Nghiên cứu xác định nồng độ và đánh giá rủi ro phơi nhiễm các kim loại nặng từ các hạt bụi trong không khí trong nhà

DANH MỤC VIẾT TẮT ASHRAE: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers Hiệp hội các kỹ sư nhiệt lạnh và điều hòa không khí Hoa Kỳ BTEX: Benzene, Toluene, Ety

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Nguyễn Thị Thúy Mến

NGHIÊN CỨU XÁC ĐI ̣NH NỒNG ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ RỦI

RO PHƠI NHIỄM CÁC KIM LOẠI NẶNG TỪ CÁC HẠT BỤI

TRONG KHÔNG KHÍ TRONG NHÀ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2020

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Nguyễn Thị Thúy Mến

NGHIÊN CỨU XÁC ĐI ̣NH NỒNG ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ RỦI

RO PHƠI NHIỄM CÁC KIM LOẠI NẶNG TỪ CÁC HẠT BỤI

TRONG KHÔNG KHÍ TRONG NHÀ

Chuyên ngành: Hóa môi trường

Mã số: 8440112.05

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

Hà Nội - 2020

LỜI CẢM ƠN

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới

TS Trần Đình Trinh đã giao đề tài, trực tiếp hướng dẫn, đóng góp ý kiến và tạo

mọi điều kiện tốt nhất về cơ sở vật chất trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong phòng thí nghiệm Hóa Môi trường và Phòng Thí Nghiê ̣m Tro ̣ng Điểm Vật liệu Tiên tiến Ứng dụng trong Phát Triển Xanh, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội, đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức, giúp tôi hoàn thành chương trình học tập và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn

Xin gửi lời cảm ơn tớ i Viê ̣n Sức Khỏe Nghề Nghiê ̣p và Môi Trường đã ta ̣o điều kiê ̣n giúp tôi trong quá trình thực hiê ̣n đề tài

Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình, bạn bè và những người luôn động viện, khích lệ tôi trong quá trình hoàn thiện luận văn

Cuối cùng tôi xin cảm ơn tới nhóm đề tài (NAFOSTED) mã số 2016.67 đã hỗ trợ và giúp tôi hoàn thành nghiên cứu này

104.99-Hà Nội, ngày 4 tháng 6 năm 2020

Học viên

Nguyễn Thi ̣ Thu ́ y Mến

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Ô nhiễm không khí 3

1.2 Ô nhiễm không khí trong nhà 3

1.2.1 Các chất ô nhiễm không khí trong nhà 5

1.2.2 Nguồn phát thải các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà 9

1.3 Các nghiên cứu trên thế giới và trong nước về ô nhiễm kim loa ̣i nă ̣ng trong không khí trong nhà 11

1.3.1 Các nghiên cứu trên thế giới về ô nhiễm kim loại nặng trong không khí trong nhà 11

1.3.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam về ô nhiễm kim loại nặng trong không khí trong nhà 12

1.4 Ảnh hưởng của kim loại nặng đến sức khỏe của con người 14

1.4.1 Cơ chế gây độc của kim loại nặng 14

1.4.2 Ảnh hưởng của một số kim loại nặng điển hình đối với sức khỏe của

con người 16

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 20

2.1 Mu ̣c đích và đối tượng nghiên cứu 20

2.1.1 Mục đi ́ch nghiên cứu 20

2.1.2 Đối tượng nghiên cứu 20

2.2 Thiết bi ̣ va ̀ du ̣ng cu ̣ lấy mẫu 21

2.2.1 Thiế t bi ̣ thu bụi 21

2.2.2 Thiế t bi ̣ đo nồ ng độ CO 2 , CO, nhiê ̣t độ, độ ẩm 22

2.3 Phương pháp và chiến di ̣ch lấy mẫu ta ̣i các trường ho ̣c 23

2.3.1 Phương pháp lấy mẫu 23

2.3.2 Ca ́ c bước lấy và bảo quản mẫu 24

2.4 Xa ́ c đi ̣nh nồng đô ̣ các kim loa ̣i nă ̣ng bằng phương pháp quang phổ huỳnh quang tia X (XRF) 26

2.4.1 Giơ ́ i thiê ̣u về XRF 26

2.4.2 Cơ chế hoạt động của phương pháp XRF 26

2.4.3 Ứng dụng cu ̉a phương pháp quang phổ huỳnh quang tia X 28

2.4.4 Đảm bảo và kiểm soát chất lượng của phép phân tích 29

2.5 Nghiên cứu hình thái của các hạt bụi bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 30

2.6 Xa ́ c đi ̣nh nguồn phát thải các kim loại nặng 31

2.6.1 Ty ̉ số I/O (Indoor/Outdoor) 31

2.6.2 Hệ số tương quan giữa các chất ô nhiễm 31

2.7 Đánh giá rủi ro phơi nhiễm, ảnh hưởng gây ung thư và ảnh hưởng không gây ung thư của các kim loa ̣i nă ̣ng trên các hạt bụi trong không khí 32

2.7.1 Đánh giá rủi ro phơi nhiễm 32

2.7.2 Đánh giá ảnh hưởng gây ung thư và ảnh hưởng không gây ung thư 33

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35

3.1 Kết quả sự thay đổi nồng độ CO, CO 2 , nhiê ̣t đô ̣, đô ̣ ẩm tại các trường mầm non 35

3.2 Kết quả nồng đô ̣ các ha ̣t bu ̣i trong không khí tại các trường mầm non 40

3.2.1 Kết quả giải nồng độ các hạt bụi trong không khí trong nhà và xung quanh 40 3.2.2 So sánh với các kết quả nồng độ các hạt bụi của các nghiên cứu trên Thế giới 43

3.2.3 Kết quả sự phân bố các hạt bụi trong không khí trong nhà và xung quanh 45

3.4 Kết quả nồng đô ̣ các kim loa ̣i nă ̣ng trên các ha ̣t bu ̣i trong không khí trong nha ̀ và xung quanh ta ̣i các trường mầm non 48

3.5 Kết quả sư ̣ phân bố của các kim loa ̣i trên các ha ̣t bụi 52

3.6 Kết quả xác định nguồn pha ́ t thải các kim loại 59

3.6.1 Ty ̉ số I/O (indoor/outdoor) của các kim loại nặng 59

3.6.2 Kết quả mối tương quan giữa các kim loại và các thông số CO, CO 2 , nhiệt độ, độ ẩm 65

3.7 Kết quả đa ́ nh giá rủi ro sức khỏe, rủi ro ung thư 68

KẾT LUẬN 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

PHU LU ̣C 78

DANH MU ̣C BẢNG

Bảng 2.1: Mô tả đặc điểm vị trí lấy mẫu bụi 21

Bảng 2.2: Các giá trị LOD, LOQ của các nguyên tố 30 Bảng 2.3: Giá trị hệ số rủi ro ung thư và nồng độ tham chiếu của các kim loại 34 Bảng 3.1: Giá trị giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh củ a 35 Việt Nam 35

Ba ̉ ng 3.2: Giá trị giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh của WHO

Ba ̉ ng 3.5: Nồng đô ̣ trung bình các ha ̣t bu ̣i trong không khí trong nhà và xung quanh

ở 2 thời điểm có ho ̣c sinh và không có ho ̣c sinh ta ̣i 2 trường mầm non 40

Bảng 3.6: So sánh các kết quả nghiên cứu nồng độ hạt bụi tại các trường học khi có

mặt học sinh trên Thế giới 43

Bảng 3.7: Nồng độ các nguyên tố trên các ha ̣t bu ̣i trong không khí trong nhà và xung quanh tại thời điểm có trẻ em 49

Bảng 3.8: Sư ̣ phân bố của các kim loại trên các ha ̣t bụi thu được trong giờ học 54 Bảng 3.9: Tỷ lệ I/O của các kim loa ̣i nă ̣ng trong các loa ̣i ha ̣t bu ̣i ở hai thời điểm có trẻ em và không có trẻ em 60

Bảng 3.10: Hệ số tương quan giữa các nguyên tố 67 Bảng 3.11: Lượng chất ô nhiễm mà trẻ em hít vào trong một ngày 68 Bảng 3.12: Đánh giá ảnh hưởng không gây ung thư và nguy cơ gây ung thư bởi các

kim loại trong không khí trong nhà 69

Bảng 3.13: Đánh giá ảnh hưởng không gây ung thư và nguy cơ gây ung thư bởi các

kim loại trong không khí xung quanh 69

DANH MU ̣C HÌNH VẼ

Hình 1.1: Phân bố kích thước hạt bụi ảnh hưởng đến các bộ phận trên cơ thể con

người 8

Hình 2.1: Vị trí phân bố các điểm lấy mẫu (chấm đỏ) 20

Hi ̀nh 2.2: Máy thu bụi Nanosampler II Model 3182 22

Hi ̀nh 2.3: Máy Qtrak 7575 22

Hi ̀nh 2.4: Dụng cụ lấy không khí trong nhà và ngoài trời được lắp hoàn chỉnh 24

Hi ̀nh 2.5: Cân phân tích Mettler Toledor 6 số lẻ 25

Hi ̀nh 2.6: Thu mẫu và bảo quản mẫu 25

Hi ̀nh 2.7: Nguyên lý cơ bản của phương pháp XRF 27

Hi ̀nh 3.1: Sự thay đổi nồng đô ̣ CO2, CO, nhiệt đô ̣, đô ̣ ẩm trong phòng ho ̣c ta ̣i trường S1 38

