Hoá học môi trường - C5.pdf

Hoá học môi trường

101 HĨA CHẤT ĐỘC TRONG MƠI TRƯỜNG 5.1 Hóa chất độc môi trường Trên giới có triệu loại hóa chất khác nhau, hàng năm có khoảng 30.000 chất phát minh đưa vào sử dụng Trong số hóa chất có khoảng 60000 − 70000 loại dùng thường xuyên rộng rãi [8] Việc sử dụng hàng ngàn hóa chất phục vụ cho sản xuất công, nông nghiệp đời sống mối nguy hiểm đe dọa đến sức khỏe người Bên cạnh tác dụng tích cực hóa chất nghiên cứu khoa học, làm cho sản xuất, mức sống sức khỏe tăng lên, đóng góp vào phát triển kinh tế xã hội, có nhiều hóa chất có tiềm độc hại Khi xâm nhập vào môi trường, chất khí độc nhanh chóng bị phát tán vào khơng khí, lúc chất lỏng rắn bị trôi vào nguồn nước mặt (hoặc nước ngầm) vận chuyển xa nguồn thải ban đầu Vì vậy, phạm vi ảnh hưởng hóa chất độc hại mơi trường rộng đáng phải quan tâm Để hạn chế tác hại chất độc, nhiều quốc gia đưa quy định nghiêm ngặt nồng độ hóa chất độc hại chất thải Các chất độc phân loại thành nhóm dựa vào tác hại, cơng dụng, chất hóa học chúng: − Dựa vào tác hại: chất gây đột biến gen, chất gây ung thư, − Dựa vào công dụng: phụ gia thực phẩm, hóa chất bảo vệ thực vật, − Dựa vào chất hóa học: kim loại nặng, cacbonyl kim loại, hợp chất clo, Bảng 5.1 trình bày nguyên tố độc hại có nguồn nước thiên nhiên nước thải Các nguyên tố nồng độ thấp lại cần thiết cho trình phát triển thể sống, chúng có tác dụng chất dinh dưỡng cho đời sống động thực vật, nồng độ cao, chúng chất có tác dụng độc hại nguy hiểm 5.2 Độc học môi trường Độc học môi trường ngành nghiên cứu tồn ảnh hưởng hóa chất độc mơi trường [9] Mặc dù theo định nghĩa này, đối tượng nghiên cứu độc học môi trường bao gồm chất độc có nguồn gốc tự nhiên nọc độc động vật, độc tố vi khuẩn, độc tố thực vật, thực tế ngành thường tập trung quan tâm đến chất độc có nguồn gốc nhân tạo Độc học môi trường thường chia thành ngành nhỏ: − Độc học sức khỏe môi trường (Environment Health Toxicology): nghiên cứu tác hại hóa chất môi trường sức khỏe người − Độc học sinh thái (Ecotoxicology): nghiên cứu tác hại chất ô nhiễm đến hệ sinh thái thành phần (cá, động vật hoang dã, ) Để nghiên cứu tác hại hóa chất độc mơi trường, cần phải có kiến thức tổng hợp nhiều lĩnh vực khác Các nghiên cứu nhằm mục đích giải thích tác hại chất độc có mơi trường đồng thời dự đốn ảnh hưởng có hại chất độc trước chúng thải môi trường Các chất độc gây hại cho mơi trường thường có ba tính chất nguy hiểm sau: chậm phân hủy, khả tích lũy thể sinh vật độc tính cao 102 Bảng 5.1 Các nguyên tố độc hại nước thiên nhiên nước thải [8] Nguyên tố Nguồn thải Tác dụng gây độc As − Thuốc trừ sâu − Chất thải hóa học Cd − Độc, làm đảo lộn vai trị sinh hóa − Chất thải công nghiệp mỏ enzim; gây cao huyết áp, suy thận, phá hủy − Chất thải công nghiệp mạ kim loại mô hồng cầu Gây độc cho động thực − Từ ống dẫn nước vật nước Be − Công nghiệp than đá − Năng lượng hạt nhân − Cơng nghiệp vũ trụ − Độc, có khả gây ung thư − Gây ngộ độc cấp tính mãn tính; có khả gây ung thư B − Công nghiệp than đá − Sản xuất chất tẩy rửa tổng hợp − Các nguồn thải công nghiệp Cr − Công nghiệp mạ, sản xuất hợp − Là nguyên tố vi lượng cần cho thể, chất crôm, công nghiệp thuộc da Cr (VI) có khả gây ung thư Cu − Công nghiệp mạ − Chất thải CN sinh hoạt − Công nghiệp mỏ − Nguyên tố cần thiết cho sống dạng vết, không độc động vật, độc với cối nồng độ trung bình Florua − Các nguồn địa chất tự nhiên − Chất thải công nghiệp − Chất bổ sung cho nước − Ở nồng độ mg/L ngăn cản phá hủy men Ở nồng độ (5 mg/L phá hủy xương gây vết Pb − Công nghiệp khai thác mỏ − Công nghiệp than đá, ét xăng, hệ thống ống dẫn − Độc, gây bệnh thiếu máu, bệnh thận, rối loạn thần kinh Hg − Chất thải công nghiệp mỏ − Thuốc trừ sâu, than đá − Độc tính cao Mn − Chất thải cơng nghiệp mỏ − Tác động VS vật lên khoáng kim loại pE nhỏ − Ít độc đối vớí động vật − Độc cho thực vật nông độ cao Mo − Chất thải công