Nghiên cứu sàng lọc các hoá chất bảo vệ thực vật trong mẫu nước tưới và mẫu rau trên thiết bị

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------***------------

LÊ MINH THÙY

NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC CÁC THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT
TRONG MẪU NƯỚC TƯỚI VÀ MẪU RAU TRÊN THIẾT BỊ
SẮC KÍ LỎNG KHỐI PHỔ PHÂN GIẢI CAO (LC/HRMS)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2019


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------***------------

LÊ MINH THÙY

NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC CÁC THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT
TRONG MẪU NƯỚC TƯỚI VÀ MẪU RAU TRÊN THIẾT BỊ
SẮC KÍ LỎNG KHỐI PHỔ PHÂN GIẢI CAO (LC/HRMS)

Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ
Mã số: 8440112.02
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Trần Mạnh Trí

TS. Vũ Đức Nam

Hà Nội - 2019


LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc
gia (NAFOSTED) trong đề tài mã số 104.04-2018.331.
Lời đầu tiên, em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới TS. Trần
Mạnh Trí- Giảng viên Khoa Hóa học- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội,
TS. Vũ Đức Nam- Trung tâm Nghiên cứu và Chuyển giao Công nghệ- Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã gợi ý đề tài, tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều
kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn. Em cũng
trân trọng cảm ơn TS. Chu Đình Bính- Viện Kỹ thuật Hóa học- Trường Đại học Bách
khoa Hà Nội đã giúp đỡ và chỉ bảo tận tình trong thời gian thực hiện luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo giảng dạy tại Khoa Hóa học- Trường
Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Hóa Hữu cơ
cũng như bộ môn Hóa Phân tích đã giúp em tiếp cận những kiến thức quý báu, tạo nền
tảng cho em được học tập và nghiên cứu trong môi trường hiện đại.
Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban lãnh đạo, các đồng nghiệp tại
Trung tâm Nghiên cứu và Chuyển giao Công nghệ- Viện Hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi được học tập và hoàn thành đề tài
này.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên, giúp
đỡ, chia sẻ cùng tôi.
Hà Nội, ngày 22 tháng 5 năm 2019
Học viên

Lê Minh Thùy

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................
MỤC LỤC ........................................................................................................................
DANH MỤC VIẾT TẮT..................................................................................................
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..............................................................................................
DANH MỤC HÌNH VẼ ...................................................................................................
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN ........................................................................................... 2
1.1. Tổng quan về hóa chất bảo vệ thực vật ................................................................ 2
1.1.1.
Giới thiệu chung về hóa chất bảo vệ thực vật ............................................... 2
1.1.2.

Các dạng hóa chất bảo vệ thực vật được sản xuất trên thị trường ................. 3

1.1.3.
1.1.3.1.

Phân loại hóa chất bảo vệ thực vật ................................................................ 3
Nhóm cơ clo (Clo hữu cơ) ...................................................................... 4

1.1.3.2.
1.1.3.3.
1.1.3.4.

Nhóm cơ phốt pho (Lân hữu cơ) ............................................................ 4
Nhóm cơ nito .......................................................................................... 4
Nhóm pyrethroid (họ cúc tổng hợp) ....................................................... 4

1.1.4.
Ảnh hưởng của hóa chất bảo vệ thực vật ...................................................... 5
1.4.1.1. Ảnh hưởng đến môi trường ............................................................................... 5
1.1.4.2. Ảnh hưởng tới con người và động vật ............................................................... 6
1.1.5.
Thực trạng và tình hình kiểm soát thuốc BVTV ở Việt Nam ....................... 7
1.2. Tổng quan về phương pháp phân tích dư lượng thuốc BVTV trong mẫu rau và
mẫu nước ...................................................................................................................... 10
1.2.1.
Phương pháp phân tích sắc ký ..................................................................... 10
1.2.2.
Phương pháp xử lý mẫu trong phân tích hóa chất BVTV ........................... 14
CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM ................................................................................... 17
2.1. Thiết bị, dụng cụ, hóa chất, chất chuẩn ................................................................. 17
2.1.1. Thiết bị ................................................................................................................ 17
2.1.2. Dụng cụ............................................................................................................... 17
2.1.3. Hóa chất .............................................................................................................. 17
2.1.4. Chất chuẩn và chuẩn bị dung dịch chuẩn ........................................................... 17
2.2. Đối tượng phân tích ............................................................................................... 20
2.3. Thu thập và bảo quản mẫu..................................................................................... 20
2.4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 23


2.4.1.
Phương pháp phân tích đồng thời đa nhóm dư lượng hóa chất BVTV trên
thiết bị LC-HRMS ........................................................................................................ 23
2.4.2. Nghiên cứu quy trình xử lý mẫu ......................................................................... 23
2.4.3.
Phân tích mẫu thực ...................................................................................... 24

2.5. Thực nghiệm .......................................................................................................... 24
2.5.1. Phân tích trên thiết bị UPLC- Orbitrap MS ........................................................ 24
2.5.1.1. Chương trình sắc ký......................................................................................... 24
2.5.1 .2. Điều kiện phân tích khối phổ Orbitrap MS .................................................... 25
2.5.2.

Xử lý mẫu .................................................................................................... 26

2.5.2.1. Mẫu nước ......................................................................................................... 26
2.5.2.2. Mẫu rau ............................................................................................................ 27
2.5.3. Ảnh hưởng của nền mẫu trong phân tích LC-Orbitrap MS đối với mẫu rau ..... 29
2.5.4.
Độ chính xác khối và cơ chế phân mảnh .................................................... 31
2.5.5. Đánh giá độ ổn định của tín hiệu phân tích và kiểm soát chất lượng................. 31
2.5.6. Xử lý số liệu ....................................................................................................... 32
2.5.7. Phân tích mẫu thực ............................................................................................. 32
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 33
3.1. Tối ưu hóa điều kiện sắc ký ................................................................................... 33
3.2. Tối ưu hóa điều kiện khối phổ Orbitrap và Độ chính xác khối .......................... 38
3.3. Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp phân tích ........................................... 44
3.3.1. Độ ổn định của tín hiệu phân tích ....................................................................... 44
3.3.2.
Khoảng tuyến tính ....................................................................................... 45
3.3.3. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp ............................ 48
3.3.4. Hiệu suất của quá trình chiết .............................................................................. 49
3.4. Kết quả phân tích mẫu thực ................................................................................... 52
3.4.1.
Mẫu nước ..................................................................................................... 52
3.4.2. Mẫu rau ............................................................................................................... 55
CHƯƠNG IV. KẾT LUẬN .......................................................................................... 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 58
CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN..................


DANH MỤC VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

ACN

Acetonitrile

Acetonitrile

ADI

Acceptable daily intake

Lượng ăn vào hàng ngày chấp nhận
được

APCI

Atmospheric pressure ionization

Ion hóa tại áp suất khí quyển

BVTV

Bảo vệ thực vật
Bộ Nông nghiệp và phát triển nông
thôn

BNNPTNT
BYT

Bộ Y tế

C

Concentration

Nồng độ

CI

Chemical impact

Tương tác hóa học

Certificated reference Material

Mẫu đối chứng được chứng nhận

CRM
CTPT
DCM

Công thức phân tử
Dichlormethane

Dichlormethane

EI

Electron ionization

Ion hóa va chạm điện tử

EN

European Nations

Liên minh Châu Âu

ESI

Electrospray ionization

Ion hóa va chạm điện tử

Ethanol

Ethanol

EU

European union

Hội đồng Châu Âu

FA

Formic acid

Axit formic

Found agriculture organization

Tổ chức Nông nghiệp và lương
thực Liên hợp quốc

FWHM

Full width at half maximum

Độ rộng lớn nhất tại ½ chiều cao
pic

GC-MS

Gas chromatography- mass spectrometry

Sắc ký khí ghép nối khối phổ

Ultrahigh performance liquid
chromatography- high resolution mass

spectrometry

Sắc ký lỏng (siêu hiệu năng cao)
ghép nối khối phổ (phân giải cao)

