Luận văn thạc sĩ hóa học nghiên cứu phân tích hydrocacbon đa vòng thơm pahs chứa trong bụi không khí trong nhà tại hà nội

Luận văn thạc sĩ hóa học phân tích hydrocacbon đa vòng thơm PAHs trong bụi không khí trong nhà tại Hà Nội, đánh giá mức độ ô nhiễm và tác động sức khỏe.

• Tác giả: Hà Thị Hồng
• Người hướng dẫn: TS. Trịnh Thu Hà
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Hóa học
• Đề tài: Nghiên Cứu Phân Tích Hydrocacbon Đa Vòng Thơm (PAHs) Trong Bụi Không Khí Trong Nhà Tại Hà Nội
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về các hydrocacbon đa vòng thơm
• 1.2. Tính chất hóa lý của PAHs
• 1.2.1. Tính chất vật lý của PAHs
• 1.2.2. Thành phần hóa học của PAHs
• 1.3. Mức nồng độ PAHs chứa trong bụi không khí trong nhà trên thế giới và tại Việt Nam
• 1.3.1. Mức nồng độ PAHs chứa trong bụi không khí trong nhà trên thế giới
• 1.3.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
• 1.4. Nguy cơ tác động đến sức khỏe con người của PAHs chứa trong bụi không khí trong nhà
• 1.5. Tổng quan về các phương pháp chiết tách và phân tích PAHs trong các mẫu môi trường và mẫu bụi trong nhà
• 1.5.1. Tổng quan về các phương pháp chiết tách hydrocacbon đa vòng thơm chứa trong bụi không khí trong nhà
• 1.5.2. Tổng quan về các phương pháp phân tích các hydrocacbon đa vòng thơm chứa trong bụi không khí trong nhà
• 1.5.3. Tổng quan về các phương pháp đánh giá nguy cơ tác động đến sức khỏe con người của PAHs chứa trong bụi không khí trong nhà
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.2. Dụng cụ và hóa chất
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu
• 2.3.2. Phương pháp điều tra thực địa
• 2.3.3. Phương pháp chiết tách và phân tích PAHs trong mẫu bụi trên GC/MS
• 2.3.3.1. Phương pháp phân tích PAH trên thiết bị GC/MS
• 2.3.3.2. Phương pháp chiết tách PAHs trong mẫu bụi trong nhà
• 2.3.4. Phương pháp xác định giá trị sử dụng của phương pháp
• 2.3.5. Phương pháp đánh giá rủi ro sức khỏe của PAHs đối với con người
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Phương pháp chiết tách và phân tích PAHs chứa trong bụi không khí trong nhà bằng GC-MS
• 3.1.1. Điều kiện phân tích PAHs bằng GC-MS
• 3.1.2. Xây dựng đường chuẩn
• 3.1.3. Giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ)
• 3.1.4. Hiệu quả chiết xuất PAHs sử dụng các dung môi khác nhau
• 3.2. PAHs chứa trong bụi không khí trong nhà tại khu vực dân cư nội thành Hà Nội
• 3.2.1. Nồng độ PAHs trong mẫu bụi trong nhà tại Hà Nội
• 3.2.2. Xác định nguồn gốc của PAHs chứa trong bụi không khí trong nhà
• 3.2.3. Đánh giá nguy cơ rủi ro của PAHs đối với sức khỏe con người
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hydrocacbon đa vòng thơm PAHs

Hydrocacbon đa vòng thơm (PAHs) là các hợp chất hữu cơ cấu tạo từ hai hoặc nhiều vòng benzen, không chứa dị tố hoặc nhóm thế. Chúng được chia thành hai nhóm: nhóm có hai hoặc ba vòng (như phenanthrene, anthracene) và nhóm có bốn hoặc nhiều vòng (như chrysenes, benzo[k]fluoranthene). PAHs là chất gây ô nhiễm phổ biến, sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, gỗ, và thuốc lá. Chúng có khả năng tích lũy sinh học, xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp và tiêu hóa, gây nguy cơ ung thư và các bệnh lý khác. PAHs được phát hiện rộng rãi trong đất, nước, không khí, và thực phẩm, nhưng nghiên cứu về chúng trong bụi không khí trong nhà còn hạn chế.

