Đánh giá hàm lượng và nguy cơ rủi ro gây ung thư của nhóm hợp chất hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs) trong bụi PM2 5 và PM10 tại khu vực hà nội

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT AhR Aryl hydrocarbons receptor Thụ thể hydrocacbon thơm BEQ Bioanalytical equivalent quantity Độ tương đương sinh học CALUX Chemical Activated LUciferase gene eXpre

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Lê Hồng Minh

ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG VÀ NGUY CƠ RỦI RO GÂY UNG THƯ CỦA NHÓM HỢP CHẤT HYDROCACBON THƠM ĐA VÒNG (PAHs)

TRONG BỤI PM2,5 VÀ PM10 TẠI KHU VỰC HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2018

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Lê Hồng Minh

ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG VÀ NGUY CƠ RỦI RO GÂY UNG THƯ CỦA NHÓM HỢP CHẤT HYDROCACBON THƠM ĐA VÒNG (PAHs)

TRONG BỤI PM2,5 VÀ PM10 TẠI KHU VỰC HÀ NỘI

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Lê Hữu Tuyến và PGS.TS Nguyễn Thị Hà , Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ emtrong suốt quá trình thực hiện luận văn thạc sỹ, kinh phí thực hiện các nội dung nghiên cứu được hỗ trợ từ nguồn kinh phí của đề tài nghiên cứu cơ bản mã số Nafosted 104.99-2015.88 do TS Lê Hữu Tuyến làm chủ nhiệm

Em xin chân thành cảm ơn lãnh đạo và tập thể cán bộ Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ môi trường, Đại học Khoa học tự nhiên đã tạo mọi điều kiện để em được đến thực tập và làm luận văn thạc sỹ tại trung tâm

Cuối cùng em xin cảm ơn các thầy, cô giáo Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã dành tâm huyết truyền đạt kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian học tập tại trường Xin cảm ơn bạn bè, người thân trong gia đình đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho

em hoàn thành tốt nhất khóa học tại trường

Hà Nội, tháng 12/2017 Học viên cao học

Lê Hồng Minh

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về các hợp chất hydrocacbon thơm đa vòng 3

1.1.1 Tính chất vật lý của PAHs 3

1.1.2 Tính chất hóa học của PAHs 6

1.2 Nguồn phát thải các hợp chất PAHs 6

1.3 Ô nhiễm PAHs trong không khí 8

1.4 Hàm lượng PAHs trong thực phẩm 11

1.5 Tình hình ô nhiễm các hợp chất PAHs trong không khí tại Hà Nội 13

1.6 Các phương pháp định lượng PAHs 14

1.6.1 Phương pháp xử lý mẫu 14

1.6.2 Các phương pháp phân tích công cụ 16

1.7 Các phương pháp thử nghiệm sinh học nhằm đánh giá độc tính 17

1.7.1 Tổng quan về các phương pháp thử nghiệm sinh học 17

1.7.2 Phương pháp CALUX 19

1.8 Các tác động của PAHs tới môi trường và sức khỏe con người 21

1.8.1 Tác động của PAHs tới môi trường 21

1.8.2 Nguy cơ rủi ro và ảnh hưởng đến sức khỏe của các hợp chất PAHs 21

1.8.2.1 Con đường phơi nhiễm với PAH 21

CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Đối tượng nghiên cứu 25

2.2 Phương pháp nghiên cứu 25

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu, thu thập và tổng hợp tài liệu 25

2.2.2 Phương pháp thu thập, bảo quản mẫu tại hiện trường 25

2.2.3 Thực nghiệm 30

2.2.4 Tính toán độc tính gây ung thư và đột biến gene 33

2.2.5 Tính toán rủi ro gây ung thư 33

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38

3.1 Hàm lượng PAH trong mẫu bụi đường đô thị 38

3.2 Các nguồn phát thải PAHs 48

3.3 Kết quả phân tích PAH-CALUX 50

3.4 Khả năng gây ung thư, đột biến gen và mức độ đóng góp của các PAH 50

3.5 Nguy cơ rủi ro gây ung thư của các hợp chất PAHs 54

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tính chất vật lý của một số hợp chất PAHs 4 Bảng 1.2 Tỉ lệ hấp phụ lên pha hạt của các hợp chất PAH 10

Bảng 2.2 Kết quả phân tích nồng độ mẫu PAHs chuẩn 33 Bảng 2.3 Khả năng gây ung thư của các hợp chất PAHs 35 Bảng 2 4.Giá trị các thông số để tính toán rủi ro gây ung thư 36 Bảng 3.1 So sánh hàm lượng PAHs trong bụi đường ở một số thành phố

PAH có trong mẫu bụi đường

50

Bảng 3.7 Giá trị CEQ, MEQ và tỷ lệ đóng góp vào tổng độc tính của các

PAH có trong mẫu bụi đường

524

Bảng 3.8 Tỷ lệ rủi ro gây ung thư của các hợp chất PAHs 54 Bảng 3.9 Tỷ lệ rủi ro gây ung thư khi tiếp xúc với PAH trong bụi PM10 và PM2,5 55

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của một số PAHs điển hình 5 Hình 1.2 Cơ cấu phát thải PAHs phạm vi toàn cầu và một số quốc gia 8 Hình 1.3 Mối quan hệ giữa khối lượng phân tử và áp suất hơi toàn phần toàn phần của PAHs

9

Hình 1.5 Các quá trình chuyển hóa BaP trong cơ thể 23

Hình 3.1 Hàm lượng tổng các hợp chất PAHs có trong mẫu bụi đường tại Hà Nội 39 Hình 3.2 Hàm lượng các hợp chất PAHs có trong mẫu bụi đường tại Hà Nội 40 Hình 3.3 Nồng độ trung bình của các hợp chất PAHs có trong mẫu bụi đường 41 Hình 3.4 Tỷ lệ các hợp chất PAH trong mẫu bụi đường 42 Hình 3.5 Hàm lượng PAHs trong bụi tại Hà Nội năm 2014 và 2016 (ng/g) 43 Hình 3.6 Tỷ lệ các hợp chất PAH có 2-3 vòng và 4-6 vòng trong bụi PM10 và PM2,5 46 Hình 3.7 Nồng độ PAH trong bụi PM2,5 và PM10 ở một số khu vực Hà Nội 49 Hình 3.8 Tỷ số BaP/BgP và IDP/IDP+BgP trong mẫu bụi đường 49 Hình 3.9 Tỷ số Flu/Flu+Pyr và Fluh/Fluh+Pyr trong mẫu bụi đường 49 Hình 3.10 Mức độ đóng góp vào khả năng gây ung thư (a) và gây đột biến gene (b) của các hợp chất PAH trong mẫu bụi đường

52

Hình 3.11 Mức độ đóng góp vào khả năng gây ung thư (a) và gây đột biến gene (b) của các hợp chất PAH trong mẫu bụi PM2,5 và PM10

54

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

AhR Aryl hydrocarbons receptor Thụ thể hydrocacbon thơm

BEQ Bioanalytical equivalent quantity Độ tương đương sinh học CALUX Chemical Activated LUciferase gene

eXpression

Phương pháp phân tích CALUX

CAFLUX Chemically Activated Fluorescent

Expression

Phương pháp phân tích CAFLUX

CEF Carcinogenic equivalent factor Hệ số gây ung thư tương

đương CEQ Carcinogenic equivalent quantity Độc tính gây ung thư tương

đương EPA Enviroment Protection Agency Cục Bảo vệ môi trường Hoa

Kỳ GC-MS Gas chromatography mass

tương đương NIOSH National Institue for Occupational

Safety and Health

Viện An toàn vệ sinh lao động quốc gia

OPAHs Oxygenated Policyclic aromatic

hydrocarbons

Dẫn xuất oxy hóa của PAHs

PAH Policyclic aromatic hydrocarbons Hydrocacbon thơm đa vòng POPs Persistant Organic Pollutants Hợp chất hữu cơ khó phân

hủy TCDD 2,3,7,8-Tetrachlorodibenzodioxin

TEQ Toxic Equivalent quantity Độ độc tương đương

TEF Toxic Equivalent Factor Hệ số độc tương đương WHO World Health Organization Tổ chức Y tế thế giới

