nghiên cứu sự ô nhiễm mangan trong nước giếng khoan và sự tích lũy trong cơ thể người dân tại xã thượng cát, huyện từ liêm, hà nội

1 ĐA ̣ I HO ̣ C QUÔ ́ C GIA HA ̀ NÔ ̣ I TRƢƠ ̀ NG ĐA ̣ I HO ̣ C KHOA HO ̣ C TƢ ̣ NHIÊN Trần Hoàng Mai NGHIÊN CỨU SỰ Ô NHIỄM MANGAN TRONG NƢỚC GIẾNG KHOAN VÀ SỰ TÍCH LŨY TRONG CƠ THỂ NGƢỜI DÂN TẠI XÃ THƢỢNG CÁT, HUYỆN TỪ LIÊM, HÀ NỘI LUÂ ̣ N VĂN THA ̣ C SI ̃ KHOA HO ̣ C Hà Nội - 2012 2 ĐA ̣ I HO ̣ C QUÔ ́ C GIA HA ̀ NÔ ̣ I TRƢƠ ̀ NG ĐA ̣ I HO ̣ C KHOA HO ̣ C TƢ ̣ NHIÊN Trần Hoàng Mai NGHIÊN CỨU SỰ Ô NHIỄM MANGAN TRONG NƢỚC GIẾNG KHOAN VÀ SỰ TÍCH LŨY TRONG CƠ THỂ NGƢỜI DÂN TẠI XÃ THƢỢNG CÁT, HUYỆN TỪ LIÊM, HÀ NỘI Chuyên nga ̀ nh: Hóa phân tích M s: 60 44 29 LUÂ ̣ N VĂN THA ̣ C SI ̃ KHOA HO ̣ C NGƢƠ ̀ I HƢƠ ́ NG DÂ ̃ N KHOA HO ̣ C GS.TS Phạm Hùng Việt Hà Nội - 2012 Lời cảm ơn Lời đầu tiên, em bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn thầy GS.TS Phạm Hùng Việt, người đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn này. Em trân trọng cảm ơn cô TS Phạm Thị Kim Trang đã dìu dắt và tạo mọi điều kiện tốt nhất để em hoàn thành luận văn này. Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các anh chị và các bạn trong trung tâm Nghiên Cứu Công Nghệ Môi Trường và Phát Triển Bền Vững, trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên đã nhiệt tình giúp đỡ em trong suốt quá trình làm việc, học tập và nghiên cứu. Xin được cảm ơn sự hỗ trợ về kinh phí và thiết bị của dự án “Nghiên cứu các nguồn nước ở Việt Nam” (VietAs – pha II) và đề tài “Đánh giá mức độ ô nhiễm mangan trong nước giếng khoan và nguy cơ tác động sức khoẻ người dân tại vùng đồng bằng sông Hồng, miền Bắc Việt Nam” mã số 105.09.59.09 do Quỹ phát triển khoa học và công nghệ quốc gia NAFOSTED tài trợ. Em xin gửi tới các thầy cô giáo trong trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội đặc biệt là các thầy cô trong khoa Hóa Học lòng tri ân sâu sắc. Cuối cùng, từ sâu thẳm trái tim mình, con cảm ơn gia đình, cảm ơn bố mẹ đã luôn ở bên quan tâm, ủng hộ, động viên để con có được ngày hôm nay. Hà Nội ngày 25/3/2012 Học viên Trần Hoàng Mai MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN 2 1.1. Khái quát về mangan 2 1.1.1. Tính chất vật lý và tính chất hóa học 2 1.1.2. Những ứng dụng chính của mangan và các hợp chất của mangan 3 1.1.3. Vai trò của mangan đối với sự sống 4 1.2. Vấn đề ô nhiễm mangan trong nƣớc ngầm 5 1.2.1. Ô nhiễm mangan trong nƣớc ngầm trên thế giới 5 1.2.2. Ô nhiễm mangan trong nƣớc ngầm ở Việt Nam 10 1.3. Mangan đối với cơ thể ngƣời 13 