ĐỊA hóa NGUYÊN tố SELEN và mối LIÊN QUAN với sức KHỎE

sự phân bố của selen trong môi trường và các ảnh hưởng của selen tới sức khỏe

ĐỊA HÓA NGUYÊN TỐ SELEN VÀ MỐI LIÊN QUAN VỚI SỨC KHỎE QUÁCH ĐỨC TÍN1, NGUYỄN THỊ XUÂN2, PHẠM THỊ NHUNG LÝ3, NGUYỄN THỊ THỦY4, MAI TRỌNG NHUẬN5 1,3,4 Viện Khoa học Địa chất Khoáng sản, Thanh Xuân, Hà Nội Viện Sinh lý bệnh, Trường ĐHTH Turbingen, Đức Đại học Quốc gia Hà Nội, Cầu Giấy, Hà Nội Tóm tắt: Bài báo tổng hợp hiểu biết nguyên tố selen (Se) quan điểm địa chất môi trường mối liên quan đến sức khỏe Hàm lượng Se tự nhiên phụ thuộc hai yếu tố: môi trường địa chất hoạt động nhân sinh Trong q trình tiến hóa Trái đất, hàm lượng Se tập trung ngày nhiều vỏ thạch thông qua thể magma xâm nhập hoạt động phun trào tập trung nhiều thành tạo trầm tích Trong than đá, hàm lượng Se phổ biến 80 ppm Hàm lượng Se đất thường phản ảnh đặc điểm đá gốc vùng điều kiện địa lý Hàm lượng Se đất vùng Thái Bình, Hải Phịng Quảng Nam tương ứng 2,15; 0,098 0,008 ppm Se liên quan nhiều đến khoáng sàng đa kim, vậy, nguồn nước xung quanh thành tạo khoáng sản đa kim thường bị nhiễm Se khu chìkẽm Cúc Đường, wolfram Núi Pháo, chì-kẽm Nà Tùm, v.v Hàm lượng Se đất, nước mặt nước đất xung quanh bãi thải cơng nghiệp sinh hoạt thường có hàm lượng Se tăng cao Se nguyên tố thiếu cho sống Ở nồng độ vừa phải Se có vai trị tích cực, thiếu thừa gây bệnh Bệnh trắng (white muscle) bệnh Keshan liên quan đến môi trường địa chất thiếu Se Điều dẫn tới, vùng bệnh Keshan, Se ngũ cốc phổ biến 0,01 ppm Bệnh bướu cổ đần độn thường quy kết thiếu iod Kết nghiên cứu Hải Phòng với hàm lượng iod môi trường địa chất cao Cụ thể, đất: 3,56 ppm; nước śi: 4,9 µg/l; nước đất tầng nơng: 11,4 µg/l; nước mưa: 3,6 µg/l, tỷ lệ mắc bênh bướu cổ cao: 58,81% Có thể, nguyên nhân hàm lượng Se thấp môi trường sống vùng đảo Cát Bà (Hải Phòng) gây nên tượng suy giảm hệ miễn dịch rối loạn nội tiết cộng đồng dân cư địa phương nguy mắc không đới với bệnh bướu cổ mà cịn nhiều bệnh khác chưa có kết điều tra cụ thể I GIỚI THIÊÊU Selen (Se) nguyên tố hóa học kỳ lạ sinh địa quyển, vừa có nét giống với sulfur, vừa có nhiều đặc tính tellur Se địa tồn nhiều dạng hóa trị khác nhau, dễ dàng di chuyển từ sang khác phổ biến môi trường tự nhiên Chức sinh thú vị, vừa có ích lại vừa có hại Đối với trồng, hàm lượng Se đất nhỏ 2,5 mg/kg, suất trồng bị hạn chế Khi đó, bón thêm lượng Se định, suất trồng tăng rõ rệt Ngược lại, hàm lượng Se đất cao, cối bị nhiễm độc sinh bệnh Đối với động vật, Se nguyên tố vi lượng thiếu, hoạt động chất chống oxy hóa, làm trung hòa chất gây hại cho tế bào, tăng khả miễn dịch thể làm giảm nguy bị ung thư [Goldhaber, 2003 Thomson, 2004] Tuy nhiên, hàm lượng cao ngưỡng cho phép, lại độc tố thể Hàm lượng Se bữa ăn hàng ngày mức 25-100 ppb xem thiếu, hàm lượng 2000-5000 ppb gây độc [9, 16, 