................................................................................... 2
3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..................................................................................... 2
4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .......................................................... 2
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................. 2
5.1. Phương pháp luận .............................................................................................. 2
5.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 4
6. Ý NGHĨA NGHIÊN cứu ........................................................................................... 5
6.1. Ý nghĩa khoa học ............................................................................................... 5
6.2. Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................................... 5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ....................................................................................................6

1.1. Tổng quan về Lấy mẫu thụ động và POCIS ...................................................... 7
1.1.1. Lấy mẫu thụ động (Passive Sampling) ....................................................... 7
1.1.2. Bộ lấy mẫu POCIS ................................................................................... 11
1.2. Tổng quan về kháng sinh và thuốc trừ sâu ...................................................... 12
1.2.1. Tổng quan về kháng sinh ......................................................................... 12
1.2.2. Tổng quan về thuốc trừ sâu ...................................................................... 17


1.3. Tình hình sử dụng kháng sinh và thuốc trừ sâu tíong nuôi ưồng thủy sản tại
Việt Nam ..................................................................................................................20
1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế ................................................... 22
1.4.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................. 22
1.4.2. Tình hình nghiên cứu quốc tế ................................................................... 23
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN .....................................................................25

2.1. Kháng sinh và thuốc trừ sâu lựa chọn nghiên cứu .......................................... 26
2.2. Địa điểm lấy mẫu ............................................................................................. 27
2.3. Ke hoạch lấy mẫu ............................................................................................ 28
2.4. Các công thức tính toán ................................................................................... 30
2.4.1. Tốc độ lấy mẫu hiệu chuẩn (Rscal) .......................................................... 30
2.4.2. Nồng độ các chất trong nước ................................................................... 30
2.5. Chuẩn bị mẫu và đặt mẫu ................................................................................ 31
2.5.1. Các bước chuẩn bị bộ lấy mẫu POCIS ..................................................... 31
2.5.2. Phương pháp chiết pha rắn SPE ............................................................... 32
2.6. Kiểm ưa tính ổn định của PRC (DIA-d5) tíong chất hấp thu .......................... 33
2.7. Phương pháp phân tích mẫu ............................................................................ 33
2.7.1. Tiền xử lý mẫu ......................................................................................... 33
2.7.2. Phương pháp chiết pha rắn SPE ............................................................... 33
2.7.3. Phương pháp sắc ký lỏng ghép đầu dò khối phổ LCMS/MS ................... 34
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THU ĐƯỢC..................................................................................35

3.1. Các thông số lý hóa của môi trường ................................................................ 36
3.2. Kết quả tính toán hệ số Rs ............................................................................... 37


3.2.1. Nồng độ kháng sinh và thuốc trừ sâu trong nuớc phân tích từ các GS ....37
3.2.2. Khối lượng kháng sinh và thuốc trừ sâu phân tích từ các POCIS............ 38
3.2.3. Tốc độ lấy mẫu hiệu chuẩn Rscai............................................................. 38
3.3. Tính ổn định của DIA-d5 ừong chất hấp thu ................................................... 39
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU THỤ ĐỘNG ĐỂ
GIÁM SÁT HÀM LƯỢNG KHÁNG SINH VÀ THUỐC TRỪ SÂU MÔI
TRƯỜNG NƯỚC MẶT ....................................................................................................41

4.1. Giám sát nước mặt khu vực nuôi tôm huyện Tân Trụ, Long An ......................42
4.1.1. Thông số lý hóa của môi trường khu vực nuôi tôm Tân Trụ ................... 43

4.1.2. Nồng độ kháng sinh và thuốc trừ sâu được tính toán từ các mẫu POCIS
tại Tân Trụ ............................................................................................................ 45
4.2. Giám sát nước mặt khu vực nuôi tôm cần Giờ ................................................ 53
4.2.1. Thông số hóa lý của môi trường môi trường khu nuôi tôm cần Giờ .......54
4.2.2. Nồng độ kháng sinh và thuốc trừ sâu được tính toán từ các mẫu POCIS
tại Cần Giờ ........................................................................................................... 56
KẾT LUẬN..............................................................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................63
PHỤ LỤC


