ĐÁNH GIÁ BAN ĐẦU VỀ CÁC HỢP CHẤT HYDRO CACBON THƠM ĐA VÒNG (PAHS) TRONG KHƠNG KHÍ TẠI MỘT SỐ ĐIỀM NÚT
GIAO THÔNG QUAN TRỌNG Ở HÀ NỘI
Nguyễn Thuy Ngoc’, Phạm Hing Viét!, Nguyén Thi Hanh’, Võ Thanh Lé!, Luong Manh Tuan! va Yasuaki Maeda?
1 Trung Tâm Nghiên cứu Công nghệ Môi trường uà Phát triển Bén vitng,
Trường ĐHKHTTN - ĐHQG Hà Nội
? Truong Dai hoc Osaka Prefecture, Nhat Ban
Summary: Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) have long been recognized as hazardous environment chemicals Some PAHs are known to be carcinogenic to man In this study, the street dust samples in air were collected at 43 important traffic joints in Hanoi from April to July, 2002 and
one blank sample from reserve forest is used as reference
Ultrasonic method is used for sample extraction The samples then were identified by GC/MS All analysis results
show that traffic snarls in Hanoi have been polluted by PAHs So crossroads of 182.8 ng/m? and Vong joint of 176.8
ng/m® are the most polluted areas The ambient air concentrations of BaP at 11.58 and 13.40 ng/m’, respectively, are the highest at there points
1 Gidi thiéu chung
Hà Nội nằm phía bắc của Việt Nam, có tổng diện tích là 927,9km? với dân số khoảng gần 3,ỗ triệu người Theo thống kê, 62%
Trang 21,7 triệu xe máy và hơn 99 nghìn ô tô các loại (Téng két nam 2001), chưa kể một số lượng lớn các phương tiện giao thông cơ giới từ các tỉnh lân cận tham gia vào giao thông thành phố Đặc điểm nổi bật của
đường phố Hà Nội là các đường phố nhỏ, nhiều giao cắt, các đường vành đai đang được mở rộng, ít cầu vượt Hiện tượng ùn tắc giao
thông không chỉ xảy ra vào những giờ cao điểm tại các ngã ba, ngã tư
trong thành phố mà bất cứ lúc nào bên đường có sự cố Chính vì vậy, tại các nút giao thông đó mật độ phát thải khói động cơ của các
phương tiện cơ giới là lớn nhất
Người ta đã tìm thấy rất nhiều các hợp chất gây ô nhiễm môi
trường không khí có trong khí thải động cơ sử dụng nhiên liệu xăng,
dầu Một trong những nhóm chất đã được cảnh báo đó là các hợp chất thơm đa vòng (PAHs) và khói thải động cơ chính là nguồn phát thải
chính của các hợp chất đó vào môi trường không khí [9] Bằng chứng
dich té hoc chi ra rang mật độ ô nhiễm không khí cao ở các khu đô thị
có liên quan tới nguy cơ tăng cao của bệnh ung thư phối [2] Điều này
có thể do tiếp xúc với các chất gây ung thư như hydrocacbon thơm đa
vòng và các sản phẩm khác trong khí thải xe cơ giới Chính vì vậy việc phân tích và đánh giá lượng vết của các hợp chất hydrocacbon đa vòng trong không khí tại các điểm nút giao thông Hà Nội là cần thiết
Hầu như chưa có báo cáo nào nghiên cứu đánh giá hàm lượng PAHs trong không khí ở Việt Nam, đặc biệt là tại các điểm nút giao thông Đây là nghiên cứu đánh giá ban đầu về các hợp chất này có
trong không khí tại các nút giao thông quan trọng ở Hà Nội 16 cấu tử PAHs theo danh sách của EPA công bố đã được theo dõi Cùng với các
mẫu khí được lấy tại Hà Nội, một mẫu nền được được lấy tại rừng Cúc Phương cánh Hà Nội hơn 100 km làm mẫu so sánh
2 Thực nghiệm 2.1 Hoá chất
Các hoá chất (Na;SO, khan) dung môi (methanol, dichloromethane, n-hexane and acetone) dùng để phân tích các PAHs từ mẫu bụi là các loại tinh khiết của Merck,
Chất chuẩn gốc PAHs gồm 16 cấu tử don, dang tỉnh thể được mua của hãng Dr Ehrenstorfer GMBH Co., Germany được hoà tan
trong dung môi acetone ở nồng độ gốc 0,5 — 1 mg/ml
Trang 3Nội chuẩn IS (Chrysene - d,,) va Surrogate (Benzo[a]pyrene - d,.)