nghiệp − Các nguồn tự nhiên − Độc động vật − Ở dạng vết cần cho phát triển thực vật Se − Các nguồn địa chất tự nhiên − Than đá, lưu huỳnh − Ở nồng độ thấp cần cho phát triển thực vật, nồng độ cao gây độc hại Zn − Chất thải công nghiệp − Công nghiệp mạ − Hệ thống ống dẫn − Độc với thực vật nồng độ cao, chất cần thiết cho enzim kim loại (metalloenzime) − Độc, đặc biệt với số loại 103 5.3 Tính bền vững độc chất mơi trường Có nhiều trình sinh học phi sinh học tự nhiên liên quan đến phân hủy chất độc mơi trường Nhiều loại hóa chất xâm nhập vào mơi trường bị phân hủy, có thời gian sống có tác hại hạn chế cho môi trường xung quanh Nhưng bên cạnh chất độc dễ bị phân hủy cịn có nhiều chất độc bền mơi trường có khả gây hại lâu dài (DDT, PCBs, TCDD, ví dụ điển hình loại chất độc này) Thời gian bán hủy số chất độc khó phân hủy (bền vững) nêu Bảng 5.2 Phát thải liên tục chất độc loại vào môi trường, làm nồng độ chúng tăng lên đến mức độc hại tích lũy theo thời gian Ngay ngừng sử dụng thải chúng, hóa chất độc cịn mối nguy lâu dài mơi trường Có thể lấy trường hợp ô nhiễm thuốc trừ sâu hồ Ontario (là năm hồ Ngũ Đại Hồ, Bắc Mỹ) thập niên 50 đến thập niên 70, kỷ 20 làm ví dụ Những nghiên cứu khu vực cho thấy, sau 20 năm, tổng lượng thuốc trừ sâu tích tụ hồ cịn đến khoảng 80% so với lượng ban đầu Ô nhiễm thuốc trừ sâu DDT diclofol hồ Apopka, Florida, sau 10 năm ảnh hưởng nghiêm trọng làm giảm khả sinh sản loại cá sấu sinh sống Bảng 5.2 Thời gian bán hủy số hóa chất độc bền vững mơi trường [9] Hóa chất độc Thời gian bán phân hủy Môi trường DDT 10 năm Đất TCDD năm Đất Atrazine 25 tháng Nước Benzoperylene (PAH) 14 tháng Đất Phenanthrene (PAH) 138 ngày Đất Carbofuran 45 ngày Nước 5.3.1 Phân hủy phi sinh học Nhiều q trình tự nhiên làm thay đổi cấu trúc hóa chất Nhiều trình phân hủy phi sinh học chịu ảnh hưởng ánh sáng (quang phân – photolysis) nước (thủy phân – hydrolysis) − Quang phân: ánh sáng, chủ yếu ánh sáng tử ngoại, có khả phá vỡ liên kết hóa học, đóng góp cách đáng kể vào q trình phân hủy nhiều hóa chất môi trường Phản ứng quang phân thường xảy khơng khí hay nước mặt, cường độ ánh sáng môi trường lớn Phản ứng quang phân phụ thuộc vào cường độ ánh sáng lẫn khả hấp thụ ánh sáng phân tử chất gây nhiễm Các hợp chất vịng thơm không no, hợp chất hydrocacbon thơm đa vòng dễ bị phân hủy ánh sáng, chúng có khả hấp thụ quang Năng lượng ánh sáng cịn đẩy mạnh q trình oxy hóa chất gây nhiễm thơng qua q trình thủy phân q trình oxy hóa Phản ứng oxy hóa quang hóa parathion (một loại thuốc trừ sâu photpho) trình bày Hình 5.1 − Thủy phân: nước (kết hợp với ánh sáng nhiệt) phá vỡ liên kết hóa học Phản ứng thủy phân thường kèm với kết hợp nguyên tử cacbon vào phân tử, đồng thời giải phóng thành phần tương ứng điện tích Các liên kết este, liên kết este có parathion loại thuốc trừ sâu photpho khác, dễ bị thủy phân, 104 hợp chất loại có thời gian bán phân hủy môi trường ngắn Tốc độ thủy phân hóa chất mơi trường nước phụ thuộc vào nhiệt độ pH Tốc độ thủy phân tăng tăng nhiệt độ Tốc độ cao môi trường pH thấp cao Thủy phân Quang phân S (OC2H5)2 P O NO2 Parathion Diethylphosphorothioate S O (OC2H5)2 P (OC2H5)2 O NO2 Paraoxon P O + HO NO2 para-nitrophenol Hình 5.1 Ảnh hưởng nắng (quang phân) mưa (thủy phân) đến phân hủy parathion 5.3.2 Phân hủy sinh học Mặc dù nhiều chất gây nhiễm bị phân hủy phi sinh học môi trường, trình phân hủy thường xảy với tốc độ chậm Nhờ tác dụng vi sinh vật, tốc độ phân hủy chất độc hóa học tăng lên cách đáng kể Vi sinh vật, mà chủ yếu vi khuẩn nấm mốc, phân hủy hóa chất để lấy lượng từ q trình phân hủy Các q trình phân hủy sinh học xảy tác dụng enzim thường kết thúc khống hóa hồn tồn chất độc môi trường thành nước, cacbon dioxit chất vơ đơn giản 5.3.3 Q trình suy giảm nồng độ không phân hủy Hàm lượng nhiều chất gây nhiễm mơi trường bị suy giảm cách đáng kể, trình phân hủy, mà thay đổi phân bố chúng từ khu