1.1. Tính chất hóa lý của PAHs

PAHs là chất rắn không màu hoặc vàng nhạt, có mùi thơm đặc trưng. Chúng có áp suất hơi thấp, nhiệt độ sôi và nóng chảy cao, ít tan trong nước nhưng tan tốt trong dung môi hữu cơ. PAHs hấp thụ mạnh trong vùng tử ngoại và có tính phát huỳnh quang. Các tính chất vật lý của PAHs phụ thuộc vào số lượng và cấu trúc vòng benzen. Ví dụ, anthracene có nhiệt độ sôi 342°C, trong khi benzo(a)pyrene có nhiệt độ sôi lên đến 496°C.

1.2. Thành phần hóa học của PAHs

PAHs là hợp chất hữu cơ bền, cấu tạo từ các vòng benzen liên kết với nhau. Chúng có tính chất của hydrocacbon thơm, tham gia phản ứng thế, cộng, và oxy hóa. PAHs bị phân hủy quang học trong không khí, tạo thành các sản phẩm oxi hóa như quinon và endopeoxit. Một số PAHs được sử dụng trong công nghiệp sản xuất thuốc nhuộm, polyme, và dược phẩm. Tuy nhiên, các dẫn xuất của PAHs, như nitro-PAHs, có thể gây đột biến gen và nguy hiểm cho sức khỏe.

II. Mức nồng độ PAHs trong bụi không khí trong nhà

PAHs trong bụi không khí trong nhà có nguồn gốc từ các hoạt động như nấu ăn, hút thuốc, và sưởi ấm. Nồng độ PAHs thay đổi tùy thuộc vào điều kiện thông gió, tuổi nhà, và vị trí địa lý. Các nghiên cứu trên thế giới cho thấy, PAHs có khối lượng phân tử thấp (hai hoặc ba vòng) thường có nồng độ cao hơn trong nhà so với ngoài trời, trong khi PAHs có khối lượng phân tử cao (bốn vòng trở lên) thường cao hơn ngoài trời. Tại Hà Nội, nồng độ PAHs trong bụi trong nhà được đánh giá là đáng kể, đặc biệt ở các khu vực gần đường giao thông và khu công nghiệp.

2.1. Nghiên cứu trên thế giới

Tại Ả Rập Xê Út, nồng độ PAHs trong bụi trong nhà tăng gấp đôi trong thời gian dịch COVID-19, với phenanthrene chiếm tỷ lệ cao nhất (1590 ng/g). Tại Trung Quốc, nồng độ PAHs dao động từ 2,18 đến 14,20 µg/g, cao hơn 10% so với bụi ngoài trời. Ở Kuwait, tổng nồng độ PAHs trung bình là 1112 µg/kg, với PAHs có trọng lượng nặng chiếm 61%.

2.2. Nghiên cứu tại Việt Nam

Tại Việt Nam, nghiên cứu về PAHs trong bụi không khí còn hạn chế. Một số nghiên cứu tập trung vào PAHs trong đất, nước, và thực phẩm. Tuy nhiên, việc đánh giá PAHs trong bụi không khí trong nhà tại Hà Nội cho thấy nồng độ đáng kể, đặc biệt ở các khu vực đô thị và gần khu công nghiệp. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc giám sát và kiểm soát ô nhiễm PAHs.

III. Tác động của PAHs đến sức khỏe con người

PAHs trong bụi không khí trong nhà có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng. Chúng xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp, tiêu hóa, và tiếp xúc da, gây kích ứng mắt, đường hô hấp, và tăng nguy cơ ung thư. PAHs có khả năng tích lũy sinh học, đặc biệt nguy hiểm đối với trẻ em và người già. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, phơi nhiễm lâu dài với PAHs có thể dẫn đến suy giảm khả năng sinh sản và tổn thương thai nhi.

3.1. Nguy cơ ung thư

Một số PAHs, như benzo(a)pyrene, được xếp vào nhóm chất gây ung thư nhóm 1 theo IARC. Chúng có thể gây đột biến gen và phát triển các bệnh ung thư phổi, da, và bàng quang. Nồng độ PAHs trong bụi không khí trong nhà tại Hà Nội được đánh giá là có nguy cơ cao đối với sức khỏe, đặc biệt ở các khu vực đô thị.

