TỔNG QUAN
Thuốc trừ sâu và tình hình sử dụng
Thuốc trừ sâu (TTS) là các hợp chất hóa học (vô cơ, hữu cơ) và chế phẩm sinh học có nguồn gốc từ thực vật, động vật, được sử dụng để kiểm soát côn trùng như nhện, ve và tuyến trùng Chúng có khả năng tiêu diệt, giảm nhẹ hoặc xua đuổi côn trùng, bao gồm cả thuốc diệt trứng và ấu trùng Mặc dù TTS chủ yếu được sử dụng trong nông nghiệp, nhưng chúng cũng có ứng dụng trong y tế, công nghiệp và gia đình Đây là nhóm thuốc phổ biến nhất trong các loại thuốc bảo vệ thực vật (BVTV).
1.1.2 Phân loại thuốc trừ sâu
Có nhiều cách phân loại TTS khác nhau Thông thường, TTS được phân loại dựa theo bản chất hóa học hoặc theo cơ chế tác động
1.1.2.1 Phân loại theo bản chất hóa học
Dựa theo bản chất hóa học, TTS đƣợc phân chia thành 3 nhóm lớn: TTS vô cơ, TTS hữu cơ, TTS sinh học [4], [17]
1- Thuốc trừ sâu vô cơ đƣợc tạo thành từ các nguyên tố tự nhiên không chứa carbon Các chất này bền, không bốc hơi, thường tan trong nước Hiện nay loại này ít đƣợc sử dụng do tính độc và độ tồn dƣ cao
2- Thuốc trừ sâu hữu cơ đƣợc tổng hợp hoặc chiết xuất từ tự nhiên, có chứa carbon, hydrogen và một hoặc nhiều nguyên tố khác nhƣ chlorine, oxygen, sulphur, phosphorus và nitrogen đƣợc phân thành các nhóm sau:
Nhóm clo hữu cơ là nhóm hợp chất chứa carbon, hydro, clo và có thể có oxy Hiện nay, việc sử dụng nhóm hợp chất này đang bị hạn chế do khả năng tồn dư cao trong môi trường và cơ thể con người.
Nhóm photpho hữu cơ, hay còn gọi là lân hữu cơ, bao gồm các ester của axit phosphoric (H3PO4) và có độc tính cao đối với con người cũng như động vật máu nóng Loại thuốc này có đặc tính độc thần kinh, gây ức chế men cholinesterase.
+Nhóm sulphur hữu cơ chứa sulphur và hai nhân phenyl, thường được dùng trừ nhện
+Nhóm carbamate là ester của carbamic acid, có độc tính cao với người và động vật máu nóng
+ Nhóm formamidines có cấu trúc nitrogen –N=CH-N, tác động lên trứng và giai đoạn sâu non của ve
Nhóm dinitrophenol là dẫn xuất của phenol, bao gồm hai nhóm nitro (NO2) và có phổ độc tính rộng Chất này được sử dụng làm thuốc trừ sâu, có tác dụng diệt trứng, trừ cỏ và diệt nấm.
Nhóm organotins chứa thiếc được sử dụng làm thuốc trừ ve và thuốc trừ nấm, trong khi nhóm pyrethroids (cúc tổng hợp) được tổng hợp dựa trên cấu trúc của pyrethrin, có tác dụng rộng đối với côn trùng nhưng dễ gây kháng thuốc Pyrethroids có độc tính thấp đối với con người và môi trường, đồng thời dễ bay hơi và phân hủy nhanh.
+ Nhóm kháng sinh tạo bởi vi sinh vật có tính trừ sâu, trừ nhện, kháng sinh, chống nấm
Nhóm dầu khoáng chứa các nguyên tố halogen như Cl, Br, và F thường được sử dụng trong hỗn hợp dầu nhẹ kết hợp với chất tạo nhũ để tiêu diệt côn trùng, tuyến trùng, vi khuẩn và chuột Chúng cũng được áp dụng trong việc khử trùng nhà cửa, kho tàng và đất.