vực sang khu vực khác môi trường Các chất ô nhiễm dễ bay bay từ đất, nước vào khơng khí di chuyển đến vùng khác Người ta cho rằng, số hóa chất bảo vệ thực vật clo dễ bay lindane hexachlorobenzene phân bố khắp nơi toàn cầu nhờ vào cách phát tán Nhiều chất ô nhiễm nước bị hấp phụ lên hạt chất rắn lơ lửng, sau lắng vào trầm tích, làm cho nồng độ chúng cột nước giảm xuống 105 Các chất dễ tan nước bị nước chảy tràn rửa trôi thấm xuống đất làm ô nhiễm nước ngầm Ví dụ, trước atrazine loại thuốc diệt cỏ sử dụng phổ biến Mỹ, nghiên cứu sau cho thấy 92% nước hồ nghiên cứu có chứa atrazine Atrazine tan nhiều nước lại bị đất hấp thụ, nên thấm xuống đất vào túi nước ngầm Nghiên cứu thực địa cho thấy, nước ngầm khu vực có sử dụng atrazine bị nhiễm loại hóa chất [9] 5.4 Tích lũy sinh học Khả tồn lâu dài môi trường số hóa chất độc thực khơng đáng lo ngại nhiều, chất độc không vào thể sinh vật Điều đáng quan tâm nhiều chất độc bền vững, khó bị phân hủy, có khả xâm nhập, tích lũy thể sinh vật Khi vào thể sinh vật, chất độc phải cần thời gian để tích lũy đến lúc đạt mức nồng độ gây độc Tích lũy sinh học định nghĩa trình sinh vật tích lũy hóa chất trực tiếp từ môi trường vô sinh (nước, đất, không khí) từ nguồn thức ăn vào thể [9] Các chất độc thường xâm nhập vào thể sinh vật qua màng thể màng phổi, mang (cá), đường ruột Da thành phần khác da, vảy, lơng, thường có tác dụng hạn chế xâm nhập loại hóa chất độc hại, có số hóa chất có khả xâm nhập vào thể qua đường da mạnh Muốn vào thể sinh vật, hóa chất khơng phải thấm qua màng mà cịn phải qua lớp mỡ màng, khả tích lũy hóa chất độc hại có liên quan đến khả tan chất béo (tính ưa dầu – lipophilicity) chúng Mơi trường nước thường nơi hóa chất có khả hịa tan chất béo chuyển từ mơi trường vơ sinh vào môi trường hữu sinh (cơ thể sinh vật) Điều giải thích hai lý do: − Sông, hồ, biển nơi nhận lượng lớn hóa chất thải từ q trình sản xuất sinh hoạt − Trong q trình hơ hấp, động vật thủy sinh chuyển lượng nước lớn qua màng hô hấp (mang cá), điều tạo điều kiện thuận lợi để hóa chất thâm nhập vào thể Bảng 5.3 Tích lũy sinh học cá số chất gây ô nhiễm [9] Hóa chất Hệ số tích lũy ∗ DDT TCDD 39000 Endrin 6800 Pentachlorobenzene 5000 Lepthophos 750 Trichlorobenzene ∗ 127000 183 Hệ số tích lũy: tỷ số nồng độ chất độc cá nồng độ nước trạng thái cân Sinh vật thủy sinh tích lũy lượng lớn hóa chất tan chất béo Nồng độ hóa chất thể sinh vật nước cao gấp hàng trăm đến hàng ngàn lần nồng độ chúng nước (Bảng 5.3) Mức độ tích lũy hóa chất tan chất béo phụ thuộc vào hàm lượng chất béo thể sinh vật Cơ chế tích lũy sinh học nhiều làm chậm tác hại chất độc, chất khuếch tán từ từ đến quan đích để gây độc phần mỡ chứa chất độc thể bị sử dụng vào mục đích khác; 106 ví dụ, mỡ bị chuyển hóa thời kỳ chuẩn bị sinh sản Vì vậy, nhiều trường hợp thể sinh vật tích lũy sẵn lượng lớn chất độc mỡ, sinh vật chưa bị tác hại, đến bước vào tuổi chuẩn bị sinh sản chúng bị ngộ độc chết Ngoài ra, chất độc loại cịn di chuyển từ sinh vật mẹ sang sinh vật qua trứng, sữa gây độc cho sinh vật Hình 5.2 Tương quan hàm lượng chất béo thể nhiều loại động vật hồ Ontario (thuộc Ngũ Đại Hồ) hàm lượng PCBs toàn thể [9] 5.4.1 Nhưng yêu tô anh hương đên tich luy sinh hoc Sự tích lũy sinh học chất nhiễm môi trường phụ thuộc vào nhiều yếu tố: − Khả bị phân hủy môi trường Đây yếu tố đáng quan tâm chất độc Các chất dễ bị phân hủy môi trường tồn thời gian đủ dài để tích lũy vào thể sinh vật, trừ trường hợp chất ô nhiễm thải liên tục vào môi trường − Nồng độ môi trường − Tính ưa dầu (lipophilicity) Là yếu tố quan trọng định khả tích lũy sinh học hóa chất Tuy nhiên, hóa chất tan chất béo cịn có xu hướng bị hấp phụ mạnh vào trầm tích, nên nồng độ chúng nước giảm, dẫn đến giảm khả tích lũy sinh học Ví dụ, bị axit humic hấp phụ nên khả tích lũy sinh học benzo[a]pyren cá thái dương (sunfish) bị giảm khoảng lần [9] Ở hồ nghèo dinh dưỡng, có chất