Sự ô nhiễm PFOS và PFOA trong môi trường nước và trầm tích sông Cầu
MỤC LỤC
Mục tiêu nghiên cứu của luận án
- Tối ưu hóa được các điều kiện phân tích hợp chất PFOS và PFOA trong nước và trầm tích bằng kỹ thuật sắc ký lỏng khối phổ nối tiếp (LC-MS/MS) phù hợp với điều kiện thử nghiệm tại Việt Nam. - Đánh giá được sự biến thiên hàm lượng ô nhiễm của PFOS và PFOA trong nước và trầm tích, đặc biệt là trong cột trầm tích bề mặt của sông Cầu- thành phố Thái Nguyên.
Nội dung nghiên cứu
- Tối ưu hóa được các điều kiện phân tích hợp chất PFOS và PFOA trong nước và trầm tích bằng kỹ thuật sắc ký lỏng khối phổ nối tiếp (LC-MS/MS) phù hợp với điều kiện thử nghiệm tại Việt Nam. - Đánh giá được sự biến thiên hàm lượng ô nhiễm của PFOS và PFOA trong nước và trầm tích, đặc biệt là trong cột trầm tích bề mặt của sông Cầu- thành phố Thái Nguyên. Từ đó đánh giá rủi ro môi trường sơ bộ do sự hiện diện của PFOS và PFOA trong nước và trầm tích tại sông Cầu. - Đánh giá được sự ảnh hưởng của một số thông số hóa lý môi trường nước và trầm tích đến sự phân bố của PFOS và PFOA trong nước và trầm tích sông Cầu. Luận án đã thu thập những dữ liệu hiện có, những kết quả nghiên cứu, những dự án đã công bố nhằm có được những đánh giá tổng quát và chi tiết về mức độ ô nhiễm sự phân bố giữa nước và trầm tích, mức rủi ro môi trường của PFOS và PFOA trong môi trường nước và trầm tích tại Việt Nam và một số quốc gia trên thế giới. 2) Tối ưu hóa các điều kiện phân tích PFOS và PFOA trong mẫu nước và trầm tích trên hệ thống sắc ký lỏng khối phổ nối tiếp. Các điều kiện phân tích hợp chất PFOS và PFOA trong mẫu nước và trầm tích bằng hệ thống LC-MS/MS đã được tối ưu hóa trong điều kiện thử nghiệm tại Việt Nam. Kết quả tối ưu hóa các điều kiện phân tích thu được có ý nghĩa tham khảo để xây dựng một quy trình chuẩn hóa phân tích hợp chất PFOS và PFOA trong nước và trầm tích phù hợp với năng lực phân tích thử nghiệm tại Việt Nam. 3) Đánh giá hiện trạng ô nhiễm PFOS và PFOA trong mẫu nước và trầm tích sông Cầu tại thành phố Thái Nguyên. Luận án đã tiến hành khảo sát và lấy mẫu nhằm đánh giá sự biến thiên nồng độ ô nhiễm của PFOS và PFOA trong nước và trầm tích trên trên sông Cầu. Đặc biệt, sự phân bố của hai hợp chất nghiên cứu trong các cột trầm tích bề mặt tại các độ sâu khác nhau đã được khảo sát và đánh giá. 4) Đánh giá sơ bộ rủi ro môi trường do sự tồn tại của PFOS và PFOA đến chất lượng môi trường. Đánh giá sơ bộ rủi ro môi trường do sự hiện diện của PFOS và PFOA trong nước và trầm tích đã được thực hiện nhằm ban đầu xác định các rủi ro môi trường gây ra tại sông Cầu do sự hiện diện của PFOS và PFOA trong thủy vực. 5) Đánh giá sự phân bố và các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân bố của PFOS và PFOA trong nước và trầm tích. Luận án đã tiến hành đánh giá sự phân bố của PFOS và PFOA trong nước và trầm tích cũng như sự ảnh hưởng của các thông số hóa lý của môi trường nước (bao gồm pH, tổng nồng độ các cation hóa trị II, độ mặn) và trầm tích (bao gồm hàm lượng carbon hữu cơ trong trầm tích, sự phân bố kích thước hạt và hàm lượng sét trong trầm tích) ảnh hưởng đến sự phân bố này.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Phương pháp khảo sát thực địa: đi thực địa, điều tra, khảo sát thực tế để lựa chọn số lượng mẫu và vị trí lấy mẫu tại các sông hồ chính trong khu vực nghiên cứu. - Phương pháp xử lý và phân tích mẫu: phương pháp xử lý mẫu được sử dụng là phương pháp chiết pha rắn (SPE) cho mẫu nước, phương pháp chiết dung môi gia tốc (ASE) kết hợp chiết pha rắn (SPE) cho mẫu trầm tích; phương pháp phân tích mẫu được sử dụng là phương pháp sắc ký lỏng khối phổ ba tứ cực (LC-MS/MS).
Điểm mới của luận án
- Phương pháp lấy mẫu: việc lấy mẫu và bảo quản tuân thủ theo đúng các tiêu chuẩn đối với việc lấy và bảo quản mẫu các chất hữu cơ. - Phương pháp đánh giá rủi ro thông qua xác định Thương số rủi ro (RQ).
