Luận văn Nghiên cứu sự phân huỷ của thuốc trừ sâu Carbamate trong đất dưới một số điều kiện môi trường khác nhau

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu sự phân huỷ của thuốc trừ sâu Carbamate trong đất dưới một số điều kiện môi trường khác nhau

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Phạm Thị Phương Hà NGHIÊN CƯU SỰ PHÂN HUỶ CỦA THUỐC TRỪ SÂU CARBAMATE TRONG ĐẤT DƯỚI MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG KHÁC NHAU. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2021
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Phạm Thị Phương Hà NGHIÊN CƯU SỰ PHÂN HUỶ CỦA THUỐC TRỪ SÂU CARBAMATE TRONG ĐẤT DƯỚI MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG KHÁC NHAU. Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường Mã số : 8 52 03 20 LUẬN VĂN THẠC SỸ : KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Hướng dẫn 1 : TS. Trịnh Thu Hà Hướng dẫn 2 : TS. Dương Thị Hạnh Hà Nội - 2021
3. ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu sự phân hủy của thuốc trừ sâu carbamate trong đất dưới một số điều kiện môi trường khác nhau.” là do tôi thực hiện và không trùng lặp với bất kỳ công trình khoa học nào khác. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ một công trình nghiên cứu nào. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn. Hà Nôi, tháng 01 năm 2021 Học viên Phạm Thị Phương Hà
4. iii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cám ơn Ban lãnh đạo Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Công nghệ Môi trường đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi để tôi có thể hoàn thành chương trình học của Học viên. Luận án này được hoàn thành tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Trịnh Thu Hà và TS. Dương Thị Hạnh. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Trịnh Thu Hà và TS. Dương Thị Hạnh đã hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành bản luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia Nafosted Mã số 104.04-2017.319 đã tài trợ kinh phí cho tôi thực hiện luận văn này. Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được sự giúp đỡ hết sức nhiệt tình và quý báu của cán bộ Phòng Hóa sinh Môi trường - Viện Hóa học, Phòng Độc chất Môi trường - Viện Công nghệ Môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tôi xin trân trọng cảm ơn. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến những người thân yêu trong gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã luôn quan tâm, động viên khích lệ, ủng hộ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tác giả luận văn: Phạm Thị Phương Hà
5. iv MỤC LỤC DANH MỤC VIẾT TẮT .. vi DANH MỤC BẢNG .vii DANH MỤC HÌNH .viii MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...................................................................................... 5 1.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ................................................................... 5 1.1.1. Hóa chất bảo vệ thực vật ..................................................................... 5 1.1.2. Thuốc trừ sâu dùng trong nghiên cứu ............................................... 6 1.1.3. Ô nhiễm môi trường nước do sử dụng HCBVTV ở Việt Nam ..... 8 1.2. CHIẾT TÁCH VÀ PHÂN TÍCH HCBVTV TRONG NƯỚC ..................... 14 1.2.1. Phương pháp chiết tách HCBVTV trong nước ............................. 14 1.2.2. Phương pháp phân tích HCBVTV .................................................. 16 1.2.2.1. Phương pháp ELISA .............................................................................. 17 1.2.2.2. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) ............................... 17 1.2.2.3. Phương pháp sắc ký khí (GC) ............................................................... 18 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ................ 21 1.3.1. Thuốc trừ sâu trên đất ruộng lúa ..................................................... 21 1.3.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến nhả hấp phụ TTS trong đất ............ 22 CHƯƠNG 2. ĐIỀU KIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ............... 27 2.1. THIẾT BỊ VÀ HOÁ CHẤT ..................................................................... 27 2.1.1. Thiết bị .................................................................................................. 27 2.1.2. Hóa chất ................................................................................................ 27 2.2. THỰC NGHIỆM ...................................................................................... 29 2.2.1. Chiết tách và phân tích fenobucarb trong mẫu nước ................... 29 2.2.2. Chuẩn bị mẫu đất dùng cho thí nghiệm .......................................... 30 2.2.3. Thí nghiệm nhả hấp phụ fenobucarb dưới một số điều kiện môi trường ............................................................................................................. 30 2.2.3.1.Thí nghiệm phân hủy fenobucarb từ đất dưới mức pH khác nhau trong nước ................................................................................................................ 30 2.2.3.2.Thí nghiệm phân hủy fenobucarb từ đất dưới SDS trong nước ....... 30 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................ 31 2.3.1. Phương pháp ịđ nh lượng mẫu trên GC/MS .................................. 31