rắn lơ lửng, nên tích lũy DDT cá sống hồ cao cá sống hồ phú dưỡng có chứa nhiều chất rắn lơ lửng − Khả chuyển hóa sinh học Khi bị hấp thụ vào thể sinh vật, dạng tồn chất ô nhiễm ảnh hưởng đến tích lũy sinh học Các chất dễ bị chuyển hóa sinh học thường dễ tan nước chất béo Các chất bị tích lũy mỡ thường dễ bị đào thải khỏi thể Như thấy Bảng 5.4, chất dễ bị chuyển hóa sinh học có khả tích 107 lũy sinh học thấp nhiều giá trị dự tính dựa vào tính ưa dầu chúng Bảng 5.4 Giá trị phân tích giá trị tính tốn hệ số tích lũy sinh học cá số hóa chất có khả chuyển hóa sinh học khác Hệ số tích lũy sinh học Chemical Khả chuyển hóa sinh học Dự đốn Xác định Chlordane Thấp 47900 38000 PCB Thấp 36300 42600 Mirex Thấp 21900 18200 Pentachloro-phenol Cao 4900 780 Tris(2,3-dibromo-propyl)phosphate Cao 4570 5.5 Độc tính 5.5.1 Độ độc cấp tính Độ độc cấp tính định nghĩa độ độc thể sau phơi nhiễm thời gian ngắn với chất độc Thơng thường gặp trường hợp ngộ độc cấp tính động vật người cố (ví dụ: tai nạn giao thơng làm chất độc rò rỉ từ phương tiện vận chuyển vào khơng khí, đất, sơng hồ, ) việc sử dụng hóa chất thiếu cẩn thận (ví dụ: phun thuốc trừ sâu máy bay khơng vị trí) Độc tính chất thường đặc trưng đại lượng LC50 LD50 − LD50 (Median Lethal Dose): liều lượng chất độc làm chết 50% số động vật thí nghiệm, đơn vị tính thường mg/kg động vật − LC50 (Median Lethal Concentration): nồng độ chất độc làm chết 50% số động vật thí nghiệm, đơn vị tính mg/L dung dịch hóa chất LC 50 thường dùng để đánh giá độc tính chất độc dạng lỏng chất độc tan dung dịch nước Có thể so sánh độ độc chất dựa vào thang độ độc, biết giá trị LD50 chúng Công việc thường dễ gây nhầm lẫn, có nhiều thang xếp loại độ độc khác sử dụng Hai thang xếp loại độ độc dùng nhiều thang “Hodge & Sterner” “Goselin, Smith & Hodge” Các thang xếp loại độ độc trình bày Bảng 5.5 Bảng 5.6 Bảng 5.5 Phân loại độ độc theo Hodge & Sterner [22] Phân loại độ độc LD50 (ăn uống) Cấp độc (chuột - liều đơn) mg/kg LC50 (hô hấp) (chuột - phơi nhiễm giờ) ppm LD50 (qua da) (thỏ - liều đơn) mg/kg Liều chết người Gần Cực độc 1200 ml Từ bảng thấy khác biệt cách xếp loại độ độc hai thang Ví dụ, chất độc có LD50 theo đường ăn uống mg/kg, xếp loại “2” loại chất “rất độc” theo “Hodge & Sterner”, lại xếp vào loại “6” chất “siêu độc” theo thang “Gosselin, Smith and Hodge” Vì vậy, xếp độ độc chất, cần nêu rõ sử dụng thang phân loại Từ đại lượng suy nồng độ tối đa cho phép chất độc môi trường Có thể thấy rằng, nồng độ tối đa cho phép phải thấp nhiều giá trị LC50 chất độc khảo sát Tuy vậy, đại lượng LC 50 LD50 cung cấp giá trị thống kê để đánh giá độ độc cấp tính tương đối hóa chất độc Bảng 5.7 trình bày khoảng giá trị LC50 LD50 tương đối hóa chất độc với cá động vật cạn Độ độc cấp tính chất độc mơi trường xác định thực nghiệm loài lựa chọn đại diện cho bậc dinh dưỡng hệ sinh thái (ví dụ, động vật có vú, chim, cá, động vật khơng xương sống, thực vật có mạch nhựa, tảo) Ví dụ, Tổ chức Bảo vệ Mơi trường Mỹ (US-EPA) yêu cầu phải thí nghiệm loài khác nước nước mặn (16 thí nghiệm) bao gồm cá, động vật khơng xương sống thực vật để xây dựng tiêu chuẩn chất lượng nước cho loại hóa chất Ngồi ra, người ta cịn cố gắng xếp lồi sinh vật dựa vào mức độ nhạy cảm chúng với chất độc Trong thực tế khơng có lồi sinh vật có độ nhạy cảm ổn định với độ độc cấp tính loại hóa chất Thêm vào đó, thí nghiệm thực loài sinh vật với giả thiết lồi đại diện cho sinh vật bậc hệ sinh thái, giả thiết thường không Bảng 5.7 Phân loại độ độc cấp tính hóa chất độc cá động vật [9] Cá LC50 (mg/L) Chim/ Đ.vật có vú LD50 (mg/kg) Cấp độc Ví dụ chất độc > 100 > 5000 Tương đối không độc Bari 10 – 100 500 – 5000 Ít độc Cadmi – 10 50 – 500 Rất độc 1,4-Dichlorobenzene 0,5 − 0,8 ppm, chì gây rối loạn chức thận phá hũy não Ở nồng độ cao (> 0,8 ppm) chì gây thiếu máu thiếu hemoglobin Các chất chống độc chì hóa chất có khả tạo phức chelat tan với Pb 