1.3.1.1. Đặc tính của asen
Asen (số hiệu nguyên tử 33) là một nguyên tố rất phổ biến và xếp thứ 20 trong tự nhiên, chiếm khoảng 0,00005% trong vỏ trái đất, xếp thứ 14 trong nước biển và thứ 12 trong cơ thể người [19]. Nó có trong hầu hết các loại đá với hàm lượng từ 0,5 đến 2,5 mg/kg. Asen ở dạng tinh thể có màu xám bạc, ròn và có khối lượng
19
nguyên tử là 74,9; trọng lượng riêng là 5,73 g/cm3, tan chảy ở nhiệt độ 8170C (dưới áp suất 28 atm), sôi ở 6130C và áp suất hóa hơi 1mm Hg ở 3720C.
Trong tự nhiên, người ta thường thấy asen tồn tại dưới dạng hợp chất với một số nguyên tố khác như oxi và lưu huỳnh. Asen có 3 dạng thù hình: dạng vàng, dạng xám và dạng nâu. Hơi asen có mùi tỏi và rất độc, asen tồn tại ở số oxi hóa là-3, 0, +3 và +5. Asen có trong hơn 200 khoáng vật khác nhau.
Trong môi trường oxi hóa và thoáng khí, dạng tồn tại chủ yếu của asen trong nước và đất là asenat. Asen có thể bền với một dãy các oxyanion: H3AsO4, H2AsO4-
, HAsO42-và AsO43-. Dưới điều kiện khử và ngập nước, asenit là dạng tồn tại chính của asen. Tốc độ chuyển hoá phụ thuộc vào thế oxi hoá khử Eh và pH của môi trường và các nhân tố vật lý, hoá học, sinh học khác. Trong môi trường trung tính, asenat tồn tại chủ yếu ở dạng H2AsO4- và HAsO42-, còn asenit tồn tại chủ yếu ở dạng axit không phân ly H3AsO3. Biểu đồ dưới đây cho thấy các dạng tồn tại của asen phụ thuộc vào pH và Eh.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 6 7 8 9 10 11 12 13 14 pH p h Ç n m ol l
H×nh 1.4: PhÇn mol cña H3AsO3, H2AsO3-, HAsO32-, AsO33- theo pH
H3As O3 H2AsO 3- --- HAsO3 2- AsO3 3--
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1 3 5 7 9 11 13 pH ph Çn m ol l
H×nh 1.5: PhÇn mol cña H3AsO4, H2AsO4-, HAsO42-, AsO43- theo pH
Asen có độc tính đối với cả thực vật và động vật, nó được chứng minh là nhân tố gây ung thư đối với con người. Tính độc của Asen đối với sức khỏe con người theo các mức độ từ tổn thương da đến ung thư não, gan, thận và dạ dày. Độc tính của Asen được xác định phụ thuộc vào các dạng tồn tại của Asen. Đối với cơ thể sống, bao gồm con người và các động vật khác, những dạng Asen vô cơ thường độc hơn các dạng As hữu cơ. Chỉ số LD50 qua miệng (liều lượng gây chết trung bình 50% quần thể nghiên cứu) đối với Asen vô cơ tương ứng là 15-293mg/kg và 11-150mg/kg thể trọng của chuột và các động vật thí nghiệm khác. Tiếp xúc với 70- 80 mg As2O3 qua đường ăn uống được xác định là nguy hiểm đến tính mạng đối với con người [19].
Asenit (As III) thường độc hơn là Asenat (As V). Độc tính của các hợp chất asen đối với sinh vật dưới nước tăng theo dãy: asin> asenit>asenat>hợp chất asen hữu cơ. Cơ chế biến đổi sinh học của asen trong cơ thể người rất phức tạp, tuỳ theo từng hợp chất. Hiện nay chưa có biện pháp hữu hiệu chữa bệnh nhiễm độc asen.
Asen vô cơ.
Asen vô cơ có thể phá huỷ các mô trong hệ hô hấp, trong gan và thận. Nó tác động lên các enzim hoạt động đảm bảo cho quá trình hô hấp. Các nghiên cứu đã chỉ ra cơ chế gây độc chính của asen là do sự liên kết của nó với các nhóm
H3AsO4
H2AsO4-
HAsO42-
21
sunfuahydryl SH, làm mất chức năng hoạt động của enzim.
AsO3-3 SH SH As O- Enzym + + 2 OH- Enzym SH SH -
Asen(V) ức chế các enzim sinh năng lượng cho tế bào như các enzim sinh ra ATP làm chu trình xitric bị kìm hãm.
C C H OPO32- H OH O + PO43- C C O OPO32- H OH O PO32- C C O OPO32- H OH O AsO33- ATP Ph©n huû thµnh s¶n phÈm ®Çu
Asen hữu cơ.
