Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích sàng lọc calux trong đánh giá mức độ ô nhiễm dioxin trong môi trường tại một số khu vực ô nhiễm nặng ở việt nam và đề xuất giải pháp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌCTỰ NHIÊN ******* NGUYỄN THỊ MƠ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SÀNG LỌC CALUX TRONG ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM DIOXIN TRONG MÔI TRƯỜ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

TỰ NHIÊN *******

NGUYỄN THỊ MƠ

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SÀNG LỌC CALUX TRONG ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM DIOXIN TRONG MÔI TRƯỜNG TẠI MỘT SỐ KHU VỰC Ô NHIỄM NẶNG Ở VIỆT NAM VÀ

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ Ô NHIỄM TẠI KHU VỰC NÀY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI – 2014

1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

TỰ NHIÊN *******

NGUYỄN THỊ MƠ

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SÀNG LỌC CALUX TRONG ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM DIOXIN TRONG MÔI TRƯỜNG TẠI MỘT SỐ KHU VỰC Ô NHIỄM NẶNG Ở VIỆT NAM VÀ

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ Ô NHIỄM TẠI KHU VỰC NÀY

Chuyên ngành: Hóa môi trường

Em xin gửi lời cảm ơn tới các anh chị và các bạn đồng nghiệp phòng thí nghiệm Dioxin, Trung tâm Quan trắc Môi trường, Tổng cục Môi trường đã nhiệt tình giúp đỡ em trong quá trình thực hiện luận văn này.

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, những người đã luôn

ở bên động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu, hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình.

Cuối cùng, em xin cảm ơn Ban quản lý Dự án xây dựng Phòng thí nghiệm Dioxin (Tổng cục Môi trường), Đề tài KHCN-33.01/11-15(thuộc chương trình nghiên cứu Khoa học và Kĩ thuật quốc gia KHCN-33/11-15-Nghiên cứu và khắc phục hậu quả lâu dài của chất độc da cam/Dioxin đối với môi trường và sức khỏe con người Việt Nam), Dự ánHợp tác khoa học và công nghệ vì sự phát triển bền vững của Nhật Bản (Science and Technology Research Partnership for Sustainable Development -SATREPS)đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn này.

Hà nội, 24/11/2014

Học viên

Nguyễn Thị Mơ

3

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cấu trúc hóa học của các chất dioxin và các hợp chất tiêu biểu về độ độc 3

Hình 1.2 Sơ đồ tác động sinh học của dioxin………… ……… …….….8

Hình 1.3 Cơ chế hình thành dioxin trong sản xuất chất diệt cỏ……….9

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên tắc của phương pháp CALUX ……… ….24

Hình 2.1 Các khu vực ô nhiễm tại sân bay Biên Hòa ……….……… 31

Hình 2.2 Các khu vực ô nhiễm tại sân bay Đà Nẵng……… ……… 32

Hình 2.3 Phương pháp lấy mẫu đất dưới bề mặt ……… 34

Hình 2.4 Sơ đồ quy trình chiết tách và làm sạch mẫu đất……… ………… 37

Hình 2.5 Quy trình làm sạch mẫu bằng hệ làm sạch bán tự động ………… 38

Hình 2.6 Quy trình thí nghiệm CALUX……… 39

Hình 3.1 Đường chuẩn phân tích CALUX ……… … 41

Hình 3.2 Đồ thị tương quan ln[TCDD*100] và RLU của tế bào ………… …43

Hình 3.3 Đồ thị so sánh hai phương pháp HRGCMS và CALUX…….…… 46

Hình 3.4 Sơ đồ vị trí lấy mẫu tại khu vực Pacer Ivy, sân bay Biên Hòa …… 48

Hình 3.5 Biểu diễn nồng độ dioxin tại các vị trí lấy mẫu ……….50

Hình 3.6 Sơ đồ vị trí lấy mẫu tại sân bay Đà Nẵng ……….… 52

Hình 3.7 Biểu diễn vị trí đất bị nhiễm dioxin vượt ngưỡng cho phép …… 53

Hình 3.8 Phân bố giá trị nồng độ TEQ tại khu vực phía Tây/Pacer Ivy… … 55

Hình 3.9 Biểu đồ biểu diễn nồng độ phân bố theo chiều sâu của mẫu…… ….56

Hình 3.10 Sơ đồ tiến trình xử lý bằng công nghệ giải hấp nhiệt ………… ….62

Hình 3.11 Sơ đồ cơ sở hệ thống IPTD ……… … 63

Hình 3.12 Sơ đồ đơn giản máy nghiền bi ……….……… 68

Hình 3.13 Sơ đồ quy trình công nghệ MCD ……….…68

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Các nhóm đồng loại của PCDD và PCDF ……….… 4Bảng 1.2 Giá trị hệ số độc của các PCDD, PCDF tiêu biểu……… 5Bảng 1.3 Số lượng chất độc hóa học được sử dụng tại miền Nam Việt nam….15Bảng 1.4.Các phương pháp sinh học xác định dioxin……… ….….20Bảng 3.1 Nồng độ các dung dịch chuẩn dựng đường chuẩn………… …… 40Bảng 3.2 Kết quả xây dựng đường chuẩn thực tế ……….… ….….42

Bảng 3.3 Kết quả phân tích xác định LOD/LOQ của phương pháp CALUX ……… …43

Bảng 3.4 Kết quả phân tích kiểm tra chéo giữa Việt Nam và Nhật Bản … 45Bảng 3.5 Kết quả phân tích mẫu đất tại khu vực Pacer Ivy, sân bay Biên Hoà 49Bảng 3.6 Kết quả phân tích mẫu đất theo độ sâu tại khu Pacer Ivy sân bay Biên Hoà 51Bảng 3.7 Kết quả phân tích mẫu đất tại sân bay Đà nẵng 53Bảng 3.8 Các điểm nóng ô nhiễm dioxin tại sân bay Đà Nẵng ………58

Bảng 3.9 Sàng lọc công nghệ/phương pháp cho xử lý đất nhiễm dioxin tại Việt Nam 59

Bảng 3.10 Nồng độ PCB và dioxin trong đất trước và sau xử lý bằng ISTD……… 65Bảng 3.11 Nồng độ PCB và dioxin trong đất trước và sau xử lý bằng ISTD tại Mỹ… 65

5

High Resolution Mass SpectrometryProtein sock nhiệt 90 kDa

Giải hấp nhiệt tại chỗ (In-Situ Thermal Desorption)Giải hấp nhiệt trong mố (In-Pile Thermal Desorption)Công nghệ hóa cơ (MechanoChemical Destruction)

Hệ số độc (Toxic Equivalency Factor)

Độ độc tương đương (Toxic Equivalency Quantity)

6

MỞ ĐẦU

Dioxin là một nhóm các hợp chất hóa học được đưa vào danh sách các chất

ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy (Persistant Organic Pollutant-POP)[39] Dioxin đượcsinh ra một cách không chủ định và tồn tại như là một sản phẩm phụ của các quátrình hoạt động, sản xuất công nghiệp khi cómặt chấtclo Do phân tử của các chấtdioxin có cấu trúc gồm hai mạch vòng và có sự góp mặt của clo nên chúng rất ổnđịnh và do đócó thểtồn tại một cách bền vững trong môi trường Mặt khác, các phântửdioxin đều không phân cực; vì thế, chúng không tan trong nước và các dung dịchđiện ly, nhưng lại tan trong dung môi hữu cơ và trong mỡ Đặc trưng này làm chodioxin có một tính chất vô cùng nguy hiểm đối với con người và động vật là khảnăng tích tụ sinh học.Nếu dioxin đi vào cơ thể, chúng sẽ không bị bài tiết ra ngoài

mà sẽ tích tụ lại trong các mô mỡ và tế bào cơ thể sống gây ra các tác động đến cácquá trình sinh hóa của cơ thể.[10]