+ Nhóm neonicotinoid là các hợp chất tổng hợp tương tự loại nicotine trừ sâu tự nhiên (TTS sinh học), có độc tính thấp với loài có vú
3- Thuốc trừ sâu sinh học là những chất độc đƣợc khai thác từ cây, đƣợc sử dụng dưới dạng bột cây nghiền mịn hoặc dịch chiết dùng để phun TTS sinh học thường ít độc với người và sinh vật không phải dịch hại
1.1.2.2 Phân loại theo cơ chế tác động
Khi thuốc tiếp xúc với cơ thể sâu hại, nó ảnh hưởng đến nhiều quá trình sống của chúng, gây ra bệnh tật, rối loạn sinh trưởng, chuyển hóa và khả năng sinh sản, thậm chí có thể dẫn đến cái chết Dựa vào cơ chế tác động, thuốc trừ sâu được phân loại thành các nhóm chính.
Thuốc trừ sâu tác động vị độc là loại thuốc trừ sâu đi vào cơ thể sâu qua đường miệng và được hấp thụ qua hệ thống tiêu hóa, có tác dụng chủ yếu thông qua đường ruột.
Thuốc trừ sâu tác động tiếp xúc là loại thuốc mà sâu hại tiếp xúc qua chân hoặc hấp thụ qua da, từ đó gây ra độc tính cho chúng.
- Thuốc trừ sâu tác động xông hơi: đi vào cơ thể sâu qua hệ thống hô hấp
Thuốc trừ sâu tác động nội hấp (hay lưu dẫn) là loại thuốc có khả năng tan trong nước cao, cho phép thẩm thấu vào cây trồng qua rễ, thân và lá Khi sâu hại chích hút cây, thuốc sẽ di chuyển trong cơ thể chúng, giúp kiểm soát hiệu quả các loại côn trùng gây hại.
- Thuốc trừ sâu tác động ngạt thở: Là TTS làm bí cơ chế thở của sâu
Thuốc trừ sâu tác động thấm sâu có khả năng xâm nhập qua tế bào biểu bì của lá cây, thấm sâu vào các lớp tế bào nhu mô, giúp tiêu diệt những sâu hại ẩn náu trong lớp mô này.
Thuốc trừ sâu tác động gây ngán là loại thuốc mà khi sâu hại bắt đầu ăn những bộ phận của cây có chứa thuốc này, chúng sẽ ngừng ăn ngay lập tức Kết quả là sâu sẽ chết vì đói do không thể tiếp tục tiêu thụ thực vật.
Ảnh hưởng của thuốc trừ sâu đến môi trường và sức khỏe con người
1.2.1 Ảnh hưởng của thuốc trừ sâu đến môi trường
Việc sử dụng thuốc trừ sâu (TTS) trong nông nghiệp và lâm nghiệp dẫn đến sự tích tụ một lượng lớn TTS trong môi trường Khi phun TTS lên cây, một phần được cây hấp thụ để tiêu diệt sâu bệnh, trong khi phần còn lại tồn dư và lan tỏa vào môi trường xung quanh Những tồn dư này trải qua nhiều quá trình lý hóa và sinh học, dẫn đến sự biến đổi, di chuyển và phân bố trong các thành phần tự nhiên Mặc dù tính tồn lưu có thể mang lại lợi ích trong một số trường hợp, nhưng nó lại gây ra những tác động bất lợi cho môi trường.
Hình 1.1 Đường truyền thuốc trừ sâu vào môi trường
TTS không chỉ ảnh hưởng đến khu vực xử lý mà còn gây ô nhiễm cho các vùng lân cận khi thuốc bay hơi vào khí quyển và bị gió mang đi xa Thuốc có thể tích tụ trong các khu vực nước do mưa rửa trôi, hiện diện trong đất, nước, không khí, súc vật, con người và nhiều sản phẩm khác, đồng thời tích lũy qua chuỗi thức ăn Sự tích lũy này thường liên quan đến tính tồn dư của TTS trong môi trường.
Không khí dễ bị ô nhiễm bởi các hợp chất TTS dễ bay hơi, đặc biệt trong điều kiện thời tiết nóng Tại các vùng nhiệt đới, khoảng 90% TTS phospho hữu cơ có khả năng bay hơi nhanh chóng.
Khoảng 50% lượng thuốc trừ sâu (TTS) được phun để bảo vệ mùa màng hoặc diệt cỏ đã được phun không đúng vị trí và rơi xuống mặt đất Khi thuốc vào trong đất, một phần được cây hấp thụ, trong khi phần còn lại được keo đất giữ lại Một số loại TTS như clo hữu cơ có thể tồn tại trong đất nhiều năm, mặc dù một lượng lớn thuốc đã bay hơi.
Nước có thể bị ô nhiễm do nhiều nguyên nhân, bao gồm việc đổ thuốc trừ sâu thừa sau khi phun, xả nước rửa dụng cụ phun xuống ao hồ, và việc phun thuốc lên cây trồng.
