Độc tố học môi trường trần thị mai phương, 246 trang

Nội dung môn học Môn học giới thiệu các dạng độc chất cũng như các biến đổi, quá trình chuyển hóa các chất, mô tả con đường chuyển hóa các chất độc hại trong cơ thể sinh vật và con đường

Gi ớ i t h i ệ u m ơn h ọ c

Đ"c t& h(c mơi tr)*ng

Gi-ng viên: ThS.Tr0n Th1 Mai Ph)+ng Khoa Mơi tr)*ng – ĐHKHTN tp.HCM Email: ttmphuong@hcmuns.edu.vn Tel: 095 88 929 56

Giới thiệu môn học tiên quyết

1 Hóa môi trường

2 Sinh vật đại cương

3 Sinh thái môi trường

4 Vật lý Môi trường

Tài liệu tham khảo

1 Đặng Kim Chi - HÓA HỌC MÔI TRƯỜNG Nhà xuất bản KHKT, Hà nội 2005.

2 Hoàng Văn Bính - ĐỘC CHẤT HỌC CÔNG NGHIỆP VÀ DỰ PHÒNG NHIỄM ĐỘC Nhà xuất bản KHKT, tp.HCM 2005.

3 Lê Huy Bá - ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG

4 S Vedy - ĐỘC TỐ HỌC MÔI TRƯỜNG CPSE – EPFL, Thụy sĩ 2000.

5 M.Ruchirawat, R.C Shank – ENVIRONMENTAL TOXICOLOGY, VOL 1,2,3 Bankok –Thailand 1998.

6 HANDBOOK OF ECOTOXICOLOGY – Second Edition, Lewis Publishers.

Sách tham khảo

Nội dung môn học

Môn học giới thiệu các dạng độc chất cũng như

các biến đổi, quá trình chuyển hóa các chất, mô tả con đường chuyển hóa các chất độc hại trong cơ thể sinh vật và con đường (chuỗi) gây độc trong môi trường

Môn học đi sâu mô tả nguồn gốc và ảnh hưởng

của độc chất lên quần thể sinh vật bao gồm con người và các sinh vật nói chung

Môn học còn cung cấp cho sinh viên những khái

niệm và kiến thức cơ bản các mức độ độc, đơn vị biểu diễn độ độc của các loại độc chất sinh học, hóa học, chiến tranh và phóng xạ

Nội dung môn học

CHƯƠNG 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐỘC TỐ HỌC MÔI TRƯỜNG

1.1 ĐỊNH NGHĨA, CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG

1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN NGÀNH ĐỘC TỐ HỌC MÔI

TRƯỜNG

1.3 SỰ LIÊN QUAN GIỮA ĐỘC TỐ HỌC MÔI TRƯỜNG VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHIỆP HOÁ CHẤT

1.4 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐỘC HỌC

1.5 PHÂN LOẠI ĐỘC CHẤT THEO ĐỘC TÍNH

Nội dung môn học

CHƯƠNG 2 PHÂN LOẠI ĐỘC CHẤT MÔI TRƯỜNG

2.1 PHÂN LOẠI ĐỘC CHẤT MÔI TRƯỜNG

2.2 KIM LỌAI NẶNG

2.3 CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ THƠM MẠCH

VÒNG

2.4 CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ CHỨA CHLOR

2.5 CÁC LỌAI THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT

(BVTV)

Nội dung môn học

CHƯƠNG 3 QÚA TRÌNH CHUYỂN BIẾN CỦA ĐỘC CHẤT

TRONG MÔI TRƯỜNG

3.1 NGUYÊN LÝ VÀ ĐƠN VỊ ĐỘC CHẤT HỌC 3.2 CÁC NHÂN TỐ MÔI TRƯỜNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ ĐỘC VÀ HOẠT TÍNH CỦA ĐỘC CHẤT 3.3 DIỄN BIẾN VÀ CON ĐƯỜNG ĐI CỦA ĐỘC CHẤT