Các hợp chất asen(V) (R-AsO3H2) ít ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim nhưng trong những điều kiện thích hợp chúng có thể khử về dạng asen(III) độc hơn.
Các hợp chất asen(III) bao gồm aseno và asenoso . Các hợp chất aseno (R- As=As-R) bị oxi hoá dễ dàng ngay cả khi có vết oxi, tính hoạt động của chúng được cho là do sự chuyển hoá thành các dẫn xuất aseno tương ứng. Các dẫn xuất này có thể được chia thành các hợp chất thế một lần và các hợp chất thế hai lần theo phản ứng của chúng với nhóm sunfuahydryl . Những hợp chất thế một lần, ví dụ R- As=O, phản ứng với enzim chứa nhóm -SH.
R-As O + 2R'SH R-As
SR'
SR'
Một số enzim chứa hai nhóm thiol có thể phản ứng với hợp chất asen thế một lần, bằng cách đó tạo ra cấu trúc vòng 5 cạnh. Phản ứng này thuận nghịch với đithiol. Axit liponic, cần thiết cho giai đoạn đầu trong sự oxi hoá của piruvate, bị ức chế bằng cách này bởi liuzit (sử dụng làm khí độc). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
protein S
S
AsCH CHCl + BAL protein
SH SH + ClCH CHAsH2 S S CH CH2OH CH2
1.3.1.2. Sự ô nhiễm asen trong nƣớc
Hiện nay do sự bùng nổ dân số thế giới, vấn đề cung cấp nước sạch cho sinh hoạt đang là một vấn đề lớn mà xã hội quan tâm. Trong khi nguồn nước bề mặt: sông, suối, ao, hồ đang ngày càng bị ô nhiễm nặng bởi nước thải sinh hoạt, nước thải từ các nhà máy công nghiệp thì việc sử dụng nguồn nước ngầm như là một giải pháp hữu hiệu cho việc cung cấp nước sạch. Nước ngầm ít chịu ảnh hưởng bởi các tác động của con người. Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước bề mặt. Trong nước ngầm, hầu như không có các hạt keo hay cặn lơ lửng, các chỉ tiêu vi sinh trong nước ngầm cũng tốt hơn. Tuy nhiên, khi khai thác nguồn nước ngầm, chúng ta phải đối mặt với một vấn đề rất đáng lo ngại, đó là việc nhiễm độc kim loại nặng, đặc biệt là asen. Nguồn asen có trong nước ngầm chủ yếu do sự hoà tan các hợp chất có chứa asen trong đất, đá do quá trình phong hoá, hoạt động núi lửa và một phần do quá trình sản xuất công, nông nghiệp tạo ra.
Ô nhiễm Asen trên thế giới
Hiện nay trên thế giới có hàng chục triệu người đã bị bệnh đen và rụng móng chân, sừng hoá da, ung thư da… do sử dụng nguồn nước sinh hoạt có nồng độ Asen cao. Nhiều nước đã phát hiện hàm lượng Asen rất cao trong nguồn nước sinh hoạt như Canada, Alaska, Chile, Arhentina, Trung Quốc, India, Thái Lan, Bangladesh ...
Ô nhiễm Asen tại Việt Nam
Do cấu tạo tự nhiên của địa chất, nhiều vùng của nước ta nước ngầm bị nhiễm Asenic (thạch tín). Theo thống kê chưa đầy đủ, hiện có khoảng hơn 1 triệu giếng khoan, nhiều giếng trong số này có nồng độ Asen cao hơn từ 20-50 lần theo tiêu chuẩn của Bộ Y tế 0,01mg/l, gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ, tính mạng của
23
cộng đồng. Vùng nước bị nhiễm Asen của nước ta khá rộng nên việc cảnh báo nhiễm độc từ nước giếng khoan cho khoảng 10 triệu dân là rất cần thiết.
Những nghiên cứu gần đây cho thấy vùng châu thổ sông Hồng có nhiều giếng khoan có hàm lượng Asen cao vượt quá tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) và vượt quá tiêu chuẩn Bộ Y tế Việt Nam (0,01mg/l). Những vùng bị ô nhiễm nghiêm trọng nhất là phía Nam Hà Nội, Hà Nam, Hà Tây, Hưng Yên, Nam Định, Ninh Bình, Thái Bình và Hải Dương.
Ở vùng đồng bằng sông Cửu Long (Mekong) theo nghiên cứu mới đây của Kim Phuong Nguyen et al, 2009 [8] , trong báo cáo này các tác giả đã nghiên cứu sự có mặt của Asen trong nước ngầm, tại 47 giếng khoan ở 12 vùng thuộc các tỉnh ở đồng bằng sông Cửu Long. Các kết quả nghiên cứu cho thấy: 38,3% các mẫu nghiên cứu có nồng độ As vượt quá tiêu chuẩn cho phép của Bộ Y Tế (<10 µg/l), trong đó đến 8,5% các mẫu có nồng độ As >100 µg/l.