Tại Việt Nam,trong suốt những năm từ năm 1961 đến năm 1971, quân đội

Mỹ đã tiến hành cuộc chiến tranh hóa học lớn nhất trong lịch sử, sử dụng khoảng 80triệu lít chất độc hóa học trong đó chứa ít nhất 366 kg chất dioxin[26] Những gì đểlại sau cuộc chiến là sự tồn lưu của dioxin trong môi trường và đặc biệt ở một sốkhu vực lượng dioxin tồn lưu trong đất là vô cùng lớn với nồng độ cỡ vài nghìn, vàichục nghìn hay thậm chí là hàng trăm nghìn pg-TEQ/g mẫu Các khu vực này đã trởthành điểm nóng ô nhiễm nặng dioxin tại Việt Nam Sân bay Biên Hòa, Đà Nẵng vàPhù Cát là những khu vực chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của chất độc hóahọc/dioxin Đây là những khu vựctrước đây thuộc căn cứ không quân của quân đội

Mỹ và được sử dụng để tập kết, pha trộn, lưu trữ và chuẩn bị cho phun rải Đặc biệttại đâyđã từng xảy ra những vụ rò rỉ lớn các chất độc hóa học ra môi trường gây hậuquả ô nhiễm nghiêm trọng cho đến tận ngày nay [9]

Vấn đề đánh giá, khảo sát và xử lý ô nhiễm dioxin đang là chủ đề thu hút sựquan tâm đặc biệt của các nhà khoa học, chính phủ cũng như nhân dân Việt Nam

cùngcộng đồng thế giới Các hoạt động quan trắc và các hội thảo báo cáo các vấn đềliên quan đến dioxin và nghiên cứu, xử lý dioxin được duy trì thường niên.

Tại Việt Nam hiện nay,Chính phủ đã triển khai nhiều hoạt độngquan trắc,khảo sát, đánh giá mức độ ô nhiễm và xử lýô nhiễm dioxin tại các khu vực bị ônhiễm nặng nhằm giảm thiểu các tác động xấu, mức độ ô nhiễm và phục hồi môitrường tại đây.Các hoạt động này đều yêu cầu một nguồn chi phí rất lớn từ Chínhphủ và các tổ chức hợp tác Quốc tế Nhằm mục đích giảm bớt chi phí và hỗ trợ chocông tác khảo sát và đánh giá ô nhiễm dioxin chúng tôi đã tiến hànhnghiên cứu,phát triển và ứng dụng phương pháp phân tích sàng lọc bằng công nghệ sinh học

CALUX (Chemically Activated LUciferase eXpression) để xác định nhanh nồng độ

các chất dioxin trong đất tại khu vực điểm nóng và nghiên cứu đề xuất phương án

xử lý ô nhiễm thích hợp cho từng khu vực

Vì vậy, với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích sàng lọc CALUX trong đánh giá mức độ ô nhiễm dioxin trong môi trường tại một số khu vực ô nhiễm nặng tại Việt Nam và đề xuất giải pháp xử lý ô nhiễm tại khu vực này”, tôi hi vọngcác kết quả đạt được sẽ đóng góp một phần nhỏ vào lĩnh vực

nghiên cứu và xử lý ô nhiễm dioxin tại Việt Nam hiện nay

2

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN VỀ DIOXIN VÀ CÁC TÁC ĐỘNG CỦA DIOXIN TỚI SỨC KHOẺ CON NGƯỜI VÀ MÔI TRƯỜNG

1.1.1 Khái niệm về Dioxin

Các tính chất lý – hóa của dioxin

Dioxin được biết đến như là tên gọi chung của một nhóm các hợp chất hóahọc có cấu tạo chung gồm các nhóm hydrocacbon mạch vòng liên kết với clotồn tạibền vững trong môi trường cũng như trong cơ thể con người và các sinh vật khác

Dioxin bao gồm 75 chất đồng loại PCDD (Polyclorodibenzo-p-dioxin) và 135 chất

đồng loại PCDF (Polychlorodibenzofuran).[17]

Hình 1.1 Cấu trúc hóa học của các chất dioxin và các hợp chất tiêu biểu về độ độc.

Tùy thuộc vào số nhóm thế clo trong phân tử mà người ta chia các hợp chấtPCDD/PCDF thành 8 nhóm chất như sau:

tử chứa nguyên tử clo ở các vị trí thế 2,3,7,8, trong đó bao gồm 7 chất PCDD và 10chất PCDF.

Khái niệm về hệ số độc (Toxicity Equivalency Factor-TEF) của các chấtdioxin được Tổ chức Y tế thế giới (WHO) đưa ra, hệ số độcđược xác định dựatrêndựa trên những nghiên cứu vềtác dụng của chất dioxin với cơ thể sống và nhữngbiểu hiện xấu do nó gây ra Chất 2,3,7,8-TCDD là chất được cho là có độc tính caonhất được biết đến và được quy ra hệ số độc cao nhất là 1, tính độc của các dioxin

và các hợp chất liên quan khác được biểu thị dưới dạng một phân số của độc tínhqui cho TCDD

4

Bảng 1.2 Giá trị hệ số độc của các PCDD, PCDFtiêu biểu[40]

1,2,3,4,6,7,8-HpCDF 0.011,2,3,4,7,8,9-HpCDF 0.01

( giá trị TEF được qui định bởi WHO (2005)

Các chất dioxin là các chất không màu, không mùi, có nhiệt độ sôi tương đốicao Các đồng loại này tồn tại ở trạng thái rắn ở điều kiện bình thường Một số tínhchất chính của các chất dioxin như sau: áp suất hơi thấp (từ 4,0×10-8 mm Hg đốivới 2,3,7,8-TCDD đến 8,2×10-13 mm Hg đối với OCDD);độ tan trong nước rất thấp(19,3 ng/L đối với 2,3,7,8-TCDD);độ tan trong dung môi/ chất béo (log Kow có giátrị từ 5,6 đối với TCDF và 6,1/7,1 đối với TCDD đến 8,2 đối với OCDD); liên kết

ưu tiên với các thành phần hữu cơ trong đất và trầm tích (giá trị log Koc của2,3,7,8-TCDD trong khoảng 6,4 - 7,6).[17]

Đặc tính ưa mỡ (lipophilic) và kỵ nước (hydrophobic) của dioxin liên quanchặt chẽ đến độ bền vững của chúng trong cơ thể sống cũng như trong tự nhiên và

sự phân bố của chúng trong các cơ quan của cơ thể Đặc tính ưa mỡ của dioxin làm

5

nguồn thực phẩm cho con người Trong môi trường, thời gian bán hủy của các hợpchất dioxin trong các lớp đất bề mặt và sâu hơn dưới bề mặt khoảng 9 - 12 và 25 -

100 năm và trong trầm tích thời gian bán hủy lên tới hàng trăm năm.[10]

Dioxin rất bền vững, không bị phân huỷ bởi các axít mạnh, kiềm mạnh, cácchất oxy hoá mạnh khi không có chất xúc tác ngay ở cả nhiệt độ cao Dioxin không

bị thuỷ phân trong nước ở điều kiện bình thường Dioxin có nhiệt độ nóng chảy khácao, nhiệt độ sôi của 2,3,7,8-TCDD lên tới 412oC, các quá trình cháy tạo dioxincũng xảy ra ở khoảng nhiệt độ khá cao Nhiệt độ 750 - 900oC vẫn là khoảng nhiệt

độ tạo thành 2,3,7,8-TCDD; ngay cả ở nhiệt độ 1200oC, quá trình phân huỷ dioxinvẫn là quá trình thuận nghịch Dioxin chỉ bị phân huỷ hoàn toàn ở khoảng nhiệt độ

1200 - 1400oC và cao hơn.[17]

Dioxin có thể xâm nhập vào cơ thể thông qua các con đường hô hấp, tiêu hóa

và qua da Trong đó, các kết quả nghiên cứu trên động vật thực nghiệm cho thấydioxin xâm nhập qua đường tiêu hóa tốt hơn qua da Khả năng xâm nhập của dioxinqua đường hô hấp có thể ngang với qua đường tiêu hóa Khả năng xâm nhập củadioxin vào cơ thể phụ thuộc vào cấu trúc của chúng, trong đó chất 2,3,7,8-TCDD là

có khả năng xâm nhập cao hơn so với các đồng loại khác.[10]