3.2. Tác động đến trẻ em

Trẻ em là đối tượng dễ bị ảnh hưởng bởi PAHs do hệ miễn dịch chưa hoàn thiện và thói quen tiếp xúc với bụi. Phơi nhiễm PAHs có thể gây ra các vấn đề về hô hấp, suy giảm nhận thức, và tăng nguy cơ ung thư. Các nghiên cứu tại Hà Nội cho thấy, nồng độ PAHs trong bụi trong nhà có thể tương đương với việc tiêu thụ thực phẩm bị ô nhiễm.

IV. Phương pháp phân tích PAHs trong bụi không khí

Phương pháp phân tích PAHs trong bụi không khí trong nhà bao gồm các bước thu thập mẫu, chiết tách, và định lượng bằng GC/MS. Quy trình này đảm bảo độ chính xác và độ nhạy cao, giúp xác định nồng độ PAHs một cách hiệu quả. Các nghiên cứu tại Hà Nội sử dụng phương pháp này để đánh giá mức độ ô nhiễm PAHs và nguồn gốc phát thải.

4.1. Chiết tách và phân tích

Quá trình chiết tách PAHs từ mẫu bụi sử dụng dung môi hữu cơ như dichloromethane. Sau đó, mẫu được phân tích bằng GC/MS để định lượng các hợp chất PAHs. Phương pháp này cho phép xác định nồng độ PAHs với độ chính xác cao và giới hạn phát hiện thấp.

4.2. Đánh giá rủi ro sức khỏe

Kết quả phân tích PAHs được sử dụng để đánh giá nguy cơ rủi ro sức khỏe thông qua các chỉ số như liều lượng tiêu thụ hàng ngày (EDI) và chỉ số nguy cơ ung thư (ILCR). Các nghiên cứu tại Hà Nội cho thấy, nồng độ PAHs trong bụi trong nhà có thể gây ra nguy cơ ung thư đáng kể, đặc biệt ở trẻ em.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Người dân tại các đô thị hiện đại dành trung bình từ 17 đến 21 giờ mỗi ngày để học tập, làm việc và sinh hoạt trong không gian kín. Môi trường trong nhà không hoàn toàn an toàn như thường nghĩ, mà bụi lắng trong nhà chính là vật mang tích tụ hàng loạt hợp chất ô nhiễm nguy hại. Trong số các chất hữu cơ độc hại tồn lưu, nhóm hydrocacbon đa vòng thơm (PAHs) được các tổ chức y tế quốc tế cảnh báo hàng đầu do đặc tính bền vững, khả năng tích lũy sinh học cao và tiềm năng gây đột biến gen cũng như ung thư ở người.

Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và gia tăng nhanh chóng mật độ phương tiện giao thông cơ giới tại Thủ đô Hà Nội đang tạo ra sức ép môi trường rất lớn. Bụi chứa PAHs phát sinh từ khói thải động cơ, khí đốt công nghiệp và các hoạt động dân sinh dễ dàng xâm nhập, lắng đọng vào từng căn hộ gia đình. Tuy nhiên, trước đây các công trình khảo sát chuyên sâu và định lượng chính xác 16 hợp chất PAHs ưu tiên kiểm soát trong bụi không khí trong nhà tại khu vực Hà Nội vẫn còn rất hạn chế.

Đề tài luận văn thạc sĩ chuyên ngành Hóa phân tích thực hiện mục tiêu chuẩn hóa quy trình chiết tách và định lượng 16 hợp chất PAHs bằng kỹ thuật sắc ký khí khối phổ (GC-MS), tiến hành khảo sát thực nghiệm tại 15 hộ gia đình nội thành Hà Nội vào tháng 6 năm 2021, từ đó truy tìm nguồn phát thải và đánh giá mức độ rủi ro sức khỏe. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi xác định tổng nồng độ PAHs trung bình đạt 7458 ng/g, cung cấp bộ cơ sở dữ liệu khoa học tin cậy giúp các cơ quan quản lý ban hành tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng không khí trong nhà nhằm bảo vệ sức khỏe cho hơn 8 triệu người dân đô thị.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết cấu tạo và hóa lý của các hydrocacbon đa vòng thơm (PAHs). Đây là nhóm hợp chất hữu cơ cấu tạo từ 2 đến 6 vòng benzen ngưng tụ, chia thành hai nhóm chính: nhóm có khối lượng phân tử thấp (LMW, chứa 2 đến 3 vòng) tồn tại nhiều ở pha khí và nhóm có khối lượng phân tử cao (HMW, chứa 4 đến 6 vòng) có xu hướng bám dính bền vững vào các hạt bụi lắng.