MDL

Method of detection limit

Giới hạn phát hiện của phương
pháp

MeOH

Methanol

Methanol

Matrix effect

Ảnh hưởng của nền mẫu

MQL

Method of quantification limit

Giới hạn định lượng của phương
pháp

MRL

Method of residue limit

Dư lượng tối đa

Mass per

Tỷ lệ giữa khối lượng và điện tích

EtOH

FAO

(UP)LC-(HR)MS

ME

m/z


Chữ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

OPs-

Organophosphorus groups

Nhóm cơ photpho (Lân hữu cơ)

ppb

Part per billion

Nồng độ/hàm lượng phần tỉ

ppm

Part per million

Nồng độ/hàm lượng phần triệu

Recovery

Hiệu suất toàn bộ quá trình xử lý
mẫu

RE

Recovery extraction

Hiệu suất chiết mẫu

RF

Fluorescence detector

Đầu dò huỳnh quang

Relative standard deviation

Độ lệch chuẩn tương đối

RT

Retention time

Thời gian lưu

SD

Standard deviation

Độ lệch chuẩn

SE

Solvent extraction

Chiết dung môi

R

RSD

Spic
SPE

Diện tích pic
Solid phase extraction

Chiết pha rắn

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TLTK

Tài liệu tham khảo

V
WHO

Volume

Thể tích

World health organization

Tổ chức Y tế thế giới


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1. Quy định của Việt Nam về ngưỡng cho phép của hoạt chất BVTV ............. 9
Bảng 1. 2. Phương pháp phân tích đa nhóm dư lượng thuốc BVTV ........................... 12
Bảng 2. 1. Danh mục 53 hoạt chất BVTV phân tích trên thiết bị LC- Orbitrap MS ... 18
Bảng 2. 2. Chuẩn bị các dung dịch chuẩn làm việc...................................................... 19

Bảng 2. 3. Chuẩn bị các dung dịch chuẩn làm việc có nội chuẩn ................................ 20
Bảng 2. 4. Thông tin mẫu nước mặt phân tích trong luận văn ..................................... 20
Bảng 2. 5. Các mẫu rau phân tích trong luận văn......................................................... 22
Bảng 2. 6. Chương trình gradient pha động ................................................................. 25
Bảng 3. 1. Thời gian lưu của chất phân tích trong dung dịch chuẩn và nền mẫu ........ 36
Bảng 3. 2. Độ chính xác khối của các chất phân tích trong dung dịch chuẩn và trong nền
mẫu ............................................................................................................................... 40
Bảng 3. 3. Thông tin về phân mảnh của các chất phân tích ......................................... 42
Bảng 3. 4. Độ lệch chuẩn tương đối của tín hiệu phân tích khi phân tích lặp lại liên tục
trong ngày và ở điều kiện nhiệt độ khác nhau .............................................................. 44
Bảng 3. 5. Phương trình đường chuẩn của các chất phân tích ..................................... 46
Bảng 3. 6. MDL và MQL của phương pháp phân tích ................................................. 48
Bảng 3. 7. ME, RE, R (%) của quá trình chiết mẫu ..................................................... 50
Bảng 3. 8. Kết quả phân tích mẫu nước mặt tại 5 khu vực .......................................... 52


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1. Hóa chất Bảo vệ thực vật ............................................................................... 2
Hình 1. 2. Chu trình phát tán của hóa chất BVTV trong hệ sinh thái nông nghiệp ....... 5
Hình 1. 3. Sơ đồ thiết bị sắc ký lỏng khối phổ phân giải cao ....................................... 13
Hình 1. 4. Cấu trúc Orbitrap MS .................................................................................. 14
Hình 2. 1. Vị trí lấy mẫu nước tưới .............................................................................. 21
Hình 2. 2. Điều kiện nhận biết chất bằng khối phổ phân giải cao Orbitrap MS .......... 26
Hình 2. 3. Quy trình xử lý mẫu nước ........................................................................... 27
Hình 2. 4. Quy trình xử lý mẫu rau .............................................................................. 29
Hình 2. 5 Thiết kế thí nghiệm đánh giá độ thu hồi, ảnh hưởng của nền mẫu và độ thu
hồi toàn bộ quá trình xử lý mẫu rau.............................................................................. 30
Hình 3. 1. Sắc đồ tổng phân tách đồng thời đa nhóm 53 hoạt chất BVTV trên các cột
pha đảo khác nhau: (a) cột PFP Hypersil GOLD, (b) cột Hypersil ODS, (c) cột
HyperClone ................................................................................................................... 34

Hình 3. 2. Cấu tạo của pha tĩnh PFP............................................................................. 34
Hình 3. 3. Sắc đồ 3 chất phân tích trong dung môi và nền mẫu rau (a) (đợt 1), trong
dung môi và nền mẫu nước (b) (đợt 2) ......................................................................... 36
Hình 3. 4. Phân mảnh của Carbaryl (phân tích trên chế độ FullMS-confirmation) ..... 39
Hình 3. 5. Độ ổn định của 3 chất chuẩn đồng hành trong dung dịch chuẩn và trong mẫu
nước .............................................................................................................................. 45
Hình 3. 6. Hàm lượng hoạt chất BVTV phát hiện trong mẫu nước ............................. 54
Hình 3.7. Sự phân bố một số hoạt chất BVTV trong các mẫu nước mặt ở 5 làng rau trên
địa bàn Hà Nội .............................................................................................................. 55
Hình 3. 8. Sắc đồ mẫu rau cải cúc (a) và rau xà lách (b) .............................................. 56


MỞ ĐẦU
Hóa chất bảo vệ thực vật được coi là một công cụ quan trọng trong việc bảo vệ
mùa màng, giữ vững an ninh lương thực đối với quốc gia phát triển nền sản xuất kinh
tế nông nghiệp chủ yếu như Việt Nam. Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, sử
dụng các hóa chất này đã có nhiều sự thay đổi mạnh mẽ, nhiều hoạt chất mới có phương
thức tác động khác trước, hiệu lực cao, liều lượng thấp với dịch hại ra đời. Tuy nhiên,
việc lạm dụng, thiếu kiểm soát và sử dụng các hóa chất sai quy trình đã để lại nhiều hậu
quả nghiêm trọng như: phá vỡ cân bằng hệ sinh thái đồng ruộng, gây ô nhiễm nguồn
nước, ô nhiễm môi trường sống, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của không chỉ người tiêu
dùng mà còn tới chính những người trực tiếp tham gia sản xuất. Thực tế, đã có rất nhiều
công trình nghiên cứu, tài liệu khoa học, báo cáo công bố về phân tích hóa chất bảo vệ
thực vât. Tuy nhiên, đa phần đều nghiên cứu thực nghiệm trên từng nhóm hóa chất riêng
biệt như cơ clo, cơ photpho, carbamate…đối với thiết bị sắc ký khí hoặc sắc ký lỏng
chứ chưa có nhiều công bố về phân tích đồng thời đa nhóm dư lượng các hoạt chất này
trên hệ thống sắc ký lỏng. Mặt khác, ở Việt Nam, còn rất nhiều các hoạt chất bảo vệ
thực vật chưa được quy định về việc sử dụng hay ngưỡng cho phép có mặt trong môi
trường, nông sản hay trong thực phẩm. Việc nghiên cứu phát hiện dư lượng các hóa
chất bảo vệ thực vật tồn dư trong môi trường và thực phẩm giúp cho người tiêu dùng

bảo vệ được sức khỏe của mình trước ma trận thực phẩm không an toàn. Xuất phát từ
nhu cầu cấp thiết của xã hội, chúng tôi đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu sàng lọc các
thuốc bảo vệ thực vật trong mẫu nước tưới và mẫu rau trên thiết bị sắc ký lỏng
khối phổ phân giải cao LC/HRMS”. Mục đích của đề tài này là nghiên cứu xây dựng
một quy trình phân tích phù hợp để xác định đồng thời nhiều nhóm thuốc trừ sâu khác
nhau trên thiết bị LC/HRMS hiện có, đồng thời đánh giá các yếu tố ảnh hưởng của thiết
bị và nền mẫu tới hiệu suất thu hồi của quá trình phân tích. Từ đó, áp dụng quy trình
phân tích đã được xây dựng để xác định được nhiều nhóm thuốc trừ sâu khác nhau trong
các mẫu môi trường và thực phẩm (nước và rau).