1.3.1. Sự hấp thụ và chuyển hóa mangan trong cơ thể ngƣời 13 1.3.2. Nhiễm độc mangan và những ảnh hƣởng tới sức khỏe con ngƣời 14 1.3.3. Sự tích lũy mangan trong tóc 16 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21 2.1. Địa điểm và đối tƣợng nghiên cứu 21 2.1.1. Địa điểm nghiên cứu 21 2.1.2. Đối tƣợng nghiên cứu 22 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 23 2.2.1. Phƣơng pháp lấy mẫu 23 2.2.2. Phƣơng pháp vô cơ hóa mẫu tóc 23 2.2.3. Phƣơng pháp phân tích mangan bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS . 25 CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM 27 3.1. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 27 3.1.1. Hóa chất 27 3.1.2. Dụng cụ 27 3.1.3. Thiết bị 27 3.2. Thực nghiệm 28 3.2.1. Phân tích mẫu nƣớc 28 3.2.1.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu 28 3.2.1.2. Xây dựng đƣờng chuẩn phân tích mangan 29 3.2.1.3. Chuẩn bị dung dịch kiểm chứng 29 3.2.1.4. Chuẩn bị mẫu phân tích 30 3.2.2. Phân tích mẫu tóc 30 3.2.2.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu 30 3.2.2.2. Xử lí mẫu 30 3.2.3. Hiệu suất thu hồi và độ lặp lại 32 3.2.3.1. Xác định hiệu suất thu hồi 32 3.2.3.2. Kiểm tra độ lặp lại của qui trình phân tích mẫu tóc 33 3.2.4. Phƣơng pháp xử lý số liệu 33 CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 4.1. Độ tin cậy của qui trình phân tích 34 4.1.1. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lƣợng của thiết bị 34 4.1.2. Đƣờng chuẩn phân tích mangan 34 4.1.3. Hiệu suất thu hồi trên nền mẫu tóc kiểm chứng 35 4.1.4. Hiệu suất thu hồi trên nền mẫu tóc thêm chuẩn 36 4.1.4. Độ lặp lại của qui trình phân tích mẫu tóc 37 4.2. Ô nhiễm mangan trong nƣớc giếng khoan tại khu vực nghiên cứu 38 4.3. Sự tích lũy mangan trong tóc ngƣời dân tại khu vực nghiên cứu 44 4.3.1. Hàm lƣợng mangan trong tóc ngƣời tại Thƣợng Cát và Nghĩa Dân 44 4.3.2. Ảnh hƣởng của độ tuổi đến sự tích lũy mangan trong tóc 51 4.3.3. Ảnh hƣởng của giới tính đến sự tích lũy mangan trong tóc 54 KẾT LUẬN 57 KIẾN NGHỊ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC 65 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT * AAS: Atomic Absorption Spectroscopy- quang phổ hấp thụ nguyên tử * CRM: Cetificate Reference Material * P.P: polypropylen * MMT: Methylcyclopentadienyl Mangan Tricacbonyl * SOD: enzym superoxide dismutase * WHO: World Health Organization- tổ chức y tế thế giới * PMS: triệu chứng tiền kinh nguyệt ở phụ nữ DANH MỤC HÌNH Hình số Nội dung Trang Hình 1.1 Bản đồ phân bố nồng độ Mn tại vùng Araihazar, Băng-la-đét 