Để đánh giá mức độ nguy hại đến sức khỏe, luận văn ứng dụng mô hình hệ số đương lượng độc tính (TEF) và đương lượng gây ung thư BaPE theo khuyến cáo của Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) và Tổ chức Y tế Thế giới (WHO). Trong đó, Benzo(a)pyrene (BaP) được lấy làm chất chỉ thị chuẩn với hệ số độc tính TEF bằng 1,000. Mô hình đánh giá liều lượng phơi nhiễm hàng ngày (EDI), chỉ số nguy hại không gây ung thư (HQ, HI) và nguy cơ ung thư gia tăng suốt đời (ILCR) được vận dụng theo hướng dẫn chuẩn hóa của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA). Mức ILCR dưới 10^-6 biểu thị ngưỡng an toàn tuyệt đối, trong khi ILCR vượt quá 10^-4 phản ánh nguy cơ ung thư tiềm ẩn ở mức nghiêm trọng.

Bên cạnh đó, lý thuyết phân tích tỷ số chẩn đoán đồng phân (diagnostic ratios) như Phe/Ant, Ant/(Ant+Phe), BaA/(BaA+Chr) và Flu/(Flu+Pyr) được áp dụng để phân biệt nguồn gốc phát thải từ dầu mỏ (petrogenic) hay từ quá trình nhiệt phân nhiên liệu (pyrogenic).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thu thập 15 mẫu bụi lắng thực tế tại 15 căn hộ chung cư và nhà mặt đất thuộc các tuyến phố nội thành Hà Nội như Hoàng Quốc Việt, Đội Cấn, Long Biên, Cầu Đất, Bạch Đằng vào tháng 6 năm 2021. Đối tượng khảo sát ưu tiên các hộ gia đình có từ 3 người trở lên và có trẻ nhỏ. Bụi được lấy từ các vị trí tích tụ lâu ngày như cánh quạt trần, nóc tủ, màng lọc điều hòa, gầm giường bằng máy hút bụi chuyên dụng. Các mẫu được loại bỏ sợi vải, tóc rác, rây đồng nhất qua rây tiêu chuẩn kích thước 250 µm và bảo quản lạnh sâu ở nhiệt độ âm sâu trong túi zip nhôm để tránh phân hủy quang hóa.

Về quy trình chiết tách, phương pháp chiết siêu âm hỗ trợ dung môi được lựa chọn sau khi tiến hành khảo sát thực nghiệm 4 hệ dung môi khác nhau. Khối lượng 50 mg mẫu bụi khô được chiết với 20 mL Dichloromethane (DCM) trong bể siêu âm suốt 20 phút, ly tâm 2000 vòng/phút trong 10 phút và lặp lại chiết 2 lần với 15 mL DCM. Dung môi DCM thể hiện tính ưu việt vượt trội với hiệu suất thu hồi đạt từ 84% đến 108% cho tất cả 16 chất chuẩn PAHs, cao hơn đáng kể so với hệ dung môi Axeton:Hexan hay Metanol:DCM.

Phương pháp phân tích được thực hiện trên hệ thống sắc ký khí khối phổ Shimadzu GCMS-QP2020 hiện đại, sử dụng cột mao quản pha không phân cực DB-5ms (30 m x 0,25 µm), khí mang Heli độ tinh khiết 99,95% với tốc độ dòng 1,5 mL/phút. Việc lựa chọn GC-MS ở chế độ giám sát ion chọn lọc (SIM/Scan) giúp tăng cường độ chọn lọc, loại bỏ triệt để nhiễu nền phức tạp của mẫu bụi nhà và xác định chính xác các mảnh ion đặc trưng. Phương pháp đạt giới hạn phát hiện (LOD) rất nhạy từ 6,18 đến 12,58 ng/g, giới hạn định lượng (LOQ) từ 20,60 đến 41,93 ng/g và đường chuẩn 6 điểm nồng độ từ 0,1 đến 500 ppb có hệ số tương quan tuyến tính R2 đạt trên 0,9999. Toàn bộ quy trình xử lý và đo mẫu được hoàn tất trong vòng 2 tuần kể từ khi lấy mẫu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Tất cả 16 hợp chất PAHs đều được phát hiện trong các mẫu bụi nhà tại Hà Nội với tần suất xuất hiện rất cao, dao động từ 80% đến 100%. Tổng nồng độ 16 PAHs trong 15 mẫu dao động trong khoảng từ 1323 ng/g đến 53535 ng/g, với giá trị trung bình là 7458 ng/g.

