con người
Asen (As): Các hợp chất As (III) là các dạng độc chính và các hợp chất As (V) có ảnh hưởng nhỏ tới các hoạt động enzim [4].
Sự phơi nhiễm: Người có thể hấp thụ As qua ăn uống, hít thở và tiếp xúc qua da. Độc tính của asen liên quan đến sự hấp thụ và thời gian lưu của nó trong cơ thể. Ở hàm lượng nhỏ, asen và các hợp chất của asen có tác dụng kích thích quá trình trao đổi chất và chữa được bệnh nhưng chúng lại trở thành những chất độc khi ở liều lượng cao. Liều gây chết (LD50) đối với con người là 1- 4 mg/kg trọng
lượng cơ thể. Ảnh hưởng độc hại cấp tính (có thể dẫn đến chết) gồm sốt, chán ăn, gan to, xạm da và loạn nhịp tim với những biến đổi các kết quả của điện tim đồ tập. Ngộ độc mãn tính của As bao gồm thiếu máu, tăng sắc tố và gây chứng dày sừng tổn thương da. Ngoài ra tác hại của nó còn là rối loạn mạch máu ngoại vi dẫn đến tử hoại, các ảnh hưởng sinh sản và sự quái thai, tính gây ung thư da, ung thư phổi và một căn bệnh gọi là bệnh bàn chân đen [4].
Cadmium (Cd): Được biết gây tổn hại đối thận và xương ở liều lượng cao. Sự phơi nhiễm: Cd xâm nhập vào cơ thể người qua con đường hô hấp, tiêu hóa. Tiếp xúc ở mức độ thấp dài hạn dẫn đến bệnh tim mạch và ung thư. Các ảnh hưởng độc cấp của nhiễm Cd gây ra từ sự mẫn cảm cục bộ. Các triệu chứng xuất hiện sau khi ăn uống là buồn nôn, nôn mửa, đau bụng, sự phục hồi nhanh, không có ảnh hưởng kéo dài. Trường hợp nặng hơn có thể gây viêm dạ dày, ruột, co cơ thượng vị, đôi khi nôn ra máu và tiêu chảy. Hít thở khói bụi Cd hoặc các vật liệu chứa Cd được đốt nóng có thể gây ra viêm phổi hóa học cấp và phù nề phổi. Hít thở các hợp chất Cd liều lượng lớn có thể gây chết người. Những ảnh hưởng khác có thể ảnh hưởng đến hệ tim mạch, máu, nội tiết và xương cũng như gây ra ung thư [4].
Chì (Pb): Trong cơ thể người, chì trong máu liên kết với hồng cầu và tích tụ trong xương.
Sự phơi nhiễm: Sự nhiễm độc chì của cơ thể chủ yếu là qua hô hấp do hít hơi, khói bụi chì, qua đưởng tiêu hóa và sự nhiễm chì qua da chủ yếu đối với chì hữu cơ. Trẻ em đặc biệt dễ bị nhiễm Chì do sự hấp thu tiêu hóa cao [5].
Những biểu hiện của ngộ độc chì cấp tính như nhức đầu, tính dễ cáu, dễ bị kích thích, và nhiều biểu hiện khác nhau liên quan đến hệ thần kinh. Con người bị nhiễm độc lâu dài đối với chì có thể bị giảm trí nhớ, giảm khả năng hiểu, giảm chỉ số IQ, xáo trộn khả năng tổng hợp hemoglobin có thể dẫn đến bệnh thiếu máu. Chì cũng được biết là tác nhân gây ung thư phổi, dạ dày và u thần kinh đệm, gây tác hại đối với khả năng sinh sản, gây sẩy thai, làm suy thoái nòi giống [4].
Niken (Ni): Niken gây phôi độc và tác động gây độc cho thận, phản ứng dị ứng và viêm da tiếp xúc. Sự phơi nhiễm: Con đường phơi nhiễm niken của con người có thể qua hô hấp, ăn uống và tiếp xúc da. Độc cấp: Tính độc này thường do
hít thở phải niken cacbonyl gây nên. Sự hồi phục sau khi nhiễm độc cấp rất chậm, hậu quả có thể dẫn đến viêm phổi xơ hóa. Các triệu chứng bệnh: viêm mũi, xoang cấp, mất khứu giác, thủng vách ngăn, có thể lên cơn hen cấp và nặng hơn là phá hủy mô. Đối với da khi bị nhiễm cấp có các biểu hiện: Sưng nề da, trên da có những sần ban đỏ, da nóng rát, có thể dẫn đến tình trạng viêm da thần kinh. Độc mãn: trước hết là bệnh ung thư đường hô hấp (mũi, phổi), sau đó là dạ dày, tiền liệt tuyến và một số phụ tạng khác (mô mềm) [4].