2+ Ví dụ, dung dịch phức chelat canxi dùng để giải độc chì phức chelat chì bền phức chelat canxi nên Pb2+ chỗ Ca2+ phức chelat, kết phức chelat chì tạo thành tan đào thải ngồi qua nước tiểu Các hóa chất dùng để giải độc chì EDTA, 2,3-dimercaptopropanol, penicillamin , chúng tạo với chì phức chelat sau: O C O CH2 C CH2 N CH2 O Pb N CH2 O C CH2 CH2 O O C O O P hæ P b - E D TA c ï H2C CH CH2OH S OH S O C Pb HC H N C S S H2C S CH CH2OH H3C Pb CH3 P hæ P b - B AL c ï (B AL: 2,3 - mercapto propanol) P hæ P b - (d-penicillamin) c ï Hình 5.7 Phức chelat chì với chất chống độc 5.6.2.5 Tác dụng độc hại thủy ngân Thủy ngân có nhiều ứng dụng rộng rãi công nghiệp, sản xuất NaOH, Cl2 cách điện phân dung dịch muối ăn bão hòa với điện cực thủy ngân Ngành công nghiệp sản xuất thiết bị điện sản xuất đèn thủy ngân cao áp, pin thủy ngân, rơle điện dùng nhiều thủy ngân Trong nông nghiệp, người ta dùng lượng lớn hợp chất thủy ngân để chống nấm làm hạt giống Các hợp chất thường dùng là: 119 Metyl nitril thủy ngân: CH3−Hg−CN NH2 Metyl dixian diamit thủy ngân: H3C Hg N C NH2 H2N C N Metyl axetat thủy ngân: Etyl clorua thủy ngân: CH3−Hg−OOC−CH3 C2H5−Hg−Cl Các hợp chất thủy ngân dùng làm hạt giống, gieo hạt giống xuống đất, hợp chất phân tán rộng đất Sau đó, thủy ngân vào thực vật, động vật chuyển vào thức ăn người Thủy ngân kim loại có độc tính cao Vào năm 1953 − 1960, Nhật có nhiều trường hợp bị nhiễm độc nặng ăn phải cá nhiễm thủy ngân từ vịnh Minamata Nước vịnh bị nhiễm thủy ngân nước thải nhà máy hóa chất Cá vịnh có chứa 27 − 102 ppm thủy ngân dạng metyl thủy ngân (xem “Phần đọc thêm” mục ) Năm 1972, 450 nông dân Irắc chết ăn phải loại lúa mạch bị nhiễm thủy ngân từ thuốc trừ sâu Hai kiện chứng tỏ thủy ngân chất gây độc mạnh Hình 5.8 Bàn tay bị biến dạng nạn nhân bị ngộ độc Hg Minamata [20] Tính độc thủy ngân phụ thuộc vào dạng hợp chất hóa học − Thủy ngân kim loại tương đối trơ khơng độc, nuốt thủy ngân vào bụng sau lại thải ngồi, khơng gây hậu nghiêm trọng Nhưng thủy ngân hít phải độc Khi hít phải thủy ngân, thủy ngân vào não qua máu, hủy hoại hệ thần kinh trung ương − Thủy ngân (I) Hg22+ vào thể tác dụng với ion Cl− có dày tạo thành hợp chất khơng tan Hg2Cl2 bị đào thải ngồi, nên Hg22+ khơng độc − Thủy ngân (II) Hg2+ độc, dễ dàng kết hợp với amino axit có chứa lưu huỳnh protein Hg2+ tạo liên kết với hemoglobin albumin huyết hai chất có chứa nhóm −SH Song Hg2+ khơng thể chui qua màng sinh học nên khơng thể thâm nhập vào tế bào sinh học − Các hợp chất hữu thủy ngân có độc tính cao nhất, đặc biệt ion metyl thủy ngân CH3Hg+, chất tan mỡ, phần chất béo màng não tủy Trong ankyl thủy ngân, liên kết cộng hóa trị Hg với C bền vững, không dễ 120 dàng bị phá vỡ nên ankyl thủy ngân bền Đặc tính nguy hiểm ankyl thủy ngân (RHg+) thấm qua màng ngăn cản thâm nhập vào mô bào thai qua thai Khi mẹ bị nhiễm metyl thủy ngân trẻ sinh thường chịu thương tổn hồi phục hệ thần kinh trung ương, gây nên bệnh tâm thần phân liệt, co giật, trí tuệ phát triển Hg liên kết vào màng tế bào ngăn cản trình vận chuyển đường qua màng, lại cho K qua màng Đối với tế bào não, trình vừa nêu làm suy giảm lượng tế bào, gây rối loạn việc truyền xung thần kinh Nhiễm độc metyl thủy ngân dẫn tới phân chia nhiễm sắc thể, phá vỡ nhiễm sắc thể ngăn cản phân chia tế bào Các triệu chứng nhiễm độc thủy ngân bắt đầu xuất nồng độ metyl thủy ngân (CH 3Hg+) máu vào khoảng 0,5 ppm Đặc tính độc hại thủy ngân hợp chất thủy ngân trình bày tóm tắt Bảng 5.9 Bảng 5.9 Đặc tính hóa học sinh hóa thủy ngân hợp chất [8] Loại Đặc tính hóa học sinh hóa Hg Nguyên tố thủy ngân tương đối trơ, khơng độc Hơi thủy ngân hít phải độc Hg22+ Tạo hợp chất không tan với clorua (Hg2Cl2) có độ độc thấp Hg2+ Độc, khó di chuyển qua màng sinh học RHg+ Rất độc, thông thường dạng CH3Hg+, nguy hiểm cho hệ thần kinh não, dễ di chuyển qua màng sinh học, tích trữ mơ mỡ R2Hg Độc tính thấp, chuyển thành