Nghiên cứu sự ô nhiễm MANGAN trong nước giếng khoan và sự tích lũy trong cơ thể người dân tại xã thượng cát huyện từ liêm hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN - Trần Hoàng Mai NGHIÊN CỨU SỰ Ô NHIỄM MANGAN TRONG NƢỚC GIẾNG KHOAN VÀ SỰ TÍCH LŨY TRONG CƠ THỂ NGƢỜI DÂN TẠI XÃ THƢỢNG CÁT, HUYỆN TỪ LIÊM, HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN - Trần Hồng Mai NGHIÊN CỨU SỰ Ơ NHIỄM MANGAN TRONG NƢỚC GIẾNG KHOAN VÀ SỰ TÍCH LŨY TRONG CƠ THỂ NGƢỜI DÂN TẠI XÃ THƢỢNG CÁT, HUYỆN TỪ LIÊM, HÀ NỘI Chun ngành: Hóa phân tích Mã sớ: 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS Phạm Hùng Việt Hà Nội - 2012 Lời cảm ơn Lời đầu tiên, em bày tỏ lịng kính trọng biết ơn thầy GS.TS Phạm Hùng Việt, người giao đề tài tận tình hướng dẫn em hồn thành luận văn Em trân trọng cảm ơn cô TS Phạm Thị Kim Trang dìu dắt tạo điều kiện tốt để em hoàn thành luận văn Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới anh chị bạn trung tâm Nghiên Cứu Công Nghệ Môi Trường Phát Triển Bền Vững, trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên nhiệt tình giúp đỡ em suốt trình làm việc, học tập nghiên cứu Xin cảm ơn hỗ trợ kinh phí thiết bị dự án “Nghiên cứu nguồn nước Việt Nam” (VietAs – pha II) đề tài “Đánh giá mức độ ô nhiễm mangan nước giếng khoan nguy tác động sức khoẻ người dân vùng đồng sông Hồng, miền Bắc Việt Nam” mã số 105.09.59.09 Quỹ phát triển khoa học công nghệ quốc gia NAFOSTED tài trợ Em xin gửi tới thầy cô giáo trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội đặc biệt thầy khoa Hóa Học lòng tri ân sâu sắc Cuối cùng, từ sâu thẳm trái tim mình, cảm ơn gia đình, cảm ơn bố mẹ bên quan tâm, ủng hộ, động viên để có ngày hơm Hà Nội ngày 25/3/2012 Học viên Trần Hoàng Mai MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU CHƢƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Khái quát mangan 1.1.1 Tính chất vật lý tính chất hóa học 1.1.2 Những ứng dụng mangan hợp chất mangan 1.1.3 Vai trò mangan sống 1.2 Vấn đề ô nhiễm mangan nƣớc ngầm 1.2.1 Ô nhiễm mangan nƣớc ngầm giới 1.2.2 Ô nhiễm mangan nƣớc ngầm Việt Nam 10 1.3 Mangan thể ngƣời 13 1.3.1 Sự hấp thụ chuyển hóa mangan thể ngƣời 13 1.3.2 Nhiễm độc mangan ảnh hƣởng tới sức khỏe ngƣời 14 1.3.3 Sự tích lũy mangan tóc 16 CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21 2.1 Địa điểm đối tƣợng nghiên cứu 21 2.1.1 Địa điểm nghiên cứu 21 2.1.2 Đối tƣợng nghiên cứu 22 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 23 2.2.1 Phƣơng pháp lấy mẫu 23 2.2.2 Phƣơng pháp vơ hóa mẫu tóc 23 2.2.3 Phƣơng pháp phân tích mangan quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS 25 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 27 3.