7 Hình 1.2 Bản đồ phân bố nồng độ Mn trong nƣớc giếng khoan tại một số tỉnh đồng bằng sông Hồng 11 Hình 1.3 Bản đồ phân bố nồng độ Mn trong nƣớc giếng khoan tại một số tỉnh đồng bằng sông Mê-kông 12 Hình 2.1 Địa điểm nghiên cứu 21 Hình 2.2 Sơ đồ khối thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS 25 Hình 3.1 Lọc mẫu nƣớc 28 Hình 3.2 Qui trình phân tích Mn trong mẫu tóc 31 Hình 3.3 Một số hình ảnh xử lí mẫu tóc 32 Hình 4.1 Đƣờng chuẩn Mn trên thiết bị AA-6800 35 Hình 4.2 Sự phân bố nồng độ Mn tại Thƣợng Cát và Nghĩa Dân 39 Hình 4.3 Ô nhiễm Mn trong nƣớc giếng khoan tại Thƣợng Cát 40 Hình 4.4 So sánh nồng độ Mn tại Thƣợng Cát với một số khu vực khác 41 Hình 4.5 Sự phân bố Mn theo độ sâu 43 Hình 4.6 Sự phân bố Mn trong mẫu tóc ngƣời tại Thƣợng Cát và Nghĩa Dân 44 Hình 4.7 Hàm lƣợng Mn trung bình trong tóc ngƣời tại Thƣợng Cát và Nghĩa Dân 45 Hình 4.8 So sánh hàm lƣợng Mn trong tóc ngƣời ở Thƣợng Cát với một số khu vực 47 Hình 4.9 Sự phân bố Mn trong tóc ngƣời tại Thƣợng Cát và Nghĩa Dân 48 Hình 4.10 So sánh hàm lƣợng Mn trong mẫu tóc tại Thƣợng Cát và Nghĩa Dân 49 Hình 4.11 Nguy cơ gây ảnh hƣởng tới sức khỏe con ngƣời do nhiễm độc Mn 50 Hình 4.12 Ảnh hƣởng của độ tuổi đến sự tích lũy Mn trong tóc 53 Hình 4.13 Ảnh hƣởng của giới tính đến sự tích lũy mangan trong tóc 56 DANH MỤC BẢNG Bảng số Nội dung Trang Bảng 1.1 Một số thông số vật lí quan trọng của Mn 2 Bảng 1.2 Tiêu chuẩn Mn trong nƣớc uống của một số tổ chức, quốc gia 6 Bảng 1.3 Tóm tắt một số nghiên cứu về ô nhiễm Mn trong nƣớc ngầm ở Việt Nam 10 Bảng 1.4 Tóm tắt một số nghiên cứu về sự tích lũy Mn trong tóc do phơi nhiễm từ nguồn nƣớc 17 Bảng 2.1 Các mẫu nƣớc và mẫu tóc tại Thƣợng Cát và Nghĩa Dân 22 Bảng 2.2 Chƣơng trình xử lí mẫu tóc trong lò vi sóng 24 Bảng 4.1 Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lƣợng của thiết bị 34 Bảng 4.2 Hiệu suất thu hồi trên mẫu tóc kiểm chứng 35 Bảng 4.3 Hiệu suất thu hồi trên nền mẫu tóc thêm chuẩn 36 Bảng 4.4 Độ lặp lại của qui trình phân tích mẫu tóc 37 Bảng 4.5 Nồng độ Mn trong nƣớc giếng khoan tại Thƣợng Cát và Nghĩa Dân 38 Bảng 4.6 Hàm lƣợng Mn trong tóc ngƣời tại Thƣợng Cát và Nghĩa Dân 44 Bảng 4.7 Hàm lƣợng Mn trung bình trong các nhóm tuổi khác nhau 51 Trần Hoàng Mai Lớp K20 - Hóa phân tích Luận văn Thạc sĩ khoa học ĐHKHTN - ĐHQGHN 1 MỞ ĐẦU Mangan là nguyên tố phổ biến thứ 12 trong sinh quyển. Hàm lƣợng của nó trên bề mặt trái đất chiếm khoảng 0,098% về khối lƣợng. Mangan có mặt trong nhiều đối tƣợng môi trƣờng nhƣ đất, nƣớc, trầm tích và trong các