Nghiên cứu xây dựng phương pháp phân tích một số tác nhân trong bụi khí có khả năng gây bệnh đường hô hấp

CÁC TỪ VIẾT TẮT Chú thích Ký hiệu AAS Atomic Absorption Spectroscopy Quang phổ hấp phụ n guyên tử BTEX Benzene,Toluene, Ethylbenzene, Xylen Nhóm hợp chất hữu cơ: Benzen, toluen, etylbe

   

BỘ KHOA HỌC VÀ CỘNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM

‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 

   

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MỘT SỐ TÁC NHÂN TRONG BỤI KHÍ CÓ KHẢ NĂNG GÂY

BỆNH ĐƯỜNG HÔ HẤP (Mã số 10/10/NLNT )

Cơ quan chủ trì: Viện khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân

Chủ nhiệm đề tài: ThS.NCV Võ Thị Anh

Hà Nội,tháng 10/2012  

DANH SÁCH CÁN BỘ THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

1 Võ Thị Anh ThS.,NCV Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân

2 Nguyễn Thúy Bình CN.,NCV Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân

3 Vương Thu Bắc TS.NCV Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân

4 Hà Lan Anh ThS,NCV Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân

5 Nguyễn Thị Hồng Thịnh ThS,NCV  Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân 

6 Nguyễn Thu Hà ThS,NCV  Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân 

7 Dương Văn Thắng CN,NCV Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân

8 Cao Đức Việt CN,NCV Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân

9 Nguyễn Mai Anh BS,NCV Bệnh viện Phổi trung ương

10 Phan Quang Thăng ThS,NCV Viện Môi trường,Viện KH&CN VN

CƠ QUAN PHỐI HỢP CHÍNH

Bệnh viện phổi trung ương

MỤC LỤC

Đề mục Trang

Mục lục 3 Các từ viết tắt 5

Tóm tắt 6

MỞ ĐẦU 8

1 Đặt vấn đề 8

3.2 Lấy mẫu bụi khí, các thông số khí tượng và phân tích mẫu bụi khí 10

4 Thời gian thực hiện 11

5 Đơn vị thực hiện 11

CHƯƠNG I – TỔNG QUAN TÀI LIỆU 12

I.1 Bụi và nguồn gốc của bụi 12

I.1.1 Đinh nghĩa 12

I.1.2.1 Theo nguồn gốc 12

I.1.2.2 Theo bản chất của bụi 13

I.1.2.3 Theo kích thước 13

I.2 Phương pháp thu mẫu bụi 14

I.2.1 Phương pháp truyền thống 14

I.2.2 Phương pháp cải tiến 14

I.2.3 Phương pháp lọc 15

I.2.5 Phương pháp sục 16

I.3Xác định hàm lượng bụi trong không khí và thành phần hóa học của nó 18

I.3.1 Phương pháp xác định hàm lượng bụi 18

I.3.2 Phương pháp phân tích các nguyên tố hóa học trong mẫu 18

I.3.2.2 phương pháp kích hoạt notron 19

I.3.2.3 Phương pháp ICP 20

I.3.2.4 Phương pháp hấp phụ nguyên tử-AAS 24

I.3.3Phân tích các ion trong bụi 25

I.4 Phương pháp thu gom mẫu và phân tích các hợp chất hữu cơ dễ bay

I.5.3 Phương pháp lọc nhiều lớp 31

I.5.4Phương pháp thu bụi trên đĩa thạch cứng 32

I.6 Nguy cơ gây bệnh của bụi ô nhiễm trong không khí xung quanh 35

I.6.3 Nhóm các hợp chất hữu cơ 38

I.6.4 Nhóm các vi sinh vật 39

I.7 Hiện trạng ô nhiễm bụi khí ở Việt nam 42

CHƯƠNG III – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 50

II.1Phương pháp lấy mẫu và phân tích bụi PM 50

II.1.3 Xác định hàm lượng cac bon đen 52

II.1.4 Phân tích thành phần các nguyên tố hóa học trong mẫu bụi 52

II.1.5 Phân tich các ion trong bụi khí 53

II.2 Phân tích hợp chất hữu cơ dễ bay hơi 54

II.2.1Khảo sát hiệu quả thu hồi của quá trình hấp phụ, giải hấp và phân

tích

59

II.3 Phân tích vi sinh vật trong mẫu bụi khí 61

II.3.1So sánh hiệu suất thu mẫu bụi sinh học 67

CHƯƠNG III- KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 69

CHƯƠNG IV- KẾT LUẬN 84

CHƯƠNG V – KIẾN NGHỊ 86

Tài liệu tham khảo 88

Phụ lục 95

CÁC TỪ VIẾT TẮT

Chú thích

Ký hiệu

AAS Atomic Absorption Spectroscopy Quang phổ hấp phụ n guyên tử

BTEX Benzene,Toluene, Ethylbenzene,

Xylen

Nhóm hợp chất hữu cơ:

Benzen, toluen, etylbensen,xylen

CFU Colony-Forming Unit Khuẩn lạc được hình thành

trên đĩa thạch cứng COPD Chronic Obstructive Pulmonary

Disease

Bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính

DNA Deoxyribonucleic acid Axit dezoxyribonucleic

EA-IRMS Elemental Analyzer-Isotopic

Ratio Mass Spectrometer

Khối phổ kế tỷ số đồng vị phân tích nguyên tố GC-MS Gas Chromatography- Mass

Spectrometry

Sắc ký khối phổ

IC Ion Chromatography Sắc ký ion

ICP-MS Inductively Coupled Plasma

Mas Spectroscopy

Khối phổ plasma cảm ứng

NA Nutrient Agar Môi trương phân lập vi sinh

vật - PCR Polymerace Chain Reaction Phản ứng chuỗi trùng hợp

ppb-ppm 1ppb= 1µg/l ; 1 ppm=1mg/l

TSA Trypticase Soy Agar Môi trường phân lập vi sinh

vật VOCs Volatile Organic Compound Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi

XRF X- Ray Fluorescence Huỳnh quang tia X

WMO World Meteorological

Organization

Tổ chức khí tượng thế gới

Tóm tắt

  Mẫu bụi khí PM được thu gom ở tại viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân Vị trí đặt đầu thu mẫu ở trên nóc tòa nhà 3 tầng; kinh độ 105o47,56’, vĩ

độ 21o2,46’ Bụi PM2,5 và PM10 được thu trên phin lọc Nuclere polycarbonate

có đường kinh 47mm Kết quả cho thấy số lượng bụi và hàm lượng cac bon đen của bụi PM2,5 luôn cao hơn bụi PM2,5-10 Các nguyên tố hóa học Al, Si, S,

K, Ca, Ti, Mn, Fe, Cu, Zn và Zr và các anion F-,Cl-, Br-, NO3-, PO43-, SO42-, và cation như Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+ được phát hiện trong mẫu, hàm lượng các sự khác nhau ở cả hai loại bụi PM Các hợp chất hữu cơ thuộc nhóm BTEX (Benzen; toluen; Ethyl Benzen; m,p xylen; o, Xylen) đều được phát hiện trong các mẫu thu được Hàm lượng Benzen của tháng 12,11,12 năm

2011 và thang1,2 năm 2012 vượt tiêu chuẩn cho phép, tháng có hàm lượng cao nhất 27,615 µg/m3 và thấp nhất 8,443 µg/m3 Vi sinh trong mẫu bụi xác

định được đều thuộc chi Pseudomonas, chi Staphylococcus, chi Aspergillus

Vi khuẩn gram âm trong mẫu dao động tử 2% đến 15% Sử dụng phương pháp hôi qui và phân tích phương sai để tìm mối tương quan giữa các thành phần ô nhiễm và số lượng bệnh nhân điều trị tại khoa Hô Hấp, Bệnh viên E, Hà Nội cho thấy vi khuẩn, Benzen, Toluen, lưu huỳnh, silic có tác động đến số lượng bệnh nhân điều trị bênh liên quan đến đường hô hấp hàng tháng tại Bệnh viện E-Hà Nội

Từ khóa: bụi PM, nguyên tố hóa học, BTEX, Pseudomonas, Staphylococcus, Aspergillus,Bệnh viên E

Abstract

The aerosol sampler-Gent StackedFilter Unit (GENT-SFU located on the top of house roof of three floors building of INST with logitude 21o2,46’; latitude 105o47,56’ Filration technique was used for the collection of PM2,5and PM2,5-10, and colleccted on nuclearepolycarbonte menbrane filter as disk

of 47-mm diameter The results show that the amount and concentration of black carbone of fine particle PM2,5 are always higher than the amount and concentration of black carbone of coarse particle PM2,5-10 The chemical elements as Al, Si, S, K, Ca, Ti, Mn, Fe, Cu, Zn và Z and anion F-,Cl-, Br-,

NO3-, PO43-, SO42-, and cation Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+ were detected in all samples However, concentration of chemical elements and ions is different

in both airborne particles PM2,5 and PM2,5-10 Organic compounds of BTEX as Benzen; toluen; Ethyl Benzen; m,p xylen; o, Xylen were detected Concentration of Benzene of 10,11,12 year 2011 and 1,2 year 2012 were exceed Vietnam standards (20µg/m3) and highest concentration was determined in 10/ 2011 as 27,615 µg/m3 Genus Pseudomonas Staphylococcus, Aspergillus were detected in samples and negative-gram

bacteria range from 2% to 15% Use the regression method and analysis of variance for the correlation between pollution effects and partients treated at the respiratory clinic of E hospital, Hanoi showed that microorganisms, benzene, toluent, element sulfur, element silic have influence over the number patients treated for respiratory-related disease prevention on a monthly basis at the E hospital-Hanoi