Đồng (Cu): Đồng được xem là một trong những nguyên tố vi lượng cần thiết đối với sự phát triển của con người, tuy nhiên sự tích tụ đồng với hàm lượng cao có thể gây độc cho cơ thể.
Sự phơi nhiễm: Đồng xâm nhập vào cơ thể chủ yếu theo đường tiêu hóa. Đồng là nguyên tố vi lượng cần thiết trong cơ thể người, có nhiều vai trò sinh lí, nó tham gia vào quá trình tạo hồng cầu, bạch cầu và là thành phần của nhiều enzym. Đồng tham gia tạo sắc tố hô hấp hemoglobin. Khi nồng độ đồng cao hơn mức cho phép một số người có dấu hiệu mắc bệnh do đồng lắng đọng trong gan, thận, não như bệnh về thần kinh schizophrenia. Ngược lại khi nồng độ đồng quá thấp, cơ thể phát triển không bình thường, đặc biệt là với trẻ em [5]. Nhiễm độc Cu bao gồm các triệu chứng như: tiêu chảy đi phân có màu xanh, máu cấp tính và các bất thường về chức năng của thận.
Kẽm (Zn): Hàm lượng cần thiết của Zn mỗi ngày là 15 mg cho người lớn và 20-25 mg cho phụ nữ có thai và cho con bú. Nhiễm độc tính Zn trong con người gồm các triệu chứng nôn mửa, mất nước, buồn ngủ, hôn mê, mất cân bằng, đau bụng, thiếu sự phối hợp giữa các cơ bắp và suy thận. Nhiễm độc mãn tính Zn làm tăng nguy cơ tăng bệnh thiếu máu, tổn thương tuyến tụy, làm giảm cholesterol và tăng mức độ cholesterol và có thể tăng các triệu chứng của bệnh Alzheimer [5].
Nhận xét: Ở Việt Nam chưa có nghiên cứu cụ thể cho việc thực hiện xác định lượng vết kim loại nặng trong môi trường không khí trong nhà. Có thể thấy các nước phát triển, nước đang phát triển thì tình trạng ô nhiễm không khí đặc biệt là ô nhiễm không khí trong nhà đang là vấn đề hết sức quan tâm vì hầu hết sự có mặt của lượng vết kim loại nặng độc hại đều vượt mức cho phép. Việc nghiên cứu về
thành phần các hạt bụi nano, bụi mịn là hết sức quan trọng bởi vì các hạt bụi này có diện tích bề mặt lớn, dễ dàng thấm sâu vào cơ thể, chúng chứa nhiều chất ô nhiễm độc hai như kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ có khả năng gây ung thư.
Mục tiêu chính của nghiên cứu này là: (1) xác định nồng độ các kim loại nặng trong các hạt bụi trong không khí trong nhà ; (2) xác định nguồn gốc phát thải các kim loại nặng trong bụi nhà và các thuộc tính của ngôi nhà; (3) đánh giá rủi ro phơi nhiễm, rủi ro ung thư và rủi ro không gây ung thư của con người do phơi nhiễm kim loại nặng.
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1. Mục đích và đối tượng nghiên cứu
2.1.1. Mục đích nghiên cứu
Đánh giá chất lượng không khí dựa trên nồng độ các kim loại nặng trên các hạt bụi trong không khí trong nhà và xung quanh các trường mầm non trên địa bàn Hà Nội.
Đánh giá ảnh hưởng của các hoạt động trong lớp học đến nồng độ các kim loại nặng. Xác định các nguồn phát thải chính của các kim loại nặng trong không khí trong nhà.
Đánh giá rủi ro phơi nhiễm và rủi ro ung thư của các kim loại nặng đối với sức khỏe của con người, đặc biệt là các trẻ nhỏ.
2.1.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là các kim loại Mg, Al, K, Ca, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Rb, Sr, Zr, Mo, Cd, Sn, Sb, Ba, La, Pb, Bi.
Địa điểm lấy mẫu là 2 trường mầm non ở 2 quận thuộc thành phố Hà Nội gồm quận Đống Đa và quận Hoàng Mai. Vị trí lấy mẫu ở 2 trường được mô tả trong hình 2.1
Đặc điểm chính của 2 trường mầm non được lấy mẫu phân tích được trình bày trong bảng 2.1:
Bảng 2.1: Mô tả đặc điểm vị trí lấy mẫu bụi
T T
Ký hiệu Đặc điểm vị trí lấy mẫu
1 S1 - Trường được đặt ở trung tâm thành phố. - Xung quanh trường là khu tập thể dân cư. - Khuôn viên trường có ít cây xanh.
- Ở trong ngõ, gần chợ, mật độ phương tiện giao thông vừa phải. 2 S2 - Trường được đặt ở trung tâm thành phố, nằm giữa các chung cư
lớn.