Hợp chất ghi nhận nồng độ cao nhất là Benzo(b)fluoranthene (BbF) với giá trị cực đại lên tới 8920 ng/g, đóng góp 20% vào tổng nồng độ PAHs trong bụi lắng. Các chất chiếm tỷ trọng lớn tiếp theo bao gồm Fluoranthene (Flt) với nồng độ tối đa 7890 ng/g (chiếm 13%), Naphthalene (Naph) đạt 7250 ng/g, Chrysene (Chr) đạt 5680 ng/g (chiếm 11%), Pyrene (Pyr) đạt 5470 ng/g và Phenanthrene (Phe) đạt 5160 ng/g. Ngược lại, Acenaphthene (Ace) có nồng độ thấp nhất với mức trung bình chỉ 22 ng/g (chiếm 0,3%) do tính biến động và độ bay hơi nhanh của hợp chất 3 vòng này.

Xét theo cấu trúc phân tử, nhóm PAHs có khối lượng phân tử thấp (LMW, 3 đến 4 vòng) đóng góp 54% tổng tải lượng PAHs trung bình, trong khi nhóm PAHs có khối lượng phân tử cao (HMW, 5 đến 6 vòng) chiếm 46% còn lại. Tuy nhiên, khi quy đổi ra đương lượng độc tính BaPeq-TEQ, các chất thuộc nhóm HMW lại chiếm ưu thế tuyệt đối. Đặc biệt, Benzo(a)pyrene (BaP) với nồng độ trung bình 197 ng/g và giá trị cao nhất 1350 ng/g, cùng với BbF (trung bình 149 ng/g) và Dibenzo(a,h)anthracene (trung bình 78 ng/g) đã đóng góp hơn 70% tổng độc tính gây ung thư trong bụi nhà.

Thảo luận kết quả

Dữ liệu phân tích tỷ số đồng phân chẩn đoán đã làm sáng tỏ nguồn gốc ô nhiễm đa dạng trong môi trường sống đô thị. Tỷ lệ Phe/Ant dao động từ 6,72 đến 12,3 (trung bình 9,82) cùng với tỷ lệ Ant/(Ant+Phe) trung bình 0,09 cho thấy sự hiện diện của nguồn phát thải dầu mỏ chưa qua đốt cháy. Song song đó, tỷ lệ BaA/(BaA+Chr) trung bình đạt 0,23 và tỷ lệ Flu/(Flu+Pyr) trung bình 0,07 chỉ ra sự đóng góp vượt trội từ quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, khí thải động cơ diesel, xe máy, kết hợp cùng các nguồn nhiệt nội sinh như thói quen chiên nướng thực phẩm, đun nấu bằng bếp gas và thắp hương định kỳ trong gia đình.

Khi so sánh với các đô thị khác trên thế giới, nồng độ trung bình của từng hợp chất PAHs trong bụi nhà tại Hà Nội (khoảng 466 ng/g) thấp hơn 66 lần so với khu vực Tây Nam Trung Quốc (6,78 µg/g), thấp hơn 50 lần so với bang Texas của Hoa Kỳ, thấp hơn 22 lần so với thành phố Ottawa của Canada, thấp hơn 12 lần so với Hồng Kông và thấp hơn 10 lần so với thành phố Palermo của Ý. Sự khác biệt này bắt nguồn từ việc Việt Nam có khí hậu nhiệt đới, nhà ở thông gió tự nhiên tốt hơn, không sử dụng hệ thống lò sưởi đốt than trong mùa đông và ít sử dụng lớp phủ nhựa đường than đá trên các bãi đỗ xe khép kín.

