Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu sự phân bố dược phẩm và sản phẩm chăm sóc cá nhân tại sông Cầu

Luận án tiến sĩ nghiên cứu sự phân bố dược phẩm và sản phẩm chăm sóc cá nhân trong nước và trầm tích sông Cầu, cung cấp thông tin quan trọng về môi trường.

• Trường học: Trường Đại Học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Môi Trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Phân Bố Dược Phẩm Và Sản Phẩm Chăm Sóc Cá Nhân Tại Sông Cầu
• Loại tài liệu: Luận Án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• MỤC LỤC
• DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ PPCPS
• 1.1.1. Định nghĩa và phân loại
• 1.1.2. Đặc tính của PPCPs
• 1.1.3. Sản xuất và sử dụng PPCPs
• 1.1.4. Nguồn thải PPCPs vào nguồn nước và các tác động của chúng
• 1.1.5. Hiện trạng ô nhiễm PPCPs trên thế giới và ở Việt Nam
• 1.1.6. Các phương pháp phân tích PPCPs
• 1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LƯU VỰC SÔNG CẦU
• 1.2.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội
• 1.2.2. Điều kiện khí hậu và thủy văn
• 1.2.3. Nhu cầu dùng nước
• 1.2.4. Sông Cầu đoạn chảy qua Thái Nguyên
• 1.3. KẾT LUẬN TỔNG QUAN
• 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN
• 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.2.1. Xác lập quy trình phân tích PPCPs
• 2.2.2. Đánh giá ô nhiễm PPCPs trong nước và trầm tích sông Cầu
• 2.2.3. Xác định các chất điển hình
• 2.2.4. Phương trình cân bằng vật chất
• 2.2.5. Đánh giá mức độ ảnh hưởng của PPCPs đến các sinh vật thủy sinh
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM PPCPS TRÊN SÔNG CẦU
• 3.1.1. PPCPs trong nước và trầm tích sông Cầu
• 3.1.2. Xác định các PPCPs điển hình trên lưu vực sông Cầu
• 3.2. CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU PHÂN TÍCH 04 PPCPS ĐIỂN HÌNH
• 3.2.1. Tối ưu hóa điều kiện định lượng PPCPs bằng LC-MS/MS
• 3.2.2. Đánh giá độ tin cậy kết quả phân tích đồng thời 4 chất PPCPs điển hình
• 3.3. ĐÁNH GIÁ SỰ CÓ MẶT CỦA CÁC PPCPS ĐIỂN HÌNH TRÊN SÔNG CẦU ĐOẠN CHẢY QUA THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN
• 3.3.1. Phân bố ô nhiễm PPCPs điển hình
• 3.3.2. Sự tích lũy PPCPs điển hình trong mẫu cột trầm tích khu vực sông Cầu
• 3.3.3. Ước tính tải lượng ô nhiễm PPCPs điển hình
• 3.3.4. Đánh giá ảnh hưởng của PPCPs đến một số sinh vật thủy sinh
• 3.3.4.1. Môi trường nước
• 3.3.4.2. Môi trường trầm tích
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

Tóm tắt

I. Giới thiệu đề tài

Trong những năm gần đây, truyền thông dưới nước đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong nhiều ứng dụng như thám hiểm đại dương và an ninh quốc phòng. Việt Nam với bờ biển dài và vùng hải phận rộng lớn, việc nghiên cứu và phát triển công nghệ truyền thông dưới nước là rất cần thiết. Tín hiệu sóng âm được ưu tiên sử dụng do ít bị suy hao hơn so với sóng điện từ. Tuy nhiên, môi trường dưới nước cũng gặp nhiều thách thức như dịch tần Doppler và nhiễu môi trường. Luận án này tập trung vào việc sử dụng công nghệ OFDM để cải thiện chất lượng tín hiệu trong truyền thông dưới nước.

1.1. Tình hình nghiên cứu

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng kỹ thuật OFDM có khả năng chống giao thoa đa đường tốt và hiệu quả sử dụng phổ cao. Tuy nhiên, tín hiệu OFDM rất nhạy cảm với sai lệch thời gian và tần số, đặc biệt trong môi trường dưới nước. Việc xác định chính xác điểm bắt đầu của tín hiệu và bù dịch tần Doppler là những vấn đề quan trọng cần giải quyết. Các phương pháp hiện tại thường không đáp ứng được yêu cầu tiết kiệm băng thông và hiệu quả trong môi trường nhiễu cao.