Key words: PM particle, chemical element, BTEX, Pseudomonas, Staphylococcus, Aspergillus, E hospital

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Cùng với sự phát triển của kinh tế và xã hội của mỗi nước, đặc biệt là những nước đang phát triển, vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng, trong đó ô nhiễm môi trường không khí tác động trực tiếp đến biến đổi khí hậu và tác động nhanh nhất đến sức khỏe con người Chính vì vậy,ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm môi trường không khí nói riêng đang được các nhà nghiên cứu môi trường đề cập đến nhiều Nói đến ô nhiễm môi trường không khí, người ta thường đề cập đến bụi khí Mức độ ô nhiễm không khí phụ thuộc vào vị trí địa lý, khí hậu và những ảnh hưởng khác như

là đô thị hóa, công nghiệp và kinh tế, năng lượng và giao thông…

Theo Tổ chức khí tượng thế giới (WMO), ô nhiễm không khí tiềm ẩn nguy cơ gây chết người có dấu hiệu gia tăng tại các nước có mức kinh tế đang phát triển mạnh, đặc biệt tại các thành phố lớn ở châu Á và khu vực Nam Mỹ

Tổ chức này còn cảnh báo hiện tượng khí hậu nóng lên càng làm tăng ô nhiễm khí quyển, sa mạc hóa trên toàn cầu làm tăng nguy cơ bão cát và bụi Sự gia tăng tần suất và mức độ các vụ cháy cũng khiến bầu không khí trở nên ô nhiễm

Mức độ ô nhiễm không khí tại các thành phố lớn của châu Á có xu hướng ổn định nhưng vẫn vượt qua mức của WHO Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng chất lượng không khí kém không chỉ ở các thành phố lớn của châu Á, mà

cả các thành phố nhỏ với số dân cư từ 200 000 đến 1,5 triệu người Trong khi các thành phố lớn thường xuyên nhận được sự đầu tư để nâng cao chất lượng không khí,thì các thành phố nhỏ lại rất ít khi nhận được sự giúp đỡ tương tự

Ở Viêt Nam, sự phát triển kinh tế, gia tăng dân số cơ học ở một số thành phố lớn như Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Đà nẵng… kéo theo

hàng loạt các hoạt động trong sản xuất công nghiệp, xây dựng và phương tiện giao thông đã làm gia tăng mức độ ô nhiễm bụi Nguồn ô nhiễm chính của các

độ thị Viêt Nam là từ các công trường xây dựng, các xưởng sản xuất công nghiệp và các phương tiện giao thông

Ô nhiễm môi trường không khí ở Hà Nội hiện nay, nói chung đang bị ô nhiễm nặng về bụi TSP và bụi PM10, nồng độ bụi trung bình gấp 2-3 lần quy chuẩn cho phép, có điểm cao trên 10 lần quy chuẩn cho phép [19]

Kết quả điều tra tại Phú Thọ và Nam Định cho thấy, ước tính thiệt hại

do ô nhiễm không khí tác động đến sức khỏe người dân lên đến 295.000 đồng/người/năm.( Báo cáo môi trường quốc gia năm 2010 của Bộ Tài nguyên

và Môi trường )

Quá trình đô thị hóa đang diễn ra mạnh mẽ tại các đô thị lớn ở Việt Nam, đặc biệt là Hà Nội, TP HCM, Đà nẵng…khiến cho tình trạng ô nhiễm môi trường tại đây trở nên tồi tệ hơn Hàm lượng bụi,các thành phần ô nhiễm của bụi và các thông số khí như NO2, SO2, Benzen… trong những năm gần

đây đều có xu hướng tăng lên Đặc biệt,tại các công trình xây dựng, các nút

giao thông trọng điểm, mức độ ô nhiễm không khí cao gấp 5-6 lần tiêu chuẩn cho phép Ô nhiễm không khí không nhìn thấy được nhưng lại ảnh hưởng lâu dài đến sức khỏe của con người

Hiện nay, tại Việt Nam vẫn chưa có các thông báo thường xuyên về tình trạng ô nhiễm Các nghiên cứu ô nhiễm mới chỉ dừng lại ở mức độ quan trắc hàm lượng bụi trong không khí và một số thành phần gốc vô cơ và đưa ra một

số đánh giá về nguồn gốc các chất ô nhiễm

Để tìm hiểu thêm về các tác nhân ô nhiễm có trong thành phần bụi khí liên quan đến số bệnh nhân có các bệnh liên quan đến đường hô hấp, chúng tôi

xây dựng đề tài “ Nghiên cứu xây dựng phương pháp phân tích một số tác nhân trong bụi khí có khả năng gây bệnh đường hô hấp”

2 Mục tiêu

Xây dựng phương pháp phân tích một số tác nhân có hại có thể gây bệnh đường hô hấp trong bụi khí và số liệu ban đầu về một số tác nhân có hại (như VOCs và vi khuẩn)

3 Các nội dung nghiên cứu chính:

3.1Xây dựng qui trình phân tích:

- Xây dựng qui trình làm giàu mẫu vi khuẩn của bụi khí trên môi trường phân lập vi khuẩn liên quan đến các bệnh đường hô hấp Xác định thử nghiệm trên môi trường nuôi cấy và điều kiện thích hợp để xác định số lượng

vi khuẩn và hàm lượng vi khuẩn gram âm

- Xây dựng qui trình phân tích hợp chất hữu cơ dễ bay hơi,(VOCs như Benzen, Dichlorobenzen, Ethylbenzen, Cloroform, Cacbontetrachlorid, Tetrachlorobenzen, Xylen) trong bụi khí

3.2 Lấy mẫu bụi khí, các thông số khí tượng và phân tích mẫu bụi khí:

- Thu gom mẫu bụi khí PM2,5 và mẫu bụi PM2,5-10 tại khu vực Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân, đường Hoàng Quốc Việt, Hà Nội bằng các thiết bị có phân cấp hạt chuyên dụng

- Thu thập các thông số khí tượng liên quan như nhiệt độ (T), độ ẩm tương đối (RH), hướng gió (WD), tốc độ gió (WS) và lượng mưa (RF) trong thời gian thu gom mẫu

- Phân tích vi khuẩn trong mẫu bụi khí thu gom được (số lượng vi khuẩn, tỷ lệ vi khuẩn gram âm và vi khuẩn liên quan đến bệnh di ứng đường

hô hấp.)

- Phân tích một số hợp chất hữu cơ dễ bay hơi trong mẫu bụi khí thu gom được bằng phương pháp sắc ký

- Phân tích các nguyên tố hóa học trong mẫu bụi khí bằng kỹ thuật XRF

- Phân tích các ion trong mẫu bụi khí bằng phương pháp sắc ký ion

- Phân tích tỷ số đồng vị C-13/C-12 trong cac bon đen của mẫu bụi khí trên hệ khối phổ kế tỷ số đồng vị EA-IRMS

3.3Xử lý đánh giá kết quả phân tích mẫu bụi:

- Xử lý kết quả phân tích, đánh giá độ tin cậy của các quy trình đã xây dựng

- Đánh giá mức độ ô nhiễm và nguồn gốc một số vi khuẩn và hợp chất hữu cơ dễ bay hơi trong bụi khí để đưa ra khuyến cáo phục vụ công tác bảo

vệ môi trường và sức khỏe con người đối với bệnh đường hô hấp do bụi khí gây ra

4.Thời gian thực hiện: 24 Tháng

5.Đơn vị thực hiện: Trung tâm kỹ thuật hạt nhân, Viên Khoa học và Kỹ thuật

Hạt nhân

6 Nguồn kinh phí và mức kinh phí được cấp

Nguồn kinh phí: từ ngân sách nhà nước

Mức kinh phí được cấp: 600 000 000VNĐ (sáu trăm triệu đồng)

Chương I- TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Cùng với sự phát triển kinh tế xã hội của mỗi nước, đặc biệt là các nước đang phát triển, vấn đề ô nhiễm môi trường trở nên nghiêm trọng Ô nhiễm không khí, một trong những tác nhân gây tác động trực tiếp đến biến đổi khí hậu, tác động nhanh và rõ rệt đến sức khỏe cộng đồng Chúng ta có thể thu được bụi khí ở khắp nơi, thành phần và tính chất của bụi phụ thuộc vào môi trường tạo ra nó

I.1 Bụi và nguồn gốc của bụi khí

I.1.1 Bụi là những hạt lơ lửng trong không khí, có kích thước từ 1/10

đến vài trăm micromet, nó có thể lan truyền với một khoảng cách rất xa và rộng ( có thể tới vài nghìn km) và một không gian rộng Cũng có thể hiểu bụi

là một tập hợp của nhiều hạt có thành phần hóa học là các chất vô cơ và hữu

cơ trong không khí Nó tồn tại dưới nhiều dạng và kích thước khác nhau

I.1.2 Dựa vào nguồn gốc, bản chất và kích thước người ta chia bụi ra

thành nhiều nhóm khác nhau

I.1.2.1Theo nguồn gốc:

* Bụi có nguồn gốc tự nhiên: được sinh ra từ hoạt động của núi lửa, cháy rừng, các quá trình phân hủy, chuyển hóa và trao đổi các chất trong tự nhiên, các phản ứng quang hóa tạo thành các son khí Chúng có mặt trong không khí từ quá trình bốc hơi cùng nước biển,v.v…

