TCVN T I Ê U C H U Ẩ N Q U Ố C G I A

TCVN xxx :2021

YÊU CẦU KỸ THUẬT VÀ PHƯƠNG PHÁP THỬ NANO BẠC

TRONG THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT

Specification and Test Silver Nanoparticles in Pesticides

HÀ NỘI ‒ 2021

Lời nói đầu

TCVN xxx:2021 do Viện Kỹ thuật Nhiệt đới biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công

bố.

T I Ê U C H U Ẩ N Q U Ố C G I A TCVN xxx:2021

Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử nano bạc trong thuốc bảo vệ

thực vật

Specification and Test Silver Nanoparticles in Pesticides

1 Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này xác định hàm lượng nano bạc bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa

(Flame Atomic Absorption Spectrometry-FAAS).

Tiêu chuẩn này xác định phân bố kích thước và độ bền của hạt nano bạc trong chế phẩm bảo vệ thực vật

(BVTV) bằng phương pháp tán xạ ánh sáng động (Dynamic Light Scattering – DLS).

Tiêu chuẩn này áp dụng cho các chế phẩm chứa nano bạc phân tán trong môi trường lỏng, có chứa lẫn cả

nano bạc và ion bạc

2 Tài liệu viện dẫn

Tài liệu viện dẫn sau đây là rất cần thiết khi áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với tài liệu viện dẫn ghi năm công

bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới

nhất, bao gồm cả các bản sửa đổi, bổ sung (nếu có).

ISO 22412:2017: Particle size analysis- Dynamic light scattering (DLS).

TCVN 4851:1989 (ISO 3696 :1987) về nước dùng để phân tích trong phòng thí nghiệm.

TCVN 12017:2017 Thuốc bảo vệ thực vật - lấy mẫu.

QCVN 01-188:2018/BNNPTNT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng thuốc BVTV.

3 Thuật ngữ và định nghĩa

3.1 Hạt nano (Nanoparticle)

Có kích thước trong khoảng từ 1 nm đến 100 nm.

3.2 Phân bố kích thước hạt

Tập hợp tỉ lệ phần trăm (%) các hạt theo kích thước (bao gồm cả chất bọc) trong dung dịch. d50: được định

nghĩa là kích thước tại đó trên 50% tập hợp hạt được xét có kích thước nhỏ hơn giá trị này.

3.3 Cyclic Voltammetry (CV)

Phương pháp quét thế tuần hoàn.

3.4 Chronoamperometry (CA)

Phương pháp dòng – thời gian.

3.5 Flame Atomic Absorption Spectrometry (FAAS)

Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa.

3.6 Ultraviolet-visible spectrophotometry (UV-Vis)

Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử tử ngoại - khả kiến.

3.7 Dynamic Light Scattering (DLS)

Phương pháp tán xạ ánh sáng động.

3.8 Thế zeta

Sự chênh lệch điện thế trên lớp ion xung quanh hạt nano. Thế zeta xác định độ bền của hạt nano: giá trị thế

zeta càng cao, hạt nano càng ổn định. Nếu thế Zeta nhỏ hơn ±15 mV thì các hạt bắt đầu kết tụ. Khi thế zeta

bằng 0, các hạt nano sẽ kết tụ thành vật liệu khối.

3.9 Surface Plasmon Resonance (SPR)

Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt.

4 Nguyên tắc xác định

4.1 Xác định định tính nano bạc

Xác định bằng phương pháp UV-Vis (3.6) trên cơ sở hiện tượng SPR (3.9): trong chế phẩm thuốc BVTV,

ngoài nano bạc còn có thể có ion bạc, tuy nhiên chỉ có nano bạc mới gây ra hiện tượng SPR, nghĩa là làm

xuất hiện đỉnh pic tại dải bước sóng từ 350nm đến 500 nm (phụ thuộc vào kích thước hạt nano). Ion bạc

không gây ra pic tại dải bước sóng này.

4.2 Xác định định lượng nano bạc (Phụ lục A)

4.2.1 Loại bỏ các hạt có kích thước lớn, không phải là các hạt nano (3.1) trong chế phẩm BVTV bằng màng

lọc (6.10).

4.2.2 Xác định hàm lượng bạc tổng (Agtotal) trong chế phẩm bằng phương pháp FAAS (3.5). Vì bạc trong

BVTV tồn tại ở dạng ion và nano, nên nếu hàm lượng Agtotal nhỏ hơn 85% so với công bố sẽ dừng quá

trình phân tích và kết luận mẫu không đạt yêu cầu.