Hi ̀nh 3.2: Sự thay đổi nồng đô ̣ CO2, CO, nhiệt đô ̣, đô ̣ ẩm bên ngoài phòng ho ̣c ta ̣i trường S1 38

Hi ̀nh 3.3: Sự thay đổi nồng đô ̣ CO2, CO, nhiệt đô ̣, đô ̣ ẩm bên trong phòng ho ̣c ta ̣i trường S2 39

Hi ̀nh 3.4: Sự thay đổi nồng đô ̣ CO2, CO, nhiệt đô ̣, đô ̣ ẩm bên ngoài phòng ho ̣c ta ̣i trường S2 39

Hình 3.5: Nồng độ trung bình của các ha ̣t bu ̣i trong không khí trong nhà và xung quanh khi có mă ̣t trẻ em ta ̣i hai trường mầ m non S1 và S2 42

Hình 3.6: Nồng độ trung bình của các ha ̣t bu ̣i trong không khí trong nhà và xung quanh khi không có mă ̣t trẻ em ta ̣i hai trường mầ m non S1 và S2 43

Hi ̀nh 3.7: Sự phân bố nồng đô ̣ các ha ̣t bu ̣i trong PM10 tại S1 và S2 46

Hi ̀nh 3.8: Ảnh SEM các ha ̣t bu ̣i trong không khí trong nhà (A-F: PM2.5-10, PM1-2.5, PM0.5-1, PM0.1-0.5, PM0.1) 47

Hi ̀nh 3.9: Ảnh SEM các ha ̣t bu ̣i trong không khí ngoài trời (A-F: PM2.5-10, PM1-2.5, PM0.5-1, PM0.1-0.5, PM0.1) 48

DANH MỤC VIẾT TẮT

ASHRAE: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning

Engineers (Hiệp hội các kỹ sư nhiệt lạnh và điều hòa không khí Hoa Kỳ)

BTEX: Benzene, Toluene, Etylbenzene, Xylen

BTNMT: Bộ Tài Nguyên Môi Trường

IAQ: Chất lượng không khí trong nhà (Indoor Air Quality)

IARC: International Agency for Research on Cancer (Cơ quan Nghiên cứu

ung thư quốc tế) ICP-MS: Inductively coupled plasma mass spectrometry (Quang phổ nguồn

plasma cảm ứng cao tần ghép nối khối phổ) NIOSH: National Institue for Occupational Safety and Health (Viện quốc gia

về an toàn và sức khỏe nghề nghiệp) PM: Particulate Matter (Bụi)

QCVN: Quy chuẩn Việt Nam

SEM: Scanning Electron Microscope (Phương pháp kính hiển vi điện tử quét) TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

US-EPA: United State Environmental Protection Agency (Cơ quan Bảo vệ Môi

Trường Hoa Kỳ) VOCs: Volatile organic compounds (Các hợp chấ t hữu cơ dễ bay hơi)

XRF: X Ray Fluorescence (Quang phổ huỳnh quang tia X)

WHO: World Health Organization (Tổ chức y tế Thế giới)

MỞ ĐẦU

Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước cùng với các hoạt động phát triển kinh tế xã hội trong những năm gần đây đã dẫn đến tình trạng ô nhiễm không khí ngày càng gia tăng ở hầu hết các nước trên Thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng Việc giải quyết vấn đề này khá phức tạp đòi hỏi phải xác định mức độ ô nhiễm, nhận dạng các quy luật và nguồn phát sinh để từ đó có hướng xử lý phù hợp Chính vì vậy, tình trạng ô nhiễm không khí không chỉ còn là vấn đề riêng lẻ của quốc gia hay khu vực mà nó đã trở thành vấn đề toàn cầu

Đa số mọi người thường chỉ nghĩ đến ô nhiễm không khí ngoài trời, tuy nhiên thực tế là con người dành khoảng 90% thời gian của mình cho các hoạt động ở trong nhà như làm việc, học tập, nghỉ ngơi, vui chơi, giải trí, thể thao…., do đó sẽ tiếp xúc và bị ảnh hưởng trực tiếp bởi không khí trong nhà nhiều hơn, đặc biệt là trẻ

em do hệ hô hấp của trẻ em chưa phát triển một cách đầy đủ nên trẻ em là nhóm đối tượng nhạy cảm với các chất ô nhiễm không khí hơn so với người trưởng thành và phần lớn thời gian hoạt động học tập, vui chơi của trẻ diễn ra tại các trường học Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng ô nhiễm không khí trong nhà ô nhiễm hơn không khí ngoài trời do cấu trúc khép kín của ngôi nhà hoặc những tòa nhà, dòng không khí trong lành sẽ bị hạn chế làm chất lượng không khí kém đi Một số nghiên cứu cho rằng việc tiếp xúc với các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà có thể liên quan đến các tác dụng phụ như dị ứng, hô hấp và bệnh tim mạch, kích thích da và ung thư Vì vậy, sự hiểu biết về các nguồn phát thải và các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà là rất quan trọng

Tại Việt Nam, ô nhiễm không khí ở các thành phố lớn đang ngày càng đáng báo động và ô nhiễm không khí trong nhà là điều khó tránh khỏi Mặc dù tình trạng

ô nhiễm trong nhà nguy hại hơn nhiều lần so với tưởng tượng nhưng trên thực tế ở Việt Nam chưa có nghiên cứu về mức độ ô nhiễm cũng như các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà một cách cụ thể Một trong những chất gây ô nhiễm không khí trong nhà đó là các kim loại nặng Việc nghiên cứu ô nhiễm môi trường nói chung

và ô nhiễm do các bụi, hơi kim loại nặng trong môi trường không khí trong nhà là

công việc cần thiết bởi tính độc, tính bền và sự tích tụ sinh học của chúng Trong quá trình nghiên cứu đó cần xây dựng các phương pháp phân tích hàm lượng các kim loại nặng để có thể đánh giá, dự báo mức độ phơi nhiễm và nguồn gốc phát tán,

sự phân bố và di chuyển của chúng trong môi trường không khí Từ đó đưa ra kết luận và kiến nghi ̣ hướng nghiên cứu tiếp theo

Nhận thấy mức độ ảnh hưởng nghiêm trọng của chất lượng không khí trong nhà đến sức khỏe của chúng ta, đặc biệt là trẻ em Vì vậy, tôi tiến hành nghiên cứu

đề tài: “Nghiên cứu xác định nồng độ và đánh giá rủi ro phơi nhiễm các kim loại nặng từ các hạt bụi trong không khí trong nhà”

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Ô nhiễm không khí

Trong bầu khí quyển của trái đất thì tầng đối lưu là gần mặt đất nhất - tầng của gió bão Tại tầng này, các chất ô nhiễm thường xuyên được rửa sạch bởi mưa và tuyết rơi Ô nhiễm không khí được hiểu chủ yếu như là sự thay đổi bất thường thành phần và nồng độ của các chất trong tầng không khí gần mặt đất - tầng đối lưu [44]

Do đó, ta có thể chấp nhận một định nghĩa về ô nhiễm không khí như sau:

“Ô nhiễm không khí là sự có mặt một hoặc nhiều chất gây ô nhiễm hoặc sự phối hợp của chúng trong bầu không khí ngoài trời như khói, bụi, hơi, khí hay mùi… với khối lượng, tính chất và thời gian đủ để gây hại hoặc có chiều hướng gây hại đối với sự sống của người, động, thực vật hoặc của cải, vật chất” [1]

Có rất nhiều nguyên nhân gây ô nhiễm không khí Có thể chia thành hai nguồn gây ô nhiễm không khí đó là nguồn ô nhiễm tự nhiên (núi lửa, cháy rừng, các hiện tượng sấm chớp, mây mưa, bức xạ trong hệ mặt trời và vũ trụ, bão bụi, các quá trình phân hủy, thối rữa xác động, thực vật tự nhiên…) và nguồn ô nhiễm nhân tạo nhân tạo rất đa dạng nhưng chủ yếu là do hoạt động công nghiệp, đốt cháy nhiên liệu hóa thạch và hoạt động của các phương tiện giao thông

Ô nhiễm không khí là “mối đe dọa khẩn cấp cho sức khỏe cộng đồng”, theo

Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), với trên 90% dân số toàn cầu đang hít thở không khí

ô nhiễm Ô nhiễm không khí có thể gây hại đến mọi cơ quan, tế bào trong cơ thể Cuộc khảo sát cho thấy ô nhiễm không khí gây tác hại từ đầu đến chân, từ bệnh tim, bệnh phổi cho đến tiểu đường và chứng mất trí nhớ, từ bệnh về gan, ung thư bàng quang cho đến giòn xương và tổn thương da Ô nhiễm không khí cũng gây hại cho việc sinh đẻ, thai nhi và trẻ sơ sinh Ở Việt Nam, năm 2016 hơn 60.000 người chết

do bệnh tim, phổi và các chứng bệnh khác liên quan tới ô nhiễm không khí, theo thống kê năm 2018 của WHO Như vậy, trung bình 164 người mỗi ngày tử vong chỉ

vì hít thở không khí [44]