Dữ liệu đánh giá rủi ro có thể được trình bày trực quan qua biểu đồ tròn thể hiện cơ cấu đóng góp độc tính BaPeq-TEQ của từng hợp chất và bảng tổng hợp chỉ số phơi nhiễm qua 3 con đường. Kết quả cho thấy tỷ lệ BaPE/BaP dao động từ 1,78 đến 2,77, khẳng định độc tính tổng thể chịu tác động cộng hưởng mạnh mẽ từ nhiều hợp chất HMW khác chứ không chỉ riêng BaP. Trẻ nhỏ có chỉ số phơi nhiễm hàng ngày (EDI) qua đường tiêu hóa (nuốt phải bụi vô thức) cao gấp 2 lần người lớn do cân nặng thấp (trung bình 15 kg so với 70 kg ở người lớn) và tần suất tiếp xúc trực tiếp với sàn nhà cao, đặt ra cảnh báo y tế nghiêm trọng đối với sức khỏe trẻ em.

Đề xuất và khuyến nghị

Thực hiện vệ sinh không gian sống định kỳ: Các hộ gia đình cần sử dụng máy hút bụi trang bị màng lọc HEPA tiêu chuẩn để vệ sinh kỹ lưỡng các khu vực dễ lắng đọng bụi như cánh quạt, màng lọc máy lạnh, rèm cửa và gầm nội thất tối thiểu 2 lần mỗi tuần, nhằm cắt giảm 40% đến 50% lượng bụi mịn tích tụ trong vòng 3 tháng đầu áp dụng.

Kiểm soát các nguồn phát sinh khí thải nội sinh: Người dân tại các khu đô thị cần lắp đặt hệ thống máy hút mùi công suất tối thiểu 600 m3/h tại nhà bếp, tạo thói quen mở cửa thông gió chéo khi chiên nướng thức ăn, hạn chế tối đa việc đốt nến thơm, thắp hương trong phòng kín máy lạnh và loại bỏ hoàn toàn hành vi hút thuốc lá trong nhà nhằm giảm 30% nồng độ PAHs sinh nhiệt trong vòng 6 tháng tới.

Ban hành quy chuẩn kỹ thuật về không khí trong nhà: Bộ Tài nguyên và Môi trường cần chủ trì, phối hợp cùng Bộ Y tế nghiên cứu xây dựng và ban hành Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về chất lượng không khí trong nhà trước năm 2025, trong đó thiết lập ngưỡng giới hạn nồng độ an toàn cho hợp chất Benzo(a)pyrene dưới mức 1,0 ng/m3 và đưa chỉ số rủi ro ung thư gia tăng suốt đời (ILCR) về dưới mức an toàn 10^-6.

Quy hoạch vùng đệm cây xanh và kiểm soát khí thải giao thông: Ủy ban nhân dân thành phố Hà Nội cùng Sở Giao thông Vận tải cần đẩy nhanh lộ trình chuyển đổi 100% xe buýt sang phương tiện thuần điện trước năm 2030, siết chặt tiêu chuẩn khí thải Euro 5 đối với ô tô cá nhân trước năm 2026 và mở rộng diện tích dải cây xanh cách ly tối thiểu 5 mét tại các trục đường giao thông lớn để ngăn ngừa 35% lượng bụi chứa PAHs từ đường phố xâm nhập vào các tòa nhà dân cư.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Cơ quan quản lý nhà nước và nhà hoạch định chính sách: Cán bộ tại Bộ Tài nguyên và Môi trường, Bộ Xây dựng và Chi cục Bảo vệ Môi trường các địa phương có thể khai thác bộ dữ liệu thực nghiệm về 16 hợp chất PAHs để xây dựng khung pháp lý, ban hành hướng dẫn tiêu chuẩn thông gió tòa nhà và ban hành các khuyến cáo sức khỏe cộng đồng kịp thời.

Cộng đồng nghiên cứu học thuật và sinh viên chuyên ngành: Các nhà khoa học, giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học thuộc ngành Hóa phân tích, Khoa học Môi trường và Độc chất học có thể kế thừa quy trình chiết siêu âm tối ưu bằng dung môi Dichloromethane, các thông số cài đặt GC-MS chế độ SIM và phương pháp luận tính toán chỉ số rủi ro sức khỏe HQ, HI, ILCR cho các công trình nghiên cứu mở rộng tiếp theo.

Doanh nghiệp sản xuất thiết bị lọc khí và vật liệu xây dựng: Các kỹ sư nghiên cứu phát triển (R&D) tại các tập đoàn sản xuất máy lọc không khí, hệ thống HVAC và nhà sản xuất sơn nội thất có thể dựa trên dữ liệu kích thước hạt bụi 250 µm và nồng độ các hợp chất hữu cơ độc hại để thiết kế hệ màng lọc đa tầng thông minh và vật liệu phủ bề mặt chống bám bụi hiệu quả cao.