4.2.3 Xác định sự có mặt của ion bạc bằng phương pháp CV (3.3): khoảng thế: từ -1.0 V đến 0.0 V vs.

Ag/AgCl/KCl, tốc độ quét: 20 mV/s. Nếu không xuất hiện pic khử thì có nghĩa là chỉ có nano bạc trong chế

phẩm BVTV; nếu có pic khử thì xác định thế khử (thế tương ứng tại pic khử).

4.2.4 Loại bỏ ion bạc ra khỏi chế phẩm BVTV (khử ion Ag+ thành Ag0) bằng phương pháp CA (3.4), với

thế khử được xác định ở 4.2.3, thời gian khử lý thuyết được tính theo phương trình Faraday (giả sử tất cả

bạc trong chế phẩm BVTV tồn tại ở dạng ion bạc):

𝑡 =𝑚 × 𝑛 × 𝐹

𝐴 × 𝐼

Trong đó:

m: khối lượng chất thu được ở điện cực (gam)

A: khối lượng mol nguyên tử của chất thu được ở điện cực

n: số electron mà nguyên tử hoặc ion trao đổi

I: cường độ dòng điện (A)

t: thời gian khử (s)

F: hằng số Faraday (≈ 96500 C.mol-1)

4.2.4.1 Xác định điểm kết thúc phản ứng khử (Ag+ → Ag0 xảy ra hoàn toàn) bằng phương pháp CV (3.3):

nếu trên đồ thị không xuất hiện pic khử trong khoảng -1.0 V đến 0.0 V thì phản ứng khử xảy ra hoàn toàn;

nếu vẫn còn pic khử thì tiếp tục tiến hành (4.2.4).

4.2.4.2 Trong quá trình khử, Ag+ bị khử thành Ag0 bám trên điện cực làm việc, tuy nhiên có thể có lượng

nhỏ sẽ rơi vào dung dịch. Loại bỏ Ag0 trong dung dịch sau quá trình khử bằng màng lọc (6.10).

4.2.4.3 Xác định định lượng nano bạc (AgNPs) trong chế phẩm bằng phương pháp FAAS (3.5).

4.2.4.4 Xác định kích thước hạt trung bình, phân bố kích thước hạt và thế Zeta bằng phương pháp DLS

(3.7).

5 Hóa chất

Các hóa chất, thuốc thử sử dụng có độ tinh khiết phân tích; nước cất phù hợp với TCVN 4851:1989 (ISO

3696 :1987).

5.1 Dung dịch AgNO3 (1000 mg/L).

5.2 Axit nitric (HNO3) đậm đặc, (d = 1.40, ≥65%).

5.3 Dung dịch chuẩn AgNO3 10 mg/L: Dùng pipet (6.8) hút chính xác 1.0 mL dung dịch chuẩn AgNO3 1000

mg/L (5.1) cho vào bình định mức (6.9) dung tích 100 mL, thêm dung dịch nước khử ion tới vạch định mức,

lắc đều, thu được dung dịch chuẩn AgNO3 10 mg/L. Dung dịch bảo quản trong chai thủy tinh tối màu.

5.4 Dung dịch mẫu trắng: Dung dịch mẫu trắng chứa nước, axít HNO3 với các lượng tương ứng với các

nồng độ trong dung dịch đo, ví dụ: 0.5 ml axit HNO3 (5.2) trong 24.5 ml nước.

5.5 Nước khử ion: dùng nước loại 2 theo TCVN 4851:1989 (ISO 3696 :1987), nước dùng để phân tích

trong phòng thí nghiệm.

6 Thiết bị, dụng cụ

Các thiết bị, dụng cụ thông thường trong phòng thí nghiệm:

6.1 Máy DLS phân tích phân bố kích thước hạt nano & thế zeta:

Phân tích thế Zeta: từ -500 mV đến +500 mV.

Phân tích cỡ hạt: từ 0.3 nm đến 10 µm.

6.2 Máy quang phổ quang phổ hấp thụ phân tử tử ngoại - khả kiến (UV-Vis) hai chùm tia.

Khoảng bước sóng: từ 190 nm đến 1100 nm.

Độ rộng khe phổ: thay đổi được 0.5 nm, 1 nm, 2 nm, 4 nm.

Độ chính xác bước sóng: ± 0.3 nm.

Độ lặp lại bước sóng: ± 0.1 nm.

6.3 Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử, đèn HCL Ag.

Khoảng bước sóng: từ 180 đến 900 nm.