được chuẩn bị ở nồng dé 0,1 mg/ml
Giấy lọc Whatman loại GF/F (Ø 47 mm) dé giữ lại bụi có kích thuéc 16 lon hon 0,7 um
2.2 Vị trí lấy mẫu
Hình 1 Một số điểm lấy mẫu tại Hà nội
Mẫu không khí được lấy tại 43 điểm nút giao thông quan trọng trong khu vực nội thành của Hà Nội Đó là những khu vực có mật độ
xe cộ tham gia giao thông rất cao (bản đồ lấy mẫu - hình 1) Để kiểm
tra sự nhiễm bẩn của toàn bộ quy trình lấy mẫu và phân tích, một
mẫu nền được lấy trong khu vực rừng Cúc Phương làm mẫu so sánh
(nơi hầu như không có sự tham gia các phương tiện giao thông và các
hoạt động khác của con người) Các mẫu khí được lấy vào mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 7 năm 2002
Trang 42.3 Lay mau
Các mẫu được lấy đúp, mẫu khí được lọc qua giấy lọc Whatman
loai GEF/F (đã được hoạt hóa ở 200°C trong 2 giờ), nhờ máy bơm ULVAC, DA-308 của Nhật Bản với công suất 35W, hút không khí với tốc độ dòng 24 l/phút Hai máy bơm được đặt song song trên một cái gia cach mat dat 1,5 - 2 m, bom hút liên tục trong 12 giờ (từ 7 gid đến
19 giờ) Mẫu sau khi lấy về được bảo quan trong tủ lạnh sâu trước khi đem phân tích 2 3 4 1 Giấy lọc be 2 Bộ điều khiển tốc độ dòng 3 Máy bơm 4 Đồng hồ đo tốc độ dòng khí Hình 2 Sơ đồ thiết bị lấy mẫu không khí 2.4 Xử lý mẫu
Để lựa chọn quy trình xử lý mẫu có hiệu quả kinh tế cao, tiết kiệm thời gian và tiêu tốn ít hố chất, dung mơi, chúng tôi chọn
phương pháp chiết siêu âm Chiết siêu âm là dùng sóng siêu âm (bước sóng 20Hz) làm thay đổi ái lực liên kết giữa các cấu tử PAH với các hạt bụi hấp thụ trên giấy lọc Với một lượng dung môi thích hợp, các cấu tử PAH sẽ được tách ra khỏi các hạt bụi và đi vào pha
dung môi
Quy trình xử lý mẫu bằng phương pháp chiết siêu âm như sau: Giấy lọc có chứa bụi được cắt nhỏ cho vào ống nhiệm 10 m] có nút đậy, thêm Surrogate Benzo(a)Pyrene-d;;, chiết siêu âm bằng 10ml
hỗn hợp dung môi dichloromethane(DCM) và n-hexane (1/1 :v/v) trong
15 phut Lap lại quá trình chiết 2 lần nữa Dịch chiết sau khi được
gộp lại, cô về 1m] và cho qua cột silicagel LC-S¡ (öð00mg/3m]) của hãng Merck Các cấu tử PAHs được rửa giải khỏi cột với các dung môi
Trang 5nhexane và hỗn hợp dung môi DCM/n-hexane qua 3 phân đoạn Dịch
rửa giải được cô đặc bằng dòng khí nitơ, thêm nội chuẩn IS
Chrysend;;, định mức chính xác về 1ml bằng dung môi n-hexane Bơm 1ml lên GC/MS Giấy lọc có chứa bụi ““— SR: Benzo(a)Pyrene-d.; Chiết siêu âm hỗn hợp DCM/n-hexane: 1/1 \ Cô dịch chiết về 1 ml | Cột LC-Si (500mg/3ml) Rửa giải 3 PĐ: - PÐ1: 1ml n-hexane - PÐ2: 5ml 35% DCM/n-hexane - PÐ3: 5ml 35% DCM/n-hexane \ Cô bằng N;, định mức tới 1ml bằng n-hexane L GC/MS 'đ— |S: Chrysen-d,, Hình 3 Quy trình xử lý mẫu 9.5 Điều kiện phân tích cho thiét bi GC/MS
