TỔNG QUAN
Gi ới thiệu về các hóa chất diệt nấm
Nấm là nguyên nhân gây thiệt hại nghiêm trọng cho năng suất nhiều loại cây trồng, bao gồm ngũ cốc như lúa, ngô, khoai tây, rau như lạc, đậu đỗ, cà chua, cải bắp, xà lách, cũng như cây ăn quả và cây công nghiệp như bông Các triệu chứng do nấm gây ra bao gồm thối đen rễ, lở cổ rễ, thối gốc thân, thối thân, khô vằn và thối lá Thiệt hại do nấm bệnh có thể lên tới 11,6% tổng sản lượng nông nghiệp, dẫn đến hàng ngàn tỷ đồng thất thu mỗi năm tại Việt Nam từ các cây trồng quan trọng.
Thuốc diệt nấm là hợp chất hóa học hoặc sinh vật sinh học có khả năng tiêu diệt nấm ký sinh và bào tử của chúng, đồng thời ức chế sự phát triển của nấm Nấm có thể gây thiệt hại nghiêm trọng trong nông nghiệp, ảnh hưởng đến năng suất, chất lượng và lợi nhuận Do đó, thuốc diệt nấm được sử dụng phổ biến trong ngành nông nghiệp để bảo vệ cây trồng.
Thuốc diệt nấm có thể được hấp thụ qua lá hoặc qua rễ, với thuốc diệt nấm tiếp xúc chỉ bảo vệ những khu vực được phun Khi phun thuốc từ trên lá, nó sẽ phân phối đến các phần không được phun Thuốc diệt nấm hấp thụ qua rễ sẽ được đưa lên và phân phối qua các mạch xylem Tuy nhiên, chỉ một lượng nhỏ thuốc diệt nấm có thể đi vào tất cả các bộ phận của cây, trong khi một số di chuyển theo hệ thống rễ và một số di chuyển lên trên.
Thuốc diệt nấm có thể gây hại cho sức khỏe con người thông qua lương thực và rau quả từ cây trồng, dẫn đến dị ứng, đau đầu, tiêu chảy, tổn hại cho các cơ quan và rối loạn hệ thần kinh Ngoài ra, thuốc diệt nấm còn có nguy cơ ô nhiễm môi trường nước, ảnh hưởng tiêu cực đến các hệ sinh thái.
5 và đất cũng như tích lũy sinh học và làm gia tăng độc tính đối với các cơ thể sống trong hệ sinh thái.
M ột số hóa hoạt chất diệt nấm thường dùng
Hình 1.1: Công th ức cấu tạo Carbendazim
Carbendazim là một hợp chất triazine kết hợp với vòng benzen và nhóm carbamat, có tác dụng ức chế sự phát triển của nhiều loại nấm Chất này được sử dụng để phòng ngừa và điều trị các bệnh nấm trên nhiều loại cây trồng như ngũ cốc, rau màu, cây ăn quả, cây cảnh và cây công nghiệp, được áp dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia trên thế giới.
- Hoạt chất có nhiệt độ nóng chảy cao (305 o C) và tan rất ít trong nước, nên it ảnh hưởng tới môi trường
Carbendazim là một hoạt chất trừ bệnh thuộc nhóm benzimidazole, nổi bật với khả năng lưu dẫn Hoạt chất này được phát minh đồng thời bởi ba nhà sản xuất lớn: BASF, Hoeschst (hiện đã sáp nhập vào Bayer) và Dupont.
- Carbendazim là hoạt chất có tác dụng phòng và trừ, phổ tác động rộng trên cây ngũ cốc, cây ăn quả và trên rau các loại
Thời gian phân hủy của Carbendazim trong đất dao động từ 6 đến 12 tháng trên vùng đất trống và từ 3 đến 6 tháng trên đất có cây cỏ Hoạt chất này bị phân hủy chủ yếu bởi hệ vi sinh vật trong đất, mặc dù nó có tác động đến hệ vi sinh vật nhưng ảnh hưởng này không kéo dài.
- Mức dư lượng tối đa (MRL) theo Codex (mg/kg): Chuối: 0.2; Đậu ăn hạt (khô): 0.5; Rau họ thập tự: 0.5; Cà rốt: 0.2; Cà phê hạt: 0.1; Lạc: 0.1; Dưa
6 chuột: 0.05; Rau diếp: 5.0; Xoài: 5.0; Ớt tươi: 2.0; Ớt khô: 20.0; Cây có múi: 3.0; Đậu tương: 0.5; Cà chua: 0.5; Đậu tương: 0.5 b) Hexaconazole
- Công thức phân tử:C14H17Cl2N3O
Hình 1.2: Công th ức cấu tạo Hexaconazole
Hexaconazole là một loại triazine có khả năng ức chế tổng hợp eugesteron, giúp kháng khuẩn và diệt nhiều loại nấm Nó hiệu quả trong việc kiểm soát các bệnh nấm như đốm lá, phấn trắng, gỉ sắt, thán thư và khô vằn trên lúa, cũng như nhiều loại cây trồng khác như cây ăn quả và cây công nghiệp Với nhiệt độ nóng chảy cao (111oC) và dư lượng rất thấp trên cây trồng, hexaconazole được coi là thân thiện với môi trường.
Hexaconazole là một hoạt chất có khả năng lưu dẫn, được sử dụng để kiểm soát nhiều loại nấm hại thuộc họ Ascomycetes và Basidiomycetes, bao gồm mốc sương, đốm lá, rỉ sắt, héo lá, và khô vằn Hoạt chất này hiệu quả trên nhiều loại cây trồng khác nhau như rau, cây ăn quả, ngũ cốc, chè, hoa, cây cảnh, ớt, đậu tương và lạc.
Mức dư lượng tối đa (MRL) theo nghiên cứu của The Japan Food Chemical Research cho một số loại thực phẩm như sau: Gạo và Ngô có MRL là 0.02 mg/kg; Đậu tương và Lạc là 0.05 mg/kg; Khoai tây, Hành, và Rau diếp đều có MRL là 0.02 mg/kg; Rau họ thập tự và Bắp cải là 0.1 mg/kg; Xúp lơ là 0.02 mg/kg; Tỏi là 0.05 mg/kg; Cà rốt và Cà chua có MRL là 0.1 mg/kg; Dưa chuột là 0.05 mg/kg; Dưa hấu và Dưa bở có MRL cao nhất là 0.5 mg/kg; Cây có múi, Dâu tây, và Chuối đều có MRL là 0.1 mg/kg; Đu Đủ và Xoài cũng có MRL là 0.5 mg/kg Thông tin này liên quan đến hóa chất Difenoconazole.
Hình 1.3: Công th ức cấu tạo Difenoconazole
Difenoconazole is a broad-spectrum fungicide belonging to the Triazole group, effective against various fungal diseases caused by Ascomycetes, Basidiomycetes, and Deuteromycetes It can be applied through spraying or seed treatment to combat pathogens such as Tilletia spp., Septoria spp., Ustilago tritici, Fusarium spp., Phoma spp., and Bipolaris spp.
Pyrenophora graminea, Helminthosporium teres, Rhynchosporium secalis trên cây ăn quả, khoai tây, củ cải đường, rau, cây ngũ cốc, hoa và cây cảnh
Difenoconazole là một loại thuốc diệt nấm hiệu quả, hoạt động bằng cách can thiệp vào quá trình tổng hợp ergosterol Cụ thể, nó ức chế sự hình thành 14α-demethylation của sterol, từ đó làm thay đổi hình thái và chức năng của màng tế bào nấm Kết quả là, difenoconazole ngăn chặn sự phát triển của các loại nấm gây hại.