TTS nằm gần mép nước, nơi có sự rò rỉ và xói mòn từ đất đã được xử lý hoặc TTS từ không khí ô nhiễm Việc sử dụng thuốc TTS để thả xuống sông hồ không chỉ nhằm tiêu diệt cá mà còn để thu hoạch cá cho việc tiêu thụ.
1.2.2 Ảnh hưởng của thuốc trừ sâu đến sức khỏe con người
Hầu hết các loài TTS đều có độc tính đối với con người và động vật máu nóng, với mức độ khác nhau TTS được phân loại thành hai loại chính: chất độc cấp tính và chất độc mãn tính.
Chất độc cấp tính có mức độ gây độc phụ thuộc vào lượng thuốc xâm nhập vào cơ thể Khi dưới liều gây chết, chúng không đủ khả năng gây tử vong và sẽ dần dần bị phân giải và bài tiết ra ngoài Các hợp chất này bao gồm pyrethroid, photpho hữu cơ, cacbamat và thuốc có nguồn gốc sinh vật.
Chất độc mãn tính có khả năng tích tụ lâu dài trong cơ thể do tính bền vững và khó phân giải của chúng Các hợp chất nguy hiểm như Clo hữu cơ, Thạch tín (Asen), Chì và Thủy ngân thuộc loại này, gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng cho sức khỏe.
Thuốc trừ sâu có thể xâm nhập vào cơ thể con người và động vật qua ba con đường chính: hô hấp, tiêu hóa và tiếp xúc trực tiếp Việc tiếp xúc với thuốc trừ sâu có thể dẫn đến nhiễm độc cấp tính hoặc mãn tính, tùy thuộc vào mức độ tiếp xúc Nghiên cứu đã chỉ ra mối liên hệ giữa thuốc trừ sâu và các căn bệnh như ảnh hưởng đến sinh sản, gây ung thư, cũng như tác động tiêu cực đến não, hệ thần kinh, hệ nội tiết và hệ thống miễn dịch.
Thuốc trừ sâu photpho hữu cơ
Thuốc trừ sâu photpho hữu cơ, bao gồm các dẫn xuất của axit phosphoric, thiophosphorit, phosphonit và thiophosphonit, có nguồn gốc tổng hợp Mặc dù nhóm dẫn xuất từ axit thiophosphorit và thiophosphonit ít được sử dụng, các hợp chất này có thời gian bán hủy nhanh hơn so với thuốc bảo vệ thực vật nhóm clo, nhưng lại có độ độc cao hơn đối với con người và động vật.
Công thức hóa học chung của các hợp chất photpho hữu cơ là R-PO₄, trong đó R là gốc alkyl và X là gốc hữu cơ Các hợp chất photpho hữu cơ thường ít độc hơn khi nguyên tử lưu huỳnh (S) thay thế cho oxy (O) Tùy thuộc vào việc oxy hay lưu huỳnh chiếm vị trí thứ nhất hoặc thứ hai trong cấu trúc, các hợp chất này được phân loại thành nhiều loại khác nhau.
1.3.1.2 Tính chất chung của các hợp chất thuốc trừ sâu photpho hữu cơ
Các hợp chất photpho hữu cơ có áp suất hơi cao và dễ bay hơi, trở thành chất độc cho đường hô hấp Chúng dễ dàng hòa tan trong dung môi hữu cơ và dầu mỡ, đồng thời có khả năng phân hủy nhanh chóng, gây khó khăn trong việc thu hồi sản phẩm ban đầu.
Hợp chất photpho hữu cơ có đặc điểm hóa học chung là dễ bị thủy phân, khả năng thủy phân của chúng cao hơn so với các hợp chất hữu cơ chứa clo.
Tác nhân thủy phân tiếp cận chất phản ứng và tấn công nguyên tử phospho, trong đó bước (I) diễn ra chậm hơn so với bước (II) Kết quả là quá trình này tạo ra este đơn giản hơn từ axit phosphoric.
Phản ứng hoạt hóa nhân photpho là một tính chất quan trọng, thường dẫn đến việc hình thành các chất ức chế enzym cholinesteraza mạnh hơn, chủ yếu bằng cách chuyển đổi nhóm P=S thành nhóm P=O.