Đặc tính sinh học của dioxin

Hiện nay vẫn chưacó bằng chứng rõ ràng về cơ chế gây độc của các chấtdioxin Mặc dù vậy, nhiều ý kiến nhất trí rằng thụ thể hydrocarbon thơm (arylhydrocarbon receptor-AhR) đóng một vai trò trung gian trong cơ chế tác động củadioxin đối với cơ thể sống AhR là một protein đóng vai trò nhân tố phiên mã(transcription factor) tham gia vào quá trình điều hoà các đáp ứng sinh học đối vớihydrocarbon thơm Thụ thể AhR khi được hoạt hoá bởi hydrocarbon thơm sẽ kíchhoạt quá trình biểu hiện gen và sinh tổng hợp các enzym nhóm cytochrom P450,đây là các enzym tham gia trong quá trình chuyển hoá chất ngoại lai nhưhydrocarbon thơm

AhR có khả năng liên kết với các phối tử ngoại lai như các hợp chất tự nhiênnhóm flavonoid, polyphenolic và indol, cũng như các hydrocarbon thơm tổng hợp

và các chất tương tự dioxin Bình thường AhR không liên kết với phối tử được giữtrong tế bào chất dưới dạng một phức hợp protein ở trạng thái không hoạt động,gắn với một vài chaperon bao gồm cặp protein sock nhiệt 90 kDa (Hsp90) vàprotein XAP2 Hsp90 có tác dụng giữ thụ thể trong một cấu dạng cho phép liên kếtvới phối tử Ngoài ra nó ổn định thụ thể khi có shock nhiệt, bảo vệ thụ thể khỏi sựthuỷ phân và đặc biệt là ngăn sự liên kết sớm với ARNT XAP2 đóng vai trò ngănchặn sự vận chuyển AhR chưa liên kết phối tử vào trong nhân bằng cách che chắnchuỗi amino axit định vị nhân trên AhR

Sau khi liên kết với phối tử như dioxin, chaperon XAP2 tách ra khỏi phứchợp dẫn đến việc AhR dịch chuyển qua màng nhân Khi đã ở trong nhân, cặp Hsp90được giải phóng, cho phép AhR dimer hoá với thể vận chuyển AhR trong nhân(ARNT) Phức hợp AhR/ARNT đã được hoạt hoá bởi phối tử dioxin sau đó có khảnăng tương tác với ADN bằng sự liên kết với chuỗi DRE (yếu tố đáp ứng dioxin)trong vùng khởi động (promoter) của các gen đáp ứng AhR, dẫn đến sự biểu hiện(phiên mã và dịch mã) của các gen này

Khi có mặt dioxin, dioxin sẽ liên kết trực tiếp với các AhR tạo thành phứchợp khởi động quá trình liên tiếp phosphoryl hóa/khử phospho, từ đó dẫn tới việchoạt hóa các yếu tố sao chép gen, điều biến quá trình biến đổi tín hiệu và biểu hiệngen Các đáp ứng sinh học bất thường dẫn đến các tác động kích thích hoặc kìmhãm sự sao chép của hàng loạt các gen khác nhau và gây ra những tổn thương vềbệnh lý như hoại tử tế bào, chết tế bào, tăng sản, giảm sản hoặc loạn sản ở tế bào.Các dioxin còn làm biến đổi sao chép và giải mã của các gen bao gồm: gen gây ungthư, gen mã hóa và các yếu tố tăng trưởng, các hocmon, các enzyme chuyển hóathuốc như CYP1A1,CYP1A2, CYP1B1 là những đáp ứng nhạy nhất thấy được ởđộng vật và cả người bị phơi nhiễm dioxin.[24]

7

Hình 1.2 Sơ đồ cơ chế tác động sinh học của dioxin

Sự hình thành của dioxin trong môi trường

Trong tự nhiên, dioxin có thể được sinh ra do quá trình đốt cháy các vật chấthữu cơ không hoàn toàn như cháy rừng hay núi lửa phun Tuy nhiên, nguồn sinh radioxin chủ yếu là sản phẩm không chủ định trong các hoạt động của con người tạo

ra và giải phóng vào môi trường trong các quá trình đốt cháy (thiêu hủy rác thải,chất thải, đốt chấy gỗ, đốt cháy nhiên liệu hóa thạch…), trong các hoạt động côngnghiệp, sản xuất, sử dụng, hủy bỏ một số hóa chất nhất định (sản xuất và sử dụngchất diệt cỏ, thuốc trừ sâu…), trong các quá trình tẩy trắng bột giấy và trong quátrình sản xuất, tái sử dụng một số kim loại.[10]

Ở Việt Nam, nguồn dioxin được quan tâm và chú ý lớn là do hậu quả củacuộc chiến tranh hóa học của quân đội Mỹ thực hiện trong những năm 1961-1971

Trong giai đoạn này quân đội Mỹ đã tiến hành phun rải hàng trăm triệu lít chất diệt

1.1.2 Dioxin từ chất độc da cam

Chất độc da cam là tên gọi tên gọi của một loại thuốc diệt cỏ và làm rụng lácây được quân đội Mỹ sử dụng tại Việt Nam trong Chiến dịch Ranch Hand, mộtphần của chiến tranh hóa học của Mỹ trong thời kỳ Chiến tranh Việt Nam từ năm

1961 tới 1971

Dioxin trong chất độc da cam được tạo thành do quá trình sản xuất chất 2,4,5-trichlorophenoxyacetic (chất 2,4,5-T) trong chất diệt cỏ theo sơ đồ sau:

Hình 1.3 Cơ chếhình thành dioxin trong sản xuất chất diệt cỏ

Do cơ chế hình thành dioxin theo sơ đồ trên nên tỷ lệ 2,3,7,8-TCDD đối vớinguồn dioxin từ chất độc da cam là rất lớn, nó chiếm khoảng 80-98%, đây là mộtthông số có thể sử dụng để phân biệt dioxin từ chất da cam với các nguồn khác

Tùy thuộc vào thời gian và công nghệ sản xuất của từng nước, từng nhà máy

mà hàm lượng dioxin trong chất da cam rất khác nhau Theo số liệu nghiên cứu củamột số tác giả thì dioxin trong chất diệt cỏ sản xuất trong những năm 60 là rất lớn:30-40ppm, 70ppm thậm chí đến 100ppm Vì vậy việc đánh giá lượng dioxin ở miềnNam Việt Nam do chiến tranh hóa học để lại rất phức tạp vàrất khác nhau.[9]

1.1.3 Dioxin và tác động tới sức khoẻ con người

Con người có thể bị phơi nhiễm dioxin thông qua một vài con đường nhưhít thở các hạt lơ lửng chứa dioxin trong không khí, hấp thụ qua da hay tiêu thụ thực

9

phẩm có chứa dioxin Người bị nhiễm dioxin cơ thể bị mắc các chứng bệnh nhưsinh con bị dị tật, bất thường thai sản, ung thư, bệnh lý hệ thống hô hấp, miễn dịch,bệnh lý di truyền, da, nội tiết, thần kinh…

Hiện nay, đã có nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của các chất dioxin tới sứckhỏe con người Các ảnh hưởng này bao gồm:

Dioxin có thể gây rối loạn hệ miễn dịch của con người

Hệ miễm dịch là hệ thống có vai trò đáp ứng miễn dịch chống lại (loại bỏ)các chất lạ xâm nhập hay mới biến đổi khác trạng thái bẩm sinh xuất hiện trong cơthể để bảo toàn sự hằng định nội môi của cơ thể Khi chịu tác động của dioxin, hệmiễn dịch có thể bị dối loạn và gây ra những biến chứng bất thường cho cơ thể

Các nghiên cứu về dioxin cho thấy chất này có làm giảm khả năng đáp ứngmiễn dịch của cơ thể, làm tổn thương phản ứng miễn dịch qua trung gian tế bàothong qua khả năng gây độc tế bào lympho T và miễn dịch dịch thể thong qua các

cơ chế ức chế các lympho B biệt hóa sinh kháng thể.[10]

Việc nghiên cứu tác động của dioxin tới hệ miễn dịch đã được nghiên cứutrên các loài động vật trong phòng thí nghiệm và cả trên những người bị nhiễmdioxin