Difenoconazole là một hợp chất tồn tại dưới dạng tinh thể trắng, có khả năng hòa tan trong acetone, toluene và ethanol, với điểm cháy trên 63°C Hợp chất này thuộc nhóm độc III, với LD50 qua đường miệng là 1.453 mg/kg và qua da là 2.010 mg/kg Difenoconazole tương đối độc đối với cá nhưng ít độc với ong, thời gian giới hạn sử dụng (TGCL) là 7 ngày.
Hình 1.4: Công th ức cấu tạo Azoxystrobin ạt chất diệt nấm toàn thân, Azoxystrobin có phổ tác động rộng, nó
Sản phẩm này có khả năng diệt trừ nhiều loại bệnh nấm, đặc biệt là bệnh phấn trắng, rỉ sắt, đạo ôn, sương mai và nấm mốc, ảnh hưởng đến nhiều loại cây trồng như lúa, ngô, cam quýt, nho, cà phê, cây dây leo, rau màu, cây ăn quả và cây cảnh Hoạt chất trong sản phẩm ít độc hại cho con người và môi trường, đảm bảo an toàn khi sử dụng.
Azoxystrobin hoạt động bằng cách ức chế quá trình trao đổi chất trong ty thể của tế bào nấm, giúp phòng trừ hiệu quả nhiều loại nấm gây hại cho cây trồng.
Azoxystrobin là một loại thuốc diệt nấm phổ rộng thuộc nhóm Strobilurin, hiệu quả trong việc kiểm soát và phòng ngừa nhiều bệnh trên cây ăn quả và cây cảnh Nó có khả năng chống lại các bệnh như đạo ôn, rỉ sét, nấm mốc, nấm mốc trắng, bệnh sương mai, táo vảy và sọc gỉ.
Azoxytrobin dễ dàng phân giải dưới tác động của ánh sáng mặt trời, với quá trình quang hóa là nguyên nhân chính Hệ vi sinh vật tự nhiên cũng đóng vai trò trong việc phân hủy hoạt chất này Thời gian bán phân hủy của Azoxytrobin trong đất là dưới 2 tuần.
Azoxytrobin, khi được sử dụng trong đất kiềm, có khả năng giữ lại ở lớp đất mặt và tồn tại cho đến khi phân giải hoàn toàn Nhờ vào tính chất này, Azoxytrobin không bị rửa trôi ra khỏi lớp đất mặt, do đó không gây ra nguy cơ ô nhiễm nguồn nước mặt.
Azoxytrobin, khi được sử dụng trong cây trồng, sẽ chuyển hóa thành 15 hợp chất khác nhau, nhưng chỉ chiếm 5% tổng dư lượng tồn tại trong cây Điều này cho thấy rằng dư lượng Azoxytrobin trong cây rất thấp.
- Mức dư lương tối đa (MRL) theo Codex (mg/kg): Dâu tây: 10.0; Quả có hạt: 2.0; Đậu tương: 0.5; Gạo: 5.0; Ớt khô: 30.0; Lạc: 0.2; Ngô: 0.02; Xoài: 0.7; Đu đủ: 0.3; Rau diếp: 3.0; Gừng: 0.1
Đánh giá nguy cơ tác động của hóa BVTV và hóa chất diệt nấm đối với môi trường
Hóa chất diệt nấm và hóa chất bảo vệ thực vật có ảnh hưởng đáng kể đến môi trường Qua nhiều con đường khác nhau, thuốc bảo vệ thực vật và hóa chất diệt nấm sẽ được chuyển hóa và dần dần mất đi hiệu lực.
Sự bay hơi của thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) và hóa chất diệt nấm (HCDN) được phân chia thành hai nhóm: thuốc bay hơi và không bay hơi Tốc độ bay hơi của mỗi loại thuốc phụ thuộc vào áp suất hơi, cấu trúc hóa học và các yếu tố thời tiết như gió mạnh và nhiệt độ cao, những yếu tố này có thể làm tăng khả năng bay hơi của thuốc.
- Sự quang phân (bị ánh sáng phân huỷ): Nhiều thuốc BVTV, HCDN dễ bị phân huỷ khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, nhất là tia tử ngoại
Sự cuốn trôi và lắng trôi là hiện tượng mà thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) và hóa chất diệt nấm (HCDN) bị cuốn từ lá cây xuống đất do tác động của nước mưa hoặc nước tưới Ngoài ra, các loại thuốc này cũng có thể bị cuốn theo dòng chảy trên mặt đất và di chuyển đến những khu vực khác.
Sự lắng trôi là hiện tượng mà thuốc bảo vệ thực vật và hóa chất độc hại bị kéo xuống lớp đất sâu do nhiều yếu tố Quá trình này chủ yếu phụ thuộc vào lượng mưa hoặc nước tưới, đặc điểm của thuốc và tính chất của đất.
Phân huỷ do vi sinh vật đất là quá trình quan trọng, trong đó nhiều loài vi sinh vật có khả năng phân huỷ các chất hoá học, bao gồm cả thuốc bảo vệ thực vật Nghiên cứu của Brown (1978) chỉ ra rằng một số loại thuốc BVTV có thể bị phân huỷ bởi các loài vi sinh vật khác nhau, góp phần làm giảm độc tính và tác động của chúng đối với môi trường Một ví dụ điển hình là thuốc trừ cỏ 2,4-D, cho thấy sự tương tác phức tạp giữa vi sinh vật và các hợp chất hoá học trong đất.
D bị 7 loài vi khuẩn, 2 loài xạ khuẩn phân huỷ
Ngược lại, một số loài VSV cũng có thể phân huỷ được các thuốc trong cùng một nhóm hoặc thuộc các nhóm rất xa nhau
Nấm Trichoderma viridi có khả năng phân huỷ nhiều loại thuốc trừ sâu clo, lân hữu cơ, cacbamat, thuốc trừ cỏ (Matsumura & Boush,1968)
Nhiều thuốc trừ nấm bị VSV phân huỷ thành chất không độc, đơn giản hơn (Menzie, 1969) Theo Fild và Hemphill (1968); Brown (1978), những thuốc
Các loại thuốc dễ tan trong nước và ít bị đất hấp phụ thường bị vi khuẩn phân hủy, trong khi những loại thuốc khó tan trong nước và dễ bị đất hấp phụ chủ yếu bị nấm phân hủy.
Sử dụng hóa chất diệt sâu bọ (HCDN) gây mất cân bằng hệ sinh thái tự nhiên, khi tiêu diệt các loài gây hại nhưng cũng giết chết nhiều loài có lợi Các thiên địch như ong ký sinh và côn trùng bắt mồi rất nhạy cảm với thuốc, dẫn đến tình trạng thiếu thức ăn khi số lượng côn trùng và sâu gây hại giảm mạnh Hậu quả là các loài thiên địch không chỉ chết đói mà còn bị ngộ độc từ con mồi đã trúng thuốc, làm suy giảm đa dạng sinh học và ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường.
Hóa chất độc hại (HCDN) gây ô nhiễm môi trường đất khi chúng bị bay hơi, quang hóa hoặc hấp thu bởi cây trồng Dù được sử dụng bằng cách nào, HCDN cuối cùng vẫn ngấm vào đất, và nếu có tính độc cao, chúng sẽ tiêu diệt nhiều sinh vật có lợi trong đất Thời gian phân hủy của các chất này thường không đủ để loại bỏ hoàn toàn, đặc biệt khi sử dụng lâu dài, dẫn đến sự tích lũy độc hại trong đất Tồn dư HCDN sẽ gây hại cho cây trồng, ảnh hưởng tiêu cực đến năng suất và chất lượng nông sản.