3.4 CHU TRÌNH SINH ĐỊA HOÁ HỌC CỦA CÁC CHẤT ĐỘC

Nội dung môn học

CHƯƠNG 4 CÁC PHẢN ỨNG CỦA SINH VẬT VỚI ĐỘC TỐ

4.1 XÂM NHẬP ĐỘC CHẤT VÀO CƠ THỂ

4.2 SỰ TÍCH TỤ SINH HỌC

4 3 SỰ KHUYẾCH ĐẠI SINH HỌC

4.4 CÁC DẤU HIỆU SINH HỌC

Nội dung môn học

CHƯƠNG 5 ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC

5.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

5.2 THỬ NGHIỆM ĐỘC HỌC (TOXICITY TEST) 5.3 NHỮNG YẾU TỐ CẦN THIẾT VÀ QUAN TRỌNG ĐỂ ĐO ĐỘC TÍNH

5.4 ĐÁNH GIÁ VÀ ƯỚC LƯỢNG LIỀU LƯỢNG

Nội dung môn học

CHƯƠNG 6 NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ RỦI RO ĐỘC HỌC MÔI

TRƯỜNG

6.1 PHƯƠNG PHÁP LUẬN

6.1.1 Phương pháp luận đánh giá các rủi ro, nguy hại của chất độc với môi trường

6.1.2 Phương pháp xét nghiệm độc học

6.2 NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ RỦI RO ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG

CHƯƠNG 7

ĐỘC TỐ HỌC VÀ SỨC KHỎE CỘNG ĐỒNG

7.1 KHÁI NIỆM OEL

7.2 CƠ SỞ THIẾT LẬP GIÁ TRỊ OEL

7.3 MỤC TIÊU VÀ GIỚI HẠN OEL

ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐỘC TỐ

HỌC MÔI TRƯỜNG

Environment is full of toxins

Định nghĩa

Độc học môi trường là một ngành khoa học

nghiên cứu mối quan hệ phức tạp giữa chất độc

và môi trường (đất, nước, con người, hệ sinh

thái…)

Độc học môi trường là một ngành học liên quan

đến các ngành khác như hóa học, lý học, sinh

học, sinh thái học, sinh hoá học, sinh lý học,

dược học thậm chí cả địa lý, lịch sử…

Con người và mối hiểm họa từ

các chất thải độc hại

Các lĩnh vực áp dụng

Đánh giá tác động môi trường

Cảnh báo, dự báo khả năng biến đổi môi

trường

Giám sát, quan trắc môi trường

Quản lý môi trường

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN NGÀNH ĐỘC TỐ HỌC MÔI TRƯỜNG

n Trước 1960: hình thành khái niệm độc học môi

trường (Minamata, Dioxin VN)

n Thập niên 70: sự phát triển vượt bực của khoa

học kỹ thuật trong hóa phân tính môi trường

n 1970-1980: Khẳng định rõ ràng mối liên quan

giữa chất độc trong môi trường và hậu quả của

nó lên sinh vật, chuỗi thức ăn và sức khỏe con

người (Dioxin Seveso)

Minamata - Japan

1400 người chết

2000 người bị ảnh hưởng

Dioxin - Vietnam

Seveso - YÙ

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN NGÀNH ĐỘC TỐ HỌC MÔI TRƯỜNG

n Năm 1979 Uûy ban bảo vệ Môi trường Mỹ (EPA

- Environmental Protection Agent –

www.epa.gov) và Uûy ban Môi trường châu Aâu

(CEE) ban hành những qui định đầu tiên trong

việc chấp thuận các sản phẩm hóa học theo khía

cạnh môi trường.

n Vào những năm cuối thập niên 80, ngành độc tố

học môi trường bắt đầu được đưa vào nghiên cứu

và giảng dạy trong các trường đại học

n Một số sách chuyên ngành cũng bắt đầu được

xuất bản kể cả tạp chí Độc học môi trường

(Environmental Toxicology).