1.2 Ô nhiễm không khí trong nhà

Vài thập kỷ qua đã thấy những thay đổi lớn trong môi trường làm việc tại nhà Mối quan tâm của công chúng đối với chất lượng không khí trong nhà (Indoor Air

Quality - IAQ) đã tăng lên đáng kể trong những năm gần đây, vì hàng trăm chất gây

ô nhiễm từ các nguồn trong nhà và ngoài trời đã được xác định trong môi trường trong nhà Hầu hết mọi người dành 70-90% thời gian của họ trong nhà [37], vì vậy,

sự hiểu biết về cách các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà ảnh hưởng đến sức khỏe con người là rất quan trọng Do đó, chất lượng không khí trong nhà ngày càng được quan tâm nghiên cứu Các chất ô nhiễm ngoài trời đã được công nhận là nguồn gây ô nhiễm chính trong nhà thông qua sự xâm nhập của nước, đất hoặc không khí Người ta ước tính khoảng 85% bụi trong nhà đến từ bên ngoài, chẳng hạn như bụi đường, hoạt động xây dựng, đốt nhiên liệu hóa thạch, khí thải công nghiệp và giao thông xe cộ [24] Ngoài ra, các hoạt động được thực hiện trong nhà, chẳng hạn như nấu nướng, cải tạo, sưởi ấm, đi lại, có thể đóng vai trò quan trọng trong việc xâm nhập chất gây ô nhiễm vào trong nhà [26] Một số nghiên cứu cho rằng việc tiếp xúc với các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà có thể liên quan đến các tác dụng phụ như dị ứng, hô hấp và bệnh tim mạch, kích thích da và ung thư [22] Báo cáo mới đây của Tổ Chức Y Tế Thế Giới (WHO) cho thấy chất lượng không khí trong nhà và cao ốc văn phòng trên toàn thế giới đang giảm sút nghiêm trọng Theo thống kê năm 2012 của WHO, mỗi năm có 4,3 triệu người tử vong sớm

do ô nhiễm không khí trong nhà, gây ra bởi việc sử dụng không hiệu quả các nhiên liệu rắn trong nấu ăn Trong những người chết, 12% số người tử vong do viêm phổi, 34% do đột quỵ, 26% do thiếu máu cục bộ cơ tim, 22% do bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính và 6% chết vì ung thư phổi, trong đó có khoảng 1 triệu trẻ em dưới 5 tuổi [45] Mặc dù tình trạng ô nhiễm trong nhà nguy hại hơn nhiều lần so với tưởng tượng nhưng trên thực tế ở Việt Nam chưa có nghiên cứu về mức độ ô nhiễm cũng như các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà một cách cụ thể

Tại Hà Nội, với quá trình đô thị hóa nhanh với các công trình xây dựng ngày càng nhiều, mật độ dân số và phương tiện giao thông dày đặc dẫn đến tình trạng ô nhiễm không khí nói chung và ô nhiễm không khí trong nhà nói riêng ngày càng trầm trọng Ở Việt Nam, hầu hết các ngôi nhà hiện đại có cấu trúc khép kín, tạo điều kiện cho các nhân tố gây ô nhiễm tích tụ, khiến cho nồng độ ô nhiễm tăng cao hơn

1.2.1 Các chất ô nhiễm không khí trong nhà

1.2.1.1 Các khí CO, NOx , SO 2

Cacbon monoxit (CO): Là một chất khí không màu, không mùi, bắt cháy và có

độc tính cao Nó là sản phẩm chính trong sự cháy không hoàn toàn của cacbon và các hợp chất chứa cacbon Cacbon monoxit là cực kỳ nguy hiểm, do việc hít thở phải một lượng quá lớn CO sẽ dẫn tới thương tổn do giảm oxy trong máu hay tổn thương hệ thần kinh cũng như có thể gây tử vong Nồng độ chỉ khoảng 0,1% cacbon monoxit trong không khí cũng có thể là nguy hiểm đến tính mạng [13]

CO có tính liên kết với Hemoglobin (Hb) trong hồng cầu mạnh gấp 230-270 lần so với oxy nên khi được hít vào phổi CO sẽ gắn chặt với Hb thành HbCO do đó máu không thể chuyên chở oxy đến tế bào CO còn gây tổn thương tim do gắn kết với myoglobin của cơ tim Triệu chứng ngộ độc CO thường bắt đầu bằng cảm giác bần thần, nhức đầu, buồn nôn, khó thở rồi từ từ đi vào hôn mê Nếu ngộ độc CO xảy

ra khi đang ngủ say hoặc uống rượu say thì người bị ngộ độc sẽ hôn mê từ từ, ngưng thở và tử vong [1]

Lưu huỳnh dioxit (SO 2 ): Khí SO2 xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp hoặc hoà tan với nước bọt, từ đó qua đường tiêu hoá để ngấm vào máu [5] SO2 có thể kết hợp với các hạt nước nhỏ hoặc bụi ẩm để tạo thành các hạt axít H2SO4 nhỏ li

ti, xâm nhập qua phổi vào hệ thống bạch huyết Trong máu, SO2 tham gia nhiều phản ứng hoá học để làm giảm dự trữ kiềm trong máu gây rối loạn chuyển hoá đường và protêin, gây thiếu vitamin B và C, tạo ra methemoglobine để chuyển Fe2+(hoà tan) thành Fe3+ (kết tủa) gây tắc nghẽn mạch máu cũng như làm giảm khả năng

vận chuyển ôxy của hồng cầu, gây co hẹp dây thanh quản, khó thở

Nito Oxit (NO x ): Oxit Nitơ hiện nay có nhiều loại nhưng thường gặp nhất là

NO và NO2 Con người nếu tiếp xúc lâu với NO2 ở 0.06 ppm có thể gia tăng các bệnh về đường hô hấp [4] Con người có thể nhận biết được mùi của NO2 khi trong không khí có chứa NO2 với một nồng độ lớn hơn hoặc bằng 0.12 ppm Với nồng độ

ở 5 ppm, NO2 gây tác hại cho bộ máy hô hấp sau vài phút và ở nồng độ từ 1.5 đến

50 ppm NO2 sẽ gây nguy hại cho tim phổi trong vài giờ

1.2.1.2 Hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs)

Môi trường trong nhà có khoảng 100 hợp chất hữu cơ bay hơi từ nhiều nguồn

khác nhau như vật liệu xây dựng, đồ đạc, mỹ phẩm, chất tẩy rửa, thuốc trừ sâu Quần áo giặt khô có thể còn chứa dư lượng dung môi Nhiều hợp chất hữu cơ bay hơi có thể gây nghiện và dẫn đến làm suy nhược hệ thần kinh, gây kích ứng cho mắt, mũi và họng, gây nhức đầu, choáng váng, rối loạn thị giác và nhiều tổn hại khác Nhiều hợp chất hữu cơ bay hơi đo được trong nhà có khả năng gây ung thư cho người và động vật [38]

Các hợp chất hữu cơ họ BTEX (benzen, toluen, etylbenzen, xylen) được biết đến là nhóm chất hữu cơ dễ bay hơi, độc hại ảnh hưởng đến hệ hô hấp, ADN, kích thích ở da [4] Đặc biệt BTEX được biết đến với nguy cơ gây ung thư rất cao Việc nghiên cứu nhóm chất BTEX là một điều hết sức cần thiết

1.2.1.3 Bụi

Bụi là tập hợp nhiều hạt, có kích thước nhỏ bé, tồn tại lâu và lơ lửng trong

không khí Các loại bụi khác nói chung thường có kích thước từ 0.1-75 µm [1] Particulate Matter (PM) là một thuật ngữ được sử dụng cho các hạt được tìm

thấy trong không khí; bao gồm bụi, bồ hóng, bụi bẩn, khói và các giọt chất lỏng li ti Thông thường các hạt rất nhỏ, chỉ có thể được nhìn thấy bằng kính hiển vi điện tử [28] Một trong những thước đo mức ô nhiễm không khí là nồng độ các hạt bụi mịn, bao gồm PM10 và PM2.5 – tức các chất dạng hạt có đường kính lần lượt nhỏ hơn 10μm và 2.5μm PM2.5 được cho là có thể đi sâu vào phổi và hệ tuần hoàn Bụi trong nhà là hỗn hợp không đồng nhất của các hạt hữu cơ và vô cơ Các hạt khác nhau về hình dạng và kích thước nhưng đủ nhỏ để hấp thu qua đường hô hấp hoặc

ăn uống Bụi nhà có vai trò kép trong phơi nhiễm môi trường với chất gây ô nhiễm: môi trường vận chuyển chất gây ô nhiễm ngoài trời trong các hạt trong không khí

và môi trường tiếp xúc thông qua việc ăn uống Bụi mịn có thể xuyên qua phổi và đi khắp cơ thể, chúng tiếp xúc trực tiếp với các bộ phận Các hạt nhỏ có thể có vận tốc lắng đọng thấp và có thể tồn tại trong không khí trong một thời gian dài hơn, do đó

có khả năng gây rối loạn sự hô hấp của con người [17]

Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, những hạt có đường kính bé hơn 10 micromet là những hạt có thể bị con người hít vào khi thở, chúng sẽ tích tụ trên phổi, gây ra nguy hại cho sức khỏe con người Những hạt có đường kính bé hơn 2.5

micromet là những hạt đặc biệt nguy hiểm bởi vì chúng xâm nhập trực tiếp vào các

túi phổi Vì vậy, các nhà khoa học dùng chỉ số PM2.5 để biểu thị hàm lượng tiêu chuẩn của các hạt trôi nổi trong một mét khối không khí Chỉ số này càng cao cũng có nghĩa là sự ô nhiễm không khí ở nơi đó càng nghiêm trọng Do kích thước nhỏ của

nó, nên có khả năng lơ lửng trong không khí trong thời gian dài và dễ hấp thụ sâu vào máu thông qua hô hấp [28] Tác hại của bụi phụ thuộc vào bản chất (thành phần) của bụi, nồng độ bụi, kích thước hạt bụi, thời gian tiếp xúc và đáp ứng cá nhân

Bụi trong nhà có mặt trong môi trường trong nhà như một hỗn hợp các hạt vật chất có nguồn gốc từ các nguồn bên trong và bên ngoài Bụi có thể xâm nhập vào môi trường trong nhà theo nhiều cách như xâm nhập từ nguồn ngoài trời và nội bộ

từ hút thuốc, đốt hương, xây dựng và vật liệu nội thất, sản phẩm tiêu dùng và hoạt động của người tiêu dung [27]

1.2.1.4 Kim loại nặng

Người ta biết rằng nguồn kim loại nặng trong bụi trong nhà rất đa dạng và phụ thuộc vào điều kiện và vị trí của một tòa nhà, các hoạt động diễn ra trong môi trường trong nhà, cũng như các nguồn ngoài trời Một nghiên cứu đã gợi ý rằng giao thông công nghiệp và thành phố, đất đai và vật liệu xây dựng, đặc biệt là trong quá trình đổi mới, là một trong những nguồn kim loại nặng ở các trường mầm non [8] Kim loại nặng có thể được vận chuyển qua hệ thống thông gió và chuyển động của trẻ từ bên ngoài vào bên trong một lớp học mà cả hai lần lượt đóng góp vào sự hiện diện của kim loại nặng trong lớp học dưới dạng bụi mang từ ngoài trời Ngoài

ra, có thể là đất hoặc bụi ô nhiễm bị ăn vào trực tiếp hoặc gián tiếp do hoạt động tay chân Bụi trong nhà là một trong những chất gây ô nhiễm trong nhà chứa các chất độc hại, đặc biệt là các kim loại nặng, có thể gây hại cho sức khỏe con người [20] Một lượng lớn kim loại nặng của trẻ có liên quan đến sự thay đổi tâm trạng, kiểm soát xung kém và hành vi hung hăng cùng với sự chú ý kém, trầm cảm và thờ ơ, các kiểu ngủ bị rối loạn và trí nhớ kém và hiệu suất trí tuệ Kim loại nặng từ lâu đã được công nhận là chất gây ô nhiễm nghiêm trọng trong môi trường do độc tính, bền bỉ

và không phân hủy [11] Đánh giá nguy cơ sức khỏe khi tiếp xúc với kim loại nặng trong bụi trong nhà đã được thực hiện ở nhiều thành phố trên thế giới như Thổ Nhĩ

Kỳ, Nhật Bản, Tây Ban Nha, Pháp, Trung Quốc, Iran, Bồ Đào Nha, vv….[9, 11, 12,

14, 15, 18] Nói chung, các nghiên cứu cho thấy rằng uống là đường phơi nhiễm chính đối với bụi gia đình đối với con người, so với hít phải và tiếp xúc với da Các bụi ăn vào đến đường tiêu hóa, nơi kim loại nặng được hòa tan một phần, sau đó kim loại nặng được vận chuyển bằng hệ thống tuần hoàn và cuối cùng tích lũy trong các mô và cơ quan của cơ thể con người [15] Do độc tính, sự bền bỉ và tích lũy sinh học, tiếp xúc lâu dài với bụi bẩn kim loại nặng có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người Trẻ sơ sinh hoặc trẻ em rất dễ bị ảnh hưởng bởi sự can thiệp của môi trường

vì các cơ quan của chúng đang phát triển nhanh chóng ở giai đoạn phát triển ban đầu, khiến chúng dễ bị tổn thương hoặc rối loạn chức năng hơn Những nhóm này cũng dễ bị nhiễm độc kim loại nặng vì đây là giai đoạn tăng trưởng và phân hóa não tối đa Bên cạnh đó, tỷ lệ hấp thụ kim loại nặng từ hệ tiêu hóa và độ nhạy hemoglobin đối với các kim loại này ở trẻ em cao hơn nhiều so với người lớn Hiện nay, được chấp nhận rộng rãi rằng bụi và đất là nguồn kim loại nặng chiếm ưu thế

mà trẻ em bị phơi nhiễm bởi bụi bẩn trong nhà bị ô nhiễm [15]

Hình 1.1: Phân bố kích thước hạt bụi ảnh hưởng đến các bộ phận trên cơ thể

con người

Trường mẫu giáo là một môi trường vi mô quan trọng liên quan đến việc trẻ

em tiếp xúc với các chất gây ô nhiễm trong nhà do phần lớn thời gian chúng dành cho các cơ sở đó vào các ngày trong tuần Chất lượng không khí trong nhà ở các

trường mầm non đã nhận được sự quan tâm rộng rãi trong các nghiên cứu gần đây

do tác động của các chất gây ô nhiễm không khí đối với trẻ em mẫu giáo

Kim loại nặng có trong bụi Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng

riêng lớn hơn 5 g/cm3 và thông thường chỉ những kim loại hoặc các á kim liên quan đến sự ô nhiễm và độc hại Tuy nhiên chúng cũng bao gồm những nguyên tố kim loại cần thiết cho một số sinh vật ở nồng độ thấp [19] Kim loại nặng được được chia làm 3 loại: các kim loại độc (Hg, Cr, Pb, Zn, Cu, Ni, Cd, As, Co, Sn,…), những kim loại quý (Pd, Pt, Au, Ag, Ru,…), các kim loại phóng xạ (U, Th, Ra, Am,…) Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học, không độc khi ở dạng nguyên tố tự

do nhưng nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở dạng cation do khả năng gắn kết với các chuỗi cacbon ngắn dẫn đến sự tích tụ trong cơ thể sinh vật sau nhiều năm [33] Đối với con người, có khoảng 12 nguyên tố kim loại nặng gây độc như chì, thủy ngân, nhôm, asen, cadimi, niken… Một số kim loại nặng được tìm thấy trong

cơ thể và thiết yếu cho sức khỏe con người, chẳng hạn như sắt, kẽm, magiê, coban, mangan và đồng mặc dù với lượng rất ít nhưng nó hiện diện trong quá trình chuyển hóa Tuy nhiên, ở mức thừa của các nguyên tố thiết yếu có thể nguy hại đến đời sống của sinh vật Chúng đi vào cơ thể qua các con đường hấp thụ của cơ thể như

hô hấp, tiêu hóa và qua da Nếu kim loại nặng đi vào cơ thể và tích lũy bên trong tế bào lớn hơn sự phân giải chúng thì chúng sẽ tăng dần và sự ngộ độc sẽ xuất hiện

Do vậy người ta bị ngộ độc không những với hàm lượng cao của kim loại nặng mà

cả khi với hàm lượng thấp và thời gian kéo dài sẽ đạt đến hàm lượng gây độc [38]

1.2.2 Nguồn phát thải các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà

Có rất nhiều nguyên nhân gây ô nhiễm không khí trong nhà: khói thuốc lá, bụi chì, đốt nhiên liệu, sử dụng bếp than tổ ong, lò sưởi, nước hoa, keo xịt tóc, mỹ phẩm, nội thất, các thiết bị điện tử, điện lạnh, gia dụng như tivi, tủ lạnh, điều hòa, nấm mốc, vi khuẩn sinh sôi trên đồ ăn thừa, khí CO2 thải ra trong quá trình hô hấp

… [31] Dưới đây là một số nguồn gốc của các chất ô nhiễm trong nhà thường gặp trong môi trường không khí trong nhà

Các nguồn phát thải VOCs: Do đốt nhiên liệu như khí đốt, than tổ ong, củi

cũng như các sản phẩm thuốc lá VOCs cũng xuất phát từ các sản phẩm như: sơn, nước hoa, thuốc xịt tóc, hóa chất chùi rửa, hóa chất giặt khô, son, máy in…[38]

Fomanđehit: Phát thải chủ yếu là từ các sản phẩm ván ép làm từ hạt nhựa urê

kết dính trong các vật liệu xây dựng, từ các thiết bị đốt như đồ gia dụng chạy bằng gas, lò sưởi, những vật dụng trang trí nội thất như bông cách nhiệt, vải, thảm, vật liệu trải sàn nhà; sản phẩm giấy và mỹ phẩm

Nguồn phát thải BTEX trong nhà bao gồm sơn, nhựa, keo dán, khói thuốc lá

và vật liệu xây dựng Các chất này phổ biến ở các khu dân cư với độ phơi nhiễm trong nhà cao hơn từ 2 đến 100 lần hơn ngoài trời

