Luận án nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong không khí bằng kỹ thuật hạt nhân

• Tác giả: Nguyễn Hữu Quyết
• Người hướng dẫn: GS. Lê Hồng Khiêm
• Trường học: Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam
• Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử và hạt nhân
• Đề tài: Nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong không khí bằng kỹ thuật hạt nhân
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về ô nhiễm không khí
• 1.2. Khái niệm về ô nhiễm không khí và nguồn gốc gây ô nhiễm
• 1.3. Ô nhiễm không khí khu vực Tp.
• 1.4. Hậu quả của ô nhiễm không khí
• 1.5. Các phương pháp nghiên cứu ô nhiễm không khí
• 1.6. Nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng sử dụng chỉ thị sinh học
• 1.7. Kim loại nặng và sự ảnh hưởng tới sức khỏe con người
• 1.8. Sự phát tán của kim loại nặng trong môi trường
• 1.9. Nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong không khí sử dụng chỉ thị sinh học rêu
• 1.10. Tình hình nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong không khí sử dụng chỉ thị sinh học rêu
• 1.11. Một số phương pháp phân tích kim loại nặng trong rêu
• 1.12. Các kỹ thuật phân tích hạt nhân nguyên tử
• 1.13. Các kỹ thuật phân tích nguyên tố khác
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ VẬT LÝ VÀ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG KHÔNG KHÍ SỬ DỤNG RÊU
• 2.1. Kỹ thuật phân tích kích hoạt nơtron - gamma trễ (INAA)
• 2.2. Cơ sở vật lý của kỹ thuật phân tích kích hoạt nơtron
• 2.3. Phương pháp xác định hàm lượng nguyên tố trong INAA
• 2.4. Hiệu chính và đánh giá sai số trong phương pháp INAA
• 2.5. Kỹ thuật phân tích phát xạ tia X gây bởi proton (PIXE)
• 2.6. Cơ sở vật lý của kỹ thuật phân tích PIXE
• 2.7. Phổ tia X đặc trưng
• 2.8. Phương pháp xác định hàm lượng các nguyên tố có trong mẫu
• 2.9. Giới hạn phát hiện trong phân tích PIXE
• 2.10. Phương pháp nghiên cứu tương quan hàm lượng các KLN trong rêu và mẫu sol khí
• 2.11. Phân tích số liệu sử dụng các phương pháp thống kê
• 2.11.1. Phương pháp phân tích thành phần chính (PCA)
• 2.11.2. Phương pháp phân tích nhân tố (FA)
• 2.11.3. Phương pháp phân tích nhóm (CA)
• 2.11.4. Phương pháp xử lý thống kê đa biến (MCA)
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG KIM LOẠI NẶNG TRONG MẪU RÊU BẰNG KỸ THUẬT HẠT NHÂN
• 3.1. Thiết kế thực nghiệm, lựa chọn và chuẩn bị mẫu rêu
• 3.2. Xác định khu vực khảo sát ô nhiễm không khí
• 3.3. Thu thập và xử lý mẫu đối với rêu Barbula indica
• 3.4. Thu thập và xử lý mẫu đối với rêu Sphagnum girgensohnii
• 3.5. Thiết kế thí nghiệm nghiên cứu tương quan hàm lượng KLN trong mẫu rêu và mẫu sol khí
• 3.6. Hệ phân tích kích hoạt nơtron INAA tại Viện JINR, Dubna
• 3.7. Lò phản ứng xung IBR-2
• 3.8. Hệ REGATA dùng trong phân tích kích hoạt nơtron
• 3.9. Phần mềm ghi nhận và xử lý phổ gamma Genie 2000
• 3.10. Phần mềm xác định hàm lượng nguyên tố “Concentration”
• 3.11. Mẫu chuẩn trong phân tích kích hoạt
• 3.12. Tối ưu hóa thời gian chiếu, phơi và đo mẫu kích hoạt
• 3.13. Hệ phân tích PIXE
• 3.14. Hệ phân tích PIXE tại Trung tâm Gia tốc Cylotron Nishina
• 3.15. Phần mềm phân tích phổ PIXE – GUPIX
• 3.16. Xử lý số liệu trong phân tích phổ PIXE
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Kết quả nghiên cứu ô nhiễm không khí sử dụng rêu Barbula indica và phân tích INAA
• 4.2. Kết quả phân tích các mẫu rêu Barbula indica tại khu vực Tp. Hà Nội và một số vùng lân cận
• 4.3. Kết quả phân tích thống kê số liệu thực nghiệm đối với các mẫu rêu Barbula indica
• 4.4. Kết quả nghiên cứu ô nhiễm không khí sử dụng rêu Sphagnum girgensohnii và phân tích PIXE
• 4.5. Kết quả phân tích mẫu rêu Sphagnum girgensohnii tại Tp.
• 4.6. Kết quả phân tích thống kê đối với các mẫu rêu Sphagnum girgensohnii
• 4.7. Kết quả nghiên cứu tương quan kim loại nặng trong mẫu rêu và trong mẫu sol khí
• 4.8. Kết quả phân tích KLN và một số nguyên tố khác trong các mẫu rêu bằng kỹ thuật INAA
• 4.9. Kết quả phân tích KLN và một số nguyên tố khác trong các phin lọc bằng kỹ thuật PIXE
• 4.10. Tương quan hàm lượng trung bình của các nguyên tố kim loại trong mẫu rêu và mẫu sol khí
• 4.11. Bản đồ phân bố không gian của các nguyên tố kim loại nặng trong không khí
• KẾT LUẬN
• DANH MỤC CÁC CÔNG BỐ CỦA NCS LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong không khí

Ô nhiễm không khí là một vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường. Nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng (KLN) trong không khí đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong khoa học môi trường. Các nghiên cứu này không chỉ giúp đánh giá chất lượng không khí mà còn cung cấp thông tin về nguồn gốc và tác động của ô nhiễm. Kỹ thuật hạt nhân, đặc biệt là phân tích kích hoạt nơtron (INAA) và phân tích phát xạ tia X kích thích bởi chùm hạt (PIXE), đã được áp dụng để xác định hàm lượng KLN trong không khí một cách chính xác và hiệu quả.

1.1. Khái niệm về ô nhiễm kim loại nặng và nguồn gốc

Ô nhiễm kim loại nặng trong không khí thường xuất phát từ các hoạt động công nghiệp, giao thông và nông nghiệp. Các kim loại như chì, cadmium, và thủy ngân có thể gây hại cho sức khỏe con người và hệ sinh thái. Việc hiểu rõ nguồn gốc của ô nhiễm là cần thiết để đưa ra các biện pháp kiểm soát hiệu quả.

1.2. Tác động của ô nhiễm kim loại nặng đến sức khỏe

Ô nhiễm kim loại nặng có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, bao gồm các bệnh về hô hấp, tim mạch và thậm chí là ung thư. Nghiên cứu cho thấy rằng trẻ em và người già là những đối tượng dễ bị tổn thương nhất trước tác động của ô nhiễm này.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu ô nhiễm không khí

Nghiên cứu ô nhiễm không khí gặp nhiều thách thức, bao gồm việc thu thập dữ liệu chính xác và đại diện. Các phương pháp truyền thống như sử dụng phin lọc khí có thể tốn kém và không thể cung cấp thông tin liên tục về mức độ ô nhiễm. Do đó, cần có những phương pháp mới và hiệu quả hơn để theo dõi ô nhiễm không khí.

2.1. Những hạn chế của phương pháp truyền thống

Phương pháp truyền thống thường yêu cầu thiết bị đắt tiền và nhân lực chuyên môn cao. Hơn nữa, chúng chỉ cung cấp dữ liệu trong khoảng thời gian ngắn, không phản ánh được tình trạng ô nhiễm lâu dài.

2.2. Nhu cầu về các phương pháp mới

Cần phát triển các phương pháp mới, như sử dụng chỉ thị sinh học từ rêu, để theo dõi ô nhiễm kim loại nặng một cách hiệu quả và tiết kiệm. Phương pháp này không chỉ đơn giản mà còn có thể cung cấp thông tin liên tục về mức độ ô nhiễm.

III. Phương pháp nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng bằng kỹ thuật hạt nhân

Kỹ thuật hạt nhân như INAA và PIXE đã được áp dụng để nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong không khí. Những phương pháp này cho phép phân tích đa nguyên tố trong cùng một mẫu, cung cấp thông tin chi tiết về hàm lượng KLN trong không khí.

3.1. Kỹ thuật phân tích kích hoạt nơtron INAA

INAA là một phương pháp phân tích không phá hủy, cho phép xác định hàm lượng của nhiều nguyên tố trong mẫu rêu. Phương pháp này có độ nhạy cao và thời gian phân tích nhanh, rất phù hợp cho nghiên cứu ô nhiễm không khí.

3.2. Phân tích phát xạ tia X kích thích bởi chùm hạt PIXE

PIXE là một kỹ thuật mạnh mẽ khác trong phân tích ô nhiễm không khí. Phương pháp này cho phép xác định các nguyên tố kim loại nặng với độ chính xác cao và không làm hỏng mẫu, giúp bảo tồn thông tin quý giá từ mẫu rêu.

IV. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng

Nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong không khí không chỉ có giá trị khoa học mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc cải thiện chất lượng không khí. Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để xây dựng các chính sách bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

4.1. Đánh giá mức độ ô nhiễm không khí tại Hà Nội

Kết quả nghiên cứu cho thấy mức độ ô nhiễm kim loại nặng tại Hà Nội đang ở mức báo động. Các dữ liệu thu thập từ rêu cho thấy sự tích tụ của nhiều nguyên tố độc hại, cần có biện pháp can thiệp kịp thời.

4.2. Đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm

Dựa trên kết quả nghiên cứu, các giải pháp như cải thiện quy hoạch đô thị, kiểm soát nguồn thải và nâng cao nhận thức cộng đồng về ô nhiễm không khí cần được thực hiện để giảm thiểu tác động của ô nhiễm kim loại nặng.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu ô nhiễm không khí

Nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong không khí bằng kỹ thuật hạt nhân đã mở ra hướng đi mới trong việc theo dõi và đánh giá chất lượng không khí. Tương lai của nghiên cứu này sẽ phụ thuộc vào việc phát triển các phương pháp mới và cải thiện công nghệ phân tích.

5.1. Tương lai của nghiên cứu ô nhiễm không khí

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới để theo dõi ô nhiễm không khí. Việc áp dụng công nghệ mới sẽ giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong việc đánh giá chất lượng không khí.

5.2. Vai trò của cộng đồng trong việc bảo vệ môi trường

Cộng đồng cần được nâng cao nhận thức về ô nhiễm không khí và tham gia tích cực vào các hoạt động bảo vệ môi trường. Sự hợp tác giữa các cơ quan, tổ chức và người dân là rất quan trọng trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm không khí.