II. Kỹ thuật đồng bộ tín hiệu

Đồng bộ tín hiệu là một yếu tố quan trọng trong hệ thống OFDM. Các phương pháp đồng bộ hiện tại như Schmidl và Minn thường sử dụng chuỗi tín hiệu đặc biệt, điều này không phù hợp với yêu cầu tiết kiệm băng thông trong truyền thông dưới nước. Luận án đề xuất sử dụng khoảng bảo vệ GI để phát hiện điểm đồng bộ, giúp cải thiện hiệu quả sử dụng băng thông và chất lượng tín hiệu thu được. Việc áp dụng các thuật toán đồng bộ mới sẽ giúp giảm thiểu sai số và nâng cao độ chính xác trong việc nhận diện tín hiệu.

2.1. Các phương pháp đồng bộ

Các phương pháp đồng bộ hiện tại chủ yếu dựa vào việc sử dụng chuỗi tín hiệu đặc biệt, điều này có thể gây lãng phí băng thông. Luận án sẽ nghiên cứu và phát triển các thuật toán đồng bộ mới, sử dụng khoảng bảo vệ GI để phát hiện điểm đồng bộ cho khung dữ liệu. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm băng thông mà còn nâng cao chất lượng tín hiệu thu được trong môi trường dưới nước.

III. Bù dịch tần Doppler

Bù dịch tần Doppler là một thách thức lớn trong truyền thông dưới nước. Hiện tại, nhiều phương pháp bù dịch tần Doppler thường thực hiện sau khi đồng bộ, điều này có thể dẫn đến sai lệch lớn trong tín hiệu thu được. Luận án đề xuất một phương pháp bù dịch tần Doppler mới, sử dụng chuỗi tín hiệu hình sin để tính toán độ dịch tần trước khi đồng bộ. Phương pháp này không chỉ tiết kiệm băng thông mà còn cải thiện độ chính xác trong việc xác định tần số Doppler.

3.1. Đặc điểm của hiện tượng Doppler

Hiện tượng Doppler gây ra sự thay đổi tần số của tín hiệu khi có sự chuyển động giữa bên phát và bên thu. Điều này ảnh hưởng lớn đến chất lượng tín hiệu thu được. Việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp bù dịch tần Doppler hiệu quả là rất cần thiết để cải thiện chất lượng tín hiệu trong truyền thông dưới nước. Luận án sẽ trình bày các phương pháp bù dịch tần Doppler mới, giúp nâng cao hiệu quả truyền thông.

IV. Ứng dụng và kết quả thực nghiệm

Luận án không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn thực hiện các thí nghiệm thực tế để kiểm chứng các phương pháp đã đề xuất. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng việc sử dụng các phương pháp đồng bộ và bù dịch tần Doppler mới đã cải thiện đáng kể chất lượng tín hiệu thu được. Các mô hình hệ thống được đề xuất cho thấy khả năng hoạt động hiệu quả trong môi trường dưới nước, mở ra hướng đi mới cho nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực này.

4.1. Kết quả thực nghiệm

Các thí nghiệm thực tế đã được thực hiện để kiểm chứng tính khả thi của các phương pháp đồng bộ và bù dịch tần Doppler. Kết quả cho thấy rằng các phương pháp này không chỉ cải thiện chất lượng tín hiệu mà còn tiết kiệm băng thông, đáp ứng tốt yêu cầu của truyền thông dưới nước. Những kết quả này khẳng định giá trị thực tiễn của nghiên cứu và mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. TỔNG QUAN VỀ PPCPs 1. Định nghĩa và phân loại Dược phẩm và các sản phẩm chăm sóc cá nhân (Pharmaceuticals and personal care products - PPCPs) là một trong những nhóm chất gây ô nhiễm được quan tâm nhiều gần đây.

Các sản phẩm này hầu hết có nguồn gốc nhân tạo được sử dụng với nhiều mục đích như trong chăm sóc sức khỏe con người, hoạt động chăn nuôi và cả hoạt động nông nghiệp. Chúng vẫn còn hoạt tính sinh học sau khi ra khỏi cơ thể và xâm nhập vào môi trường theo nhiều con đường khác nhau (xem Hình 1. Sự hiện diện của chúng trong các hệ sinh thái làm gia tăng những lo ngại về hiểm hoạ đe dọa đến môi trường nước và sức khỏe con người. Sự di chuyển của PPCPs trong môi trường [18] Dược phẩm là các sản phẩm hóa chất được sử dụng để chẩn đoán, điều trị, chữa bệnh, hoặc phòng ngừa bệnh tật cho cả người và động vật, gồm cả các loại thuốc bất hợp pháp [19].