MỞ ĐẦU

Các hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs - Polycyclic Aromatic Hyrocarbons)

là các hợp chất hữu cơ chỉ chứa C và H, có hai hay nhiều vòng thơm gắn với nhau tạo thành các hợp chất hữu cơ bền PAHs có nguồn gốc từ tự nhiên và do hoạt động của con người, bao gồm hơn 100 hợp chất khác nhau Theo Cục bảo vệ môi trường

Mỹ (EPA), PAHs được phân loại thành 16 hợp chất có cấu trúc điển hình và tiến hành quan trắc chúng môi trường, bao gồm 2 vòng thơm (Naphthalene), 3 vòng thơm (Acenaphthene, Acenaphthylene, Fluorene, Phenanthrene, Anthracene), 4 vòng thơm (Fluoranthene, Pyrene, Benzo[a]anthracene, Chrysene), 5 - 6 vòng thơm Benzo[b]fluoranthene, Benzo[e]pyrene, Benzo [a] pyrene, Indeno [1,2,3-c,d] pyrene, Benzo[g,h,i]perylene, Dibenz[a,h]anthracene PAHs có nguồn gốc từ tự nhiên và do hoạt động của con người Trong tự nhiên, PAHs được hình thành từ các

vụ cháy rừng và hoạt động của núi lửa Do hoạt động của con người, PAHs được hình thành chủ yếu từ các quá trình đốt cháy không hoàn toàn các vật liệu hữu cơ trong sản xuất công nghiệp: quá trình chế biến than, dầu thô và khí tự nhiên như luyện cốc, chuyển hoá than, tinh chế dầu mỏ, nhựa than đá, nhựa đường…; quá trình nấu, đúc khuôn nhôm, sắt, thép; quá trình đốt cháy các phế thải hữu cơ; khí từ động cơ đốt trong chạy bằng dầu diesel và các loại khí đốt; khói thuốc lá; các hoạt động đun nấu bằng củi, dầu …Khi phát thải vào môi trường sẽ tác động tới sinh vật

và con người Một số các PAHs có khả năng gây ung thư PAH có thể xâm nhập vào cơ thể người thông qua thức ăn (do khói thải chứa PAH từ việc đun nấu quyện vào thức ăn), nước uống, khí thở hoặc qua da khi trực tiếp tiếp xúc với vật liệu chứa

họ chất này Tính độc của mỗi chất trong họ PAH lại phụ thuộc vào công thức cấu tạo của chúng Nếu các PAH chứa từ 2 đến 3 vòng benzen thì khả năng gây ung thư

và đột biến gen khá yếu Trong khi đó, với các PAH chứa từ 4 đến 5 vòng benzen trở lên thì khả năng gây ung thư và đột biến gen là tương đối mạnh

Thành phố Hà Nội có lượng lớn ô tô và xe máy lưu thông mà không có bộ xử

lí khí thải Nhiều phương tiện kém chất lượng và không đạt tiêu chuẩn lưu hành Đây là một trong các nguồn có khả năng phát thải PAH vào không khí lớn, gây ảnh

hưởng nguy hại đến sức khỏe cộng đồng Trong những năm gần đây đã có một vài nghiên cứu về hiện trạng và ảnh hưởng của các hợp chất có khả năng gây ung thư ở khu vực Hà Nội, nhưng chỉ dừng lại đối với đối tượng mẫu bụi đường hoặc mẫu khí

mà chưa có nghiên cứu nào được thực hiện đối với các hạt bụi cỡ nhỏ có khả năng thâm nhập sâu vào cơ thể Do vậy rất cần thiết có những đánh giá nồng độ của PAHs tại Hà Nội nhằm đưa ra cảnh báo với cộng đồng, bảo vệ môi trường và đề

xuất giải pháp khắc phục Do đó tôi đã chọn nội dung “Đánh giá hàm lượng và nguy cơ rủi ro gây ung thư của nhóm hợp chất hy roc c on thơm v ng trong i M 2.5 và M 10 t i hu v c à N i”để thực hiện đề tài nghiên cứu

CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về các hợp chất hydrocacbon thơm đa vòng

Hydrocacbon thơm đa vòng PAHs (Polycyclic Aromantic Hydrocarbons- PAHs) là những hợp chất đa vòng giáp cạnh được cấu tạo từ một số nhân benzen đính trực tiếp với nhau, và chỉ chứa hai loại nguyên tử là cacbon và hydro PAHs được chia thành 2 nhóm: nhóm hợp chất có khối lượng phân tử thấp là các PAH có

số vòng benzen nhỏ hơn 4 vòng, và nhóm hợp chất có khối lượng phân tử cao là các PAH có từ 4 vòng benzen trong phân tử trở lên Có hàng trăm PAH riêng rẽ có thể được phát thải vào môi trường không khí Các PAH này thường tồn tại trong không khí ở dạng hỗn hợp phức tạp Người ta đã nghiên cứu và đã xác định được hơn 100 PAH có trên bụi trong không khí và khoảng 200 PAH có trong khói thuốc lá Trong

số các PAH có 16 PAH được quan tâm nhiều nhất, gồm acenaphthene, acenaphthylene, anthracene, fluoranthene, fluorene, naphthalene, phenanthrene, pyrene, benz[a]anthracene, benzo[b]fluoranthene, benzo[k]fluoranthene, benzo[g,h,i]perylene, benzo[a]pyrene, chrysene, dibenzo[a,h]anthracene, and

indeno[1,2,3-c,d]pyrene Công thức cấu tạo của các hợp chất này được trình bày ở

hình 1.1

1.1.1 Tính chất vật lý của PAHs

Ở điều kiện thường, PAHs nguyên chất tồn tại ở dạng rắn không màu, màu trắng, hoặc vàng nhạt [1] Ngoài ra PAH còn có nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy cao Ngoại trừ naphtalen, các PAH rất ít tan trong nước và độ hòa tan giảm theo chiều tãng khối lượng phân tử Tuy nhiên, chúng tan tốt trong các dung môi hữu cơ

và ưa chất béo Hệ số cân bằng octan – nước tương đối cao (Kow) Thông thường PAH hấp thụ yếu tia hồng ngoại có bước sóng nằm trong khoảng 7 - 14 μm [2] Công thức cấu tạo và một số tính chất vật lý của các PAHs như sau:

Bảng 1.2 Tính chất vật lý của một số hợp chất PAHs [2]

Tên gọi – Công thức phân tử

Nhiệt độ nóng chảy ( o C)

Nhiệt độ sôi ( o C)

Độ hòa tan trong nước ở 25 o C (μg/l)

Benzo[a]anthracene - C18H12 Không màu 150,4 393 153

Benzo[b]fluoranthene -C20H12 Không màu 168,3 481 1,2 Benzo[k]fluoranthene -C20H12 Vàng nhạt 215,7 480 0,76 Benzo[a]pyrene -C20H12 Vàng nhạt 178,1 496 3,8 Dibenzo[a,h]anthracene -

