MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài Đối với sản xuất nông nghiệp, hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV) là công cụ hữu ích và dường như không thể thay thế để đảm bảo sản lượng trong tình hình diện tích đất dành cho nông nghiệp ngày càng thu hẹp. Từ khi được sử dụng rộng rãi những năm 1940, một lượng lớn hóa chất BVTV đã được đưa vào môi trường và hiện nay vẫn còn tồn tại một số nơi, mặc dù phần lớn trong số chúng đã bị cấm hoặc hạn chế sử dụng. Trong quá trình sử dụng hóa chất BVTV, không phải tất cả lượng được dùng đều trở thành hữu ích vì một phần lớn của các loại thuốc BVTV này sẽ phát tán vào môi trường đất, nước bề mặt và nước ngầm hay phát tán trực tiếp vào bầu không khí, nơi chúng nhanh chóng được pha loãng và phân bố vào các pha khác nhau (pha khí, hạt…). Ngoài ra, sự bay hơi của các hóa chất BVTV từ đất, cây trồng và sự xói mòn do gió đối với các hạt đất đã hấp phụ hóa chất BVTV cũng góp phần làm gia tăng lượng hóa chất BVTV tồn đọng trong môi trường không khí.
Mặt khác, việc sử dụng thuốc một cách tràn lan, không có nguồn gốc xuất xứ, ý thức sử dụng và thải bỏ các bao bì, chai lọ, vệ sinh sau khi sử dụng thuốc BVTV của người dân còn kém. Một số trường hợp các công ty thuốc BVTV chôn giấu các hóa chất độc hại bất hợp pháp… đều là nguyên nhân dẫn đến sự phát tán không đúng mục đích của các loại hóa chất BVTV, ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe người dân và hủy hoại môi trường. Trong các môi trường mà hóa chất BVTV có thể phát tán thì môi trường không khí gây ảnh hưởng nhiều nhất đến sức khỏe cũng như tiềm ẩn nhiều nguy cơ tác động tiêu cực đến con người và môi sinh. Sự lan truyền hóa chất BVTV trong không khí thường không giới hạn trong khu vực phát thải, hầu hết những phát thải vào không khí ở khu vực diễn ra các hoạt động nông nghiệp sau đó được vận chuyển đi xa nhờ vào các yếu tố khí hậu (gió, nhiệt độ, sự chênh lệch áp suất…).
Bên cạnh đó, các hóa chất BVTV khi tồn tại trong không khí có thể tham gia các 2 phản ứng hóa học quang hóa, làm phát sinh sản phẩm thứ cấp mang độc tính cao hơn so với dạng ban đầu. Đặc biệt đối với các hợp chất Chlor hữu cơ (OCPs Organochlorine Pesticides), việc chuyển hóa rất phức tạp do chúng là những hợp chất có lượng dẫn xuất khổng lồ, đồng thời khả năng tham gia các phản ứng quang hóa của các hợp chất OCPs là khá cao. Trong những chất độc gây ảnh hưởng không tốt đối với sức khỏe, các hợp chất OCPs trong hóa chất BVTV được quan tâm khá nhiều ở trong và ngoài nước bởi đặc tính tồn lưu lâu trong môi trường và hậu quả lâu dài mà đối tượng này để lại. Ngoài ra trong những năm gần đây, các hợp chất BVTV họ Phosphor hữu cơ (OPPs: Organophosphorus Pesticides) cũng dần được quan tâm nhiều hơn, một số hóa chất thuộc họ này đã bị cấm sử dụng như Parathion, Ethion, Trithion… do những tác động đến môi sinh và con người.
Thành phố Hồ Chí Minh (TPHCM) nằm trong vùng chuyển tiếp giữa miền Đông Nam Bộ và Tây Nam Bộ. Dân số trung bình của TPHCM khoảng 7.4 triệu người. Với mật độ dân số 3530 người/km2 (Tổng cụ thống kê, niêm giám thống kê 2010) TPHCM là thành phố có mật độ dân số cao nhất cả nước nên đảm bảo chất lượng không khí xung quanh tạo môi trường sống tốt cho mọi người là vấn đề cần thiết. Vấn đề ô nhiễm không khí hiện nay đã và đang được quan tâm bởi nhiều quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam.