Mẫu PAHs được phân tích trên thiết bị GC17/MS -QP-ð000 của hang Shimadzu, Nhat Ban, dùng cột tach 14 cOt mao quan DB5 (0,32mm x 30m) với chiều dày lớp phim 0,25 pm cua hang J &W Scientific, My Khi mang He véi téc d6 1,5ml/phut Nhiệt do injector:
Trang 6300°C, nhiét dé interface: 300°C Chuong trinh nhiét độ của lò: nhiệt
độ đầu cột 50°C, tăng lên 100C với tốc độ 25°C /1phút, sau đó tăng
lên 300°C giữ trong 15 phút với tốc độ 8°C /1phút Định tính các PAH
sử dụng chế độ đo chọn lọc 1on (SIM), nguồn năng lượng 70eV, thế
detector 1,5kV Giới hạn phát hiện của 16 PAHs trong khoảng từ 1,7
— 6,7 ppb
Bảng1 Thời gian lưu mảnh ion của từng cấu tử PAH, giới hạn phát hiện của thiết bị và hiệu suất thu hồi
Giới Nạn Hiệu suất STT Tên chất TT lưu (phút) M/Z phát hạn thu hồi (%) (ng/ml) 1 |Chrysene-d,, (IS) 22,2 240 2_ Naphthalene 5,5 128 2,6 76 3_ lAcenaphthylene 9,3 125 3,4 63 4_ lAcenaphthene 9,8 153 2,1 55 5_ lFluosene 11,3 165 2¬ 81 6 |Phananthsene 14,1 178 2,1 79 7 Anthracene 14,2 178 2,8 69 8 lFluoranthene 17,8 202 1,7 72 9_ |Pyrene 18,4 202 2,5 81 10_ |Benzo(a)anthracene 22,2 228 3,8 78 11 Chrysene 223 228 3,4 70 12_ Benzo(b)fluoranthene 25,4 252 4,3 66 13_ Benzo(k)fluoranthene 25,5 252 5,5 74 14 JPyrene-d12 26,2 264 6,2 82 15_ Benzo(a)pyrene 26,2 252 6,7 74 16_ lIndeno(1,2,3-cd)pyrene 26,2 252 6,7 -° 74 17 |Dibenzo(a,h)anthracene 29,5- 278 6,6 65 18_ Benzo(g,h,|)perylene 30,1 276 5,5 72 2.6 Tinh toan
Sau khi được định tính và định lượng trên thiết bị GC/MS, nồng độ các PAHs trong không khí được tính theo công thức:
Trang 7C khi ttre HK ===Sse x Vidich cô) Vimau khi) h
Trong đó: V„áu yụy : thể tích khí hút được (mÊ)
Cây : nồng độ tích toán trong dịch chiết (ng/m]) Vạ¿p.¿ : thể tích mẫu trước khi bơm lên GC (m]) h : hiệu suất thu hồi (%)
Cy; :nồng độ cấu tử trong không khí (ng/m°)
3 Kết quả và thảo luận
Kết quả phân tích mẫu không khí tại 43 nút giao thông quan
trọng của Hà Nội cho thấy rằng tại 3 điểm nút giao thông nồng độ các PAH cao hon 100 ng/m? Dac biệt, riêng ở 2 điểm nút giao thông có hàm lượng trong không khí cao nhất là Ngã Tư Sở có tổng nồng độ các PAH là khoảng 182,8 ng/m, và ở Ngã Tư Vọng là khoảng 176,8ng/mô Điều đó cũng rất hợp lí, vì tại hai điểm nút giao thông này được đánh giá là một trong những điểm nút giao thông quan trọng nhất của Hà Nội nối với các tỉnh phía nam, và tập trung một lượng lớn các loại xe cơ giới khác nhau và sự tắc nghẽn giao thông cũng xảy ra hàng ngày tại hai điểm nút giao thông này Điểm nút Nguyễn Chí Thanh - Dé La Thanh (PAHs : 111,8 ng/m?) là ngã tư mới được mở rộng, nối sang