1


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về hóa chất bảo vệ thực vật
1.1.1. Giới thiệu chung về hóa chất bảo vệ thực vật
Hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV) là thuật ngữ chung chỉ các chất hóa học tổng
hợp, những chế phẩm sinh học, những chất có nguồn gốc thực vật, động vật, được điều
chế để chống lại các tác nhân gây hại mùa màng từ môi trường bên ngoài như nấm, côn
trùng, cỏ dại và chuột. Bên cạnh đó, nhiều loại hóa chất BVTV còn có khả năng làm
tăng năng suất cây trồng và chất lượng sản phẩm nông nghiệp [20], [70]. Theo tổ chức
Nông nghiệp và lương thực Liên hợp quốc (FAO), hóa chất BVTV được định nghĩa là
một hỗn hợp các chất hóa học được điều chế với mục đích phòng chống, ngăn ngừa và
tiêu diệt, kiểm soát các tác nhân gây hại từ tự nhiên như động, thực vật và các trung
gian truyền bệnh, cùng một số các bộ phận phát triển theo xu hướng gây hại cho chính
cây trồng. Ngoài ra, chúng còn là công cụ hữu ích tăng chất lượng và sức khỏe cây
trồng, giảm rụng lá, chống rụng quả sớm…

Hình 1. 1. Hóa chất Bảo vệ thực vật
Hiện nay, danh mục các hóa chất BVTV trên thế giới đã tăng đến hàng nghìn

[34]–[54], thuộc hơn 100 nhóm khác nhau. Trong đó, các nhóm benzoylurea,
carbamate, cơ phốt pho, pyrethroid, sulfonylurea, triazine được sử dụng rất rộng rãi
trong nông nghiệp [45]. Ước tính, hàng năm, thế giới sử dụng khoảng 2,5 triệu tấn hóa
chất BVTV phục vụ cho nông nghiệp. Nhiều nghiên cứu khoa học đã chỉ ra nguy cơ
phơi nhiễm hóa chất BVTV với nồng độ cao có thể dẫn đến các căn bệnh hiểm nghèo
2


như ung thư, đột biến gen ở cơ thể người và động vật [11], [34], [48]-[50]. Do vậy, việc
sử dụng các hoạt chất này đang ngày càng được kiểm soát một cách nghiêm ngặt ở
nhiều quốc gia trên thế giới. Để đảm bảo an toàn thực phẩm cho người tiêu dùng và tạo
điều kiện thương mại quốc tế, đến nay, tổ chức Nông nghiệp và lương thực liên hợp
quốc (FAO) và tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã thiết lập dư lượng tối đa (MRL) cho
218 hoạt chất BVTV khác nhau có mặt trong 309 mặt hàng thực phẩm. Ở Mỹ, dư lượng
các hoạt chất này trong thực phẩm cũng được theo dõi và kiểm soát bởi Cơ quan Quản
lý thực phẩm và dược phẩm (FDA) (các loại trái cây, rau quả, ngũ cốc) và Bộ Nông
nghiệp Hoa Kỳ (USDA) (các loại thịt, sữa, trứng và nuôi trồng thủy hải sản). Còn theo
quy định của Ủy ban Châu Âu, MRL của từng thuốc BVTV trong thực phẩm đều phải
dưới 0,01 mg/kg [47]–[61]. Mức độ rủi ro phơi nhiễm tối thiểu được cho là có thể chấp
nhận được đối với cơ thể người (ADI, đơn vị mg/kg trọng lượng cơ thể) đã được Tổ
chức Nông nghiệp và thực phẩm kết hợp với tổ chức Y tế thế giới công bố tại chương
trình
quốc
tế
về
an
toàn
hóa
chất
(IPCS)

(WHO
/>1.1.2. Các dạng hóa chất bảo vệ thực vật được sản xuất trên thị trường

2018;

Về cơ bản, thuốc BVTV được sản xuất dưới các dạng sau [12], [13]:
- Thuốc sữa (viết tắt là EC hay ND): gồm các hoạt chất, dung môi, chất hóa sữa
và một số chất khác. Thuốc ở thể lỏng, trong suốt, tan trong nước thành dung dịch nhũ
tương tương đối đồng đều, không lắng cặn hay phân lớp.
- Thuốc bột thấm nước (viết tắt là WP, BTN): còn gọi là bột hòa nước, gồm hoạt
chất, chất độn, chất thấm ướt và một số chất phụ trợ khác. Thuốc ở dạng bột mịn, phân
tán trong nước thành dung dịch huyền phù, pha với nước để sử dụng.
- Thuốc phun bột (viết tắt là DP): chứa các thành phần hoạt chất thấp (dưới 10%)
nhưng chứa tỉ lệ chất độn cao, thường là đất sét hoặc bột cao lanh. Ngoài ra, thuốc còn
chứa các chất chống ẩm, chống dính. Ở dạng bột mịn, thuốc không tan trong nước.
- Thuốc dạng hạt (viết tắt là G hoặc H): gồm các hoạt chất, chất độn, chất bao viên
và một số chất phụ trợ khác.
1.1.3. Phân loại hóa chất bảo vệ thực vật
Theo tài liệu của Hội đồng châu Âu, thị trường hiện nay có khoảng 1209 hoạt
chất thuộc hơn 100 nhóm [31], [34], [54]. Có nhiều tiêu chí phân loại hóa chất BVTV
dựa trên công dụng, cấu trúc hóa học, nguồn gốc, con đường xâm nhập, độc tính…
Trong khuôn khổ đề tài này, nghiên cứu tập trung vào phân loại hóa chất BVTV dựa
theo cấu tạo hóa học của chúng.

3


1.1.3.1. Nhóm cơ clo (Clo hữu cơ)
Hóa chất BVTV thuộc nhóm clo hữu cơ là các hóa chất BVTV tổng hợp mà
trong cấu trúc phân tử chứa một hoặc nhiều nguyên tử Cl liên kết trực tiếp với nguyên

tử carbon. Chúng thường có độ độc cao (ở mức độ I hoặc II), điển hình là DDT, Lindan,
Endosulfan, Aldrin, BHC, Chlordan, DDE, Dieldrin, Eldrin, Heptachlor, Keltan,
Methoxyclor, rothan, Perthan, TDE, Toxaphen…Hầu hết các thuốc BVTV thuộc nhóm
này đã bị cấm sử dụng vì chúng là các chất hữu cơ khó phân hủy, tồn lưu lâu trong môi
trường [8]. Công ước Stockholm về các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy cũng quy
định về việc giảm thiểu và loại bỏ các hóa chất BVTV đa phần thuộc nhóm cơ clo [13].
Trong các hợp chất nêu trên, DDT và Lindan là những hóa chất được sử dụng nhiều
nhất ở Việt Nam từ trước những năm 1960 – 1993 [13].
1.1.3.2. Nhóm cơ phốt pho (Lân hữu cơ)
Nhóm thuốc BVTV cơ photpho (lân hữu cơ) là dẫn xuất của các ester trung tính
hay amide của acid phosphoric (mang gốc P-O) hay thiophosphoryl (P-S), được sử dụng
rộng rãi để diệt sâu bọ, côn trùng [11], [12].
Chúng ít tan trong nước nhưng tan tốt trong các dung môi hữu cơ. Hầu hết các
hóa chất thuộc nhóm này cũng đã bị cấm do độc tính cao. Tuy nhiên, chúng lại kém
bền, có thể phân hủy nhanh trong cơ thể sống và môi trường hơn nhóm clo hữu cơ.
Nhóm hợp chất này và sản phẩm chuyển hóa của chúng tập trung cao ở gan và thải ra
ngoài theo đường tiết niệu ở các động vật có vú. Một số thuốc BVTV cơ photpho phổ
biến như: diazinon, dichlorvos, dimethoate, malathion, methamidophos, triazophos,
trichlorfon…
1.1.3.3. Nhóm cơ nito
Hóa chất thuộc nhóm cơ nito (carbamate) là các dẫn xuất từ axit carbamic [12],
[10]. Chúng ít tan trong nước nhưng có khả năng tan trong nhiều dung môi hữu cơ, có
thời gian bán phân hủy nhanh. Đây là nhóm thuốc rất phổ biến trong nông nghiệp, được
dùng thay thế cho một số thuốc cơ clo như DDT hay cơ phot pho bởi chúng không bền,
dễ bị phân hủy dưới tác động của môi trường thành CO2 và NH3 [10]. Nhóm hoạt chất
này thường có giá thành không quá cao, hiệu lực ổn định, ít phụ thuộc vào ngoại cảnh
như nhóm lân hữu cơ. Một số hợp chất tiêu biểu gồm carbaryl, carbosulfan,
carbofuran…
1.1.3.4. Nhóm pyrethroid (họ cúc tổng hợp)
Hoạt chất pyrethroid được chiết xuất từ cây hoa cúc pyrethrum