Phản ứng phân hủy song song với phản ứng hoạt hóa là quá trình quan trọng trong việc chuyển hóa các hợp chất photpho hữu cơ thành các dẫn xuất trung gian ít độc hại hơn, như trong trường hợp của dimethoate.
Axit O,O-dimetyl dithiophosphoryl axetic kém độc hơn dimethoate đến
1.3.1.3 Sự ô nhiễm và phơi nhiễm thuốc trừ sâu photpho hữu cơ
Trong môi trường tự nhiên, ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm và vi sinh vật tác động đến sự chuyển hóa phức tạp của các hợp chất photpho hữu cơ, dẫn đến sự hình thành nhiều hợp chất trung gian độc hại cho côn trùng và động vật máu nóng Mặc dù phần lớn các thuốc trừ sâu photpho hữu cơ phân hủy nhanh hơn so với thuốc trừ sâu clo hữu cơ, nhưng tính độc cao của chúng đã khiến nhiều loại bị cấm sử dụng hoặc chỉ cho phép sử dụng trong điều kiện hạn chế.
1.3.2 Tên gọi, công thức hóa học, cấu tạo và tính chất của một số hợp chất photpho hữu cơ thường gặp
- Tên danh pháp hóa học (IUPAC name): Phosphorothioic acid O,O-diethyl O- [6-methyl-2-(1- methylethyl)-4-pyrimidinyl] ester ; hoặc thiophosphoric acid 2- isopropyl-4-methyl-6-pyrimidyl diethyl ester [17], [20], [36]
- Công thức phân tử: C12H21N2O3PS
- Khối lƣợng phân tử: 304,35 Nhiệt độ sôi: 84 0 C
- Tính chất, đặc điểm đặc trƣng: Diazinon là chất lỏng có màu nâu sẫm, có mùi khó chịu
- Tên danh pháp hóa học (IUPAC name): Phosphorodithioic acid O,O- dimethyl S-[2-(methylamino)-2-oxoethyl] ester
- Khối lƣợng phân tử: 229,26 g/mol Nhiệt độ sôi: 117 0 C
- Tính chất, đặc điểm đặc trƣng: là chất rắn màu trắng
- Tên danh pháp hóa học (IUPAC name): O, O – diethyl S-2-(ethylsulfanyl) ethyl phosphorodithioate
- Công thức phân tử: C 8 H 19 O 2 PS 3
- Khối lƣợng phân tử: 274,404 g/mol Nhiệt độ sôi: 128 0 C
- Tính chất, đặc điểm đặc trƣng: disulfoton tinh khiết là chất lỏng không màu, không mùi
- Tên danh pháp hóa học (IUPAC name): O-4- dimethylsulfamoylphenyl O,O- dimethyl phosphorothioate; 4-dimethyoxyphosphinothioyloxy-N, N-dimethyl- bezenesulfonamide
- Công thức phân tử: C 10 H 16 NO 5 PS 2
- Khối lƣợng phân tử: 325,24 g/mol Nhiệt độ sôi: 394 0 C
- Tính chất, đặc điểm đặc trƣng: là chất bột tinh thể không màu
- Tên thường gọi: Methyl parathion
- Tên danh pháp hóa học (IUPAC name): 0-0-dimethyl 0,4-nitrophenyl- phosphothiat
- Công thức phân tử: C 8 H 10 NO 5 PS
- Khối lƣợng phân tử: 263,2 g/mol Nhiệt độ sôi: 143 0 C
Methyl parathion là một chất lỏng màu nâu với mùi hắc khó chịu, có khả năng hòa tan cao trong các dung môi hữu cơ nhưng chỉ tan rất ít trong nước.
- Tên danh pháp hóa học (IUPAC name): 0,0 - Dietyl-0-p-nitrophenyl phosphothioat
- Công thức phân tử: C10H14NO5PS
- Khối lƣợng phân tử: 291,3 g/mol Nhiệt độ sôi: 157 0 C
Parathion tinh khiết là một chất lỏng không mùi, có màu vàng nhạt, dễ hòa tan trong các dung môi hữu cơ và dầu, nhưng ít tan trong nước.