* Bụi có nguồn gốc nhân tạo: sinh ra từ quá trình sản xuất công nghiệp,

từ khí thải các quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch, từ các nhà máy luyện kim, các nhà máy hóa chất, các công trình nhiệt điện và thủy điện từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp như sử dụng phân bón hóa học hoặc thuốc bảo vệ thực vật , đốt rừng làm nương , từ khí thải của các phương tiện giao thông và các hoạt động hàng ngày của con người,

I.1.2.2 Theo bản chất của bụi

* Bụi vô cơ: có thành phần là các chất khoáng, các kim loại và các hỗn

hợp khác

* Bụi hữu cơ: gồm có bụi thực vât, bụi động vật, hoăc được sinh ra trong quá trình tổng hợp vật liệu hữu cơ và phân hủy chất thải hữu cơ

I.1.2.3 Theo kích thước:

* Bụi PM10 (particulate matter) là loại bụi lơ lửng trong không khí có kích thước động học≤ 10µm

* Bụi PM2,5 (particulate matter) là loại bụi có kích thước động học < 2,5

µm, được gọi là bụi mịn Loại bụi này thường tồn tại lâu trong không khí, bởi chúng có trọng lượng gần bằng lực cản, thường rơi với vận tốc đều Trong không khí loại bụi này chiếm từ 40-90% [54]

* Sol khí là hạt bụi có kích thước động học< 1 µm lơ lửng trong không khí, nó được hình thành từ quá trình ngưng tụ và khuếch tán của các chất rắn hoặc lỏng trong môi trường, tồn tại trong không khí ở dạng sương mù và kích thước < 0,1 µm tồn tại trong không khí dạng khói Nguồn gốc của các sol chia theo kích thước ở bảng I.1

Bảng I.1: Nguồn gốc của các sol khí theo kích thước hạt[54]

Kích sol khí 0,1 µm 0,1 ÷ 1,0 µm 1 µm

Nguồn gốc phát sinh Sản phẩm của quá

trình thiêu đốt

Sản phẩm của quá trình thiêu đốt và quá trình quang hóa

Bụi công nghiệp, nông nghiệp, giao thông, bụi trong môi trường tự nhiên

Thành phần hóa học của bụi phụ thuộc vào nguồn gốc tạo ra nó Thành phần hóa học của bụi bao gồm các nguyên tố hóa học ( Al,Si,S, K, Ca, Ti, V, Cr,

Mn, Fe, Zn, Sr, Zr, Pb…), các ion vô cơ (SO42-, NOx-, PO43-, Cl-, NH3+, Na+,

Ca+, K+, Mg+…), các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (Benzen, Dichlorobenzen, Ethylbenzen, toluen, xylen… ), các loại vi sinh vật và nấm mốc…

Để đánh giá mức độ bụi trong môi trường không khí xung quang, các nhà nghiên cứu đã đưa ra nhiều phương pháp phân tích đánh giá khác nhau đối với mỗi nhóm thành phần của bụi khí

I.2 Phương pháp thu mẫu bụi;

Trong thực tế nhiều năm nghiên cứu môi trường không khí, các nhà nghiên cứu đã đưa ra hai phương pháp cơ bản để thu gom bụi khí, bao gồm:

I.2.1 Phương pháp truyền thống: thu bụi lên trên bề mặt vật liệu thu mẫu (như phin lọc)

I.2.2 Phương pháp cải tiến: lấy mẫu trực tiếp vào một thời gian nhất định

và sử dụng các dụng cụ đo động lực học để xác định lượng mẫu thu được Phương pháp truyền thống có ưu điểm là đơn giản, giá thành rẻ, thích hợp với mọi điều kiện môi trường khắt khe, có thể sử dụng nhiều phương pháp phân tích khác nhau để xác định thành phần của bụi Nhưng phương pháp này lại phải mất một khoảng thời gian từ lúc thu mẫu đến lúc mẫu được phân tích,

sẽ dẫn đến sự không ổn định hóa học của mẫu Ngược lại phương pháp cải tiến-đo mẫu trực tiếp vào một thời điểm đo nhất định sẽ cho kết quả nhanh chóng về hàm lượng bụi, kích thước hạt ngay tại điểm lấy mẫu Phương pháp này không thực hiện trong điều kiện môi trường khắt nghiệt, thiết bị dựa vào

kỹ thuật cảm ứng,nên thường xuyên phải hiệu chuẩn và không xác định được thành phần các nguyên tố hóa học, các ion vô cơ…) của bụi

Dựa trên các kỹ thuật tách hạt bụi từ dòng khí và yêu cầu của các phương pháp phân tích bụi các nhà nghiên cứu đã áp dụng kỹ thuật lực quán tính và môi trường thích hợp để thu bụi

I.2.3 Phương pháp lọc (filtration) hạt bụi không nhìn thấy theo dòng không khí được hút bởi một máy bơm bị chặn lại trên phin lọc theo kích thước hạt khác nhau Phin lọc thu bụi có lỗ từ 0,01 µm đến 10 µm Tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu sẽ sử dụng phin lọc với vật liệu của phin và kích thước

lỗ phù hợp Phương pháp thu bụi khí qua phin lọc được sử dụng rộng rãi, có thể phân loại theo cấu trúc của phin lọc sợi xơ, phin lọc có lỗ, phin lọc Nuclepore…Vật liệu của phin lọc có thể được làm từ sợi thủy tinh, sợi thạch anh, sợi polycarbonate,sợi cellulose acetate…hoặc Teflon Thu bụi bằng phin lọc phụ thuộc vào một vài cơ chế thu mẫu (ví dụ như sự khuếch tán,sự chặn dòng, quán tính nén, sự hút tĩnh điện, sự hút lắng trên phin… ), các cơ chế này phụ thuộc vào kích thước hạt bụi, mật độ bụi, hình dạng và sự tích điện của bụi, tốc độ dòng khi được hút và thành phần vật liệu phin lọc Ưu điểm của phương pháp này là thu gom được bụi ở nhiều kích thước khác nhau, định lượng được số lượng hạt bụi trên một đơn vị thể tích khí

I.2.4 Phương pháp nén (impactor): Dòng khí mang theo hạt bụi đi qua

vòi hút và lực nén sẽ xuất hiện khi dòng khí bị chăn bởi một vật rắn (ví dụ tấm hấp phụ bụi) Kích thước của hạt bụi thu được phụ thuộc vào đường kính của đầu hút, vận tốc dòng khí và khoảng cách từ đầu thổi khí đến bề mặt tấm hấp phụ bụi Nói chung, quán tính va chạm có thể được dùng thu bụi khí với một dải kích thước từ 0,005µm đến 50µm với vận tốc dòng khí từ vài

cm3/phút đến vài nghìn m3/phút Hạn chế của phương pháp này là một lượng hạt bụi không bám lên bề mặt vật hấp thụ mà tạo hàng quay ngược trở lại theo dòng khí khi gặp vật cản, khi dòng khí được liên tục thổi lên mặt tấm thu bụi với tốc độ lớn Phương pháp nén được mô tả ở hình I.1

Hình I.1: Sơ đồ thu mẫu bụi khí bằng phương pháp nén I.2.5 Phương pháp sục (impinger): có tính chất và nguyên lý thu bụi khí giống như phương pháp nén, nhưng đầu hút khí được nhúng trực tiếp vào dung dịch hấp phụ mẫu Hạt bụi được hút theo dòng khí sục vào dung dịch, theo quán tính chúng rơi xuống và bị giữ lại trong dung dịch Phương pháp này thích hợp với những hạt bụi có kích thước từ 1µm đến 20µm Với những hạt bụi có kích thước nhỏ hơn hiệu suất thu gom mẫu phụ thuộc vào vận tốc

và đường kính của đầu hút

Nhược điểm của hai phương pháp này là chỉ định lượng được số lượng bụi trong một thể tích không khí, mà không tách được hạt bụi theo kích thước

I.2.6 Phương pháp tạo xoáy (cyclone):

Bụi khí được đẩy vào buồng thu mẫu trong trạng thái ly tâm và hạt bụi trong dòng khí với gia tốc đủ lớn sẽ bám lên thành buồng thu mẫu (ướt hoặc khô) Lực ly tâm được tạo ra do buồng thu quay với tốc độ đủ lớn Trong điều kiện này hạt bụi có kích thước lớn hơn sẽ bám lên thành buồng thu phía dưới hoặc rơi xuống đáy buồng thu, trong khí đó hạt bụi mịn hơn bị cuốn vào vòng xoáy lên phía trên Phương pháp thường được sử dụng để lấy mẫu tại nơi làm việc hoặc môi trường không khí xung quang có không gian nhỏ Hoạt động của thiết bị với tốc độ dòng khí được hút chỉ đạt đến vài lít trong một phút

Thu gom bụi mịn- bụi hô hấp là một trong những ứng dụng phổ biến nhất của phương pháp này, vì thiết bị này được hoạt động như một bộ lọc ngược Dòng không khí xoáy được tạo ra loại các hạt bụi thô, thu lại bụi mịn-bụi hô hấp Phương pháp tạo xoáy cũng được sử dụng để tách bụi thô (lớn hơn 2 µm) với bụi mịn (nhỏ hơn 2 µm) trong mẫu bụi không khí xung quanh Trong nhiều trường hợp thiết bị tạo dòng xoáy dùng để cung cấp hạt có kích thước định sẵn cho các thiết bị thu mẫu khác như dụng cụ lọc hoặc dụng cụ nén khí