Dioxin có thể gây ra hiện tượng teo tuyến ức trên động vật thí nghiệm như:trên khỉ (Mc Connell và cộng sự, 1978), trên chuột cống trắng (Fan F và cộng sự,1996), trên chuột nhắt (Hanberg và cộng sự, 1998)[31]…

Dioxin có thể gây ức chế miễn dịch dẫn đến tăng tỷ lệ nhiễm bệnh trùng vàung thư Theo Burleson và cộng sự, thì sức đề kháng chống virut cúm giảm ở chuộtnhắt cũng giống như nhận xét của Yang Y G và cộng sự trên chuột cống.Một sốnghiên cứu trên người bị nhiễm dioxin cũng được thực hiện Theo Tonn và cộng sự(1996) chứng minh có hiện tượng ức chế đáp ứng miễn dịch với KN dị gen của tếbào lympho người ngay cả khi thúc mạnh với IL2 ngoại sinh…[10]

Tuy nhiên cũng có nhiều nghiên cứu cho rằng dioxin không gây ảnh hưởngtới hệ thống miễn dịch của con người Vì vậy hiện nay nhiều nhà khoa học vẫnđang tiếp tục các nghiên cứu về các tác động của dioxin lên hệ miễn dịch.

Dioxin tác động lên máu và hệ tạo máu

Nhiều nghiên cứu cho rằng dioxin có khả năng gây các bệnh ác tính hệ tạomáu thông qua trung gian là các gốc tự do dẫn tới các tổn thương ADNdo cơ chếoxy hóa

Thực nghiệm trên động vật chỉ ra sự biến đổi của các chỉ số máu ngoại vi vàtuỷ xương sau khi nhiễm dioxin Sau khi uống liều duy nhất 10 µg/kg dioxin,người ta thấy có biểu hiện tăng nồng độ hemoglobin và hematocrit ở chuột cống.Ngoài ra còn quan sát thấy có biểu hiện giảm số lượng bạch cầu và tiểu cầu Biểuhiện thiếu máu nhẹ xuất hiện ở khỉ Rhesus sau khi uống liều duy nhất 25 µg/kg.Nhiễm dioxin với liều duy nhất còn gây hiện tượng ức chế sinh sản tế bào gốc tạomáu, giảm số lượng bạch cầu lympho có hồi phục [10]

Nghiên cứu của các nhà khoa học cho thấy có sự liên quan giữa dioxin vàcác bệnh hệ tạo máu như: u lympho Hodgkin và không Hodgkin, đa rối loạnchuyển hoá porphyrin Dioxin cũng gây ra các bất thường của tuỷ sinh máu với sựgiảm sinh hoặc rối loạn về hình thái của các tế bào sinh máu Tuy nhiên các kếtquả nghiên cứu trên người vẫn chưa thống nhất về mức độ ảnh hưởng và hậu quảbệnh lý sau khi bị phơi nhiễm dioxin.[10]

Dioxin tác động tới hệ thống enzym, chuyển hoá chất, nội tiết, thần kinh và tâm thần

Dioxin có tác động lên sự hoạt động của các enzym chuyển hoá liên quanđến chuyển hoá năng lượng tế bào, carbohydrat, lipid và amino acid cũng như cácenzym chuyển hoá thuốc Sự thay đổi kéo dài của hoạt độngcác enzym này ảnhhưởng trực tiếp tới chức năng gan, rối loạn chức năng gan, suy giảm chuyển hoánăng lượng Ảnh hưởng độc của các loại chất dioxin là làm tăng lipid máu, giảm

11

trọng lượng cơ thể, chán ăn… Những thay đổi trên xảy ra với nồng độ dioxin rấtthấp và một số hậu quả có thể tồn tại trong thời gian dài.

Có nhiều bằng chứng cho thấy ảnh hưởng của dioxin tới hoạt động của cáctuyến nội tiết như: làm thay đổi quá trình chuyển dạng tế bào gây ra các tổn thươngdạng khối u, chứng ban đỏ và những bất thường phát triển cơ thể; rối loạn quá trìnhchuyển hoá hormon giáp trạng; gây ung thư…

Dioxin ảnh hưởng tới hệ dẫn truyền thần kinh, làm mất chức năng thần kinh,tâm thần Những biểu hiện của người bị nhiễm dioxin có thể gồm: đau nhói dâythần kinh, tê chân tay, đau đầu, rối loạn tinh thần [10]

Tác động của dioxin tới sức khoẻ sinh sản

Các vấn đề về nghiên cứu tác động của dioxin tới hệ thông di truyền và sứckhoẻ sinh sản đã được chú ý từ rất lâu và đã có nhiều công trình nghiên cứu Tuynhiên vấn đề này chậm được phổ biến và thừa nhận

Y văn Thế giới hiện nay đề cập đến tác hại của dioxin trên các loài vật trongphòng thí nghiệm nhiều hơn là trên con người Đã có nhiều nghiên cứu về ảnhhưởng của dioxin tới thai nhi và sức khoẻ sinh sản nhưng chúng vẫn chưa đủ cácbằng chứng thuyết phục nên theo tổ chức Y tế Thế giới (WHO) ảnh hưởng củadioxin tới sức khoẻ sinh sản của con người là chưa xác thực

Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm cho thấy dioxin ảnh hưởng tới sứckhoẻ sinh sản ở các loài vật nghiên cứu như sau: tác động lên sự phát triển(gâychết, chậm tăng trưởng, biến dạng cấu trúc, rối loạn chức năng các hệ cơ quan…),tác động lên sự sinh sản: ảnh hưởng lên sự sinh tinh, sự di động của tinh trùng, hìnhdạng tinh trùng, chu kỳ kinh, nồng độ một số hormon, hành vi tình dục, khả năngthụ thai…[10]

Ngoài ra, nhiều nhà nghiên cứu còn cho rằng chất độc dioxin gây ra các taibiến sinh sản, dị tật bẩm sinh ở trẻ em có cha hoặc mẹ bị nhiễm dioxin.Kết quả khảosát 28817 gia đình cựu chiến binh có chất độc da cam/dioxin ở nước ta thì số gia

khảo sát 19076 gia đình không bị nhiễm chất độc da cam/dioxin thì tỷ lệ gia đình cócon bị dị tật bẩm sinh là 356 gia đình, chiếm 1,87 % Như vậy, số gia đình bị nhiễmchất độc da cam/dioxin có con bị dị tật bẩm sinh gấp hơn 3 lần số gia đình không bịnhiễm chất độc da cam/dioxin.[1]

1.1.4 Dioxin và tác động tới môi trường sinh thái

Trong môi trường sinh thái, dioxin ít hoà tan trong nước nhưng khả nănghấp thụ vào đất lại khá cao Khi xâm nhập vào đất, dioxin kết hợp với các chất hữu

cơ biến thành các phức chất không hoà tan trong nước và ít bị rửa trôi, do vậy,những lớp đất có lượng mùn cao ở khu vực nhiễm độc dioxin có khả năng tích tụdioxin nhiều nhất Dioxin có thể chuyển rời ra khỏi những nơi tích tụ ban đầu nếukhu vực đất nhiễm dioxin bị sạt lở, và theo dòng nước cuốn đi xa, tạo thành nhữngkhu vực nhiễm độc mới

Những nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới đã khẳng định tính khótiêu huỷ của dioxin trong môi trường với chu kỳ bán huỷ lên tới hàng chục năm.Thực tế ở nước ta cho thấy chu kỳ bán huỷ của dioxin có khả năng còn hơn thế nữa.Gần 30 năm sau chiến tranh, di chứng của dioxin vẫn hiển hiện trên nhiều vùng lãnhthổ Có những khu rừng rậm nhiệt đới vốn giàu có về đa dạng sinh học, sau khi bịphun rải chất độc da cam/dioxin, hệ sinh thái rừng bị phá hủy nghiêm trọng và chođến nay chúng vẫn chưa thể tự hồi phục

Những nghiên cứu trên cơ thể thực vật cho thấy, khi bị phun rải chất độc dacam/dioxin, cơ thể thực vật sẽ có những phản ứng sinh lý, như xuất hiện nhiều u nổitrên lá, một số thay đổi khá rõ nét về hình dáng thân, cành, lá, hoa và quả, nhiềutrường hợp dẫn tới rụng lá Nếu cây không mọc lá trở lại, có nghĩa là chấm dứt sựquang hợp, dẫn đến chết cây Chất độc da cam cũng gây tiêu huỷ các chất hữu cơtrong đất, dẫn đến sự giảm sút các hoạt động của vi sinh vật trong đất, gây hậu quảphá huỷ cơ cấu thành phần thổ nhưỡng và xói mòn đất Hệ động vật cũng chịu tổnthất rất nặng nề Khi bị nhiễm độc trực tiếp với liều lượng lớn, các loài động vật có

13

thể bị chết ngay Đối với những cá thể loài sống sót vẫn có thể tiếp tục chết nếu ănphải thức ăn hoặc uống phải nguồn nước bị nhiễm độc.