Dải đo: từ -0.150 đến 3.000 (Cường độ hấp thụ (Abs))(cm-1).

Tự động chọn khe đo 4 cấp: 0.1 nm, 0.2 nm, 0.5 nm, 1.0 nm.

Độ tán sắc tuyến tính 0.5 nm/mm tại 200 nm.

Bước sóng và khe đo được lựa chọn tự động.

6.4 Máy điện hoá potentiostat

Thiết bị cho phép thực hiện các phép đo điện hóa theo phương pháp CV (3.3) và CA (3.4); Khoảng thế làm

việc tối thiểu của máy từ -1 V đến +1 V, ghi nhận dòng ở dải đo nA, sử dụng bình đo điện hóa 3 điện cực.

6.5 Điện cực đối bằng Platin (Pt) có diện tích làm việc là 3 cm2.

6.6 Điện cực so sánh: điện cực Ag/AgCl/KCl (E= +0.197 V so với điện cực Hydro tiêu chuẩn).

6.7 Điện cực làm việc: Thép 316L có diện tích làm việc là 1 cm2

6.8 Pipet: dung tích 1 mL, 2 mL, 5 mL, 10 mL, có độ chính xác 0.1 mL.

6.9 Bình định mức 10 mL, 25 mL, 50 mL, 100 mL, 250 mL, 500 mL và 1000 mL.

6.10 Màng lọc: màng lọc loại bỏ (cut off) các hạt có kích thước lớn hơn 220 nm.

7 Lấy mẫu và chuẩn bị mẫu

7.1 Lấy mẫu theo TCVN 12017:2017.

7.2 Chuẩn bị mẫu.

7.2.1 Lọc mẫu bằng màng lọc (6.10).

7.2.2 Chuẩn bị đo trên máy UV-Vis (6.3) và DLS (6.1).

Lấy chính xác 1 lượng dung dịch thu được ở (7.2.1). Pha loãng về nồng độ 10 mg/L theo mức công bố bằng

nước khử ion (5.5).

Ví dụ: Với mẫu nồng độ nano bạc 1000 mg/L (theo công bố). Lấy chính xác 1 mL mẫu đã lọc qua màng

(6.10) vào bình định mức 100 mL . Dùng nước khử ion (5.5) pha loãng đến vạch định mức 100 mL.

7.2.3 Chuẩn bị quá trình khử trên máy (6.4)

Lấy chính xác 1 lượng dung dịch thu được ở (7.2.1). Pha loãng về nồng độ 100 mg/L - 200 mg/L theo mức

công bố bằng nước khử ion (5.5). Thể tích dung dịch thực hiện quá trình khử là 30 - 50 mL. Ghi rõ hệ số

pha loãng (f1).

Ví dụ: Với mẫu nồng độ nano bạc 1000 mg/L (theo công bố). Lấy chính xác 15 mL mẫu đã lọc qua màng

(6.10) vào bình định mức (6.9). Bổ sung nước khử ion (5.5) đến vạch định mức 100 mL.

7.2.4 Chuẩn bị quá trình đo trên máy (6.3)

Lấy chính xác một lượng dung dịch (7.2.1) cho vào bình định mức (6.9). Thêm một lượng axit HNO3 (5.2)

thích hợp. Lắc đều khoảng 5 - 10 phút cho đến khi dung dịch phản ứng hết, đổi màu từ vàng/nâu sang không

màu. Thêm nước khử ion (5.5) cho đến vạch định mức.

Ví dụ: Với mẫu nồng độ nano bạc 1000 mg/L (theo công bố). Lấy chính xác 0.5 mL mẫu đã lọc qua màng

220 nm vào bình định mức 100 mL. Thêm 2 mL axit HNO3 (5.2). Lắc đều khoảng 5 - 10 phút cho đến khi

dung dịch đổi màu từ màu vàng sang không màu (phản ứng hoàn toàn). Thêm nước khử ion (5.5) cho đến

vạch định mức.

8 Cách tiến hành

8.1 Xác định định tính nano bạc

Kiểm tra sự xuất hiện pic hấp thụ cực đại trong dải từ 350 nm đến 500 nm nằm trong vùng tuyến tính (cường

độ vạch hấp thụ cực đại <2).