Benzo[g,h,i]perylene -C22H12 Vàng nhạt 278,3 545 0,26 Indeno[1,2,3-c,d]pyrene -

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của một số PAHs điển hình

1.1.2 Tính chất hóa học của PAHs

PAH là hợp chất tương đối trơ về mặt hoá học Do được cấu tạo từ những vòng benzen nên PAH có tính chất của hydrocacbon thơm: chúng có thể tham gia phản ứng thế và phản ứng cộng PAHs còn tham gia phản ứng quang hóa trong không khí Sau sự quang phân của PAH trong không khí, nhiều sản phẩm ôxi hóa

đã được hình thành, bao gồm quinon và endoperoxit PAH có thể phản ứng với oxit nitơ, axit nitric để hình thành các dẫn xuất nitơ của PAH và phản ứng với oxit lưu huỳnh, axit sulfuric trong dung dịch để hình thành sulfinic và axit sulfonic PAH cũng có thể tham gia phản ứng với ozon và gốc hydroxyl trong không khí thành các dẫn xuất OPAHs và OHPAHs [2]

1.2 Nguồn phát thải các hợp chất PAHs

PAHs có thể được phát thải vào không khí từ 2 nguồn: nguồn tự nhiên và nguồn do hoạt động của con người

Nguồn tự nhiên: PAHs có thể được phát thải từ các quá trình tự nhiên như núi lửa phun, quá trình hình thành đá, tạo trầm tích, cháy rừng…[2] Trong nhiều khu vực, cháy rừng và núi lửa phun là hai nguồn tự nhiên chính phát thải PAHs vào môi trường Tại Canada, mỗi năm cháy rừng phát thải khoảng 2.000 tấn PAH Theo ước tính của Ilnitsky et al (1977), các trận phun trào của núi lửa trên phạm vi toàn cầu phát thải khoảng 1,2 – 1,4 tấn benzo[a]pyrene

Nguồn do hoạt động của con người: Đây là nguồn chủ yếu phát thải PAH vào không khí Nguồn thải này có thể gồm các dạng chính sau:

- Quá trình sản xuất và sử dụng PAHs: Phát thải PAHs từ quá trình này là không đáng kể Chỉ một số ít PAH được sản xuất vì mục đích thương mại bao gồm: naphtalen, axenaphten, floren, antraxen, phenantren, floranthen, và pyren Các PAH này được dùng để sản xuất thuốc nhuộm, chất mầu, sản xuất các chất hoạt động bề mặt, chất phân tán, chất thuộc da, thuốc trừ sâu, một số dung môi, nhựa, chất dẻo…Trong đó, sản phẩm công nghiệp quen thuộc nhất là naphtalen Các sản phẩm

PAHs trên có thể được tách ra từ quá trình chế biến than, chủ yếu là nhựa than đá Naphtalen có thể được phân tách từ sự nhiệt phân cặn dầu, olefinẦ [2]

- Quá trình sản xuất và sử dụng các sản phẩm của than đá và dầu mỏ: Quá trình chuyển đổi than đá (quá trình hóa lỏng và khắ hóa), tinh chế dầu, tẩm creozot, nhựa than đá, nhựa đường từ các nhiên liệu hóa thạch có thể phát sinh ra một lượng đáng kể PAHs [2]

- Quá trình cháy không hoàn toàn: Bao gồm các nguồn đun nấu, sưởi ấm trong hộ gia đình sử dụng nhiên liệu than đá, than tổ ong, gỗ, mùn cưa, than hoa; các nguồn công nghiệp, nguồn giao thôngẦTrong đó các quá trình công nghiệp bao gồm: sản xuất điện đốt than, dầu; lò đốt rác thải; sản xuất nhôm (quá trình sản xuất cực anot than từ cốc hóa dầu mỏ và dầu hắc ắn); sản xuất thép và sắt; đúcẦNguồn giao thông sử dụng nhiên liệu xãng và dầu diesel đóng góp một phần quan trọng vào sự phát thải PAH vào không khắ Lýợng PAHs đýợc phát thải vào không khắ từ các dạng nguồn này dao động rất lớn, và phụ thuộc vào một số yếu tố nhý loại nhiên liệu, điều kiện đốt, và các biện pháp kiểm soát đýợc ứng dụng Tại Bắc Kinh-Trung Quốc, khói thải giao thông, đặc biệt là khói phát sinh từ xe sử dụng động cơ diesel,

và khói từ bếp lò đốt than trong hộ gia đình là những nguồn đóng góp chắnh vào nồng độ PAH ở đây [3] Còn ở Mexico kết quả thu được cho thấy khắ thải từ giao thông và từ lò đốt gỗ, đốt rác là các nguồn quan trọng phát sinh PAH [4]

Tổng lượng phát thải của 16 hợp chất PAHs quan trọng vào năm 2004 và

2007 lần lượt là 527 Gg/năm và 504 Gg/năm [5] Hình 1.2 mô tả sự đóng góp tương đối vào tổng lượng phát thải PAHs toàn cầu và ở một số quốc gia Ở phạm vi toàn cầu, nguồn nhiên liệu sinh khối, chủ yếu là củi và các phụ phẩm nông nghiệp, đóng góp 60,5% tổng lượng phát thải Tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch (12,8%) và nạn phá rừng/cháy rừng (11,2%) cũng là các nguồn phát thải PAHs quan trọng Cơ cấu phát thải PAHs có sự khác nhau giữa các quốc gia do cấu trúc sử dụng năng lượng, trình

độ phát triển, tài nguyên thiên nhiên Ở các nước đang phát triển như Ấn Độ, Trung Quốc, Indonesia, đốt sinh khối tại tại gia đình là nguồn phát thải PAHs quan trọng nhất Đây cũng là 1 nguồn phát thải quan trọng tại Mỹ, nơi mà người dân có xu

hướng sử dụng than củi để sưởi ấm vào mùa đông Ở các nước đang phát triển như Braxin, Angola, nơi có hàng triệu hecta rừng bị tàn phá mỗi năm, đóng góp chủ đạo cho sự phát thải PAHs (hơn 70%) Khí thải từ phương tiện giao thông cũng là một nguồn phát thải PAHs lớn Nguồn này đặc biệt quan trọng ở nhiều nước phát triển

Sự đóng góp tương đối của phát thải PAHs từ xe cộ đang gia tăng ở Trung Quốc và các nước khác dưới sự chuyển đổi kinh tế Các lò luyện cốc cũng là một nguồn quan trọng ở một số nước, bao gồm cả Trung Quốc và Nga Tuy nhiên, do sự suy giảm nhanh chóng của việc sử dụng lò nướng than cốc, lượng khí thải PAHs từ sản xuất than cốc cũng giảm nhanh

Hình 1.2 Cơ cấu phát thải PAHs phạm vi toàn cầu và một số quốc gia [5]

1.3 Ô nhiễm PAHs trong không khí

PAHs tồn tại nhiều nhất trong môi trường không khí do đây là nguồn tiếp nhận chính Sau khi phát tán vào bầu khí quyển, PAHs tồn tại ở 2 pha là pha khí và pha hạt [6] Các hợp chất hữu cơ có áp suất hóa hơi thấp như PAHs thường dễ hấp phụ lên pha hạt hơn các hợp chất có áp suất hóa hơi cao như benzene [7] Hình1.3

thể hiện mối tương quan giữa áp suất hơi toàn phần và khối lượng phân tử của các PAHs