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ĐBSCL
EPA

Đồng bằng sông Cửu Long
Envứonmental Protection Agency - Co quan Bảo vệ Môi trường

ESI

Electton spray ionization - lon hoá bằng phun điện tử

GARP

Global Antibiotic Resistance Partnership - Họp tác toàn cầu về kháng
kháng sinh

GS

Grab Sample

HLB

Hydrophilic-lipophilic balance - Độ cân bằng ưa-kị nước

ISs

Internal standards

LC-MS/MS

Liquid chromatography-tandem mass spectrometry - Sac ký lỏng ghép
đầu dò khối phổ

LDPE

Low-density polyethylene - Polyethylene mật độ thấp

MESCO

Membrane Enclosed Sorptive Coating

NAFIQAD

National Agro-Forestty-Fisheries Quality Assurance Department

NVWA

Nederlandse Voedsel- en Warenautoriteit - Co quan giám sát an toàn

thực phẩm Hà Lan

PAHs

Polycyclic aromatic hydrocarbons

PBDEs

Polybrominated diphenyl ethers

PCBs

Poly chlorinated biphenyls

PES

Polyethersulfone

POCIS

Polar Organic Chemical Integrative Samplers

PRC

Performance Reference Compound

PS

Passive Sample

SPE

Solid phase extraction

SPMD

Semipermeable membrane devices - Thiết bị màng bán thấm

TWA

Time Weighted Average

USGS

United States Geological Survey - Cục Khảo sát Địa chất Mỹ

iv


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Một số loại hình của lấy mẫu thụ động .......................................................... 7
Bảng 1.2: Phân loại kháng sinh theo cấu trúc hóa học ................................................. 12
Bảng 1.3: Phân loại chất kháng sinh theo co chế tác động ........................................... 14
Bảng 1.4: Chu kỳ bán rã của một số kháng sinh........................................................... 16
Bảng 1.5: Chu kỳ bán rã của một số thuốc trừ sâu ....................................................... 19
Bảng 1.6: Các loại kháng sinh thuờng đuạc sử dụng ................................................... 20
Bảng 1.7: Du luợng kháng sinh trong nuôi trồng thuỷ sản .......................................... 21
Bảng 1.8: Một số loại thuốc trù sâu sử dụng trong nuôi trồng thủy sản ở Sóc Trăng,
Cà Mau, Bạc Liêu ......................................................................................................... 21
Bảng 2.1: Các kháng sinh và thuốc trừ sâu lựa chọn nghiên cứu ................................. 26

Bảng 2.2: Thời gian đặt POCIS .................................................................................... 29
Bảng 3.1: Ket quả đo đạc các thông số hóa lý của ao tôm lấy mẫu.............................. 36
Bảng 3.2: Nồng đồ kháng sinh và thuốc trừ sâu phân tích từ các GS .......................... 37
Bảng 3.3: Khối lượng kháng sinh và thuốc trừ sâu thu được từ cácPOCIS ................. 38
Bảng 3.4: Kết quả tính toán hệ số RScai ........................................................................ 38
Bảng 3.5: So sánh tốc độ lấy mẫu hiệu chuẩn tính toán cho các thời điểm khác nhau với
những nghiên cứu từ trước ............................................................................................ 39
Bảng 3.6: Nồng độ DIA-d5 trong chất hấp thu qua các giai đọan khác nhau .............. 40
Bảng 4.1: Rscal [L/ngày] được sử dụng để tính toán nồng độ kháng sinh và thuốc trừ
sâu trong nước trong 14 ngày ....................................................................................... 45
Bảng 4.2: Kết quả tính toán tỷ lệ giải hấp hiệu chuẩn k ữ (pRc)caj. ............................. 46
Bảng 4.3: Kết quả tính toán tỷ lệ giải hấp hiện trường ................................................. 47
Bảng 4.4: Kết quả tính toán Jĩ3 in Jítu Tân Trụ .............................................................. 48
Bảng 4.5: Nồng độ Trimethoprim trong môi trường nước khu vực nuôi tôm Tân Trụ 49
Bảng 4.6: Kết quả tính toán J?3 JJJ Jítu cần Giờ............................................................. 57