Nguồn phát thải Cacbon monoxit: CO tồn tại với một lượng nhỏ nhưng tính về

nồng độ là đáng kể trong khói thuốc lá, bếp than tổ ong, bếp dầu, bếp ga (thải ra khí CO2) Quá trình xào nấu thức ăn sẽ bốc ra mùi làm ô nhiễm không khí trong bếp Trong gia đình, khí CO được tạo ra khi các nguồn nhiên liệu như xăng, hơi đốt, dầu hay gỗ không cháy hết trong các thiết bị dùng chúng làm nhiên liệu như xe máy, ô

tô, lò sưởi và bếp lò… Khí cacbon monoxit có thể thấm qua bê tông hàng giờ sau khi xe cộ đã rời khỏi gara [45]

Nguồn phát thải SO 2 : Phát sinh khi đốt các nguyên liệu hàng ngày (than đá,

khí, gỗ và các chất hữu cơ khác) Ngoài ra các khí NOx, O3 có nguồn phát thải chủ yếu từ phương tiện giao thông nhưng chúng cũng góp một phần lớn làm ảnh ảnh đến chất lượng không khí trong nhà [45]

Mặt khác, những nơi ồn ào hoặc giá rét thường đóng kín cửa sổ (để chống ồn

và chống rét) khiến các loại khí độc hại không thoát ra ngoài được

Kim loại nặng: Nguồn chính gây ô nhiễm trong nhà là bụi thông thường Bụi

có thể xâm nhập vào môi trường trong nhà theo nhiều cách như xâm nhập từ nguồn ngoài trời và nội bộ từ hút thuốc, đốt hương, xây dựng và vật liệu nội thất, sản phẩm tiêu dùng và hoạt động của người tiêu dùng [31] Nguồn kim loại nặng trong bụi trong nhà rất đa dạng và phụ thuộc vào điều kiện và vị trí của một tòa nhà, các hoạt động diễn ra trong môi trường trong nhà, cũng như các nguồn ngoài trời Và

những hạt bụi li ti này sẽ được tích lũy trong vải bọc ghế, màn, gối, khăn và các đồ

nội thất trong nhà… Ngoài ra, bụi còn tích tụ ở lông vật nuôi, côn trùng, thức ăn, phấn hoa, bào tử, nấm mốc… có thể gây nên tình trạng ô nhiễm Bụi trong nhà là một trong những chất gây ô nhiễm trong nhà chứa các chất độc hại, đặc biệt là các

kim loại nặng, có thể gây hại cho sức khỏe con người Kim loại nặng tồn tại trong môi trường tự nhiên như các nguyên tố vi lượng trong đá và đất, tuy nhiên chúng cũng được giải phóng ra môi trường do các hoạt động của con người Kim loại nặng

có thể xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau trong các khu vực đô thị, bao gồm phát thải từ xe cộ, xả từ các cơ sở công nghiệp và các hoạt động khác Màu sơn tường cũng là nguồn kim loại nặng trong bụi trong nhà, ví dụ sơn màu vàng có liên quan với hàm lượng Cd, Cu, Pb và Zn rất cao, màu tím có liên quan với nồng độ Zn và

Pb cao hơn và màu xanh lá cây có liên quan đến Cu [36]

1.3 Các nghiên cứu trên thế giới và trong nước về ô nhiễm kim loa ̣i nă ̣ng trong không khí trong nhà

1.3.1 Các nghiên cứu trên thế giới về ô nhiễm kim loa ̣i nă ̣ng trong không khí trong nhà

Vài thập kỷ qua đã thấy những thay đổi lớn trong môi trường làm việc tại nhà Mối quan tâm của công chúng đối với chất lượng không khí trong nhà (IAQ) đã tăng lên đáng kể trong những năm gần đây, vì hàng trăm chất gây ô nhiễm từ các nguồn trong nhà và ngoài trời đã được xác định trong môi trường trong nhà Hầu hết mọi người dành 70-90% thời gian của họ trong nhà [37], vì vậy, sự hiểu biết về cách các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà ảnh hưởng đến sức khỏe con người là rất quan trọng Do đó, chất lượng không khí trong nhà ngày càng được quan tâm nghiên cứu Hiện nay, trên thế giới có nhiều nghiên cứu được công bố liên quan đến ô nhiễm không khí trong nhà như: Trung Quốc, Hồng Kông, Mỹ, Canada, Tây Ban Nha … Các nghiên cứu về chất lượng không khí ở các quốc gia đều phát hiện ra nồng

độ của các kim loa ̣i nă ̣ng trong không khí trong nhà và nguồn phát sinh các kim loa ̣i

nặng gồm: quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch, chất đốt, các vâ ̣t du ̣ng, đồ dùng, các chất bám dính, hút thuốc lá hay từ các hoạt động giao thông [36]

Trên Thế Giới: Ở các nước phát triển, vấn đề ô nhiễm không khí trong nhà, đặc biệt là ô nhiễm bởi kim loại nặng đã được nghiên cứu rất nhiều

Một nghiên cứu của Sri Serdang và cộng sự tại Malaysia, năm 2012 đã chỉ ra rằng sự có mặt của kim loại nặng ở khu vực thành thị là do tốc độ đô thị hóa và công nghiệp hoá nhanh chóng [36] Hàm lượng kim loại nặng (Pb, Cd và Cu) được

xác định bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) Nồng độ kim loại nặng trung bình cao nhất được tìm thấy trong cửa sổ, sau đó là sàn và quạt Nồng độ Pb dao động từ 34,17 mg/g đến 101,87 mg/g, nồng độ Cd dao động từ 1,73 mg/g đến 7,5 mg/g, và nồng độ Cu từ 20,27 mg/g đến 82,13 mg/g Thông gió qua cửa sổ mở

và tần số làm sạch là những yếu tố tích tụ kim loại nặng trong bụi lớp học Nồng độ của Pb cao hơn mức bình thường Sự tiếp xúc liên tục với Pb có thể gây ra sự suy sụp của não, tăng huyết áp, thiếu máu và cuối cùng là tử vong

H Yongming và cộng sự tiến hành lấy 65 mẫu bụi đô thi ở Tây An, tỉnh Thiểm Tây, Trung Quốc [21] Nồng độ Ag, Cr, Cu, Mn, Pb và Zn được xác định bằng cách sử dụng quang phổ hấp thụ nguyên tử As, Hg và Sb xác đinh bằng quang phổ huỳnh quang Kết quả cho thấy nồng độ các kim loại cao trừ As, Mn Phân tích

hệ số tương quan, các yếu tố làm giàu kim loại nặng được tính toán xác định nguồn phát thải tương ứng: (1) Ag và Hg có nguồn thương mại và nội địa, (2) Cr, Cu, Pb,

Sb và Zn chủ yếu bằng nguồn công nghiệp, giao thông, (3) As và Mn chủ yếu từ nguồn đất, As cũng có một nguồn công nghiệp

Năm 2002, Các mẫu bụi đường phố đã được thu thập ở các khu vực khác nhau

ở Hồng Kông [46] Nồng độ của 23 nguyên tố là Na, Al, Si, Cl, Ti, Ba, V, Cr, Mn,

Fe, Co, K, Ca, Ni, Cu, Zn, As, Pb, Rb, Sr, Y, Zr và Sn đã được xác định bằng phương pháp huỳnh quang tia X (XRF) Một phân tích nhân tố đưa ra bốn nguồn cho bụi đường phố ở Hồng Kông: hỗn hợp bụi kim loại và, phương tiện giao thông, vật liệu mặt đường, và hỗn hợp khí dung biển và vật liê ̣u thủy tinh Các giá trị trung bình thu được trong nghiên cứu này là 110, 3840 và 120 mg/kg tương ứng với các kim loại Cu, Zn và Pb Đă ̣c biê ̣t % khối lượng của của Cl, Ca và As trung bình lần lượt là 2,49%, 19,9% và 0,0067% Nguyên nhân nồng đô ̣ Cl cao là không rõ ràng,

trong đó có Việt Nam Bởi vì việc phân tích dạng vết các kim loại nặng trong không khí trong nhà đòi hỏi độ chính xác cao, cần phải có công nghệ hiện đại, kinh phí lớn Ở Việt Nam hiện có nghiên cứu của PGS.TS Trần Mạnh Trí về “Đánh giá rủi

ro phơi nhiễm phthalates từ không khí trong nhà từ một số thành phố phía Bắc của Việt Nam và những liên quan của chúng đến rủi ro phơi nhiễm của con người”[7] nhưngchưa có nghiên cứu cụ thể nào xác định lượng vết kim loại nặng trên các hạt bụi khác nhau trong môi trường không khí trong nhà Các nghiên cứu trước đây về kim loại nặng trong bụi tập trung vào bụi ngoài trời về nội dung, kích thước hạt, ô nhiễm, xác định nguồn và đánh giá nguy cơ sức khỏe Dưới đây là một số nghiên cứu về kim loại nặng trong không khí tại Việt Nam