cinerariaetrifolium, gây độc cấp tính yếu và tác động lên hệ thần kinh gây thiếu oxy,
đào thải qua đường nước tiểu. Các hợp chất này ít tan trong nước, tan được trong nhiều
dung môi hữu cơ, phân hủy nhanh và ít tích lũy trong môi trường.
4


1.1.4. Ảnh hưởng của hóa chất bảo vệ thực vật
1.4.1.1. Ảnh hưởng đến môi trường
Hóa chất BVTV khi được phun rải, một phần sẽ được đưa vào cơ thể động thực
vật qua quá trình hấp thụ, sinh trưởng, phát triển hay qua chuỗi thức ăn; một phần khác
sẽ rơi vãi ra ngoài, bay hơi vào mô trường hay bị cuốn theo nước mưa, dòng chảy đi
vào đất, nước, không khí… gây ô nhiễm môi trường [13].

Hình 1. 2. Chu trình phát tán của hóa chất BVTV trong hệ sinh thái nông nghiệp
Hóa chất BVTV đi vào trong đất do các nguồn: phun xử lý đất, các hạt thuốc rơi
vào đất, theo mưa lũ, theo xác sinh vật vào đất. Theo kết quả nghiên cứu phun thuốc
cho cây trồng có tới 50% số thuốc rơi xuống đất, ngoài ra, còn một số thuốc rải trực tiếp
vào đất. Khi vào đất, một phần thuốc trong đất được cây hấp thụ, phần còn lại được keo
đất giữ lai. Thuốc tồn tại trong đất dần dần được phân giải qua hoạt động sinh học của
đất và qua các tác động của các yếu tố lý, hóa. Tuy nhiên, tốc độ phân giải chậm nếu
thuốc tồn tại với lượng lớn, nhất là trong đất có hoạt tính sinh học kém.
Theo chu trình tuần hoàn, hóa chất BVTV tồn tại trong môi trường đất sẽ rò rỉ ra
ngòi theo các mạch nước ngầm hay do quá trình rửa trôi, xói mòn gây ra ô nhiễm. Mặt
khác, nước có thể bị nhiễm thuốc trừ sâu nặng nề do người sử dụng đổ hóa chất dư thừa,
chai lọ chứa hóa chất, rửa dụng cụ ở các kênh mương hoặc do nước mưa chảy tràn từ
các kho hóa chất BVTV tồn lưu [8].
Rất nhiều loại hóa chất BVTV có khả năng bay hơi và thăng hoa. Khi phun thuốc,
dưới tác động của các điều kiện tự nhiên, thuốc có thể lan truyền đến những khoảng
cách xa, đóng góp vào việc ô nhiễm môi trường không khí.
5

1.1.4.2. Ảnh hưởng tới con người và động vật
Hóa chất BVTV thường là các chất hóa học có độc tính cao nên rất độc hại đối
với sức khỏe con người và là đối tượng có nguy cơ cao gây ô nhiễm nghiêm trọng nếu
không được quản lý chặt chẽ [13], . Các độc tố trong hóa chất BVTV xâm nhập vào rau
quả, cây lương thực, thức ăn gia súc và động vật sống trong nước rồi xâm nhập vào các
loại thực phẩm, thức uống như thịt, cá, sữa, trứng…, đi vào cơ thể con người và đông
vật chủ yếu theo ba con đường: tiêu hóa (97,3%), qua da và hô hấp chỉ chiếm lần lượt
1,9% và 1,8% [12]. Dư lượng hóa chất BVTV vượt quá giới hạn cho phép trong nông
sản, thực phẩm là mối đe dọa đối với sức khỏe con người, gây nên các hôi chứng về
thần kinh, tim mạch, hô hấp, tiêu hóa… và gây ra các căn bệnh hiểm nghèo. Đây là vấn
đề nhức nhối hiện nay của toàn xã hội trước ma trận thực phẩm không an toàn, đặc biệt
là trong quản lý sử dụng hóa chất BVTV đối với rau, củ, quả. Mặt khác, các công nhân
làm việc trực tiếp với hóa chất (sản xuất, thủ kho thuốc, đi phun thuốc…) cũng có nguy
cơ chịu rủi ro nhiễm độc do tiếp xúc với các loại hóa chấy này nếu như không được
trang bị phòng tránh cẩn thận, nghiêm ngặt. Tùy theo mức độ ngộ độc, chúng có thế
gây ra:
-

Ngộ độc cấp tính: xảy ra khi chất độc xâm nhập vào cơ thể với liều lượng lớn,

phá hủy mạnh các chức năng sống, thể hiện qua các triệu chứng rõ ràng, đặc trưng của
mỗi loại chất độc, thậm chí gây chết sinh vật
- Ngộ độc mãn tính: xảy ra khi chất độc xâm nhập vào cơ thể với liều lượng nhỏ,
nhiều lần, trong thời gian dài, được tích lũy lại trong cơ thể sinh vật, triệu chứng thể
hiện chậm, lâu dài theo thời dan, gây tổn thương cho các cơ quan của cơ thể, gây đột
biến, ung thư,… thậm chí tử vong
Khi đi vào cơ thể, chất độc phải tồn lưu một thời gian, ở nồng độ nhất định thì
mới có thể phát huy tác dụng. Tùy từng đối tượng và điều kiện khác nhau và tác động

trên cơ thể của các hoạt chất BVTV cũng khác nhau:
- Tác động cục bộ, toàn bộ: chất độc chỉ gây ra những biến đổi tại những mô mà
nó trực tiếp tiếp xúc hoặc lan ra khắp cơ thể
- Tác động tích lũy: khi sinh vật tiếp xúc với chất độc nhiều lần, quá trình hấp thu
nhanh hơn quá trình bài tiết sẽ xảy ra hiện ượng tích lũy. Mặt khác, tích lũy cũng có thể
do việc sử dụng thuốc lặp đi lặp lại nhiều lần.
- Tác động liên hợp: khi hỗn hợp hai hay Trong cơ thể sinh vật, độ độc của chúng
có thể tăng lên nếu chúng biến đổi thành những chất độc tính cao hơn; hoặc giảm thậm
chí mất tính độc do phản ứng với các chất trong cơ thể dưới tác động của men phân hủy
và phản ứng thủy phân, trao đổi. Mặt khác, độ độc của thuốc cũng có thể không biến
đổi ứng với một số hoạt chất đặc biệt (như sulfat đồng). Chất độc chỉ phát huy được
6