Ô nhiễm nguồn nước là một vấn đề nghiêm trọng, xảy ra khi hóa chất độc hại chưa thấm vào đất chảy tràn trên đồng ruộng và kênh rạch, hoặc ngấm vào mạch nước ngầm Thêm vào đó, việc người dân vứt bỏ bao bì và lọ thuốc ngoài ruộng, cũng như xục rửa các dụng cụ chứa thuốc và đổ chất thải ra nguồn nước gần đó, càng làm tình hình ô nhiễm trở nên trầm trọng hơn.
Ô nhiễm nước gây ra tác động nghiêm trọng đến các loài động vật sống dưới nước và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cũng như đời sống của con người.
- Thiệt hại kinh tế: Thường thì khi sử dụng HCDN sẽ có chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với vườn không sử dụng thuốc
Sự xuất hiện của các dịch hại mới đã khiến người dân phụ thuộc vào Hóa chất Diệt Nấm (HCDN), đồng thời gây ra chi phí lớn để khắc phục ô nhiễm đất và nước Ngoài ra, các sản phẩm bị tồn đọng do chứa dư lượng chất độc hại không thể xuất khẩu, gây tổn thất kinh tế Tình trạng này đe dọa nghiêm trọng đến hệ sinh thái và sức khỏe con người.
Độc tính của các hoá chất độc hại có khả năng được hấp phụ trên bụi không khí gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người
Người canh tác và người phun cần phải chú ý đến việc trang bị đầy đủ đồ bảo hộ và vệ sinh sạch sẽ sau khi phun xịt HCDN, vì sự chủ quan có thể dẫn đến ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe, thậm chí đe dọa tính mạng.
Dư lượng HCDN trên nông sản và trong môi trường như đất, nước, không khí có thể xâm nhập vào chuỗi thức ăn của con người, gây hại trực tiếp cho sức khỏe và môi trường Những tác động này có thể xảy ra ngay lập tức, tiềm ẩn hoặc tích lũy theo thời gian Nghiên cứu cho thấy một số loại HCDN và hợp chất của chúng có khả năng gây quái thai và bệnh ung thư cho con người.
Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng các chất ô nhiễm như thuốc diệt nấm, thuốc trừ sâu và chất chống cháy có thể xâm nhập vào môi trường qua bầu khí quyển, cả trực tiếp và gián tiếp Những chất ô nhiễm này có khả năng được vận chuyển nhờ vào các hạt vật chất, dẫn đến sự khuếch tán trong không khí.
Primbs và cộng sự,2008) chúng có thể tác động tiêu cực đối vớisức khỏe con người như não, thận, gan và hệ thống sinh sản
Nghiên cứu của Trung tâm Quan trắc môi trường Việt Nam cho thấy nồng độ bụi mịn PM2.5 và PM10 trung bình trong không khí tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh đã vượt quá mức tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế thế giới (WHO) Tình trạng này đang duy trì ở mức cao, gây nguy hại cho môi trường và sức khỏe con người, đặc biệt ở mức báo động.
Theo bảng xếp hạng ô nhiễm PM 2.5, Hà Nội và TP.HCM lần lượt đứng thứ 2 và 15 tại khu vực Đông Nam Á Ô nhiễm không khí là một trong những mối đe dọa lớn nhất đối với sức khỏe cộng đồng, gây ra nhiều bệnh tật và tử vong sớm Trong năm 2015, ô nhiễm đã dẫn đến chín triệu ca tử vong, chiếm khoảng 16% tổng số ca tử vong toàn cầu.
Ô nhiễm môi trường gây ra số tử vong cao gấp ba lần so với tổng số ca tử vong do AIDS, lao và sốt rét, và gấp năm lần so với các trường hợp tử vong liên quan đến chiến tranh và bạo lực.
Nghiên cứu cho thấy các loại hóa chất này có khả năng gây ngộ độc mãn tính, thẩm thấu vào cơ thể qua hít thở, tiếp xúc với da và dư lượng trong thực phẩm Mặc dù không gây ngộ độc ngay lập tức, nhưng chúng tích tụ dần theo thời gian, có thể dẫn đến các bệnh nguy hiểm, bao gồm cả ung thư.
Hi ện trạng, nguồn gốc của hóa chất BVTV trong môi trường không khí trên thế
Việc sử dụng rộng rãi thuốc bảo vệ thực vật như thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ và thuốc diệt nấm đã gây ra ô nhiễm không chỉ trong đất, nước và cây trồng mà còn trong không khí Số lượng lớn thuốc BVTV được sử dụng toàn cầu và sự tồn tại của chúng trong môi trường tạo ra mối lo ngại nghiêm trọng về chất lượng không khí và sức khỏe con người.
Hiện nay, ô nhiễm môi trường do các chất hóa học thải bỏ đang trở thành vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng đến đất, nước và không khí Mặc dù có nhiều chất hóa học được phát tán, nhưng số lượng chất được kiểm tra và đưa vào quy chuẩn vẫn rất hạn chế, đặc biệt là các thông số liên quan đến ô nhiễm không khí Do đó, việc phát hiện và đánh giá toàn diện tình trạng ô nhiễm không khí là rất cần thiết.
13 và định lượng nhanh số lượng lớn các chất hóa học phát sinh trong môi trường không khí đặc biệt là các nhóm chất BTVT rất cấp thiết
Madson và cộng sự (2017) đã phát hiện 12 hợp chất diệt côn trùng tổng hợp cơ phốt pho (OPPs), bao gồm 8 loại bị cấm, trong bụi PM2.5 tại vùng ven biển nhiệt đới Nam bán cầu Degrendele và cộng sự (2016) nghiên cứu ô nhiễm hợp chất diệt côn trùng clo hữu cơ (OCPs) và các hợp chất hiện được phép (CUPs) tại Cộng hòa Séc, cho thấy OCPs và phần lớn CUPs chủ yếu hiện diện trong các hạt bụi mịn, với nồng độ cao của các CUP như carbendazim, isoproturon, prochloraz, và terbuthylazine trong các hạt bụi thụ (> 3.0 µm), có nguồn gốc từ hoạt động nông nghiệp.
16 HCDCT ở vùng Valencia, Tây Ban Nha và thấy rằng tổng nồng độ HCDCT trong pha bụi dao động từ 3,5 đến 383,1 pg m-3 và hầu hết HCDCT
Các hợp chất như carbendazim, tebuconazole, chlorpyrifos-ethyl và chlorpyrifos-methyl được phát hiện tích lũy trong hạt bụi siêu mịn và thô Nghiên cứu của Coscolla và cộng sự (2010) cho thấy 41 trong số 56 hợp chất hóa học độc hại (HCDCT) đã được phát hiện trong không khí tại khu vực nông thôn và đô thị miền trung nước Pháp, với nồng độ dao động từ 0,1 đến 117,33 ng m-3 Bốn hợp chất được phát hiện với tần suất cao nhất là trifluralin, acetachlor, pendimethalin và chlorotalonil, với nồng độ trung bình lần lượt là 1,93; 1,32; 1,84 và 12,15 ng m-3 Sự hiện diện của các chất này trong không khí có liên quan mật thiết đến hoạt động nông nghiệp.