Một đặc tính của hệ sinh thái rừng là khả năng hồi phục tự nhiên Vào nhữngnăm 1980, vì chưa có đủ thời gian thử nghiệm để đánh giá hậu quả lâu dài của chấtđộc da cam, một số nhà khoa học đã dùng các dẫn chứng rút ra từ mô hình diễn thếcủa rừng nhiệt đới sau khi bị tác động của con người như đốt nương làm rẫy để suy

ra diễn thế của rừng nhiệt đới sau khi bị phun rải chất độc da cam Rừng nhiệt đới bịđốt thành nương rẫy, sau đó bỏ hoang do thoái hoá đất, có thể tự phục hồi theo chutrình: khởi đầu là những thực vật bậc thấp như lau lách xuất hiện, tiếp đó là chuốirừng và tre nứa, các loài cây gỗ mọc nhanh Sau khoảng một vài chục năm sẽ xuấthiện những cây rừng và phát triển tiếp một thời gian sẽ thành rừng nhiệt đới Nhưngthực tế cho thấy diễn thế của rừng nhiệt đới bị phá huỷ do chất da cam lại khôngdiễn ra như vậy Việc tái sinh rừng cần một thời gian rất dài và khó khăn.[4,9]

1.1.5 Tình hình ô nhiễm dioxin tại Việt Nam

Từ năm 1961 - 1971, quân đội Mỹ đã tiến hành cuộc chiến tranh hoá học lớnnhất, tàn khốc nhất trong lịch sử chiến tranh Việt Nam, xét cả về tính độc, khốilượng, chủng loại hoá chất độc Trên 100 nghìn tấn chất độc hóa học, phun rải trêndiện tích 1,7 triệu ha của miền nam Việt Nam Các chất da cam, chất trắng, chấtxanh, là các chất diệt cỏ làm rụng lá cây đã được sử dụng với liều lượng cao gấpnhiều lần liều sử dụng trong nông nghiệp nên chúng trở thành các chất độc ảnhhưởng lớn tới môi trường và các hệ sinh thái.[10]

Hiện nay, tại một số khu vực có lượng dioxin tồn lưu trong môi trường cònrất lớn, theo TCVN 8183:2009, ngưỡng dioxin trong đất và trầm tích lần lượt là

1000 pg-TEQ/g và 150 pg-TEQ/g, thì tại các khu vực này có lượng dioxin tồn lưucao hơn gấp nhiều lần ngưỡng cho phép và hình thành các điểm nóng về ô nhiễmdioxin Từ nhiều nghiên cứu, các tác giả đã thống kê lượng chất độc hóa học màquân độ Mỹ sử dụng trong những năm 1961-1971 (bảng 1.3)

Bảng 1.3 Số lượng chất độc hóa học được sử dụng tại miền Nam Việt

Stellman

49.268.937 20.556.525 4.741.381 2.387.963 76.954.806(2003)

Young

43.332.640 21.798.400 6.100.640 2.944.240 74.175.920(2009)

Trong bảng này cần chú ý là trong số liệu của Westing không bao gồm cácchất tím, hồng và xanh mạ là những chất có hàm lượng dioxin rất cao Theo Young

và cộng sự thì con số 74.175.920 lít là tổng số Mỹ đưa vào Việt Nam, đến năm

1972 theo kế hoạch Pacer Ivy đã đưa về nước 25.200 phi (loại 208 lít) chất da cam,tương đương 5.241.600 lít, còn lượng đã sử dụng là 74.250.800 lít Theo số liệucủa Stellman thì số lượng tổng các chất diệt cỏ là 76.954.806 lít(~77 triệu) các chất,tương đương với 95.112.688 kg (~ 95 triệu kg), trong đó có 67% các chất chứadioxin, mà chủ yếu là chất da cam với khối lượng 49,27 triệu lít, tương đương63.000 tấn

Từ các số liệu trên đây, có thể đánh giá mật độ phun rải như sau: Tất cả cácchất là ~ 36 kg/ ha, riêng các chất da cam với khối lượng 49.268.937 lít tươngđương 63.064.240 kg, rải trên 1,68 triệu ha thì mật độ 37,5 kg/ ha, gấp 17 lần liều

sử dụng trong nông nghiệp theo hướng dẫn của Bộ lục quân Mỹ năm 1969 là 2,2kg/ha Với mật độ này thì các chất diệt cỏ trở thành những chất độc phát quang vàphá hoại mùa màng có tính hủy diệt [9]

Trong cuộc chiến tranh này, do chất độc được phun rải trên đầu nguồn củanhiều con song lớn như song Bến Hải, sông Hương, song Đồng Nai, song Vàm

15

Cỏ,… và do tác động của nhiều yếu tố tự nhiên như gió, bão, lụt… làm cho chấtđộc gây ô nhiễm lan tỏa gần như toàn bộ miền Nam Niệt Nam và cả vùng ven bờ.Theo tính toán, rừng nội địa là đối tượng chịu ảnh hưởng nặng nề nhất, chiếm 86%tổng số đợt phun rải chất độc hoá học Kết thúc chiến tranh, khoảng hơn 2 triệu harừng tự nhiên, chiếm hơn 1/3 diện tích rừng miền Nam Việt Nam đã bị tác động ởcác mức độ khác nhau, trong đó có hàng trăm ha rừng nguyên sinh bị phá huỷ hoàntoàn.[10]

Với lượng TCDD rất lớn do chiến tranh để lại môi trường miền Nam ViệtNam đã và đang gây hậu quả nghiêm trong đối với sức khỏe của hàng triệu dân cư

và cựu chiến binh ở khắp mọi miền của Việt Nam Hàng triệu nạn nhân chất độc dacam/dioxin với nhiều loại chứng bệnh khác nhau: ung thư, suy giảm miễn dịch, taibiến sinh sản, dị tật bẩm sinh… Đặc biệt, ở một số sân bay như Biên Hòa, Đà Nẵng

và Phù Cát, có những điểm bị ô nhiễm chất độc da cam/dioxin rất nặng (những

“điểm nóng” về môi trường), hàm lượng dioxin (2,3,7,8-TCDD) trong đất, trongbùn ở đây cao hơn hàng trăm, có nơi hàng ngàn lần ngưỡng cho phép (1000 pg-TEQ/g đối với đất, 150 pg-TEQ/g với trầm tích, bùn[7])

1.2 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DIOXIN

Hiện nay, để xác định nồng độ dioxin trong các mẫu môi trường người ta cóthể dùng hai phương pháp khác nhau bao gồm: phân tích công cụ và phân tích sinhhọc Tuỳ thuộc vào mục đích và yêu cầu của từng đối tượng mẫu mà người ta lựachọn phương pháp phân tích thích hợp

Về cơ bản, phân tích Dioxin trong mẫu đất gồm các giai đoạn chính gồm táchchiết chất phân tích ra khỏi nền mẫu, làm sạch dịch chiết mẫu để loại bỏ tạp chất vàphân tích định lượng trên thiết bị thích hợp

1.2.1 Các phương pháp chiết tách mẫu

Chiết Soxhlet

Nguyên tắc của kỹ thuật chiết Soxhlet là dựa trên quá trình chiết hồi lưutrong một dụng cụ gồm ba bộ phận chính: một ống chiết đun hồi lưu dung môi, một