Năm 2011, Tô Thị Hiền và Dương Hữu Huy đã nghiên cứu đề tài xác định một số kim loại nặng trong bụi không khí bằng phương pháp Von-ampe hòa tan ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh [3] Kết quả: Zn (0,24 ng/m3), Cd (0,02 ng/m3), Pb (0,04 ng/m3), Cu (0,05 ng/m3), Ni (0,17 ng/m3), Co (0,004 ng/m3) Theo QCVN 05:2009/BTNMT hàm lượng bụi cho phép là 200 µg/m3 trung bình 24h, nếu so sánh với tiêu chuẩn này thì các nguyên tố này đều nằm trong giới hạn cho phép Khi so sánh với tiêu chuẩn của Mỹ thì nguy cơ mắc ung thư cao hơn, cao hơn gấp 36,4 lần Năm 2016, nghiên cứu của nhóm tác giả Thái Hà Phi, Pha ̣m Minh Chính, Nguyễn Thế Hưng, Lương Thi ̣ Mai Ly đã tiến hành thu thập các mẫu bu ̣i tại 163 địa điểm trên bốn khu vực khác nhau của Hà Nội, Việt Nam, bao gồm các đi ̣a điểm có mật độ dân số và giao thông khác nhau [6] Các mẫu được chia thành ba phần có kích thước hạt khác nhau và xác đi ̣nh nồng độ các nguyên tố (K, Ca, Mn, Fe, Zn, Pb) bằng phương pháp huỳnh quang tia X (XRF) Nồng độ kim loại trong bụi đường được so sánh giữa các khu vực lấy mẫu khác nhau và với các mẫu từ nền để đánh giá mức độ ô nhiễm Phần hạt có kích thước nhỏ nhất (đường kính <75 μm) chứa nồng độ kim loại cao hơn so với các hạt to hơn (đường kính từ 75 -180 và

>180 μm) Mặc dù nồng độ kim loại như Ca và Fe tương tự nhau giữa các khu vực, nhưng nồng độ Pb và Zn trong bụi đường là khác nhau giữa các khu vực khác nhau, với nồng độ cao nhất được quan sát thấy trong bụi ở khu vực trung tâm thành phố

và mức thấp nhất ở khu vực ngoại ô mới Nhìn chung, so với các nghiên cứu từ các

thành phố ở các quốc gia khác, nồng độ trung bình của Pb trong bụi đường phố ở

Hà Nội tương đối thấp, cho thấy nguy cơ đối với sức khỏe con người thấp hơn do hít phải hoặc nuốt phải các hạt bụi có chứa Pb so với các thành phố có nồng độ Pb cao gấp nhiều lần

1.4 Ảnh hưởng của kim loại nặng đến sức khỏe của con người

Kim loại nặng từ lâu đã được chứng minh là chất gây ô nhiễm nghiêm trọng trong môi trường do độc tính và sự không phân hủy của chúng Sự tích lũy trong các mô mỡ và hệ thống tuần hoàn, các tác động tiêu cực lên hệ thần kinh trung ương

và hoạt động của các cơ quan nội tạng Một lượng nhỏ kim loại nặng, chẳng hạn như đồng là vô hại, tuy nhiên một số kim loại nặng như chì và cadmium là độc tố thần kinh cho các sinh vật sống bao gồm cả con người Mangan, cadmium, đồng, chì và kẽm được báo cáo là các tác nhân gây ung thư ở động vật và gây ra một số tác dụng phụ đối với sức khỏe con người như tim mạch, hệ thần kinh, các bệnh về máu và xương [35]

Do sự phát triển não bộ tối đa và sự khác biệt của trẻ em ở độ tuổi sớm, trẻ sơ sinh và trẻ mới biết đi đặc biệt dễ bị phơi nhiễm kim loại nặng và ngộ độc Hơn nữa, các chất xúc tác kim loại nặng từ hệ thống tiêu hóa và độ nhạy hemoglobin đối với các kim loại này cao hơn nhiều so với người lớn Do đó, bụi nhà được coi là nguồn tiếp xúc kim loại quan trọng ở người, đặc biệt là ở trẻ em Trẻ nhỏ có thể tiếp xúc với chất gây ô nhiễm trong bụi trong nhà, bao gồm kim loại nặng, ở mức độ cao

do hành vi của chúng làm tăng quá trình tiêu hóa gián tiếp bằng cách thực hiện các hoạt động tay miệng, chạm và ngửi các vật bị nhiễm bụi khác nhau Hơn nữa, trọng lượng cơ thể thấp hơn của trẻ em sẽ dẫn đến ăn nhiều bụi hơn so với người lớn Nguy cơ sức khỏe đặc biệt cao đối với trẻ em vì khả năng chịu đựng độc tố của chúng thấp hơn [12]

1.4.1 Cơ chế gây độc của kim loại nặng

Vùng tác động

 Enzim: Kim loại nặng gây độc bằng cách kìm hãm hoạt động của enzim Hiệu ứng độc của nhiều kim loại thường do kết quả của tương tác giữa kim loại và nhóm tiol của enzim, hoặc do chuyển đổi mất một số cofactor kim

loại cần thiết của enzim [5] Ví dụ: Chì làm chuyển đổi mất kẽm của enzim dehydratase của axit δ- aminolevulinic Một cơ chế gây độc khác của kim

loại nặng là kìm hãm sự tổng hợp của enzim

 Các bào quan dưới tế bào: Nói chung hiệu ứng độc của kim loại là do

phản ứng của chúng với các hợp phần nội bào [5] Muốn gây độc, kim loại phải xâm nhập vào bên trong tế bào, do đó nếu là một chất ưa béo, như metyl thủy ngân chẳng hạn, thì sẽ được vận chuyển qua màng tế bào một cách dễ dàng Khi kim loại liên kết với một số protein nó sẽ được hấp thụ qua đường nội thấm tế bào Sau khi xâm nhập vào trong tế bào, các kim loại sẽ tác động đến bào quan Các bào quan dưới tế bào có thể làm tăng cường hay làm giảm chuyển động của kim loại trong màng sinh học và làm thay đổi độc tính của

nó Hơn nữa, một số protein có mặt trong bào tương, trong lyzosom và trong nhân tế bào có thể liên kết với các kim loại nặng độc như: Cd, Pb, Hg do đó làm giảm tính sinh học của các protein này Một số kim loại độc có thể gây

hư hỏng cấu trúc của lưới nội thất Các ti thể do có hoạt động trao đổi chất cao và có khả năng vận chuyển qua màng một cách mạnh mẽ nên là một bào quan đích chính, vì vậy các enzim hô hấp của chúng dễ dàng bị kìm hãm bởi các kim loại [4]

Các yếu tố làm thay đổi độc tính [4]

 Mức độ và thời gian phơi nhiễm: Mức độ càng cao thì thời gian ảnh hưởng càng kéo dài và hiệu ứng độc lớn Nếu thay đổi liều lượng và thời gian nhiễm độc thì có thể thay đổi bản chất tác dụng độc Ví dụ: Khi tiêu hóa chỉ một lần nhưng với lượng Cd lớn sẽ dẫn đến rối loạn dạ dày, ruột, trong khi đó nếu hấp thụ một lượng nhỏ Cd trong một thời gian dài sẽ làm rối loạn chức năng

thận

 Dạng tồn tại hóa học: Dạng tồn tại hóa học của kim loại ảnh hưởng rất lớn đến độc tính của nó Thủy ngân là một ví dụ điển hình Khi ở dạng vô cơ, thủy ngân chủ yếu là những chất độc thận, nhưng khi ở dạng hữu cơ thì

metyl thủy ngân hay etyl thủy ngân sẽ gây độc thần kinh

 Các yếu tố sinh lý: Cũng giống như với nhiều chất độc khác, động vật non hay động vật già thường nhạy cảm với kim loại nặng hơn động vật trưởng thành Ví dụ: Trẻ em đặc biệt nhạy cảm với chì do độ nhạy cảm cao hơn, do

hấp thụ qua đường dạ dày, ruột non lớn hơn

Các tác động gây độc của kim loại

Gây ung thư: Nhiều kim loại nặng được coi là tác nhân gây ung thư cho con

người hay động vật

Giảm khả năng miễn dịch: Khi nhiễm một số kim loại nặng có thể dẫn đến

kìm hãm các chức năng miễn dịch Các kim loại nặng, các hợp chất cơ kim như chì, cadimi, niken, asen, metyl thủy ngân… là các chất loại bỏ miễn dịch Chúng thường gây ra các phản ứng quá nhạy cảm hay dị ứng

Ảnh hưởng hệ thần kinh: Do tính nhạy cảm lớn nên hệ thần kinh luôn là mục

tiêu tấn công của kim loại nặng Dạng thức lý hóa của kim loại thường là yếu tố quyết định độc tính Ở trẻ em khi bị nhiễm mức vừa phải cũng có thể dẫn đến rối loạn tâm thần Các kim loại khác như trietylen thiếc, vàng, liti… đều có tác dụng độc thần kinh

Ảnh hưởng đến thận: Thận là bộ phận đào thải chính, do đó cũng là một

trong những mục tiêu tấn công của kim loại nặng Cd ảnh hưởng tới các tế bào của các ống đầu gần gây ra bài tiết nước tiểu có protein phân tử lượng thấp, axit amin và glucose Crom, platin và dẫn xuất vô cơ thủy ngân cũng là tác nhân gây thiệt hại các ống đầu gần

1.4.2 Ảnh hưởng của một số kim loại nặng điển hình đối với sức khỏe của 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 đi ́ch và đối tươ ̣ng nghiên cứu

2.1.1 Mục đi ́ch nghiên cứu

Đánh giá chất lượng không khí dựa trên nồng độ các kim loa ̣i nă ̣ng trên các ha ̣t 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 loa ̣i nă ̣ng Xác định các nguồn phát thải chính của các kim loa ̣i nă ̣ng trong không khí trong nhà

Đánh giá rủi ro phơi nhiễm và rủi ro ung thư của các kim loa ̣i nă ̣ng 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 loa ̣i Mg, Al, K, Ca, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu,

