Luận văn NCKH đại học CAO ĐẲNG (2)

Sự phát triển của con người trong thế kỷ này được ví như là một sự phát triển thầntốc, nhưng đằng sau bức màn của sự phát triển thần tốc đó chính là những tác hại vềmặt môi trường, do ch

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH KHOA

NÔNG – LÂM – NGƯ

oo

-TIỂU LUẬN ĐỘC CHẤT ASEN

MÔN: ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG

GVHD: TH.S HOÀNG ANH VŨ SVTH: DƯƠNG ĐĂNG MINH

Quảng Bình, tháng 10 năm 2016

MỤC LỤC

A MỞ ĐẦU 2

B Nội Dung 3

I Nguồn gốc 3

II.Cấu tạo, các hợp chất của asen 3

2.1.Cấu tạo của asen: 3

III Dạng tồn tại của asen: 4

3.1 Trong tự nhiên: 4

3.2 Các hợp chất của asen trong tự nhiên: 4

3.3 Trong nhân tạo: 7

IV Hấp thụ và chuyển hóa của asen: 8

4.1 Hấp thụ Asen vào cơ thể người và sinh vật khác: 8

4.2 Chuyển hóa, lưu trữ và cơ chế gây độc của Asen 9

V Tác động và biểu hiện ngộ độc của asen 12

5.1 Ảnh hưởng của Asen đối với con người, động vật và thực vật 12

VI Quá trình đào thải của asen: 16

VII Các biện pháp phòng tránh và xử lý nhiễm độc asen: 17

7.1 Nồng độ tối đa cho phép (NĐTĐCP) 17

7.2 Biện pháp kỹ thuật 18

7.3 Biện pháp phòng hộ cá nhân 20

7.4 Biện pháp Y học 20

C KẾT LUẬN 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

A MỞ ĐẦU

Môi trường và các vấn đề môi trường đang là đề tài mà hầu hết các nước trên thếgiới quan tâm Chưa bao giờ vấn đề môi trường lại được nhắc đến một cách dữ dộitrên hầu hết các phương tiện thông tin đại chúng

Sự phát triển của con người trong thế kỷ này được ví như là một sự phát triển thầntốc, nhưng đằng sau bức màn của sự phát triển thần tốc đó chính là những tác hại vềmặt môi trường, do chính những đòi hỏi của việc phát triển không ngừng, phục vụ chonhững nhu cầu sống của mình, con người đã làm tăng một cách đáng kể các chất ônhiễm vào môi trường, gây ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường sống của chính mình

và các loài vật Một trong những chất ô nhiễm gây ra tác động không chỉ về mặt nhấtthời mà còn có tác động lâu dài đến thế hệ mai sau đó chính là kim loại nặng

Từ rất lâu, con người đã biết tới Asen và độc tính của nó Độc tính của Asen có thểgây chết cho gia súc, gia cầm chủ yếu liên quan tới nguồn gốc tự nhiên Theo 1 sốnghiên cứu cho thấy, asen là một chất cực độc, gấp 4 lần so với thủy ngân Mặc dùtrước đây, người ta vẫn dùng Asen một cách thông dụng trong công nghiệp khai mỏ,luyện kim, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thậm chí trong một số chất tăng trọng cho giasúc Tuy nhiên, trong khoảng 20 năm trở lại đây, các nhà khoa học đã chứng minhđược tác hại của Asen và con người mới có cái nhìn đúng đắn về ảnh hưởng của nó tớisức khỏe và đời sống

B Nội Dung

I Nguồn gốc.

Asen hay còn gọi là thạch tín, một nguyên tố hóa học có ký hiệu As và số

nguyên tử 33 Khối lượng nguyên tử của nó bằng 74,92.

Vị trí của nó trong bảng tuần hoàn được đề cập ở bảng mé bên phải.

Asen là một á kim gây ngộ độc khét tiếng và có nhiều dạng thù hình: màu vàng (phân tử phi kim) và một vài dạng màu đen và xám (á kim) chỉ là số ít mà người ta có thể nhìn thấy.

Ba dạng có tính kim loại của asen với cấu trúc tinh thể khác nhau cũng được

tìm thấy trong tự nhiên (các khoáng vật asen sensu stricto và hiếm hơn là

asenolamprit cùng parasenolamprit), nhưng nói chung nó hay tồn tại dưới dạng các hợp chất asenua và asenaten và các hợp chất của nó được sử dụng như

là thuốc trừ dịch hại, thuốc trừ cỏ, thuốc trừ sâu và trong một loạt các hợp kim.