16

thimble bằng giấy lọc dày giữ mẫu chiết rắn và một hệ thống siphon rút dịch chiết

từ thimble một cách tuần hoàn

Phương pháp tiến hành với mẫu khô trên hệ chiết Soxhlet có thể tích ốngchiết 150-250mL tùy vào khối lượng mẫu cân chiết Hệ dung môi sử dụng để chiếtmẫu có thể là toluen/diclometan/hexan (1/1/1, v/v/v) hoặc diclometan/hexan (1/1 v/v) Sau khi chiết, dịch chiết mẫu được cho qua muối Na2SO4 để loại nước và đượctiến hành cô đuổi dung môi trên thiết bị cô quay chân không

Chiết lỏng rắn áp suất cao

Nguyên tắc của phương pháp là sử dụng nhiệt độ cao và áp suất cao để táchchất phân tích ra khỏi nền mẫu trong dung môi thích hợp

Phương pháp được tiến hành bằng cách cân một lượng mẫu khô hoặc mẫutươi được trộn với lượng vật liệu nhồi phù hợp là vật liệu hấp thụ nước, sau đóđưa vào cột chiết thể tích 50 hoặc 100 ml Tiến hành chiết mẫu bằng hệ dung môithích hợp như diclometan/hexan (1/1, v/v…) Dịch chiết được làm bay hơi về thểtích thích hợp và chuyển sang công đoạn làm sạch

Chiết siêu âm

Phương pháp chiết siêu âm là phương pháp mới được sử dụng thay cho cácphương pháp chiết truyền thống khác và được thiết lập bởi Tiêu chuẩn Công nghiệpNhật Bản (Japanese Industrial Standard-JIS) và Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ(U.S Environmental Protection Agency-US-EPA) Phương pháp này được đánhgiá là đơn giản, dễ thực hiện và thời gian chiết ngắn [37]

Nguyên tắc của phương pháp là sử dụng sóng siêu âm để tách chất phân tíchtrong nền mẫu bằng dung môi thích hợp Mẫu khô được cân vào một ống nghiệm lytâm sau đó bổ xung dung môi chiết như H2SO40,1M/aceton… Dịch chiết acetonđược chuyển sang pha hexan và đưa sang công đoạn làm sạch

1.2.2 Các phương pháp làm sạch mẫu

Quá trình làm sạch mẫu được thực hiện bằng cách sử dụng hệ cột nhồi vậtliệu hấp phụ multi-silica có tẩm hóa chất thích hợp, cột alumina và cột cacbon nhằmloại bỏ các chất ảnh hưởng, gây nhiễu cho quá trình phân tích định lượng dioxin.Qúa trình này có thể được thực hiện bằng các hệ cột nhồi của hãng supelco, FMShay hệ cột của hang Seeds Tec

Làm sạch trên hệ cột Supelco

Dịch chiết mẫu được làm sạch trên hệ cột nhồi gồm cột silica đa lớp (baogồm AgNO3-silica, H2SO4-silica, KOH-silica và silica trung tính)ghép nối cột thanhoạt tính đã hoạt hóa bằng dung môi Sau khi tiến hành rửa cột với 100 mL Hexan

và dung môi qua cột được hứng thải, cột silica gel được tháo bỏ và tiến hành rửacột cacbon đảo chiều với 100 mL toluen để thu chất phân tích

Làm sạch trên hệ làm sạch FMS

Dịch chiết được làm sạch áp dụng quy trình làm sạch tự động trên thiết bịlàm sạch do hãng FMS, Mỹ đưa ra sử dụng hệ cột làm sạch có sẵn gồm cột silica đalớp to (28 g silica axit, 16 g silica bazo và 6 g silica trung tính) và nhỏ (4g silicaaxit, 2 g silica bazo và 1g silica trung tính), cột nhôm bazo (8 g) và cột Cacbon (2g) Chất phân tích được rửa giải bằng dung môi toluen Dịch làm sạch được cô vềthể tích nhỏtrước khi đưa lên thiết bị phân tích định lượng

Làm sạch trên hệ làm sạch bán tự động SZ-DXN-PT050

Trong quá trình này, các cột sắc ký đa lớp chứa vật liệu hập phụ silica gelbao gồm H2SO4-silica, AgNO3-silica và cột alumina được sử dụng để loại bỏ cácchất gây ảnh hưởng tới việc định lượng của chất phân tích trong mẫu

Quá trình làm sạch được thực hiện bằng hệ làm sạch bán tự động PT050 của hãng Seeds Tec Mẫu được rửa giải bằng 990 µL toluen để thu dịch làmsạch cho phân tích bằng sắc ký khí ghép nối khối phổ hoặc bằng 550 µL dung môidimetyl sunphoxit (DMSO) để thu dịch làm sạch cho phân tích sinh học

SZ-DXN-18

1.2.3 Các phương pháp phân tích định lượng dioxin

Các phương pháp phân tích công cụ

Dioxin là nhóm chất có nhiều đồng phân và nồng độ của chúng trong cácmẫu môi trường là vô cùng nhỏ (cỡ ppq đến ppb tức 10-15 đến 10-9 g/g) Việc phântích xác định từng thành phần của chúng trong mẫu là vô cùng phức tạp Phươngpháp phân tích yêu cầu phải đáp ứng được 2 yếu tố:Phân tích riêng rẽ từng đồngphân với hàm lượng siêu vết

Nhóm các phương pháp phân tích công cụ có thể đáp ứng các yêu cầu trên lànhóm thiết bị phân tích sắc ký khí ghép nối khổi phổ bao gồm: thiết bị sắc ký khíkhối phổ phân giải cao (HRGC-HRMS), sắc ký khí ghép nối khối phổ ba lần tứ cực(GC-Triple Quadrupole MS), Sắc ký khí ghép nối khối phổ bẫy ion (GC- Ion trapMS)…Ưu điểm của thiết bị sắc ký khí ghép nối khối phổ là sự kết hợp hoàn hảocủa sắc ký khí cho phép xác định chất phân tích trong mẫu với độ phân giải cao dựavào cơ chế làm giàu mẫu cùng chiều cao của pic sinh ra và khối phổ cho phép xácđịnh chính xác từng thành phần chất phân tích có trong mẫu dựa vào tỉ số giữa khốilượng và điện tích (m/z) để xác định khối lượng ion phân mảnh của chất phân tích

Sự kết hợp này cho phép thiết bị có khả năng phân tích chính xác và riêng rẽ chấtphân tích với hàm lượng siêu vết

Phương pháp 1613 được phát triển bởi Phòng Khoa Học và Công Nghệthuộc Cơ quan Bảo Vệ Môi Trường Hoa Kỳ để xác định đồng phân đặc trưng của

17 chất dioxin/furans được thế 2,3,7,8 trong nền mẫu lỏng, rắn và thịt (cơ) bằngphương pháp pha loãng đồng vị sắc ký khí ghép khối phổ cột mao quản độ phângiải cao (HRGC) ghép khối phổ phân giải cao (HRMS) Thiết bị phân tíchHRGCMS có thể đạt đến độ phân giải 10.000, định lượng được đồng thời 17 đồngphân PCDDs/PCDFs trong mẫu ở mức giới hạn phát hiện có thể tới 0,1ppt.Chínhnhờ 2 thông số này mà phương pháp sắc ký khí khối phổ phân giải cao HRGCMScho phép phân tích với độ chính xác và độ nhạy cao hơnrất nhiều so với cácphương pháp khác.[41]

Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi phòng thí nghiệm phải đầu tư mộtnguồn vốn lớn cho thiết bị sắc ký khí khối phổ và duy trì hoạt động của thiết bị này.Mặt khác phương pháp này cần thời gian phân tích lâu hơn, chi phí cho xử lý mẫu

và giá thành phân tíchmẫu đắt hơnnhiều so với các phương pháp khác Phươngpháp này chủ yếu phục vụ cho các phân tích đòi hỏi độ chính xác cao và xác địnhriêng rẽ hàm lượng của từng thành phần trong mẫu