v


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 0.1: Sơ đồ phương pháp luận ................................................................................. 3
Hình 1.1: Lấy mẫu tức thời ............................................................................................. 9
Hình 1.2: Thiết bị Lấy mẫu chủ động ...........................................................................10
Hình 1.3: Lấy mẫu thụ động với bộ lấy mẫu POCIS ....................................................10
Hình 1.4: cấu trúc POCIS .............................................................................................11
Hình 2.1: Địa điểm lấy mẫu được đánh dấu hên bản đồ huyện Tân Trụ, Long An .....27
Hình 2.2: Địa điểm lấy mẫu từ vệ tinh Google Earth ................................................... 27
Hình 2.3: Thời gian lấy mẫu của cả 2 phương pháp ..................................................... 28
Hình 2.4: Sơ đồ xử lý mẫu thu được theo phương pháp Lấy mẫu tức thời .................. 28
Hình 2.5: Các bước xử lý mẫu thu được từ bộ lấy mẫu POCIS ................................... 29

Hình 2.6: Sơ đồ chuẩn bị và lắp đặt POCIS ................................................................. 31
Hình 2.7: Đặt POCIS ương ao nuôi tôm ....................................................................... 32
Hình 2.8: Vị trí đặt POCIS so với thiết bị sục khí ........................................................ 32
Hình 4.1: Vị trí đặt mẫu giám sát chất lượng nước khu nuôi tôm Tân Trụ .................. 42
Hình 4.2: Các thông số hóa lý khu vưc ao nuôi tôm Tân Trụ ...................................... 43
Hình 4.3: Các thông số hóa lý kênh dẫn nước khu vực nuôi tôm Tân Trụ................... 44
Hình 4.4: Nồng độ Trimethoprim hong ao nuôi và kênh dẫn tại Tân Trụ .................... 49
Hình 4.5: Nồng độ Sulfamethoxazole trong ao nuôi và kênh dẫn tại Tân Trụ ............. 50
Hình 4.6: Nồng độ Ciprofloxacin trong ao nuôi và kênh dẫn tại Tân Trụ ................... 50
Hình 4.7: Nồng độ Oíloxacine trong ao nuôi và kênh dẫn tại Tân Trụ ........................ 51
Hình 4.8: Nồng độ Erythromicin trong ao nuôi và kênh dẫn tại Tân Trụ .................... 51
Hình 4.9: Nồng độ Atrazine trong ao nuôi và kênh dẫn tại Tân Trụ ............................ 52

vi


Hình 4.10: Vị trí đặt mẫu giám sát chất lượng nước khu nuôi tôm cần Giờ ................ 54
Hình 4.11: Nước từ bể sinh học vào ao nuôi ................................................................ 55
Hình 4.12: Thông số hóa lý bể sinh học tại khu vực nuôi tôm cần Giờ ....................... 55
Hình 4.13: Thông số hóa lý kênh dẫn tại khu vực nuôi tôm cần Giờ ........................... 56
Hình 4.14: Nồng độ Trimethoprim trong ao nuôi và kênh dẫn tại cần Giờ.................. 58
Hình 4.15: Nồng độ Sulfamethoxazole trong ao nuôi và kênh dẫn tại cần Giờ ........... 58
Hình 4.16: Nồng độ Ciprofloxacin trong ao nuôi và kênh dẫn tại cần Giờ .................. 59
Hình 4.17: Nồng độ Ofloxacine trong ao nuôi và kênh dẫn tại cần Giờ ...................... 59
Hình 4.18: Nồng độ Erythromicin trong ao nuôi và kênh dẫn tại cần Giờ ................... 60
Hình 4.19: Nồng độ Atrazine trong ao nuôi và kênh dẫn tại cần Giờ .......................... 60

