Tổng quan nghiên cứu

Chất chống cháy nhóm brom (BFRs), đặc biệt là các ete diphenyl polybrominated (PBDEs), đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều thập kỷ nhằm tăng khả năng chống cháy cho các vật liệu như nhựa, hàng dệt may và thiết bị điện tử. Theo ước tính, năm 2013, lượng chất chống cháy tiêu thụ toàn cầu vượt hơn 2 triệu tấn, trong đó châu Á Thái Bình Dương chiếm 41% nhu cầu toàn cầu. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng PBDEs tích tụ sinh học và gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người, bao gồm rối loạn nội tiết, suy giảm miễn dịch, độc tính sinh sản và nguy cơ ung thư. Đặc biệt, bụi không khí trong nhà chứa nồng độ PBDEs cao hơn gấp nhiều lần so với môi trường ngoài trời, làm tăng nguy cơ phơi nhiễm cho cư dân, nhất là trẻ em.

Luận văn tập trung xây dựng quy trình phân tích các chất chống cháy nhóm brom trong mẫu bụi không khí trong nhà tại thành phố Hà Nội, nơi có mật độ dân cư và xây dựng cao, dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng trong sản xuất và tiêu thụ các hóa chất công nghiệp. Mục tiêu chính là phát triển phương pháp sắc ký khí khối phổ (GC/MS) để xác định hàm lượng PBDEs trong bụi không khí, từ đó đánh giá mức độ ô nhiễm và nguy cơ phơi nhiễm cho người dân. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 5 đến tháng 11 năm 2020, với phạm vi lấy mẫu tại các quận khác nhau của Hà Nội.

Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần làm rõ các yếu tố ảnh hưởng đến sự hiện diện của PBDEs trong môi trường trong nhà mà còn cung cấp công cụ phân tích chính xác, hỗ trợ đánh giá rủi ro sức khỏe và cảnh báo cho các nhà quản lý về việc sử dụng các chất chống cháy độc hại, hướng tới phát triển các sản phẩm thân thiện với môi trường và con người.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về chất chống cháy brom (BFRs), đặc biệt là nhóm diphenyl polybrominated ethers (PBDEs). Các khái niệm chính bao gồm:

  • Chất chống cháy (Flame retardants - FRs): Hóa chất được thêm vào vật liệu dễ cháy nhằm giảm tốc độ cháy và ngăn ngừa lan truyền lửa.
  • PBDEs: Nhóm hợp chất brom hữu cơ gồm 209 đồng đẳng, được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm nhựa, dệt may và thiết bị điện tử.
  • Phơi nhiễm bụi trong nhà: Đường tiếp xúc chính của con người với PBDEs qua hít thở và nuốt phải bụi chứa các chất này.
  • Đánh giá rủi ro sức khỏe: Sử dụng các chỉ số như liều hấp thu hàng ngày (DI), chỉ số nguy cơ không ung thư (HQ) và nguy cơ ung thư (Rs) dựa trên nồng độ PBDEs trong bụi và các yếu tố phơi nhiễm.

Mô hình phân tích tập trung vào việc chiết tách PBDEs từ mẫu bụi không khí trong nhà bằng phương pháp chiết siêu âm, phân tích định lượng bằng sắc ký khí khối phổ (GC/MS) với các điều kiện tối ưu nhằm đảm bảo độ nhạy và độ chính xác cao.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: 25 mẫu bụi không khí trong nhà được thu thập tại các quận khác nhau của Hà Nội trong khoảng thời gian từ tháng 5 đến tháng 11 năm 2020. Mẫu được lấy từ các vị trí như cánh quạt trần, quạt đứng, màng chắn bụi điều hòa, nóc tủ, gầm bàn, gầm sofa và gầm giường.
  • Phương pháp phân tích: Sử dụng thiết bị sắc ký khí kết nối khối phổ GC/MS (Shimadzu QP-2010 Plus) với cột DB5-ht (15 m × 0,25 mm × 0,1 µm). Phương pháp chiết tách PBDEs bằng chiết siêu âm với dung môi dichloromethane được khảo sát và lựa chọn dựa trên hiệu suất thu hồi.
  • Quy trình chiết tách: Mẫu bụi được siêu âm trong dung môi dichloromethane, ly tâm, cô đặc, làm sạch bằng H2SO4, rửa nước, làm khô bằng Na2SO4, và cô đặc cuối cùng trước khi phân tích GC/MS.
  • Phân tích số liệu: Sử dụng phần mềm Microsoft Excel và Minitab 16 để xử lý thống kê, đánh giá độ lặp lại, độ chính xác, giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) và xây dựng đường chuẩn. Phân tích cụm phân lớp (HCA) được áp dụng để so sánh mức độ PBDEs giữa các khu vực lấy mẫu.
  • Đánh giá rủi ro: Tính toán liều hấp thu hàng ngày (DI), chỉ số nguy cơ không ung thư (HQ) và nguy cơ ung thư (Rs) dựa trên các công thức chuẩn quốc tế, sử dụng các thông số như tần suất tiếp xúc, thời gian tiếp xúc, trọng lượng cơ thể và liều tham chiếu (RfD) do EPA cung cấp.

Phương pháp nghiên cứu được thiết kế nhằm đảm bảo độ tin cậy cao với cỡ mẫu đủ lớn, sử dụng phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên tại các vị trí đại diện trong nhà, và áp dụng các bước kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt như phân tích mẫu trắng, mẫu lặp và mẫu kiểm soát phòng thí nghiệm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Điều kiện phân tích PBDEs trên thiết bị GC/MS:
    Qua 5 lần khảo sát điều kiện nhiệt độ và tốc độ khí mang, điều kiện tối ưu được xác định là: nhiệt độ cột bắt đầu 135°C giữ 2 phút, tăng dần đến 295°C với các tốc độ khác nhau, nhiệt độ bơm mẫu 250°C, nguồn ion 250°C, detector 310°C, tốc độ khí mang 1,2 mL/phút. Thời gian phân tích rút ngắn còn 32 phút. Thời gian lưu của 13 đồng đẳng PBDEs dao động từ 6,2 đến 25 phút, đảm bảo tách biệt rõ ràng các pic trên sắc ký đồ.

  2. Hiệu suất chiết tách PBDEs với các dung môi:

    • Dung môi dichloromethane đơn thuần cho hiệu suất thu hồi cao nhất, trong khoảng 94% đến 120% cho 13 đồng đẳng PBDEs.
    • Hỗn hợp acetone:dichloromethane (1:1) đạt hiệu suất thu hồi từ 66% đến 98%, trong đó BDE-28 thấp nhất 66%.
    • Hỗn hợp methanol:dichloromethane (1:1) có hiệu suất thu hồi từ 76% đến 92%.
    • Hỗn hợp acetone:hexane (1:1) cho hiệu suất thu hồi dao động rộng, từ 66% đến 94%.
      Kết quả cho thấy dichloromethane là dung môi phù hợp nhất cho chiết tách PBDEs trong mẫu bụi bằng phương pháp chiết siêu âm.

  3. Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết tách:
    Việc điều chỉnh nhiệt độ buồng siêu âm ở mức 25-28°C giúp hạn chế sự phân hủy của PBDEs trong quá trình chiết tách, nâng cao độ ổn định và độ chính xác của phương pháp.

  4. Nồng độ PBDEs trong mẫu bụi tại Hà Nội:
    Nồng độ tổng hợp 10 đồng đẳng PBDEs và BDE-209 trong các mẫu bụi nhà dao động theo từng vị trí lấy mẫu, với mức độ tương đồng về thành phần và hàm lượng giữa các quận. Các đồng đẳng BDE-209 chiếm tỷ lệ lớn trong tổng nồng độ PBDEs, phản ánh sự phổ biến của deca-BDE trong các sản phẩm tiêu dùng.

Thảo luận kết quả

Kết quả phân tích cho thấy phương pháp chiết siêu âm với dung môi dichloromethane kết hợp sắc ký khí khối phổ GC/MS là hiệu quả và phù hợp để xác định đồng thời 13 đồng đẳng PBDEs trong mẫu bụi không khí trong nhà. Việc lựa chọn điều kiện phân tích tối ưu giúp tách biệt rõ ràng các đồng đẳng, giảm thiểu nhiễu nền và tăng độ nhạy.

Hiệu suất chiết tách cao với dung môi dichloromethane phù hợp với tính chất hóa lý của PBDEs, giúp thu hồi gần như toàn bộ các đồng đẳng trong mẫu. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, nồng độ PBDEs trong bụi nhà tại Hà Nội tương đương hoặc cao hơn một số khu vực đô thị lớn, phản ánh mức độ ô nhiễm và phơi nhiễm đáng kể.

Việc điều chỉnh nhiệt độ chiết tách giúp giảm thiểu sự phân hủy của các hợp chất nhạy cảm với nhiệt, nâng cao độ tin cậy của kết quả phân tích. Các dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh hiệu suất thu hồi của các dung môi và bảng phân bố nồng độ PBDEs theo vị trí lấy mẫu, giúp minh họa rõ ràng sự khác biệt và mức độ ô nhiễm.

Kết quả cũng phù hợp với các báo cáo của ngành về sự hiện diện phổ biến của PBDEs trong môi trường trong nhà và nguy cơ phơi nhiễm qua bụi, đặc biệt đối với trẻ em và người trưởng thành sống trong các khu vực đô thị đông dân cư như Hà Nội.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng phương pháp chiết siêu âm với dung môi dichloromethane và phân tích GC/MS trong giám sát môi trường:
    Khuyến nghị các cơ quan quản lý môi trường và phòng thí nghiệm áp dụng quy trình này để đánh giá mức độ ô nhiễm PBDEs trong bụi không khí trong nhà, nhằm phát hiện sớm và kiểm soát ô nhiễm.

  2. Tăng cường thu thập mẫu và giám sát định kỳ tại các khu vực đô thị đông dân cư:
    Thực hiện lấy mẫu bụi không khí trong nhà định kỳ hàng năm tại các quận trọng điểm của Hà Nội để theo dõi xu hướng ô nhiễm và hiệu quả các biện pháp kiểm soát.

  3. Xây dựng chính sách hạn chế sử dụng các chất chống cháy brom độc hại:
    Đề xuất các cơ quan chức năng nghiên cứu và ban hành quy định hạn chế hoặc thay thế PBDEs bằng các chất chống cháy thân thiện với môi trường và sức khỏe con người trong sản xuất và tiêu thụ.

  4. Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng về nguy cơ phơi nhiễm PBDEs:
    Triển khai các chương trình giáo dục, hướng dẫn người dân cách giảm thiểu tiếp xúc với bụi chứa PBDEs trong nhà, đặc biệt là đối với trẻ em và người có nguy cơ cao.

  5. Phát triển nghiên cứu mở rộng về ảnh hưởng sức khỏe và các chất thay thế:
    Khuyến khích các nghiên cứu sâu hơn về tác động lâu dài của PBDEs và các chất chống cháy thay thế, đồng thời phát triển các phương pháp phân tích đa nhóm chất chống cháy trong môi trường trong nhà.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu môi trường và hóa học phân tích:
    Luận văn cung cấp quy trình phân tích chi tiết và dữ liệu thực nghiệm về PBDEs trong bụi không khí, hỗ trợ nghiên cứu sâu về ô nhiễm và phơi nhiễm các chất chống cháy brom.

  2. Cơ quan quản lý môi trường và y tế công cộng:
    Thông tin về mức độ ô nhiễm và nguy cơ sức khỏe giúp xây dựng chính sách quản lý, giám sát và phòng ngừa ô nhiễm PBDEs trong môi trường đô thị.

  3. Phòng thí nghiệm phân tích môi trường:
    Hướng dẫn kỹ thuật chiết tách và phân tích GC/MS với các điều kiện tối ưu, giúp nâng cao chất lượng và độ chính xác trong phân tích các hợp chất PBDEs.

  4. Nhà sản xuất và doanh nghiệp trong ngành vật liệu và hóa chất:
    Cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá và lựa chọn các chất chống cháy an toàn, thân thiện với môi trường, đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn cháy nổ và bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng.

Câu hỏi thường gặp

  1. PBDEs là gì và tại sao cần quan tâm đến chúng trong bụi không khí trong nhà?
    PBDEs là nhóm chất chống cháy brom hữu cơ được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm tiêu dùng. Chúng dễ dàng phát tán vào bụi trong nhà, gây nguy cơ phơi nhiễm lâu dài qua hít thở và nuốt phải bụi, ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người.

  2. Phương pháp chiết tách nào hiệu quả nhất để phân tích PBDEs trong mẫu bụi?
    Phương pháp chiết siêu âm sử dụng dung môi dichloromethane cho hiệu suất thu hồi cao nhất (94-120%) và độ ổn định tốt, được khuyến nghị áp dụng trong phân tích PBDEs.

  3. Thiết bị GC/MS được sử dụng như thế nào để phân tích PBDEs?
    GC/MS với cột DB5-ht và các điều kiện nhiệt độ, tốc độ khí mang được tối ưu giúp tách biệt rõ ràng 13 đồng đẳng PBDEs, đảm bảo độ nhạy và độ chính xác cao trong định lượng.

  4. Người dân có thể giảm thiểu phơi nhiễm PBDEs trong nhà như thế nào?
    Giữ vệ sinh nhà cửa thường xuyên, hạn chế sử dụng các sản phẩm chứa PBDEs, thông gió tốt và tránh tiếp xúc lâu dài với bụi trong nhà là các biện pháp hiệu quả để giảm phơi nhiễm.

  5. Kết quả nghiên cứu có thể hỗ trợ gì cho chính sách quản lý môi trường?
    Dữ liệu về mức độ ô nhiễm và nguy cơ sức khỏe giúp các cơ quan quản lý xây dựng tiêu chuẩn an toàn, quy định hạn chế sử dụng các chất chống cháy độc hại và phát triển các chương trình giám sát môi trường hiệu quả.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công quy trình chiết tách và phân tích 13 đồng đẳng PBDEs trong mẫu bụi không khí trong nhà bằng phương pháp chiết siêu âm với dung môi dichloromethane và phân tích GC/MS.
  • Phương pháp đạt hiệu suất thu hồi cao (94-120%), độ lặp lại tốt và giới hạn phát hiện phù hợp cho nghiên cứu môi trường đô thị.
  • Nồng độ PBDEs trong bụi nhà tại Hà Nội cho thấy mức độ ô nhiễm đáng kể, với BDE-209 chiếm tỷ lệ lớn trong tổng nồng độ.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá nguy cơ phơi nhiễm và ảnh hưởng sức khỏe của PBDEs đối với cư dân đô thị.
  • Đề xuất các bước tiếp theo bao gồm mở rộng giám sát, phát triển chính sách hạn chế sử dụng PBDEs và nâng cao nhận thức cộng đồng về nguy cơ ô nhiễm trong nhà.

Luận văn hy vọng sẽ là công cụ hữu ích cho các nhà nghiên cứu, quản lý môi trường và cộng đồng trong việc kiểm soát và giảm thiểu tác động của các chất chống cháy brom đối với sức khỏe và môi trường. Đề nghị các đơn vị liên quan phối hợp triển khai các giải pháp nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng và phát triển bền vững.