Ô nhiễm không khí do bụi hiện nay là điều đáng được quan tâm, tính độc hại của bụi không khí nằm ở những hóa chất tồn đọng trên bản thân hạt bụi như PAHs, Bisphenol A, VOCs, kim loại nặng, hóa chất BVTV… đây là một trong những nguyên nhân khiến dân cư đô thị hiện nay mắc phải nhiều bệnh về đường hô hấp, ung thư…[10] Tại thành TPHCM, tuy không có hoạt động nông nghiệp đáng kể tại nội thành nhưng lại được bao bọc bởi những vùng có hoạt động sản xuất nông nghiệp tương đối rộng lớn như Long An, Tiền Giang, Bình Dương cùng với các huyện ngoại thành như Bình Chánh, Hóc Môn. Chính vì vậy việc các phát thải hóa chất BVTV sẽ di chuyển đến khu vực nội thành là điều hoàn toàn có thể. 3 Trên thế giới, khá nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để tìm hiểu về dư lượng hóa chất BVTV OCPs và OPPs trong không khí xung quanh. nhưng cho đến nay mặc dù là một quốc gia với diện tích đất nông nghiệp lớn và nông nghiệp là ngành kinh tế chủ đạo của đất nước nhưng chưa có nghiên cứu nào về vấn đề các hóa chất BVTV trong môi trường không khí tại Việt Nam.
Từ những lý do trên chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu đánh giá mức độ ô nhiễm thuốc BVTV trong bụi không khí”. 2 Mục tiêu nghiên cứu Xác định dư lượng 17 hóa chất BVTV OCPs và 5 loại hóa chất BVTV OPPs trong bụi không khí tại TPHCM, Bình Dương và Long An. Đánh giá tình hình ô nhiễm hóa chất BVTV OCPs và OPPs trong bụi không khí tại các khu vực khảo sát. Giải thích nguyên nhân và nguồn gốc tồn tại của các loại hóa chất này trong môi trường bụi không khí.
3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ¾ Đối tượng nghiên cứu 17 hợp chất BVTV OCPs: α-HCH, β-HCH, γ-HCH, δ-HCH, Heptachlor, Aldrin, Heptachlor – epoxide, α-Endosulfan,4,4’ – DDE, Dieldrin, Endrin, 4,4’ – DDD, β - Endosulfan, Endrin – aldehyde, Endosulfan – sulfate, 4,4’ – DDT, Endrin – Ketone. 5 hợp chất BVTV OPPs: Diazinon, Malathion, Parathion, Ethion và Trithion. ¾ Phạm vi nghiên cứu Mẫu bụi không khí xung quanh tại một số vị trí trong khu vực thuộc tỉnh Bình Dương, Long An và TPHCM. 4 Nội dung nghiên cứu Tối ưu hóa quy trình phân tích 17 hợp chất OCPs (α-HCH, β-HCH, γ-HCH, δ- HCH, Heptachlor, Aldrin, Heptachlor – epoxide, α-Endosulfan,4,4’ – DDE, Dieldrin, Endrin, 4,4’ – DDD, β - Endosulfan, Endrin – aldehyde, Endosulfan – 4 sulfate, 4,4’ – DDT, Endrin – Ketone).
Và 5 hợp chất BVTV OPPs (Diazinon, Malathion, Parathion, Ethion và Trithion) trong mẫu bụi không khí bằng phương pháp chiết siêu âm với dung môi n-hexane, Dicloromethane và Acetone kết hợp hệ thống sắc ký khí đầu dò bắt giữ điện tử (GC-ECD) Agilent 7890. - Lấy mẫu bụi không khí xung quanh tại các vị trí khảo sát. - Phân tích mẫu bụi thực tế. - Đánh giá nồng độ hóa chất bảo BVTV trong bụi không khí xung quanh tại các vị trí khảo sát.
5 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tổng hợp tài liệu - Phương pháp khảo sát thực địa - Phương pháp lấy mẫu thuốc BVTV trong bụi không khí bằng máy lấy mẫu lưu lượng cao Kimoto của Nhật Bản. - Phương pháp bảo quản, chiết tách mẫu và phân tích mẫu bằng sắc ký khí. 6 Ý nghĩa khoa học - Đánh giá hàm lượng các hóa chất BVTV OCPs và OPPs trong bụi không khí. Đánh giá dư lượng của từng loại hóa chất BVTV trong mẫu bụi không khí.
- Chứng minh sự chuyển hóa của các hóa chất BVTV trong môi trường. - Góp phần cung cấp dữ liệu về ô nhiễm các hóa chất BVTV trong bụi không khí. Chứng minh sự tồn tại của hóa chất BVTV tại khu vực có và không có hoạt động sản xuất nông nghiệp. 7 Ý nghĩa thực tiễn - Bước đầu khảo sát đánh giá được mức độ ô nhiễm (dư lượng) của các hợp chất OCPs và OPPs trong bụi không khí tại Long An, TPHCM và Bình Dương.
Từ đó làm cơ sở cho việc đánh giá tác động của các OCPs và OPPs trong bụi không khí đối với sức khỏe của con người. - Đánh giá sự khác nhau về mức độ ô nhiễm hóa chất BVTV trong bụi không khí giữa các mùa và theo từng vùng.1 Giới thiệu về hóa chất bảo vệ thực vật 0.1 Định nghĩa Hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV) là bất kỳ chất hoặc hỗn hợp các chất được sử dụng để tiêu diệt, đẩy lùi, hoặc kiểm soát một dịch hại, bao gồm cả côn trùng, ốc, động vật gặm nhấm, nấm, vi khuẩn, và cỏ dại. Do đó, thuốc BVTV có một định nghĩa rất rộng, bao gồm thuốc trừ sâu nông nghiệp - sản phẩm BVTV hoặc các chất kháng khuẩn [10]. Định nghĩa các loại thuốc BVTV là khá rộng, nhưng có một số loại trừ [38]: - Thuốc được sử dụng để kiểm soát dịch bệnh cho người và động vật (như vật nuôi) không được coi là thuốc BVTV, loại thuốc này được quy định bởi cục quản lý thực phẩm và dược phẩm.
- Phân bón, chất dinh dưỡng và các chất khác được sử dụng để thúc đẩy sự sống còn và phát triển của thực vật, nó không được coi là điều hòa sinh trưởng thực vật và do đó không phải là thuốc BVTV. - Tác nhân kiểm soát sinh học, trừ một số vi sinh vật, được EPA loại trừ. - Các sản phẩm chứa một số thành phần có nguy cơ thấp, chẳng hạn như tỏi và dầu bạc hà cũng không xếp vào nhóm thuốc BVTV.2 Phân loại Dựa vào cấu trúc hóa học, hóa chất BVTV được chia thành các nhóm chính như: 9 Hóa chất BVTV họ Chlor hữu cơ Hóa chất BVTV họ Chlor hữu cơ (OCPs: Organochlorine Pesticides) là hóa chất BVTV chứa các hợp chất chlorine hydrocarbon hay Chlor hữu cơ, được sử 6 dụng rộng rãi từ những năm 1940 đến 1960 trên toàn cầu trong việc kiểm soát sâu hại trong nông nghiệp, diệt muỗi và côn trùng truyền bệnh sốt rét [29]. Tuy không có cấu trúc chung cho các hợp chất Chlor hữu cơ, nhưng tất cả chúng đều có một hoặc nhiều nguyên tử Chlor liên kết với một hay nhiều vòng hydrocarbon.
Chlor hữu cơ có thể được chia thành ba nhóm là: − Dichlorodiphenylethanes (DDT và các dẫn xuất) − Các hợp chất cyclodiene − Các hợp chất Chlorine hydrocarbon khác. Hiện nay, hầu hết hóa chất BVTV họ chứa Chlor hữu cơ đã bị cấm hoặc hạn chế sử dụng tại Việt Nam và nhiều nước trên thế giới. 9 Hóa chất BVTV chứa các hợp chất Carbamate Các hợp chất Carbamate được phát triển để trở thành hóa chất BVTV vào những năm 1950. Khoảng 25 hợp chất Carbamate khác nhau được sử dụng làm thuốc trừ sâu hay nông dược [29].
Các hợp chất Carbamate là những dẫn xuất của acid carbamic và có cấu trúc chung như hình 1.