II.Cấu tạo, các hợp chất của asen

2.1.Cấu tạo của asen:

Hình 1: Cấu tạo nguyên tử AsenAsen là một kim loại gây ngộ độc cực nặng và có nhiều dạng thù hình như: màuvàng (phân tử phi kim) và một vài dạng màu đen và xám (á kim) chỉ là số ít màngười ta có thể nhìn thấy Ba dạng có tính kim loại của asen với cấu trúc tinh thểkhác nhau cũng được tìm thấy trong tự nhiên (các khoáng vật asen sensu stricto vàhiếm hơn là asenolamprit cùng parasenolamprit), nhưng nói chung nó hay tồn tạidưới dạng các hợp chất asenua và asenat Vài trăm loại khoáng vật như thế đã đượcbiết tới

Trạng thái ôxi hóa phổ biến nhất của asen là -3 (asenua: thông thường trong cáchợp chất liên kim loại tương tự như hợp kim), +3 (asenat (III) hay asenit và phần lớn

các hợp chất asen hữu cơ), +5 (asenat (V): phần lớn các hợp chất vô cơ chứa ôxy củaasen ổn định)

Asen cũng dễ tự liên kết với chính nó, chẳng hạn tạo thành các cặp As-As trongsulfua đỏ (α-As4S4) và các ion As43- vuông trong khoáng coban asenua có tênskutterudit Ở trạng thái ôxi hóa +3, tính chất hóa học lập thể của asen chịu ảnhhưởng bởi sự có mặt của cặp electron không liên kết

III Dạng tồn tại của asen:

3.1 Trong tự nhiên:

a Asen trong đá và quặng:

Hàm lượng As trong các đá magma từ 0,5 – 2,8 ppm, các carbonat – 2,0 ppm, đácát kết tinh – 1,2 ppm thấp hơn trong các đá trầm tích (6,6 ppm) As là một trongnhững nguyên tố có nhiều khoáng vật nhất, tới 368 dạng trong đó các nhómhydroarsen và arsenat – với 213 khoáng vật, sulfurarsenat – 73 khoáng vật, intêmtallit– 40 khoáng vật Trong các đá phiến sét phần lớn As tồn tại trong silicat (85,5 –92,5%), phần nhỏ còn lại ở dạng hợp chất khác như oxit, sulfat, arsenua (khoảng 7 -14,5 %)

Ở Việt Nam chưa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu và toàn diện về As trong các thànhtạo tự nhiên Trước đây, trong công tác lập bản đồ địa chất và tìmkiếm khoáng sảnthường dùng phương pháp phân tích qua quang phổ phát xạ với độ nhạy rất thấp nênkhó phát hiện As Bằng phương pháp mầu giã đãi đã tìm thấy trong nhiều phức hệ đáxâm nhập có chứa arsenopyrit với mức hàm lượng As từ <100ppm tới 1000ppm

Nhìn chung, hàm lượng As trong một số vùng mỏ nguồn gốc nhiệt dịch cao hơn so vớikhu vực không có khoáng hoá Có thể có nhiều quặng hoá nguồn gốc nhiệt dịch giàuarsen, hệ số làm giàu của chúng so với đá vây quanh từ hàng chục tới hàng trăm lần vàđương nhiên độc tích sinh thái của các quặng này là lớn

b As trong đất và vỏ phong hoá:

Ở nước ta rất ít tài liệu về địa hoá As trong đất Một số nghiên cứu gần đây về sự phân

bố As trong đất vỏ phong hoá ở Việt Nam cho thấy: hàm lượng trung bình của Astrong đất Tây Bắc dao động khoảng 2,6 – 11 ppm

As có xu hướng được tích tụ trong quá trình phong hoá Trong nhiều kiểu đất ở cáccảnh quan địa hoá khác nhau có hàm lượng As giàu hơn đá mẹ Chẳng hạn, hàm lượngtrung bình của As trong các đá trầm tích lục nguyên thuộc mỏ vàng Khau Âu (BắcKạn) là 13 ppm còn trong đất và vỏ phong hoá phát triển trên chúng là 16,9 ppm, đấttrong các dị thường quặng tới 92,3 ppm

c As trong trầm tích bời rời:

Hàm lượng tổng As trong bùn biển đại dương thế giới là 1 ppm (A.P Vinogradov,

1967), trong trầm tích Đệ tứ hạt mịn ở Kyoto, Sendai (Nhật Bản) khoảng 1-30 ppm.Hàm lượng trong trầm tích Đệ tứ ở các lỗ As khoan nước Hà Nội (6-63 ppm trongtrầm tích sét nâu, 2-12 ppm trong sét màu xám 0,5 – 5 trong cát vàng – nâu xám) cóquan hệ tuyến tính với hàm lượng Fe(OH)3, FeOOH Trong trầm tích biển ven bờ ViệtNam có hàm lượng As (trao đổi ion) dao động trong khoảng 0,1-6,1 ppm.

d As trong không khí và nước:

Hàm lượng As trong không khí (ng/m3) của thế giới khoảng 0,007- 2,3 (trung bình0,5) Hàm lượng As trong không khí ở khu vực xung quanh Ngã Tư Sở là 0,036- 0,071(trung bình 0,044)

Hàm lượng As trong nước dưới đất phụ thuộc rất nhiều vào tính chất và trạng thái môitrường địa hoá Dạng As tồn tại chủ yếu trong nước dưới đất là H3AsO4-1 (trong môitrường pH axit đến gần trung tính), HAsO4-2 (trong môi trường kiềm) Hàm lượng Astrong nước ngầm trong một số vùng Miền Bắc khoảng 0,0001 - 0,32 mg/l Ở Hà Nội,hàm lượng As trong nước ngầm ở những vùng có trầm tích Đệ tứ với các lớp bùn giàuvật liệu hữu cơ thường cao hơn các vùng khác

e Asen trong sinh vật:

Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới, cây trồng cũng chứa mộthàm lượng As nhất định, đôi khi khá cao Hàm lượng trung bình của As (ppm) tronglúa (khô) 110-200, ngô (khô) 30-40, bắp cải (tươi) 20-50 As tích tụ chủ yếu ở rễ, ởnhững khu vực đất bị ô nhiễm thì rễ cây hấp thụ khá nhiều As Hàm lượng As trongrau trước đây (0,1-2,7 ppm trung bình 0,03-0,05 ppm), thấp hơn hàm lượng chính nótrong rau hiện nay Phải chăng đây là hậu quả của sự ô nhiễm môi trường đất, nước bởi

As hiện nay Sinh vật biển nói chung thường giàu As, hàm lượng trung bình của Astrong cá biển từ 0,6-4,7 ppm, còn trong nước ngọt là 0,54 ppm As tập trung trong gan

và mỡ cá

3.2 Các hợp chất của asen trong tự nhiên:

Ở trạng thái tự nhiên As tồn tại nhiều dạng hợp chất khác nhau nhưng dạng gâyđộc và ảnh hưởng mạnh đến con người nhiều nhất là As (III)

3.3 Trong nhân tạo:

a Nguồn công nghiệp:

Asen là nguyên tố có mặt trong nhiều loại hóa chất sử dụng trong nhiều ngànhcông nghiệp khác nhau như: hóa chất, phân bón (lân - photphat, đạm- nitơ), thuốc bảo

vệ thực vật, giấy, dệt nhuộm Người ta ước lượng thế giới có khoảng 12.000 tấnAs/năm để làm khô bông vải và 16.000 tấn As/ năm để bảo quản gỗ

Nhiều ngành công nghiệp sử dụng nhiên liệu hóa thạch như công nghiệp xi măng,nhiệt điện, Công nghệ đốt chất thải rắn cũng là nguồn gây ô nhiễm môi trường xungquanh bởi asen

Các ngành công nghiệp khai thác và chế biến các loại quặng, nhất là quặng sunfua,luyện kim tạo ra nguồn ô nhiễm Asen Việc khai đào ở các mỏ nguyên sinh đã phơi lộcác quặng sunfua, làm gia tăng quá trình phong hóa, bào mòn và tạo ra khối lượng lớnđất đá thải có lẫn Arsenopyrit ở lân cận khu mỏ

Những người khai thác tự do khi đãi quặng đã thêm vào axit sunphuric, xăng dầu,chất tẩy Arsenopyrit sau khi tách khỏi quặng sẽ thành chất thải và được chất đốngngoài trời và trôi vào sông suối, gây ô nhiễm tràn lan Đó là những nguồn phát thảiAsen gây ô nhiễm nước, đất, không khí

b Nguồn nông nghiệp:

Asen được con người sử dụng nhiều nhất trong lĩnh vực hóa chất nông nghiệp, nhưthuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc diệt côn trùng, chất làm khô và bảo quản gỗ, phụ giathức ăn…Arsenic trioxit là nguyên liệu chính của nhiều loại thuốc diệt côn trùng vô

cơ, ví dụ như: chì arsenate, sodium arsenite, monosodium, disodium methane arsenate

và axit cacodylic… Người ta ước lượng thế giới có khoảng 8000 tấn As/ năm dùnglàm thuốc diệt cỏ

Theo kết quả điều tra mới đây, thủy ngân và arsenic có trong nhiều vị thuốc đanglưu hành với hàm lượng cao cấp 300-500 lần tiêu chuẩn của Bộ Y tế Các vị thuốcchứa nhiều arsenic nhất là hùng hoàng, dự thạch

Ngoài ra, những khu vực dân tự động đào và lấp giếng không đúng tiêu chuẩn kỹthuật khiến chất bẩn, độc hại bị thẩm thấu xuống mạch nước Cũng như việc khai thácnước ngầm quá lớn làm cho mức nước trong các giếng hạ xuống khiến cho khí ôxy đivào địa tầng và gây ra phản ứng hóa học tạo ra thạch tín từ quặng pyrite trong đất vànước ngầm

IV Hấp thụ và chuyển hóa của asen:

4.1 Hấp thụ Asen vào cơ thể người và sinh vật khác:

Đối với vi khuẩn, cấu trúc tế bào của vi khuẩn có khả năng hấp thu Asen rất cao.Đối với vi khuẩn Gram dương, tầng peptidogycan dầy và được liên kết thông qua cáccầu nối acid amin Sự hiện diện của các liên kết phosphodiester giữa các teichoicacid là đặc tính quan trọng của tế bào vi khuẩn Gram dương Đối với nhóm vi khuẩnGram âm, ngoài peptidogycan vách tế bào còn có phospholipid vàlipopolysaccharide (LPS) Những nhóm chức năng mang điện tích âm như gốc –COOH có khả năng hấp thu các ion Asen tích điện dương

Hình 2: Hấp thụ Asen của một số vi khuẩn

Đối với nấm,quá trình trao đổi chất và vận chuyển độc lập là một phần của quátrình trao đổi chất nhờ vào các gốc chức năng tích điện âm (-COOH, -NH2, -N-C=O,-SH,…) Ngoài ra, các gốc chức năng này có thể tạo thành các phức với ion Asen.Đối với tảo, các polysaccharide bao gồm cellulose, chitin, alginate và glycan cóchức năng trong việc liên kết với Asen Một số gốc quan trọng như –COOH, các gốc

có chứa O-, N-, S-, hoặc P- đều tham gia trực tiếp vào việc kiên kết Asen Các nhómcarboxyl, hydroxyl, sulphate và amino trong polysaccharide của vách tế bào tảo tươngtác như là các điểm liên kết đối với Asen

Cũng như các sinh vật khác Asen dễ dàng xâm nhập và cơ thể người Dạng xâmnhập chính vào cơ thể là Asen dạng vô cơ, đặc biệt là Asen(III) dễ hấp thụ vào cơ thểcon người qua đường ăn uống Xâm nhập vào tế bào qua màng tế bào Các hợp chấtAsenit và Asenat vô cơ bền, có khả năng hòa tan trong nước đều dễ dàng hấp thụ vào

dạ dày và các tế bào của cơ thể

4.2 Chuyển hóa, lưu trữ và cơ chế gây độc của Asen

Sau khi vào cơ thể, ion chứa As bản chất là ion kim loại, được cơ thể xem như ionkim loại cần thiết chuyển hóa và hấp thụ

Màng tế bào được xem là một “bức tường” chống lại sự tấn công của các độc chất

Để hiểu sâu hơn về các phản ứng của màng với độc chất, các thí nghiệm được tiếnhành bằng cách sử dụng liposome làm đối tượng nghiên cứu và độc chất ở đây vẫnđược sử dụng là Asenate Các kết quả thí nghiệm cho thấy liposome bị hóa lỏng và pháhủy bởi Asenate Điều này được xem như là một bằng chứng cho thấy Asenic đã liên