Hình 1.3 Mối quan hệ giữa khối lượng phân tử và áp suất hơi toàn phần của

PAHs

Benzo[a]pyrene có áp suất hơi toàn phần thấp nhất và naphtalene có áp suất hơi toàn phần cao nhất Ngoài ra, tương quan giữa áp suất hơi toàn phần và khối lượng phân tử là khá tốt với hệ số tương quan là 0,9017 Những hợp chất PAHs với áp suất hơi toàn phần thấp hơn (ví dụ, benzo[a]pyrene) sẽ có khuynh hướng hấp phụ vào các hạt bụi hoặc sol khí, trong khi PAHs với áp suất hơi toàn phần cao hơn (ví dụ, napthalene) sẽ tồn tại nhiều hơn ở pha khí Tỉ lệ hấp phụ vào pha hạt của các hợp chất PAHs được trình bày ở bảng 1.2 [8]

Bảng 1.2 Tỉ lệ hấp phụ lên pha hạt của các hợp chất PAHs

Hợp chất PAHs

(số vòng thơm)

KLPT Áp suất hơi

toàn phần (Pa)[9]

Nồng độ hơi bão hòa (ng/m 3 )

Tỷ lệ hấp phụ lên pha

bụi (%)

[10] [11] [12]* [13] Naphatalene (2) 152 1,1 x 101 6,7 x 108 0 0 Acenapthylene (3) 164 1,3 x 10-1 8,6 x 106

Achenapthene (3) 166 4,0 x 10-1 2,7 x 107

Fluorence (3) 166 1,1 x 10-1 7,4 x 106 0

Anthracene (3) 178 8,7 x 10-4 6,2 x 104 3 0,5 Phenathrene (3) 178 2,0 x 10-2 1,4 x 106 3 12,4 1,9 0,4 Fluoranthene (4) 202 1,6 x 10-3 1,3 x 105 54 49,7 19,1 5,9 Pyrene (4) 202 4,4 x 10-4 3,6 x 104 57 61,4 29,6 7,5 Benz[a]anthracene (4) 228 2,1 x 10-6 1,9 x 102 97 89,4 62,7

Chyrense (4) 228 1,4 x 10-6 1,3 x 102 99

Benzo[b]fluoranthene (5) 252 1,0 x 10-6 1,0 x 102 100 92,2 92,3

Benzo[a]pyrene (5) 252 5,3 x 10-8 5,4 100 100 100 98,3 Dibenzo[a,c]anthracene

tuyết rơi, ánh sáng… Trong đó khu vực đô thị thường có nồng độ PAHs cao hơn nông thôn Nồng độ PAHs trong không khí trong mùa đông thường cao hơn các mùa khác [15,16] do:- Tăng mức phát thải PAH từ việc đốt nhiên liệu để sưởi ấm trong hộ gia đình- Tăng phát thải từ nguồn giao thông -Điều kiện khí tượng trong mùa đông làm giảm khả năng phân tán chất ô nhiễm - Sự phân hủy PAH do phản ứng quang hóa trong mùa đông giảm Tại Đức, những vùng bị ô nhiễm ở mức thông thường có nồng độ BaP trung bình dao động từ 2 – 5 ng/m3

Tại những vùng bị ô nhiễm nặng thì lượng này là 5 – 12 ng/m3 Những khu vực gần nguồn giao thông, đốt bằng than đá, khu vực công nghiệp, nồng độ BaP trung bình là 4 – 69 ng/m3[8]

Có nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy thành phố ở Mexico là một trong số những thành phố có tổng nồng độ PAH lớn nhất trên thế giới Tổng nồng độ PAH trên pha bụi trong không khí trên lòng đường tại Mexico có thể lên đến 50 – 910 ng/m3[4] Nghiên cứu tại Bắc Kinh (Trung Quốc) đã xác định sự biến đổi nồng độ PAH trên pha bụi theo các mùa trong năm Theo nghiên cứu nồng độ PAHs trên pha bụi tại đây nằm trong khoảng 28,53 – 362,15 ng/m3

và biến đổi phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi trường không khí Nồng độ PAH trong mùa đông (trung bình là 362,15 ng/m3) cao hơn trong mùa xuân và mùa hè (trung bình lần lượt là 77,98 ng/m3 28,53 ng/m3 ) [3]

1.4 Hàm lượng PAHs trong thực phẩm

Nồng độ PAHs trong thực phẩm xuất xứ từ thiên nhiên thường khá thấp Tuy nhiên nồng độ PAHs trong thực phẩm xuất xứ từ khu vực đô thị, khu công nghiệp cao hơn rất nhiều so với khu vực nông thôn Hoạt động chế biến thực phẩm như sấy khô, hun khói, làm chín ở nhiệt độ cao (nướng, rang, chiên) tạo ra lượng PAHs lớn

Ở thịt, cá hun khói hàm lượng PAHs ở mức 200 lg/kg thực phẩm, ở thịt nướng là

130 lg/kg Sử dụng kết hợp dầu ăn trong quá trình nấu nướng cũng sản sinh ra một lượng PAHs nhất định Loại và hàm lượng PAHs sinh ra tùy thuộc vào thời gian chế biến, loại nhiên liệu, khoảng cách tới nguồn nhiệt, cách thức chế biến [7] Sự nhiễm bẩn nước có thể dẫn đến sự hấp thụ PAHs thông qua nước uống và thực

phẩm nấu chín tăng lên Mức độ thường thấp hơn 1 ng/L trong nước uống [7] Một

số PAHs có trong thực phẩm trình bày ở Bảng 1.5 [20]

Bảng 1.3 Một số loại PAHs có trong thực phẩm

Cá Naphthalene, Flourene, Pyrene, Phenathrene,

Acenahthene, Acenaphthalene, 2-methy naphthalene, Benzo[a]pyrene, Chyrsene, Anthracene ,

Dibenzo[a,h]anthracene

Trái cây Naphthalene, Flourene, Pyrene, Phenathrene,

Acenahthene, Acenaphthalene, Benzo[a]pyrene, Cyrsene, Anthracene, Dibenzo[a,h]anthracene, Fluoranthene

Rau củ Naphthalene, Flourene, Pyrene, Phenathrene,

Acenahthene, Acenaphthalene, Benzo[a]pyrene, Anthracene, Dibenzo[a,h]anthracene, Fluoranthene, Benzo[b,j,k]flouranthene, Inden[1,2,3-cd]pyrene, Benzo[g,h,i]perylene

Tinh bột Pyrene, Phenathrene, Acenahthene, Benzo[a]pyrene

Benzo[b,j,k]fluoranthene , Benzo[a]anthrance Thịt Naphthalene, Benzo[g,h,i]fluoranthene, Flourene,

Pyrene, Phenathrene, Acenahthene, Acenaphthalene,2- methynaphthalene, Benzo[a]pyrene, Cyrsene, Anthracene, Benzo[a,h]anthracene

Trà, cà phê, ca cao Benzo[a]anthrance,Naphthalene,Pyrene

Benzo[a]fluoranthene, Inden[1,2,3-cd]pyrene , Benzo[a]pyrene, Dibenzo[a,h]anthracene, Perylene, Anthrance

Hải sản Naphthalene, Flourene, Pyrene, Phenathrene,

Acenahthene, Acenaphthalene, 2-methy naphthalene, Benzo[a]pyrene, Cyrsene, Anthracene