Hiệu suất thu mẫu của phương pháp này phụ thuộc vào đường kính khí động học của hạt bụi,kích thước đã chọn của thiết bị cùng với tốc độ dòng, kích thước của đầu hút và đầu thổi khí và kích thước của xi lanh Tuy nhiên, dòng xoáy bên trong thiết bị rất phức tạp,nên không dễ dàng để phỏng đoán trước được hiệu suất thu gom mẫu Phương pháp tạo xoáy được mô tả ở hình I.2

Hình I.2: Sơ đồ thu mẫu bụi khí bằng thiết bị tạo dòng không khí xoáy

I.2.7 Phương pháp ly tâm không khí (aerosol centrifuges)

Máy ly tâm không khí là một loại thiết bị thu gom mẫu bụi khí Thiết

bị được quay với tốc độ cao,để hạt bụi quay theo dòng khí chịu tác động bởi

một lực ly tâm lớn,nó bị đưa lên mép ngoài của buồng khí Nói chung là hạt bụi được gom trên lá kim loại, mà nó chính là mép ngoài của buồng khí, sau

đó nó được thu lại và đem đi phân tích Phương pháp ly tâm trong không khí

có thể thu được hạt bụi có kích thước trong khoảng 0,01 - 5µm v tốc độ lấy mẫu khí khoảng 1l/phút Nguyên lý của phương pháp này là dựa vào lực ly tâm của hạt bụi để hiệu chỉnh và cung cấp được chính xác kích thước hạt bụi Nhưng số lượng bụi thu được rất nhỏ, nên không thể thực hiện phép đo trọng lượng và sự phân bố kích thước hạt Hạt có kích thước lớn hơn vài micromet thường bị mất do đầu hút Tuy nhiên, không như ở phương pháp nén khí, hạt bụi bị giữ chặt bởi lực ly tâm, không bị quay ngược trở ra theo dòng khí

Ngoài ra còn một vài phương pháp khác không dựa vào cơ chế thu mẫu của lựa quán tính và ít được sử dụng trong quan trắc môi trường và nghiên cứu về bụi khí như phương pháp lọc tĩnh điện, phương pháp lọc nhiệt.[26]

I.3 Xác định hàm lượng bụi trong không khí và thành phần hóa học của nó:

I.3.1 Phương pháp xác định hàm lượng bụi: Phương pháp cân thường được sử dụng để xác định lượng bụi trong một thể tích không khí Do hàm lượng trong không khí nhỏ nên thể tích mẫu cần hút là lớn để đảm bảo độ chính xác của phương pháp cân.Hơn nữa thiết bị cân cũng phải có độ chính xác cao, thông thường trong nghiên cứu bụi khí cần có độ chính xác ±1µg

I.3.2 Phân tích các nguyên tố hóa học:

Các nguyên tố hoa học trong mẫu bụi khí được phân tích theo nhiều phương pháp khác nhau, như XRF-huỳnh quang tia X,phân tích kích hoạt neutron, ICP- plasma cảm ứng

I.3.2.1 Phương pháp XRF- Đây là phương pháp trắc phổ huỳnh quang tia

X đặc trưng phát sinh từ tương tác giữa bức xạ gamma hoặc tia X với vật chất của mẫu Thiết bị phân tích XRF có thể sử dụng hoặc nguồn phát bức xạ

gamma hoặc ống phát tia X làm nguồn bức xạ Đây là kỹ thuật phân tích được

sử dụng để xác định các nguyên tố chính và nguyên tố đa vi lượng trong các mẫu đất đá Nó có thể phân tích đồng thời đến 80 nguyên tố XRF là phương pháp phân tích nhanh và có thể phân tích số lượng mẫu lớn các mẫu với độ chính xác đáp ứng yêu cầu trong khoảng thời gian tương đối ngắn Ưu điểm của phương pháp này là mẫu không bị phá hủy và có thể sử dụng để phân tích tiếp theo các thành phần khác của hạt bụi,ví dụ như các anion hoặcthành phần hữu cơ Nhược điểm chủ yếu của phương pháp XRF là không có khả năng phân tích các nguyên tố nhẹ hơn Na (số nguyên tử = 11)

I.3.2.2 Phương pháp phân tích kích hoạt notron (NAA): là phương pháp có độ nhạy cao, dùng chủ yếu để phân tích các nguyên tố vết và có khả năng xác định đồng thời nhiều nguyên tố trong mẫu Nguyên lý của phương pháp NAA là phản ứng bắt giữ notron nhiệt của nguyên tố có trong mẫu và tạo

ra một đồng vị mới của nguyên tố đó,đồng vị này phát bức xạ gamma Phương trình phản ứng kích hoạt notron sử dụng ttrong phân tích NAA được mô tả như sau:

AM + n → A+1M + γ (Ι.1) Phản ứng hạt nhân thường được viết đơn giản là:

AM(n, γ)A+1M (I.2) Trong đó AM là nguyên tố có số khối A;n là notron nhiệt ; A+1M là đồng vị của nguyên tố M và γ là bức xạ gamma phát ra từ đồng vị A+1M

Có hai kỹ thuật phân tích kích hoạt notron Đó là: INAA-phân tích kích hạt neutron công cụ(Instrumental Neutron Activation Analysis) và RNAA-phân tích kích hoạt notron kết hợp tách hóa phóng xạ (Radiochemical Neutron Activation Analysis)

Phương pháp INAA bao gồm các bước: chiếu mẫu trên lò phản ứng hạt nhân, để nguội mẫu và đo phổ gamma bằng phổ kế gamma với detector

Germany siêu tinh khiết có độ phân giải cao Ưu điểm nổi trội của phướng pháp INAA và có thể định lượng đồng thời nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu Nhược điểm của phương pháp là khó đạt độ chính xác cao đối với hai đồng vị cùng phát gamma có năng lượng gần ngang nhau

Phương pháp RNAA bao gồm các bước: chiếu mẫu,để nguội,xử lý hóa phóng xạ để loại bỏ các đồng vị không quan tâm hoặc tách hai đồng vị có năng lượng bức xạ gamma gần bằng nhau,sau cùng là đo phổ gamma của mẫu sau

xử lý Phương pháp RNAA có độ chính xác cao, song cần nhiều thời gian, tốn công lao động cũng như hóa chất

I.3.2.3 Phương pháp ICP: hai phương pháp phân tích ICP hiện nay là phương pháp ICP AES (inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry) và ICP MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)

Ưu điểm của hai phương pháp này so với các phương pháp thông thường khác

là sử dụng nguồn plasma có thể tạo ra nhiệt độ từ 5000-10000oC, nên hóa hơi

và nguyên tử hóa được hết mọi trạng thái của mẫu với hiệu suất cao, đảm bảo cho phép phân tích có độ nhạy cao (đạt từ 10-4 đến 10-6) đối với hầu hết các nguyên tố,có thể định lượng được đồng thời nhiều nguyên tố một lúc Hơn nữa, khi dùng nguồn năng lượng ICP, vùng tuyến tính của phương pháp định lượng là rất rộng (từ 1-10 000 lần)

*Nguyên lý phương pháp ICP AES: Trong điều kiện bình thường, các nguyên tử không thu và phát năng lượng, nếu cung cấp năng lượng thì nó sẽ bị đẩy vào trạng thái kích thích Trạng thái này không bền,chỉ tồn tại trong một thời gian cực ngắn (10-8s), chúng có xu hướng trở về trạng thái ban đầu bền vững và giải phóng năng lượng mà nó hấp thụ được dưới dạng bức xạ quang học Khi dung dịch được bơm vào vào phổ kế (spectrometer) Nó được nguyên

tử hóa thành sương mù như đám mây Đám sương mù này được đưa tới Argon plasma cùng với dòng khí argon Plasma (ion hóa argon) sinh nhiệt lên tới

70000C,ở nhiệt độ này lớp vỏ ngoài electron của các nguyên tố kích thích và phát ra năng lượng , đặc điểm cơ bản của quá trình này là mỗi nguyên tử phát

ra năng lượng ở các bước sóng riêng đặc trưng cho tính chất hóa học của nó Mặc dù mỗi nguyên tố phát ra năng lượng ở nhiều bước sóng, nhưng trong kỹ thuật của ICP AES yêu cầu chọn bước sóng đơn cho một nguyên tử nhất định Bằng cách xác định năng lượng phát ra của mỗi bước sóng đã chọn tương ứng với số lượng (nồng độ) nguyên tố trong mẫu phân tích Như vậy, xác định những bước sóng phát của mẫu và cường độ của nó,có thể định lượng thành phần nguyên tố của mẫu Kỹ thuật ICP AES yêu cầu mẫu phân tích ở dạng dung dịch

Ưu điểm của phương pháp này là có độ nhạy cao, có khả năng phân tích đồng thời nhiều nguyên tố Nhược điểm của phương pháp này là không đưa ra được trạng thái liên kết của các nguyên tố phát hiện được trong mẫu Độ chính xác của phép phân tích phụ thuộc vào nồng độ chính xác của thành phần của dãy mẫu chuẩn vì các kết quả định lượng đều phải dựa theo đường chuẩn của dãy mẫu chuẩn được tạo sằn

Me(k) + E* → Me(k)→ MeO + n(hv) (I.4)