tính độc khi chúng đạt một lượng đủ lớn và tồn tại trong cơ thể sinh vật một thời gian
đủ dài, dựa trên các phản ứng với protein, gây tê liệt hệ men, ngăn cản sự tạo vitamin,
phá hủy các chức năng sống cơ bản làm sinh vật ngộ độc rồi chết. Nồng độ chất độc
càng tăng, thời gian tích lũy trong cơ thể càng dài thì độc tố càng tác động sâu sắc đến
cơ thể sinh vật [12], [34], [47]–[50].
1.1.5. Thực trạng và tình hình kiểm soát thuốc BVTV ở Việt Nam
Ở nước ta, từ những năm 1990 đến nay, kinh tế chuyển từ tập trung bao cấp sang
kinh tế thị trường, tất cả các thành phần kinh tế đều được phép kinh doanh thuốc BVTV.
Nguồn hàng phong phú, nhiều chủng loại, mạng lưới phân phối khắp cả nước được hình
thành, giá cả ổn định, người nông dân có điều kiện lựa chọn thuốc. Trung bình hằng
năm, Việt Nam nhập khẩu, kinh doanh, buôn bán, sử dụng khoảng 100000 tấn. Tuy
nhiên, khoảng 32-40% số thuốc được nhập khẩu, sau đó gia công và xuất đi các nước
khác, không sử dụng trong nước. 10% là các loại thuốc xông hơi khử trùng để xử lý
hàng nông sản trước khi xuất khẩu nhằm diệt các loại bệnh trên nông sản. Thực tế, mỗi
năm nước ta sử dụng khoảng 30000 tấn thuốc trừ sâu bệnh. Mặc dù công tác quản lý
thuốc đã được nêu cao nhưng nguồn cung ứng và lưu thông quá rộng đã gây khó cho

công tác quản lý, quá nhiều tên thuốc đẩy người sử dụng vào ma trận khó lựa chọn được
thuốc tốt và việc hướng dẫn kĩ thuật gặp không ít khó khăn. Tình trạng thị trường tràn
những loại thuốc độc hại cấm sử dụng, thuốc hết hạn…; hiện tượng nhập lậu các loại
thuốc (bao gồm cả thuốc cấm, thuốc ngoài danh mục, thuốc hạn chế sử dụng) đã từng
là vấn đề chưa thể kiểm soát nổi. Nhưng, kể từ năm 2016 đến nay, số lượng thuốc tồn
đọng không được sử dụng, nhập lậu bị thu giữ đã giảm thiểu đáng kể thông qua các đợt
tăng cường rà soát dọc các tỉnh biên giới, tăng cường ra quân truy quét của các tổ công
tác, các lực lượng chức năng. Điều đáng lo ngại là thuốc tồn dư bị lưu giữ trong các kho
chứa tồi tàn hoặc bị chôn vùi dưới đất không đúng kĩ thuật nên nguy cơ phát tán vào
môi trường rất cao.
Ở một khía cạnh khác, thực trạng lạm dụng thuốc trên hầu hết các loại cây trồng
của người nông dân thực sự là hồi chuông báo động đến với toàn thể cộng đồng xã hội.
Nhiều người mua thuốc về còn tự ý tăng nồng độ thuốc cao hơn khuyến cáo hoặc pha
trộn nhiều loại thuốc trong một lần phun cho “chắc ăn”. Một bộ phận không nhỏ nông
dân, nhất là ở vùng miền núi còn khá mơ hồ về các đối tượng dịch gây hại, việc sử dụng
thuốc BVTV theo nguyên tắc 4 đúng (đúng thuốc, đúng lúc, đúng liều lượng- nồng độ
và đúng cách) cũng như việc lơi là vận chuyển và xử lý bao gói thuốc sau sử dụng. Phần
lớn họ vứt bỏ vỏ thuốc sau khi sử dụng ngay tại ruộng đồng, rửa bình phun ngay trong
kênh mương, ao sở tại. Nước thải tử việc rửa các dụng cụ phun thuốc được đổ trực tiếp
hoặc tưới tiêu ngay trong ruộng. Thói quen này đã đưa một dư lượng lớn thuốc BVTV
7


vào nước trong kênh, mương, gây ô nhiễm nguồn nước mặt. Hiện nay còn xuất hiện
tình trạng người sử dụng phun trực tiếp hóa chất BVTV lên nông sản trước ngày thu
hoạch, ngâm rau quả vào thuốc để bảo quản lâu ngày hoặc kích thích quả ra nhanh. Đây
là nguyên nhân làm tăng lượng hóa chất BVTV trong các sản phẩm rau, củ, quả gây
nguy hiểm đến sức khỏe người tiêu dùng. Theo điều tra của Cục Y tế dự phòng về môi
trường Việt Nam, hàng năm có trên 5000 trường hợp nhiễm độc hóa chất do thuốc
BVTV phải cấp cứu tại các bệnh viện và trên 300 trường hợp tử vong. Điều này diễn ra

đang có xu hướng ngày càng tăng lên một cách tiêu cực bởi thuốc BVTV hiện nay gần
như được sử dụng ở tất cả các mặt hàng nông sản.
Hàng năm, căn cứ vào kết luận của cơ quan thẩm định thuốc BVTV và Hội đồng
Tư vấn thuốc BVTV Quốc Gia, Cục BVTV đều rà soát, xem xét để trình Bộ Nông
nghiệp và phát triển nông thôn ban hành :Danh mục thuốc BVTV được phép sử dụng,
hạn chế sử dụng, cấm sử dụng ở Việt Nam” để bảo vệ sức khỏe người dân và môi
trường. Trong năm 2017, Bộ NNPTNT đã loại bỏ 6 hoạt chất gồm: trichlorfon,
carbofuran, 2.4D paraquat [3], carbendazim, benomyl, thiophanate-methyl [2] ra khỏi
danh mục thuốc được phép sử dụng tại Việt Nam. Ngày 28/08/2018, thêm 4 hoạt chất
gồm: acephate, diazinon, malathion, zinc phosphide tiếp tục bị loại ra khỏi danh mục
này [4]. Việc loại bỏ này được thực hiện theo quy định của Luật Bảo vệ và kiểm định
thực vật do chúng có độ độc cao, ảnh hưởng sức khỏe con người, ảnh hưởng môi trường
hoặc là những loại thuốc có hiệu lực sinh học thấp. Tính đến hết năm 2018, theo thông
tư số 03 của BNNPTNT [5], có 1792 hoạt chất thuộc tất cả các nhóm trừ sâu, trừ bệnh,
trừ chuột, diệt ốc, côn trùng… được phép sử dụng ở nước ta; 31 hoạt chất bị cấm sử
dụng gồm 23 hoạt chất thuốc trừ sâu (Aldrin, BHC, Lindane, Cd, Carbofuran,
Chlordane, Chlordimeform, DDT, Dieltdrin, Endosulfan, endrin, heptachlor,
isobenzene, isodrin, Pb, Methamidophos, methyl parathion, monocrotophos, parathion
ethyl, sodium pentachlorophenate monohydrate, pentachlorophenol, phosphamidon,
polychlorocamphene, trichlorfon), 6 hoạt chất trừ bệnh (As, captan, captafol,
hexachlorobenze, Hg, Se), 1 thuốc diệt chuột (Tl), 1 thuốc trừ cỏ (2.4.5 T) chủ yếu thuộc
nhóm cơ clo và cơ phot pho. Theo các tài liệu mới nhất, Cục BVTV đang tiếp tục rà
soát và sẽ tiếp tục trình Bộ trưởng Bộ NNPTNT xem xét loại bỏ 3 hoạt chất khác gồm
Fipronil, Chlorpyrifos và Glyphosate trong năm 2019 này. Nghiên cứu này lựa chọn
phân tích 53 chất thuộc 26 nhóm khác nhau bao gồm 09 chất nhóm cơ photpho, 03 chất
carbamate, 02 benzoylurea, 02 neonicotinoid, 02 oxidiazole, 02 phenylurea, 03
strobilurin, 03 sulfonylurea và các nhóm khác rồi tiến hành thực nghiệm (chi tiết xem
Bảng 2.1). Trong 53 chất được phân tích trong luận văn, mới chỉ có 11 hóa chất nằm
trong danh mục cấm sử dụng tại Việt Nam theo Thông tư số 03 TT03/2018/BNNPTNT,
8

chủ yếu là nhóm Cơ phot pho (parathion-methyl, trichlorfon, diazinon, triazophos), Cơ
clo (pentachlorophenol), Carbamate (carbofuran, carbosulfan, carbaryl, methomyl),
Phenylurea (linuron), benzimidazole (carbendazim). Tại Việt Nam, Bộ Y tế có ban hành
thông tư 50 (TT50/2016/BYT) [7] quy định giới hạn tối đa dư lượng cho phép của 72
hoạt chất BVTV trên một số nền mẫu rau, hiện nay còn rất nhiều hóa chất chưa có quy
định về giới hạn này, 13 hoạt chất trong số đó được lựa chọn phân tích. Còn theo QCVN
15: 2008/BTNMT, dư lượng tối đa của hoạt chất BVTV là 0,1 mg/kg đất khô. Trên thế
giới, dư lượng thuốc bảo vệ thực vật tối đa cho phép trong thực phẩm đã được kiểm
soát rất nghiêm ngặt và có quy định rõ ràng, ở Châu Âu [28], [61], [70], và ở Mỹ [68]
tối đa 0,01 mg/kg.
Bảng 1. 1. Quy định của Việt Nam về ngưỡng cho phép của hoạt chất BVTV
Trong thực phẩm
STT