6. v 2.3.3. Phương pháp xử lý số liệu ................................................................. 32 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 35 3.1. PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH VÀ XÁC ĐỊNH FENOBUCARD TRONG NƯỚC............................................................................................... 35 3.1.1. Phương pháp ịđ nh lượng fenobucarb trên GC/MS ...................... 35 3.1.1.1. Khảo sát điều kiện đo ..................................................................................... 38 3.1.1.2. Xây dựng đường chuẩn cho fenobucarb ........................................................ 39 3.1.1.3. Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp .................................................. 40 3.1.2. Quy trình chiết tách fenobucarb trong nước ................................. 42 3.2. NGHIÊN CỨU SỰU PHÂN HỦY CỦA FENOBUCARD TRONG HỆ ĐẤT NƯỚC DƯỚI SỰU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ........................................................................................................ 47 3.2.1. Thành phần cơ giới và tích chất vật lý và hóa học của mẫu đất nghiên cứu ............................................................................................................... 47 3.2.2. Phân hủy fenobucarb trong hệ đất - nước dưới ảnh hưởng của pH ..................................................................................................................... 47 3.2.3. Phân hủy của fenobucarb trong hệ đất - nước dưới ảnh hưởng của SDS ........................................................................................................................... 52 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................... 57 4.1 KẾT LUẬN ............................................................................................... 57 4.2.KIẾN NGHỊ .............................................................................................. 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 58 PHỤ LỤC ....................................................................................................... 69
7. vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CV Coefficient of variation Hệ số biến động của phép đo DCM Dichloromethane EPA Environmental Protection Cơ quan Bảo vệ Môi trường Agency Mỹ GC Gas Chromatography Sắc ký khí GC/ECD Gas Chromatography – Electron Sắc ký khí detector cộng kết Capture Detector điện tử GC/EI-MS Gas chromatograph-electron Sắc ký khí với detector ion impact-mass spectrometer hóa electron khối phổ GLC gas liquid chromatography Sắc ký khí lỏng GC/MS Gas chromatography–mass Sắc ký khí khối phổ spectrometry HCBVTV Hóa chất bảo vệ thực vật HPLC High Performance Liquid Sắc ký lỏng hiệu năng cao Chromatography LC Liquid chromatography Sắc ký lỏng LOQ Limit of Quatitation Giới hạn định lượng LOD Limit of Detection Giới hạn phát hiện MS Mass spectrometry Phổ khối lượng ppm Nồng độ phần triệu ppb Nồng độ phần tỷ ReT Thời gian lưu RSD Relative Standard Deviation Độ lệch chuẩn tương đối Rev Độ thu hồi SD Standard deviation Độ lệch chuẩn SDS Sodium dodecyl sulfate SPE Solid Phase Extraction Chiết pha rắn TCVN Tiêu chuẩn Việt nam UV/VIS Ultraviolet–visible spectroscopy Quang phổ hấp thụ phân tử WHO World Health Organization Tổ chức Y tế thế giới
8. vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Công thức cấu tạo của fenobucarb ......................................................... 7 Hình 1.2. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị sắc ký khí .................................................... 19 Hình 2.1. Sơ đồ thiết bị GC/MS ........................................................................... 31 Hình 3.1. Sắc ký đồ của chuẩn fenobucarb .......................................................... 38 Hình 3.2. Phổ khối của fenobucarb ...................................................................... 38 Hình 3.3. Sắc ký đồ của fenobucarb ở nồng độ chuẩn ........................................ 40 Hình 3.4. Đường chuẩn của fenobucarb ............................................................. 40 Hình 3.5. Sơ đồ quy trình chiết lỏng-lỏng mẫu nước .......................................... 46 Hình 3.6. Sự phân hủy của fenobucarb và sản phẩm chuyển hóa thích nghi với fenobucarb trong dung dịch có pH 7 trong hệ đất-nước ................................. 4649 Hình 3.7. Sự phân hủy của fenobucarb với sự có mặt của pH khác nhau ( 7 và 9) trong hệ đất - nước (a: nồng độ fenobucarb trong pha nước; b: nồng độ fenobucarb trong pha đất; c: tổng lượng tồn dư còn ạl i của fenobucarb) .......... 53 Hình 3.8. Hiệu suất phân hủy của fenobucarb với sự có mặt của pH (5, 7 và 9) và SDS trong dung dịch trong hệ đất-nước. .............................................................. 54
9. viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Tính chất vật lý và hóa học của DDT, endosulfan và fenobucarb [26] ............................................................................................................................ 7 Bảng 1.2. Các thuốc trừ sâu được sử dụng ở đồng bằng sông Hồng [17] ......... 10 Bảng 1.3. Thuốc trừ sâu thông dụng nhất sử dụng trên ruộng lúa ruộng lúa - nuôi cá ở Tiền Giang và Cần Thơ [32] ......................................................................... 12 Bảng 1.4. Một số phương pháp phân tích, chiết tách fenobucarb trong nước . 21 Bảng 2.1. Dung dịch chuẩn fenobucarb để lập đường chuẩn ............................. 28 Bảng 2.3. Bảng thời gian lấy mẫu trong các thí nghiệm ..................................... 31 Bảng 3.1. Điều kiện khảo sát để định lượng fenobucarb trên thiết bị GC/MS . 37 Bảng 3.2. Mảnh phổ chuẩn và thời gian lưu của chất phân tích ......................... 38 Bảng 3.3. Nồng độ và diện tích pic của các chất trong dung dịch chuẩn .......... 39 Bảng 3.4. LOD và LOQ của fenobucarb ............................................................. 41 Bảng 3.5. Sai số và độ lặp lại của phép đo tại các nồng độ khác nhau .............. 42 Bảng 3.6. Hiệu suất thu hồi fenobucarb của phương pháp chiết lỏng-lỏng và chiết SPE ......................................................................................................................... 43 Bảng 3.7. Hiệu suất thu hồi của fenobucarb của phương pháp chiết lỏng- lỏng ......................................................................................................................... 43 Bảng 3.8. Nồng độ trung bình, hiệu suất chiết và độ lệch chuẩn, độ chính xác của phương pháp chiết lỏng - lỏng .............................................................................. 44 Bảng 3.9. So sánh các phương pháp chiết đã khảo sát ........................................ 44 Bảng 3.10 Một số tính chất vật lý và hóa học của cột đất nghiên cứu .............. 47 Bảng 3.11. Phần trăm hiệu suất nhả phụ của fenobucarb từ đất vào nước trong hệ đất nước .................................................................................................................. 50
10. 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay các thuốc trừ sâu thuộc nhóm carbamate được sử dụng nhiều nhất trong nông nghiệp do chúng ít độc đối với con người và thời gian bán hủy ngắn. Bên cạnh đó đặc tính hấp thụ ánh sáng của carbamate góp phần nhanh chóng trong sự phân hủy của chúng bằng các phản ứng quang hóa. Sau khi áp dụng vào trong đất các thuốc trừ sâu carbamate có thể bị phân hủy bởi vi sinh vật, hoặc bởi thủy phân hoặc bởi quang hóa. Trong môi trường đất sản phẩm phân hủy cuối cùng của thuốc trừ sâu carbamate là amin, rượu hoặc phenol cacbon dioxit (CO2) và nước [1]. Ngoài ra có rất nhiều các sản phẩm trung gian độc hoặc ít độc hơn được tạo ra trong quá trình phân hủy này, như trường hợp aldicab tạo ra 3 sản phẩm chuyển hóa chính và 4 sản phẩm chuyển hóa phụ [2]. Một số yếu tố ảnh hưởng đến sự phân hủy của carbamate trong đất, như bay hơi, rửa trôi, độ ẩm của đất, hấp phụ, pH, nhiệt độ, chất hoạt động bề mặt, phản ứng thủy phân, phản ứng quang hóa, phân hủy sinh học và loại đất [3]. Phản ứng quang hóa là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến pha của thuốc trừ sâu trên đồng ruộng. Một số nghiên cứu đã chỉ ra thuốc trừ sâu tồn tại lâu hơn trong điều kiện phòng thí nghiệm so với điều kiện thực địa [4, 5]. Mức độ quang hóa của các thuốc trừ sâu phụ thuộc vào tính hấp thụ ánh sáng của thuốc trừ sâu, điều kiện chiếu xạ (sự có mặt của dung môi) và chiều dài sóng [1, 6]. Các thuốc trừ sâu carbamate trong nước mặt tiếp xúc với ánh sáng mặt trời trong thời gian dài thì ở vùng nước có độ đục cao thì sự phân hủy quang hóa sẽ ít hơn so với vùng nước trong do độ đục làm giảm sự thâm nhập ánh sáng [7, 8]. Cacbamat hấp thụ bức xạ ánh sáng mặt trời vùng (λ = 300 nm) sẽ trải qua phản ứng quang hóa tạo ra các sản phẩm chuyển hóa khác nhau, như với carbaryl đã tìm thấy 5 sản phẩm phân hủy, trong đó một sản phẩm là 1-naphthol [1, 8]. Thuốc trừ sâu carbamat trong nước có thể bị phân hủy dưới tác dụng của bức xạ cực tím (UVR). pH của môi trường nước là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ quang hóa. Như với carbaryl và propoxur quá trình quang hóa xảy ra chậm ở pH thấp và tăng lên khi pH tăng