vii

MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Những năm gần đây, việc sử dụng kháng sinh và thuốc trừ sâu cho các ngành nông
nghiệp nhu chăn nuôi, trồng trọt, đặc biệt trong nuôi trồng thủy sản ngày càng phổ biến.
Tuy nhiên, công tác lựa chọn kháng sinh và liều dùng chỉ đuợc quyết định chủ yếu dựa
trên kinh nghiệm của chủ hộ chăn nuôi, hơn thế nữa các chủ hộ này lại không tuân thủ
theo quy che về việc ngừng sử dụng kháng sinh truớc khi thu hoạch sản phẩm (NAFIQAD,
2009). Điều này làm phát sinh nhiều vấn đề liên quan đến lượng chất tồn dư. Chúng có
thể tích lũy trong cơ thể vật nuôi hoặc nghiêm họng hơn là theo dòng chảy truyền vào môi
trường tạo mối nguy tiềm tàng rất lớn: phá hoại môi sinh, tạo vi khuẩn kháng thuốc, gây
bệnh ở người... Chính vì vậy, công tác giám sát hàm lượng kháng sinh và thuốc trừ sâu
trong môi trường nước mặt trở nên cấp thiết.
Có nhiều công cụ được sử dụng để hỗ trợ công tác giám sát hàm lượng chất ô nhiễm
trong môi trường nước mặt. Trong số đó, phương pháp lấy mẫu thụ động (Pasive
Sampling) với bộ lấy mẫu POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) đã được
sử dụng như một công cụ giám sát hữu ích cho nhiều chất gây ô nhiễm môi trường nước
(Alvarez et al., 2004; Booijet al., 2007; Huckins et al., 1999). Hơn thế nữa, những dữ liệu
phân tích cho thấy rằng việc sử dụng POCIS cung cấp một bức tranh toàn diện về tình
hình ô nhiễm hơn là các phương pháp lấy mẫu truyền thống (Alvarez et al., 2005).
Tuy nhiên, các nghiên cứu về việc ứng dụng phương pháp lấy mẫu thụ động với bộ
lấy mẫu POCIS cho kháng sinh và thuốc trừ sâu trong môi trường nước mặt còn ít và tồn
tại nhiều hạn chế do chỉ sử dụng phương pháp cho một vài chất hoặc một nhóm chất. Việc
sử dụng phương pháp lấy mẫu thụ động với bộ lấy mẫu POCIS cho cùng một lúc nhiều
chất hoặc các nhóm chất khác nhau còn nhiều khuyết điểm tiêu biểu như không tính đến
sự tác động của ngoại cảnh (pH, độ mặn, độ dẫn điện,...) dẫn đến không thể áp dụng rộng
khắp trên các vùng lãnh thổ với các điều kiện tự nhiên khác nhau.

1

Vì những lý do đó, đề tài “Phái triển phương pháp lẩỵ mẫu thụ động (Passive
Sampling) để xác định kháng sinh và thuốc trừ sâu trong môi trường nước mặt” được lựa
chọn thực hiện.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là: phát hiển phưong pháp phân tích chất kháng sinh
và thuốc trừ sâu trong môi trường nước mặt bằng phương pháp lấy mẫu thụ động (Passive
Sampling).
3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Đổ đạt được mục tiêu nghiên cứu cần thực hiện các nội dung sau:
1. Lựa chọn chất kháng sinh và thuốc trừ sâu nghiên cứu.
2. Phát triển phương pháp lấy mẫu thụ động để xác định hàm lượng kháng sinh

và thuốc trừ sâu ương môi trường nước mặt.
3. Áp dụng phương pháp đã phát triển để xác định hàm lượng kháng sinh và

thuốc trừ sâu tại các vùng khác nhau.
4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Các chất kháng sinh và thuốc trừ sâu trong môi trường nước mặt từ các trại nuôi tôm
thâm canh ở Long An và cần Giờ.
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
5.1. Phương pháp luận

Trình tự quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài được minh họa bởi sơ đồ sau:

2

• Lượng sử dụng trong ngành nuôi Uổng
thủy sản

Kháng sinh và
thuốc trừ sâu
nghiên cứu

• Đặc tính bền vững và tác động trong môi
trường của kháng sinh và thuốc trừ sâu

• Khả năng phân tích của phòng thí
nghiệm

—«Rs là tốc độ lấy
mẫu (L/ngày)