Tên chất

ADI
(mg/kg thể
trọng)

TT 50/2016BYT [7]
mg/kg

Trong đất khô
QCVN 15:
2008/BTNMT [6]
mg/kg đất khô

Rau họ bắp cải: 5
Rau củ: 10
Rau gia vị: 70
Xà lách: 3

1

Azoxystrobin

0-0,2

2

Carbaryl

0-0,008

3

Carbendazim

0,03

4

Carbofuran

0-0,001

Hạt cà phê: 1

5

Carbosulfan

0-0,01

Củ cải đường: 0,3

6

Chlorantraniliprole

0-2

Rau họ bắp cải: 2
Rau ăn lá: 20

7

Cyproconazole

0-0,02

Nội tạng động vật:
0,5

Trấu gạo: 50
Xà lách: 5

8

Diazinon

0-0,005

Bắp cải: 0,5
Rau họ cải: 0,05
Xà lách: 0,5

9

Dichlorvos

0-0,004

Cám gạo chưa chế
biến: 15

10

Difenoconazole

0-0,01

Rau họ bắp cải: 2
Xà lách: 2

11

Diflubenzuron

0-0,02

ớt khô: 20

9

0,05


Trong thực phẩm
STT

Tên chất

ADI
(mg/kg thể
trọng)

TT 50/2016BYT [7]
mg/kg

Trong đất khô
QCVN 15:
2008/BTNMT [6]
mg/kg đất khô

12

Dimethoate

0,002

Xà lách: 0,3
Rau họ cải: 0,2
Bắp cải: 2

13

Dinotefuran

0-0,2

Rau họ bắp cải: 2
Rau ăn lá: 6

14

Fenoxaprop-p-ethyl

0,10

15

Trichlorfon

0,05

16

Parathion-methyl

0,01

17

pentachlorophenol

0,01

0,05

Tổng quan về phương pháp phân tích dư lượng thuốc BVTV trong mẫu rau
và mẫu nước
1.2.1. Phương pháp phân tích sắc ký
1.2.

Hơn 1000 hoạt chất thuộc hơn 100 nhóm khác nhau có mặt trong thực phẩm và
môi trường, sự khác nhau về tính chất hóa học và tính chất vật lý như tính bay hơi, tính
axit-bazo hay trung tính; tính đặc trưng của các nhóm cấu tạo chứa dị tố halogen, phốt
pho, lưu huỳnh hoặc nito… đặt ra một thách thức lớn cho việc phân tích đồng thời các
hợp chất mà có thể phát hiện được hàm lượng thấp. Các quy định và tài liệu hướng dẫn
gần đây về phân tích thực phẩm và môi trường, đặc biệt ở châu Âu, Mỹ, châu Á (Quyết
định số 2002/657/EC của Ủy ban châu Âu, của FDA năm 2003, Bộ y tế Nhật Bản năm
2006, Ủy ban châu Âu DG-SANCO số 3131/2007) yêu cầu sàng lọc thuốc BVTV đều
sử dụng phương pháp sắc ký khí khối phổ (GC/MS) và sắc ký lỏng khối phổ (LC/MS)
[34]. Đầu những năm 1970, việc phân tách thuốc BVTV chủ yếu được thực hiện trên
thiết bị sắc kí còn phát hiện và định lượng chủ yếu dùng detector bắt giữ điện tử (ECD),
nito-phot pho (NPD) hay detector quang hóa ngọn lửa (FPD) đối với sắc ký khí và UV,

diode array, huỳnh quang đối với sắc ký lỏng. Ngày nay, việc ghép nối detector vạn
năng MS cùng kiểu ion hóa thích hợp với thiết bị tách sắc ký tạo thành hệ thống sắc ký
khí ghép nối khối phổ hoặc 2 lần khối phổ sử dụng nguồn ion hóa va chạm điện tử (GCEI-MS, GC-EI-MS/MS), sắc ký khí khối phổ sử dụng nguồn ion hóa hóa học (GC-CIMS) [11], [19], [35], [50], [52], [69], sắc ký lỏng khối phổ hoặc 2 lần khối phổ sử dụng
nguồn ion hóa tia lửa điện (LC-ESI-MS LC-ESI-MS/MS) [37], [38] giúp chọn lọc ion
10


phân tử và các phân mảnh thích hợp để giảm tín hiệu nhiễu của nền mẫu. Đây được coi
là một công cụ mang lại hiệu quả rất tốt trong lĩnh vực tách và phân tích hoạt chất BVTV
trong mẫu môi trường và thực phẩm bởi cho độ nhạy rất cao (0,1-1 ng), độ chọn lọc
cao. Trong đó, LC-MS/MS với cột tách pha đảo được sử dụng phổ biến nhất trong phân
tích lượng vết, siêu vết thuốc trừ sâu, đặc biệt là trong phân tích đa nhóm dư lượng [56].
Sắc ký lỏng ghép nối khối phổ (LC-MS) là một trong những phương pháp sắc
ký hiện đại nhất hiện nay. Phương pháp này ngày càng phát triển và được ứng dụng
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: dược phẩm, môi trường, nông sản, kiểm nghiệm thực
phẩm, hình sự… Thiết bị LC-MS được cấu tạo gồm 2 phần: Phần sắc ký lỏng (LC)
dùng để phân tách các chất, chủ yếu dựa trên độ phân cực và đưa ra thông tin dưới dạng
thời gian lưu. Phần khối phổ (MS) hay còn gọi là đầu dò mang nhiệm vụ tách các ion
dựa vào tỉ lệ giữa khối lượng và điện tích (m/z). Trong hệ thống sắc ký lỏng, pha tĩnh
(hay còn gọi là cột tách) chứa các vật liệu nhồi bên trong cột và pha động chứa các dung
môi chảy qua cột. Hệ dung môi pha động sẽ mang các chất phân tích có trong mẫu đi
dọc theo cột, tương tác với các pha. Các phân tử có tương tác nhiều với pha tĩnh sẽ có
xu hướng bị giữ lại trong cột và tách ra sau, nghĩa là thời gian lưu của các phân tử này
sẽ lớn hơn các phân tử ít tương tác với pha tĩnh trong cột, nhờ đó, các chất được phân
tách khỏi nhau. Sau khi đi ra khỏi cột tách, các chất phân tích sẽ đi vào buồng ion hóa
và bị ion hóa, được nhận biết bằng hệ thống khối phổ. Do vậy, phương pháp sắc ký lỏng
ghép nối khối phổ được dùng để định lượng các chất cần phân tích. Phương pháp khối
phổ là phương pháp nghiên cứu các chất bằng cách đo, phân tích chính xác khối lượng
phân tử của chất đó dựa trên sự chuyển động của các ion nguyên tử hay phân tử trong
một điện trường nhất định. Tỉ số giữa khối lượng và điện tích (m/z) ảnh hưởng rất lớn

