Nghiên Cứu Đặc Điểm và Ứng Dụng của Metyl Thủy Ngân trong Môi Trường

• Tác giả: Đỗ Quang Hùng
• Trường học: Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Môi Trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Đặc Điểm và Ứng Dụng của Metyl Thủy Ngân trong Môi Trường
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THỦY NGÂN
• 1.1. Nguồn gốc và sự phân bố thủy ngân
• 1.2. Tính chất lý hóa và sinh học của methyl thủy ngân
• 1.3. Ảnh hưởng của thủy ngân đến môi trường và sức khỏe con người
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Thiết kế nghiên cứu và lựa chọn mẫu
• 2.2. Phương pháp phân tích methyl thủy ngân
• 2.3. Xử lý mẫu và chuẩn bị mẫu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả phân tích methyl thủy ngân trong mẫu môi trường
• 3.2. Thảo luận về ảnh hưởng và cơ chế phân bố methyl thủy ngân
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Metyl Thủy Ngân và Môi Trường

Ô nhiễm thủy ngân là vấn đề toàn cầu, do thủy ngân tồn tại ở nhiều trạng thái khác nhau trong tự nhiên. Nó có khả năng di chuyển xa trong không khí và biến đổi thành nhiều dạng có độc tính khác nhau trong chu trình sinh địa hóa. Chu trình thủy ngân gồm 6 quá trình chính, sau các quá trình này thủy ngân được chuyển hóa thành nhiều dạng khác nhau như thủy ngân kim loại, hợp chất thủy ngân vô cơ, metyl thủy ngân, dimetyl thủy ngân,… Ở Việt Nam, thủy ngân có thể phát thải rộng rãi ra môi trường qua quá trình sử dụng nguyên liệu trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp như đốt nhiên liệu, sản xuất pin, bóng đèn điện, phân bón,… Qua mưa, gió và các phản ứng tích tụ do vi sinh vật trong đất và nước, thủy ngân được chuyển hóa thành thủy ngân hữu cơ có tính độc cao hơn. Đặc biệt hợp chất trong đó có độc tính cao mang nhiều nguy cơ đối với con người và sinh vật là metyl thủy ngân.

1.1. Nguồn Gốc và Chu Trình Chuyển Hóa Thủy Ngân

Thủy ngân tồn tại trong tự nhiên và lưu chuyển trong môi trường nhờ các quá trình tự nhiên. Các nguồn phát thải thủy ngân tự nhiên bao gồm sự loại khí của vỏ trái đất, hoạt động núi lửa và bốc hơi từ nước… Những tính toán gần đây đã chỉ ra lượng phát thải từ các nguồn tự nhiên này lên đến 2700 – 6000 tấn mỗi năm, nhiều gấp 1,5 – 3 lần so với nguồn nhân tạo là 2000 – 3000 tấn mỗi năm. Trước kia, thủy ngân đã từng được tạo ra trực tiếp và gián tiếp trong một số quá trình công nghiệp, ví dụ như sản xuất aetaldehyde. Hiện nay có một số nguồn là nguyên nhân gián tiếp phát thải thủy ngân như các hoạt động khai thác mỏ, đốt các chất thải chứa thủy ngân vô cơ, đốt nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt là than.

1.2. Các Ngành Công Nghiệp Phát Thải Thủy Ngân Chủ Yếu

Các ngành công nghiệp phát thải thủy ngân như: Các xí nghiệp sử dụng than làm nhiên liệu thải ra lượng thủy ngân lớn nhất; Các công nghệ sản xuất clo, thép, phosphate và vàng; Công nghệ luyện kim; Công nghệ sản xuất và sửa chữa các thiết bị điện tử; Đốt hoặc chôn lấp chất thải đô thị; Các ứng dụng y học, kể cả trong quá trình sản xuất và bảo quản vaccine như nha khoa, công nghiệp mỹ phẩm. Ở Việt Nam cho đến nay, vấn đề nghiên cứu nguy cơ ô nhiễm thủy ngân từ các ngành sản xuất còn ít được quan tâm. Sóng, với tình trạng khai thác quặng, đặc biệt là khai thác vàng diễn ra một cách tràn lan, thiếu quy hoạch đồng bộ như hiện nay thì nguy cơ thủy ngân xâm nhập vào môi trường sống, đặc biệt nguồn nước sinh hoạt và nước tưới là rất cao.

II. Độc Tính Metyl Thủy Ngân Ảnh Hưởng Môi Trường và Sức Khỏe

Metyl thủy ngân là một chất độc thần kinh, ngay ở mức nồng độ thấp có thể gây ra các triệu chứng bất lợi về phản xạ, vận động của hệ thần kinh, khi ở nồng độ cao dẫn đến tử vong. Metyl thủy ngân có khả năng tích lũy – khuếch đại sinh học qua chuỗi thức ăn. Ở các loài bậc cao trong chuỗi thức ăn nồng độ metyl thủy ngân được tích lũy rất lớn, có thể gấp hàng nghìn lần so với nồng độ trong nước. Con người phơi nhiễm metyl thủy ngân chủ yếu là từ thực phẩm, đặc biệt là các loại cá lớn, cá ăn thịt với hàm lượng khá cao do nằm ở những mắt xích cuối trong chuỗi thức ăn.

2.1. Cơ Chế Tích Lũy Sinh Học Metyl Thủy Ngân

Metyl thủy ngân có trong trầm tích và sinh vật phù du. Cá nhỏ ăn số lượng lớn các sinh vật phù du theo thời gian. Những loại cá lớn tiêu thụ nhiều cá nhỏ hơn, tích lũy metyl thủy ngân trong tế bào và các mô của chúng. Cá nhỡ và lớn hơn sẽ có hàm lượng thủy ngân cao trong cơ thể của chúng. Cá được đánh bắt và ăn bởi người và động vật, qua mắt xích này lượng metyl thủy ngân tiếp tục tăng lên. Theo cơ chế trên, metyl thủy ngân đang nhanh chóng tích lũy bởi hầu hết các sinh vật thủy sinh và đạt nồng độ cao nhất trong các mô của cá ở đầu của chuỗi thức ăn thủy sản.

2.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Tích Lũy Metyl Thủy Ngân

Tuy nhiên nồng độ metyl thủy ngân cũng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác như mức độ dinh dưỡng, các loài, độ tuổi, hoạt động vi sinh vật và thủy ngân trầm tích, hàm lượng hữu cơ hòa tan (hàm lượng humic) hoặc các điều kiện thời tiết như lũ lụt, dòng chảy theo mùa, hoặc bị ảnh hưởng với sự hiện diện của lưu huỳnh và các hóa chất trong nước. Với những ảnh hưởng như vậy, sự tích lũy sinh học của metyl thủy ngân là khó dự đoán và có thể thay đổi ở các môi trường khác nhau.

III. Phương Pháp Phân Tích Metyl Thủy Ngân Trong Môi Trường

Theo các nhà khoa học, lượng metyl thủy ngân tích lũy trong cơ thể sinh vật là rất nhỏ, cỡ ppb. Với lượng nhỏ metyl thủy ngân như vậy, cho nên việc xác định chúng là rất khó khăn, trong khi đó phát hiện và đưa ra các biện pháp dự báo kiểm soát chặt chẽ metyl thủy ngân trong môi trường là rất cần thiết. Hiện nay, trên thế giới có nhiều phương pháp xác định metyl thủy ngân đã được công bố, chủ yếu là dựa vào sự kết hợp kỹ thuật tách và các phương pháp phổ chọn lọc (phổ hấp thụ nguyên tử, phổ phát xạ nguyên tử, phổ khối lượng, phổ plasma cặp ion) hoặc bằng kỹ thuật điện hóa.

3.1. Kỹ Thuật Sắc Ký Khí và Detector Cộng Kết Điện Tử GC ECD

Luận văn này tập trung vào việc xây dựng quy trình xử lý tách chiết tối ưu metyl thủy ngân từ ngao với hàm lượng vết để phân tích trên thiết bị sắc ký khí – detector cộng kết điện tử. Phương pháp đã xây dựng được sử dụng để khảo sát hàm lượng metyl thủy ngân tích lũy trong ngao nuôi tại hai bãi Hoàng Tân và Khu Đồn điền thuộc tỉnh Quảng Ninh. Nghiên cứu cũng phân tích xác định hàm lượng thủy ngân tổng số, hàm lượng tổng cacbon hữu cơ và tổng nitơ trong trầm tích để lý giải mối tương quan giữa hàm lượng metyl thủy ngân tích lũy trong cơ thể ngao với các yếu tố môi trường trên.

3.2. Các Phương Pháp Phổ Chọn Lọc AAS AES ICP MS

Các phương pháp phổ chọn lọc như phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), phổ phát xạ nguyên tử (AES), phổ khối lượng (MS), phổ plasma cặp ion (ICP-MS) được sử dụng rộng rãi để định lượng metyl thủy ngân sau khi đã được tách chiết và làm giàu. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng về độ nhạy, độ chính xác và khả năng ứng dụng cho các loại mẫu khác nhau. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng nghiên cứu.

IV. Nghiên Cứu Thực Nghiệm Đánh Giá Metyl Thủy Ngân Trong Ngao

Nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng quy trình xử lý tách chiết tối ưu metyl thủy ngân từ ngao với hàm lượng vết để phân tích trên thiết bị sắc ký khí – detector cộng kết điện tử. Phương pháp đã xây dựng được sử dụng để khảo sát hàm lượng metyl thủy ngân tích lũy trong ngao nuôi tại hai bãi Hoàng Tân và Khu Đồn điền thuộc tỉnh Quảng Ninh. Nghiên cứu cũng phân tích xác định hàm lượng thủy ngân tổng số, hàm lượng tổng cacbon hữu cơ và tổng nitơ trong trầm tích để lý giải mối tương quan giữa hàm lượng metyl thủy ngân tích lũy trong cơ thể ngao với các yếu tố môi trường trên.

4.1. Khảo Sát Hàm Lượng Metyl Thủy Ngân tại Quảng Ninh

Nghiên cứu khảo sát hàm lượng metyl thủy ngân tích lũy trong ngao nuôi tại hai bãi Hoàng Tân và Khu Đồn điền thuộc tỉnh Quảng Ninh. Kết quả cho thấy sự khác biệt về hàm lượng metyl thủy ngân giữa hai khu vực, có thể do sự khác biệt về nguồn ô nhiễm và điều kiện môi trường. Các kết quả này cung cấp thông tin quan trọng cho việc đánh giá rủi ro ô nhiễm metyl thủy ngân và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

4.2. Phân Tích Tương Quan với Các Yếu Tố Môi Trường

Nghiên cứu phân tích tương quan giữa hàm lượng metyl thủy ngân trong ngao với các yếu tố môi trường như hàm lượng thủy ngân tổng số, tổng cacbon hữu cơ và tổng nitơ trong trầm tích. Kết quả cho thấy có mối tương quan đáng kể giữa hàm lượng metyl thủy ngân trong ngao và các yếu tố môi trường này, cho thấy vai trò quan trọng của các yếu tố môi trường trong quá trình tích lũy metyl thủy ngân trong sinh vật.

V. Kết Luận và Kiến Nghị về Quản Lý Metyl Thủy Ngân

Nghiên cứu này đã xây dựng thành công quy trình phân tích metyl thủy ngân trong ngao và áp dụng để đánh giá mức độ ô nhiễm tại một số khu vực nuôi ngao ở Quảng Ninh. Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý và kiểm soát ô nhiễm metyl thủy ngân trong môi trường, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và phát triển bền vững ngành nuôi trồng thủy sản. Cần có thêm các nghiên cứu sâu hơn về nguồn gốc và quá trình chuyển hóa metyl thủy ngân trong môi trường để có các biện pháp phòng ngừa và xử lý hiệu quả hơn.

5.1. Đề Xuất Các Biện Pháp Giảm Thiểu Ô Nhiễm Thủy Ngân

Dựa trên kết quả nghiên cứu, đề xuất các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm thủy ngân từ các nguồn công nghiệp và nông nghiệp, tăng cường kiểm soát và xử lý chất thải chứa thủy ngân, khuyến khích sử dụng các công nghệ sạch hơn và thân thiện với môi trường. Đồng thời, cần nâng cao nhận thức cộng đồng về nguy cơ ô nhiễm thủy ngân và các biện pháp phòng ngừa.

5.2. Kiến Nghị Hoàn Thiện Chính Sách và Quy Định

Kiến nghị hoàn thiện chính sách và quy định về quản lý thủy ngân và metyl thủy ngân, bao gồm các quy định về giới hạn ô nhiễm, kiểm soát phát thải, đánh giá rủi ro và biện pháp xử lý. Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các cơ quan quản lý nhà nước, các nhà khoa học và cộng đồng trong việc thực hiện các chính sách và quy định này.