- Tên danh pháp hóa học (IUPAC name): O,O-diethyl S- (ethyllsulfanyl) methyl- phosphorodithioate
- Công thức phân tử: C7H17O2PS3
- Khối lƣợng phân tử: 260.38 g/mol Nhiệt độ sôi: 118-120 0 C (107 Pa)
- Tính chất, đặc điểm đặc trƣng: là chất lỏng di động, màu vàng nhạt, tan ít trong nước, tan nhiều trong dung môi hữu cơ
- Tên danh pháp hóa học (IUPAC name): diethoxyphosphinothioyloxy- ditheoxy-sulfanylidene-5-phosphane
- Khối lƣợng phân tử: 322.32 g/mol Nhiệt độ sôi: 92 0 C
- Tính chất, đặc điểm đặc trƣng: là chất lỏng, không màu, có mùi tỏi
- Tên danh pháp hóa học (IUPAC name): O,O- diethyl O-2-pyrazinyl phos- phorothioate
- Công thức phân tử: C 8 H 13 N 2 O 3 PS
- Khối lƣợng phân tử: 248,24 g/mol Nhiệt độ sôi: 80 0 C
- Tính chất, đặc điểm đặc trƣng: là chất lỏng, màu hổ phách, hợp chất tinh khiết gần nhƣ không màu.
Các phương pháp chuẩn bị mẫu cho phân tích thuốc trừ sâu photpho hữu cơ 16 1 Phương pháp chiết lỏng - lỏng
Mục đích của các phương pháp chuẩn bị mẫu là tách chiết toàn bộ chất cần phân tích, cụ thể là TTS photpho hữu cơ, ra khỏi đối tượng mẫu Có nhiều phương pháp chiết TTS photpho hữu cơ, bao gồm chiết rắn lỏng (SLE), chiết lỏng-lỏng (LLE), chiết pha rắn (SPE), vi chiết pha rắn (SPME), chiết lỏng siêu tới hạn (SFE), chiết lỏng có hỗ trợ áp suất (PLE) và chiết bằng bộ kít QuEChERS Đối với mẫu môi trường hoặc thực phẩm ở dạng rắn, việc sử dụng dung môi kết hợp với kỹ thuật lắc khuấy trộn hoặc vi sóng là rất hiệu quả Trong tất cả các quy trình, cần thiết phải làm sạch bằng chiết pha rắn hoặc chiết lỏng-lỏng để loại bỏ tạp chất từ nền mẫu.
1.4.1 Phương pháp chiết lỏng - lỏng
Chiết lỏng lỏng là phương pháp dựa trên sự phân bố của chất phân tích giữa hai pha lỏng, sử dụng dung môi hữu cơ để chiết các đối tượng phân tích tan trong dung môi ở nhiệt độ thường, với các mẫu đã được làm nhỏ Hiệu quả chiết phụ thuộc vào ái lực của chất phân tích với dung môi chiết và tỉ lệ thể tích giữa các pha Để nâng cao hiệu quả, có thể sử dụng các tác nhân bổ trợ như lắc cơ học, khuấy trộn siêu tốc, hoặc sóng siêu âm Để đạt được kết quả chiết tốt, quá trình chiết cần tuân thủ các điều kiện và yêu cầu nhất định.
- Dung môi chiết phải tinh khiết cao để không làm nhiễm bẩn thêm các chất phân tích vào mẫu;
- Dung môi chiết phải hòa tan tốt các chất phân tích, nhƣng lại không hòa tan tốt các chất khác có trong mẫu;
- Hệ số phân bố của hệ chiết phải lớn, để cho sự chiết đƣợc triệt để;
- Chiết nhanh đạt cân bằng và thuận nghịch, để giải chiết tốt;
- Sự phân lớp khi chiết phải rõ ràng, nhanh và tách ra riêng biệt các pha;
- Phải chọn môi trường axit, pH thích hợp;
- Thực hiện chiết trong nhiệt độ phù hợp và giữ không đổi trong cả quá trình
- Phải lắc hoặc trộn đều mạnh để quá trình chiết xảy ra tốt
Chiết xuất được phân loại thành hai kiểu: chiết tĩnh và chiết dòng chảy liên tục Trong các phương pháp phân tích, chiết tĩnh thường được ưa chuộng hơn nhờ vào sự đơn giản và dễ thực hiện của nó.
Phương pháp chiết tĩnh là một kỹ thuật đơn giản, không yêu cầu thiết bị phức tạp, chỉ cần sử dụng các phễu chiết với dung tích 100 ml, 250 ml hoặc 500 ml, phù hợp cho mọi phòng thí nghiệm Quá trình lắc chiết có thể thực hiện bằng tay hoặc bằng máy lắc nhỏ, giúp việc chiết dễ dàng và đồng nhất.