1.5 Tình hình ô nhiễm các hợp chất PAHs trong không khí tại Hà Nội

Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia giai đoạn 2012-2016 do Bộ TNMT phát hành đã cho thấy ô nhiễm bụi vẫn là vấn đề rất nổi cộm Số liệu thống kê cho thấy số ngày có giá trị AQI không đảm bảo ngưỡng an toàn với sức khỏe cộng động

do nồng độ PM10 vượt QCVN vẫn chiếm tỷ lệ lớn Đặc biệt là tại khu vực thủ đô Hà Nội Theo số liệu từ trạm quan trắc Nguyễn Văn Cừ, số ngày có AQI cao do nồng

độ PM10 cao hơn rất nhiều so với các địa phương khác như Phú Thọ, Huế, Đà Nẵng Nồng độ bụi cũng thay đổi qua các tháng trong năm, theo diễn biến mùa, điều này đượcthể hiện rõ ở khu vực miền Bắc Số liệu quan trắc tại trạm Nguyễn Văn Cừ (Hà Nội) cho thấy, ô nhiễm bụi (đặc biệt là bụi mịn) thường tập trung vào các tháng mùa đông, ít mưa (tháng 11-3)[17]

Cũng căn cứ theo báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia, các thông số ô nhiễm mới chỉ thể hiện ở nồng độ bụi PM2,5 và PM10 , các khí vô cơ như SO2, NOx, CO , chưa có số liệu về các hợp chất hữu cơ trong không khí, đặc biệt là các hợp chất có độc tính cao đối với con người như PAHs

Hiện nay, Việt Nam mới chỉ quy định nồng độ của naphatalen (TEF = 0,001) trong không khí khu vực làm việc là 40 mg/m3 (trung bình 8h, theo Quyết đình 3733/2002/QĐ-BYT Cũng chưa có nhiều nghiên cứu về nồng độ PAH trong không khí tại Việt Nam nói chung cũng như khu vực Hà Nội nói riêng Theo nghiên cứu của Vũ Đức Toàn (2007), nồng độ 17PAHs tại Thượng Đình, Bách Khoa, Chương Dương lần lượt là 168,88 ng/m3, 144,93 ng/m3 và 295,63 ng/m3 [18] So sánh với

nồng độ tổng 17PAH trong bụi tại Băng Cốc năm 2003 (21,74 ng/m3) có thể thấy sự

ô nhiễm PAH tại Hà Nội là lớn hơn đáng kể Nồng độ Benzo[a]pyrene tại các điểm lấy mẫu ở Hà Nội đều cao hơn tiêu chuẩn chất lượng không khí xung quanh của Ý (1 ng/m3) và Ấn Độ (5 ng/m3) Các PAH có hệ số độc tương đương cao khác như Dibenzo[a,h]anthracene (TEF bằng 1), Benzo[k]fluoranthene (TEF bằng 0,1), Benzo[a]anthracene (TEF bằng 0,1), Indeno[1,2,3-cd]pyrene (TEF bằng 0,1) cũng

có nồng độ rất đáng kể, từ 6,89 ng/m3 đến 128,41 ng/m3 [18] Như vậy, việc hít thở không khí hàng ngày tiềm ẩn khả năng gây ung thư rất lớn cho người dân tại các điểm trên

Nghiên cứu mới nhất của Lê Hữu Tuyến và các cộng sự vào năm 2014 cho thấy tổng nồng độ các PAH trong mẫu bụi đường phố tại Hà Nội đã tới mức 1.500 ng/g, gấp 3 lần ở khu vực nông thôn, nồng độ này thậm chí còn cao hơn thủ đô Bắc Kinh của Trung Quốc (922 ng/g), Cairo (700ng/g), Teheran, Iran (325ng/g)[19] Như vậy, nồng độ PAH trong bụi ở Hà Nội đang ở mức báo động và có xu hướng

tăng nhanh qua các năm

1.6 Các phương pháp định lượng PAHs

1.6.1 Phương pháp xử lý mẫu

Về cơ bản, phân tích PAHs trong mẫu bụi gồm các giai đoạn chính gồm

tách chiết chất phân tích ra khỏi nền mẫu, làm sạch dịch chiết mẫu để loại bỏ tạp

chất và phân tích định lượng trên thiết bị thích hợp

a) Các phương pháp chiết tách mẫu

Chiết Soxhlet

Phương pháp tiến hành với mẫu khô trên hệ chiết Soxhlet có thể tích ốngchiết 150-250mL tùy vào khối lượng mẫu cân chiết Hệ dung môi sử dụng để chiết mẫu có thể là toluen/diclometan/hexan (1/1/1, v/v/v) hoặc diclometan/hexan (1/1v/v) Sau khi chiết, dịch chiết mẫu được cho qua muối Na2SO4 để loại nước và

được tiến hành cô đuổi dung môi trên thiết bị cô quay chân không

Chiết lỏng rắn áp suất cao

Phương pháp được tiến hành bằng cách cân một lượng mẫu khô hoặc mẫu được trộn với lượng vật liệu nhồi phù hợp là vật liệu hấp thụ nước, sau đó đưa vào cột chiết thể tích 50 hoặc 100 ml Tiến hành chiết mẫu bằng hệ dung môi thích hợp như diclometan/hexan (1/1, v/v…) Dịch chiết được làm bay hơi về thể tích thích

hợp và chuyển sang công đoạn làm sạch

Chiết siêu âm

Phương pháp chiết siêu âm là phương pháp mới được sử dụng thay cho các phương pháp chiết truyền thống khác Phương pháp này được đánh giá là đơn giản,

dễ thực hiện và thời gian chiết ngắn Nguyên tắc của phương pháp là sử dụng sóng siêu âm để tách chất phân tích trong nền mẫu bằng dung môi thích hợp Mẫu khô được cân vào một ống nghiệm ly tâm sau đó bổ xung dung môi chiết như H2SO40,1M/acetone… Dịch chiết acetone được chuyển sang pha hexan và đưa sang công đoạn làm sạch

b) Các phương pháp làm sạch mẫu

Quá trình làm sạch mẫu được thực hiện bằng cách sử dụng hệ cột nhồi vật liệu hấp phụ multi-silica có tẩm hóa chất thích hợp, cột alumina và cột cacbon nhằm loại bỏ các chất ảnh hưởng, gây nhiễu cho quá trình phân tích định lượng PAH Quá trình này có thể được thực hiện bằng các hệ cột nhồi của hăng supelco, FMS hay hệ cột của hãng Seeds Tec

Làm s ch trên hệ c t Supelco: Dịch chiết mẫu được làm sạch trên hệ cột

nhồi gồm cột silica đa lớp (bao gồm AgNO3-silica, H2SO4-silica, KOH-silica và silica trung tính) ghép nối cột than hoạt tính đã hoạt hóa bằng dung môi Sau khi tiến hành rửa cột với 100 mL Hexan và dung môi qua cột được hứng thải, cột silica gel được tháo bỏ và tiến hành rửa cột cacbon đảo chiều với 100 mL toluen để thu chất phân tích

Làm s ch trên hệ làm s ch FMS: Dịch chiết được làm sạch áp dụng quy

trình làm sạch tự động trên thiết bị làm sạch do hãng FMS, Mỹ đưa ra sử dụng hệ cột làm sạch có sẵn gồm cột silica đa lớp to (28 g silica axit, 16 g silica bazo và 6 g

silica trung tính) và nhỏ (4g silica axit, 2 g silica bazo và 1g silica trung tính), cột nhôm bazo (8 g) và cột Cacbon (2 g) Chất phân tích được rửa giải bằng dung môi toluen