Các loại thuốc thường được bào chế với hoạt tính sinh học cao để đạt được hiệu quả trong điều trị. Do đó, chúng có khả năng đặc biệt ảnh hưởng đến các chức năng sinh hóa và sinh lý của các hệ thống sinh học. Dược phẩm có thể được đặc trưng hoặc phân loại dựa trên cấu trúc hóa học, tác dụng của chúng (tức là phương thức hoạt động), hoặc việc sử dụng chúng (tức là mục đích điều trị). Theo chức năng điều trị chúng bao gồm thuốc kháng sinh (dùng cho người và thú y), thuốc chống 1 viêm không chất béo hữu cơ hòa tan (NSAID), thuốc điều chỉnh lipid máu, thuốc chống động kinh, hormone, thuốc chẹn beta (thuốc điều trị cao huyết áp), thuốc chống trầm cảm, thuốc chống ung thư, phương tiện tương phản tia X và thuốc cường giao cảm β2 (thuốc giãn phế quản) [19-21].

Sản phẩm chăm sóc cá nhân là các sản phẩm có thành phần hoạt tính phục vụ các nhu cầu vệ sinh, thẩm mỹ của con người, thường được sử dụng trong các sản phẩm như mỹ phẩm, đồ vệ sinh cá nhân và nước hoa [19], chẳng hạn như phụ gia tắm, dầu gội, thuốc bổ tóc, sản phẩm chăm sóc da, thuốc xịt tóc , kem dưỡng da, thuốc nhuộm tóc, sản phẩm vệ sinh răng miệng, xà phòng, kem chống nắng, nước hoa, thuốc cạo râu, v. Các sản phẩm chăm sóc cá nhân được xác định trong các mẫu môi trường chủ yếu có thể được phân loại thành ba nhóm do chức năng của chúng, đó là chất khử trùng, xạ hương (tổng hợp) và chất chống nắng [19, 20]. Gần đây các hạt vi nhựa được thêm vào trong một số sản phẩm chăm sóc cá nhân như kem đánh răng, chất tẩy da chết, dầu gội, sữa tắm… bởi khả năng làm sạch bụi bẩn và chất nhờn trên da của chúng. Sau khi được sử dụng, hạt vi nhựa không bị xử lý tại các hệ thống xử lý nước thải, và theo dòng thải đổ ra sông hồ và biển.

Chúng có khả năng hấp phụ các chất chất độc hữu cơ kỵ nước. Các hạt vi nhựa này theo chuỗi thức ăn đi vào cơ thể các loài sinh vật trong nguồn nước. Do đó, các sinh vật thủy sinh không những chịu nguy cơ tích lũy các hạt vi nhựa mà còn có nguy cơ tăng khả năng tích tụ các chất độc hữu cơ thông qua chuỗi thức ăn của các hệ sinh thái [22]. Phân loại PPCPs [1, 23] Phân Loại Nhóm chất Hợp chất đại diện Dược phẩm Thuốc kháng sinh Sulfamethoxazole (SMX) (Pharmaceuticals) (Antibiotics) Sulfadimethoxine Ciprofloxacin (CIP) Clarithromycin Erythromycin Norfloxacin 2 Phân Loại Nhóm chất Hợp chất đại diện Nội tiết tố Estrone (E1) (Hormones) Estradiol (E2) Ethinylestradiol (EE2) Thuốc giảm đau và chống viêm Diclofenac (Analgesics and anti- Ibuprofen inflammatory drugs) Acetaminophen Acetylsalicylic acid Thuốc chống động kinh Carbamazepine (CBM) (Antiepileptic drugs) Primidone Thuốc chống mỡ máu Clofibrate (Blood lipid regulators) Gemfibrozil Chất kích thích (Stimulants) Caffeine (CAF) Chống loạn nhịp tim Metoprolol (Antiarrhythmic) Propanolol Thuốc chống u Ifosfamide (Cytostatic drugs) Cyclophosphamide Sản phẩm chăm sóc Chất kháng khuẩn / Chất khử Triclosan sức khỏe.