- Gần đường lớn, mật độ phương tiện giao thông lớn. - Khuôn viên trường có ít cây xanh.
2.2. Thiết bị và dụng cụ lấy mẫu
Trong phạm vi nghiên cứu đề tài này, ngoài việc thu bụi thì các thông số khác như nhiệt độ, độ ẩm tương đối, CO, CO2 được theo dõi trong nhà và ngoài trời trong suốt thời gian thu mẫu. Bên cạnh đó, thông tin về hoạt động của lớp học (số học sinh có mặt, trạng thái của cửa ra vào và cửa sổ, phương pháp làm sạch và chất tẩy rửa được sử dụng) được thu thập bởi bảng câu hỏi khảo sát (phần phụ lục).
2.2.1. Thiết bị thu bụi
Máy thu mẫu Nanosampler II Model 3182 của Nhật. Là thiết bị đầu tiên và duy nhất trên thế giới phân loại các hạt 0,1µm dưới áp lực xung quanh. Thiết bị này thu mẫu bụi theo theo 5 tầng với các kích cỡ hạt khác nhau là PM0.1, PM0.5, PM1.0, PM2.5, PM10. Bộ lọc sợi sử dụng một số cơ chế để thu khí như quán tính, lắng trọng lực, đánh chặn và khuếch tán. Hiệu quả thu khí thuộc vào kích thước hạt và tốc độ lọc. Các hạt lớn được giữ lại trong một bộ lọc bằng lực quán tính ở tốc độ lọc cao, trong khi các hạt nhỏ được loại bỏ khỏi khí bằng sự khuếch tán Brown. Nanosampler cho phép sử dụng lưu lượng lấy mẫu cao hơn 40 L/phút. Lưu lượng cao hơn này rút ngắn thời gian lấy mẫu, cần thiết cho việc cân hoặc phân tích mẫu.
Các tấm giấy lọc sợi thủy tinh TX40HI20-WW của Nhật Bản, có đường kính 55mm, kích thước lỗ 0,2µm.
Ống silicon để kết nối giữa máy bơm khí với máy thu khí Nanosampler II Model 3182.
Dùng kẹp để lấy giấy lọc và cho vào các tầng của thiết bị Nanosampler II Model 3182.
Hình 2.2: Máy thu bụi Nanosampler II Model 3182.
2.2.2. Thiết bị đo nồng độ CO2, CO, nhiệt độ, độ ẩm
Máy theo dõi chất lượng không khí trong nhà Q-Trak Model 7575 cung cấp thông tin nhanh chóng, chính xác để đánh giá các thông số chính của chất lượng không khí trong nhà, hoặc IAQ. Đồng thời hiển thị các phép đo CO2, CO, nhiệt độ và độ ẩm.
Thiết bị gồm 2 bộ phận là màn hình LCD để cài đặt và hiển thị các thông số cần đo và 1 đầu dò
Phần mềm phân tích dữ liệu TRAKPRO ™ được cung cấp để ghi dữ liệu, phân tích và ghi lại kết quả.
Thiết bị cho phép lưu trữ tối đa 39 ngày dữ liệu được thu thập.
2.3. Kế hoach lấy và bảo quản mẫu
2.3.1. Kế hoạch lấy mẫu
Để nghiên cứu tác động của các yếu tố: kiến trúc, tình trạng xây dựng, tình trạng giao thông tới nồng độ các kim loại nặng ở không khí trong nhà, chúng tôi đã tiến hành lấy mẫu như sau:
- Trong khoảng thời gian từ 15/11/2019 đến 08/12/2019 chúng tôi tiến hành thu mẫu tại trường S1.
- Trong khoảng thời gian từ 09/01/2020 đến 20/01/2020 chúng tôi tiến hành thu mẫu tại trường S2.
Với mục đích nghiên cứu ảnh hưởng lâu dài của các nguồn phát thải kim loại nặng đối với không khí trong các phòng học; ở mỗi trường mầm non, tôi đã tiến hành lấy mẫu không khí trong nhà và ngoài trời theo 2 khoảng thời gian:
- Ban ngày, trong khoảng thời gian từ 8:00 đến 16:00 (8h): là khoảng thời gian diễn ra hoạt động giáo dục của giáo viên và trẻ trong lớp học. Lấy đồng thời 02 mẫu khí: trong phòng học và ngoài phòng học. Mẫu khí ngoài phòng học được đặt ở sân trường, vị trí an toàn, hạn chế tối đa nguy cơ phá hủy thiết bị hoặc gây chú ý tới người khác.