Làm s ch trên hệ làm s ch bán t ng SZ-DXN-PT050 Trong quá trình này,

các cột sắc ký đa lớp chứa vật liệu hập phụ silica gel bao gồm H2SO4-silica, AgNO3-silica và cột alumina được sử dụng để loại bỏ các chất gây ảnh hưởng tới việc định lượng của chất phân tích trong mẫu Quá trình làm sạch được thực hiện bằng hệ làm sạch bán tự động SZ-DXNPT050 của hãng Seeds Tec

1.6.2 Các phương pháp phân tích công cụ

Nhóm các phương pháp phân tích công cụ có thể đáp ứng các yêu cầu trên là nhóm thiết bị phân tích sắc ký khí ghép nối khổi phổ bao gồm: thiết bị sắc ký khí khối phổ phân giải cao (HRGC-HRMS), sắc ký khí ghép nối khối phổ ba lần tứ cực (GC-Triple Quadrupole MS), Sắc ký khí ghép nối khối phổ bẫy ion (GC- Ion trap MS)…Ưu điểm của thiết bị sắc ký khí ghép nối khối phổ là sự kết hợp hoàn hảo của sắc ký khí cho phép xác định chất phân tích trong mẫu với độ phân giải cao dựa vào

cơ chế làm giàu mẫu cùng chiều cao của pic sinh ra và khối phổ cho phép xác định chính xác từng thành phần chất phân tích có trong mẫu dựa vào tỉ số giữa khối lượng và điện tích (m/z) để xác định khối lượng ion phân mảnh của chất phân tích

Sự kết hợp này cho phép thiết bị có khả năng phân tích chính xác và riêng rẽ chất phân tích với hàm lượng siêu vết Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi phòng thí nghiệm phải đầu tư một nguồn vốn lớn cho thiết bị sắc ký khí khối phổ và duy trì hoạt động của thiết bị này Mặt khác phương pháp này cần thời gian phân tích lâu hơn, chi phí cho xử lý mẫu và giá thành phân tích mẫu đắt hơn nhiều so với các phương pháp khác Phương pháp này chủ yếu phục vụ cho các phân tích đòi hỏi độ chính xác cao và xác định riêng rẽ hàm lượng của từng thành phần trong mẫu

1.7 Các phương pháp thử nghiệm sinh học nhằm đánh giá độc tính

1.7.1 Tổng quan về các phương pháp thử nghiệm sinh học

Ngày nay, việc xác định và đánh giá độc tính của các hợp chất PAH trong mẫu còn được thực hiện bằng các phương pháp thử nghiệm sinh học Phân tích bằng công nghệ sinh học cho phép xác định nhanh các chất PAH trong mẫu, giảm thiểu chi phí phân tích, rút ngắn thời gian phân tích, đem lại những lợi ích về mặt kinh tế Nhóm các phương pháp phân tích bằng công nghệ sinh học được tóm tắt trong Bảng 1.6

Bảng 1.4 Các phương pháp thử nghiệm sinh học

(a) Q-PCR Phát hiện được sự gia tăng gen mRNA

CYP1A1 Từ đó tính được giá trị BEQ của PAHs

(b) CALUX Dòng tế bào tái tổ hợp được chuyển gen chỉ thị

luciferase của đom đóm, sau đó được tương tác với mẫu chứa PAHs Khi PAHs hoạt hóa AhR thì sẽ tạo thành phức chất AhR-ARNT, phức này kết hợp với DREs và gây ra sự biểu hiện gen chỉ thị luciferase Luciferase sẽ dễ dàng

được phân tích bằng thiết bị phân tích phát quang sau khi cho vào cơ chất luciferin

(c) CAFLUX Phân tích cũng giống như CALUX tuy nhiên lúc

này gen chỉ thị luciferase được thay bằng một protein có khả năng phát huỳnh quang xanh Giá trị BEQ của PAHs sẽ được xác định dựa trên cường độ phát huỳnh quang của chất chỉ thị (d) GRAB Mẫu được ủ với dịch bào tương của tế bào gan

có chứa AhR và ARNT PAHs sẽ thúc đẩy việc tạo ra phức AhR-ARNT Khi đoạn dò DNA có chứa gen DRE được đánh dấu bởi đồng vị 32P liên kết với phức chất trên thì tốc độ của DNA trên gel polyacrylamide sẽ chậm hơn so với DNA không có liên kết với phức chất

(II) Liên kết phối tử AhR PAHs trong mẫu sẽ cạnh tranh với đồng vị

TCDD trong việc liên kết với AhR Do đó nồng

độ PAHs trong mẫu tương ứng với sự giảm tính phóng xạ của AhR

(III) Phân tích miễn dịch

(a) ELISA

Phân tích này dựa trên liên kết giữa PAHs và kháng thể kháng PAHs PAHs trong mẫu sẽ cạnh tranh với chất chuẩn để liên kết với kháng thể Sau khi rửa trôi các phức KN-KT tự do, những KT lên kết với chất chuẩn cố định TCDD được phân tích sau khi liên kết với kháng thể thứ 2 được kết hợp với 1 enzyme.sau đó enzyme này sẽ được phân tích bằng 1 cơ chất đặc hiệu Hoặc theo cách bố trí thứ 2 là PAHs trong mẫu

sẽ cạnh tranh với chất chuẩn đã gắn với enzyme

trong quá trình liên kết với kháng thể đã cố định trên đĩa Dựa vào đường chuẩn được xây dựng dựa trên các nồng độ PAHs chuẩn ta sẽ suy ra được giá trị TEQ của PAHs

gene đáp ứng với PAHs và gen reporter mã hoá luciferase

Sơ đồ nguyên tắc của phương pháp được trình bày nhưsau:

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên tắc của phương pháp CALUX

Có thể giải thích một cách khái quát về nguyên tắc này như sau:

e

Đo cường độ quang phát ra

1) Các PAH liên kết với thụ thể AhR trong tế bào chất và kích hoạt các thụ

thể này

2) Sau đó các phức hợp HAH-AhR đi vào nhân tế bào và dimer hoá với thể

vận chuyển AhR trong nhân (ARNT)

3) Các phức hợp HAH-AhR/ARNT liên kết với một trình tự DNA cụ thể gọi

là yếu tố đáp ứng PAH

4) Liên kết của phức hợp HAH-AhR/ARNT với gene đáp ứng PAH kích hoạt sự phiên mã của các gen liên quan bao gồm gen mã hoá cytochrom CYP1A1

và luciferase

5) Các ARN thông tin (mARN) được phát tán vào tế bào chất

6) Các mARN được dịch mã tại các ribosom, tổng hợp nên các phân tử protein bao gồm CYP1A1 và luciferase

7) Các protein mới như CYP1A1 tạo ra các tác dụng sinh học và độc tính được quan sát thấy sau khi tiếp xúc với PAH

8) Hàm lượng PAH được xác định từ một đường cong liều lượng-đáp ứngcủa phản ứng phát quang của cơ chất luciferin xúc tác bởi enzym luciferase Như vậy, phương pháp này dựa trên cơ chế phân tử mà thông qua đó dẫn đến các tác dụng sinh học và độc tính của PAH và các hydrocarbon thơm liên quan, cụ thể là ứng dụng việc các chất này có khả năng kích hoạt thụ thể hydrocarbon thơm (AhR) và

cơ chế dẫn truyền tín hiệu AhR Trong các tế bào sinh vật, các quá trình phiên mã

và giải mã của tế bào dẫn đến kết quả cuối cùng là sự gia tăng lượng enzym cytochrom P450 như CYP1A1 Trong phương pháp CALUX, trình tự gen mã hoá CYP1A1 được thay thế bởi kỹ thuật gen tái tổ hợp bằng một gen reporter,chẳng hạn

gen mã hoá enzym luciferase, xúc tác cho phản ứng phát quang của luciferin

Ưu iểm củ phương pháp

Kỹ thuật CALUX có ưu điểm là giá thành rẻ, thời gian phân tích nhanh, không đòi hỏi quá lớn khoản đầu tư trang thiết bị, máy móc ban đầu và điều kiện bảo trì, bảo dưỡng, nên phù hợp với điều kiện tại Việt Nam Đặc biệt, việc định

lượng tổng BEQ qua cơ chế tác động lên thụ thể AhR của tế bào giúp cho giá trị BEQ có mối liên hệ chặt chẽ hơn với cơ chế tác động của PAH lên cơ thể sinh vật