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 27 3.1.1 Hóa chất 27 3.1.2 Dụng cụ 27 3.1.3 Thiết bị 27 3.2 Thực nghiệm 28 3.2.1 Phân tích mẫu nƣớc 28 3.2.1.1 Lấy mẫu bảo quản mẫu 28 3.2.1.2 Xây dựng đƣờng chuẩn phân tích mangan 29 3.2.1.3 Chuẩn bị dung dịch kiểm chứng 29 3.2.1.4 Chuẩn bị mẫu phân tích 30 3.2.2 Phân tích mẫu tóc 30 3.2.2.1 Lấy mẫu bảo quản mẫu 30 3.2.2.2 Xử lí mẫu 30 3.2.3 Hiệu suất thu hồi độ lặp lại 32 3.2.3.1 Xác định hiệu suất thu hồi 32 3.2.3.2 Kiểm tra độ lặp lại qui trình phân tích mẫu tóc 33 3.2.4 Phƣơng pháp xử lý số liệu 33 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 4.1 Độ tin cậy qui trình phân tích 34 4.1.1 Giới hạn phát giới hạn định lƣợng thiết bị 34 4.1.2 Đƣờng chuẩn phân tích mangan 34 4.1.3 Hiệu suất thu hồi mẫu tóc kiểm chứng 35 4.1.4 Hiệu suất thu hồi mẫu tóc thêm chuẩn 36 4.1.4 Độ lặp lại qui trình phân tích mẫu tóc 37 4.2 Ô nhiễm mangan nƣớc giếng khoan khu vực nghiên cứu 38 4.3 Sự tích lũy mangan tóc ngƣời dân khu vực nghiên cứu 44 4.3.1 Hàm lƣợng mangan tóc ngƣời Thƣợng Cát Nghĩa Dân 44 4.3.2 Ảnh hƣởng độ tuổi đến tích lũy mangan tóc 51 4.3.3 Ảnh hƣởng giới tính đến tích lũy mangan tóc 54 KẾT LUẬN 57 KIẾN NGHỊ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC 65 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT * AAS: Atomic Absorption Spectroscopy- quang phổ hấp thụ nguyên tử * CRM: Cetificate Reference Material * P.P: polypropylen * MMT: Methylcyclopentadienyl Mangan Tricacbonyl * SOD: enzym superoxide dismutase * WHO: World Health Organization- tổ chức y tế giới * PMS: triệu chứng tiền kinh nguyệt phụ nữ DANH MỤC HÌNH Hình số Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Nội dung Bản đồ phân bố nồng độ Mn vùng Araihazar, Băng-la-đét Bản đồ phân bố nồng độ Mn nƣớc giếng khoan số tỉnh đồng sông Hồng Bản đồ phân bố nồng độ Mn nƣớc giếng khoan số tỉnh đồng sơng Mê-kơng Trang 11 12 Hình 2.1 Địa điểm nghiên cứu 21 Hình 2.2 Sơ đồ khối thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS 25 Hình 3.1 Lọc mẫu nƣớc 28 Hình 3.2 Qui trình phân tích Mn mẫu tóc 31 Hình 3.3 Một số hình ảnh xử lí mẫu tóc 32 Hình 4.1 Đƣờng chuẩn Mn thiết bị AA-6800 35 Hình 4.2 Sự phân bố nồng độ Mn Thƣợng Cát Nghĩa Dân 39 Hình 4.3 Ơ nhiễm Mn nƣớc giếng khoan Thƣợng Cát 40 Hình 4.4 So sánh nồng độ Mn Thƣợng Cát với số khu vực khác 41 Hình 4.5 Sự phân bố Mn theo độ sâu 43 Hình 4.6 Sự phân bố Mn mẫu tóc ngƣời Thƣợng Cát Nghĩa Dân 44 Hình 4.7 Hàm lƣợng Mn trung bình tóc ngƣời Thƣợng Cát Nghĩa Dân 45 Hình 4.8 So sánh hàm lƣợng Mn tóc ngƣời Thƣợng Cát với số khu vực 47 Hình 4.9 Sự phân bố Mn tóc ngƣời Thƣợng Cát Nghĩa Dân 48 Hình 4.10 So sánh hàm lƣợng Mn mẫu tóc Thƣợng Cát Nghĩa Dân 49 Hình 4.11 Nguy gây ảnh hƣởng tới sức khỏe ngƣời nhiễm độc Mn 50 Hình 4.12 Ảnh hƣởng độ tuổi đến tích lũy Mn tóc 53 Hình 4.13 Ảnh hƣởng giới tính đến tích lũy mangan tóc 56 