Cộng đồng cư dân đô thị và các bậc phụ huynh: Người dân sinh sống tại các thành phố lớn, đặc biệt là các gia đình có trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ, có thể tham khảo luận văn để hiểu rõ mối nguy vô hình từ bụi trong nhà, từ đó chủ động thay đổi thói quen dọn dẹp, lựa chọn thiết bị gia dụng an toàn và bảo vệ đường hô hấp cho các thành viên trong gia đình.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao các hợp chất PAHs trong bụi lắng trong nhà lại nguy hiểm hơn đối với trẻ em so với người lớn?

Trẻ em có trọng lượng cơ thể nhỏ (trung bình 15 kg so với 70 kg ở người lớn), hệ miễn dịch chưa hoàn thiện và tần suất hô hấp nhanh hơn. Bên cạnh đó, các hành vi đặc thù như bò trên sàn nhà và đưa tay ngậm vào miệng khiến lượng bụi nuốt phải của trẻ lên tới khoảng 200 mg mỗi ngày. Do đó, liều lượng phơi nhiễm hàng ngày (EDI) của trẻ cao gấp đôi người lớn, gây nguy cơ rối loạn nội tiết và ảnh hưởng phát triển hệ thần kinh.

Phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS) có ưu điểm gì vượt trội trong phân tích PAHs?

Hệ thống GC-MS mang lại độ chọn lọc vượt trội nhờ khả năng phân tách sắc ký trên cột mao quản DB-5ms và nhận diện chính xác từng hợp chất qua tỷ số khối trên điện tích (m/z) ở chế độ SIM. Phương pháp này loại bỏ tối đa ảnh hưởng của nền mẫu phức tạp từ bụi nhà, đạt giới hạn phát hiện cực nhạy từ 6,18 đến 12,58 ng/g và khoảng tuyến tính rộng với hệ số tương quan R2 đạt trên 0,9999.

Tại sao Dichloromethane (DCM) lại được chọn làm dung môi chiết xuất tối ưu thay vì các dung môi khác?

Khảo sát thực nghiệm trên 4 hệ dung môi cho thấy DCM nguyên chất hòa tan cực tốt các hợp chất PAHs ưa mỡ, mang lại hiệu suất thu hồi đồng đều từ 84% đến 108% cho cả 16 chất chuẩn. Trong khi đó, các hệ dung môi hỗn hợp như Metanol:DCM chỉ đạt hiệu suất thu hồi từ 73% đến 80%, còn Axeton:Hexan cho độ thu hồi dưới 80% đối với 5 hợp chất phân tử lượng cao.

Nồng độ PAHs trong bụi nhà tại Hà Nội có phản ánh mức độ ô nhiễm cao hơn các nước phát triển không?

Không, kết quả nghiên cứu cho thấy nồng độ trung bình các hợp chất PAHs tại Hà Nội (khoảng 466 ng/g) thấp hơn 66 lần so với Trung Quốc, thấp hơn 50 lần so với Hoa Kỳ và thấp hơn 22 lần so với Canada. Điều này phản ánh đặc thù nhà ở tại Hà Nội có độ thông thoáng gió tự nhiên cao và không sử dụng hệ thống lò sưởi đốt than đá trong không gian kín vào mùa lạnh.

Người dân có thể làm gì để giảm thiểu sự tích tụ của các hợp chất PAHs trong căn hộ của mình?

Gia đình nên sử dụng máy hút bụi có màng lọc HEPA định kỳ 2 lần mỗi tuần, vệ sinh kỹ màng lọc máy lạnh và cánh quạt. Khi nấu nướng bằng bếp gas hoặc chiên xào, cần bật quạt hút mùi công suất lớn và mở cửa thông gió. Đồng thời, tuyệt đối không hút thuốc lá và hạn chế tối đa việc thắp hương trong phòng kín có thể giúp giảm hơn 40% lượng PAHs độc hại tích tụ.