Cơ chế này (cơ chế 1) cho độ nhạy và độ ổn định cao của sự phát xạ Các hợp chất muối halogen (trừ F), axetat, một số nitrat, sunphat, của kim loại thường theo cơ chế này

- Nếu Eh > Ent, thì phân tử của chất mẫu sẽ bị nguyên tử hóa trước, sau

đó hóa hơi thành các nguyên tử tự do, rồi mới bị kích thích phổ → sinh ra phổ phát xạ (AES)

Men Xm(r) → Men(k) + Xm(k) → mMe(k) + nX(k) (I.5)

Me(k) + E → Me(k)* → MeO + n(hv) (I.6)

Th  sol khí c a m u 

Dung d ch m u Aerosol hóa 

D n vào plasma ICP 

Dung môi bay h i 

Cơ chế này (cơ chế 2) cho độ nhạy và độ ổn định kém so với cơ chế 1 của sự phát xạ Các hợp chất muối SIO2-3, PO3-4, F-, một số nitrat, sunphat, của kim loại thường heo cơ chế này

*Nguyên lý của phương pháp ICP MS: Dưới tác dụng của nguồn ICP, các phân tử trong mẫu phân tích được tách thành các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi Các phần tử này khi tồn tại trong môi trường kích thích phổ ICP năng lượng cao sẽ bị ion hóa, tạo ra đám mây ion của chất mẫu (thường có điện tích +1) Đám mây ion đó được dẫn vào buồng phân cực để phân giải chúng theo

số khối và điện tích (m/Z) sẽ tạo ra phổ khối của nguyên tử chất cần phân tích

và được phát hiện nhờ các detector thích hợp

Quá trình diễn ra như sau: Hóa hơi chất mẫu, nguyên tử hóa các phân tử, ion hóa các nguyên tử, sự phân giải của các ion theo số khối sẽ sinh ra phổ

Hóa hơi: MnXm(r)  MnXm(k) Phân li: MnXm(k)  nM(k) + mX(k) Ion hóa: M(k)0 + Enhiệt  M(k)+

Thu toàn bộ đám mây ion của mẫu, lọc và tách chúng thành phổ nhờ hệ thống phân giải khối theo số khối của ion, phát hiện chúng bằng detector và ghi lại phổ Như vậy thực chất phổ ICP - MS là phổ của các nguyên tử ở trạng thái khí tự do đã bị ion hóa trong nguồn năng lượng cao tần ICP theo số khối các chất Các nguyên tố được định tính và định lượng theo phổ thu được

Ưu điểm của phương pháp này là phân tích nhanh và đồng thời nhiều nguyên tố; giới hạn phát hiện thấp; có thể đưa ra đầy dủ thông tin về các đồng

vị của một nguyên tố trong một mẫu ICP lại là nguồn kích thích phổ rất ổn định, nên phép đo ICP - MS có độ lặp lại cao và sai số rất nhỏ

So với ICP-AES thì kỹ thuật ICP-MS có khả năng phân tích tốt hơn bởi

vì nó có thể phân tích chính xác các ion khác nhau, xác định các đồng vị trong

mẫu dựa trên giá trị tỷ lệ số khối và điện tích( m/z) và được tính toán theo các đường chuẩn độc lập

I.3.2.4 Phương pháp hấp phụ nguyên tử-AAS:

Theo thuyết Dalton, nguyên tố hóa học lại bao gồm những nguyên tử của cùng 1 loại nguyên tố đó Vì thế có thể xem nguyên tử là phần tử nhỏ nhất còn giữ được tính chất của một nguyên tố Ví dụ: nguyên tố Fe được cấu tạo bởi những nguyên tử Fe

Hình I.4: Cấu tạo nguyên tử

Cấu tạo nguyên tử gồm 01 hạt nhân và các electron (điện tử) Các điện

tử sắp xếp và phân bố trên các lớp quĩ đạo từ trong ra ngoài Các điện tử ở quĩ đạo ngoài cùng gọi là điện tử hóa trị Trong điều kiện bình thường,các nguyên

tử chuyển động trên các quỹ đạo ứng với mức năng lượng E0

HìnhI.5:Quá trình hấp thụ và phát xạ

Trạng thái này gọi là trạng thái cơ bản bền vững (nguyên tử không phát

và thu năng lượng) Nhưng khi ở dạng hơi các nguyên tử được cung cấp một năng lượng phù hợp dưới dạng bức xạ thì các điện tử hóa trị của các nguyên tử

sẽ hấp thụ năng lượng đó và nhảy lên mức năng lượng cao hơn Lúc này nguyên tử ở trạng thái kích thích Mỗi loại nguyên tử sẽ hấp thu tối đa và chọn lọc ở một năng lượng bức xạ đặc trưng (bức xạ cộng hưởng) tùy theo cấu tạo hóa học của nguyên tử đó

Phương pháp này đựa trên nguyên lý hấp thụ của hơi nguyên tử Người ta chiếu ánh sáng có bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử tự do,các nguyên tử này sẽ hấp thụ năng lượng và tạo ra phổ hấp thụ của nó Mỗi nguyên tử có phổ đặc trưng, nên đo phổ này có thể xác định được nguyên tố cần phân tích trong mẫu Quá trình chuyển hóa chất thành hơi (nguyển tử hóa mẫu) là quan trọng nhất Mẫu phải được vô cơ hóa thành dung dịch rồi phun vào hệ thống nguyên tử hóa mẫu Khi cần phân tích nguyên tố nào thì ta gắn đèn cathode lõm của nguyên tố đó Một dãy dung dịch chuẩn của nguyên tố cần đo đã biết chính xác nồng độ được đo song song Từ các số liệu đo được

ta sẽ tính được nồng độ của nguyên tố cần đo có trong dung dịch mẫu đem phân tích.(phương pháp hấp thụ nguyên tử- AAS)

Ở phương pháp này có thể xác định được nguyên tố Na, K và Ca có hàm lượng rất thấp Các nguyên tố vết Ba, Be, Co, Cr, Cu, Li, Ni, Pb, Rb, Sr, V và

Zn cũng được xác định nhanh vàthường được dùng để xác định các nguyên tố nhẹ như Be, Li và phân tích các kim loại chuyển tiếp của mẫu đất và trầm tích Phụ thuộc vào kỹ thuật phân tích khác nhau, người ta có thể lựa chọn phương pháp có độ nhạy khác nhau,như: F-AAS ; G-AAS; GF-AAS và CV-AAS

I.3.3 Phân tích các ion trong bụi: Phương pháp sắc ký là một trong các

kỹ thuật phân tích hóa lý dùng để tách các chất trong một hỗn hợp Nguyên lý

cơ bản của sắc kí ion cũng tương tự như các phương pháp sắc ký khác Trong

rất nhiều trường hợp thì hỗn hợp mẫu cần phân tích được đưa vào cột phân tích có nhồi vật liệu hấp phụ (vật liệu pha tĩnh) và sau đó chất rửa giải (vật liệu pha động) được đưa qua vật liệu pha tĩnh Các chất chứa trong mẫu phân tích sau đó được phân chia giữa chất hấp phụ pha tĩnh và chất rửa giải pha động Sự thành công của phương pháp này là dựa vào một thực tế rằng, các chất khác nhau thì bám vào chất hấp phụ bằng các lực khác nhau, một số chất bám dính vào chất hấp phụ bền chặt hơn các chất khác và do đó chúng di chuyển qua chất hấp phụ chậm hơn khi dung dịch rửa giải chảy tràn qua chúng Các chất khác của mẫu phân tích bị hấp phụ yếu hơn trên pha tĩnh và được di chuyển về phía trước nhanh hơn bởi dòng dung dịch rửa giải Như vậy, khi dung dịch rửa giải đi qua cột, các thành phần trong mẫu phân tích sẽ

di chuyển trong cột ở các tốc độ khác nhau và do đó chúng tách ra khỏi nhau, như trình bày trong biểu đồ bên dưới đây (hình I.6):

Hình I.6: Mô tả quá trình tách các ion trong cột sắc ký

Quan sát điểm cuối của cột phân tích, tại một số điểm sẽ thấy các phân

tử hay các ion di chuyển nhanh nhất (bám dính chất hấp phụ không chặt chẽ

nhất) đi ra khỏi cột phân tích Ngay sau đó các phân tử của chất di chuyển nhanh thứ hai đi ra khỏi cột và tiếp theo là lần lượt các phân tử di chuyển chậm hơn đi ra khỏi cột

Nếu gắn một thiết bị dò (detector) để phân tích tín hiệu ở điểm cuối của cột phân tích, sẽ có thể xác định được bất cứ một nhóm phân tử cần phân tích

đi ra khỏi cột Trong thực tế, quá trình này được tiến hành trên hầu hết các thiết bị máy sắc ký Mỗi khi các phân tử hoặc ion cần phân tích đi ra khỏi cột sắc ký, detector phát ra một tín hiệu có thể đo được và thường được in ra dưới dạng một đỉnh-peak trên sắc ký phổ Sắc ký phổ là bản ghi tín hiệu của detector theo thời gian khi mẫu phân tích đi qua hệ thống sắc ký Thông thường nó bao gồm một chuỗi các đỉnh- peak tương ứng với các thời gian khác nhau của các thành phần trong hỗn hợp mẫu cần phân tích đi ra khỏi cột

Số lượng đỉnh-peak tương ứng với số lượng các hợp chất hoặc các ion khác nhau có trong mẫu phân tích