Hình 3: Hấp thụ Asen qua dạ dày và thành ruột

kết với liposome và tác động trực tiếp lên chúng Tuy nhiên, liên kết hóa học củaAsenic với các phân tử POPC liposome có thể đã diễn ra sau khi chúng liên kết mộtcách lỏng lẻo với liposome Asenic liên kết với màng ở mức khá cao ngay khi bắt đầuquá trình tương tác cho thấy sự liên kết nhanh chóng của Asenate trong dung dịchmàng Sự giải phóng sau khi liên kết nhanh cũng có thể xuất phát từ động thái chuyểnAsenic từcác vịtrí ưu tiên trên màng đến các dạng bền vững hơn ở trên màng và trong

tế bào chất Một báo cáo khoa học gần đây về As (III) cho thấy Asenite có lẽ tạo cácliên kết hydrogen trực tiếp với nhóm phosphate của các phân tửdimyristoylphosphatidylcholine (DMPE) trong quá trình cạnh tranh với các phân tửnước hydrate hóa cũng như các nhóm amino Sự giảm tương tác giữa các nhóm PE –

PE sẽ làm giải phóng các nhóm phosphate và do đó độ linh động của lipid sẽ tăng lêntrên bề mặt màng liposome Do đó, Asenic chèn vào những chỗ trống để lại trên bềmặt ưa nước của màng tế

 Phân bố Asen trong cơ thể: Asen tác dụng lên nhóm thiol, ức chế hoạt tính các

enzym và tích lũy ở một số mô (như xương, gan, thận,…) Phần lớn các chất gây ungthư tác động lên các axitnucleic, protein trực tiếp hoặc sau khi hoạt hóa sự chuyển hóa

- Gan: phần lớn các ion vô cơ được giữ, chuyển hóa và biến đổi ở gan, mật vàthải vào đường tiêu hóa

- Máu: Hydro Asen tập trung ở hồng cầu

- Thận: Nhiễm độc Asen cấp tính tích chứa ở thận

- Tủy xương: Nhiễm độc mãn tính Asen

 Cơ chế gây độc

Hình 4: Cấu tạo màng tế bào

Cơ chế gây độc của Asen là nó tấn công vào các nhóm sulfurhydryl của enzymelàm cản trở hoạt động của các enzyme Asen (III) ở nồng độ cao làm đông tụ cácprotein do Asen (III) tấn công vào liên kết có nhóm sulfur Khi vào trong cơ thế, dặcbiệt là các AS (III) tấn công gnay lập tức vào các enzyme có chưa nhóm –SH và cảntrờ hoạt động của chúng.

Phản ứng xảy ra như sau:

liên kết với AsO32- nên không còn để liên kết với nhóm – SH trong enzym

As tự do cũng như hợp chất của nó rất độc Trong hợp chất thì hợp chất củaAs(III) là độc nhất Tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã xếp As vào nhóm độc loại A gồm:

Hg, Pb, Se, Cd, As

Trong môi trường sinh thái, các dạng hợp chất As hóa trị (III) có độc tính cao hơndạng hóa trị (V) Môi trường khử là điều kiện thuận lợi để cho nhiều hợp chất As hóatrị V chuyển sang As hóa trị III Trong những hợp chất As thì H3AsO3 độc hơn

H3AsO4 Dưới tác dụng của các yếu tố oxi hóa trong đất thì H3AsO3 có thể chuyểnthành dạng H3AsO4 Thế oxy hóa khử, độ pH của môi trường và lượng kaloit giàu Fe3+

…, là những yếu tốquan trọng tác động đến quá trình oxy hóa - khử các hợp chất Astrong tự nhiên Những yếu tố này có ý nghĩa làm tăng hay giảm sự độc hại của các hợpchất As trong môi trường sống

As(V) có thể được chuyển thành As(III) và gây độc giống như As(III), có cấu trúcgiống phosphate hữu cơ và có thể thay thế cho phosphate trong sự thuỷ phân glucose

và sự hô hấp của tế bào

V Tác động và biểu hiện ngộ độc của asen

5.1 Ảnh hưởng của Asen đối với con người, động vật và thực vật.

- Đường đi của asen tiếp xúc vào động thực vật

Phơi nhiễm

Hô hấp tiếp xúc tiêu hóa

Hấp thụ qua mẫu phân phối đến các cơ và các cơ quan

Gây độc Tích lũy Bài tiết

Đồng hóa

a. Tính độc của Asen đối với con người.

Sự nhiễm độc Arsen hay còn gọi là Arsenicosis xuất hiện như một tai hoạ môitrường hiện nay đối với sức khoẻ con người trên thế giới Các biểu hiện đầu tiên củachứng nhiễm độc Arsen là chứng sạm da (melanosis), dầy biểu bì (keratosis) từ đó dẫnđến hoại da hay ung thư da Hiện chưa có phương pháp hữu hiệu chữa bệnh nhiễmđộc Arsen