PHÁT
TRIÊN
PHƯƠNG
PHÁP LẤY ;
MẪU THỤ :
ĐỘNG XÁC :
ĐỊNH
KHÁNG :
SINH VÀ :
THỐC TRỪ
SÂU
TRONG
MÔI

TRƯỜNG !
NƯỚC
MẶT

—• t là thời gian đặt
mẫu (ngày)

lu

•
i
II
i

Áp dụng
phương pháp
đã phát hiển để
giám sát hàm
lượng kháng
sinh và thuốc
trừ sâu tại các
vùng khác
nhau

Nước mặt khu
vực nuôi tôm
Long An

Hnp Mine là khôi
lượng chất cần phân

tích thu lại trong mỗi
bộ lấy mẫu thụ động

—•CLƯđB,là nồng độ
hoạt chất trong
nước (sử dụng
kết quả đo của
các mẫu có
được từ phương
pháp lấy mẫu
tức thời)

LCMS/M

Nước mặt khu
vực nuôi tôm Cần
Giờ

3


5.2. Phương pháp nghiên cứu

Trong đề tài thực hiện đồng thời các phương pháp nghiên cứu sau đây:
a) Phương pháp thu thập thông tin, tài liệu liên quan:
-

Phương pháp này áp dụng thực hiện ở cả 3 nội dung

-

Các thông tin thu thập bao gồm: số liệu, tài liệu liên quan đến lấy mẫu thụ động, các
vãn bản pháp quy về kháng sinh và thuốc trừ sâu, đặc tính bền vững ttong môi trường
nước của kháng sinh và thuốc trừ sâu. Nguồn sưu tầm thông tin từ các tài liệu đã được
công bố, các bài luận, tài liệu nghiên cứu, internet,...

-

Khảo sát thực tế được thực hiện nội dung (2) “Phát triển phương pháp Lấy mẫu thụ
động để xác định hàm lượng kháng sinh và thuốc trừ sâu trong môi trường nước mặt”
và nội dung (3) “Áp dụng phương pháp đã phát triển để xác định hàm lượng kháng
sinh và thuốc trừ sâu tại các vùng khác nhau”, nhằm thu thập các thông tin về kháng
sinh thường dùng tại các đại lý phân phối thuốc và trang trại nuôi tôm thâm canh tại
Long An và cần Giờ.

b) Phương pháp lẩy mẫu và phân tích mẫu
-

Phương pháp được áp dụng ừong quá trình thực hiện nội dung (2) “Phát triển phương
pháp Lấy mẫu thụ động để xác định hàm lượng kháng sinh và thuốc trừ sâu trong môi
trường nước mặt” và nội dung (3) “Áp dụng phương pháp đã phát triển để xác định
hàm lượng kháng sinh và thuốc trừ sâu tại các vùng khác nhau”

-

Có 2 phương pháp lấy mẫu được thực hiện là: Lấy mẫu thụ động (Passive Sampling)
và Lấy mẫu tức thời (Grab Sampling).

-

Kỹ thuật xử lý mẫu trước khi đưa vào phân tích là kỹ thuật chiết pha rắn SPE (Solid
phase exhaction). Sử dụng kỹ thuật này nhằm loại bỏ các chất không cần thiết và giữ
lại các chất cần nghiên cứu.
- Phân tích các chỉ tiêu bằng máy sắc ký lỏng ghép đầu dò khối phổ LCMS/MS (tại

4


EPFL-Thụy Sĩ và tại Phòng thí nghiệm trọng điểm ĐHQG Tp.HCM Công nghệ
Hóa học và Dầu khí thuộc trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM).
c) Phương pháp xử lỵ sổ liệu:
- Phương pháp này được áp dụng trong nội dung (2)“Phát triển phương pháp Lấy
mẫu thụ động để xác định hàm lượng kháng sinh và thuốc trừ sâu trong môi trường
nước mặt” và nội dung (3) “Áp dụng phương pháp đã phát triển để xác định hàm
lượng kháng sinh và thuốc trừ sâu tại các vùng khác nhau”.
- Các số liệu sau khi được khảo sát, điều tra và phân tích được xử lý bằng phần mem
excel. Các kết quả được biểu diễn dưới dạng bảng biểu, đồ thị giúp minh họa các
đánh giá và kết luận.
6. Ý NGHĨA NGHIÊN CỨU
6.1. Ý nghĩa khoa học

Sử dụng phương pháp lấy mẫu thụ động đã phát triển cho các nghiên cứu giám sát
môi trường và giảng dạy
6.2. Ý nghĩa thực tiễn

Phát triển phương pháp lấy mẫu thụ động để lấy mẫu kháng sinh và thuốc trừ sâu
trong môi trường nước mặt.
ứng dụng phương pháp đã phát triển vào giám sát nồng độ chất kháng sinh, thuốc trừ
sâu và môt số chất ô nhiễm khác trong môi trường nước mặt.