Phương pháp chiết dòng chảy liên tục là kỹ thuật hiệu quả trong việc tách hai pha lỏng không hòa tan, trong đó một pha chứa chất phân tích Quá trình chiết diễn ra khi hai dung môi được bơm liên tục và đi ngược chiều nhau, hoặc chỉ một pha dung môi chuyển động, giúp chất phân tích phân bố vào hai dung môi theo tính chất của chúng để đạt trạng thái cân bằng Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất công nghệ, yêu cầu hệ thống máy chiết, cột chiết, và bộ tách pha để thu hồi chất chiết liên tục hoặc theo chu kỳ Phương pháp chiết này đơn giản, hiệu quả trong việc tách chất phân tích như kim loại, chất hữu cơ, và HCBVTV độc hại từ mẫu nước, nước thải, và nước biển Sự kết hợp giữa dung môi và pH cũng làm tăng khả năng chiết nhiều chất từ nền mẫu, với các dung môi như hexan và cyclohexan cho chất không phân cực, và dicloromethane, chloroform cho chất phân cực vừa.
- Dùng đƣợc cho cả chiết phân tích và sản xuất tách chiết lƣợng lớn;
- Lấy riêng chất phân tích, loại được các chất ảnh hưởng, nhất là nền mẫu;
- Thích hợp làm giàu lƣợng lƣợng nhỏ chất phân tích;
- Sản phẩm chiết phù hợp được cho nhiều phương pháp phân tích
Nhược điểm: Sử dụng dung môi hữu cơ, ít nhiều gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người
Hình 1.2 Mô hình chiết lỏng – lỏng
Các tác giả Hung Tse, Michael Comba và Mehran Alaee đã thực hiện chiết 13 hợp chất TTS photpho hữu cơ từ mẫu nước bằng phương pháp chiết lỏng-lỏng Quá trình chiết bắt đầu với 500 ml nước có chứa chuẩn photpho hữu cơ (100 µl trong axeton) ở nhiệt độ phòng trong 2 giờ Mẫu được chiết với 100 ml dung môi dicloromethane qua 3 lần chiết và sau đó được làm khô bằng Na2SO4 khan Dịch chiết sau khi thêm 5 ml isooctane được cô đặc xuống 3 ml bằng thiết bị cô quay Mẫu cuối cùng được chuyển sang ống ly tâm 15 ml, rửa bằng 2 ml hexan, và bay hơi bằng dòng khí nitơ đến thể tích 1 ml, trước khi định lượng trên GC-NPD và GC-ECD Hiệu suất thu hồi trong mẫu nước đạt từ 76-102%, với giới hạn phát hiện từ 0,003-0,29 µg/l đối với mẫu nước tự nhiên.
Các tác giả Jalal Hassan, Masoumeh Sarkouhi [38] đã tiến hành chiết hai TTS photpho hữu cơ là diazinon và malathion ra khỏi mẫu nước bằng phương pháp
Thêm dung môi sạch không trộn lận với pha nước
Lắc hoặc khuấy để các phân tử phân vùng
Lắng và phân tách các pha chiết lỏng-lỏng là quá trình quan trọng trong phân tích mẫu Mẫu được chiết bằng methanol kết hợp với butyl acetate, một dung môi có tỷ trọng thấp hơn nước Sau khi chiết xong, mẫu sẽ được cô đặc và sau đó tiêm vào thiết bị phân tích GC-FID Khoảng tuyến tính thu được trong quá trình này dao động từ 0,4 đến 1000 àg/l.
R 2 = 0,997ữ0,999 Giới hạn phỏt hiện của phương phỏp là 0,1 àg/l
1.4.2 Phương pháp chiết rắn - lỏng SLE (solid - liquid extraction)
Phương pháp chiết rắn - lỏng là kỹ thuật quan trọng để chiết tách các chất hữu cơ trong mẫu rắn nhằm phân tích Dung môi chiết sẽ thẩm thấu vào mẫu, tiếp xúc với chất phân tích và giúp chúng khuếch tán vào dung môi Việc lựa chọn dung môi phù hợp là yếu tố quyết định hiệu quả của kỹ thuật này, bên cạnh đó, áp suất và nhiệt độ cũng đóng vai trò quan trọng Tăng áp suất giúp dung môi thâm nhập sâu hơn vào mẫu, trong khi tăng nhiệt độ cải thiện khả năng hòa tan của chất phân tích Phương pháp chiết rắn - lỏng bao gồm bốn kỹ thuật chính: lắc, chiết soxhlet, chiết siêu âm và chiết vi sóng.
