TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 57 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ HỢP CHẤT CLO TRONG NƯỚC MẶT, TRONG ĐẤT THUỘC ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG RESEARCH ON DETERMINING SOME ORGANOCHLORINE COMPOUNDS IN THE SURFACE WATER AND THE SOIL IN DANANG CITY ĐÀO HÙNG CƯỜNG – NGUYỄN MINH THIÊN – NGUYỄN TRẦN NGUYÊN Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Bên cạnh những lợi ích như tăng năng suất cây trồng, việc sử dụng hoá chất bảo vệ thực vật cũng gây ra một số vấn đề như: xói mòn đất, giảm chất lượng các sản phẩm nông nghiệp, tác động xấu đến sức khoẻ con người, ô nhiễm môi trường Xuất phát từ những vấn đề trên, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu và xác định hàm lượng một số hoá chất bảo vệ thực vật nói chung cũng như một số hợp chất cơ clo nói riêng trong nước mặt và trong đất ở một số khu vực thuộc thành phố Đà Nẵng. ABSTRACT From the ecological prospect, chemical Agriculture is quite anti-natural. The chemical cultivation has made productivity grow but it also reveals some problems such as: land degradation, quality reduction of Agricultural products, human beings’ health, environmental pollution, and so on. The investigating and defining the quantity of HCBV in general and organochlorine compounds in particular for the enviroment need to be concerned in some areas. 1. Mở đầu Đã từ lâu, nông dân biết rõ lợi ích của thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) như là một biện pháp có tính quyết định trong việc diệt trừ sâu hại cây trồng, tăng năng suất, nên một khối lượng lớn thuốc BVTV đã được đưa vào Việt Nam để sử dụng. Trước 1990, hằng năm cả nước nhập khẩu khoảng 13.000 đến 15.000 tấn thuốc thành phẩm qui đổi ra các loại, đó là chưa kể chúng bị nhập lậu theo các con đường khác nhau. Bên cạnh mặt tích cực của chúng thì tính độc hại, bền vững, khó bị phân huỷ trong môi trường, dẫn đến khả năng tích tụ ngày càng nhiều trong đất, nước, động, thực vật. Hậu quả của việc hấp thụ và tích luỹ chúng trên cơ thể con người là nguyên nhân gây ra các bệnh ung thư, các bệnh do những biến đổi về cấu trúc gen , có thể gây ảnh hưởng di truyền cho các thế hệ sau. Theo Giáo sư Phạm Bình Quyền [2], ở Việt Nam đã sử dụng khoảng 200 loại thuốc trừ sâu, 83 loại thuốc trừ bệnh, 52 loại thuốc trừ cỏ, 8 loại thuốc diệt chuột và 9 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 58 loại thuốc kích thích sinh trưởng, ngoài ra còn có một số lượng không nhỏ nhập trái phép vào nước ta (bảng 1). Bảng 1. Khối lượng thuốc BVTV được sử dụng ở Việt Nam từ 1991-1994. Chủng loại Khối lượng thuốc sử dụng qua các năm (tấn) 1991 1992 1993 1994 Khối lượng % Khối lượng % Khối lượng % Khối lượng % Thuốc trừ sâu 17590 82.2 18100 74.13 17700 69.15 20500 68.33 Thuốc trừ bệnh 2700 12.6 2800 11.50 3800 14.84 4650 15.50 Thuốc diệt cỏ 500 3.3 2600 10.65 3050 11.91 3500 11.70 Thuốc khác 410 1.9 915 3.75 1050 4.10 1350 4.50 Tổng số 21400 100 24415 100 25600 100 30.000 100 2. Thiết bị và phương pháp nghiên cứu 2.1. Thiết bị phân tích Ngoài các thiết bị phụ trợ như cô quay chân không, ly tâm, bể siêu âm, thiết chiếc pha rắn, máy nghiên mẫu, máy lắc, tủ sấy lò nung máy đo pH chúng tôi sử dụng thiết bị chính cho phân tích là GC/MS để phân tích dư lượng hợp chất cơ clo (HCCC) [3], [5]. Ưu điểm của thiết bị này, ngoài yếu tố thời gian lưu như trong phương pháp sắc ký dùng detetor ECD, việc sử dụng detector MS , còn cung cấp thêm thông tin quan trọng khác cho việc định danh là khối phổ của hợp chất phân tích. Một lợi điểm quan trọng khác là trong trường hợp có sự trùng lặp một phần hoặc toàn phần, hai hay nhiều peak được rửa giải ra cột thì việc chọn lại mảnh ion có thể giúp ta xác nhận lại hợp chất cần xác định và đồng thời cho phép định lượng được chúng. 