Các phương pháp phân tích sinh học

Ngày nay, việc xác định hàm lượng dioxin trong mẫu còn được thực hiện bằng cácphương pháp phân tích sinh học Phân tích bằn công nghệ sinh học cho phép xácđịnh nhanh các chất dioxin trong mẫu, giảm thiểu chi phí phân tích, rút ngắn thờigian phân tích, đem lại những lợi ích về mặt kinh tế

Nhóm các phương pháp phân tích bằng công nghệ sinh học được tóm tắt trong

bảng 1.4 Bảng 1.4.Các phương pháp sinh học xác định dioxin [29]

Khi các dòng tế bào tiếp xúc với dioxin, AhR trong tế

1 Phân tích dựa trên sự bào chất được kích hoạt, đi vàonhân tế bào và tạo

thành một phức hợp với ARNT (thể vận chuyển AhR

dẫn truyền tín hiệu AhR

trong nhân) Phức hợp này tương tác với các yếu tốđáp ứng dioxin DRE trong bộ gen và kích hoạt sự biểuhiện của gen mã hoá protein CYP1A1, đo được bởimột trong cácphép phân tích dưới đây:

1.1 Q-PCR (Quantitative Bằng việc phát hiện sự gia tăng lượng mARN mangPolymerase Chain thông tin mã hoá protein CYP1A1, có thể suy ra giá trịReaction) TEQ của dioxin so với chuẩn TCDD

1.2.AHH/EROD Hoạt tính enzym của CYP1A1 được xác định bằng

(Arylhydrocarbon cách sử dụng các cơ chất như 7-ethoxyresorufin hoặc

benzo(a)pyren, từ đó suy ra gía trị TEQ của dioxin soHydroxylase/7-Ethoxy

với chuẩn TCDD

Resorufin-O-Deethylase)

20

Bảng 1.4.Các phương pháp sinh học xác định dioxin (tiếp) [29]

Các dòng tế bào tái tổ hợp, được chuyển nhiễm một

1.3 CALUX cách ổn định với ADN chứa gen reporter mã hoá

enzym luciferase đom đóm có khả năng đáp ứng(Chemically Activated

dioxin, được cho tiếp xúc với mẫu chứa dioxin Khi các

1.4 CAFLUX Phương pháp này tương tự với CALUX ngoại trừ việc(Chemically Activated gen mã hoá GFP (Green Fluorescent Protein - protein

green FLUorescent phát huỳnh quang màu lục) được sử dụng làm genprotein gene reporter Gía trị TEQ của dioxin được xác định bằng

eXpression) việc đo cường độ ánh sáng huỳnh quang phát ra từ chất

reporter GFP

Mẫu chứa dioxin được ủ với dịch chiết bào tương gan1.5 GRAB (Gel chứa AhR và ARNT Các dioxin trong mẫu gây ra sự

Retardation tạo thành các phức hợp AhR/ARNT đã hoạt hoá Khi

of AhR Bioassay) các phân tử ADN thăm dò được đánh dấu bởi đồng vị

32

P chứa trình tự đồng thuận DRE liên kết với các phứchợp này, tốc độ dịch chuyển của các phân tử ADNthăm dò này trong gel polyacrylamid sẽ bị chậm lại sovới phân tử thăm dò không liên kết

21

Bảng 1.4.Các phương pháp sinh học xác định dioxin (tiếp) [29]

Dioxin là các tác nhân hiệu quả gây ra bệnh mụn clo ở

2.Phân tích dựa người, được đặc trưng bởi sự keratin hoá quá mức Bằng

cách phát hiện sự phân hoá bất thường của các tế bào da

trên sự tăng sinh tế

được tiếp xúc với mẫu phân tích, giá trị TEQ của dioxin có

bào

thể thu được bằng cách so sánh với chuẩn TCDD

3 Phân tích dựa Các phân tử dioxin trong mẫu cạnh tranh liên kết với AhR

trên liên kết phối tử cùng với TCDD được đánh dấu bằng đồng vị Vì vậy, nồng

với AhR độ dioxin trong mẫu tỷ lệ với mức độ suy giảm hoạt độ

phóng xạ của AhR

4 Phân tích miễn Các phương pháp này sử dụng phản ứng giữa kháng nguyên

dịch (Imunoassay) (dioxin hoặc AhR, ARNT) với các kháng thể đặc hiệu.4.1 ELISA Phương pháp này dựa trên liên kết của dioxin với các kháng

(Enzyme-Linked thể kháng dioxin Các dioxin trong mẫu cạnh tranh liên kết

với kháng thể kháng dioxin cùng với chất đồng loại chuẩnImmuneSorbent

được gắn cố định trên đĩa Sau khi rửa đi các phức hợpAssay)

kháng nguyên-kháng thể tự do, các kháng thể liên kết vớiđồng loại chuẩn cố định được xác định bằng cách gắn vớicác kháng thể thứ cấp được liên hợp với một loại enzym,sau đó là phép đo hoạt độ enzym sử dụng một cơ chất cóthể dễ dàng đo đạc

Một cách khác, các dioxin trong mẫu cùng với các chấtđồng loại chuẩn được liên hợp với một enzym cạnh tranhliên kết với các kháng thể kháng dioxin được gắn cố địnhtrên đĩa, sau đó rửa và thực hiện phép đo hoạt độenzym.Bằng cách sử dụng một đường cong chuẩn tạo ra bởicác nồng độ đã biết trước của các chất chuẩn dioxin, có thểsuy ra được giá trị TEQ của các dioxin

22

Bảng 1.4.Các phương pháp sinh học xác định dioxin (tiếp) [29]

AhR/ARNT có một mối tương quan với hàm lượngdioxin Trước tiên, cố định phức hợp AhR/ARNT bằngcác mảnh ADN chứa trình tự đồng thuận DRE đã đượcgắn cố định trên microplate Sau đó phức hợpAhR/ARNT được phát hiện bằng cách sử dụng khángthể kháng AhR hoặc kháng ARNT

23

1.2.4 Phương pháp phân tích định lượng bằng CALUX

CALUX là phương pháp thuộc nhóm các phương pháp phân tích sinh học

CALUX là từ viết tắt của cụm “Chemically Activated LUciferase eXpression”, đây

là phương pháp phân tích nhanhxác định tổng pg-TEQ/g của các chất dioxin/furans,dioxin-like PCBscó trong mẫu Phương pháp này được sử dụng cho các đối tượngmẫu môi trường như đất, nước, trầm tích, khí thải…Đây là kỹ thuật phân tích độcđáo được phát triển lần đầu tiên ở Mỹ và sau đó được mở rộng nghiên cứu tại Nhật

Bản.[24,37]

Nguyên tắc của phương pháp dựa trên việc đo mật độ ánh sáng trong phảnứng phát quang của cơ chất luciferin xúc tác bởi enzym luciferase tạo rakhi có mặtdioxin bởicác tế bào đã được chuyển nhiễm với một cấu trúc ADN chứa trình tựDRE (yếu tố đáp ứng dioxin) và gen reporter mã hoá luciferase

Sơ đồ nguyên tắc của phương pháp được trình bày như Hình 1.4

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên tắc của phương pháp CALUX

Có thể giải thích một cách khái quát về nguyên tắc này như sau:

1) Các halogen hydrocacbon thơm (HAH), bao gồm cả các dioxin liên kết với thụ thể AhR trong tế bào chất và kích hoạt các thụ thể này

2) Sau đó các phức hợp HAH-AhR đi vào nhân tế bào và dimer hoá với thể vận chuyển AhR trong nhân (ARNT)

3) Các phức hợp HAH-AhR/ARNT liên kết với một trình tự ADN cụ thể gọi

là yếu tố đáp ứng dioxin (DRE) nằm trong vùng khởi động của các gen đáp ứng dioxin.4) Liên kết của phức hợp HAH-AhR/ARNT với DRE kích hoạt sựphiên mãcủa các gen liên quan với DRE bao gồm gen mã hoá cytochrom CYP1A1 và

luciferase

5) Các ARN thông tin (mARN) được phát tán vào tế bào chất

6) Các mARN được dịch mã tại các ribosom, tổng hợp nên các phân tử protein bao gồm CYP1A1 và luciferase