Hi ện trạng, nguồn gốc của hóa chất BVTV trong môi trường không khí xung
Đất nước ta với diện tích vào khoảng 331.212 km², trong đó diện tích đất canh tác nông nghiệp chiếm 10.000 km 2 , nhưng có đến 70% cho trồng lúa và
30% diện tích đất nông nghiệp được dành cho trồng các loại lương thực như ngô, khoai, sắn, rau màu và hoa quả Việc áp dụng HCDN là yếu tố quan trọng trong việc phát triển nông nghiệp Hiện nay, việc sử dụng HCDN không ngừng gia tăng cả về chủng loại và khối lượng, góp phần tích cực vào sự phát triển kinh tế nông nghiệp của đất nước.
Hiện nay, nghiên cứu về ô nhiễm HCBVTV trong không khí xung quanh ở Việt Nam còn rất hạn chế Một số nghiên cứu đã được thực hiện về HCDCT trong bụi và không khí (N.M.Tuệ và cộng sự, 2013), đất và trầm tích (Matsukami và cộng sự, 2015), tóc (Muto và cộng sự, 2012), và sữa (N.M.Tuệ và cộng sự, 2010) Tuy nhiên, các nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào khu vực tái chế rác thải điện tử (EWR).
Tại Việt Nam, hóa chất BVTV được sử dụng từ những năm 40 của thế kỷ
Việt Nam đã chứng kiến sự gia tăng đáng kể trong việc sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV), từ khoảng 100 tấn vào năm 1957 tại miền Bắc, lên tới 6.500 - 9.000 tấn trước năm 1985 Trong ba năm gần đây, khối lượng hóa chất nhập khẩu và sử dụng hàng năm đã tăng vọt lên từ 70.000 - 100.000 tấn, gấp hơn 10 lần so với trước đây Nhiều loại thuốc BVTV hiện đang được sử dụng có độ độc cao và đã trở nên lạc hậu Bên cạnh đó, một số hóa chất trừ sâu, như DDT, vẫn được áp dụng trong các lĩnh vực khác, chẳng hạn như phòng chống muỗi truyền bệnh sốt rét.
Năm 1994, Việt Nam sử dụng 24.042 tấn hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV), với tỷ lệ thành phần thay đổi vào năm 1998: hóa chất trừ sâu chiếm 33%, hóa chất trừ nấm 29%, và hóa chất trừ cỏ 50% Đến năm 2013, danh mục thuốc BVTV được phép sử dụng tại Việt Nam đã tăng lên 1.643 hoạt chất, trong khi các quốc gia trong khu vực chỉ có từ 400 đến 600 loại, như Trung Quốc với 630 loại và Thái Lan, Malaysia từ 400 đến 600 loại (Hội nông dân, 2015).
Hầu hết các loại hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV) tại Việt Nam hiện nay đều có nguồn gốc nhập khẩu Theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, vào năm 2014, Việt Nam đã nhập khẩu từ 70.000 đến 100.000 tấn thuốc BVTV mỗi năm, phản ánh tình trạng và thách thức trong việc quản lý thuốc BVTV nhập lậu.
Trong tổng số 15 loại thuốc bảo vệ thực vật, thuốc hóa học đối kháng côn trùng (HCDCT) chiếm 20,4%, thuốc trừ bệnh chiếm 23,2%, và thuốc trừ cỏ chiếm 44,4% Ngoài ra, các loại thuốc bảo vệ thực vật khác như thuốc xông hơi, khử trùng, bảo quản lâm sản và điều hòa sinh trưởng cây trồng chiếm 12% (Cục Bảo vệ thực vật, 2015).
*Ô nhi ễm hóa chất trong môi trường bụi không khí tại Hà Nội
Hà Nội, thủ đô của Việt Nam, tọa lạc tại đồng bằng sông Hồng, đang trải qua quá trình đô thị hóa mạnh mẽ trong những năm gần đây Sự mở rộng không gian từ trung tâm ra ngoại thành đã dẫn đến sự gia tăng dân số đáng kể, khiến Hà Nội trở thành thành phố đông dân thứ hai cả nước với mật độ dân số cao Cơ sở hạ tầng, đường xá và nhà ở được xây dựng với tốc độ nhanh chóng, trong khi tổng diện tích tự nhiên đạt 332.890 ha, trong đó hơn 188.600 ha là đất sản xuất nông nghiệp Tuy nhiên, để bảo vệ cây trồng hàng năm, một lượng lớn thuốc bảo vệ thực vật đang được sử dụng một cách bừa bãi.
Chất lượng không khí hàng năm có sự biến động, nhưng ô nhiễm bụi, đặc biệt là bụi mịn (PM2.5 và PM10), tại Hà Nội và TP.HCM vẫn luôn là vấn đề nghiêm trọng, đặt ra nhiều thách thức cho cộng đồng.
Nhận định này được xây dựng dựa trên số liệu thu thập từ trạm quan trắc của Đại sứ quán Mỹ tại Hà Nội và trạm quan trắc của Lãnh sự quán Mỹ tại TP.HCM.
Hà Nội đang đối mặt với tình trạng ô nhiễm bụi nghiêm trọng, với mức độ ô nhiễm bụi PM2.5 và PM10 vượt quá giới hạn cho phép từ 1,1 đến 2,2 lần theo QCVN 05:2013/BTNMT trong giai đoạn 2018 - 2020 So với các đô thị khác, Hà Nội có mức độ ô nhiễm bụi và biến động cao hơn, đặc biệt ở một số khu vực nội thành.
Chất lượng không khí hiện đang ở mức kém và xấu, với chỉ số PM2.5 vượt quá quy chuẩn Việt Nam (QCVN), điều này có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người, đặc biệt là đối với những người nhạy cảm.
Hà Nội là một trong những thành phố ô nhiễm nhất thế giới với nồng độ
Tại Việt Nam, ô nhiễm không khí do bụi thường xuyên vượt giới hạn cho phép, trong khi việc sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) ở các thành phố lớn và nông thôn ngày càng gia tăng Năm 2017, khoảng 120.000 tấn HCBVTV được sử dụng, trong đó gần 0,3% phục vụ cho 188.000 ha cây nông nghiệp và hoa tại Hà Nội Một phần lớn các hóa chất này tồn tại trong khí quyển, do khả năng hấp phụ vào bụi và phân tán rộng rãi trong không khí.
Ô nhiễm không khí ở Hà Nội chủ yếu do các nguồn thải nhân tạo như giao thông, sinh hoạt, xây dựng, công nghiệp và nông nghiệp Những hoạt động này diễn ra thường xuyên, dẫn đến lượng phát thải liên tục Đặc biệt, giao thông và xây dựng là những tác nhân chính tạo ra lượng bụi mịn lớn trong không khí.
Phương pháp chiết tách và phân tích hóa chất bảo vệ thực vật và hóa chất diệt
chất diệt nấm trong bụi không khí xung quanh
Hiện nay, nhiều phương pháp phân tích tiên tiến đã được phát triển để đồng thời xác định nhiều nhóm hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) trong mẫu môi trường, đặc biệt là trong mẫu bụi không khí, thông qua việc sử dụng một phương pháp chiết tách mẫu thống nhất.