Đặc tính của PPCPs a. Đặc tính hóa lý Công thức hóa học, khối lượng phân tử và các đặc trưng hóa lý gồm độ tan, KOW, Kd, KOC và pKa của các PPCPs điển hình được thể hiện trong Bảng 1. Tính chất lý hóa của một số chất điển hình PPCPs [24, 25] PPCPs CAS No. MW Công thức Độ tan Log pKa Hệ số phân bố KOC (L/kg) g/mol hóa học mg/L KOW Pha rắn Kd (L/kg) Lincomycin 154-21-2 406,5 C18H34N2O6S 927 0,56 SMX 723-46-6 253,3 C10H11N3O3S 610 0,89 1,85 - 5,6 Griseofulvin 126-07-8 352,8 C17H17ClO6 8,64 2,18 Trimethoprim 738-70-5 290,3 C14H18N4O3 400 0,91 3,23- 6,76 Bùn 76 205 2_quinoxalinecarb 122234-53- 203,2 C10H9N3O2 oxylicacid 1 Sulfamonomethoxi 1220-83-3 280,3 C11H12N4O3S 4030 0,7 ne Sulfadimethoxine 122-11-2 310,3 C12H14N4O4S 343 c 1,63 6,3 Đất 2,3–4,6 89–144 Tiamulin 55297-95-5 493,7 C28H47NO4S 4,75 Roxithromycin 80214-83-1 837,0 C41H76N2O15 2,75 9,17 Sulfamerazine 127-79-7 264,31 C11H12N4O2S 202 0,14 Tylosin 1401-69-0 916,1 C46H77NO17 5 1,63 7,73 Bùn cát 8,3–128 553–7990 Sulfadimidine 57-67-0 214,2 C7H10N4O2S 2200 1,22 11,3 Erythromycin-H2O 23893-13-2 715,9 C37H65NO12 4 PPCPs CAS No.

MW Công thức Độ tan Log pKa Hệ số phân bố KOC (L/kg) g/mol hóa học mg/L KOW Pha rắn Kd (L/kg) 3,32 1147– Tetracycline 60-54-8 444,4 C22H24N2O8 1700 1,19 7,78 Sét/ cát 2370 9,58 3,01 CIP 85721-33-1 331,3 C17H18FN3O3 30,000 0,4 Bùn cát 427 61,000 6,14 Erythromycin 114-07-8 733,9 C37H67NO13 2000 3,06 8,9 Bùn kỵ 18,2– 158,5– Diclofenac 15307-86-5 296,15 C14H11Cl2NO2 2,37 4,15 4,51 khí 151,4 2630 18916,9 Mefenamic_acid 61-68-7 241,29 C15H15NO2 20 4,29 3,90 Bùn cống 461,0 8 Acetaminophen 103-90-2 151,16 C8H9NO2 14,000 0,46 9,38 Antipyrine 60-80-0 188,23 C11H12N2O 51900 0,38 1,4 300000 Isopropylantipyrine 479-92-5 230,31 C14H18N2O 1,94 0 Indomethacin 53-86-1 357,79 C19H16ClNO4 0,937 4,27 4,50 Bùn 214 691,83 Crotamiton 5 PPCPs CAS No. MW Công thức Độ tan Log pKa Hệ số phân bố KOC (L/kg) g/mol hóa học mg/L KOW Pha rắn Kd (L/kg) 37350-58-6 267,36 C15H25NO3 16,900 9,7 1,69 Bùn sơ 44-26/ 125 -75/ Metoprolol cấp/ thứ 21-8 62 - 23 cấp 525-66-6 259,34 C16H21NO2 70 2,6 9,49 16,3-1,4/ 4405-378/ Propranolol 199 - 9,6 2803-135 Atenolol 29122-68-7 266,34 C14H22N2O3 13,500 9,2 1,71 Bùn đô thị 0,21 148 125-33-7 218,25 C12H14N2O2 500 0,91 Primidone CBM 298-46-4 236,27 C15H12N2O 17,66 13,9 2,45 Bùn đô thị 25,52 3870 Bezafibrate 41859-67-0 361,82 C19H20ClNO4 16 3,61 4,25 Cyclophosphamide 50-18-0 261,1 C7H15Cl2N2O2P 40000 0,63 Dipyridamole 58-32-2 504,6 C24H40N8O4 10,7 2,47 Theophylline 58-55-9 180,2 C7H8N4O2 7360 0,02 8,81 CAF 58-08-2 194,19 C8H10N4O2 21600 0,07 10,4 Sulpiride 15676-16-1 314,43 C15H23N3O4S 2280 0,57 9,12 Pirenzepine 28797-61-7 351,4 C19H21N5O2 682 1,68 DEET 134-62-3 191,27 C12H17NO 912 2,18 6 b. Tính bền vững Các đặc tính hóa lý của nhiều PPCPs cho thấy chúng không dễ dàng bị loại bỏ bởi các quy trình xử lý nước thông thường, minh chứng là sự hiện diện của chúng trong nước uống [26]. Việc không có khả năng thực hiện việc loại bỏ hoàn toàn PPCPs khỏi nhà máy xử lý chất thải có nguy cơ tiềm ẩn đối với các sinh vật thủy sinh và sức khỏe cộng đồng.