LIÊN QUAN GIỮA ĐỘC TỐ HỌC MÔI

TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHIỆP HOÁ CHẤT

Ngành công nghiệp hóa chất vô cơ phát triển vũ

bão vào giữa thế kỷ 19

Đến đầu thế kỷ 20, công nghiệp hóa chất hữu cơ,

đặc biệt đứng đầu là công nghiệp hóa dầu

Cho tới cuối thế kỷ 20, sau đại chiến thế giới lần

thứ nhất, các công ty hóa chất tập trung phát

triển các sản phẩm dân dụng: công nghiệp nhựa,

sơn dầu, chất tẩy rửa và bảo vệ thực vật được ưu

tiên và phát triển với tốc độ không ngừng.

KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐỘC HỌC

Chất độc - Toxin

Thử nghiệm độc học (Toxicity test):

Giám sát chất độc

Khử độc - Detoxification

Cường độ tiếp xúc: acute, chronic

KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐỘC HỌC

Chỉ số giới hạn ngưỡng TLV (Threshold limit

LC50: Median lethal concentration

EC50: Median effect concentration

LOEC - Lowest observed effect concentration

NOEC - No observed effect concentration

Bài tập

Sinh viên vẽ sơ đồ mối quan hệ giữa

LC50, NOEC và LOEC

PHÂN LOẠI ĐỘC CHẤT

MÔI TRƯỜNG

PHÂN LOẠI ĐỘC CHẤT MÔI TRƯỜNG

♦ Nhóm chất ô nhiễm vi lượng

Phần lớn là nhóm tổng hợp nhân tạo, có thể gây

độc ở những nồng độ rất thấp và thường gây ra

những ảnh hưởng mang tính chất lâu dài qua các

thế hệ sinh vật

♦ Nhóm chất ô nhiễm đa lượng:

Thường là các hợp chất có trong tự nhiên hay

chất ô nhiễm với một nồng độ bất thường ngoài

Chất ô nhiễm vi lượng

1. Kim lọai nặng: Pb, Cu, Hg, Cd, Cr…

2. Hợp chất hữu cơ: dung môi mạch vòng

thơm, chất hữu cơ chứa Chlor, hợp chất

thơm chứa nhóm amin, chất dẻo, chất

chống cháy, chất tẩy rửa…

3 Nhóm thuốc bảo vệ thực vật: thuốc diệt

cỏ, trừ sâu, trừ nấm…

Kim loại nặng trong môi trường

Nguồn gốc

♦Công nghiệp hoá chất, chất tẩy, bột màu

♦Chế biến than, dầu mỏ

♦Công nghiệp luyện kim, điện tử

♦Giao thông

♦Công nghiệp mạ, phim ảnh

♦Điều chế phân bón và thuốc BVTV

Công cụ nghiên cứu độc học kim loại

Các nghiên cứu chuyên sâu về sự chuyển

hoá kim loại trong môi trường đòi hỏi các

phương pháp phân tích hiện đại mà chỉ có

những kỹ thuật hiện đại như máy quang

phổ hấp thu nguyên tử (AAS) những năm

gần đây mới đáp ứng được

Cơ sở đánh giá mức độ gây độc

♦ Các dạng ion (hóa trị) của một kim loại có khả

năng tạo các mức độ độc khác nhau

♦ Kim loại có thể tạo ra nhiều phức hợp bằng cách

hấp thụ bề mặt các chất hữu cơ hoặc các lọai

khoáng và mức độ gây độc khác nhau.

♦ Kim loại dạng hòa tan hay kim loại dạng hấp

thụ

Câu hỏi thảo luận

♦Tại sao độc tính kim loại giảm khi pH

tăng?

♦Tại sao độ cứng nước tăng làm độc tính

kim lọai giảm đi?