Vì thế, việc sử dụng chỉ số BEQ của kỹ thuật CALUX trong các nghiên cứu về độc học môi trường để tìm hiểu mối liên quan giữa phơi nhiễm PAH và sức khỏe, bệnh tật rất có ý nghĩa

1.8 Các tác động của PAHs tới môi trường và sức khỏe con người

1.8.1 Tác động của PAHs tới môi trường

PAHs được phát tán trực tiếp vào khí quyển hoặc bốc hơi từ môi trường đất, nước vào không khí PAHs thuộc nhóm các hợp chất hữu cơ khó phân hủy (POPs) nên chúng thường tích tụ ở trầm tích đáy [1].Tính độc của PAHs đối với sinh vật dưới nước bị phụ thuộc bởi quá trình trao đổi chất và oxy hóa Các PAHs thể hiện độc tính cao hơn khi có mặt tia cực tím Các PAHs khó phân hủy trong môi trường,

và có thể tích lũy sinh học Nồng độ các PAHs trong cá và động vật nhuyễn thể cao hơn nhiều so với nồng độ PAHs trong môi trường nước Thực vật có thể hấp thụ các PAHs từ đất thông qua rễ và vận chuyển chúng sang các bộ phận khác của cây trồng Liều lượng hấp thụ phụ thuộc vào nồng độ PAHs, độ tan trong nước, tính chất đất PAHs trong đất là không gây độc đối với động vật không xương sống trên cạn, trừ khi đất bị ô nhiễm PAHs nặng Động vật có vú có thể hấp thụ các PAHs theo nhiều con đường khác nhau, ví dụ: hô hấp, tiếp xúc qua da, tiêu hóa Việc nghiên cứu đánh giá các tác động tới môi trường và sinh vật của PAHs còn hạn chế Một số loại thực vật có chứa các chất có thể bảo vệ chống lại các ảnh hưởng của PAHs Một số loài khác có thể tổng hợp PAHs như một yếu tố kích thích tăng trưởng [20]

1.8.2 Nguy cơ rủi ro và ảnh hưởng đến sức khỏe của các hợp chất PAHs 1.8.2.1 Con đường phơi nhiễm với PAH

Con người có thể bị nhiễm PAHs thông qua thức ăn, nước uống, khí thở, hoặc trực tiếp tiếp xúc với các vật liệu có chứa PAHs Con đường chính tiếp xúc với PAHs trong quần thể dân cư nói chung là hít thở không khí xung quanh và trong nhà, ăn uống, chế biến thực phẩm, hút thuốc, hoặc khói từ lò sưởi [7][21] Phơi

nhiễm nghề nghiệp cũng có thể xảy ra ở người lao động hít phải khói thải như người bán hàng rong, cảnh sát giao thông, công nhân khai thác mỏ, hoặc làm việc trong lĩnh vực lọc hóa dầu Liều lượng hấp thụ PAHs sẽ tăng lên nếu phơi nhiễm với nhiều nguồn phát thải PAHs

Ảnh hưởng của các PAHs đối với sức khoẻ con người phụ thuộc chủ yếu vào thời gian và cách thức phơi nhiễm, tuổi tác, tình trạng sức khỏe của cá nhân bị phơi nhiễm, liều lượng của các PAHs, cũng như độc tính tương đối của PAHs [7] Ảnh hưởng của PAHs tới sức khỏe trong thời gian ngắn chưa rõ ràng Công nhân làm việc ở nơi có nồng độ PAHs cao có thể gặp các triệu chứng như kích ứng mắt, buồn nôn, nôn mửa [7] Antracene và benzo[a]pyrene được cho gây kích ứng trên da ở động vật và con người [7] Các ảnh hưởng sức khoẻ do tiếp xúc lâu dài hoặc mãn tính với các PAHs có thể bao gồm giảm chức năng miễn dịch, đục thủy tinh thể, thận và tổn thương gan (ví dụ như vàng da), các vấn đề về hô hấp,các triệu chứng giống như hen, và các bất thường chức năng phổi Trong khi đó, tiếp xúc lặp lại với

da có thể làm đỏ và viêm da Naphthalene có thể gây ra sự phá vỡ các tế bào hồng cầu nếu hít phải hoặc nuốt phải với số lượng lớn [7,23]

1.8.2.2 Khả năng gây ung thư

Cơ quan Nghiên cứu Quốc tế về Ung thư (IARC) đã phân loại một số PAHs gây ung thư, có khả năng, hoặc có thể gây ung thư ở người (Nhóm 1, 2A hoặc 2B) Trong số này là benzo[a]pyrene (nhóm 1), naphtalen, chrysene, benz[a]antracene, benzo[k]fluoranthene và benzo[b]fluoranthene (Nhóm 2B) [22] Khả năng ung thư của một PAH có thể được biểu thị qua hệ số CEF (Carcinogenic equivalency factor) Những PAHs trong phân tử có 2 đến 3 vòng benzen thì khả năng gây ung thư và đột biến gen thường rất yếu Chỉ những PAH có 4 đến 5 vòng thơm trở lên mới bắt đầu xuất hiện khả năng gây ung thư và đột biến gen mạnh Tuy nhiên hoạt tính ung thư thường chỉ tập trung vào các PAH có 4, 5, 6 vòng thơm Các PAH có cấu trúc phân tử góc cạnh có hoạt tính ung thư nguy hiểm hơn cấu trúc thẳng [23]

Thụ thể hydrocarbon thơm (arylhydrocarbon receptor-AhR) đóng một vai trò trung gian trong cơ chế tác động của PAHs đối với cơ thể sống AhR là một protein

đóng vai trò phiên mã (transcription factor) tham gia vào quá trình điều hoà các đáp ứng sinh học đối với tác nhân hydrocarbon thơm Thụ thể AhR khi được hoạt hoá bởi hydrocarbon thơm sẽ kích hoạt quá trình biểu hiện gen và sinh tổng hợp các enzym nhóm cytochrom P450 (CYPs), đây là các enzym tham gia trong quá trình chuyển hoá chất ngoại lai như hydrocarbon thơm PAHs được chuyển hóa bởi CYPs

và các enzyme chuyển hoá khác thành phenol, catechol và quinones Các hoạt động chuyển hóa này gây ra các đáp ứng sinh học bất thường dẫn đến các tác động kích thích hoặc kìm hãm sự sao chép của hàng loạt các gen khác nhau và gây ra những tổn thương về bệnh lý như hoại tử tế bào, chết tế bào, tăng sản, giảm sản hoặc loạn sản ở tế bào, phát triển khối u [25,26,27]

Hình 1.5.Các quá trình chuyển hóa BaP trong cơ thể [24]