vật chất sinh học khác nhau. Đây là nguyên tố rất cần thiết cho sự phát triển của sinh giới. Tuy vậy, mangan cũng trở thành kim loại có tính độc hại khi đƣợc hấp thụ ở nồng độ cao. Với con ngƣời, mangan gây ra hội chứng đƣợc gọi là “manganism”, gây ảnh hƣởng đến hệ thần kinh trung ƣơng, bao gồm các triệu chứng nhƣ đau đầu, mất ngủ, viêm phổi, run chân tay, đi lại khó khăn, co thắt cơ mặt, tâm thần phân liệt và thậm chí ảo giác. Nó cũng có thể ảnh hƣởng tiêu cực đến hệ sinh thái thông qua chuỗi thức ăn. Với nồng độ quá cao trong nƣớc, mangan cùng với sắt là nguyên nhân gây ra hiện tƣợng nƣớc cứng, hiện tƣợng nhuộm màu các dụng cụ nấu nƣớng, đồ dùng nhà tắm và quần áo, gây mùi trong thức ăn và nƣớc uống. Nhiều tài liệu nghiên cứu chỉ ra rằng mangan đã đƣợc tìm thấy trong nguồn nƣớc ngầm ở nhiều quốc gia trên thế giới. Ví dụ Băng-la-đét, Cam-pu-chia, Newzealand, Việt Nam…Tại Việt Nam, hàng chục triệu ngƣời dân sống tại vùng nông thôn đang dùng giếng khoan để khai thác nƣớc ngầm tầng nông phục vụ cho mục đích sinh hoạt. Do đó, nguy cơ phơi nhiễm mangan từ nƣớc ăn uống gây ảnh hƣởng tới sức khỏe là rất lớn. Với mong muốn đánh giá mức độ ô nhiễm mangan trong nƣớc giếng khoan và nguy cơ tác động đến sức khỏe ngƣời dân, luận văn đƣợc thực hiện với chủ đề: “Nghiên cứu sự ô nhiễm mangan trong nước giếng khoan và sự tích lũy trong cơ thể người dân tại xã Thượng Cát, huyện Từ Liêm, Hà Nội” gồm các mục tiêu cụ thể sau: 1. Xác định nồng độ mangan trong nƣớc giếng khoan tại xã Thƣợng Cát, huyện Từ Liêm, Hà Nội. 2. Nghiên cứu sự tích lũy mangan trong tóc ngƣời dân xã Thƣợng Cát, huyện Từ Liêm, Hà Nội. Trần Hoàng Mai Lớp K20 - Hóa phân tích Luận văn Thạc sĩ khoa học ĐHKHTN - ĐHQGHN 2 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Khái quát về mangan 1.1.1. Tính chất vật lý và tính chất hóa học Mangan là một kim loại màu trắng bạc, có kí hiệu Mn và có số hiệu nguyên tử 25 [43]. Mangan có một số dạng thù hình khác nhau về mạng lƣới tinh thể và tỉ khối, bền nhất ở nhiệt độ thƣờng là dạng α với mạng lƣới lập phƣơng tâm khối [5]. Dƣới đây là một số thông số vật lý quan trọng của mangan. Bảng 1.1. Một số thông số vật lý quan trọng của Mn Số hiệu nguyên tử 25 Khối lƣợng nguyên tử 54,938045 g.mol -1 Cấu hình electron [Ar] 4s 2 3d 5 Tỉ trọng 7,21 g.cm −3 (gần nhiệt độ phòng) Điểm nóng chảy 1246 0 C Điểm sôi 2061 0 C Năng lƣợng hóa hơi 221 kJ.mol −1 Bán kính nguyên tử 127 pm Độ cứng (thang Moxơ) 5÷6 Độ dẫn điện (Hg=1) 5 Mangan rất cứng và rất dễ vỡ nhƣng dễ bị oxi hóa. Các trạng thái oxi hóa phổ biến nhất của Mangan là +2, +3, +4, +6 và +7. Trong đó, trạng thái ổn định nhất là Mn+2 [5]. Mangan là kim loại tƣơng đối hoạt động. Nó dễ bị oxi hóa trong không khí bởi các chất oxi hóa mạnh nhƣ O 2, F 2 , Cl 2 tạo nên các hợp chất Mn 2 O 3, Mn 3 O 4 , MnF 4 , MnCl 2 . Ở dạng bột nhỏ, mangan tác dụng với nƣớc giải phóng hidro theo phản ứng: [...]