- Buổi tối, đêm và cuối tuần: trong khoảng thời gian từ 18h đến 7h00 của ngày kế tiếp (13h), là khoảng thời gian tĩnh, không có bất kỳ hoạt động nào diễn ra trong lớp học. Lấy đồng thời 02 mẫu khí: trong phòng học và ngoài phòng học (sân trường), trùng với vị trí lấy mẫu ban ngày nhưng với thời gian đã được trình bày ở phần trên.
a) Trong nhà b) Xung quanh
Hình 2.4: Dụng cụ lấy không khí trong nhà và ngoài trời được lắp hoàn chỉnh. Mẫu khí được máy bơm hút với tốc độ 40L/phút và được giữ lại nhờ lực quán tính trên các tấm giấy lọc đặt lần lượt trong các tầng từ cao đến thấp của thiết bị Nanosampler II tương ứng với các kích cỡ hạt PM10, PM2.5, PM1.0, PM0.5, PM0.1
Thể tích mẫu khí được xác định theo công thức sau:
V = v × t (2.1)
Trong đó: V: Thể tích lấy mẫu (lít); v: Tốc độ hút (lít/phút); t: Thời gian lấy mẫu (phút).
Để đo nồng độ CO2, CO, nhiệt độ, độ ẩm tôi sử dụng máy QTrak 7575, cài đặt thời gian là 30s thu 1 số liệu, lấy dữ liệu được thu liên tục trong các ngày để khảo sát mối tương quan với lượng bụi thu được từ thiết bị Nanosampler.
Để đảm bảo an toàn cho học sinh cũng như các thiết bị, các thiết bị được lắp đặt tại nơi xa tầm tay của trẻ, và có che chắn bảo vệ với các thiết bị đặt ngoài trời.
2.3.2. Các bước lấy và bảo quản mẫu
Các bước chi tiết thực hiện quá trình lấy mẫu được thể hiện như sau:
Bước 1: Đặt giấy lọc trắng trong phòng sạch trong 48h, nhiệt độ phòng luôn duy trì ở 20oC, độ ẩm 50%. Sau đó cân các giấy lọc trắng bằng cân phân tích Mettler Toledor 6 số lẻ (cân siêu vi lượng), bước nhảy = 0,0002mg tại Viện sức khỏe nghề nghiệp và môi trường, cân xong mỗi tờ giấy lọc được cho vào một đĩa peptri nhựa để tránh tối đa sự nhiễm bẩn và kí hiệu từng đĩa.
Hình 2.5: Cân phân tích Mettler Toledor 6 số lẻ.
Bước 2: Thu mẫu bụi: Dùng kẹp để lấy các giấy lọc đã cân cho vào các tầng của thiết bị Nanosampler và đánh dấu. Kết nối thiết bị Nanosampler với máy bơm bằng ống silicon.
Bước 3: Bật đồng thời máy bơm, máy Qtrak.
Bước 4: Sau khi kết thúc mỗi lần thu mẫu thì ngắt máy bơm, dùng kẹp để lấy các giấy lọc cho vào đĩa peptri tương ứng đã được đánh dấu trước đó, bảo quản trong phòng sạch (T=20oC, độ ẩm =50%) trong 48h, tránh va đập mạnh để bụi không rơi khỏi giấy lọc và nhiễm bẩn. Sau đó cân các giấy lọc này. Và mang đi phân tích sớm nhất có thể.
Dữ liệu thu được từ máy Qtrak được xuất máy tính bằng các phần mềm tương ứng.
Bước 5: Ghi chép đầy đủ thông tin vào biên bản lấy mẫu khí, phiếu điều tra các thông số, đặc trưng của nơi lấy mẫu.
2.4. Xác định nồng độ các kim loại nặng bằng phương pháp quang phổ huỳnh quang tia X (XRF)
Hiện nay trên thế giới và tại Việt Nam, các kim loại nặng thường được xác định bằng các phương pháp như Quang phổ nguồn plasma cảm ứng cao tần kết nối khối phổ ICP-MS, Quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS, phương pháp quang phổ huỳnh quang tia X (XRF). Trong đề tài này tôi đã sử dụng phương pháp quang phổ huỳnh quang tia X để xác định hàm lượng các kim loại có trong các mẫu bụi thu được.
2.4.1. Giới thiệu về XRF
Quang phổ huỳnh quang tia X (XRF) là một kỹ thuật phân tích nguyên tố với ứng dụng rộng rãi trong khoa học và công nghiệp. XRF dựa trên nguyên tắc rằng các nguyên tử riêng lẻ, khi được kích thích bởi một nguồn năng lượng bên ngoài, sẽ phát ra các photon tia X có năng lượng hoặc bước sóng đặc trưng. Bằng cách đếm số lượng photon của mỗi năng lượng phát ra từ một mẫu, các phần tử có mặt có thể được xác định và định lượng. XRF huỳnh quang tia X – là kĩ thuật quang phổ được ứng dụng chủ yếu trong các mẫu chất rắn, trong đó sự phát xạ tia X thứ cấp được