5


CHƯƠNG 1: TỎNG QUAN


1.1. TỔNG QUAN VỀ LẤY MẪU THỤ ĐỘNG VÀ POCIS
1.1.1. Lấy mẫu thụ động (Passive Sampling)

Lấy mẫu thụ động (Passive Sampling) là phương pháp lấy mẫu dựa trên nguyên lý
khuếch tán, các phần tử chất di chuyển từ các dụng cụ lấy mẫu vào một thiết bị thu thập do
sự chênh lệch thế điện hóa (Górecki & Namiesnik, 2002). Sự di chuyển của các phân tử sẽ
kéo dài cho đến khi quá trình cân bằng xảy ra hoặc cho đến khi mẫu được thu thập. Do đó,
hình thức này lấy mẫu sẽ không cần bất kỳ nguồn năng lượng bên ngoài nào nhưng sẽ phụ
thuộc vào một số thông số như nồng độ, áp suất, nhiệt độ,...
Báo cáo đầu tiên về lấy mẫu thụ động đã xuất hiện từ năm 1973, trong một nghiên
cứu về vệ sinh lao động, khi đó lấy mẫu thụ động được thiết kế để đo nồng độ khí NO2
(Palmes & Gunnison, 1973). Tuy nhiên, phải đến thập niên 80, khái niệm về lấy mẫu thụ
động trong môi trường mới được phát hiển, và sau đó được triển khai cho mục đích nghiên
cứu vào những năm 1990 (EPA, 2012). Lấy mẫu thụ động đã được phát hiển với nhiều loại
hình bộ lấy mẫu cho những mục đích phân tích khác nhau (Bảng 1.1)
Bảng 1.1: Một số loại hình của lấy mẫu thụ động
Loại hình
STT

1M1Á

Mô tả

X

bộ lay mâu

Chất phân tích

Nguồn

Chất hữu cơ kỵ nước (có
log Kow*> 3) như thuốc trừ

1

SPMDs

Là thiết bị bao gồm màng

sâu organochlorine

Polyethylene mật độ thấp

polybrominated diphenyl

(LDPE) được phủ một lớp

ethers (PBDEs), dioxins,

mỏng lipid cao phân tử

furans

Huskins et
al., 2006

(Triolein)

7


Loại hình bộ
STT

Mô tả

lay mau

Chất phân tích

Nguồn

Thiết bị bao gồm một
thanh khuấy được háng
polydimethylsiloxane
2

MESCO

(PDMS) kèm theo một
lớp màng làm bằng

Chất hữu cơ bền trong nước Vrana et

như PCBs, PAHs

al„ 2001

cellulose tái sinh hoặc
LDPE
Thiết bị bao gồm 2 vòng
thép có chất hấp phụ nằm
giữa 2 lớp màng
3

POCIS

polyethersulphone (PES)

Chất hữu cơ ưa nước (có
log KQW< 4) như thuốc trừ

Alvarez et

sâu và một số dược phẩm

al., 2008

Thiết bị bao gồm một đĩa
đường kính khoảng 4 cm
và màng lọc có 2 lớp gel,
4

DGT

gel bên ngoài là lớp
khuếch tán và gel thứ hai

Kim loại, phosphorous,
sulphide

Zhang &
Davison,
1995

đóng vai hò pha nhận

Thiết bị bằng plastic, gồm
5

Chemcatcher 2 chiếc đĩa chứa chất hập
thụ và màng

Chất hữu cơ ưa nước và kỵ Vrana et
nước, kim loại
al„ 2006

( log Kow : thước đo độ kị nước của chất hữu cơ: tỷ số giữa hàm lượng phân bố chất hữu cơ trong pha octanol và
trong pha nước)

8


❖ ưu điểm của lấy mẫu thụ động

Các phương pháp lấy mẫu nước mặt thông thường bao gồm: lấy mẫu tức thời - (Grab
Sampling), lấy mẫu tự động (Automatic Sampling) và lấy mẫu thụ động (Passive Sampling).
Trong đó:
■ Lấy mẫu tức thời (Hình 1.1) chỉ phản ánh dư lượng thành phần ô nhiễm tại thòi
điểm lấy mẫu.