1.7.1 M ột số kỹ thuật chiết tách HCBVTV trong mẫu bụi không khí a) Kỹ thuật kỹ thuật chiết pha rắn SPE (solid phase extraction)
Chiết pha rắn là quá trình phân bố chất tan giữa pha lỏng và rắn, trong đó chất tan ban đầu ở pha lỏng (nước hoặc dung môi hữu cơ) và chất hấp thụ chất tan ở dạng rắn gọi là pha rắn Pha rắn thường bao gồm các hạt silica gel xốp trung tính, hạt oxi nhô, hoặc silica gel trung tính đã được ankyl hóa nhóm -OH bằng các gốc hydrocarbon khác nhau như -C2, -C4, -C8, -C18, cùng với các polyme hữu cơ, nhựa hoặc than hoạt tính Những hạt này được nhồi vào cột chiết nhỏ hoặc nén thành đĩa dày từ 1 - 2 mm với đường kính từ 3 - 4 cm.
- Pha lỏng là pha chứa chất cần phân tích Chúng có thể là dung môi hữu cơ, dung dịch đệm…
Khi chất lỏng đi qua cột chiết hoặc đĩa chiết, pha rắn sẽ tương tác với chất phân tích, giữ lại một hoặc nhiều nhóm chất phân tích trên pha rắn Các chất còn lại sẽ được rửa trôi ra khỏi cột cùng với dung môi hòa tan mẫu.
Quá trình rửa giải chất phân tích sử dụng dung môi phù hợp, với thể tích dung dịch rửa giải thường nhỏ hơn nhiều lần so với dung dịch mẫu ban đầu, dẫn đến việc chất phân tích được làm giàu.
- Ưu điểm của phương pháp chiết pha rắn SPE
Quy trình phân tích diễn ra nhanh chóng và tự động, với mẫu được đưa qua cột với tốc độ tối ưu Chất phân tích sẽ được giữ lại trên cột và sau đó được rửa giải bằng dung dịch phù hợp.
Sử dụng ít dung môi là một phương pháp hiệu quả trong quá trình phân tích mẫu Sau khi xử lý sơ bộ và điều chỉnh môi trường, mẫu được đưa qua cột trực tiếp, chỉ cần một lượng rất nhỏ dung môi để rửa giải chất cần phân tích ra khỏi cột.
Để tách hai chất tan ra khỏi nhau một cách đơn giản, chỉ cần đảm bảo có sự khác biệt hợp lý về khả năng chiết Điều này xảy ra nhờ vào sự cân bằng phân bố chất tan giữa hai pha diễn ra nhiều lần, giúp tách hoàn toàn các chất tan.
+ Hệ số làm giàu cao: hệ số này phụ thuộc vào thể tích của hai pha rắn và lỏng b) Kỹ thuật chiết lỏng - lỏng
Nguyên tắc chiết lỏng-lỏng dựa trên khả năng hòa tan của dung môi: dung môi không phân cực hòa tan tốt các hợp chất không phân cực, trong khi dung môi phân cực trung bình hòa tan các hợp chất có tính phân cực trung bình, và dung môi phân cực mạnh hòa tan các hợp chất có tính phân cực mạnh Quá trình chiết xuất sử dụng các dung môi hữu cơ, bao gồm loại không hòa tan với nước và loại có thể hòa trộn với nước, nhằm tách các hợp chất có tính phân cực khác nhau ra khỏi pha nước, tùy thuộc vào độ phân cực của các hợp chất này.
- Tùy vào tỷ trọng so sánh giữa dung môi và nước mà pha hữu cơ nằm ở lớp trên hoặc ở dưới so với pha nước
Quá trình chiết xuất được thực hiện từ dung môi hữu cơ kém phân cực đến dung môi phân cực, ví dụ như ete, dầu hỏa, hexane, chloroform, ethyl acetate và butanol Mỗi loại dung môi được sử dụng nhiều lần, với một lượng nhỏ dung môi cho mỗi lần chiết, cho đến khi không còn chất hòa tan nào trong dung môi Sau đó, quá trình chiết sẽ chuyển sang sử dụng dung môi có tính phân cực cao hơn.
- Dung dịch của các lần chiết được gom chung lại, loại nước với các chất làm khan như Na2SO4, MgSO4, CaSO4…, đuổi dung môi, thu được dịch chiết
Trong bối cảnh phát triển hiện nay, ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng với nhiều chất độc hại được thải ra tự nhiên Dù các phương pháp phân tích đã có những bước tiến, việc xác định trực tiếp hàm lượng chất độc trong mẫu môi trường vẫn còn nhiều thách thức.
Việc tách và làm giàu chất phân tích kết hợp với các phương pháp phân tích hiện đại rất quan trọng Trong số các phương pháp như chiết lỏng-lỏng, chiết pha rắn, kết tủa, cộng kết và sắc ký, chiết pha rắn (SPE) được xem là phương pháp hiệu quả nhất.
Kadokami và cộng sự (2019) đã áp dụng phương pháp chiết pha rắn để phân tích 484 hợp chất hữu cơ trong nước Họ sử dụng cột chiết pha rắn Oasis HLB cartridge và Sep-Pak AC2 cartridge, sau đó rửa giải bằng dung môi gồm 5 mL metanol và 3 mL diclometan.
1.7.2 M ột số phương pháp phân tích HCBVTV trong mẫu bụi không khí a) Kỹ thuật GC/MS
Hầu hết các nghiên cứu về phân tích dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) bằng phương pháp GC/MS sử dụng thiết bị tứ cực đơn và ion hóa EI Phương pháp ion hóa này mang lại nhiều lợi thế trong việc xác định chính xác các hợp chất hóa học.
EI ít bị ảnh hưởng bởi cấu trúc phân tử và thường chứa một lượng lớn các phân mảnh ion đặc trưng Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc xác định các phân mảnh này có thể đạt từ 250 đến 400.
HCBVTV được phân tích bằng phương pháp GC/EI/MS với bộ lọc tứ cực, cho phép sử dụng bẫy ion trong chế độ quét (SCAN) mà không cần lựa chọn ion đặc trưng trong quá trình thu thập dữ liệu Kỹ thuật IT chuyển đổi chế độ SCAN từ việc bắn phá các ion sang đo lường ion hóa học một cách hiệu quả, cung cấp thông tin đầy đủ cho việc nhận diện và định lượng HCBVTV cũng như các chất chuyển hóa Trong chế độ SCAN đầy đủ, thiết bị cho thấy độ nhạy cao ngay cả ở nồng độ thấp, được xác nhận qua việc tra cứu thư viện phổ.
M ột số phương pháp phân tích các hóa chất BVTV trong mẫu bụi không khí
Việt Nam, một quốc gia có nền kinh tế đang phát triển, đặc biệt chú trọng đến nông nghiệp, đã chứng kiến sự gia tăng trong việc sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV), dẫn đến ô nhiễm không khí Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu và tiêu chuẩn về dư lượng HCBVTV trong đất và thực phẩm, việc phát hiện và định lượng chúng trong nước và bụi không khí vẫn còn hạn chế Nghiên cứu của Dương Thị Hạnh và nhóm tác giả về sự xuất hiện và đánh giá rủi ro của thuốc diệt cỏ và diệt nấm trong không khí tại Hà Nội cho thấy có khoảng 200 chất diệt cỏ và diệt nấm không bay hơi hoặc bay hơi thấp được phát hiện trong các mẫu bụi.
23 khu vực đông dân cư và có mật độ giao thông cao ở Hà Nội đã được xác định trong mùa khô và mùa mưa Nghiên cứu này cung cấp dữ liệu quan trọng và mới mẻ, cần thiết cho việc đánh giá hiệu quả mức độ ô nhiễm không khí, từ đó giúp đưa ra các biện pháp ứng phó phù hợp tại Việt Nam Tuy nhiên, thông tin về mức độ ô nhiễm và các rủi ro liên quan đến chất diệt nấm vẫn còn thiếu hụt nghiêm trọng.