đường mới Liễu Giai nên mật độ xe cô đi lại rất cao Vì vậy nguồn khí thải sinh ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu của các động cơ là
nguyên nhân chính làm cho nồng độ các PAH trong không khí tại các nút giao thông đó cao hơn so với các điểm nút giao thông khác
Tại những khu vực mật độ xe cơ giới tham gia thông ít hơn, nồng độ các PAH vào khoảng 40-70 ng/m° 29 điểm nút giao thông có nồng độ các PAH < 20 ng/m? chủ yếu là những phố nhỏ, có ít phương tiện tham gia giao thông
6 một vài khu vực khảo sát khác, mặc dù mật độ giao thông cũng
rất lớn như khu vực Cầu Giấy, ngã ba Pháp Vân, cầu Hà Đông, đường vành đai nam Thăng Long - Cổ Nhuế, Hoàng Quốc Việt - Bưởi nhưng
nồng độ PAH lại không cao, vì khu vực này không gian thông thoáng hơn các điểm nút giao thông khác, nên làm cho quá trình khuyếch tán
của PAH dễ dàng hơn
Trang 8Sự khác biệt này càng rõ nét hơn khi so sánh nồng độ tại các
điểm nút giao thông của Hà Nội đều bị ô nhiễm các hợp chất PAH khi so với khu vực rừng Cúc Phương là nơi có môi trường không khí sạch, không bị ô nhiễm bởi các hoạt động của con người Không phát hiện
Wk
Hình 4 Hàm lượng tổng PAHs trong không khí (ng/m”)
Trang 9Hàm lượng tổng PAHs trung bình tại các điểm nút giao thông của Hà Nội là 26,68 ng/m? (n=43), thay đổi trong khoảng 2,80- 182,80ng/m Trong 16 các cấu tử PAHs được theo dõi, chiếm thành
phần chủ yếu là các chất có từ 5 — 6 vòng Điều này chứng tô các cấu tử có cấu trúc công kềnh và nặng hơn các cấu tử PAH khác nên khả
năng lắng đọng và hấp phụ vào trong các hạt bụi cao hơn Ngoại trừ
Naphthalene chiếm tỉ lệ phần trăm cao nhất, mặc dù phân tử là nhẹ
nhất (trong phân tử có 2 vòng benzen) chứng tỏ đó là một trong những thành phần chính sinh ra trong khí thải của động cơ
ONapthuleae 18.3; B icensphthyiene (1.9) 0 (cenaphthenc i5) BPhenaathrene (3.3) Btnttracenc (49) BHeoranih a lica;o(ajanthee VÀ) — BChrse B0enzatt
BBeavoia) Prrenc (SS: @indensi bại 9) OP bens ofa hjanth 6.93
Hình 5 Tỷ lệ các cấu tử PAHs trong không khí
4 Kết luận
Các PAH trong các mẫu bụi sa lắng đô thị được tách chiết bằng phương pháp chiết siêu âm và được định lượng bằng phương pháp
GC/MS dat hiéu suất thu hồi trung bình là 72%, với độ lệch chuẩn trung bình đạt 5-15%
Kết quả phân tích mẫu thu được tại 43 điểm nút giao thông của Hà Nội cho thấy rằng hầu hết không khí tại các nút giao thông Hà
Nội đều bị ô nhiễm các hợp chất PAH này Đặc biệt tại hai điểm nút