RHg+ mơi trường axit trung bình HgS Khơng tan khơng độc, có đất Trong môi trường nước, thủy ngân muối thủy ngân bị số vi khuẩn kỵ khí chuyển hóa thành metyl thủy ngân hay dimetyl thủy ngân (CH3)2Hg Dimetyl thủy ngân mơi trường axit trung bình chuyển hóa thành metyl thủy ngân (CH 3Hg+) tan nước Quá trình lan truyền thủy ngân cuối vào thể người tóm tắt sơ đồ sau: Hg2+ VK kỵ khí CH3Hg+ Phiêu sinh vật Nồng độ tăng 103 lần Người Cá lớn Cá nhỏ Cơn trùng Chim Hình 5.9 Sự khuếch đại sinh học thủy ngân chuỗi thức ăn [8] Có thể ngăn chặn tình trạng nhiễm thủy ngân tuân thủ qui tắc Tổ chức Bảo vệ Môi trường Mỹ Thụy điển đề nghị: − Chuyển hướng cơng nghệ thay sử dụng điện cực thủy ngân công nghiệp sản xuất NaOH Cl2, − Cấm sản xuất sử dụng thuốc trừ sâu loại ankyl thủy ngân, 121 − Hạn chế sản xuất sử dụng loại thước trừ sâu khác có chứa thủy ngân, sử dụng chọn lọc số vùng, Trầm tích nhiễm thủy ngân sơng hồ tạo ion metyl thủy ngân tan vào nước Ở Thụy Điển, người ta thử nghiệm bao phủ trầm tích đáy vật liệu nghiền mịn có khả hấp phụ cao để tránh q trình tái hịa tan thủy ngân vào nước Cũng chơn lấp trầm tích nhiễm thủy ngân vật liệu vô trơ 5.6.3 Tác dụng độc hại số chất độc khác 5.6.3.1 Tác dụng độc hại cacbon monooxit (CO) Cacbon monooxit khí độc, tạo hợp chất bền với hemoglobin CO O2 hemoglobin tạo cacboxy-hemoglobin, làm giảm khả tải O2 máu: O2Hb + CO  COHb + O2 Khi cấp cứu người bị nhiễm độc CO, trước hết phải đưa nạn nhân chỗ thoáng cho thở oxy để phản ứng giải hấp CO xảy ra: HbCO + O2  HbO2 + CO Bảng 5.10 Ảnh hưởng độc hại CO người nồng độ khác [8] Nồng độ CO (ppm) % chuyển hóa HbO2 →HbCO Ảnh hưởng độc hại người 10 Rối loạn khả phán đoán, giảm tầm nhìn 100 15 Đau đầu, chóng mặt, mệt mỏi 250 32 Ngất, bất tỉnh 750 60 Chết sau vài 1000 66 Chết nhanh 5.6.3.2 Tác dụng độc hại oxit nitơ (NOx) Trong khí tồn hai oxit nitơ NO NO2 NO có khả tạo liên kết với hemoglobin CO, làm giảm hiệu suất vận chuyển oxy máu Song, không khí bị nhiễm, lượng NO thấp nhiều lần so với khí CO, tác động đến hemoglobin nhỏ nhiều NO2 độc hại sức khỏe người Cơ chế gây độc NO2 chưa biết rõ Người ta cho rằng, số enzim catalase lactic dehydrogenase bị phân hủy tác dụng NO2 Thuốc chống ngộ độc NO2 thường sử dụng chất chống oxy hóa vitamin E Bảng 5.11 Ảnh hưởng độc hại NO2 với người nồng độ khác [8] Nồng độ NO2 (ppm) Thời gian phơi nhiễm Mức độ độc hại người 50 − 100 Dưới Viêm phổi phơi nhiễm 6−8 tuần 150 − 200 − Hủy hoại khí quản, chết phơi nhiễm 3−5 tuần ≥ 500 − 10 ngày Chết 122 5.6.3.3 Tác dụng độc hại khí sunfurơ (SO2) Khí sunfurơ gây tác hại chủ yếu đường hơ hấp, kích thích gây ngạt Hầu hết người bị kích thích nồng độ SO2 khơng khí cao ppm Những người nhạy cảm bị kích thích nồng độ thấp − ppm SO2 Nhiễm độc SO2 nồng độ cao − 10 ppm SO2 gây co thắt phế quản mạnh Ơ nhiễm SO2 kèm với khói gây tượng synergism, đặc biệt cố sương khói kiểu London Mặc dù nồng độ gây chết người lớn, đến 500 ppm, khí SO xem tác nhân gây ô nhiễm khơng khí đáng kể nhất, gây tác hại đến người già, người có bệnh đường hơ hấp, tim mạch Đối với thực vật, nồng độ cao, SO2 phá hủy mô lá, làm hư hại vùng rìa vùng nằm gân Khi độ ẩm tương đối khơng khí tăng lên tác hại SO thực vật tăng lên Tác hại trở nên nghiêm trọng lỗ nhỏ lớp biểu bì bề mặt dùng để trao đổi khí bị nở Tiếp xúc lâu dài với khí chứa SO2 nồng độ thấp nguy hiểm với trồng tiếp xúc với nồng độ cao thời gian ngắn 5.6.3.4 Tác dụng độc hại ozon PAN Ozon PAN (peroxyaxetyl nitrat CH3−COO−ONO2) sản phẩm q trình quang hóa Cả hai khí gây tác hại mắt quan hô hấp người Con người cần tiếp xúc với khơng khí chứa 50 ppm O vài dẫn tới tử vong bị tràn dịch màng phổi Ở nồng độ thấp không dẫn đến chết người, gây tích lũy chất lỏng phổi phá hoại mao quản phổi Trẻ em động vật non nhạy cảm với tác động độc hại ozon Tác dụng hóa sinh ozon PAN chủ yếu tạo gốc tự Nhóm −SH (sulphydril) enzim bị tác nhân oxy hóa cơng, ngồi cịn bị axêtyl