Hiện tại, chỉ có hai nghiên cứu áp dụng phương pháp sắc ký khí - khối lượng phép đo phổ (GC-MS) để giám sát hóa chất trong không khí tại Hà Nội, tập trung vào các hợp chất hữu cơ bán dễ bay hơi (Anh và cộng sự, 2019; Dương và cộng sự, 2019) Sự phát triển nhanh chóng của các phương pháp LC-MS đã mở ra khả năng điều tra các hóa chất phân cực mới nổi trong ô nhiễm khí quyển (Brack và cộng sự, 2015) LC-MS đã được sử dụng để phân tích nhiều loại thuốc trừ sâu trong môi trường (Ferrer và Thurman, 2007), điển hình là giám sát phản ứng LCselected (SRM)-MS/MS, cho phép định lượng hơn 100 loại thuốc trừ sâu trong APM ở Valencia, Tây Ban Nha (Yusà et al., 2014).
Gần đây, phương pháp LC-MS/MS kết hợp với QTOF đã được cải tiến để xác định và định lượng nhiều hợp chất hơn, nhưng vẫn gặp phải vấn đề phát hiện sai (Chau et al., 2017) Để khắc phục điều này, Kadokami và Ueno (2019) đã phát triển LC-QTOF-MS sử dụng SWATH, cho phép định lượng hiệu quả 28 và 29 loại thuốc trừ sâu trong nước thải và sông với độ chọn lọc cao và giới hạn phát hiện thấp (Kadokami và Ueno, 2019; Lee et al., 2020) Phương pháp LC-QTOF-MS-SWATH hiện đã được ứng dụng thành công trong việc sàng lọc thuốc diệt nấm từ các mẫu APM.
Mục tiêu của nghiên cứu này là áp dụng phương pháp LC-QTOF-MS-SWATH để xác định và định lượng thuốc diệt nấm phân cực không bay hơi hoặc bay hơi thấp trong các mẫu APM từ khu vực đông dân cư và có mật độ giao thông cao ở Hà Nội trong mùa khô và mùa mưa Nghiên cứu cũng làm rõ sự xuất hiện của các loại thuốc diệt nấm được phát hiện và định lượng.
CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
Hóa ch ất và thiết bị
Tất cả các dung môi sử dụng trong nghiên cứu, bao gồm n-hexan (Hex), Axeton (Ace) và etyl axetat (EtAc), đều thuộc loại tinh khiết phân tích và được cung cấp bởi Kanto Chemical Co (Tokyo, Nhật Bản) Nước tinh khiết (cấp LC-MS) được sản xuất bằng Elga Purelab Chorus 1 (Veolia Water, Tokyo, Nhật Bản) Bộ lọc ống tiêm Millex-LG (kích thước lỗ 0,2 µm, 14 mm) đến từ Merk Millipore (Darmstadt, Đức) Methanol (độ tinh khiết cấp LC-MS) và amino axetat (CAS:631-61-8; nồng độ 1 mol/L, độ tinh khiết cấp HPLC) được sản xuất bởi Kanto Chemical và Fujifilm Wako Pure Chemical Corporation (Osaka, Nhật Bản).
The standard chemicals used include six substances: carbendazim, difenoconazole isomers 1 and 2, hexaconazole, thiophanate-methyl, trifloxystrobin, and azoxystrobin, sourced from Restek Japan and Kanto Chemical in Tokyo, Japan These standards are diluted with methanol to create active mixed solutions, which are then stored at -20°C in a freezer for preservation.
- Hỗn hợp nội chuẩn (IS) và chuẩn đồng hành: Được mua từ Kanto Chemical và Hayashi Pure Chemical (Osaka, Japan)
Nội chuẩn (6 chất): methamidophos-d6, methomyl-d3, carbendazim-d4, pirimicarb-d6, imazalil-d5 và etofenprox-d5
Chuẩn đồng hành (5 chất): sulfadimethoxine-d6, diflubenzuron-d4, sulfamethoxazole-d4, carbofuran-d3 và carbaryl-d7
- Pha động:Kênh A: Nước + 5 mM amoni fomat + 0,1% formic axit
Kênh B: Methanol + 5 mM amoni fomat
- Màng lọc: Sợi thạch anh (QR-100; 203 x 254 mm) của hãng Advantec
- Dụng cụ thủy tinh: Được làm sạch bằng cách ngâm nước tẩy rửa axit cromic (bao gồm 5% Kali đicromat trong dung dịch H2SO4) Sau tráng rửa dụng
25 cụ cẩn thận bằng nước khử ion và axeton, dụng cụ thủy tinh được sấy khô ở 250°C trong 5 giờ trước khi mang ra sử dụng
B ảng 2.1: Các chất diệt nấm, nội chuẩn và chất chuẩn đồng hành
TT Hợp chất Công thức CAS
6 Azoxystrobin C 22 H 17 N 3 O 5 131860-33-8 IS-1 Các chất nội chuẩn
Methamidophos-d6 C 2 H 2 D 6 NO 2 PS 1219799-41-3 IS-2 Methomyl-d3 C 5 H 7 D 3 N 2 O 2 S 1398109-07-3 IS-3 Carbendazim-d4 C9H5D4N3O2 291765-95-2 IS-4 Pirimicarb-d6 C11H12D6N4O2 1015854-66-6 IS-5 Imazalil-d5 C14H9D5Cl2N2O 1398065-91-2 IS-6 Etofenprox-d5 C25H23D5O3 1705649-55-3
Sulfadimethoxine-d6 C12H8D6N4O4S 730668-02-7 Sur-2 Diflubenzuron-d4 C14H5D4ClF2N2O2 1219795-45-5 Sur-3 Sulfamethoxazole-d4 C10H7D4N3O3S 1020719-86-1 Sur-4 Carbofuran-d3 C12H12D3NO3 1007459-98-4 Sur-5 Carbaryl-d7 C12H4D7NO2 362049-56-7
- Màng lọc sợi thạch anh (QR-100; 203 x 254 mm) của hãng Advantec
- Thiết bị lấy mẫu khí và bụi tại hiện trường: Thể tích lớn (121H KIMOTO)
- Thiết bị phân tích LC-QTOF-MS-SWATH của hãng SCIEX
- Bể siêu âm (SUPER RK510)
- Thiết bị ly tâm (Hettich Rotina 420R, Đức)
- Tủ lạnh sâu (Sanyo Biomedical MDF-U333)
- Thiết bị cất nước tinh khiết (Elix 3 UV Water Purification System (120 V/60 Hz, Millipore)
- Các vial thủy tinh nâu đựng mẫu, phải có nắp bao bởi Teflon.
Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu này tập trung vào bụi không khí trong khu vực dân cư tại Hà Nội, đồng thời phân tích các hóa chất diệt nấm như carbendazim, difenoconazole isomer 1&2, hexaconazole, thiophanate-methyl, trifloxystrobin và azoxystrobin.
- Phạm vi nghiên cứu: Quận Nam Từ Liêm- Hà Nội
- Thời gian lấy mẫu: Từ tháng 6/2020 – tháng 10/2020
- Nội dung thực hiện qua các bước:
+ Bước 1: Khảo sát quy trình phân tích xác định hàm lượng hoá chất diệt nấm trong mẫu bụi không khí trên thiết bị LC-MS
+ Bước 2: Lấy mẫu tại các vị trí khảo sát ở thành phố Hà Nội
Bước 3 trong quy trình là tiến hành phân tích mẫu thực tế bằng kỹ thuật chiết tách kết hợp với phương pháp sắc ký lỏng khối phổ (LC-MS) nhằm xác định hàm lượng hóa chất diệt nấm.