8.2 Xác định định lượng nano bạc

8.2.1 Chuẩn bị mẫu theo (7.2.1).

8.2.2 Xác định hàm lượng Ag tổng (Agtotal).

8.2.2.1 Chuẩn bị mẫu theo (7.2.4). Ghi hệ số pha loãng (f0).

8.2.2.2 Kiểm tra và cài đặt các điều kiện đo trên máy (6.3) theo hướng dẫn của nhà sản xuất.

8.2.2.3 Xây dựng phương trình đường chuẩn AgNO3: Pha loãng dung dịch AgNO3 10 mg/L (5.3) thành dãy

dung dịch có nồng độ như sau: 0.5 mg/L, 1.0 mg/L, 2.0 mg/L, 4.0 mg/L, 6.0 mg/L, 8.0 mg/L (Bảng 1). Bảo

quản dung dịch trong bình thủy tinh tối màu và tránh nhiệt độ cao và ánh sáng trực tiếp, sử dụng trong ngày.

Bảng 1: Dãy dung dịch AgNO3 nồng độ từ 0.5 mg/L đến 8.0 mg/L

KÝ HIỆU S1 S2 S3 S4 S5 S6

Thể tích dung dịch chuẩn AgNO3 10mg/L

(5.3) lấy vào mỗi bình (mL) 1.25 2.5 5 10 15 20

Thể tích axít HNO3 đặc (mL) (5.2) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

Thể tích nước khử ion (5.6) thêm đến

vạch định mức (mL) 23.25 22 19.5 14.5 9.5 4.5

Nồng độ dung dịch chuẩn thu được (mg/L) 0.5 1.0 2.0 4.0 6.0 8.0

Xác định độ dốc đường chuẩn xác định bằng hồi quy tuyến tính (a), hệ số trong phương trình đường chuẩn

(b).

8.2.2.4 Đo hệ số hấp thụ của mẫu 7.2.4 (Abs0) bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử.

8.2.2.5 Xác định hàm lượng bạc tổng (Agtotal) trong mẫu theo công thức:

𝐴𝑔𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 =𝐴𝑏𝑠0−𝑏

𝑎× 𝑓0 (mg/L)

Lưu ý: Nếu hàm lượng bạc tổng <85% hàm lượng bạc công bố thì dừng quá trình phân tích.

8.2.3. Xác định sự có mặt của ion bạc bằng phương pháp CV

8.2.3.1 Pha loãng mẫu theo (7.2.3). Ghi hệ số pha loãng (f1).

8.2.3.2 Lắp các điện cực vào hệ điện hóa.

8.2.3.3 Cài đặt chương trình CV trên hệ điện hóa Potentiostat:

Dải quét từ -1.0 V đến 0.0 V.

Sử dụng điện cực so sánh là điện cực Ag/AgCl/KCl.

Tốc độ quét: 20 mV/s

Ghi chú: Với trường hợp pic khử không rõ ràng thì có thể tiến hành quét thêm 2 - 3 vòng để pic khử xuất

hiện rõ ràng hơn.

Ví dụ: Phụ lục B

8.2.3.4 Ghi lại giá trị thế khử.

8.2.4 Loại bỏ ion bạc ra khỏi chế phẩm BVTV

Xác định thời gian khử theo phương trình Faraday

Ví dụ: Mẫu sau có hàm lượng bạc tổng là Agtotal là 499 mg/L, pha loãng xuống 100 mg/L, thể tích dung

dịch khử là 50 mL. Khử ion bạc với cường độ dòng điện là 3.5 mA.

Hàm lượng bạc trong mẫu là: 100

1000×

50

1000 = 0.005 (gam)

Thời gian khử là: 𝑡 =0.005×1×96500

108×0.0035= 1276.46 s (21.27 phút)

Khử ion Ag+ → Ag0 bằng phương pháp CA.

Cài đặt cường độ dòng điện trong khoảng 3.5 mA – 5 mA, thời gian áp dòng xác định theo phương trình

Faraday.

Lưu ý: Thời gian khử có thể dài hơn thời gian tính toán do ảnh hưởng của các thành phần trong chế phẩm

BVTV.

8.2.4.1 Kiểm tra sự thay đổi hàm lượng ion bạc trong dung dịch trong quá trình khử bằng phương pháp

quét thế vòng tuần hoàn (CV) theo thời gian. Khi pic khử trên đồ thị CV không xuất hiện trong khoảng -1.0

V đến 0.0 V thì coi như phản ứng khử ion Ag+→ Ag0 đã kết thúc. Nếu pic khử vẫn còn thì tiếp tục tiến hành

quá trình khử.