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Hóa chất, dụng cụ và thiết bị 1) Hóa chất
Các dụng cụ được sử dụng trong quy trình lấy mẫu và phân tích mẫu đều không sử dụng các dụng cụ bằng thủy tinh và các vật liệu có chứa TEFLON do hợp chất PFOS và PFOA có thể bị giữ lại trên bề mặt thủy tinh, còn vật liệu chứa TEFLON có thể gây nhiễm bẩn mẫu phân tích. Toàn bộ quá trình lấy mẫu, bảo quản vận chuyển và phân tích mẫu chỉ sử dụng các dụng cụ bằng kim loại và nhựa polypropylen, được tráng rửa 3 lần bằng methanol và nước deion trước khi sử dụng.
Tối ưu hóa điều kiện phân tích PFOS và PFOA trong mẫu nước và trầm tích bằng kỹ thuật LC-MS/MS
Các điều kiện khác của khối phổ như nhiệt độ khí mang (gas temperature), tốc độ dòng khí (gas flow) và điện thế ion hóa (spray voltage) được giữ cố định trong toàn bộ các thí nghiệm. Các thông số và thí nghiệm phục vụ hoạt động xác nhận phương pháp phân tích được thực hiện theo hướng dẫn tại Thông tư 24/2017/TT-BTNMT và Hướng dẫn về thẩm định và xác nhận phương pháp thử nghiệm định tính và định lượng của Hội đồng thử nghiệm quốc gia (NATA-Australia) [58]. Trong đó: H là chiều cao peak; h nhiễu đường nền được tính về hai phía của đường nền, bề rộng mỗi bên gấp khoảng 10-15 lần chiều rộng peak tại nửa chiều cao.
Đánh giá hiện trạng ô nhiễm của PFOS và PFOA trong nước và trầm tích sông Cầu
Trong luận án, ngoài phân tích hàm lượng của hợp chất PFOS và PFOA trong mẫu nước và trầm tích, nghiên cứu cũng tiến hành lấy mẫu, phân tích tại hiện trường và phòng thí nghiệm một số chỉ tiêu hóa lý đặc trưng của môi trường nước và trầm tích sông Cầu, nhằm đánh giá chất lượng nước sông Cầu, đặc tính hóa lý của trầm tích và sự ảnh hưởng của các thông số này đến sự phân bố của PFOS và PFOA trong nước và trầm tích. Quy trình này cho phép tách các chất cần phân tích ra khỏi những hợp chất không mong muốn, làm giàu các chất phân tích mục tiêu trong mẫu trước khi tiến hành phân tích, đồng thời loại bỏ tối đa các tạp chất là nguyên nhân gây nhiễu hoặc ảnh hưởng đến các kỹ thuật phân tích. Hợp chất PFOS và PFOA được rửa giải ra khỏi cột chiết bằng 4mL methanol, dung dịch thu được được chuyển vào ống polypropylene dung tích 20mL, được làm khô bằng dòng khí nitơ tinh khiết, rồi hoàn nguyên bằng dung dịch acetronitrile 40% thu được thể tích cuối cùng là 1 mL.
Đánh giá sơ bộ rủi ro môi trường của PFOS và PFOA trong nước mặt và trầm tích
Trong trường hợp có sẵn các dữ liệu của nồng độ môi trường đo được (MEC) thu được từ việc phát hiện và định lượng các hợp chất hóa học cụ thể trong nước và trầm tích, có thể sử dụng giá trị MEC thay thế PEC để tính toán giá trị Thương số rủi ro RQ. Do dữ liệu độc tính sẵn có của PFOS và PFOA trong trầm tích là rất hạn chế, nên giá trị PNEC trong trầm tích được tính toán dựa trên phương pháp phân bố cân bằng theo Hướng dẫn kỹ thuật về Đánh giá rủi ro- phần II: Đánh giá rủi ro môi trường do Ủy ban Châu Âu ban hành [63]. Khối lượng riêng của pha rắn RHOsolid kg/m3 2.500 Khối lượng riêng của pha lỏng RHOwater kg/m3 1.000 Lượng nước trong chất rắn lơ lửng Fwaterss m3/m3 0,9 Lượng rắn trong chất rắn lơ lửng Fsolidss m3/m3 0,1 Lượng carbon hữu cơ trong chất rắn lơ lửng Focss kg/kg 0,1 Hệ số tỷ lệ carbon hữu cơ- Nước Koc L/kg Số liệu thí.
Tính toán hệ số phân bố nước và trầm tích
Phương pháp xử lý số liệu và phân tích thống kê
Phân tích hồi quy (regression analysis) là kỹ thuật thống kê dùng để ước lượng phương trình phù hợp nhất với các tập hợp kết quả quan sát của biến phụ thuộc và biến độc lập. Trong nghiên cứu này, sự ảnh hưởng của các thông số hóa lý môi trường nước và trầm tích đến nồng độ của PFOS/PFOA trong trầm tích và hệ số phân bố Kd giữa nước và trầm tích được đánh giá qua kết quả của phân tích hồi quy đơn biến và đa biến. Các biến độc lập (X) là thông số hóa lý của môi trường nước (bao gồm pH, tổng hàm lượng cation hóa trị II, độ mặn) và của trầm tích (hàm lượng tổng carbon hữu cơ, hàm lượng sét, và sự phân bố kích thước hạt).