DANH MỤC BẢNG Bảng số Nội dung Bảng 1.1 Một số thông số vật lí quan trọng Mn Bảng 1.2 Tiêu chuẩn Mn nƣớc uống số tổ chức, quốc gia Bảng 1.3 Tóm tắt số nghiên cứu ô nhiễm Mn nƣớc ngầm Việt Nam 10 Tóm tắt số nghiên cứu tích lũy Mn tóc phơi nhiễm từ Bảng 1.4 nguồn nƣớc Trang 17 Bảng 2.1 Các mẫu nƣớc mẫu tóc Thƣợng Cát Nghĩa Dân 22 Bảng 2.2 Chƣơng trình xử lí mẫu tóc lị vi sóng 24 Bảng 4.1 Xác định giới hạn phát giới hạn định lƣợng thiết bị 34 Bảng 4.2 Hiệu suất thu hồi mẫu tóc kiểm chứng 35 Bảng 4.3 Hiệu suất thu hồi mẫu tóc thêm chuẩn 36 Bảng 4.4 Độ lặp lại qui trình phân tích mẫu tóc 37 Bảng 4.5 Nồng độ Mn nƣớc giếng khoan Thƣợng Cát Nghĩa Dân 38 Bảng 4.6 Hàm lƣợng Mn tóc ngƣời Thƣợng Cát Nghĩa Dân 44 Bảng 4.7 Hàm lƣợng Mn trung bình nhóm tuổi khác 51 Trần Hồng Mai Lớp K20 - Hóa phân tích MỞ ĐẦU Mangan nguyên tố phổ biến thứ 12 sinh Hàm lƣợng bề mặt trái đất chiếm khoảng 0,098% khối lƣợng Mangan có mặt nhiều đối tƣợng mơi trƣờng nhƣ đất, nƣớc, trầm tích vật chất sinh học khác Đây nguyên tố cần thiết cho phát triển sinh giới Tuy vậy, mangan trở thành kim loại có tính độc hại đƣợc hấp thụ nồng độ cao Với ngƣời, mangan gây hội chứng đƣợc gọi “manganism”, gây ảnh hƣởng đến hệ thần kinh trung ƣơng, bao gồm triệu chứng nhƣ đau đầu, ngủ, viêm phổi, run chân tay, lại khó khăn, co thắt mặt, tâm thần phân liệt chí ảo giác Nó ảnh hƣởng tiêu cực đến hệ sinh thái thông qua chuỗi thức ăn Với nồng độ cao nƣớc, mangan với sắt nguyên nhân gây tƣợng nƣớc cứng, tƣợng nhuộm màu dụng cụ nấu nƣớng, đồ dùng nhà tắm quần áo, gây mùi thức ăn nƣớc uống Nhiều tài liệu nghiên cứu mangan đƣợc tìm thấy nguồn nƣớc ngầm nhiều quốc gia giới Ví dụ Băng-la-đét, Cam-pu-chia, Newzealand, Việt Nam…Tại Việt Nam, hàng chục triệu ngƣời dân sống vùng nông thôn dùng giếng khoan để khai thác nƣớc ngầm tầng nơng phục vụ cho mục đích sinh hoạt Do đó, nguy phơi nhiễm mangan từ nƣớc ăn uống gây ảnh hƣởng tới sức khỏe lớn Với mong muốn đánh giá mức độ ô nhiễm mangan nƣớc giếng khoan nguy tác động đến sức khỏe ngƣời dân, luận văn đƣợc thực với chủ đề: “Nghiên cứu ô nhiễm mangan nước giếng khoan tích lũy thể người dân xã Thượng Cát, huyện Từ Liêm, Hà Nội” gồm mục tiêu cụ thể sau: Xác định nồng độ mangan nƣớc giếng khoan xã Thƣợng Cát, huyện Từ Liêm, Hà Nội Nghiên cứu tích lũy mangan tóc ngƣời dân xã Thƣợng Cát, huyện Từ Liêm, Hà Nội Luận văn Thạc sĩ khoa học ĐHKHTN - ĐHQGHN Trần Hoàng Mai Lớp K20 - Hóa phân tích CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Khái quát mangan 1.1.1 Tính chất vật lý tính chất hóa học Mangan kim loại màu trắng bạc, có kí hiệu Mn có số hiệu nguyên tử 25 [43] Mangan có số dạng thù hình khác mạng lƣới tinh thể tỉ khối, bền nhiệt độ thƣờng dạng α với mạng lƣới lập phƣơng tâm khối [5] Dƣới số thông số vật lý quan trọng mangan