7) Các protein mới như CYP1A1 tạo ra các tác dụng sinh học và độc tính được quan sát thấy sau khi tiếp xúc với dioxin và các chất HAH

8) Hàm lượng dioxin được xác định từ một đường cong liều lượng-đáp ứngcủa phản ứng phát quang của cơ chất luciferin xúc tác bởienzym luciferase

Như vậy, phương pháp này dựa trên cơ chế phân tử mà thông qua đó dẫnđến các tác dụng sinh học và độc tính của dioxin và các hydrocarbon thơm liênquan, cụ thể là ứng dụng việc các chất này có khả năng kích hoạt thụ thểhydrocarbon thơm (AhR) và cơ chế dẫn truyền tín hiệu AhR Trong các tế bào sinhvật, các quá trình phiên mã và giải mã của tế bào dẫn đến kết quả cuối cùng là sựgia tăng lượng enzym cytochrom P450 như CYP1A1 Trong phương phápCALUX, trình tự gen mã hoá CYP1A1 được thay thế bởi kỹ thuật gen tái tổ hợpbằng một gen reporter, chẳng hạn gen mã hoá enzym luciferase, xúc tác cho phảnứng phát quang của luciferin

Dòng tế bào tái tổ hợp (H1L6.1c2) được sử dụng trong phương phápCALUX được tạo thành bằng cách chuyển nhiễm plasmid pGudLuc6.1 vào tế bào

25

ung thư gan chuột (Hepa1c1c7) Plasmid pGudLuc6.1 là một phân tử ADN dạngvòng chứa vùng đáp ứng dioxin của gen CYP1A1 (bao gồm 4 DRE) ở phía trên củagen mã hoá enzym luciferaze của loài đom đóm.

Phản ứng hoá học xúc tác bởi luciferase đom đóm:

Luciferin + ATP → Luciferyl adenylate + PPi Luciferyl adenylate + O2 → Oxyluciferin + AMP + hν

Ánh sáng được phát rado phản ứng tạo thành oxyluciferin trong một trạng thái kíchthích và phải giải phóng một photon để trở về trạng thái cơ bản

Ưu điểm của phương pháp

- Khối lượng mẫu sử dụng cho phân tích thấp

- Phương pháp này không đòi hỏi chi phí cho thiết bị đắt tiền nhưHRGC/MS và đã giảm chi phí cho xử lý mẫu nên giá thành phân tích mẫu cũng rẻ hơnrất nhiều so với phân tích bằng HRGC/MS

- Thời gian phân tích nhanh

Rất nhiều nghiên cứu xác nhận đã chỉ ra rằng kết quả phân tích mẫu bằngCALUX có mối tương quan cao, chặt chẽ so với phương pháp phân tích bằngHRGC/MS Cho nên đây là phương pháp đáng tin cậy dùng cho mục đích phân tíchnhanh dioxin trong các mẫu môi trường

1.3 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ DIOXIN HIỆN NAY

Hiện nay, để xử lý dioxin trong đất người ta có thể sử dụng nhiều phươngpháp như xử lý hóa học, lý học, cơ học, sinh học hay là sự kết hợp nhiều phươngpháp khác nhau để hướng tới tiêu chí xử lý đạt hiệu quả cao nhất, ít tác động đếnmôi trường nhất và chi phí ít tốn kém nhất Các phương pháp tiêu biểu bao gồm:

1.3.1 Công nghệ xử lý giải hấp nhiệt

Công nghệ giải hấp nhiệt (In-Situ Thermal Desorption/In-PileThermalDesorption - ISTD/IPTD) do Công ty Terra-Therm (USA) đề xuất Đây là phương

pháp hiện đã và đang được áp dụng xử lý tại Sân bay Đà Nẵng Phương pháp nàyđược thực hiện dựa trên cơ sở quá trình oxy hoá hoàn toàn hoặc nhiệt hoá thànhthan cốc của các hợp chất dioxin khi ở nhiệt độ cao có sự hiện diện của oxy Dioxincòn sót trong pha nước có thể bị thiêu huỷ thông qua sự thuỷ phân hoặc nhiệt phân

có nước ở nhiệt độ cao hơn

Công nghệ này được thực hiện gồm hai giai đoạn, thứ nhất là dùng điện cựcgia nhiệt cho đất, bùn nhiễm trong mố (ụ đất) đến nhiệt độ thích hợp để làm bay hơicác hợp chất hữu cơ độc hại gây ô nhiễm; sau đó thu gom và xử lý bằng các phươngpháp thích hợp khác.[8]

1.3.2 Công nghệ cơ -hoá

Công nghệ phân hủy hóa cơ (MCD- Mechano-Chemical Destruction) sử dụngmáy nghiền bi cóvận tốc cao để phân hủy các chất hữu cơ bền vững đã được nghiêncứu trong phòng thí nghiệmvà được đưa thử nghiệm với diện rộng ở một số nước nhưNew Zealand, Mỹ, Nhật Công nghệMCD đưa đến sự phân huỷ hoá cơ hiệu quả caovới tất cả các độc chất hữu cơ bền vững ở trongđất-bùn như dioxin, DDT và các dẫnxuất, dieldrin, aldrin, lindane, polychrorinates biphenyls(PCBs) và phencyclidine(PCP), tất cả các hydrocarbon dầu mỏ (TPH) Hiện nay, công nghệ nàyđang được pháttriển và thị trường hóa với các lò phản ứng có công suất khử độc 15 tấn đất-bùn/giờtheo quá trình liên tục với nhiệt độ thấp, quá trình xử lý kín, không tạo ra các chất ônhiễmthứ cấp Do cấu trúc gọn đặt trong các container nên việc vận chuyển lắp đặt vàbảo dưỡng rấtthuận lợi Hiệu xuất khử độc được kiểm soát qua việc biến đổi thời gianlưu kết hợp với lò phảnứng phụ cho các dự án lớn.[27]

1.3.3 Xử lýthiêu đốt

Công nghệ xử lý bằng phương pháp thiêu đốt cũng được đề xuất cho xử lýđất bị ô nhiễm dioxin tại Việt Nam.Nội dung cơ bản của phương pháp này là nghiềnđất bị ô nhiễm dioxin thành kích thước hạt phù hợp rồi đưa vào lò thiêu ở 800oC.Tại đây dioxin bị bay hơi, hỗn hợp khí thải được dẫn sang một buồng kín khác ởnhiệt độ trên 1200oC Để tăng khả năng phân hủy của dioxin, đất được trộn với xúc

27

tác thích hợp Khí thải được xử lý trong tháp phun bằng các dung dịch hấp thụ thíchhợp, qua các tầng lọc bằng than hoạt tính, rồi thải ra môi trường.[8]

1.3.4 Xử lýphân hủy hóa học bằng xúc tác kiềm

Ở nhiệt độ khoảng 250oC, các chất dioxin bị các axit vô cơ có tính oxy hóamạnh phân hủy thành các chất không độc hoặc ít độc hơn Dưới tác dụng của kiềmđặc, nhiệt độ và áp suất cao, các nguyên tử chlo bị thay thế từng phần bằng cácnhóm hydroxyl thành các chất ít độc hơn.[8]

da cam/dioxin trong các hố chôn an toàn Vào năm 2012, Bộ Quốc phòng phối hợp với

Cơ quan phát triển Quốc tế Hoa Kỳ bằng ngân sách của Chính phủ Mỹ thực hiện đãchôn lấp hoàn toàn 75.000 m3 đất nhiễm tại sân bay Phù Cát.[8]

Một phương pháp xử lý chôn lấp cô lập có kèm theo xử lý sinh học hay còn gọi

là xử lý chôn lấp tích cực cũng được đề cập Trong phương pháp này, người ta tiếnhành chôn lấp cô lập đất nhiễm dioxin trong một bãi chôn lấp vững chắc đồng thời xử

lý phân hủy sinh học để khử độc Công nghệ này dựa trên cơ sởnghiên cứu quá trìnhphân hủy sinh học các chất chứa chlo ở điều kiện hiếu khí, kị khí không bắt buộc và kịkhí nghiêm ngặt của vi sinh vật bản địa và các yếu tố môi trường cùng với các phương