... nhƣ không bị ô nhiễm mangan Xã Nghĩa Dân có có dân số 6346 ngƣời với diện tích hành chính 4,46km2 Các mẫu nƣớc và tóc đƣợc lấy với số lƣợng tƣơng ứng là 20 và 73 mẫu 2.1.2 Đối tượng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu của luận văn là * Mẫu nƣớc giếng khoan: 99 mẫu ở xã Thƣợng Cát và 20 mẫu ở xã Nghĩa Dân * Mẫu tóc: 86 mẫu ở xã Thƣợng Cát và 73 mẫu ở xã Nghĩa Dân Bảng 2.1 Các mẫu nước và mẫu tóc tại Thượng. .. bé thì hàm lƣợng này là 1,988 mg/kg [41] Vùng Québec - Canada cũng đƣợc nhóm tác giả Bouchard (2007) lựa chọn làm địa điểm nghiên cứu về vấn đề ô nhiễm mangan và sự tích lũy mangan trong cơ thể Họ thấy rằng hàm lƣợng mangan trung bình trong tóc những trẻ em sống trong gia đình sử dụng nguồn nƣớc bị ô nhiễm mangan (0,61 mg/L) là 6,2 ± 4,7 mg/kg và sự tích lũy này phụ thuộc vào giới tính Theo đó, hàm lƣợng... đƣợc bổ sung ở trong luận văn này 1.3 Mangan đối với cơ thể ngƣời 1.3.1 Sự hấp thụ và chuyến hóa mangan trong cơ thể người Mangan đƣợc hấp thụ vào cơ thể ngƣời thông qua 3 con đƣờng: hô hấp, tiếp xúc và tiêu hóa Trong đó, sự hấp thụ qua đƣờng hô hấp là nhanh nhất, thƣờng xảy ra với những công nhân làm việc tại các khu công nghiệp sản xuất gang thép và chế tạo ắc qui…Lƣợng mangan hít vào sẽ đƣợc vận... có sự tích lũy mangan trong tóc với hàm lƣợng nằm trong khoảng 4,2 - 48 mg/kg [29] Một nghiên cứu sâu hơn đƣợc thực hiện tại vùng Great salvador, State of Bahia, Brazil cho thấy hàm lƣợng mangan trung bình trong tóc nhóm trẻ em bị phơi nhiễm bụi mangan từ nhà máy sản xuất hợp kim là 15,20 mg/kg, dao động từ 1,10 - 95,50 mg/kg Cũng trong nghiên cứu này, ảnh hƣởng của giới tính và độ tuổi đến sự tích lũy. .. cộng sự (2009) tiến hành ở vùng Đông Nam bang Ohio - Hoa Kỳ với mục đích tìm hiểu sự phơi nhiễm mangan đến những ngƣời dân sống quanh nhà máy tinh chế thép mangan cho thấy: mangan đã đƣợc tích lũy trong tóc ngƣời với hàm lƣợng mangan trung bình là 5,8 mg/kg, dao động từ 0,64 - 41,1 mg/kg 58% số ngƣời tham gia (n=34) có hàm lƣợng mangan trong tóc >3,0 mg/kg và màu tóc không ảnh hƣởng đến sự tích lũy mangan. .. diện tích 3,88 km2 (tính cả diện tích ao hồ) Trong xã có khoảng 2000 giếng khoan và 100% các hộ dân