1.4.2.1 Chiết rắn –lỏng bằng ỹ thuật lắc
Một phương pháp đơn giản và tiện lợi để chiết TTS từ trái cây và rau quả là sử dụng dung môi thích hợp và lắc trong thời gian xác định Axeton và acetonitrile là những dung môi thường được sử dụng do khả năng hòa tan với nước, giúp kéo chất phân tích từ nền mẫu ra dung dịch lỏng Ngoài ra, điclometan và hexan cũng được áp dụng cho các hợp chất TTS có tính kém phân cực.
Kỹ thuật lắc với dung môi thường không hiệu quả khi chất phân tích gắn chặt với nền mẫu Trong những trường hợp này, chiết siêu âm là phương pháp hỗ trợ hiệu quả, giúp dung môi khuếch tán vào mẫu tốt hơn và tăng cường sự tiếp xúc, từ đó nâng cao hiệu quả của quá trình chiết.
1.4.2.2 Chiết rắn –lỏng bằng ỹ thuật siêu âm
Chiết siêu âm là phương pháp loại bỏ và thu hồi các chất phân tích hữu cơ từ mẫu rắn bằng cách sử dụng dung môi được khuếch tán qua năng lượng siêu âm, giúp phá vỡ nền mẫu và tăng khả năng hòa tan Phương pháp này được ứng dụng để chiết xuất các hợp chất hữu cơ không bay hơi và dễ bay hơi từ các mẫu như đất, bùn và chất thải rắn Ưu điểm của chiết siêu âm bao gồm giảm thời gian và lượng dung môi sử dụng, với tốc độ chiết nhanh từ 10-45 phút, đồng thời an toàn hơn nhờ sử dụng nhiệt độ thấp, tránh bay hơi dung môi và bảo vệ các hoạt chất sinh học Siêu âm tần số cao còn tăng cường khả năng xâm nhập của dung môi, nâng cao hiệu quả chiết xuất.
Ngoài ra chiết siêu âm không phụ thuộc vào nền mẫu, thiết bị chiết rẻ tiền
Nhược điểm: Quá trình chiết gây ồn, nhất thiết phải qua quá trình lọc mẫu làm dung môi có thể bay hơi ảnh hưởng đến sức khỏe con người
Các tác giả Consuelo Sanschez- Brunete, Beatriz Albero và Jose L Tadeo
[30] đã tiến hành chiết TTS photpho hữu cơ ra khỏi nền mẫu đất bằng chiết siêu âm
Mẫu đất 5g được trộn với 2g Na2SO4 khan và chiết siêu âm hai lần với 5ml dung môi etylaxetat trong 5 phút mỗi lần Dịch chiết sau đó được lọc và mẫu đất được rửa bằng 1ml dung môi etylaxetat, tiếp theo được bay hơi và cô cạn về 1ml để định lượng bằng GC-MS Độ thu hồi đạt từ 87-106,2% với độ lệch chuẩn tương đối từ 2,4-10,6% Khoảng tuyến tính xây dựng được là 25-1000 àg/L.
R 2 > 0,999 với giới hạn phỏt hiện LOD = 0,02-1,6 àg/kg
Các tác giả Ana Isabel García-Valcárcel và José Luis Tadeo đã tiến hành chiết các hợp chất photpho hữu cơ từ bùn thải bằng phương pháp chiết siêu âm với các dung môi khác nhau như acetoneitrile, ethyl acetate và methanol Kết quả nghiên cứu cho thấy, chiết với dung môi acetonitrile có chứa 1% axit acetic mang lại hiệu quả tốt nhất, với độ thu hồi đạt từ 83,2 đến 106,4%, độ lệch chuẩn tương đối (RSD) ≤ 8,7%, và giới hạn phát hiện (LOD) từ 1 đến 14 ng/g.
1.4.2.3 Chiết rắn –lỏng bằng ỹ thuật Soxhlet
Nguyên tắc chiết Soxhlet là sử dụng dung môi ở nhiệt độ cao để chiết liên tục và triệt để các chất phân tích trong mẫu đã được nghiền nhỏ Thời gian chiết phụ thuộc vào bản chất của mẫu Kỹ thuật này đã được áp dụng để chiết các hóa chất bảo vệ thực vật trong nông sản, chè, dược liệu và đất, cho thấy tính hiệu quả cao Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là tiêu tốn nhiều dung môi hữu cơ và thời gian chiết kéo dài.