Độc học Thủy ngân

Hg - Mercury

Nguồn gốc tự nhiên

v Do hoạt động của núi lửa

v Bay hơi từ đất, nước mặt

v Phân hủy quặng

v Cháy rừng

Nguồn gốc nhân tạo

70% nguồn gốc do:

v Quá trình đốt cháy nhiên liệu dầu, than

v Các lò đốt chất thải

Còn lại do hoạt động:

v Sản xuất giấy

v Thuốc diệt nấm

v Sơn

v Công nghệ hàn, điện tử

Trong 20 năm gần đây, lượng Hg thải ra môi trường

khoảng 2000-6000 tấn/năm

Quá trình di chuyển trong môi trường

Nguồn gốc Hg

v Công nghiệp sản xuất Chlor và NaOH từ NaCl

v Công nghiệp điện

v Nha khoa

v Công nghiệp sơn

v Nông nghiệp

v Dược phẩm

Tính chất hóa lý của Hg

v Kim loại nặng, màu trắng bạc, thể lỏng

v Nhiệt độ nóng chảy – 38.49 độ C

v Nhiệt độ đông đặc – 357.25 độ C

v Độ dẫn điện kém

v Độ bay hơi cao

Dạng phát thải Hg

Hg trong môi trường

Các dạng tồn tại Hg trong môi

trường

v Thủy ngân tồn tại dưới dạng muối vơ cơ như:

HgCl2, HgCN, HgSO4, Hg(NO3)2

v Dạng hữu cơ Hg(CH3)2, (C2H5)2Hg

v Thủy ngân tồn tại dưới dạng muối vô cơ thì tan

trong nước và rất bền vững Nó chỉ được chuyển

thành thủy ngân hữu cơ khi vào cơ thể sinh vật

và nó có tính tích tụ sinh học rất cao

Hàm lượng Hg trong cơ thể sinh vật

Đánh giá độc học Hg

v Đánh giá tác động sinh dọc

v Động học và cơ chế

v Aûnh hưởng đến sức khỏe

Tác động sinh học

v Hg có khả năng khuyếch đại sinh học trong

chuỗi thức ăn bao gồm cả con người

v Quá trình methyl hóa thủy ngân chỉ được xảy ra

trong cơ thể sinh vật tạo thành methyl mercury

rất độc

v Thường muối Hg không tan và phải được oxy

hoá trước khi hấp thụ

Quá trình hấp thụ Hg

v Khoảng 80% thủy ngân dạng hơi hấp thu qua

phổi

v Ở dạ dầy người có thể hấp thu methyl thủy ngân

v Sau hấp thụ, Hg được oxy hoá và nằm trong các

mô trong vòng 4 ngày

v Chúng liên kết với các phân tử protein

v Tỷ lệ Hg trong máu và tóc có thể 1:250

Quá trình loại thải Hg

v Hg tồn tại dạng liên kết protein do đó khó thải ra

ngoài làm cản trở và gây hại tới máu, não

v Thời gian bán phân hủy trong cơ thể là 70 ngày

v Thời gian bán phân hủy Hg có thể ngắn hơn ở

trong máu tùy cơ thể (35-100 ngày: trung bình 50

ngày)

Một số trường hợp điển hình

Các dấu hiệu nhiễm độc Hg

v Các muối thủy ngân vô cơ làm tổn thương thận

v Thủy ngân hữu cơ làm ảnh hưởng hệ thần kinh

v Hợp chất bay hơi thủy ngân làm tổn thương hệ

hô hấp

v Hg vô cơ không tan trong máu để tới não nhưng

có thể đi tới các mô khác

v Các phân tử Hg dễ dàng đi từ mẹ qua nhau thai

làm nhiễm độc thai nhi

Liều lượng Hg ảnh hưởng

Kiểm soát ô nhiễm Hg

3 phương thức kiểm soát ô nhiễm Hg

v Luật pháp

v Chương trình hành động cụ thể

v Giám sát và quan trắc Hg

Một vài tiêu chuẩn Hg

Các chương trình cụ thể

v Hạn chế công nghệ sản xuất có sử dụng Hg hữu

cơ

v Thường xuyên giám sát hàm lượng Hg trong môi

trường và sinh vật

v Tìm nguyên liệu thay thế ít độc hại

v Có cảnh báo về độc hại Hg

Luật pháp

Thế giới:

v Luật môi trường kiểm soát ô nhiễm 1967, 1970

v Luật kiểm soát ô nhiễm nước 1970

v Quản lý chất thải và luật sức khỏe cộng đồng

1970

Việt nam:

Sinh viên thảo luận

ĐỘC HỌC CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ

CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ MẠCH VÒNG

NGUỒN GỐC

Được đưa vào môi trường một cách gián tiếp qua:

Các họat động công nghiệp

Giao thông

Họat động đô thị

Từ các bãi xử lý chất thải

Đôi khi chúng có mặt do các sự cố về môi trường.

Hydrocacbua Polycyclic Aromatic – PAHs

v PAHs không được tổng hợp do con người

Nguồn gốc:

v Khi đốt cháy các sản phẩm dầu khí.

v 50% số đó được sinh ra từ quá trình đốt nhiên liệu

dầu phục vụ công nghiệp điện và nhiệt, quá trình

đốt chất thải và luyện cốc

v Khỏang 30% có nguồn gốc từ họat động giao thông

Phân lọai PAHs

v Hiện có khỏang 16 loại PAHs được sinh ra

gây ô nhiễm hàng đầu

v Tiêu biểu có Naphthalene, Acenaphthene,

Fluorene, Anthracene, Pyrene, Phenanthren,

Fluoranthen, Benzopyrene…

Pyrene

Tác hại của PAHs

Hợp chất này được biết đến như những

nguyên nhân gây biến dị hay ung thư cho con

người

Các dung môi thơm

vòng đơn

Là các hợp chất hữu cơ thơm mạch vòng có khối

lượng phân tử thấp

Thường là những sản phẩm trong công nghiệp

hóa chất, cơ khí

Quá trình chuyển hóa Benzen và Toluen

Quá trình chuyển hóa Benzyl alcohol

Hợp chất thơm chứa gốc amin

Thường thì các hợp chất này ít có cơ hội xuất

hiện trong môi trường chỉ trừ trường hợp chất

thải từ các nhà máy hóa chất trực tiếp sản

Quá trình clo hóa hợp chất

Các hợp chất tạo dẻo

Thường đựơc sử dụng trong qui trình sản xuất các

sản phẩm là nhựa hay nilon

Chúng xuất hiện trong môi trường từ các nguồn

nước thải nhà máy, công trình xử lý nước thải tập

trung hay trong phân compost.

DEHP (DiEthylHexylPhtalate) là một chất độc hại

đáng lưu ý nhất.

Công thức cấu tạo

Các hợp chất chống cháy

Các hợp chất chóng cháy thường có mặt

trong các sản phẩm vật liệu xây dựng Có

hai lọai hợp chất chính:

Các hợp chất hữu cơ ester phospho: như

Triphenilphosphat

Các hợp chất chống cháy chứa brome: như

Các chất tẩy rửa

Các hợp chất tẩy rửa dân dụng và công

nghiệp chiếm khỏang 40-70% tổng sản phẩm

chất tẩy rửa

Có hai nhóm hợp chất tẩy rửa gây ô nhiễm

môi trường chủ yếu là:

§ Chất tẩy rửa nhóm anion LAS –

alkylbenzensulfonat

§ Nhóm chất tẩy rửa không phân cực

-alkylphenolpoliethoxylat

CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ CHỨA CHLOR

“Các sản phẩm tổng hợp dẫn xuất chứa Chlor

được tổng hợp rất nhiều phục vụ cho sản

xuất công nghiệp và nông nghiệp tòan cầu”