Sau đây là sơ đồ nguyên lý của hệ thống sắc ký ion Dinex-600 (hình I.7)

Hình I.7: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống sắc ký ion Dionex 600

Phương pháp này được coi là phương pháp phân tích các ion trong thành phần bụi khí có hiệu quả cao nhất Ưu điểm của phương này có độ nhạy cao, giới hạn phát hiện thấp, phổ phân tích rộng và khả năng phân tích hàm lượng đến ppb, ppm với độ chính xác cao Cho kết quả của nhiều ion trên cùng một lần phân tích Còn có nhiều phương pháp phân tích các ion vô cơ khác như là phương pháp so mẫu truyền thống, phân tích trọng lượng, kỹ thuật điện hóa sử dụng điện cực ion chọn lọc (ISE) Nhưng các phương pháp này bị thường bị nhiễu và độ nhạy thấp

I.4 Phương pháp thu gom mẫu và phân tích các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi-VOCs:

Các hợp chất hữu cơ thuộc nhóm này được thu gom từ môi trường không khí theo nhiều phương pháp khác nhau Nhưng các nhà nghiên cứu môi trường

sử dụng chủ yếu hai phương pháp lấy mẫu chủ động và lấy mẫu bị động để phân tích đánh giá hàm lượng của nhóm hợp chất này trong không khí

- Lấy mẫu chủ động là dùng bơm hút khí cho đi qua vật liệu hấp phụ hoặc nén vào bình chân không, thời gian lấy mẫu ngắn (ngày, giờ )

- Lấy mẫu thụ động là các phân tử VOCs tự khuếch tán và hấp phụ lên pha rắn hoặc tự đi vào bình chân không do chênh lệch áp suất

Qua nhiều quá trình nghiên cứu và khảo sát khác nhau, các nhà nghiên cứu cho thấy vật liệu hấp phụ đối với VOCs thích hợp nhất là than hoạt tính Bởi vì VOCs, đặc biệt là các hợp chất nhóm BTEX là các hợp chất không phân cực có ái lực mạnh với than hoạt tính Hấp phụ ở đây là hấp phụ vật lý Than hoạt tính là than đã được qua quá trình hoạt hóa Hoạt hóa than là quá trình chế hóa than ở nhiệt độ cao (750-9500C) trong môi trường khí CO2 hoặc hơi nước Trong quá trình này nhựa cây,các hợp chất hữu cơ và một phần của than phản ứng với CO2 hoặc hơi nước, tạo thành CO hoặc H2, đồng thời tạo

thành các lỗ xốp có đường kính 30-90Ao Diện tích bề mặt hoạt động của than

là rất rộng- khoảng 300-1000m2/g

Sắc ký khí khối phổ (GC-MS) là thiết bị phân tích hiện đại được sử

dụng nhiều nhất hiện nay để phân tích các hợp chất hữu cơ trong mẫu môi trường Bởi vì phương pháp này có thể xác định chính xác nồng độ từng chất,

có độ ổn định, độ lặp lại cao; độ phân giải cao; độ nhạy cao; độ chính xác cao

và phát hiện đạt mức ppb-ppm; lượng mẫu cần phân tích nhỏ (1µg)

Sắc ký khí là một trong những phương pháp quan trọng để tách các chất

có nhiệt độ bay hơi thấp và bền với nhiệt Trong hệ thống phân tích sắc ký khí thì cột tách là bộ phận quan trọng nhất, tiếp theo là detector- bộ phận phản ánh

độ nhạy của phương pháp Các bộ phận tiếp theo là nguồn khí mang, khí phụ trợ và phần xử lý tín hiệu Sau khi mẫu được đưa vào bộ phận bơm mẫu, mẫu được hoá hơi nhờ nhiệt độ phù hợp đặt ở đây Khí mang - sau khi được điều chỉnh áp suất và lọc để loại bỏ các tạp chất - đẩy mẫu đi từ đầu cột đến cuối cột Tại đây nhiệt độ được khống chế theo một chương trình nhiệt độ chặt chẽ

để quá trình tách chất xảy ra có hiệu quả nhất Sau khi rời khỏi cột tách tại các thời điểm khác nhau các cấu tử lần lượt đi vào detector, tại đó chúng được chuyển thành tín hiệu điện gọi là đỉnh-peak Thời gian lưu của đỉnh-peak (là thời gian xuất hiện đỉnh-peak đó kể từ khi bơm mẫu) là đại lượng đặc trưng định tính của từng chất trong hỗn hợp chất nghiên cứu.(sơ đồ hình I.8 )

Trong sắc ký khí,các thành phần trong mẫu được tách ra do sự phân bố giữa pha tĩnh và pha động nhờ cơ chế hấp phụ, phân bố hay kết hợp của hai cơ chế này Pha tĩnh là chất rắn hay lỏng có bề mặt tương đối rộng,pha động là khí trơ thường dịch chuyển tương đối trên pha tĩnh Pha động-khí mang thường được sử dụng là khí Hydro, khí Heli, khí Argon, khí Nitơ, không khí

và Oxy. 

Máy khối phổ sử dụng trong phương pháp sắc ký khí khối phổ (GC-MS)

là một detector vạn năng dùng cho sắc ký khí, vì một chất bất kỳ nào đó đi qua máy sắc ký khí đều được chuyển hóa thành các ion trong máy khối phổ Sau khi chất được ion hóa sẽ bị bắn phá thành những mảng nhỏ mang điện tích

âm, dương nhất định Dựa vào các mảnh ion chính của từng chất để định tính

và định lượng chất đó.( hình I.9: minh họa sơ đồ khối phổ kế )

Hình I.9: Sơ đồ các bộ phận của một khối phổ kế Phương pháp này được cho là phù hợp để phân tích VOCs (đặc biệt là nhóm BTEX) trong môi trường không khí xung quanh

I.5 Phương pháp thu gom mẫu và phân tích vi sinh vật:

Để lấy mẫu phân tích thành phần vi sinh trong bụi khí phương pháp nén (impaction) trên bề mặt môi trường rắn, hút khí qua màng lọc, hoặc sục khí vào môi trường dung dịch lỏng được sử dụng phổ biến Mẫu thu được sẽ được ủ làm giàu trực tiếp, hoặc chuyển đến môi trường được lựa chọn và ủ

Hoá khí

Thu và xử lý tín hiệu

Bơm hút chân không

làm giàu để phân tích vi sinh vật Vi sinh vật trong mẫu bụi khí có thể được xác định bằng nhiều kỹ thuật khác nhau như phân loại bằng kính hiển vi kỹ thuật sinh học phân tử, nhuộm gram…từ kết quả thu được có thể xác định được cụ thể các vi sinh vật và vùng ô nhiễm

Nguyên tắc thu mẫu bụi khí sinh học là hầu hết thiết bị lấy mẫu bụi khí đều liên quan đến kỹ thuật tách các hạt bụi từ các dòng khí được hút lên trên hoặc vào trong một môi trường đã chọn trước Nén, sục và lọc là ba kỹ thuật thu mẫu bụi khí được sử dụng để tách hạt bụi được đề cập đến nhiều

I.5.1 Phương pháp nén: Kỹ thuật thu bụi ở phương pháp này là lực quán tính được sử dụng để thu bụi Lực quán tính của hạt được xác định bởi khối lượng và vận tốc của nó Hạt bụi được hút trực tiếp theo dòng khí với quán tinh lớn nén lên bề mặt môi trường rắn và hấp phụ lên môi trường đó.[14] I.5.2 Phương pháp sục: phương pháp này được xem như một dạng đặc biêt của phương pháp nén khí vào chất lỏng Hạt bụi theo dòng khí được sục thẳng vào dung dịch, với quán tính lớn hạt bụi rơi vào dung dịch và ở lại đó ở phương pháp này bụi sinh học có thể được sục theo nhiều lớp kế tiếp Môi trường lỏng thu bụi sinh học có thể được bổ sung các chất chống tạo bọt, chống đông đặc để làm giảm sự mất mát dung dịch và giảm tác động làm hư tổn vi sinh vật[38] Phương pháp này được cho là thích hợp thu gom bụi có kích thước từ 0,1-10µm Môi trường hấp phụ ở hai phương pháp này thường

sử dụng môi trường nuôi cấy vi sinh vật như là TSA, NA, nước pepton [33] I.5.3Phương pháp lọc: Kỹ thuật thu bụi khí sinh học từ hạt là kỹ thuật lọc

Lỗ trên màng lọc có kích thước khoảng 0,01-10µm Màng lọc được sản xuất với các kích thước lỗ khác nhau từ vật liệu polymer như là cellulose, polyvinyl clorua và polycarbonate, lựa chọn màng lọc phụ thuộc vào chất không gây ảnh hưởng đến vi sinh vật và yêu cầu của kỹ thuật phân tích Kỹ thuật lọc được sử dụng để thu nấm , vi khuẩn và bào tử vi sinh vật [41],[42] Các vi sinh vật trên

màng lọc được “rửa” từ bề mặt của màng lọc để phân tích định lượng và định tính

Nhược điểm của phương pháp thu gom mẫu bụi sinh học bằng phương pháp phin lọc cũng như phương pháp nén là khi dòng khí được nén lên bề mặt chất rắn tế bào các vi khuẩn sẽ dễ bị hư tổn, vì chúng bị ép vào vật nào đó theo quán tính của lực hút, các tế bào dễ bị mắc kẹt trong vật liệu hấp phụ, giữa các sợi của vật liệu phin lọc Khi chuyển hạt bụi từ vật liệu hấp phụ sang môi trường dung dịch lỏng để làm giàu chúng sẽ bị rách hoặc bị giữ lại trên vật liệu