Bằng chứng từ các nghiên cứu giám sát là PPCPs đã tìm thấy đường xâm nhập vào môi trường nước và phổ biến ở khắp nơi [27]. Bản chất của việc sử dụng rộng rãi PPCPs trên toàn cầu, cùng với sự gia tăng ngày càng nhiều các loại dược phẩm mới ra thị trường đang góp phần đáng kể vào sự hiện diện môi trường của các hóa chất này và các chất chuyển hóa (dạng hoạt động) của chúng trong môi trường nước [20]. Hơn nữa, mặc dù không phải tất cả PPCPs đều tồn tại lâu dài nhưng việc sử dụng và thải vào môi trường liên tục khiến nhiều người lầm tưởng là PPCPs không bị phân hủy ngay cả khi bị tác động bởi các quá trình môi trường như phân hủy sinh học, phân hủy quang học và hấp thụ hạt. Do đó, các dược phẩm có thể phân hủy cuối cùng sẽ hoạt động hiệu quả và hoạt động như các hợp chất khó phân hủy do chúng được giải phóng liên tục vào môi trường [28].

Römbke [29] đã phân loại 10 dược phẩm và các chất chuyển hóa của chúng thành các hợp chất có độ bền thấp, trung bình và cao theo thời gian phân tán của chúng (DT50) trong mẫu nước / trầm tích. Paracetamol, Ibuprofen, 2- hyroxyibuprofen và CBM-diol được phân loại là có độ bền thấp (DT50 = 3,1-7 ngày), Oxazepam , Iopromide và Iver-mectin được coi là tồn tại ở mức độ vừa phải (DT50 = 15-54 ngày) trong khi Clofibric acid, Diazepam, CBM được đánh giá là bền bỉ cao (DT50 = 119-328 ngày) [29]. Một nghiên cứu gần đây hơn đã chứng minh thuốc giải lo âu (Oxazepam) có khả năng tồn tại kéo dài trong các hồ nước ngọt do đầu vào trong quá khứ và dân số đô thị ngày càng tăng [30]. Độc tính Một mối quan tâm chính được nêu ra bởi sự hiện diện của PPCPs trong môi trường nước là khả năng của chúng can thiệp vào hệ thống nội tiết để tạo ra các tác động không mong muốn hoặc phá vỡ cân bằng nội tiết.

Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã định nghĩa các chất gây rối loạn nội tiết (ED) là “chất hoặc hỗn hợp ngoại sinh làm thay đổi (các) chức năng của hệ thống nội tiết và do đó gây ra các ảnh hưởng xấu đến 7 sức khỏe ở một sinh vật, thế hệ con cháu hoặc quần thể phụ của nó”. ED bao gồm một nhóm lớn các chất hóa học từ tự nhiên (ví dụ như mycotoxin và phytoestrogen) và nguồn gốc tổng hợp (ví dụ như diethylstilbesterol và Bisphenol A) trong nhiều loại sản phẩm tiêu dùng (ví dụ như PPCPs, sản phẩm làm sạch, chất kháng khuẩn, chất bảo quản thực phẩm và phthalate) [31]. Dược phẩm gây rối loạn nội tiết bao gồm hormone sinh dục, glucocorticoid, hormone tăng trưởng thú y và một số dược chất không steroid. Hơn nữa, độc tính phát sinh từ hỗn hợp phức tạp của PPCPs ở nồng độ thấp có thể dẫn đến tương tác hiệp đồng.

Điều này có nghĩa là mặc dù từng PPCPs có thể có sẵn ở nồng độ thấp nhưng không gây ra các tác dụng độc hại đáng kể khi tác động đơn lẻ; Hỗn hợp PPCPs vẫn có thể gây độc tính sinh thái đáng kể. Điều này đã được chứng minh bởi M. Cleuvers [32]; theo đó thuốc chống động kinh - CBM và thuốc hạ lipid máu acid clofibric (cả hai thuộc các nhóm điều trị khác nhau) thể hiện tác dụng tiêu cực đối với Daphnia magna (một loài giáp sát nhỏ) mạnh hơn nhiều so với các hợp chất đơn lẻ ở cùng nồng độ. Hutchinson [33] cũng tiết lộ rằng hiệu ứng hỗn hợp của estradiol (E2) và 4-tert-nonylphenol có thể tạo ra phản ứng cộng / hiệp lực và do đó gây ra sản xuất vitellogenin ở cá hồi con.

Nhìn chung, độc tính của PPCPs trong môi trường nước vượt ra ngoài các tác động cấp tính được quan sát khi đạt hoặc vượt quá nồng độ điều trị mong muốn (therapeutic level).