18] Viện Hàn lâm Y khoa Hoa Kỳ đưa gợi ý mức 400 ppb Se bữa ăn hàng ngày cho người lớn, riêng với trẻ em cần tùy theo độ tuổi cân nặng Trên giới có nhiều cơng trình nghiên cứu Se điều thu hút quan tâm nhà khoa học Việt Nam, đặc biệt nghiên cứu dược học dịch tễ học; ví dụ phát Se hai vị thuốc cổ truyền tiếng phương đông chu sa thần sa [1, 10, 11, 17] Trong q trình tiến hóa Trái đất, hàm lượng Se ngày tăng cao có xu hướng tích tụ đá trầm tích Trong chu trình sinh địa hóa, hệ số tích lũy Se khác tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên vùng lồi định gia tăng theo chuỗi thức ăn Ví dụ, hệ số tích lũy Se đất / cát kết = 5; mô động vật / cát kết = 2; mô động vật / ngũ cốc = [7] Đối với số hệ thực vật / đất động vật / đất định, hệ số tập trung sinh học động thực vật thường ước lượng tương đối, không đồng khả hấp thụ ngưỡng tới hạn hàm lượng Se thể loài Một số loài động thực vật có khả hấp thụ Se mạnh phát triển tốt mơi trường có nồng độ Se cao, gọi nhóm ưa Se, số lồi khác lại gần khơng hấp thụ Se bị nhiễm độc hàm lượng Se môi trường vượt giới hạn định Do đó, người ta thường xác lập hệ số tích lũy loài động vật, thực vật định Đối với lồi ưa Se, chúng có khả hấp thụ Se làm môi trường sử dụng chúng công cụ xử lý ô nhiễm Đồng thời, sản phẩm từ lồi tập trung cao Se sử dụng làm nguồn dinh dưỡng cho vùng thiếu hụt Se Khả thích nghi mơi trường có hàm lượng Se cao động vật, thực vật liên quan đến chế trao đổi chất cấu tạo đặc biệt loài định Các sinh vật đóng vai trị quan trọng cơng tác tìm kiếm sinh địa hóa cơng cụ hữu hiệu rẻ tiền việc xử lý bãi thải bị ô nhiễm Se Trái lại, phát triển mạnh mẽ loài thực vật kỵ Se cho phép khoanh định khu vực bị thiếu hụt Se chúng coi thị sinh địa hóa hữu hiệu việc nghiên cứu mối liên quan địa chất, sinh học sức khỏe cộng đồng II ĐẶC ĐIỂM CHUNG Se nguyên tố chalcogen lưỡng tính, có số thứ tự nguyên tử 34, thuộc nhóm XVI (hoặc 6A) Bảng hệ thống tuần hoàn Trong vỏ Trái đất, hàm lượng Se nhỏ, 0,05 ppm với tổng trữ lượng 1.10-5%, tạo thành mỏ độc lập, mà thường kèm với thành tạo sulfur đa kim, điển hình sulfur Cu, Pb, Zn, Hg, Ag, Au dạng tạp chất Hiếm gặp tập trung cao khoáng vật Se độc lập Se nhà hóa học Thụy Điển Berzelius tìm thấy lần chất thải nhà máy sản xuất axit sulfuric năm 1817 Về hoạt tính hóa học tính chất vật lý, Se có số tính chất giống với sulfur số đặc tính tellur, thể rõ nguyên tố phi kim chất bán dẫn Nó nguyên tố đa hóa trị có nhiều đồng vị với độ phổ biến tự nhiên khác Mặc dù vậy, dạng phổ biến Se tự nhiên -2, +4 +6 Se xuất nhiều dạng thù hình khác nhau, phổ biến dạng bột vơ định hình màu đỏ, tiếp đến tinh thể màu đỏ, tinh thể mầu xám dạng giống kim loại Se nguyên tố hoạt động mạnh Nó tạo thành 170 hợp chất rắn, hợp chất lỏng hợp chất khí [3] Số lượng hợp chất hữu Se lớn thường có tác dụng sinh học độngvật