2.2. Lựa chọn, khảo sát các điều kiện, thông số của hệ thống - tối ưu hoá quá trình sắc ký để đạt hiệu quả phân giải cao nhất 2.2.1. Cột phân tích − SPB-1; SPB-1701 − Đối với nhóm clo hữu cơ khi phân tích trên cột SPB-1701 đã cải thiện được độ phân giải giữa các cấu tử, thời gian phân tích ngắn hơn so với phân tích trên cột SPB-1. 2.2.2. Điều kiện sắc ký khí và khối phổ được chọn  Điều kiện sắc ký: − Chương trình nhiệt độ cột: + Nhiệt độ đầu 85oC, giữ ở 2 phút; sau đó tăng lên 195 o C với tốc độ gia TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 59 nhiệt 30 o C/phút, giữ ở nhiệt độ này trong 5 phút; tiếp tục tăng nhiệt độ lên đến 250 o C, với tốc độ gia nhiệt 5 o − Tiêm mẫu: C/phút, giữ ở nhiệt độ này trong 5 phút. + Tiêm mẫu với kỹ thuật chia/không chia, thể tích mẫu tiêm: 5µl - 150µl, áp lực khí mang He 14 pSi .  Điều kiện khối phổ: − Nguồn ion hoá EI; năng lượng ion hoá: 70eV; nhiệt độ nguồn ion: 230 o C; nhiệt độ giao diện sắc ký khí với detector khối phổ: 250 o − Chế độ quét Fullscan: thời gian trễ 0-5 phút; thời gian quét: 5 -25 phút; khoảng khối quét: 50-500 amu. C; giá trị của bộ khuếch đại Multiplier: khoảng 300 - 500V. 2.3. Tính giới hạn phát hiện Giới hạn phát hiện của phương pháp 5 chất được chỉ ra ở bảng 2. Bảng 2. Kết quả tính toán giới hạn phát hiện của phương pháp (ĐVT ppb) Chỉ tiêu Lindan Aldrin DDE Dieldrin DDT S/N 1161 853 315 171 202 LOD 10ppb 15ppb 42ppb 70ppb 70ppb MDL 0,01ppb 10ng/l 0,015 ppb 15ng/l 0,042ppb 42ng/l 0,08ppb 80ng/l 0,07ppb 70ng/l Giới hạn phát hiện thấp nhất của phương pháp trong 5 chất trên đều nhỏ hơn 0,08ppb, tương đương với 0,08µg/l, điều này cho phép chúng ta yên t âm về kiểm soát chất lượng số liệu phân tích trong phương pháp xác định lượng vết thuốc BVTV trong nước, trong đất mà đề tài nghiên cứu. 2.4. Thời gian lưu Thời gian lưu của 5 loại chất chuẩn trên được chỉ ra ở bảng 3 và trên phụ lục sắc đồ của mẫu chuẩn và mẫu giả cho thấy các peak của từng chất hoàn toàn tách ra khỏi nhau. Bảng 3. Thời gian lưu (phút) của 5 chất cột: SPB-1701, 30m x0,32mm x 0,25um. STT Tên chất Thời gian lưu của dung dịch chuẩn Thời gian lưu của mẫu giả 01 Lindan 9,16 9,18 02 Aldrin 10,32 10,34 03 DDE 14,78 14,82 04 Dieldrin 15,20 15,23 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 60 05 DDT 19,70 19,72 Như vậy bảng trên cho thấy thời gian lưu của 5 chất trên xa nhau rất nhiều, điều này cho thấy độ phân giải của cột SPB -1701 rất cao, khả năng tách cấu tử gần như hoàn toàn. 3. Kết quả và thảo luận 3.1. Kết quả nghiên cứu, điều kiện chiết tách dư lượng HCCC 3.1.1. Kết quả khảo sát dung môi đến hiệu suất thu hồi quá trình chiết lỏng - lỏng Nhóm tác giả đã khảo sát 2 dung môi diclometan và dung môi n-hexan và có kết quả nghiên cứu (bảng 4). Qua kết quả thu được cho thấy khả năng chiết thu hồi HCCC của diclometan gần như tương đương so với n -hexan và sau khi so sánh hiệu suất thu hồi cũng như những điều kiện hiện nay chúng tôi đã chọn dung môi n-hexan làm dung môi chiết tách cho các qui trình trong đề tài. Bảng 4. Hiệu suất thu hồi của n-hexan và diclometan. ĐVT: (ppb) Lin