giao thông bị ô nhiễm nặng nhất là Ngã Tư Sở, Ngã Tư Vọng, Nồng độ của Benzo(a)Pyren (BeP) tương ứng tại hai ngã tư đó là 11,58 va
Trang 1013,40 ng/m?, vuot quá tiêu chuẩn giới hạn cho phép trong không khí
của một số nước trên thế giới là từ 0,1-2ng/m [12]
Những kết quả phân tích này chỉ là những kết quả ban đầu đánh
giá nồng độ các PAH trong không khí tại các điểm nút giao thông ở Hà Nội Cần có những nghiên cứu tiếp theo thời gian tới để có được
những đánh đánh giá về tình trạng ô nhiễm môi trường không khí tại đô thị Hà Nội do các chất gây ung thư như các hợp chất hydro cacbon thơm đa vòng phát thải từ khói của động cơ
Lời cảm ơn
Tập thể nghiên cứu xin bày tỏ sự cảm ơn chân thành tới
GS Maeda, trường Đại học Osaka Perfecture, Nhật Bản đã giúp đỡ,
truyền đạt những kinh nghiệm quý báu và cung cấp nhiều trang thiết
bị chuyên dụng cho cho nghiên cứu này Phụ lục
Bảng 3: Kết quả phân tích các PAH trong không khí tại một số
Trang 13STT Tén chat 37 38 39 40 41 42 43 CP † |Napthalene 1,48 | 0,17 | 49,10} 2,42 | 2,07 0,14 | 39,60 | <0,1 2 |Acenaphthylene 0,19 | 0,16 | 6,04 | 0,32 | 0,42 0,40 2,94 | <0,2 3 |Acenaphthene 1,54 | 0,56 | 2,45 | 1,38 | 0,05 0,51 <0,1 | <0,1 4 |Fluorene 1,74 | 0,21 | 7,41 | 2,76 | 0,07 0,28 3,18 | <0,1 5 _|Phenanthrene 0,89 | 0,28 | 2,09 | 0,13 | 0,16 0,36 7,12 |<0,1 6 |Anthracene 0,85 | 0,50 | 18,65 | 0,90 | 0,16 0,25 8,39 |<0,1 7 |Fluoranthene 1,09 | 0,72 | 1,26 | 0,58 | 0,63 0,85 6,83 |<0,1 8 |Pyrene 1,32 | 0,36 | 4,85 | 0,24 | 0,88 | 026 | 624 |<0,1 9 |Benzo(a)anthre 0,48 | 0,40 | 2,62 | 0,38 | 0,72 1,93 17,42 | <0,2 10 |Chrysene 0,46 | 1,65 | 2,05 | 0,28 | 0,96 0,95 14,72 |<0,2 11 |Benzo(b)Fluoran 1,92 | <0,3 |21,56 | 1,90 | 2,23 0,60 | 25,34 |<0,3 12 |Benzo(k) Fluoran 1,14 | 0,51 | 3,79 | 1,43 | 1,67 0,47 20,18 |<0,3 13 |Benzo(a) Pyrene 0,31 | 2,02 | 13,40] 1,03 | 0,93 0,51 11,58 | <0,3 14 |Indeno(1,2,3-cd)py 0,46 | 1,34 | 5,67 | 1,89 | 2,03 2,99 10,02 | <0,3 15 |Dibenzo(a,h)anth 1,64 | 6,25 | 15,95 | 1,30 | <0,3 1,41 1,80 | <0,3 16 |Benzo(g,h,i)pery 1,22 | <0,3 | 19,92| 1.21 | 4,58 | 1,09 | 7,41 |<0,3 Téng: 16,74 | 15,12 |176,80| 18,14 | 17,56 | 13,00 |182,80| n,d Bảng 4: Các vị trí lấy mẫu khí tại Hà Nội Ký Ký hiệu Địa điểm lấy mẫu hiệu Địa điểm lấy mẫu mẫu mẫu ' Ws Giải Phóng-Nguyễn An Cầu Chui-Gia Lâm Ninh 2 Bến xe Hà Đơng 24 Ơ Chợ Dừa Hai Bà Trưng-Lê Duẩn- 3 Hoàng Hoa Thám-Ngọc Hà 25 _ „ Nguyên Khuyến 4 ; 56 Trương Định-Giải Điện Biên Phủ-Nguyễn Thái Hoc Phóng 5 ; sợ Minh Khai-Nguyễn Nguyễn Chí Thanh-Đê La Thành Khoái B 28 Trần Hưng Đạo-Lê
Cây xăng Trường Chinh-Tôn Thất Tùng Duẩn
7 Phố Huế-Hàm Long 29 Cầu Hà Đông