Zn, As, Se, Rb, Sr, Zr, Mo, Cd, Sn, Sb, Ba, La, Pb, Bi

Đi ̣a điểm lấy mẫu là 2 trường mầm non ở 2 quâ ̣n thuô ̣c thành phố Hà Nô ̣i gồm quận Đống Đa và quâ ̣n Hoàng Mai Vi ̣ trí lấy mẫu ở 2 trường được mô tả trong

hình 2.1

Hình 2.1: Vị trí phân bố các điểm lấy mẫu (chấm đỏ)

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

TT Ký hiê ̣u Đă ̣c điểm vi ̣ 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 bi ̣ va ̀ du ̣ng cu ̣ lấy mẫu

Trong phạm vi nghiên cứu đề tài này, ngoài viê ̣c thu bu ̣i thì các thông số khác như nhiệt độ, độ ẩm tương đối, CO, CO2 được theo dõi trong nhà và ngoài trời trong suốt thờ i gian thu mẫu Bên cạnh đó, thông tin về hoạt động của lớp ho ̣c (số học sinh có mă ̣t, 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 phu ̣ lu ̣c)

2.2.1 Thiết bi ̣ thu bụi

Máy thu mẫu Nanosampler II Model 3182 của Nhâ ̣t Là thiết bị đầu tiên và duy nhất trên thế giới phân loại các hạt 0,1µm dưới áp lực xung quanh Thiết bi ̣ này thu mẫu bụi theo theo 5 tầng với các kích cỡ ha ̣t 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 la ̣i 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 lo ̣c sợi thủy tinh TX40HI20-WW của Nhâ ̣t 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

Dù ng ke ̣p để lấy giấy lo ̣c và cho vào các tầng của thiết bi ̣ Nanosampler II Model 3182

Hi ̀nh 2.2: Máy thu bụi Nanosampler II Model 3182

2.2.2 Thiết bi ̣ đo nồng độ CO 2 , CO, nhiê ̣t 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 bi ̣ gồm 2 bộ phâ ̣n là màn hình LCD để cài đă ̣t và hiển thi ̣ các thông số cầ n đo và 1 đầu dò

Hi ̀nh 2.3: Máy Qtrak 7575

Phần mềm phân tích dữ liệu TRAKPRO ™ được cung cấp để ghi dữ liệu, phân tích và ghi lại kết quả

Thiết bi ̣ 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 loa ̣i nă ̣ng 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

Tổng số mẫu chúng tôi thu được tại 2 trường mầm non là 154 mẫu

a) Trong nhà b) Xung quanh

Hi ̀nh 2.4: Dụng cụ lấy không khí trong nhà và ngoài trời được lắp hoàn chỉnh

Mẫu khí được máy bơm hút với tốc đô ̣ 40L/phút và được giữ la ̣i nhờ lực quán

tính trên các tấm giấy lo ̣c đă ̣t lần lượt trong các tầng từ cao đến thấp của thiết bi ̣ Nanosampler II tương ứ ng với các kích cỡ ha ̣t PM10, PM2.5, PM1.0, PM0.5, PM0.1 Thể tích mẫu khí được xác định theo công thức sau:

Trong đó: V: Thể tích lấy mẫu (lít);

v: Tốc độ hút (lít/phút);

t: Thời gian lấy mẫu (phút)

Để đo nồng đô ̣ CO2, CO, nhiệt đô ̣, đô ̣ ẩm tôi sử du ̣ng máy QTrak 7575, cài đă ̣t thờ i gian là 30s thu 1 số liê ̣u, lấy dữ liê ̣u được thu liên tu ̣c trong các ngày để khảo

sát mối tương quan với lượng bu ̣i thu được từ thiết bi ̣ Nanosampler

Để đảm bảo an toàn cho ho ̣c sinh cũng như các thiết bi ̣, các thiết bi ̣ được lắp

đă ̣t ta ̣i nơi xa tầm tay của trẻ, và có che chắn bảo vê ̣ với các thiết bi ̣ đă ̣t ngoài trời

2.3.2 Các bươ ́ c 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 lo ̣c trắng bằng cân phân tích Mettler Toledor 6 số lẻ (cân siêu vi lượng), bước nhảy = 0,0002mg ta ̣i Viê ̣n sức khỏ e nghề nghiê ̣p và môi trường, cân xong mỗi tờ giấy lo ̣c được cho vào mô ̣t đĩa peptri nhựa để tránh tối đa sự nhiễm bẩn và kí hiê ̣u từng đĩa

Hi ̀nh 2.5: Cân phân tích Mettler Toledor 6 số lẻ

Bước 2: Thu mẫu bụi: Dùng ke ̣p để lấy các giấy lọc đã cân cho vào các tầng của thiết bi ̣ Nanosampler và đánh dấu Kết nối thiết bi ̣ Nanosampler với máy bơm bằng ống silicon

Bước 3: Bâ ̣t 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 phò ng sa ̣ch (T=20oC, độ ẩm =50%) trong 48h, tránh va đâ ̣p ma ̣nh để bu ̣i không rơi khỏi giấy lo ̣c và nhiễm bẩn Sau đó cân các giấy lọc này Và mang đi phân tích sớm nhất có thể

Dữ liê ̣u thu đươ ̣c từ máy Qtrak đươ ̣c xuấ t máy tính bằ ng 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

Hi ̀nh 2.6: Thu mẫu và bảo quản mẫu

2.4 Xác đi ̣nh nồng đô ̣ các kim loa ̣i nă ̣ng bằng phương pháp quang phổ huỳnh quang tia X (XRF)

Hiện nay trên thế giới và ta ̣i Viê ̣t Nam, các kim loa ̣i nă ̣ng thường được xác

đi ̣nh bằng các phương pháp như Quang phổ nguồn plasma cảm ứng cao tần kết nối khối phổ ICP-MS, Quang phổ hấ p thụ nguyên tử AAS, phương pháp quang phổ huỳnh quang tia X (XRF) Trong đề tài này tôi đã sử du ̣ng phương pháp quang phổ huỳnh quang tia X để xác đi ̣nh hàm lượng các kim loa ̣i có trong các mẫu bu ̣i thu được

2.4.1 Giới thiê ̣u 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 sinh ra bởi sự kích thích các điện tử của mẫu bằng nguồn phát tia X XRF có độ chính xác cao, có khả năng phân tích được nhiều nguyên tố và không làm mẫu bị phá hủy Thiết bị XRF hiện đại có khả năng phân tích các mẫu rắn, lỏng và màng mỏng ở mức ppm Việc phân tích nhanh chóng và quá trình chuẩn bị mẫu dễ dàng

hoặc không bắt buộc

2.4.2 Cơ chế hoạt động của phương pháp XRF

- Tia X phát ra từ ống phóng gọi là tia X đặc trưng, cường độ tia X thay đổi

tùy thuộc vào điện áp được đặt giữa 2 điện cực

- Chùm tia X mang năng lượng lớn từ ống phóng tia X hoặc một nguồn phát

xạ được chiếu vào Mẫu kiểm tra Năng lượng này được nguyên tử hấp thụ gần

như hoàn toàn, đủ để làm lớp điện tử trong cùng bay ra (Hiện tượng quang điện)

- Sự phát xạ lớp điện tử lớp trong cùng sẽ để lại một lỗ trống, làm cho nguyên

tử ở một trạng thái không bền vững Khi một nguyên tử ở trạng thái không bền

vững, lớp điện tử lớp ngoài sẽ tự động nhảy lên chiếm chỗ…

- Năng lượng tia X phát ra được nguyên tử hấp thụ hoàn toàn, và đủ để làm cho lớp điện tử lớp trong cùng của nguyên tử bay ra (phát sáng – gọi là hiện tượng

quang điện)

Nguyên ly ́ cơ bản

- Ở chế độ cơ bản, nguyên tử được cấu tạo bởi nhân và các lớp Electron (điện

tử) xung quanh (K, L, M, N)

Hi ̀nh 2.7: Nguyên lý cơ bản của phương pháp XRF

- Khi bắn tia X mang năng lượng lớn vào mẫu – nguyên tử: Mức năng lượng này lớn hơn nhiều so với năng lượng liên kết các lớp electron cấu tạo nên nguyên

tử, xảy ra hiện tượng điện tử các lớp điện tử bao quanh nhân K, M bị bắn ra Do bị trống nên các photon lớp kế tiếp nhảy lại để lấp các lỗ trống mà Photon bị đẩy ra ngoài Sự chuyển dịch các photon mang năng lượng này sẽ phát ra năng lượng - phát sáng gọi là hiện tượng Huỳnh quang Suy nghĩ đơn giản như sau: Mỗi một

nguyên tố khi phát xạ sẽ có một phổ khác nhau, và cường độ màu sẽ đặc trưng cho hàm lượng của nguyên tố trong mẫu.Từ đó sẽ định tính và định lượng được nguyên

tố có trong mẫu phân tích Chính vì vậy, các nhà khoa học đã chế tạo ra máy quang phổ huỳnh quang tia XRF, với ứng dụng xác định hàm lượn, thành phần nguyên tố kim loại, phi kim tồn tại trong mẫu

2.4.3 Ứng dụng cu ̉ a phương pháp quang phổ huỳnh quang tia X

Định tính định lượng nhanh chóng các nguyên tố, thành phần có trong mẫu như: Mẫu rắn, mẫu lỏng, bột… Cụ thể như trong lĩnh vực luyện kim, hóa chất: Kiểm soát chất lượng nguyên vật liệu, chất lượng của sản phẩm; công nghiệp sơn: phân tích thành phần của sơn; thực phẩm: xác định các kim loại nặng có trong thực phẩm như (trong sản phẩm, trong hộp đựng mẫu, trong sữa….)