đều khoan giếng để sử dụng Số mẫu nƣớc và mẫu tóc lấy tại xã Thƣợng Cát tƣơng ứng là 99 và 86 mẫu Xã Nghĩa Dân thuộc huyện Kim Động, tỉnh Hƣng Yên đƣợc chọn làm điểm đối chứng vì theo kết quả nghiên cứu của Winkel (2011) [40] và những khảo sát sơ bộ của trung tâm Nghiên Cứu Công Nghệ Môi Trƣờng và Phát... hƣởng bởi sự phơi nhiễm mangan trong môi trƣờng Hassan Imran Afridi và cộng sự (2011) đã xác định nồng độ mangan và những ảnh hƣởng của sự phơi nhiễm mangan thông qua việc phân tích các mẫu sinh học (máu, nƣớc tiểu và tóc) của các công nhân nam (n=75) làm việc trong một nhà máy sản xuất thép ở Pakistan Với thời gian làm việc từ 5 - 25 năm, mangan đã đƣợc tích lũy trong tóc nhóm công nhân này với hàm lƣợng... đe dọa sức khỏe hàng triệu ngƣời do bị ô nhiễm mangan Tuy nhiên, những nghiên cứu về vấn đề ô nhiễm mangan trong nƣớc ngầm hoặc trong nƣớc giếng khoan tại Việt Nam hiện nay còn khá hạn chế Bảng 1.3 Tóm tắt một số nghiên cứu về ô nhiễm Mn trong nước ngầm ở Việt Nam Địa điểm Số mẫu Nồng độ TB Khoảng nồng độ Tác giả (mg/L) Gia Lâm, Hà Nội 11 1,5 2,7.10-3 – 5,5 Agusa (2005) Thanh Trì, Hà Nội 14 1,3 25,2... đƣợc phân tích với hàm lƣợng mangan trung bình là 9,12 µg/L Qua đây ta có thể thấy, ngƣời dân sống ở nhiều khu vực khác nhau trên thế giới đã bị phơi nhiễm mangan từ nƣớc uống hoặc do việc hít thở không khí chứa nhiều bụi mangan tại các khu công nghiệp và khu khai mỏ Không chỉ trong tóc, mangan còn đƣợc tìm thấy với hàm lƣợng cao tại các cơ quan khác nhau trong cơ thể Do đó, những nghiên cứu sâu rộng... rộng hơn về nguy cơ ảnh hƣởng tới sức khỏe con ngƣời là hết sức cần thiết Luận văn Thạc sĩ khoa học 20 ĐHKHTN - ĐHQGHN Trần Hoàng Mai Lớp K20 - Hóa phân tích Chƣơng 2 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Địa điểm và đối tƣợng nghiên cứu 2.1.1 Địa điểm nghiên cứu Địa điểm đƣợc chọn nghiên cứu trong luận văn này là xã Thƣợng Cát, huyện Từ Liêm, Hà Nội Địa điểm đối chứng là xã Nghĩa Dân, huyện Kim Động, . trong cơ thể người dân tại xã Thượng Cát, huyện Từ Liêm, Hà Nội gồm các mục tiêu cụ thể sau: 1. Xác định nồng độ mangan trong nƣớc giếng khoan tại xã Thƣợng Cát, huyện Từ Liêm, Hà Nội. 2. Nghiên. Hoàng Mai NGHIÊN CỨU SỰ Ô NHIỄM MANGAN TRONG NƢỚC GIẾNG KHOAN VÀ SỰ TÍCH LŨY TRONG CƠ THỂ NGƢỜI DÂN TẠI XÃ THƢỢNG CÁT, HUYỆN TỪ LIÊM, HÀ NỘI Chuyên nga ̀ nh: Hóa phân tích M s:. độ ô nhiễm mangan trong nƣớc giếng khoan và nguy cơ tác động đến sức khỏe ngƣời dân, luận văn đƣợc thực hiện với chủ đề: Nghiên cứu sự ô nhiễm mangan trong nước giếng khoan và sự tích lũy trong