Bảng 1.1 Một số thông số vật lý quan trọng Mn Số hiệu nguyên tử 25 Khối lƣợng nguyên tử 54,938045 g.mol-1 Cấu hình electron [Ar] 4s2 3d5 Tỉ trọng 7,21 g.cm−3 (gần nhiệt độ phòng) Điểm nóng chảy 1246 0C Điểm sơi 2061 0C Năng lƣợng hóa 221 kJ.mol−1 Bán kính ngun tử 127 pm Độ cứng (thang Moxơ) 5÷6 Độ dẫn điện (Hg=1) Mangan cứng dễ vỡ nhƣng dễ bị oxi hóa Các trạng thái oxi hóa phổ biến Mangan +2, +3, +4, +6 +7 Trong đó, trạng thái ổn định Mn+2 [5] Mangan kim loại tƣơng đối hoạt động Nó dễ bị oxi hóa khơng khí chất oxi hóa mạnh nhƣ O2, F2, Cl2 tạo nên hợp chất Mn2O3, Mn3O4, MnF4, MnCl2 Ở dạng bột nhỏ, mangan tác dụng với nƣớc giải phóng hidro theo phản ứng: Luận văn Thạc sĩ khoa học ĐHKHTN - ĐHQGHN Trần Hồng Mai Lớp K20 - Hóa phân tích Ashraf Ali (2011), “Avoiding high concentrations of arsenic, manganese and salinity in deep tubewells in Mushiganj District, Bangladesh”, Applied Geochemistry, 26, pp 1077 - 1085 25 Kondakis XG, Makris N, Leotsinidis M, Prinou M, Papapetropoulos T (1989), “Possible health effects of high manganese concentration in drinking water”, Arch Environ Health, volume 44, number 3, pp.175 - 178 26 Ljung Karin and Marie Vahter (2007), “Time to Re-evaluate the Guideline value for Manganese in Drinking Water”, Enviromental Health Perspectives, volume 115, number 11, pp 1533-1538 27 Menezes-Filho José A., Cristian de O.Novaes, Josino C Moreira, Paula N Sarcinelli, Donna Mergler (2010), “Elevated manganese and cognitive performance in school-aged children and their mother”, Environmental Research, 111, pp 156 - 163 28 Menezes-Filho José A., Ciro R Paes, Ângela M de C Pontes, Josino C Moreira, Paula N Sarcinelli, Donna Mergler (2009), “High levels of hair mangaese in children living in the vicinity of a ferro-manganese alloy production plant”, Neuro Toxicology, 30, pp 1207 - 1213 29 Montes S., A Schilmann, H Riojas-Rodriguez, Y Rodriguez-Agudelo, R Solis-Vivanco, S.L Rodriguez-Dozal, L.A Tristan-López, C.Rios (2011), “Serum prolactin rises in Mexican school children exposed to airborne manganese”, Environmental Research, 111, pp 1302 - 1308 30 NÁDASKÁ Gabriela, Juraj LESNÝ, Ivan MICHALÍK (2010), “Enviromental aspect of manganese chemistry”, Hungarian Electronic Journal of Science, pp - 16 31 Nguyen Van Anh, Sunbaek Bang, Pham Hung Viet, Kyoung- Woong Kim (2009), “Contamination of groundwater and risk assessment for arsenic exposure in Ha Nam province, Vietnam”, Environment International 35, pp 466 - 472 Luận văn Thạc sĩ khoa học 62 ĐHKHTN - ĐHQGHN Trần Hồng Mai Lớp K20 - Hóa phân tích 32 Pham T.K.Trang, Berg M., Pham H.Viet, Nguyen V.M, Van der Meer J.R (2005), “Bacterial bioassay for rapid and accurate analysis of arsenic in highly variable groundwater samples”, Environmental Science and Technology, 