đến chuyển động này của ion. Một đầu dò khối phổ cơ bản gồm 4 phần là bộ phận dẫn
mẫu, nguồn ion hóa, bộ phân tách khối lượng ion (mass analyzer) và ion detector [9].
Đáng chú ý, sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật ngày nay đã đưa
đến sử dụng khối phổ phân giải cao (độ phân giải > 10000- FWHM) cho ưu thế tuyệt
vời về độ chính xác khối (< 5 ppm) và độ nhạy của thiết bị , tiêu biểu có thể kể đến khối
phổ thời gian bay (TOF, Q-TOF) và Orbitrap có tác dụng rất tốt trong việc phân tích
sàng lọc lượng vết và siêu vết thuốc BVTV trong nền mẫu thực phẩm. Những năm gần
đây, sắc ký lỏng ghép nối khối phổ phân giải cao Orbitrap (LC-HRMS) đã được áp dụng
trong các nghiên cứu về phản ứng sinh học của con người. Cụ thể, năm 2016, Cortejade
cùng cộng sự đã phát triển thành công phương pháp phân tích sàng lọc mục tiêu và định
lượng đa nhóm 38 chất chuyển hóa trong nước tiểu trong đó bao gồm 12 hoạt chất
BVTV, các chất chuyển hóa và các chất có tính chất tương tự với chúng. Tương tự,

11


Roca cùng cộng sự năm 2014 dã phát triển phương pháp phân tích định lượng các chất
chuyển hóa từ thuốc BVTV trong nước tiểu bằng phương pháp LC-HRMS [24].
Bảng 1. 2. Phương pháp phân tích đa nhóm dư lượng thuốc BVTV
Số lượng
chất phân
tích

Nền mẫu

12

Xà lách

10

Độ nhạy (ng/g) hoặc
(ng/mL)

Phương pháp
phân tích

Kiểu detector MS

QuEChERS

GC/MS

Single quadrupole

Nước môi
trường

LPME

GC-EI-MS

5

Nước mặt

SPE

GC-ECD

4 (OPs-)

Rau quả

SE, SPE

GC-NPD

[11]

6

Nước mặt

SPE

GC/ECD,
GC/NPD

[69]

10
(carbamate)

Nước, rau,
gừng

SE, SPE

HPLC-RF

87

Hành củ

QuEChERS

UHPLC-HRMS

Orbitrap

13

Mật ong

QuEChERS

HPLC-MS/MS

QqQ

0,2 - 15

[38]

191

Rau quả

QuEChERS

LC-MS/MS

QqQ

1-5

[36]

60

Rau quả

QuEChERS

LC-MS/MS

QqQ

10 - 50

[62]

8

Nước máy,
nước ngầm

SE, SPE

LC-ESI-MS

Benchtop
quadrupole

0,1

[55]

14

Nước mặt,
nước ngầm

SPE

HPLC-ESIMS/MS

Q-IT

215

Nước mặt

SPE (HLB)

UPLC-ESIHRMS

Orbitrap

Xử lý mẫu

Single quadrupole

LOD

LOQ

0,62 -1,83

2,05 – 6,10

[19]

0,04 – 0,44

0,14 – 1,46

[50]

5 – 20

0,51 - 5

[35]

1,69 – 9,09

[10]

0,025 - 20

[22]

0,0004 –
0,00055

[25]
0,005

Phổ khối phân giải cao hiện nay phát triển 2 phiên bản là khối phổ thời gian bay
và khối phổ Orbitrap. Khối phổ thời gian bay (TOF) có 2 kĩ thuật là TOF-MS và
QqTOF-MS ghép nối sắc ký khí hoặc sắc ký lỏng đã được áp dụng trong lĩnh vực phân
tích dư lượng và nhận dạng thuốc BVTV, đặc biệt là trong lĩnh vực nhận dạng các chất
chưa biết (non-targeted compound), phân tích chuyển hóa… Thiết bị khối phổ thời gian
bay đo chính xác giá trị m/z dựa trên sự chênh lệch thời gian bay từ đầu vào bộ phận
MS đến bộ phận tách phân tích ion khối, với tốc độ cao, độ nhạy lớn và độ phân giải
cao (khoảng 10.000) với độ chính xác khối thường thấp hơn 2 mDa [34]. Hệ thống LCTOF-MS hiện nay đã cải tiến cho phép tự động hóa hiệu chuẩn bằng cách sử dụng nguồn
ion hóa kép và tham chiếu bù độ trôi của mảnh ion khối < 3 ppm. Do vậy, ưu điểm của
khối phổ thời gian bay là cho phép sàng lọc số lượng lớn chất phân tích (đặc biệt là
thuốc trừ sâu). Ngoài ra, TOF-MS cũng áp dụng thế phân mảnh cung cấp thông tin cấu
trúc thông qua mô hình phân mảnh đặc trưng của từng hợp chất cùng với phép đo khối

12

TLTK

[20]

lượng chính xác, tính theo đồng vị của nguyên tố và thành phần nguyên tổ trong ion
phân tử.
Kĩ thuật phổ khối phân giải cao thứ hai là khối phổ Orbitrap (Q-Exactive Orbitrap
hay Orbitrap MS) [57].

Hình 1. 3. Sơ đồ thiết bị sắc ký lỏng khối phổ phân giải cao
Hệ thống khối phổ phân giải cao (Q-Exactive Focus, Orbitrap MS) được bổ sung
các tính năng ưu việt hơn so với các khối phổ phân giải thấp như: có phần Quadrupole
chọn lọc các ion mẹ, nguồn S-lens rất nhạy và tốc độ scan cao (xử lý các tín hiệu nâng
cao). Chất phân tích sau khi đi ra khỏi cột tách sẽ được ion hóa ở buồng ion hóa theo
kiểu ion hóa tia điện ESI. Tại đây, dưới ảnh hưởng của điện thế cao và sự hỗ trợ của các
khí mang, mẫu được phun thành dạng sương và tích điện trên bề mặt. Các hạt nhỏ tích
điện này được “transfer tube” đưa vào các bộ phận tiếp theo, loại bỏ bớt thành phần tạp
và chọn lọc các ion mẹ quan tâm đi vào buồng C-trap. Tại đây, các mảnh khối sẽ được
phân lập rồi đi vào buồng ion trap. Các ion bị giữ lại do lực hút tĩnh điện của chúng với
điện cực bên trong nằm cân bằng với quán tính. Do đó, các ion quay vòng quanh điện
cực tạo ra quỹ đạo hình elip [64]. Các ion khối khác nhau sẽ có tần số góc quay khác
nhau, qua đó có thể nhận biết được tín hiệu của các mảnh khối

13


Hình 1. 4. Cấu trúc Orbitrap MS
1.2.2. Phương pháp xử lý mẫu trong phân tích hóa chất BVTV
Quy trình xử lý mẫu phân tích hóa chất BVTV trên các nền mẫu khác nhau bằng
phương pháp sắc ký thường bao gồm các bước: chiết, làm sạch, làm giàu trước khi bơm
phân tích lên thiết bị. Với các mẫu có nền không quá phức tạp như mẫu nước sạch, đôi
khi có thể phân tích trực tiếp trên thiết bị mà không cần xử lý. Tuy nhiên, phần lớn các
mẫu thực phẩm và môi trường đều yêu cầu phải xử lý mẫu trước khi phân tích để loại
bớt các nhiễu và làm giàu mẫu. Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, xu hướng

