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

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 họcTrường 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.
Phân loại hóa chất bảo vệ thực vật...............................................................3
1.1.3.1.
Nhóm cơ clo (Clo hữu cơ).....................................................................4
1.1.3.2.
Nhóm cơ phốt pho (Lân hữu cơ)............................................................4
1.1.3.3.
Nhóm cơ nito.........................................................................................4
1.1.3.4.
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
ACN
ADI
APCI
BVTV
BNNPTNT
BYT
C
CI
CRM
CTPT
DCM
EI
EN
ESI
EtOH
EU
FA
FAO

FWHM
GC-MS

(UP)LC-(HR)MS


MDL
MeOH
ME

MQL
MRL
m/z


Chữ viết tắt
OPsppb
ppm
R
RE
RF
RSD
RT
SD
SE
Spic
SPE
TCVN
TLTK
V
WHO


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 2018;
/>1.1.2.

Các dạng hóa chất bảo vệ thực vật được sản xuất trên thị trường
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 CO 2 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

STT

1

2
3
4
5
6

7

8

9


10
11

9

STT

12

13
14

15
16
17

1.2.

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
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 (GC-EIMS, GC-EI-MS/MS), sắc ký khí khối phổ sử dụng nguồn ion hóa hóa học (GC-CI-MS)
[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

Nề

tích
12

X

Nư
10

tr
5

Nư

4 (OPs-)

R

6

Nư

10

Nư

(carbamate)
87

H

13

M

191

R

60

R

Nư
8

nướ

Nư
14

nướ
215

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 QqTOFMS 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

Nư


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 LC-TOF-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