Bước 4 là đánh giá rủi ro và tác động của các hóa chất diệt nấm như carbendazim, difenoconazole isomer 1&2, hexaconazole, thiophanate-methyl, trifloxystrobin và azoxystrobin trong bụi không khí xung quanh đối với sức khỏe con người Việc này cần thiết để xác định mức độ ảnh hưởng của những chất này đến sức khỏe, từ đó có biện pháp phòng ngừa và giảm thiểu rủi ro cho cộng đồng.
2.2.2.1 Phương pháp thu thập số liệu
Phương pháp thu thập và kế thừa dữ liệu từ tài liệu trong nước và quốc tế liên quan đến hiện trạng các hóa chất diệt nấm như carbendazim, difenoconazole isomer 1&2, hexaconazole, thiophanate-methyl, trifloxystrobin và azoxystrobin trong không khí và bụi không khí bao gồm việc tham khảo các phương pháp thu thập mẫu, chiết tách, phân tích mẫu, cũng như tổng hợp số liệu điều tra và khảo sát Bên cạnh đó, các phương pháp đánh giá độc tính và truy tìm nguồn ô nhiễm cũng được áp dụng để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả nghiên cứu.
2.2.2.2 Phương pháp điều tra thực địa
Phương pháp nghiên cứu thực địa giúp khảo sát và lựa chọn vị trí lấy mẫu phù hợp, đảm bảo đáp ứng các yêu cầu về mật độ dân cư cũng như loại hình sản xuất và kinh doanh trong khu vực.
2.2.2.3 Phương pháp phân tích trên thiết bị LC-QTOF-MS-SWATH
Các bước thực hiện khi phân tích trên thiết bị LC-QTOF-MS-SWATH
Bước 1: Chuẩn bị pha động
- Pha động A: 5mM CH3COONH4 trong H2O
- Pha động B: 5 mM CH3COONH4 in CH3OH
Bước 2: Chuẩn bị chất chuẩn
- Quy trình chuẩn bị chuẩn (standards) theo quy trình của từng ứng dụng
Bước 3: Chuẩn bị hệ thống LC
- Bật các thiết bị của LC (Autosampler, pump 1, pump 2, oven, CBM)
- Chuẩn bị pha động, dung dịch rửa cho kim tiêm, dung dịch rửa pump
Để điền đầy đủ đường ống bằng pha động mới, bạn cần xoay van của pump 1 và pump 2 trên máy bơm Hãy xoay núm 1 và nhấn nút purge; nếu cần, bạn có thể nhấn thêm một lần purge nữa để đảm bảo đầy đủ Sau khi quá trình purge hoàn tất, hãy khóa chặt van lại để đảm bảo an toàn.
- Purge đường nước rửa cho autosampler
- Lắp cột phân tích vào lò cột (nếu chưa lắp)
Để cân bằng cột mới, cần thực hiện trong khoảng thời gian từ 2 đến 3 giờ với tốc độ dòng khoảng 0,2 - 0,3 mL/phút của hỗn hợp MeOH : H2O theo tỷ lệ 60:40 Trong quá trình này, đầu ra của cột phải được tháo khỏi detector MS và dẫn vào một lọ thải để tránh làm bẩn detector.
Để cân bằng cột cũ đang sử dụng, hãy thực hiện quy trình trong vòng 30 phút với pha động phù hợp Lựa chọn dung môi cho pha động tùy thuộc vào loại mẫu phân tích mà bạn đang thực hiện.
- Kiểm tra mực nước thải trong chai thải, đổ đi nếu đầy
- Thiết bị LC sẵn sàng cho quá trình phân tích
Bước 4: Tạo phương pháp phân tích/Acquisition
Bước 5: Xem lại dữ liệu/ Data review và xử lý số liệu.
Th ực nghiệm
2.3.1 Kh ảo sát phương pháp phân tích imidacloprid và thiamethoxam trên LC-QTOF-MS-SWATH
2.3.1.1 Điều kiện phân tích các chất diệt nấm trên LC-QTOF-MS-SWATH
Các hợp chất các chất diệt nấm sẽ được phân tích trên thiết bị LC-QTOF-
Khảo sát các điều kiện đo trên thiết bị LC-QTOF-MS-SWATH (Sciex X500R QTOF system) nhằm xây dựng phương pháp xác định các chất ô nhiễm hữu cơ Nghiên cứu này dựa trên công trình của Kiwao Kadokami và Daisuke Ueno, trong đó phân tích 484 chất lượng hữu cơ trong nước môi trường thông qua việc kết hợp chiết pha rắn và đo phổ khối lượng thời gian bay tứ cực Mục tiêu chính là xác định các chất ô nhiễm hữu cơ có trong bụi không khí.
Nghiên cứu của Kadokami và các cộng sự sử dụng thiết bị LC-QTOF-MS (hệ thống Sciex X500R QTOF) và cột GL Science ODS-4 HP với chiều dài 150mm, đường kính trong 2,1mm để thực hiện các thí nghiệm Nghiên cứu này đã thực hiện một số điều chỉnh nhỏ để tối ưu hóa điều kiện thí nghiệm.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phương pháp pha tĩnh 29 dày và pha động A gồm 5mM CH3COONH4 trong H2O, cùng với pha động B là 5mM CH3COONH4 trong CH3OH Thể tích tiêm mẫu được thiết lập là 2 μL, với nhiệt độ cổng bơm là 40°C và tốc độ dòng khí là 0.3 mL/phút Nguồn ion được sử dụng là TurbolonSpray với chế độ ion hóa ESI (+) và chế độ đo Swath Thiết bị TOF-MS thực hiện quét trong khoảng 50 - 1000 Da với thời gian quét 0.1 giây, trong khi TOF MS/MS quét trong khoảng 50 - 1000 Da với 22 dải, mỗi dải có thời gian 0.07 giây Khí Nitơ được sử dụng làm khí mang trong quá trình phân tích.
- Các điều kiện được nghiên cứu khảo sát: pha động, thời gian chạy, năng lượng bắn phá
- Các mẫu dùng để khảo sát: Dung dịch chuẩn hỗn hợp các chất diệt nấm (carbendazim, difenoconazole isomer 1&2, hexaconazole, thiophanate-methyl, trifloxystrobin và azoxystrobin) (50 ppb)
2.3.1.2 Chuẩn bị mẫu dung dịch chuẩn
The stock standard solution is prepared using methanol (MeOH) as a blank solvent, with the antifungal compounds carbendazim, difenoconazole isomers 1 and 2, hexaconazole, thiophanate-methyl, trifloxystrobin, and azoxystrobin at a concentration of 500 mg/L This stock solution should be stored at -20°C for optimal preservation.
- Dung dịch chuẩn trung gian (1000 àg/L) (B): hỳt chớnh xỏc 0,2 ml dung dịch chuẩn gốc (A) vào bình định mức 100 mL, định mức bằng MeOH
- Dung dịch chuẩn trung gian (10 àg/L) (C): hỳt chớnh xỏc 1 ml dung dịch (B) vào bình định mức 100 mL, định mức bằng MeOH
Để chuẩn bị dung dịch chuẩn làm việc với nồng độ 500 ng/L, hãy hút chính xác 2,5 ml dung dịch (C) vào bình định mức 50 mL Sau đó, định mức bằng methanol (MeOH) và lọc qua màng lọc 0,45 µm trước khi tiêm vào thiết bị đo.
