giếng khoan tại Việt Nam
Với quy trình phân tích asen bằng biosensor sử dụng vi khuẩn chỉ thị E. coli luxAB thu được, chúng tôi đã tiến hành triển khai ứng dụng khảo sát mức độ ô
nhiễm asen ở một số khu vực tại Việt Nam. Mục tiêu của phần nghiên cứu này chủ yếu là so sánh độ tin cậy phương pháp phân tích asen bằng vi khuẩn chỉ thị dựa trên việc phân tích 410 mẫu nước giếng khoan. Tất cả số mẫu trên được phân tích song song bằng cả phương pháp chuẩn, hiện đại là quang phổ hấp thụ nguyên tử và phương pháp sinh học sử dụng vi khuẩn chỉ thị. Nguyên tắc chung khi phát triển một phép phân tích định lượng và đặc biệt với asen thì việc xác định khoảng đáp ứng động học, khoảng đáp ứng tuyến tính, độ lặp lại, giới hạn phát hiện của phép đo là rất cần thiết [48].
Hình 3.11 Khoảng đáp ứng động học của vi khuẩn chỉ thị E. coli luxAB đối với asen
Kết quả ở hình 3.11 cho thấy đáp ứng của vi khuẩn chỉ thị tăng trong vùng hàm lượng asen từ 0 - 200 g/l, sau đó tuy nồng độ asen trong mẫu vẫn tăng nhưng đáp ứng của vi khuẩn lại giảm đi. Điều này được giải thích là operon ars kháng asen
0.0E+001.0E+06 1.0E+06 2.0E+06 3.0E+06 0 200 400 600 800 1000 1200 C ƣ ờ n g đ ộ án h sán g (RL U) Nồng độ asen (g/l)
khi đưa vào vi khuẩn E. coli luxAB chỉ còn phần khởi động arsR, các gen arsA, arsB mã cho tính trạng loại bỏ asen ra khỏi tế bào đã bị cắt, vi khuẩn không còn khả
năng kháng lại asen. Nồng độ asen quá cao gây nên độc tính cho tế bào vi khuẩn, cản trở hoạt động sống bình thường của vi khuẩn trong đó có hoạt động của gen chỉ thị và hoạt tính của luciferase [82]. Hình 3.12 thể hiện khoảng đáp ứng tuyến tính của vi khuẩn chỉ thị với asen là từ 0 - 100 g/l. Mối tương quan giữa hàm lượng asen trong mẫu và cường độ phát sáng của biosensor có hệ số hồi quy r đạt giá trị 0,996. Đường chuẩn này đảm bảo có thể phân tích định lượng được các mẫu nước chứa asen tới 200 g/l. Trong quy trình phân tích sử dụng ở đây, mẫu nước được trộn với dịch chứa vi khuẩn ở tỉ lệ 1:1 nên hàm lượng asen trong phép đo đã giảm đi một nửa so với trong mẫu thật.
Hình 3.12 Đường chuẩn biểu diễn tương quan giữa đáp ứng của vi khuẩn chỉ thị với nồng độ asen pha trong nước giếng khoan
Với quy trình thí nghiệm và đường chuẩn thu được ở trên, chúng tôi tiến hành phân tích mức độ ô nhiễm asen của 410 mẫu nước giếng khoan tại nhiều địa điểm, tập trung chủ yếu ở đồng bằng sông Hồng, trong đó 194 mẫu năm 2004 và
C ƣ ờ n g đ ộ án h sán g (RL U) Nồng độ asen (g/l) 0.0E+00 5.0E+05 1.0E+06 1.5E+06 2.0E+06 0 50 100 150 200 r = 0,996
216 mẫu năm 2005. Kết quả so sánh số liệu thu được khi phân tích hàm lượng asen bằng vi khuẩn chỉ thị và quang phổ hấp thụ nguyên tử thể hiện trên hình 3.13. Tương quan giữa hai dãy số liệu này đạt giá trị khá tốt (r = 0,892).