hóa bới PAN Các tác nhân oxy hóa quang hóa làm tê liệt hoạt động enzim izocitric dehydrogenase; malic dehydrogenase glucose−6−photphate−dehydrogen −ase Các enzim có liên quan đến chu trình axit citric làm phân hủy glucose, chất tạo lượng tế bào Các tác nhân oxy hóa ngăn cản hoạt tính enzim tổng hợp xenluloza chất béo thực vật 5.6.3.5 Tác dụng độc hại cyanua (CN−) Cyanua có hạt loại táo, mơ, anh đào, đào, mận, Cyanua thực vật thưòng liên kết với gốc đường gọi amygdalin Đường amygdalin bị enzim hay axit thủy phân tạo cyanua (ví dụ: dày): O C6H10O4 C6H11O5 CH C N caï âån vëglucos e c + 2H2O HCN + 2C6H12O6 + C6H5CHO Glucose Benzaldehyt Amydalin Cyanua ức chế enzim oxy hóa làm ngăn cản giai đoạn trung gian trình sử dụng oxy để tạo ATP Quá trình tạo ATP (adenozin triphotphat) xảy qua bước sau: Bước 1: Fericytochrom oxidaza (một protein chứa sắt, viết tắt Fe(III)−oxit) bị glucoza khử thành ferrocytochrom oxidaza (viết tắt Fe(II)−oxit): Fe(III)−oxit + glucoza → Fe(II)−oxit + glyxeraldehyt 123 Bước 2: Fe(II)−oxit nhường e cho oxy biến thành Fe(III)−oxit: Fe(II)−oxit + ½ O2 + 2H+ → Fe(III)−oxit + H2O Sau glyxeraldehyt kết hợp với PO43−, tạo ADP (adenozin diphotphat), chất tiếp tục kết hợp với PO43− để tạo thành ATP chất sản sinh lượng: 3- ADP  PO4→  ATP Nếu có mặt xianua Fe(III)−oxit kết hợp với CN−: Fe(III)−oxit + CN− → Fe(III)−oxit−CN làm bước bị ngăn cản, bước sau khơng xảy để tạo thành ATP Thêm vào CN− tạo phức với hợp chất hematin khác Để điều trị nhiễm độc cyanua, người ta tiêm NaNO2 vào mạch máu, cho nạn nhân ngửi amylnitrit, xảy phản ứng sau: − NO2− oxy hóa hemoglobin HbFe(II) thành methemiglobin HbFe(III), chất không vận chuyển O2 tới mô hemoglobin HbFe(II): − HbFe(II)  NO2→  HbFe(III) (phản ứng xem nguyên nhân gây độc NO2−, làm thiếu oxy, có dẫn đến tử vong) − HbFe(III) lấy CN− phức ferricytochrom oxidaza với CN−: HbFe(III) + Fe(III)−oxit−CN → HbFe(III)−CN + Fe(III)−oxit − Điều trị tiếp với S2O32− để loại bỏ CN−: HbFe(III)−CN + S2O32− → SCN− + SO32− + HbFe(II) Phản ứng cần xúc tác men chứa nhóm SCN− (rhodanase) hay mitocrondrial sulfua transferase 5.6.3.6 Các chất gây ung thư (carcinogens) Các nghiên cứu dịch tễ học cung cấp nhiều chứng cho thấy người phơi nhiễm số loại hóa chất, tác nhân độc hại xác định mắc bệnh ung thư Thuật ngữ carcinogens dùng để hóa chất , tác nhân (tia phóng xạ, tia xạ, ), có khả gây ung thư người động vật Dựa vào khả gây ung thư, Tổ chức Thế giới Nghiên cứu Ung thư (IARC – International Agency for Reseach on Cancer) Tổ chức Bảo vệ Môi trường (EPA) phân loại chất độc thành nhóm (Bảng 5.12) Bên cạnh chất xếp vào loại có khả gây ung thư (carcinogen), cịn có số chất thân khơng có khả gây ung thư, kết hợp với tác nhân khác lại có khả gây ung thư, chất loại gọi tên co-carcinogens Để đánh giá khả gây ung thư tác nhân nghi vấn, người ta thường sử dụng kết nghiên cứu dịch tễ học nghiên cứu động vật loài gặm nhấm Bằng chứng quan trọng để kết luận khả gây ung thư tác nhân thường dựa vào kết nghiên cứu dịch tễ học Tuy vậy, nghiên cứu thường phức tạp thường phải cần thời gian hàng chục năm (20 đến 30 năm) từ lúc phơi nhiễm với tác nhân đến lúc triệu chứng lâm sàng chứng bệnh ung thư phát Do thời gian cần theo dõi dài, nên nghiên cứu dịch tễ học thường bị ảnh hưỡng nhiều yếu tố phơi nhiễm bổ sung yếu tố ảnh hưởng khác không kiểm sốt được, làm cho kết nghiên cứu khó nói hồn tồn xác 124 Bảng 5.12 Phân loại chất gây ung thư theo IARC EPA [9] IARC EPA Nhóm Nhóm A Đã biết gây ung thư cho người (Đã có đủ chứng dịch tễ học để chứng minh có liên quan tác nhân phơi nhiễm việc phát bệnh ung thư nạn nhân) Nhóm 2A Nhóm B Gần chắn gây ung thư cho người Nhóm B1 Chưa có nhiều chứng dịch tễ học khả gây ung thư người, khơng tính đến chứng động vật thí nghiệm Có đủ chứng dịch tễ học khả gây ung thư động vật thí Nhóm B2 nghiệm, chưa có khơng có chứng thỏa đáng khả gây ung thư người Nhóm 2B Nhóm C