2.3.1.3 Tính thích hợp của hệ thống
Để đảm bảo tính chính xác của hệ thống sắc ký, cần thực hiện kiểm tra bằng cách tiêm lặp lại dung dịch chuẩn (500 ng/L) 6 lần Độ lệch chuẩn tương đối của các kết quả đo các chất diệt nấm phải nhỏ hơn hoặc bằng 2,0 % Nếu độ lệch chuẩn vượt quá mức này, cần tiến hành các biện pháp điều chỉnh phù hợp.
2.3.1.4 Giới hạn phát hiện (MDL) và giới hạn định lượng (LOQ)
Tiến hành phân tích mẫu chuẩn với hàm lượng thấp của các chất diệt nấm như carbendazim, difenoconazole isomer 1&2, hexaconazole, thiophanate-methyl, trifloxystrobin và azoxystrobin, đồng thời xác định tỷ lệ S/N Giới hạn phát hiện (IDL) được xác định bằng cách pha loãng dần dung dịch chuẩn của các chất diệt nấm cho đến khi tỷ lệ tín hiệu thu được gấp khoảng 3 lần độ nhiễu nền.
Giới hạn phát hiện phương pháp (MDL) và giới hạn định lượng (LOQ) của các chất diệt nấm được xác định dựa trên tỷ lệ giữa giới hạn phát hiện thiết bị (IDL), MDL và LOQ, với tỷ lệ cụ thể là IDL: MDL: LOQ = 1: 4: 10, theo tiêu chuẩn SMEWW 1030C, 2017.
2.3.2 Xây d ựng đường chuẩn và đảm bảo chất lượng của phương pháp Để kiểm soát chất lượng của quy trình phân tích mẫu trên thiết bị LC-
Trong nghiên cứu này, quy trình kiểm soát chất lượng và đảm bảo chất lượng (QA/QC) được thực hiện theo hướng dẫn của SMEWW 1020A và 1020B (2017), bao gồm quy trình vận hành tiêu chuẩn (SOP), phân tích mẫu chuẩn đồng hành, mẫu lặp, xác nhận đường chuẩn và giới hạn phát hiện Để xác định khả năng gây nhiễu và nhiễm bẩn trong quá trình phân tích, mẫu trắng được phân tích đồng thời với mỗi lô 8 mẫu Nồng độ thực của các chất phát hiện được xác định bằng cách trừ giá trị trung bình của mẫu trắng và mẫu lặp.
A calibration curve was established for a mixture of six standard substances, including carbendazim, difenoconazole isomers 1 and 2, hexaconazole, thiophanate-methyl, trifloxystrobin, and azoxystrobin, within a concentration range of 10 ppb to 1000 ppb The specific concentrations tested were 0.1 ppb, 0.5 ppb, 1 ppb, 2 ppb, 4 ppb, 10 ppb, 20 ppb, 40 ppb, 100 ppb, 200 ppb, 400 ppb, and 1000 ppb, all dissolved in methanol (MeOH).
Để xác định các giá trị đo được y theo nồng độ x, cần lặp lại 3 lần để lấy giá trị trung bình Nếu có sự phụ thuộc tuyến tính giữa y và x, đường biểu diễn sẽ được mô tả bằng phương trình: y = ax + b.
Trong đó: a: giá trị slope (độ dốc) b: giá trị intercept (hệ số chặn)
Và hệ số tương quan R: Rx,y = ∑ (𝑥 𝑖 −𝑋 ���
- Yêu cầu độ tuyến tính của đường chuẩn: R 2 ≥ 0,995
- Kiểm tra lại một điểm giữa của dãy chuẩn, yêu cầu sai số cho phép ≤ 15%
- Nếu không đạt điều kiện trên, tiến hành kiểm tra và dựng lại đường chuẩn b) Phân tích mẫu trắng
- Tiến hành phân tích mẫu trắng vào mỗi lần phân tích mẫu thử
- Nồng độ của chỉ tiêu phân tích tìm thấy trong mẫu trắng phải nhỏ hơn giới hạn phát hiện của phương pháp
- Nếu nồng độ của mẫu trắng cao, thì phải kiểm tra mẫu trắng và tiến hành phân tích lại c) Đo lặp lại
- Mẫu được đo lặp lại ít nhất hai lần trong mỗi lần phân tích
- Độ lệch chuẩn của phép đo RSD tối đa 30 %
- Nếu độ lệch chuẩn của các giá trị thu được nằm ngoài giới hạn trên, thì phải tiến hành phân tích lại d) Mẫu kiểm soát của phòng thí nghiệm
- Mẫu kiểm soát được tiến hành phân tích theo quy trình vận hành chuẩn
- Cứ mỗi 10 mẫu, thì phân tích mẫu kiểm soát, hoặc trước khi kết thúc đo
32 mẫu thì đo mẫu kiểm soát
- Độ thu hồi của mẫu kiểm soát tối đa là 60-125%
- Nếu không đạt, thì tiến hành kiểm tra và phân tích lại
2.3.3 Kh ảo sát phương pháp chiết tách mẫu
2.4.2.1 Khảo sát các loại dung môi sử dụng chiết tách các hợp chất diệt nấm
Lựa chọn dung môi khảo sát: kế thừa nghiên cứu của tác giả Doan et al
Năm 2021, methanol được xác định là dung môi hiệu quả cho quá trình chiết tách hóa chất diệt nấm, với hiệu suất thu hồi cao như được trình bày trong Bảng 3.2-3.3 Dung môi này phù hợp để chiết tách một số hóa chất diệt nấm.
Phương pháp chiết tách chất diệt nấm trong mẫu bụi không khí xung quanh được thực hiện dựa trên phương pháp phân tích các thuốc diệt côn trùng đã được công bố bởi Kadokami và Hạnh (Nguyen Hai Doan et al., 2021), với một số thay đổi nhỏ Nghiên cứu này nhằm cải thiện hiệu quả trong việc phát hiện và phân tích các chất độc hại trong môi trường không khí.
The Quartz Fiber Filter (Whatman® QM-A, diameter 32 mm, synonym: Z741035) is utilized for dust collection After collection, the filter is cut into small pieces weighing 1g and placed into a 50 mL centrifuge tube for further analysis.
- Sau đú bơm 50 àL chất chuẩn đồng hành (nồng độ 4 àg/mL) vào mẫu sau đó tiến hành chiết mẫu bằng dung môi methanol
- Chiết lần 1: Thêm 20ml methanol sử dụng thiết bị siêu âm 20 phút Tiếp theo ly tâm 10 phút tốc độ 2000 vòng/phút
- Chiết tách được lặp lại thêm 02 lần (mỗi lần thêm 15ml methanol/lần) Siêu âm và ly tâm giống lần 1
- Dịch chiết thu được sau 3 lần chiết được gom lại cất quay chân không đến 1ml và làm giàu tới thể tích khoảng 0,2 mL bằng thổi khí nitơ
- Hỗn hợp nội chuẩn (50 àL, nồng độ 4 àg/mL) được bơm vào dịch chiết
33 và định mức dịch chiết tới 0,5mL bằng methanol
- Các hóa chất diệt nấm trong dịch chiết cuối cùng được phân tích trên thiết bị LC-QTOF-MS-SWATH, với quy trình phân tích đã khảo sát
2.3.3.2 Xác định hiệu suất thu hồi của phương pháp chiết tách Để xác định hiệu suất của quá trình trình chiết tách và phân tích, hỗn hợp chuẩn đồng hành (50 àL, nồng độ 4 àg/mL) được bơm vào mẫu giấy lọc bụi trước khi chiết tách