I.5.4 và phương pháp cổ điển nhất vẫn được dùng để thu bui sinh học

đó là phương pháp thu bụi trên đĩa thạch cứng[31] [41] Đĩa môi trường thạch

cứng được đặt vào vị trí thu mẫu và mở trong một thời gian nhất định hoặc khí được thổi trực tiếp lên đĩa thạch Vi sinh vật trong không khí bám trên hạt bụi

sẽ rơi lên mặt đĩa thạch và phát triển trên đó Phương pháp này thường được

sử dụng để kiểm tra xác định loại vi sinh vật có trong mẫu tại vị trí đặt đĩa thạch, không thể hiện được mật độ vi sinh vật trên số lượng bụi

Hiệu quả thu mẫu bụi sinh học được xác định bằng một số nhân tố như

là thiết kế đầu hút không khí, thời gian thu mẫu, lựa chọn môi trường hấp phụ mẫu Vì khả năng sống sót của vi sinh vật bị ảnh hưởng của các yếu tố này

Hiệu quả thu mẫu bụi sinh học có thể xác định:

Hiệu quả tổng của mẫu thu được là TE, được chia thành hiệu quả thu mẫu,CE và hiệu quả sử dụng mẫu (preservation efficiency), PE

trong đó: TE = Hiệu quả tổng

CE = Hiệu quả thu mẫu,

PE = Hiệu quả sử dụng mẫu (preservation efficiency)

CE = IE* (1- WL)*CSE (I.8) trong đó: -IE hiệu quả khí vào

-CSE hiệu quả giai đoạn thu mẫu

-WL mất mát do trên vách bám của thiết bị (wall losses)

CSE -hiệu quả giai đoạn thu mẫu thường được thể hiện như là 50% khí động học giới hạn (Dae50) nghĩa là số lượng bụi được thu tới 50% Hiệu xuất thu mẫu thường được xác định dùng phân tán đơn của hạt bụi không nhìn thấy Các đường cong có thể khác nhau ở độ sắc nét và sẽ phụ thuộc vào kiểu thiết

bị lấy mẫu (typ of sampler)

Hiệu quả sử dụng mẫu không thể xác định với các phương pháp hiện tại Thực tế trong các xét nghiệm để xác định hiệu quả sử dụng mẫu, không đơn giản là biết được bao nhiêu vi khuẩn thu được bị hư tổn bởi thiết bị, trong trạng thái khí hoặc do lấy mẫu Cố gắng xác định hiệu quả sử dụng mẫu được tạo ra bằng xác định hiệu quả sống sót của vi sinh vật chịu sự tác động của thiết bị thu mẫu

1/Mức sống sót của vi sinh vật S thể thể hiện đơn giản bằng số vi sinh vật thu được trong mẫu xét nghiệm Nvc, được thể hiện bằng phương trình:

2/Khi số tế bào có được trong mẫu xét nghiệm (Nvc) test được so sánh với số tế bào có được trong mẫu tham khảo (Nvc)ref thì mức sống sót của vi sinh vật Sref tương đối được tính bằng công thức:

Srel = (Nvc)test/(Nvc)ref (I.10)

3/Khi số tế bào thu đượctrong mẫu tham khảo được so sánh với tổng số

tế bào thu được Ntot, thì hiệu quả tồn tại mức sống sót của vi khuẩn Seff được xác định bằng công thức

Seff = Nvc/Ntot (I.11)

4/ Khi hiệu quả mức độ sống sót của vi sinh vật trong mẫu xét nghiệm được so sánh với mẫu tham khảo, thi hiệu quả mức sống sót tương đối của vi sinh vật Sreleff được tính bằng công thức:

Sreleff = (Nvc/Ntot)test/( Nvc/Ntot)ref.(I.12)

Nếu mẫu tham khảo với hiệu quả sử dụng mẫu (preservation

efficiency)100% là có sẵn, hiệu quả sử dụng mẫu có thể được tính trong cùng một cách như hiệu quả thu mẫu Nhưng cho đến nay đánh giá tốt nhất của hiệu quả sử dụng mẫu là hiệu quả mức sống sót tương đối của vi sinh vật.[14]

Các vi sinh vật sẽ được nuôi cấy làm giàu, để xác định số lượng trong thể tích bụi thu được và được nhuộm phân biệt để kiểm tra dưới kính hiển vi (hình 10:sơ đồ minh họa quá trình phân tích vi sinh vật, hình11: Mô tả phương pháp cấy trải trên đĩa thạch)

ủ làm giàu mẫu ở nhiệt độ 32-34 độ,48h

Hình I.10: Qui trình làm giàu và phân tích vi sinh vật

HìnhI.11: Mô tả phương pháp cấy trải trên đĩa thạch theo

độ pha loãng khác nhau

I.6 Nguy cơ gây bệnh của bụi ô nhiễm trong không khí xung quanh

I.6.1 Hạt bụi khí : trong không khí các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 2,5µm được gọi là bụi hô hấp, vì nó có thể dễ dàng xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp vào phổi, các túi phổi (alveoli), mà ở đó có sự trao đổi O2/ CO2 được thực hiện kích thước càng nhỏ chúng có thể xâm nhập sâu hơn trong cơ thể, tích tụ ở đó và gây bệnh Các nhà nghiên cứu đã phân loại bụi theo khả năng xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp theo kích thước khác nhau:

-Bụi < 0,1µm không ở lại trong phế nang -Bụi 0,1÷ 5µm ở lại trong phổi khoảng 80-90%

-Bụi 5÷ 10µm xâm nhập vào phổi nhưng được đào thải -Bui < 10µm thường đọng lại ở mũi

Chúng có thể gây nên các bệnh đường hô hấp, hen suyễn, viêm cuống phổi, bệnh khí thủng, viêm cơ phổi và các dạng bệnh bụi phổi khác Mức độ độc hại của bụi phụ thuộc vào thành phần hóa học có trong bụi khí bao gồm các kim loại độc (chì, thủy ngân…), các hợp chất hữu cơ, vi sinh vật…

I.6.2 Nhóm các chất khí: cac bon monoxit (CO), cac bon dioxit (CO2), các oxit nitơ (NOx), sunfua dioxit (SO2)

Nhóm Cac bon monoxit (CO) là sản phẩm cháy không hoàn toàn của nhiên liệu, của các chất hữu cơ có trong môi trường Khi xâm nhập vào cơ thể, nó ngăn cản sự hấp thụ oxy từ máu bằng cách liên kết với heamoglobin tạo thành carboxyheamoglobin Hợp chất này gây rối loạn hô hấp và làm giảm chức năng của não và tim

Nhóm sunfua oxit (SO2, SO3), hydro sunfua (H2S), khí axit (HF, HCl) trong môi trường có nguồn gốc từ sử dụng nhiên liệu hóa thạch, khí thải từ các động cơ ô tô, nhà máy lọc và tinh chế dầu, sản xuất công nghiệp và từ khói bụi núi lửa Nó được coi là tác nhân gây ô nhiễm hàng đầu đối với môi trường đô thị Sunfua dioxit kích thích dị ứng niêm mạc mắt và đường hô hấp trên,gây ra rối loạn chuyển hóa protein-đường,ức chế hoạt động của oxydaza Nhóm SO xâm nhập vào cơ thể theo hạt bụi mịn, khu trú trong một thời gian sẽ gây nêm bệnh khí thũng, viêm cuống phổi và hen xuyễn

Nhóm các oxit nitơ (NOx) trong không khí phần lớn được thải ra từ các phương tiện giao thông, công nghiệp luyện kim NOx chính là hỗn hợp NO và

NO2, khi các oxit nitơ xâm nhập vào cơ thể kết hợp với hemoglobin trong máu tạo thành methemoglobin (Met Hb) làm cho hemoglobin không còn khả năng vận chuyển oxy, dẫn đến cơ thể bị thiếu oxy và bị ngạt Nếu tiếp xúc lâu dài với hàm lượng NOx thấp (ở trạng thái nhiễm độc mãn tính) sẽ bị viêm phế quản và rối loạn tiêu hóa

Kim loại như chì, cadimi, a-sen, và các kim loại độc khác có mặt trong bụi khí từ nhiều nguồn khác nhau như phế thải, khai thác mỏ và luyện kim, sản xuất công nghiệp Nếu trong cơ thể bị tích lũy một lượng kim loại này, nó

có thể chiếm chỗ của can-xi, gây thiếu hụt can-xi trong cơ thể Trường hợp

nhiễm độc chì sẽ dẫn tới não bị hủy hoại Bị nhiễm chì ở nồng độ thấp ở người

mẹ mang thai, thì đứa trẻ sinh ra sẽ bị thiểu năng trí tuệ…[31][33]

Ảnh hưởng của không khí ô nhiễm bên ngoài được chia thành các nhóm bệnh khác nhau như là bệnh liên quan dến hô hấp, tim mạch, ung thư, khả năng sinh sản và phát triển, thần kinh, các bệnh lây nhiễm, tỷ lệ tỷ vong tuổi thọ, và nhiều ảnh hưởng xấu khác đến sức khỏe