Có thể gây ung thư cho người Khơng có chứng khả gây ung thư người, chứng động vật Nhóm Nhóm D Khơng thể đánh giá khả gây ung thư cho người Chưa có khơng có chứng thỏa đáng khả gây ung thư người động vật Nhóm E Gần chắn không gây ung thư cho người Khơng có chứng khả gây ung thư thí nghiệm hồn chỉnh lồi động vật khác khơng có chứng khả gây ung thư thí nghiệm đầy đủ dịch tễ học thí nghiệm động vật Nhóm Danh mục hóa chất, tác nhân IARC xếp loại tác nhân gây ung thư trình bày Bảng 5.13 Bảng cịn cung cấp thơng tin nghề nghiệp có bị phơi nhiễm với loại hóa chất tương ứng Bảng 5.13 Danh mục tác nhân, chất, hỗn hợp chất gây ung thư người ngành nghề có nguy bị phơi nhiễm [9] Aflatoxins 4-Aminobiphenyl Asen số hợp chất asen Amiăng Azathioprine Benzene Benzidine Beri số hợp chất beri N,N-bis-(2-Chloroethyl)-2-naphthylamine (chlornaphazine) Bis(chloromethyl) ether chloromethyl methyl ether 1,4-Butanediol dimethylsulfonate (Myleran®) Cadmi số hợp chất cadmi Chlorambucil 1-(2-Chloroethyl)-3-(4-methylcyclohexyl)-1-nitrosourea (MeCCNU) Crom số hợp chất crom 125 (Bảng 5.13 tiếp theo) Cyclophosphamide Cyclosporin A (cyclosporin) Diethylstilbestrol Virut Epstein-Barr Erionite Liệu pháp Estrogen Estrogens, không thuộc loại steroid Estrogens, thuộc loại steroid Etylen oxit Etoposide kết hợp với cisplatin bleomycin Helicobacter pylori Virut Hepatitis B (gây viêm gan B, mãn tính) Virut Hepatitis C (gây viêm gan C, mãn tính) Thuốc nam có chứa hoạt chất từ lồi Aristolochia (một lồi dây leo) HIV, nhóm Virut Papilloma, nhóm 16 Virut Papilloma, nhóm 18 Virut tế bào lymphotropic T, nhóm Melphalan (2-amino-3-[4-[bis(2-chloroethyl)amino]phenyl]-propanoic a.) Methoxsalen với liệu pháp UV-A (PUVA) MOPP liệu pháp hóa học kết hợp khác kể tác nhân ankyl hóa Mustard Gas (Bis (2-chloroethyl) sulfide; dùng làm vũ khí hóa học) 2-Naphthylamine Neutron Các hợp chất Nicken Opisthorchis viverrini (một loại sán lá) Thuốc ngừa thai Tia phóng xạ α Tia phóng xạ β Radon Schistosoma haematobium (một loại ký sinh trùng) Silica Bức xạ Mặt trời Bột Talc chứa khoáng dạng sợi amiăng Tamoxifen (một loại dược phẩm điều trị ung thư vú) 2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-para-dioxin 126 (Bảng 5.13 tiếp theo) Thiotepa [tris(1-aziridinyl)phosphine sulfide] Thori dioxit Treosulfan Vinyl clorua Bức xạ tia X tia γ Hỗn hợp Đồ uống có cồn Hỗn hợp giảm đau chứa phenacetin Nhai trầu với thuốc Tro than đá hắc ín từ than đá Dầu khống (mineral oils) Cá muối Shale oils (loại dầu tách từ đá trầm tích chứa chất hữu cơ) Muội than Khói thuốc sản phẩm thuốc khơng khói Mùn cưa Tình phơi nhiễm Sản xuất nhơm Sản xuất phẩm nhuộm auramine Sản xuất sửa chữa giày da Khí hóa than đá Khí hóa than cốc Săn xuất đồ gỗ Bị phơi nhiễm radon khai thác hematit Đúc, luyện sắt thép Sản xuất isopropanol Sản xuất thuốc nhuộm fucsin Thợ sơn Cơng nghiệp cao su Khói axit vơ mạnh có chứa axit sulfuric Khơng phải loại hóa chất nhân tạo gây ung thư người, tự nhiên có nhiều tác nhân gây ung thư, sợi amiăng, aflatoxin B1, cau, niken số hợp chất asen có khả gây ung thư người Các chất độc gây ung thư tác động lên ADN, cản trở chúng truyền dẫn cần thiết cho việc tổng hợp chất điều khiển trình sinh trưởng tế bào, làm cho tế bào phát triển vô tổ chức, chèn ép tế bào khác, gây ung thư ... Melphalan (2-amino- 3-[ 4-[ bis(2-chloroethyl)amino]phenyl]-propanoic a.) Methoxsalen với liệu pháp UV-A (PUVA) MOPP liệu pháp hóa học kết hợp khác kể tác nhân ankyl hóa Mustard Gas (Bis (2-chloroethyl)... ether chloromethyl methyl ether 1,4-Butanediol dimethylsulfonate (Myleran®) Cadmi số hợp chất cadmi Chlorambucil 1-( 2-Chloroethyl )-3 -( 4-methylcyclohexyl )-1 -nitrosourea (MeCCNU) Crom số hợp chất... sinh hoc Sự tích lũy sinh học chất ô nhiễm môi trường phụ thuộc vào nhiều yếu tố: − Khả bị phân hủy môi trường Đây yếu tố đáng quan tâm chất độc Các chất dễ bị phân hủy môi trường tồn thời gian đủ