Hình 1.3 Mô hình chiết siêu âm
Hình 1.4 Mô hình chiết Soxhlet
1.4.2.4 Chiết rắn –lỏng bằng ỹ thuật vi sóng
Kỹ thuật chiết bằng lò vi sóng đã phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, cho phép gia nhiệt mẫu và dung môi chiết với kiểm soát áp suất, nhiệt độ và năng lượng Phương pháp này mang lại hiệu quả chiết tương tự như kỹ thuật soxhlet nhưng rút ngắn thời gian chiết xuống còn khoảng 15 phút và giảm lượng dung môi sử dụng chỉ từ 25 đến 50ml Nhờ những ưu điểm này, kỹ thuật chiết bằng lò vi sóng đã được áp dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm.
Các tác giả Edwar Fluentes, María E Báez, Ronnie Labra [32] đã tiến hành chiết 6 TTS photpho hữu cơ ra khỏi mẫu đất bằng chiết có hỗ trợ lò vi sóng
Acetone:hexan (1:1,v/v) Acetone:CH 2 Cl 2 (1:1,v/v) Hexan (phân tích PCBs) Đầu dò siêu âm
Các phương pháp phân tích thuốc trừ sâu photpho hữu cơ
Từ năm 2005 đến 2011, có 40 nghiên cứu đã chỉ ra rằng kỹ thuật chính để phân tích TTS photpho hữu cơ là sắc ký, bao gồm sắc ký khí và sắc ký lỏng, bên cạnh đó còn có các phương pháp phân tích khác.
Hình 1.7 Các kỹ thuật áp dụng phân tích OP (2005 – 2011) [42]
1.5.1 Phương pháp sắc ký lớp mỏng
Sắc ký lớp mỏng là phương pháp phân tích đơn giản và tiết kiệm, có thể thực hiện tại hầu hết các phòng thí nghiệm để định tính và bán định lượng các hóa chất bảo vệ thực vật Bản mỏng phân tích được làm từ thủy tinh phẳng kích thước 20x20 cm hoặc 20x10 cm, được phủ lớp silicagel, oxit nhôm hoặc than hoạt tính Sau khi sấy khô, dịch chiết được chấm lên bản mỏng và để bay hết dung môi trước khi đặt vào bình chứa dung môi cao 1 cm Dung môi thường sử dụng là dung môi hữu cơ hoặc hỗn hợp dung môi hữu cơ, với hệ dung môi được chọn phù hợp để tách các hoạt chất, được đặc trưng bởi hệ số Rf Giá trị Rf cho biết tỉ lệ chiều cao di chuyển của hoạt chất so với dung môi, từ đó giúp định tính và bán định lượng chất cần phân tích Để có kết quả chính xác, cần thực hiện với 2 đến 3 hệ dung môi khác nhau Các thuốc thử như p-Nitrobenzylpyridine, tetraacetylenpentamine và paladiclorua thường được sử dụng cho nhóm phospho hữu cơ Tại Việt Nam, phương pháp này đã được áp dụng để phân tích các hóa chất như BHC, methyl parathion và dimethoate trong gạo, đậu tương và chè.
1.5.2 Phương pháp phổ UV-VIS
Phương pháp phổ UV-VIS từng là một trong những phương pháp chính để xác định dư lượng thuốc trừ sâu (TTS) nhiều năm trước Tuy nhiên, trong thời gian gần đây, phương pháp này đã giảm bớt sự phổ biến do những hạn chế về độ nhạy và độ chọn lọc thấp Nguyên tắc hoạt động của phương pháp này dựa trên sự hấp thụ của các chất, nhưng những hạn chế này đã khiến nó không còn được ưa chuộng trong việc xác định dư lượng thuốc bảo vệ thực vật.
Các tác giả Sunitha B Mathew, Ajai K Pillai, và Vinay K đã áp dụng phương pháp phổ UV-VIS để xác định các thuốc trừ sâu (TTS) loại photpho hữu cơ như malthion, dimethoate và phorate Phương pháp này dựa trên quá trình oxy hóa của TTS nhóm photpho hữu cơ với sự có mặt của N-bromosuccinimide (NBS) và được xác định bằng Rhodamine B (max= 550 nm) Khoảng nồng độ của các chất tuân theo định luật Beer, với phorate (0,108-1,08) g/ml, malathion (0,056-0,56) g/ml, và dimethoate (0,028-0,28) g/ml, đạt độ lệch chuẩn