dan Aldrin DDE Đielrin DDT Lượng mẫu đưa vào 1ppb 1ppb 1ppp 1ppb 1ppb Chiết bằng n-hexan 0,66 0,73 0,68 0,78 0,53 Chiết bằng diclometan 0,67 0,73 0,72 0,63 0,55 3.1.2. Kết quả khảo sát dung môi đến hiệu suất thu hồi quá trình chiết pha rắn − Chiết pha rắn (SPE) Chúng tôi chọn cột chiết pha rắn C18 do các hãng Supelco, Macherey Nagel sản xuất và đã tiến hành đưa phương pháp này áp dụng trong nghiên cứu để chiết tách mẫu. 3.1.3. Lựa chọn dung môi hoạt hoá và rửa dãi Sau khi khảo sát và nghiên cứu tổng hợp các tài liệu, hệ dung môi sử dụng n - hexan/ethylacetat với các tỉ lệ 70: 30 làm dung môi rửa giãi, làm bay hơi dung dịch rửa giải bằng dòng khí Nitơ. Kết quả xác định hiệu suất thu hồi của 5 chất bằng 2 phương pháp chiết lỏng - lỏng và chiết pha rắn được trình bày trên bảng 5. Bảng 5. So sánh hiệu suất thu hồi (H) chiết pha rắn và lỏng(%). Phương pháp Lin dan Eldrin DDE Diedrin DDT Chiết lỏng - lỏng H=69 H=75 H=66 H=73 H=54 Pha rắn SPE H=97 H=94 H=72 H=73 H=50 Nồng độ mẫu 1 (ppb) 1 1 1 1 1 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 61 Kết quả trên bảng 5 cho thấy phương pháp chiết SPE cao hơn phương pháp chiết lỏng - lỏng, tuy nhiên do giá thành của cột cao nên việc áp dụng vẫn còn bị hạn chế. 3.1.4. Làm sạch mẫu Trong quá trình chiết tách, xử lý mẫu đối với một số mẫu có chứa các thành phần có thể gây nhiễu hoặc có thể làm nhiễm bẩn gây ảnh hưởng đến tuổi thọ của cột sắc ký hoặc hệ thống detector, chúng tôi đã tiến hành bước làm sạch mẫu sau khi chuyển mẫu sang pha hữu cơ bằng dung môi thích hợp. Các bước làm sạch như sau: Cột sắc ký thủy tinh với khoá teflon: 30cm x 20mm. Lót một lớp bông thuỷ tinh dưới đáy cột, cho vào một lớp Na 2 SO 4 khan (khoảng 2cm), tuỳ thuộc vào đối tượng mẫu các chất hấp phụ sẽ được nhồi vào cột - bằng phương pháp khô hoặc phương pháp ướt như: Florisil, Silicagen, than hoạt tính trên cùng được cho vào lớp Na 2 SO 4 3.2. Đánh giá sai số thống kê của phương pháp khoảng 2cm. Cột sắc ký sau khi nhồi và hoạt hoá không được để khô dung môi phía trên. Thực hiện 5 lần thí nghiệm trên mẫu giả, độc lập trong cùng điều kiện giống nhau, từ các kết quả riêng lẻ thu được ta tiến hành xử lý thống kê để đánh giá độ chính xác của phép đo, bảng 6. Bảng 6. Một số giá trị sai số thống kê của phương pháp. Chất Giá trị trung bình Phương sai Độ lệch chuẩn Khoảng tin cậy Sai số tương đối (%) BHC 84.0 12.07 3.5 4.31 5.14 Andrin 82.0 11.20 3.3 4.15 5.08 DDE 81.8 28.95 5.4 6.67 7.59 Diendrin 92.8 126.25 11.2 13.94 15.31 Kết quả bảng 6 cho thấy: Độ lệch chuẩn, khoảng tin cậy, sai số thống kê của phương pháp trong qui trình phân tích có độ lặp lại cao, nhất là trong việc phân tích lượng vết. 3.3. Kết quả phân tích Sử dụng qui trình trên để tiến hành phân tích thuốc BVTV trên thiết bị GC-MS, để định tính và định lượng. Kết quả phân tích mẫu nước và đất được trình bày trên bảng 7. Bảng 7. Kết quả phân tích HCCC mẫu nước và đất thành phố Đà Nẵng trên thiết bị GC/MS. Chỉ tiêu Vị trí lấy mẫu BHC Endrin DDE Diendrin DDT Ghi chú Sông Phú Lộc DPH DPH DPH DPH DPH Nước sông Sông Hàn -Tuý Loan - - - - - Nước sông TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 62 Sông Cu Đê - - - - - Nước sông Hồ Công viên 29-3 - - - - - Nước hồ Phường Hoà Hiệp - - - - - Đất Bắc Mỹ An - - - - - Đất Cổ Mân - - - - 0.061ppm Trầm tích DPH: Dưới giới hạn phát hiện. Kết quả phân tích các mẫu đất thuộc phường Hoà Hiệp, đất trồng rau Bắc Mỹ An không phát hiện 5 loại chất