Tetrachloetylen CCl4

Tetrachloetylen CCl4 – là dung môi dùng

nhiều trong công nghiệp điện, sơn phủ

Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng đây là một

hợp chất có khả năng gây ung thư

Polyvinylchlorua (PVC)

Polyvinylchlorua (PVC): là vật liệu nhựa

được tổng hợp từ vinylchlorua và được dùng

rất rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày như

làm vật liệu xây dựng, ống nước, chai nhựa

dựng thức ăn…

Polychlorbiphenyl (PCBs)

Polychlorbiphenyl

(PCBs): gồm có nhiều

đồng phân PCB dùng

trong công nghiệp điện,

kỹ thuật điện, tụ điện,

công nghiệp sơn và

công nghiệp nhựa.

PCBs

Độ độc của PCBs phụ

thuộc vào cấu trúc

không gian của phân tử

Polychlorbiphenyl (PCBs)

Hầu hết 209 lọai PCBs được biết không tan

trong nước, chúng tan trong mỡ và không bị

phân hủy sinh học, không phân hủy hoa học

PCB là nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng

trong môi trường vì chúng rất ổn định, tích tụ

mô động vật và khuyếch đại trong chuỗi dinh

dưỡng…

Polychlorbiphenyl (PCBs)

PCBs làm ô nhiễm môi trường nước và gây

ảnh hưởng đến sự sinh sản của cá và các

động vật có xương sống trên cạn

Quan sát trứng chim bị nhiễm PCB thì chúng

dễ rạn, vỡ …và vì thế mà ảnh hưởng đến số

lượng quần thể trong thời gian dài

Sự khuyếch đại

sinh học PCBs

Pentachlorophenol (PCP)

Hay có trong các lọai thuốc trừ nấm, chất

bảo quản gỗ trong ngành xây dựng, gỗ trong

ngành đường sắt

Lọai hóa chất này gây độc qua đường hô hấp

và qua da, miệng…

Hiện nay đã bị cấm sử dụng ở nhiều nước

trên thế giới

DichoroDiphenylTrichloroethan (DDT):

DDT là hợp chất chứa chlor gây hậu quả rất độc

đối với sinh vật khi được thải ra trong môi trường.

Từ những năm 1940 được sử dụng làm thuốc diệt

côn trùng, gián, rết rất hiệu nghiệm

DDT tồn tại lâu dài trong môi trường, không phân

hủy sinh học và khả năng khuyếch đại sinh học cao

DDT tích tụ trong các mô mỡ, sữa mẹ và có khả

năng gây vô sinh cho động vật có vú, chim

ChloroFluoroCacbua (CFC)-Freon

Được đưa vào sử dụng vào những năm 1930.

Có rất nhiều ưu điểm: bền vững về cấu trúc hóa học, không

mùi, không cháy, không ăn mòn và quan trọng nhất là giá

rẻ

CFC được dùng rất nhiều trong công nghiệp nhựa, hỗn hợp

chất lỏng sinh hàn trong công nghiệp lạnh, máy điều hòa

nhiệt độ, tủ lạnh…

Người ta phát hiện ra CFC là một nguyên nhân làm thủng

tầng ozon và gây ảnh hưởng giám tiếp lên sức khỏe con

người: ung thư da…

Hiện nay đã hạn chế sử dụng.

Dioxin

Dioxin là tên gọi chung của khoảng 75 hợp

chất mạch vòng chứa chlor rất độc

Dioxin được tạo ra khi đốt các sản phẩm

chứa chlor, quá trình sản xuất giấy, nhựa

PVC, cháy rừng…

Trước kia dược sử dụng như một loại hóa

chất diệt cỏ

Khi đốt ở nhiệt độ > 1100 độ C trong 2 phút

thì có thể phân hủy được hợp chất này