thực vật Có thể kể tới nhóm như: seleno-axit amin, selenosulfur, dẫn chất Se purin pirimidin, seleno-semicarbazit, selenophen, Se peptide nhiều dẫn chất khác Se Dưới số hợp chất vô phổ biến Se: Dihydro-selenur (H2Se) chất khí không màu, mùi thối, độc, tương đối bền bị phân hủy nhiệt độ 300oC Dihydro-selenur có khả hịa tan nước, tạo thành axit yếu với số phân ly K = 1,7×10-4 Selen dioxit (SeO2) chất dạng tinh thể không màu, thăng hoa nhiệt độ 315 oC Khi đun nóng áp suất cao, selen dioxit nóng chảy thành chất lỏng màu vàng cam Hơi selen dioxit có màu vàng, giống lưu huỳnh dioxit Selen dioxit dễ tan nước tạo thành axit selenơ theo phản ứng: SeO2+H2O = H2SeO3 Selen trioxit (SeO3) chất rắn không màu, tồn vài dạng tinh thể dạng amiăng giống với SO3-β Hợp chất không bền, dễ dàng bị phân hủy nhiệt độ 185 oC để tạo thành Se đơn nguyên tố Đây hợp chất có tính oxy hóa mạnh gây nổ với dung môi việc điều chế khơng đơn giản Axit selenơ (H2SeO3) có cấu tạo tinh thể dạng lục phương không màu, dễ dàng hút ẩm để khơng khí dẫn đến chảy rữa vụn dần khơng khí khơ Đây axit tương đối bền điều kiện phòng, bền với nhiệt Axit selenơ dễ bị nước (dehydrated) để tạo thành SeO2 Axit selenic (H2SeO4) có dạng tinh thể khơng màu, nhiệt độ nóng chảy thấp (62 oC) Axit selenic đậm đặc có khả hút nước cao, vậy, dễ dàng biến nhiều chất hữu thành than III HÀNH VI ĐỊA HÓA CỦA SELEN TRONG TỰ NHIÊN Là nguyên tố đa hóa trị, hành vi địa hóa Se tự nhiên phụ thuộc nhiều vào trạng thái hóa trị mối liên kết hợp chất cụ thể Hóa trị Se phụ thuộc nhiều thông số, đặc biệt quan trọng pH, Eh hoạt tính sinh học tự nhiên Trong môi trường axit khử, selenit (Se4+) dễ dàng bị phân hủy thành Se nguyên tố, trái lại, selenat (Se 6+) phổ biến môi trường bazơ oxy hóa Se ngun tố khơng tan nước khơng dễ dàng bị oxy hóa khử điều kiện tự nhiên Mặc dù Se 4+ Se6+ dễ hịa tan mơi trường, dạng Se6+ thực vật hấp thu dễ dàng Trong môi trường bazơ (pH 7-8,5), Se tồn chủ yếu dạng Se6+, thực vật dễ dàng hấp thu Lợi dụng đặc tính này, vùng thiếu hụt thừa Se trồng, người ta cần biến đổi pH môi trường, làm tăng giảm độ linh động hoạt tính sinh học Se môi trường đất Trong đất, pH Eh hai tác nhân định hành vi địa hóa Se Selenit kim loại nặng Se nằm cấu trúc khống vật thường khó tan, độ linh động Về bản, hợp chất Se dạng selenit selenat tương đối linh động, mơi trường đất chua (có độ pH thấp) đất có chứa nhiều vật chất hữu cơ, hợp chất lại khó tan, vậy, Se linh động tích lũy đất Trong đất trung tính, Se tồn chủ yếu dạng selenit Na K Trong đất kiềm (pH > 7,5), mơi trường oxy hóa mạnh, Se tồn chủ yếu dạng selenat Do khả hòa tan lớn khả hấp phụ lên bề mặt hạt đất kém, nên selenat linh động [7] cối dễ dàng hấp thụ nguồn dinh dưỡng quan trọng di chuyển xuống tầng đất phía Trước đây, số hợp chất Se sử dụng làm thuốc trừ sâu nông nghiệp, chúng