Hình 1.1: Lấy mẫu tức thòi (Thomas, 2014)

■ Lấy mẫu tự động (Hình 1.2) đại diện hơn lấy mẫu tức thời nhưng tốn kém và yêu cầu
năng lượng. Ngoài ra, đối với các chất ô nhiễm không cực (như PCB) có nồng độ
thấp trong nước, lấy mẫu tự động đòi hỏi phải thu thập một lượng lớn mẫu nước.
Điều này làm việc vận chuyển các mẫu nước đến các phòng thí nghiệm cũng phải
gặp nhiều khó khăn và các chất ô nhiễm có nguy cơ bị thất thoát.

9


■ Lấy mẫu thụ động (Hình 1.3) cho phép xác định nồng độ trung bình tải ừọng theo thòi
gian (TWA) của chất gây ô nhiễm nước ttong thời gian dài, cho phép phát hiện các và
các chất ô nhiễm siêu vi lượng. Phương pháp này hiệu quả và mang lọi ích kinh tế so vói
các kỹ thuật lấy lấy mẫu thông thường (Kot et al., 2000).

Hình 1.3: Lấy mẫu thụ động vói bộ lấy mẫu POCIS

10


1.1.2. Bộ lấy mẫu POCIS

POCIS được phát triển bởi Alvarez và các cộng sự ở Trung tâm nghiên cứu môi trường
Columbia USGS vào năm 2000 (Alvarez at el., 2004). POCIS bao gồm 2 đĩa thép không gỉ có
chất hấp phụ kẹp giữa hai tấm màng (Alvarez et al., 2008.). Các tấm màng này cho phép nước
đi qua, tạo điều kiện cho các vật liệu hấp phụ các chất gây ô nhiễm quan tâm (Hình 1.4)
chSbãt ciiã lưip Lhụ
VÁ

POCI&
Vửng iỈLỨp

Máng

Hình 1.4; cấu trúc POCIS

Có hai loại POCIS được sử dụng là pesticide-POCIS và pharmaceutical-POCIS. Điểm khác
biệt giữa 2 loại POCIS này là chất hấp phụ và thành phần các chất hóa học mà mẫu sẽ hấp thu.
Pesticide-POCIS sử dụng chất hấp phụ là một hỗn họp ba pha gồm Isolute ENV, polystyrene
divinylbenzene và Ambersorb 1500 na S-X3 Biobeads. Ban đầu pesticide- POCIS được thiết kế
cho lấy mẫu các loại thuốc trừ sâu và kích thích tố.
Pharmaceutical-POCỈS có chất hấp phụ Oasis HLB. Oasis HLB thường được coi là một
chất hấp phụ phổ quát trong phân tích môi trường và đã được sử dụng để trích xuất hàng loạt
hóa chất trong nước. Ngoài ra Oasis HLB còn có lợi thế trong việc khôi phục các hóa chất từ các
chất hấp phụ (Reemtsma and Quintana, 2006; Buchberger, 2007; Pacáková and others, 2009).
POCIS có thể được triển khai trong hàng loạt các môi trường nước bao gồm hồ tù đọng,
sông, suối, hệ thống cửa sông và nước thải. Kỹ thuật này đặc biệt có lợi thế đối với các mẫu nước
có chất gây ô nhiễm hiện diện chỉ ừong từng giai đoạn, chẳng hạn như trong các cơn bão. Triển
khai điển hình của POCIS kéo dài khoảng 30 ngày (Alvarez et al., 2008).
1.2. TỔNG QUAN VỀ KHÁNG SINH VÀ THUỐC TRỪ SÂU

11