Phố Huế-Trần Xuân Soạn 30 Liễu Giai-Đội Cấn
9 ; ; 31 peng Diéu-Phan Dinh Tran Khanh Du -Van Kiép Phung
Trang 14
10 Pham Ngoc Thach-Chua Béc-Thai Hà 32 Cho Xanh
11 Khâm Thiên-Lê Duẩn-Nguyễn Thương Hiền 33 Cầu Trung Hòa
12 Hàng Bài-Hai Bà Trưng 34 Giảng Võ-Cát Linh 13 Lạc Trung-Kim Ngưu 35 Lò Đúc-Lê Văn Hưu
Hoàng Quốc Việt-Nam 14 Nguyễn Trãi-Kim Giang 36 Thờng Long
15 Phan Chu Trinh-Trần Hưng đạo 37 Cầu Giấy 16 Hùng Vương-Nguyễn Thái Học 38 Ngã ba Pháp Vân
17 Nam Thăng Long-Cổ Nhuế 39 Nga Tu Vong
, Xuan Thuy-Thang
18 , 40
Trần Khát Trân-Lò Đúc-Kim Ngưu Long
19 Lý Thường Kiêt-Bà Triệu 41 Thái Hà-Tây Sơn
20 Dai Cé Việt-Trần Khát Trân-Phố Huế 3 42 Long Bién
21 | Hoàng Quốc Viét-Budi 43 Ngã Tư Sở 22 Đội Cấn-Ngọc Hà ' 44 Rừng Cúc Phương TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 88
Alasdair H.Neilson PAHs and Related Compounds The handbook of Environment Chemistry 3 J Springer -Verlag, Berlin Heidelberg, New York, 1998
Alasdair H.Neilson PAHs and Related Compuonds The handbook of Environment Chemistry 3 A Springer -Verlag, Berlin Heidelberg, New York, 1998
Alasdair H.Neilson PAHs and Related Compuonds The handbook of Environment Chemistry 3.i Springer -Verlag, Berlin Heidelberg, New
York, 1998
Colin Baird Environment Chemistry W.H Freeman and Company New York 1995
Edited by O Hutzinger Anthropogenic Compounds The Handbook of Environment Chemistry Springer - Verlag,Berlin Heideberg New York 1980 Shimadzu Corporation, Shimadzu GC/MS analysis Clars, Class text, 1995 Yongjan Liu, Lizhong Zhu and Xueyou Shen, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) in indoor and Outdoor Air of Hangzhou, China
Trang 1510
11
12
Junko Oda, Shigeru Nomura, Akio Yasuhara and Takayuki Shibamoto, Mobile
sources of atmospheric polycyclic aromatic hydrocarbons in a roadway tunnel
Atmospheric Environment 2001,35, 4819-4827
J Oda, I.Maeda, T.Mori, A.Yasuhara and Y.Saito, The relative proportions of
polycyclic aromatic hydrocarbons and oxygenated derivatives in ccumulated oranic particulates as affected by air pollution sources, Environmental Technology, 1998, 19, 961-976
Paul Fleurat Lessard, Karine Pointet and Marie-France Renou-Gonnord,
Quantitative determination of PAHs in diesel engine exhausts by GCMS
Journal of Chemical Education, 1999, Vol.76 No.7, 962-965
Environmental governance and Analytical techniques: Air pollution and air quality monitoring, The United Nations Univesity, Kyoto, February 1998 Ambient air pollution by polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) —- PAH
position paper Annexes, July 17", 2001