bền vững môi trường đất, gây độc cho trồng vật nuôi, nên bị cấm sử dụng Việc bón phân hóa học cung cấp lượng đáng kể Se vào đất trồng, lẽ thành phần phân bón, Se có sẵn thành phần khống chất đưa thêm vào nguồn vi dinh dưỡng cho trồng vật nuôi Se sử dụng với phân bón hoạt động nông nghiệp, nên hàm lượng Se đất trồng thường tăng theo thời gian Ngồi ra, Se cịn tích lũy cách tự nhiên từ khơng khí nước mưa Trong vùng khô bán khô, lượng mưa hạn chế, Se không bị rửa trôi theo nước mưa mà thấm từ từ xuống tầng tái tích tụ Ở vùng vậy, hàm lượng Se tầng thường cao mặt Trái lại, vùng có tích tụ mạnh mẽ Se từ khí hoạt động nhân sinh, hàm lượng Se đất tầng thường cao so với tầng Se nguyên tố linh động môi trường nước Nhiệt độ, độ ẩm, số lượng vi sinh vật nước tính chất hóa lý khác định khả hịa tan, di chuyển tích tụ Se tự nhiên Khi độ linh động Se tăng lên với hàm lượng cao mơi trường nước, khả gây phơi nhiễm Se cộng đồng tăng lên nhiều, lẽ, người sống thiếu nước Hơn nữa, hàm lượng Se cao gây ngộ độc trực tiếp cho loài động thực vật thủy sinh tảo, tôm, cua, cá, v.v Trong môi trường nước, Se tồn phổ biến hai dạng, selenit selenat Đối với selenit, cân lập cho gốc H2SeO3, HSeO3-, SeO3-, HSe2O5-, and Se2O52- Hàm lượng tương đối gốc ion pH dung dịch tổng hàm lượng phối tử định Khi pH nằm khoảng 3,5-9, selenit hòa tan chủ yếu dạng ion diselinit, trái lại selenat lại tồn chủ yếu dạng SeO42- Na phối tử selenat selenit hầu mặt Trong môi trường axit, selenit bị phân hủy để tạo thành Se nguyên tố Selenat chuyển thành selenit Se nguyên tố, nhiên, phản ứng diễn chậm Khi hình thành, Se nguyên tố tương đối bền vững dải pH oxy hóa khử rộng Do vậy, dễ bắt gặp Se nguyên tố thành tạo trầm tích giàu vật chất hữu Điều giúp giải thích hệ tầng chứa than, hàm lượng Se thường cao Hoạt động nhân sinh không làm tăng hàm lượng Se đất, mà làm tăng hàm lượng Se nước mặt, nước đất, trầm tích sơng hồ động vật, thực vật khu vực Hàm lượng Se nước mặt thường biến động theo không gian thời gian bổ sung Se thường xuyên từ không khí, nước mưa, nước chảy tràn mặt đất xung quanh, nước thải từ nguồn cấp nước từ xa sông, suối v.v Hoạt động nhân sinh nguồn gây nhiễm Se mơi trường xung quanh Ví dụ, hàm lượng Se (TB: 0,067 mg/l) cửa sông gần nhà máy xử lý chất thải nhà máy lọc dầu khu vực vịnh San Francisco, Mỹ cao so với nguồn nước tự nhiên Kết kiểm tra xác nhận, nhà máy xử lý chất thải lọc dầu nguồn gây nhiễm Se cho hệ thống cửa sông vịnh San Francisco [4] Hàm lượng Se môi trường nước mặt nhạy cảm với tác động nhân sinh hồn tồn kiểm sốt Nhờ cảnh báo nhà khoa học, quyền Mỹ buộc nhà máy nhiệt điện chạy than khu vực phải xử lý hàm lượng Se nước thải trước đổ vào hồ Belews, Bắc Carolina, nên hàm lượng Se nước hồ mức ô nhiễm nặng năm trước 1986 (giá trị lớn đạt 0,02 mg/l) giảm xuống mức an tồn cho sinh vật (