Hình 3.13 Tương quan giữa 410 sô liệu về nồng độ asen trong nước giếng khoan thu được từ vi khuẩn chỉ thị và quang phổ hấp thụ nguyên tử
Để đánh giá độ tin cậy của biosensor asen sử dụng vi khuẩn chỉ thị, chúng tôi dựa vào tiêu chuẩn Việt Nam về asen trong nước ngầm là 50 g/l để tính độ sai lệch âm đối với các mẫu được coi là an toàn (< 50 g/l) và sai lệch dương đối với các mẫu được coi là không an toàn (> 50 g/l) như sau. Mức độ sai lệch âm là tỉ lệ số mẫu có nồng độ thấp hơn 50 g/l theo biosensor, nhưng lại cao hơn 50 g/l theo quang phổ hấp thụ nguyên tử, trên tổng số mẫu được coi là an toàn. Mức độ sai lệch dương là tỉ lệ số mẫu có nồng độ cao hơn 50 g/l theo biosensor, nhưng lại thấp hơn 50 g/l theo quang phổ hấp thụ nguyên tử trên tổng số mẫu được coi là không an
Nồng đ ộ as en ( g/l ) đ o b ằn g QP HT NT
Nồng độ asen (g/l) đo bằng vi khuẩn chỉ thị ba 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 100 200 300 400 r = 0,892
toàn [65]. Như vậy, trong tổng số 410 mẫu nước giếng khoan đã phân tích thì 322 mẫu có nồng độ asen thấp hơn 50 g/l, chiếm tỉ lệ 78,5% và 88 mẫu có nồng độ asen cao hơn 50 g/l, chiếm tỉ lệ 21,5%. Trong số 322 mẫu được coi là an toàn thì 15 mẫu mắc sai lệch âm, chiếm tỉ lệ 4,7%. Trong số 88 mẫu được coi là không an toàn thì 3 mẫu mắc sai lệch dương, chiếm tỉ lệ 3,4% (bảng 3.1). Với tỉ lệ sai lệch âm và dương đều thấp hơn 5% như vậy, vi khuẩn chỉ thị thể hiện một triển vọng ứng dụng thực tiễn rất khả quan, đặc biệt khi so sánh với các công cụ phân tích hiện trường khác. Theo báo cáo của Rahman và các cộng sự vào năm 2002, khoảng 1,3 triệu giếng tại Bănglađet đã được kiểm tra với chi phí khoảng 2 đôla cho một phép phân tích kể cả xử lý số liệu. Khi so sánh kết quả phân tích chéo 290 mẫu bằng phương pháp phân tích hiện trường và trong phòng thí nghiệm cho thấy trong vùng nồng độ từ 10 – 100 µg/l, tỉ lệ sai lệch âm là 68%, sai lệch dương là 35%. Kết quả phân tích lại 2966 giếng bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử cũng cho thấy trong số 1920 giếng đã bị đánh dấu là an toàn (< 50 µg/l asen) thì có tới 862 giếng là không an toàn (> 50 µg/l asen), chiếm 44,9% [65].
Bảng 3.1 So sánh kết quả phân tích asen trong 410 mẫu nước giếng khoan
Khoảng nồng độ asen (µg/l) theo tiêu chuẩn nƣớc ngầm của Việt Nam
< 50 > 50
Số lƣợng mẫu 322 (78,5%) 88 (21,5%)
Tỉ lệ sai lệch âm 15 (4,7%)
Tỉ lệ sai lệch dƣơng 3 (3,4%)
Hình 3.14 trình bày bản đồ ô nhiễm asen tại lưu vực sông Hồng. Đây là kết quả của 216 mẫu lấy trong thời gian từ tháng 5-7, năm 2005. Nhìn chung các vùng bên bờ phải của sông Hồng thuộc tỉnh Hà Tây và Hà Nam có biểu hiện ô nhiễm asen nhiều hơn cả thể hiện ở các chấm có màu vàng đậm và màu đỏ. Đặc biệt có những điểm nồng độ asen trong nước giếng khoan cao tới 400 µg/l, cao gấp 8 lần so với tiêu chuẩn asen trong nước ngầm. Các khu vực còn lại thuộc phía bắc Hà Nội, phía tay
Hỡnh 3.14 Bản đồ ụ nhiễm asen tại một số khu vực thuộc đồng bằng sụng Hồng (7/2005)
Hàm lƣợng As (g/l)
trỏi bờ sụng Hồng và gần biển cú mức độ ụ nhiễm asen nhẹ hơn, thể hiện ở những điểm màu xanh. Kết quả này cũng rất phự hợp với những khảo sỏt của UNICEF trong thời gian vừa qua [6]. Tuy nhiờn với mật độ lấy mẫu thưa (trung bỡnh 1 mẫu/6 km2
), cỏc kết quả trờn mới chỉ cho thấy xu hướng phõn bố của asen trong nước ngầm tại một số vựng thuộc lưu vực sụng Hồng. Nghiờn cứu chi tiết tại một số xó thuộc hai tỉnh núi trờn sẽ được trỡnh bày trong phần tiếp theo của luận ỏn.Như vậy, với quy trỡnh phõn tớch đó được xõy dựng, chủng vi khuẩn chỉ thị asen E. coli luxAB thể hiện khả năng ứng dụng thực tiễn rất đỏng tin cậy với những ưu điểm vượt trội so với cỏc phương phỏp phõn tớch asen hiện trường khỏc như sai số õm và dương đều nhỏ hơn 5% (kiểm tra với 410 mẫu), thời gian phõn tớch nhanh, chi phớ thấp. Tuy nhiờn, để trở thành sản phẩm ứng dụng phổ biến, biosensor này vẫn cũn một số yếu tố cần phải tiếp tục tỡm hiểu và hoàn thiện hơn nữa như giải phỏp bảo quản vi khuẩn lõu dài tại cỏc phũng thớ nghiệm tuyến tỉnh và huyện. Quy trỡnh lấy và bảo quản mẫu nước cũng cần được tối ưu thờm để đảm bảo giữ được nguyờn vẹn tớnh sử dụng sinh học của asen đối với vi khuẩn chỉ thị khi phõn tớch.