1.8.2.3 Khả năng gây đột biến gene

Khả năng gây đột biến gene đối với một số PAH đã được chứng minh cả ở động vật gặm nhấm và các xét nghiệm in vitro ở động vật có vú Các PAHs gây đột biến gene thông qua quá trình chuyển hóa thành các diol epoxit PAHs trải qua nhiều phép biến đổi trao đổi chất có thể dẫn đến sự hình thành các dẫn xuất electrophilic (ví dụ: diolepoxit, quinone, dẫn xuất hydroxyalkyl liên hợp) có khả năng tương tác cộng hóa trị với các trung tâm nucleophilicmacromolecules Cơ chế gây đột biến của PAHs đã được nghiên cứu chủ yếu thông qua benzo[a]pyrene và benzo[a]pyrene-7,8-diol-9,10-epoxit (BaPDE) Benzo[a]pyrene và BaPDE gắn vào axit nucleic tại vị trí các nhóm amin ngoại trừ các purin Bản đồ gene khi gắn kết với BaPDE gây ra cho thấy có tần suất chuyển đổi G>T Thí nghiệm trên chuột với BaP cung cho thấy sự dịch chuyển tương tự Ngoài việc thay thế cặp bazo, cấu trúc cồng kềnh của PAH khi gắn với bazơ DNA cũng tạo ra nhiều thay đổi về nhiễm sắc thể [7,20,25]

1.8.2.4 Các ảnh hưởng tới thai nhi

Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm được thực hiện trên chuột đã chứng minh rằng tiêu hóa thức ăn có hàm lượng BaP cao trong thời kỳ mang thai dẫn đến

dị tật bẩm sinh và giảm trọng lượng cơ thể ở con cái [26] Thí nghiệm này chưa khẳng định được nguy cơ với con người Tuy nhiên, một số báo cáo đã chứng minh rằng tiếp xúc với PAHs khi mang thai có liên quan đến kết quả sinh đẻ bất lợi bao gồm trọng lượng trẻ sơ sinh thấp, sinh non, và dị tật tim [26] Tiếp xúc cao với PAHs trước khi sinh cũng liên quan với trí tuệ khi trẻ 3 tuổi, tăng cao các hành vi bất thường ở lứa tuổi sáu và tám, và hen suyễn ở trẻ em [26] Máu dây rốn của trẻ

sơ sinh phơi nhiễm PAHs cho thấy một số tổn thương tới DNA có thể dẫn tới ung thư [27]

CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là các hợp chất PAH tồn tại trong pha bụi

PM10 và PM2,5 tại các tuyến đường giao thông thông dụng và một số điểm dân cư của nội thành Hà Nội (khu vực đô thị)

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu, thu thập và tổng hợp tài liệu

Thu thập, tổng hợp các tài liệu, các công trình nghiên cứu có liên quan đến vấn đề nghiên cứu Các nghiên cứu, bài báo về nguồn thải, sự phát tán trong không khí, hấp phụ lên bụi, độc tính của các hợp chất PAHs, các phương pháp phân tích hợp chất PAHs, đánh giá rủi ro… Từ đó, xác định các vấn đề, cũng như các thực nghiệm cần thiết cho việc tiến hành thực hiện các nội dung của luận văn

2.2.2 Phương pháp thu thập, bảo quản mẫu tại hiện trường

a Mẫu bụi đường

Mẫu bụi đường được thu thập theo quy trình đã công bố tại một số nghiên cứu trước đây [19][28] Mẫu được thu thập trên một khu vực có kích thước dài 50 m và rộng 0,5 m bằng chổi quét sát lề đường Chổi quét được rửa sạch bằng nước cất trước khi sử dụng và thay thế sau mỗi lần lấy mẫu Mỗi mẫu bụi (300g/mẫu) được đựng trong túi nhôm hàn kín và bảo quản ở -25oC trước khi tiến hành phân tích tại phòng thí nghiệm

Bảng 2.1 Vị trí lấy mẫu Tên

HN1 Đường Xã Đàn 21°01'00.2"N

105°50'00.3"E

Dài 1,5 km Đây là tuyến đường có mật độ giao thông lớn, thường xuyên xảy ra ùn tắc vào giờ cao điểm, đặc biệt là từ cửa hầm Kim Liên đến ngã tư Xã Đàn với Phạm Ngọc Thạch

HN3 Đường Lê Văn Lương 21°00'00.1"N

105°48'00.2"E

Tuyến giao thông huyết mạch phía Tây Nam Hà Nội, tuyến đường dài 2,7 km tập trung hơn 40 tòa chung cư 25-40 tầng và nhiều dự án tương tự đang triển khai

HN4 Đường Trần Nhân

Tông

21°01'00.0"N 105°51'00.1"E

Tuyến đường có mật độ giao thông trung bình

HN6 Khu Ngoại giao đoàn

Bắc Từ Liêm

21°04'00.3"N 105°48'00.0"

Khu vực tập trung nhiều dự

án nhà cao tầng đang triển khai, gần tuyến đường Phạm Văn Đồng-cửa ngõ phía Bắc của Hà Nội

105°50'00.3"E

Dài 1,5 km Đây là tuyến đường đê nối khu vực Long Biên với quận Tây Hồ Lưu

lượng giao thông thấp hơn các tuyến đường nội thành

HN8 Tạ Quang Bửu 21°00'00.3"N

105°51'00.4"E

Dài 1,2km Khu vực này có mật độ giao thông cao do đây là khu vực đông dân cư, tập trung nhiều trường đại học lớn như Bách Khoa, Kinh tế, Xây dựng

HN9 Trung Yên 21°01'00.5"N

105°48'00.1"E

Là khu đô thị mới, tập trung nhiều hoạt động thương mại, dịch vụ Trong khu vực còn nhiều công trình nhà ở đang xây dựng

HN10 Tây Mỗ

21°01'00.1"N 105°45'00.6"E Khu vực ngoại thành Hà Nội, mật độ dân số và lưu

Trong khu vực có các nhà máy như Thuốc lá Thăng Long, Xà phòng Hà Nội

CG Đường Cầu Giấy 21°02'08.4"N

105°47'30.4"E

Tuyến đường đang thi công đường sắt trên cao nên thường xuyên tắc nghẽn

GV Ngã tư Giảng Võ 21°01'46.2"N

105°49'37.4"E

Lưu lượng phương tiện qua nút Láng Hạ - Đê La Thành vào giờ cao

điểm là rất lớn Nút thường xuyên xảy ra ùn tắc do các tuyến đường xung quanh nhỏ, không đảm bảo được lưu thông thông suốt vào giờ cao điểm

Hình 2.1 Mô hình thiết bị tách bụi đa tầng

Đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng (QA/QC)

QA/QC trong lấy mẫu là rất cần thiết để đảm bảo chắc chắn là không có sự

lây nhiễm bẩn chéo và nếu có thì kiểm soát được mức lây nhiễm bẩn do dụng cụ

trong quá trình lấy mẫu Để tránh lây nhiễm bẩn trong quá trình lấy mẫu, trước khi

lấy hoặc giữa các lần lấy mẫu, tất cả dụng cụ lấy mẫu phải được rửa sạch Dùng loại

nước rửa thường sử dụng để rửa dụng cụ phòng thí nghiệm pha với nước sạch (nước

sinh hoạt) Rửa tiếp 3 lần bằng dung môi hexan, rồi axeton Mẫu QA/QC chiếm

khoảng 5% tổng sốmẫu đã lấy, bao gồm mẫu trắng hiện trường (mẫu nước tráng rửa

dụng cụ sau khi đã rửa sạch giữa các lần lấy mẫu), mẫu lặp duplicate trong lấy mẫu

của một vị trí và mẫu chia từ một bình đựng mẫu

d > 10µm

10 µm > d > 2,5µm

d < 2,5µm Dòng khí vào

Bộ tách bụi