phân tích đa nhóm dư lượng ngày càng được quan tâm nhiều, ứng với các chất phân cực
lớn và kị nước. Một số nghiên cứu về xử lý mẫu trong phân tích hóa chất BVTV được
nêu trong Bảng 1.3.
Chiết với dung môi thích hợp (SE) là phương pháp chiết được sử dụng rộng rãi
nhất trong phân tích dư lượng thuốc BVTV trong đó bao gồm các kĩ thuật chiết soxhlet,
chiết lỏng-lỏng [8], chiết QuEChERS [44], [48] chiết gia tốc dung môi (E-916 hoặc
ASE) [16]. Thông thường, để phục vụ mục đích phân tích đa nhóm với số lượng chất
phân tich lớn, các dung môi được lựa chọn để chiết thường có độ phân cực trung bình,
tiêu biểu như ACN, ethyl acetate với Na2SO4 khan, MeOH, hoặc hỗn hợp dung môi
thích hợp. Đặc biệt, pH là yếu tố quan trọng trong quá trình xử lý mẫu, cần khảo sát và
điều chỉnh giá trị thích hợp sử dụng axit formic, axetic, đệm muối HCOONH4…
Xét bước làm sạch, chiết pha rắn (SPE) là một trong những kĩ thuật được áp dụng
phổ biến nhất vừa làm sạch, vừa làm giàu mẫu bằng cách cho dịch chiết hấp phụ lên cột
pha rắn rồi rửa giải chất phân tích bằng dung môi thích hợp. Vật liệu hấp phụ (hay vật
liệu nhồi cột chiết pha rắn) là yếu tố đặc biệt quan trọng. Trong phân tích thuốc BVTV,
nhiều nghiên cứu đã tiến hành sử dụng một số loại cột có sẵn của các hãng trên thị
trường như cột pha đảo (octadecyl-silica RP-C18), OASIS HLB [7], OASIS MCX, cột
trao đổi ion, cột carbon hoạt tính… [18], [60]. Ưu điểm của phương pháp SPE là khả
14


năng làm giàu mẫu cao, giúp loại bỏ ảnh hưởng của các chất gây nhiễu. Hiện nay trên
thế giới, kĩ thuật SPE đã được tự động hóa và ghép nối tích hợp với hệ thống LC/MS.
Sự phát triển này tuy chưa được áp dụng phổ biến ở các nước đang phát triển như Việt
Nam nhưng đây là một bước tiến mới trong nền khoa học kĩ thuật, giúp giảm thiểu tối
đa các ảnh hưởng từ môi trường bên ngoài đến quá trình thực nghiệm, tiết kiệm dung
môi sử dụng so với phương pháp chiết lỏng—lỏng và tiết kiệm tối đa được thời gian và
nhân công lao động.
Đặc biệt, phương pháp QuEChERS được áp dụng rất rộng rãi và được coi là
phương pháp chiết an toàn, nhanh chóng, dễ thực hiện, giá thành rẻ và cho hiệu quả cao

được phát triển để xác định dư lượng thuốc BVTV trong các mặt hàng nông sản như
trái cây, rau, củ, quả. Phương pháp này được phát triển bởi S. Lehotay và M.
Anastassiades tại USDA/ ARS-ERRC ở Wyndmoor, Pennsylvania [63]. Kể từ khi ra
đời cho đến nay, phương pháp này liên tục được cải tiến để tăng hiệu suất xử lý mẫu.
Các phương pháp tiêu chuẩn Châu Âu EN 15662.2008 và AOAC 2007.01 đã được phát
triển một phần từ phương pháp này. QuEChERS có giá trị vì tính đơn giản, chi phí thấp,
độ nhạy thấp và có khả năng chiết xuất các thuốc BVTV từ nhiều nền mẫu khác nhau.
Ngoài ra, nó còn linh hoạt với các kỹ thuật phân tích được sử dụng như sắc ký khí và
sắc ký lỏng. Hiện nay, QuEChERS đã được chấp nhận trên toàn cầu như là một phương
pháp chuẩn bị mẫu có độ tin cậy cao để phân tích dư lượng thuốc trừ sâu [44].
Quy trình chiết QuEChERS thường bao gồm các bước như sau:
- Bước 1: Đồng nhất và lấy mẫu: Mẫu được đồng nhất để tăng diện tích bề mặt có
sẵn làm tăng hiệu suất chiết và đảm bảo tính đại diện của một mẫu. Quá trình đồng nhất
thường trong điều kiện lạnh để tránh heienj tượng phân hủy thuốc trừ sâu do quá trình
đồng nhất sinh nhiệt. Thông thường, 10-15 g mẫu đồng nhất được chuyển vào ống ly
tâm 50 mL. Đối với các mẫu khô (hàm lượng nước < 25%) có thể phải giảm khối lượng
mẫu và thêm nước trước khi đồng nhất.
- Bước 2: Thêm dung môi chiết: Thông thường thêm 10-15 mL ACN vào ống ly
tâm vì dung môi này có thể dễ dàng tách ra khỏi nước. Do hầu hết các mẫu thực phẩm
chứa 80-95% nước, việc tách mẫu ra khỏi nước rất quan trọng. Dung dịch nội chuẩn có
thể được thêm vào ở bước này để theo dõi hiệu suất chiết và hỗ trợ định lượng các chất
cần phân tích.
- Bước 3: Chiết lỏng: Sau khi thêm dung môi, lắc ống trong vòng 1 phút.
- Bước 4: Thêm đệm và làm khô: ba phương pháp được công nhận khác nhau về
lượng muối và loại đệm sử dụng. Mục đích của MgSO4 là để loại nước và NaCl để tách
pha, muối acetate để loại các kim loại có trong mẫu. Do tính háo nước của MgSO4 nên

15

khi hút nước trong mẫu nó tỏa nhiệt rất mạnh, có thể phân hủy một vài hợp chất cần
phân tích. Do đó, thường để lạnh ống ly tâm trước khi thêm muối.
• Phương pháp gốc MgSO4 và NaCl
• AOAC 2007.01: MgSO4 và NaOAc (Natri acetate)
• EN 15662.2008: MgSO4, Na3Citrate, Na2Citrate
- Bước 5: Chiết: lắc mạnh ống trong 1 phút (1 số hoạt chất BVTV proton hóa mạnh
ở pH thấp do đó, đệm cần phải được điều chỉnh pH 2-7 trước khi chiết (ví dụ sử dụng
đệm 1% Acetic trong ACN).
- Bước 6: Tách: Ly tâm ống fancol để tách riêng lớp hữu cơ khỏi mẫu
Bước 7: Tách cặn và làm sạch với dSPE: Hút một phần lớp hữu cơ (lớp trên) vào
ống ly tâm 15 mL để làm sạch bằng dSPE. Bước này cho phép loại bỏ chất béo, protein,
-

chất màu-chlorophyll… trước khi phân tích với các chất hấp phụ sau: PSA và MgSO4
là chất làm sạch thông dụng. Đối với nền mẫu béo cao, C18 được thêm vào bước này,
còn đối với mẫu có màu cao (chlorophyll và carotinoids) thì thêm Graphitized Carbon
black (GCB).
- Bước 8: Tách lớp: Ly tâm ống fancol 15 mL để tách lớp trên bề mặt
- Bước 9: Hút lớp trên vào vial: Hút lớp hữu cơ phía trên vào vial. Tùy thuộc vào
chương trình và thiết bị phân tích mà dung dịch này có thể được pha loãng hoặc làm
giàu để đạt độ nhạy cần thiết.
- Bước 10: Bảo quản và phân tích: Dịch chiết cuối cùng có thể thêm 0,1% acetic
acid hoặc 5% Formic acid như chất bảo quản để đảm bảo sự ổn định của thuốc trừ sâu
(đặc biệt là các thuốc nhạy cảm với base). Thông thường sẽ thêm chất bảo vệ như
Sorbitol, Gulonolactone, ethylglycerol vào lớp trên cùng của vial để cách ly với môi
trường.
Các phương pháp chiết thông thường phổ biến nhưng bị nhiều hạn chế như cần
sử dụng lượng mẫu và dung môi lớn, khuấy hoặc đun nóng với cùng dung môi trong
thời gian dài làm tăng nguy cơ phân hủy nhiệt của nhiều thuốc trừ sâu. Phương pháp
QuEChERS đã khắc phục những vấn đề này 1 cách nhanh chóng, tiết kiệm dung môi,

góp phần làm cho môi trường thân thiện hơn. Vì vậy, luận văn đã lựa chọn phương pháp
chiết QuEChERS và phương pháp chiết kết hợp làm sạch (SPE) để thực hiện quá trình
xử lý mẫu.

16