Đối với bộ máy hô hấp: Hàm lượng PM10, PM2,5, O3, CO, CO2, SO2,

NO2 và benzen trong không khí liên quan rõ rệt đến bệnh hen suyễn ở trẻ em Một nghiên cứu ở Chi lê đã đưa ra mối liên quan rõ rệt giữa mức PM2,5 của không khí bên ngoài với triệu chứng viêm cuống phổi thở khò khè ở trẻ sơ sinh Khi số lượng bụi tăng ở mức cao, số lượng trẻ viêm cuống phổi thở khò khè cũng tăng Mức ô nhiễm PM10, O3 và SO2 trong không khí tăng liên quan rất rõ đến tỷ lệ tăng cao của bệnh hen suyễn , viêm mũi, viêm phổi và viêm cuống phổi trẻ em được đưa ra từ nghiên cứu của Pháp, Úc Hàm lượng O3trong không khí cao sẽ dẫn đến triệu chứng giảm chức năng phổi ở trẻ từ 2-4 tuổi Các nghiên cứu môi trường của Israel cho thấy trẻ em sống gần nhà máy nhiệt điện có số lượng mắc bệnh hen suyễn cao Một nghiên cứu khác cho thấy số lượng trẻ em đến bệnh viện khám liên quan đến đường hô hấp tăng 2-3 lần khi nhà máy cán thép trong vùng hoạt động trở lại Ô nhiễm không khí cũng làm gia tăng cao vấn đề về đường hô hấp ở người cao tuổi Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của PM10 đến người trên 65 tuổi ở Tokyo từ năm 1980-

1995 cho thấy hàm lượng PM10 trong không khí tăng thì số lượng người bị hen suyễn và viêm cuống phổi cũng gia tăng Kết quả tương tự cũng được các nhà nghiên cứu môi trường ở Vancauver, Canada đưa ra khi hàm lượng PM2,5trong không khí ở mức cao Các nghiên cứu khác ở Minesota, Mỹ cho thấy khí

O3, SO2, NO2 và bụi PM10 trong không khí ngoài trời ở mức cao liên quan đến gia tăng tỷ lệ bệnh phổi tắc nghẽn (COPD-Chronic Obstructive Pulmonary

Disease ) Tháng 7 năm 1997 một diện tích rừng lớn ở Indonesia bị đốt và khói bụi từ rừng cháy lan truyền đi xa hàng trăm km tới Malaysia Kết quả quan trắc của 28 trạm ở Malaysia đều cho thấy hàm lượng bụi PM10 lên tới 150µg/m3 và số người bị bệnh đường hô hấp nhập viện tăng từ 912 người (tháng 6/1997) lên tới 5000 người (tháng 9/1997) [32]

I.6.3 Nhóm các hợp chất hữu cơ: Nhóm này bao gồm một loạt các chất

dễ bay hơi vào không khí được đề cập đến nhiều trong nghiên cứu ô nhiễm môi trường bên ngoài Khí thải của phương tiện giao thông, sự sử dụng các vật liệu tổng hợp trong công nghiệp và xây dựng, sử dụng các chất bảo vệ thực vật trong nông nghiệp và các sản phẩm tổng hợp trong cuộc sống hàng ngày làm gia tăng đáng kể lượng các hợp chất hữu thải ra ngoài môi trường,xâm nhập vào không khí Các chất này bám vào hạt bụi mịn phát tán trong môi trường trong một bán kính lớn Ví dụ từ một nghiên cứu tại bang California (USA) về sự phát tán của chlopyrifos cho thấy bốn ngày sau khi phun, người

ta phát hiện được hợp chất này tại nơi cách điểm phun gần 5km.Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) thường gặp là Benzen, Dichlorobenzen, Ethylbenzen, Ethylen, Trichloroethane, Chloroform, Xylen, Toluen VOCs đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành ozon trong tầng khí quyển thấp

và nó cũng là nguyên nhân chính của sương khói, mù quang hóa [62] Tác hại của các hợp chất này phụ thuộc vào nồng độ của chúng trong môi trường cũng như thời gian tiếp xúc Nếu hít phải một lượng VOCs cao trong thời gian ngắn

có thể gây kích thích mắt, mũi và cuống họng và xuất hiện triệu chứng buồn nôn, chóng mặt v.v…còn tiếp xúc với nồng độ cao trong thời gian dài sẽ làm tăng khả năng mắc các bệnh như ung thư, tổn hại gan, tổn hại thận và hê thần kinh trung ương Nhưng ngay cả ở nồng độ thấp các hợp chất này cũng gây hại đến sức khỏe con người, chúng có thể gây ra triệu chứng sưng màng phổi, làm hẹp cuống phổi, viêm mũi và mắt

I.6.4 Nhóm các vi sinh vật: Vi khuẩn tồn tại tự nhiên, cũng như các thành

phần ô nhiễm khác trong không khí, chúng bám vào các hạt bụi, hạt nước và được tồn tại, phát tán trong môi trường Số lượng vi khuẩn rất đa dạng với các loại môi trường và tiểu môi trường khác nhau Phần lớn vi khuẩn trong không khí có nguồn gốc tự nhiên từ đất, ao hồ, động vật hoặc do con người tạo ra Các hoạt động công nghiệp như xử lý thải, lên men, chế biến nông sản thực phẩm và các hoạt động khác trong lĩnh vực nông nghiệp cũng làm phát tán vi khuẩn vào không khí Một số công bố quan trắc môi trường cho thấy rằng số lượng vi khuẩn bụi khí ở môi trường bên ngoài ở mức độ nào đó thấp hơn ở môi trường trong nhà, trong đất và trong nước Kích thước tế bào vi sinh vật nằm trong một dải rộng như virus 0,015- 0,45µm, vi khuẩn 0,3-10

µm, bào tử nấm 1,0-100 µm Vi sinh vật trong không khí thường gắn kết vào các hạt bụi có kích thước 0,3 – 100 µm, chứ không tồn tại trong tự nhiên như một đơn bào và chúng tồn tại lâu trong không khí cùng với hạt bụi có kích thước 1,0 – 5,0 µm Số lượng vi sinh vật phụ thuộc vào điều kiện môi trường

mà chúng tồn tại Số lượng vi sinh vật được xác định rất cao ở môi trường đô thị, vùng nông thôn và các vùng ven biển thường thấp hơn Số lượng vi khuẩn trong không khí chịu sự tác động của các nhân tố khí hậu như nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió và các thành phần ô nhiễm khác trong không khí như cac bon monoxit, nitric oxit, nitrogen dioxit, sulfua dioxit và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) Tác động của thời tiết (nhiệt độ, độ ẩm tương đối, tốc độ gió) tại mỗi địa điểm lấy mẫu sẽ làm tăng hoặc giảm số lượng và số loài vi sinh vật Số lượng vi sinh vật trong bụi khí ô nhiễm tại các thành phố cũng có thể liên quan đến nhiều nhân tố khác như phương tiện giao thông trên đường phố bao gồm cả dòng khí hỗn loạn và mật độ người mang vi khuẩn [3] [13]

Nhiều nghiên cứu đã đưa ra kết quả cho thấy nguyên nhân chính của các mầm bệnh ở người hầu hết do vi sinh vật được lan truyền trong không khí

bị nhiễm bẩn, nhất là không khí môi trường trong nhà [41] Vi khuẩn và nấm mốc là nguyên nhân nguy hại của môi trường bên trong và bên ngoài Trong môi trường tự nhiên vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong chuỗi chuyển hóa sinh địa hóa (biogeochemical cycle) Nó phân hủy các chất hữu cơ tạo thành các chất chuyển hóa tái sử dụng Các vi sinh vật được lan truyền thụ động trong môi trường, chúng phát triển rất nhanh khi có điều kiện thích hợp[41] Phải nói rằng không khí là môi trường trung gian vận chuyển các chất nhiễm bẩn, trong đó có các vi sinh vật Ô nhiễm không khí không chỉ có

ở những nơi liên quan đến sản xuất, chế biến nông sản, mà cả ở trong các tòa nhà bệnh viện, trường học, công sở cũng có nguy cơ ô nhiễm cao Những năm gần đây các nghiên cứu tìm hiểu về các bệnh do ô nhiễm không khí được nói đến rất nhiều Vi khuẩn mang mần bệnh thường tồn tại một thời gian ngoài môi trường, vì phần lớn chúng ở dạng bào tử Các vi khuẩn thường được tìm thấy ở các hạt bụi có kích thước từ 1,0 đến 5,0 µm Những hạt bụi nhỏ mịn này có thể xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp, đi thẳng xuống phổi, khu trú ở đó và gây viêm nhiễm

Kết quả của nhiều nghiên cứu còn cho thấy rằng vi khuẩn gram dương chiếm ưu thế hơn so với vi khuẩn gram âm trong tất cả các mẫu lấy được ở không khí trong thành phố Được biết rằng vi khuẩn xâm nhập vào không khí theo nhiều nguồn khác nhau Sự tồn tại của nó phụ thuộc vào các điều kiện môi trường như là thời tiết, các hợp chất hóa học trong khí quyển, Ví dụ như

sự tồn tại của vi khuẩn gram âm, tỷ lệ sống sót của vi khuẩn này sẽ giảm khi nồng độ SO2 trong không khí tăng và độ ẩm lại giảm Micrococcus và Staphylococcus được tìm thấy ở số lượng cao và thường xuyên hơn so với vi

khuẩn khác, ngay cả trong điều kiện thời tiết nắng nóng Bởi vì tế bào các vi khuẩn nhóm này có chứa sắc tố carotene, giúp vi khuẩn sống sót khi tiếp xúc với bức xạ mặt trời [54]