8.2.4.2 Loại bỏ các hạt bạc kết tủa trong dung dịch sau quá trình khử bằng màng lọc (6.10).

8.2.4.3 Xác định hàm lượng nano Ag trong chế phẩm BVTV.

8.2.4.3.1 Chuẩn bị mẫu theo (7.2.4). Ghi hệ số pha loãng (f2).

8.2.4.3.2 Kiểm tra và cài đặt các điều kiện làm việc của thiết bị theo hướng dẫn của nhà sản xuất.

8.2.4.3.3 Tiến hành đo và xác định hệ số hấp thụ của dung dịch bằng phương pháp FAAS tại bước sóng

328.1 nm (AbsNPs).

8.2.4.4 Xác định kích thước, phân bố kích thước hạt và thế zeta

8.2.4.4.1 Xác định kích thước và phân bố kích thước hạt.

8.2.4.4.1.1 Pha loãng mẫu theo (7.2.2).

8.2.4.4.1.2 Kiểm tra và cài đặt các điều kiện làm việc của thiết bị theo hướng dẫn của nhà sản xuất.

8.2.4.4.1.3 Tiến hành đo kích thước hạt trung bình, phân bố kích thước hạt của dung dịch (8.2.4.4.1.1)

8.2.4.4.2 Xác định thế zeta của mẫu.

8.2.4.4.2.1 Pha loãng mẫu theo (7.2.2).

8.2.4.4.2.2 Kiểm tra và cài đặt các điều kiện làm việc của thiết bị theo hướng dẫn của nhà sản xuất.

8.2.4.4.2.3 Tiến hành đo thế Zeta của dung dịch (8.2.4.4.2.1)

9 Tính toán và biểu thị kết quả

9.1 Phương pháp tính

9.1.1 Tính hàm lượng nano bạc của mẫu

Tính hàm lượng nano bạc của mẫu (mg/L) theo công thức:

AgNPs =AbsNPs − b

𝑎× 𝑓1 × 𝑓2

Trong đó

AbsNPs: là độ hấp thụ của mẫu (8.2.4.3.3);

a: là độ dốc đường chuẩn xác định bằng hồi quy tuyến tính (8.2.2.3) .

b: là hệ số trong phương trình đường chuẩn (8.2.2.3) .

f1: là hệ số pha loãng (8.2.3.1).

f2: là hệ số pha loãng (8.2.4.3.1).

9.1.2 Tính hàm lượng ion bạc (Agion) trong mẫu

Hàm lượng ion bạc (Agion) trong mẫu, tính bằng mg/L, theo công thức:

Agion = Agtotal – AgNPs

Trong đó

Agtotal: tổng hàm lượng bạc trong mẫu (8.2.2.5)

AgNPs: hàm lượng nano bạc trong mẫu (9.1.1)

9.2 Biểu thị kết quả

STT Tên mẫu

Tổng hàm

lượng của

nano bạc và

ion bạc

Hàm lượng

nano bạc

Hàm

lượng ion

bạc

Kích thước

hạt trung

bình

Phân bố

kích

thước hạt

(d50)

Thế

Zeta

(mg/L) (mg/L) (mg/L) (nm) (nm) (mV)

01

02

03

9.3 Độ tái lặp kết quả đo

Kết quả phép thử hàm lượng nano bạc là giá trị trung bình các kết quả của ít nhất 03 lần thử được tiến hành

song song, sai lệch giữa chúng không được vượt quá 5% so với giá trị trung bình.

10 Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm phải bao gồm các thông tin sau:

a) Nhận diện mẫu thử bao gồm nguồn gốc, ngày tháng nhận mẫu, hình dạng mẫu;

b) Phương pháp lấy mẫu;

c) Viện dẫn tiêu chuẩn này,

d) Hàm lượng bạc của mẫu (mg/L), với các giá trị riêng và các giá trị trung bình.

e) Bất kỳ sai lệch nào so với phương pháp quy định trong tiêu chuẩn này;

f) Bất kỳ điều gì không bình thường quan sát thấy trong quá trình xác định.

g) Ngày tháng năm thử nghiệm;

h) Nhận diện phòng thí nghiệm thực hiện việc phân tích này;

i) Tên, chữ ký của người quản lý phòng thí nghiệm và của người thực hiện.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] ISO 26845: 2012 (E): Chemical analysis of refractories - General requirements for wet chemical analysis,

atomic absorption spectrometry (AAS) and inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-

AES) methods.

[2] ISO/TS 20660 - 2019(E): Nanotechnologies - Antibacterial silver nanoparticles - Specification of

characteristics and measurement methods.

PHỤ LỤC A. Quy trình xác định định lượng nano bạc trong chế phẩm thuốc BVTV

PHỤ LỤC B: Đồ thị CV xác định pic khử của ion bạc