trên, mặc dầu những vị trí đã chọn là xác suất có thể tìm thấy các chất trên cao (khu trồng rau, khu canh tác nông nghiệp ). Riêng mẫu đất thuộc lớp trầm tích trên sông Cổ Mân có phát hiện lượng DDT 0.06ppm, nhưng do chưa có tiêu chuẩn qui định nồng độ giới hạn của hóa chất BVTV trong trầm tích và nếu so với tiêu chuẩn trong đất cũng rất nhỏ so với giới hạn cho phép của TCVN. (TCVN-5941- 1995 qui định đối với HCBVTV, DDT, Lindan trong đất là 0,1ppm). Tuy nhiên, th eo cách đánh giá khác là sử dụng giá trị TEL (mức ngưỡng gây ảnh hưởng Threshold Effect Level) và PEL (mức có khả năng gây ảnh hưởng Probable Effect Level) của Hội đồng Bộ trưởng Môi trường Canada dẫn lại theo [4] thì: nếu giá trị phân tích nhỏ hơn TEL tác động xấu đến thủy sinh hầu như không xảy ra, nếu lớn hơn TEL và nhỏ hơn PEL sẽ có ảnh hưởng xấu đến thủy sinh, nếu vượt quá giá trị PEL thì ảnh hưởng xấu đến sinh vật thường xuyên xảy ra (TEL của DDE, DDD, DDT lần lượt là: 1,42; 3,54; 7 ppb. PEL của DDE, DDD, DDT lần lượt là: 6,75; 8,51; 4450 ppb). Kết quả phân tích sông Cổ Mân cho thấy hàm lượng DDT nằm giữa TEL và PEL, có thể ảnh hưởng xấu đến sinh vật. Tuy nhiên, do số lượng mẫu còn ít, đối tượng phân tích chưa nhiều và số lần quan trắc chỉ có 1 đợt nên các vấn đề liên quan đến môi trường , đến các hoạt động dân sinh kinh tế vẫn chưa được đề cập đầy đủ. 4. Kết luận − Tăng giới hạn phát hiện hàm lượng các chất trong mẫu đến mức µg/lít, µg/Kg (ppb), thậm chí đến mức ng/lít. − Đã loại trừ được việc định danh nhầm do sự trùng lặp về thời gian lưu nhờ sử dụng detector khối phổ. − Kết quả cho thấy: mẫu nước mặt (bao gồm nước sông hồ) trên địa bàn của Thành phố không phát hiện loại thuốc BVTV trong giới hạn phát hiện của phương pháp đã nêu. Kết quả khảo sát 4 mẫu đất và trầm tích, chỉ có mẫu ở sông Cổ Mân có phát hiện DDT nhưng rất thấp, một lần nữa có thêm thông tin: nước và đất trong khu vực nghiên cứu không bị ô nhiễm thuốc BVTV cơ clo. Tuy nhiên, do thời gian có hạn nên đối tượng phân tích, tần suất quan trắc, số lượng mẫu chưa nhiều vì vậy chưa thể bao quát được trên toàn phạm vi của thành phố Đà Nẵng. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phùng Chí Sĩ, Báo cáo tổng hợp đề tài nghiên cứu xây dựng quy hoạch môi trường ohục vụ sự phát triển kinh tế xã hội kinh tế Thành phố Đà Nẵng, Sở Khoa học và Công nghệ Đà Nẵng, 2003. [2] Trần Khắc Thi, Kỹ thuật trồng rau sạch, Nxb. Nông nghiệp, Hà Nội, 1996. [3] AOAC., Official method 992.32 Chlorinated Acidic Pesticide Residues in Finished Drinking Water (gas chromatographic Method Using electron capture detector), First Action 1992, Fine Action 1995. [4] AOAC., Official method 970.52 organo chlorine and organo phosphorus pesticide Residues, General multiresidue method. [5] EPA., Method 508. Determination of chlorinated pesticides in water by gas chromatography with an electron capture detector. . TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 57 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ HỢP CHẤT CLO TRONG NƯỚC MẶT, TRONG ĐẤT THUỘC ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG RESEARCH. hành nghiên cứu và xác định hàm lượng một số hoá chất bảo vệ thực vật nói chung cũng như một số hợp chất cơ clo nói riêng trong nước mặt và trong đất ở một số khu vực thuộc thành phố Đà Nẵng phạm vi của thành phố Đà Nẵng. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phùng Chí Sĩ, Báo cáo tổng hợp đề tài nghiên cứu xây dựng