39, pp 7625 - 7630 33 Rossiter Helfrid M.A., Peter A Owusu, Esi Awuah, Alan M MacDonald, Andrea I Schäfer (2010), “Chemical drinking water quality in Ghana: Water costs and scope for advanced treatment”, Science of the Total Environment, 408, pp 2378 - 2386 34 Schot Paul P., Simone M Pieber (2012), “ Spatial and temporal variations in shallow wetland groundwater quality”, Journal of Hydrology, 422-423, pp 43 - 52 35 Sthiannopkao S., K W Kim, S Sotham, S Choup (2008), “Arsenic and manganese in tube well waters of Prey Veng and Kandal provinces, Cambodia”, Applied Geochemistry, 23, pp 1086 - 1093 36 The Institute of Environment and Health, Cranfield University (2007), “Manganese Health Research program: overview of research into the Health effectsm of manganese (2002-2007)”, UK 37 Tobin Desmond John (2005), Hair in toxicology: an important bio- monitor, published by the Royal Society of chemistry, Thomas Graham house, science park, milton road, cambridge CB40 WF,UK 38 USEPA (2004), Drinking Water Health Advisory for Manganese, U.S Environmental Protection Agency Office of Water (4304T) Health and Ecological Criterial Division Washington, DC 20460 39 WHO (2004), Manganese in Drinking- water 40 Winkel Lenny H E, Pham Thi Kim Trang, Vi Mai Lan, Caroline Stengel, Manouchehr Amini, Nguyen Thi Ha, Pham Hung Viet, Michael Berg (2011), “Arsenic pollution of groundwater in Vietnam exacerbated by deep aquifer exploitation for more than a century”, PANS, volume 108, number 4, pp 1246 -1251 Luận văn Thạc sĩ khoa học 63 ĐHKHTN - ĐHQGHN Trần Hồng Mai Lớp K20 - Hóa phân tích 41 Woolf Alan, Robert Wright, Chitra Amarasiriwardena, David Bellinger (2002), “A Child with Chronic Manganese Exposure from drinking water”, Environmental Health Perpestives, volume 110, number 6, pp 613 - 616 42 Wright Robert O., Chitra Amarasiriwardena, Alan D Woolf, Rebecca Im, David C Bellinger (2005), “Neuropsychological correlates oi hair arsenic, manganese, and cadmium levels in school-age children residing near a hazardous waste site”, Neuro Toxicology, 27, pp 210 - 216 43 http://en.wikipedia.org/wiki/Manganese 44 http://www.manganese.org/about_mangan/applications Luận văn Thạc sĩ khoa học 64 ĐHKHTN - ĐHQGHN Trần Hồng Mai Lớp K20 - Hóa phân tích PHỤ LỤC Phụ lục Kết phân tích Mn nước giếng khoan xã Thượng Cát, huyện Từ Liêm, Hà Nội Kí hiệu mẫu R- TC- 01 R- TC- 02 R- TC- 03 R- TC- 04 R- TC- 05 R- TC- 06 R- TC- 07 R- TC- 08 R- TC- 10 R -TC- 11 R- TC- 12 R- TC- 13 R- TC- 14 R- TC- 15 R- TC- 16 R- TC- 17 R- TC- 18 R- TC- 19 R- TC- 20 R- TC- 21 R- TC- 22 R- TC- 23 R- TC- 24 R- TC- 25 R- TC- 26 R- TC- 27 R- TC- 28 R- TC- 29 R- TC- 30 R- TC- 31 R- TC- 32 R- TC- 33 R- TC- 34 Nồng độ Mn Kí hiệu mẫu Nồng độ Mn Kí hiệu mẫu Nồng độ Mn (mg/L) (mg/L) (mg/L)