Ưu điểm của phương pháp quang phổ huỳnh quang tia X:

+ Ưu điểm nổi bật của phương pháp đo này là thời gian phân tích rất nhanh, chỉ một phép đo trong khoảng thời gian 15 phút đã đồng loạt cho ra hàm lượng của tất cả các nguyên tố, đặc biệt khi thành phần nguyên tố có hàm lượng thấp

+ Quá trình phân tích đơn giản, dễ dàng mà không làm phá hủy mẫu

Nhược điểm: Chi phí đầu tư máy đắt đỏ, và không phân tích các nguyên tố khí như: H, He, Li, Be Chỉ phân tích được các nguyên tố cài sẵn trong máy rồi

Máy quang phổ huỳnh quang tia X tôi đã sử du ̣ng trong nghiên cứu của mình đó là máy quang phổ huỳnh quang tia X JSX 1000S của hãng Jeol Nhâ ̣t Bản Máy quang phổ huỳnh quang tia X model JSX-1000S, phân tích nguyên tố nhanh chóng,

dễ dàng bằng thao tác trên màn hình cảm ứng Máy được trang bị các chức năng để phân tích định tính và định lượng thông thường (phương pháp FP, phương pháp đường chuẩn) cũng như sàng lọc các yếu tố RoHS Các chế độ máy được tùy chỉnh

dễ dàng do đó đáp ứng được nhiều nhu cầu phân tích

Máy quang phổ huỳnh quang tia X JSX 1000S hoa ̣t đô ̣ng đơn giản:

+ Màn hình hoạt động như máy tính bảng hoặc điện thoại thông minh

+ Chỉ cần đặt mẫu vào đúng vị trí, chạm vào màn hình, máy sẽ hoạt động + Có hỗ trợ điều khiển bằng bàn phím và chuột

Hi ̀nh 2.8: Máy quang phổ huỳnh quang tia X

2.4.4 Đảm bảo và kiểm soát chất lượng của phép phân tích

Giới hạn phát hiện (LOD) được tính toán thông qua việc đo nồng độ các kim loại trên 10 giấy lọc tinh khiết của nhà sản xuất và lấy ba lần độ lệch chuẩn của các giá trị nồng độ đo được Giới hạn đo (LOQ) được xác định bằng 10 lần độ lệch chuẩn của các giá trị nồng độ đo được như đã trình bày Các giá trị LOD, LOQ được đưa ra trong bảng 2.2

Rủi ro nhiễm bẩn của các mẫu giấy lọc tinh khiết khi mang ra thực nghiệm ngoài hiện trường được xác định bằng việc so sánh với các giá trị nồng độ kim loại

đo được trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường trên cùng giấy lọc Các kết quả phân tích giấy lọc cho thấy độ nhiễm bẩn bởi các kim loại nhỏ hơn 10% hàm lượng của chúng trong mẫu bụi thu được

Độ chính xác của phép đo được kiểm tra thường xuyên bằng cách phân tích một lượng chính xác cac chất tiêu chuẩn đa nguyên tố NIST chứa một lượng chính xác các chất tiêu chuẩn các nguyên tố trong mẫu bụi trong không khí xung quanh (NIST 1648) và trong nhà (NIST 2584) của Viện tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ Hầu hết các nguyên tố được phân tích đều cho tỉ lệ thu hồi rất tốt (từ 80% đến 120%)

Việc kiểm soát chất lượng (QC) dựa trên sự đo lặp lại 5 lần các các chất chuẩn

đa nguyên tố NIST chưa một lượng chính xác các nguyên tố dạng vết (400ppt) Độ

ổn định của máy là chấp nhận được khi độ chênh lệch giữa giá trị chuẩn và giá trị

đo được không vượt quá 8%

Cuối cùng 24 nguyên tố (Al, K, Mg, Ca, Ba, Bi, As, Pb, Cd, Co, Cu, Fe, Zn, Ti,

Sb, Sr, Se, La, Mo, Mn, Ni, Zr, Sn, Bi) được chọn do các giá trị thu hồi tốt trong mẫu chuẩn, bên cạnh đó nồng độ trong mẫu thực đủ lớn hơn các giá trị LOD và LOQ

Bảng 2.2: Các giá trị LOD, LOQ của các nguyên tố

Nguyên tố LOD (ng/g) LOQ (ng/g) Tỷ lệ thu hồi (%)

*) không có giá trị chuẩn

2.5 Nghiên cứu hình thái của các hạt bụi bằng phương pháp kính hiển vi điện

tử quét (SEM)

Kính hiển vi điện tử quét là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật rắn bằng cách sử dụng một chùm electron hẹp quét

trên bề mặt mẫu Việc tạo ảnh của mẫu vật được thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chum điện tử với bề mặt mẫu vật

Về nguyên tắc hoạt động của SEM cũng tương tự như việc dung một chùm sáng chiếu trên bề mặt, và quan sát hình ảnh bề mặt bằng cách thu chùm sáng phản

xạ Trong phương pháp SEM các thấu kính dung để tập trung điện tử thành điểm nhỏ chiếu lên mẫu vật, không dung để phóng đại Vì vậy ảnh được phóng đại theo phương pháp này thì không cần lát mỏng và phẳng, cho phép quan sát được mẫu kể

cả khi bề mặt mấp mô Tuy nhiên, thế tăng tốc của SEM thường chỉ từ 10-50kV vì

sự hạn chế của thấu kính từ, việc hội tụ các chùm điện tự có bước sóng quá nhỏ vào một điểm kích thước nhỏ sẽ rất khó khan Độ phân giải SEM được xác định từ kích thước chùm điện tử hội tụ, mà kích thước của chùm điện tử này bị hạn chế bởi quang sai, chính vì thế mà SEM không thể đạt được độ phân giải tốt như TEM

2.6 Xác đi ̣nh nguồn pha ́ t thải các kim loại nặng

2.6.1 Tỷ số I/O (Indoor/Outdoor)

Tỷ số I/O là tỷ số tổng nồng các loa ̣i ha ̣t bu ̣i, các kim loa ̣i nă ̣ng trong nhà với ngoài trời tại một địa điểm lấ y mẫu, trong cùng thời điểm, cùng phương pháp lấ y mẫu, phân tích [17] Tỷ số I/O được tính theo công thức 2.2:

2.6.2 Hệ số tương quan giữa các chất ô nhiễm

Việc xác định hệ số tương quan gữa các chất ô nhiễm là các tiếp cận để xác định nguồn phát thải của các chất ô nhiễm Các chất ô nhiễm có cùng nguồn phát thải thì sẽ có hệ số tương quan lớn (R2 > 0.55) Và ngược lại khi hệ số tương quan nhỏ, chứng tỏ các chất ô nhiễm được phát thải từ các nguồn khác nhau

Hệ số tương quan Pearson được thiết lập để đánh giá mối liên hệ giữa các nguồn phát thải khác nhau của các kim loại và mối tương quan của các kim loại này với các yếu tố CO2, CO, nhiệt độ, độ ẩm

2.7 Đánh gia ́ rủi ro phơi nhiễm, ảnh hưởng gây ung thư của các kim loa ̣i nă ̣ng trên các hạt bụi trong không khí

Đánh giá rủi ro phơi nhiễm các kim loa ̣i nă ̣ng là đánh giá khả năng gây hại cho sức khỏe do tiếp xúc của con người với các kim loại nă ̣ng theo thời gian Theo

US EPA, việc đánh giá rủi ro sức khỏe thường tuân theo 4 bước cơ bản như sau:

 Nhận biết mối nguy hại

• Các chất gây ung thư

• Các chất không gây ung thư

 Đánh giá phơi nhiễm

• Tính toán liều lượng phơi nhiễm qua các con đường tiếp xúc

 Đặc tính rủi ro

• Đánh giá khả năng gây nguy hại sức khỏe con người

• Rủi ro ung thư (LCR)

• Rủi ro không gây ung thư (HQ

2.7.1 Đánh gia ́ rủi ro phơi nhiễm

Đánh giá rủi ro về sức khỏe được tính toán đối với các con đường tiếp xúc khác nhau bao gồm tiếp xúc qua da, tiêu hóa và hô hấp Các công thức tính toán liều lượng phơi nhiễm hàng ngày được tham khảo theo US-EPA (2004)

Đánh giá nguy cơ phơi nhiễm nhằm xác định mức độ (cường độ, tần số, thời gian hoặc liều) mà con người tiếp xúc với một hóa chất trong môi trường Trong quá trình đánh giá nguy cơ phơi nhiễm, đặc tính của sự phơi nhiễm, con đường phơi nhiễm và định lượng nồng độ phơi nhiễm được xác định Thông thường, định lượng nồng độ phơi nhiễm tiến hành với các bước sau đây:

Lượng hấp thụ (hít vào) đi vào cơ thể mỗi ngày của một người được tính toán theo công thức 2.3: