CHƯƠNG 1- TONG QUAN 1. Các hop chất gây kích thích thụ thể thuộc nhóm hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs) PAHs bao gồm hàng trăm hop chất có hai hoặc nhiều vòng thơm kết hợp với nhau. Cho đến nay đã có rat nhiều nghiên cứu về độc tính của PAHs và tinh trạng ô nhiễm PAHs trong không khí, có khả năng gây ung thư hoặc gây đột biến gen cao. Trong số đó có 16 PAHs có cấu trúc điển hình được quan tâm nhiều nhất và đã được Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US-EPA) đưa vào danh mục để đánh giá rủi ro đối với sức khỏe À con người bao gồm : naphthalene (Nap), acenaphthylene (Acy), acenaphthene (Ace), fluorene (Flu), phenanthrene (Phe), anthracene (Ant), fluoranthene (Fluh), pyrene (Pyr), benz[a]anthracene (BaA), chrysene (Chy), benzo[b] fluoranthene (BbF), benzo[k] fluoranthene (BkF), benzo[a]pyrene (BaP), indeno[1,2,3-c,d]pyrene (IDP), dibenz[a,h]anthracene (DBA), benzo[g,h,i]perylene (BgP).
Trong đó BaP thường được sử dụng làm chất chỉ thị cho mức độ phơi nhiễm của các PAHs gây ung thư, vì đóng góp cao của BaP so với tổng tiểm năng gây ung thư, khoảng 51-64% [137]. Các hop chất PAHs trọng lượng phân tử thấp tổn tại trong khí quyển chủ yếu ở pha hơi (thường từ 2 đến 3 vòng thơm) và trên hạt bụi (từ năm vòng thơm 17 trở lên), còn PAHs có bốn vòng thơm, phụ thuộc vào nhiệt độ khí quyển được phân chia giữa hai pha hày [162]. PAHs liên kết với hạt bụi được coi là rất nguy hiểm đối với sức khỏe con người. Hầu hết các PAHs có thể gây ung thư ở người được phát hiện có liên quan đến các hạt bụi, đặc biệt là các hạt bụi min trong không khí.
Nhiều quốc gia đã dé xuất giới hạn nồng độ đối với PAHs trong không khí, trong khi các nghiên cứu về phơi nhiễm PAHs liên quan sức khỏe cũng khuyến nghị các chất ô nhiễm này nên được ưu tiên trong quản lý chất lượng không khí và đánh giá tác động đến sức khỏe con người. PAHs có nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy cao. Ở điều kiện thường, chúng tổn tại ở dạng rắn không màu, màu trắng, hoặc vàng nhạt [165]. Các hợp chất PAHs có độ hòa tan thấp trong nước nhưng tan tốt trong các dung môi hữu cơ và ưa chất béo.
Công thức cấu tạo và một số tính chất vật lý của 16 PAHs điển hình [154] theo Bảng 1. Tính chất vật lý của một số hợp chất PAHs 18 Khối Nhiệt đô Hòa tan iét độ say TA ‹ k TT Tên Cấu t lượng nóng cha Nhiệt độ | Apsuat | trong (viết tắt) 2u bạo phân %G y sôi “C) | (mmHg) nước L tử CO) | (mg/l Acenaphthene 3 1 ‘oe 154 | 95 96 | 447.10 11 g |Pyrene woe, 202 | 156 | 393-404) 2/5105 | 0,132 (Pyr) — y l4 Benz[a]anthracene mm 6 9 (BaA) PAL | 228 | 158 438 2,5.107! | 0,008 Tê lên k tưng Nhiệt độ | nhiệt độ Áp suất ‘tone, ượng |. hả et độ p suâ r TT (viết tắt) Cầutạo | phan moc *Y) soiC) | (mmHg) | nước tr | 6° (mg/) Benzo[ghi]perylene ~~ -10 0,00026 12 (BeP) asC3 | 27 6 273 550 1,03.10 0,0015 Dibenz[a,h]anthracene ®` -10 l5 (DBA) vs“ QO-O| 278 | 2 - 1.10 0,0005 Indeno[1,2,3-cd]pyrene 6X) 10 xa-l6 1 6 qpP) ‘eae ry 2 76 | 1 163,6 530 10° -- 10 0,062 PAHs có cấu trúc rất đa dang va duoc phân thành 19 hai nhóm, nhóm mạch thẳng hoặc rẽ nhánh và nhóm dạng tổ ong khi nỗi các tâm benzen với nhau. Nói chung, các PAHs mạch thẳng, như Ant, Nap phân huỷ nhanh chóng dưới ánh sáng trực tiếp.
Các PAHs dạng rẽ nhánh hoặc dạng tổ ong là chất phân hủy chậm hơn hoặc ít bị phân hủy, đây là những phân tử có cấu trúc ổn định nhất [94]. Do được cấu tạo từ những vòng thơm nên tính chất hóa học của PAHs cũng giống như của hydrocacbon thơm là có thể tham gia phản ứng thế và phản ứng cộng. Ngoài ra, PAHs cũng tham gia phản ứng quang hóa trong không khí, đây là phản ứng quan trọng trong việc phân hủy PAHs có trong khí quyễn. Đặc tính quang của các hợp chất gây kích thích thụ thể thuộc nhóm PAHs Ánh sáng mặt trời có thành phần chính là hon 90% ánh sáng nhìn thấy có bước sóng từ 400-700nm, khoảng 10% là tia cực tim (UV) và các tia khác [31].
PAHs có phổ hấp thụ tia cực tím rất đặc trưng, mỗi cấu trúc vòng có một phổ UV duy nhất, do đó mỗi đồng phân có một phổ hap thu UV khác nhau. Điều này đặc biệt hữu ích trong việc xác định PAHs. Hầu hết các PAH cũng là chất huỳnh quang, phát ra các bước sóng ánh sáng đặc trưng khi chúng bị kích thích như khi hấp thụ ánh sáng. Các PAHs có thể hấp thụ tia cực tím có bước sóng từ 320-400nm và ánh sáng nhìn thấy.
Do đó kích thích electron trong phân tử tạo ra 20 sự sắp xếp cầu trúc không 6n định của PAHs, từ đó hình thành các hợp chất trung gian khi bị kích thích bởi 6 xy hoặc các phân tử khác xảy ra trong tế bào. Các chất trung gian này có thể gây hại cho các thành phần của tế bào như màng tế bào, axit nucleic hoặc protein. Da người khi bị nhiễm PAH có tiếp xúc với ánh sáng mặt trời thì có thể gây ra sự phân cắt sợi đơn DNA, quá trình oxy hóa các gốc DNA và hình thành các cộng hóa trị DNA [193]. Độc tính gen và khả năng gây ung thư của các hợp chất gây kích thích thụ thể thuộc nhóm PAHs Khi các PAHs vao cơ thé, chúng được giải độc qua gan thông qua phan ứng xúc tác của cytochrom P450 và nhiềm ezym oxidase bằng cách tạo ra các liên hợp epoxit glutathione hòa tan trong nước.
Tuy nhiên, sự chuyển hóa của một số PAH cũng tạo ra các chất trung gian phản ứng như diolepoxit, quinon và các dẫn xuất hydroxyalkyl, không đủ phân cực để bài tiết, chúng liên kết cộng hóa trị với axit nucleic va dẫn đến gây độc gen [10]. Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) đã phân loại PAHs thành 4 nhóm, nhóm 1 là chất gây ung thư, nhóm 2A có thê gây ung thư, nhóm 2B có khả năng gây ung thư cho người và nhóm 3 là chưa phân loại là chất gây ung thư đối với con người. Trong các hợp chất PAHs thì BaP được coi là một trong những PAHs gây ung thư lớn nhất và thường được sử dụng làm chất đánh dau phơi nhiễm dé đánh giá rủi ro. Một số cơ quan trong cơ thé dé bị hình thành khối u do tiếp xúc lâu đài với PAHs như phổi, da, thực quản, ruột kết, tuyến tụy, bảng quang và vú của phụ nữ [152].1 Nguồn phát thải PAHs vào khí quyển Các hợp chất PAHs phát thải vào môi trường không khí chủ yếu là từ các hiện tượng tự nhiên như núi lửa, cháy rừng hoặc các hoạt động của con người như đốt sinh khối, sử dụng nhiên liệu hóa thạch.
Ngoài ra PAHs còn có thể phát thải từ đất và nước, do PAHs xâm nhập thông qua các hoạt động tu các nha máy công nghiệp, nhà máy xử lý nước thải, các khu vực có chứa chất thải nguy hại, sau đó khuếch tán vào không khí. Sự khuếch tán của PAHs trong môi trường phụ thuộc vào mức độ hòa tan trong nước và mức độ bay hơi trong không khí. Nguồn gây 6 nhiễm PAHs thể hiện trên Hình 1.1, được chia thành hai loại chính là các nguồn phát thải do con người và các nguồn phát thải tự nhiên. Do đốt cháy c=—=—=—=—————————————————— | a A h _.»! Động cơ dst | a khong | trong a c=========a , Thiêu hủy _ +8 _,| Đám cháy tu! | Đốt sinh khối c 1%! nhiên | | Các quá trình, S + | Phun trào - múi | _céna nghiên 6 SG - = = Dau mo tu nhién =Ị Zz Thối rữa thực Thuốc trừ sâu 5 vật Bùn thải CS) L — Nguồn phát thải M.
Các nguồn phát thải PAHs vào môi trường 22 Các nguồn phát thai tự nhiên chủ yếu do cháy rừng [36, 187] và núi lửa [93], một số PAHs phát thải từ tự nhiên rất độc hại và bền vững trong môi trường từ các sản phẩm dầu mỏ tự nhiên, quá trình thối rữa hoặc tổng hợp từ thực vật. Nguồn phát thải PAHs do hoạt động của con người chủ yếu từ đốt nhiên liệu hóa thạch, khí thải từ giao thông [15], đốt sinh khối [52, 139], rác thải [51] và khói thuốc lá [17]. Hai ng6n phát thải PAHs này kết hợp với nhau di chuyên trong không khí và phát tán lên bầu khí quyên di chuyển khắp nơi trên trái đất. Chúng là những chất gây ô nhiễm khá bền vững phân bố rộng.
Hệ số phát thải của PAHs được tính toán dựa trên các phép đo thực tế [159].2 nêu lên hệ số phát thai PAHs của một số loại nhiên liệu và thiết bị. Hệ số phát thải PAHs một số thiết bị sử nhiên liệu STT Loại nhiên Hệ số phát Loại lò đốt Trích liệu thải /động cơ dẫn (mg/kg) I. Gỗ 110 Bếp củi [87] 2. Vỏ trấu 0,0015- Đốt hở [109] 1,782 3.
Rom da 11,54- Đốt hở [116] 35,69 4. Rơm dạ 63 Đốt trong [158, nhà 160] 5. Than cốc 4,05 Luyén sat, [194] thép Than cui 24 Than banh [87] 7. Xang 4,3 Động cơ [116] xăng 8.
Dau diesel 2,4 Động co dau [116] 23 STT Loại nhiên Hệ số phát Loại lò đốt Trích liệu thải /động co dẫn (mg/kg) 9, Dầu diesel 0,5 Tàu biển [154] 10. Than đá 230 Bếp gia [116] đình I1. Than 58,48- Bếp gia [57] antraxIt 129,47 đình 12. Than bánh 102 Bếp than hở [87] Ngoài hai nguồn phát thải chính bên trên, PAHs còn phát thải thông qua một số sản phẩm thương mại khác.
Do chúng được sử dụng làm chất trung gian trong dược phẩm, nông sản, sản phẩm nhiếp ảnh, chất đẻo, vật liệu bôi trơn và các ngành công nghiệp hóa chất khác như: — Acenaphthene: sản xuat chat mau, thuốc nhuộm, chất đẻo, thuốc trừ sâu và dược phẩm; — Anthracene: dung dịch pha loãng cho chất bao quản gỗ và sản xuất thuốc nhuộm và chất màu; — Phenanthrene: sản xuất nhựa và thuốc trừ sâu; — Pyrene: sản xuât chat mau. Theo mô hình PKU-FUEL-2007, mô phỏng lượng phát thải PAHs vào không khí năm 2007, cho thấy đốt sinh khối thương mại và sinh hoạt chiếm 60,5%, đốt sinh khối ngoài đồng, phá rừng và cháy rừng chiếm 13,6% và phương tiện giao thông là 12,8%. Kết quả cũng cho thấy khu vực phía Nam, phía Đông và Đông Nam Á là những khu vực có mật độ phát thải PAHs cao nhất, đóng góp 50% tổng lượng phát thải PAHs trên toàn cau [159]. 24 Với diện tích lớn thứ tư và dân số đứng thứ nhất trên thé giới, Trung Quốc là quốc gia phát thải PAHs lớn nhất.