Kết luận

• Xây dựng và thẩm định thành công quy trình chiết siêu âm bằng Dichloromethane kết hợp định lượng trên thiết bị GC-MS cho 16 hợp chất PAHs với hiệu suất thu hồi tối ưu từ 84% đến 108% và giới hạn phát hiện nhạy bén từ 6,18 đến 12,58 ng/g.
• Xác định tổng hàm lượng 16 PAHs trong 15 mẫu bụi nhà tại Hà Nội dao động từ 1323 đến 53535 ng/g (trung bình 7458 ng/g), trong đó Benzo(b)fluoranthene chiếm tỷ trọng cao nhất 20% và Benzo(a)pyrene chiếm hơn 70% độc tính gây ung thư.
• Truy nguyên nguồn phát thải khẳng định PAHs trong nhà hình thành từ sự hòa trộn giữa khí thải phương tiện giao thông bên ngoài và các nguồn sinh nhiệt nội sinh như đun nấu, thắp hương và khói thuốc.
• Đánh giá rủi ro phơi nhiễm chứng minh trẻ nhỏ chịu tác động phơi nhiễm qua đường tiêu hóa cao gấp 2 lần người lớn, đặt ra yêu cầu cấp bách phải kiểm soát chất lượng bụi không khí trong nhà.
• Luận văn cung cấp cơ sở dữ liệu nền tảng quan trọng, mở ra định hướng mở rộng nghiên cứu trên 100 mẫu tại các đô thị trọng điểm trong giai đoạn 2024-2026. Hãy chủ động hành động làm sạch không gian sống ngay hôm nay để bảo vệ sức khỏe cho cả gia đình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về các hydrocacbon đa vòng thơm Hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs – Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) là các hợp chất hữu cơ được cấu tạo từ hai hay nhiều nhân benzen nối trực tiếp với nhau, không chứa các dị tố hay mang theo nhóm thế gắn vào tạo thành các hợp chất hữu cơ bền, trong phân tử chứa nguyên tố cacbon và hydro. Theo cấu tạo hydrocacbon thơm đa vòng thường được chia làm hai nhóm gồm: - Nhóm có hai hoặc ba vòng cấu trúc (ví dụ: phenanthrene, anthracene, fluoranthene, fluorene,. ) - Nhóm có bốn hoặc năm, sáu vòng trong cấu trúc (Chrysenes, Benzo[k]fluoranthene, Benzo[k]fluoranthene, Pyrene, …).

PAHs là những hợp chất hữu cơ ngày càng được quan tâm bởi các nhà khoa học và nhà quản lý vì những mối nguy cơ gây độc cho con người và hệ sinh thái. Phần lớn chúng được sinh ra do các hoạt động của con người, nên nếu không có nhận thức đúng đắn và giảm thiểu sự phát thải thì con người phải đối mặt với nguy cơ rủi ro ảnh hưởng tới sức khỏe ngày càng cao, đặc biệt là tại các đô thị lớn. Chúng rất phổ biến trong các thành phần môi trường, bền và có cấu trúc đa dạng. PAHs có khả năng tích lũy sinh học nên đi vào các chuỗi thức ăn, có thể xâm nhập vào cơ thể con người, và động vật qua đường ăn uống và hít thở.

PAHs bị hạn chế vì những lý do sau: - Luật pháp ở các thị trường lớn trên khắp thế giới hạn chế sự hiện diện của các PAH trong thành phẩm. - Một số PAH có thể rất độc đối với sinh vật thủy sinh, và khi ở cao hơn một mức phơi nhiễm nhất định có thể gây ra các tác dụng bất lợi lâu dài trong môi trường thủy sinh. 4 - PAHs khi cao hơn các mức nồng độ nhất định, phơi nhiễm lâu dài đối với một số PAH có thể dẫn đến phát triển các bệnh ung thư đối với con người. - Một số PAH, khi ở cao hơn các mức phơi nhiễm nhất định, có thể làm suy giảm khả năng sinh sản của người hoặc gây ra tổn hại cho thai nhi.

- Hít phải PAH trong không khí có thể gây kích ứng mắt, đường hô hấp [4]. - PAH được phát hiện rộng rãi trong đất, nước thải công nghiệp, trầm tích đáy biển, không khí, thịt và hải sản. Tuy nhiên, có rất ít nghiên cứu đã được thực hiện để đánh giá mức độ ô nhiễm PAHs trong bụi, đặc biệt là trong bụi trong nhà có thể dễ dàng trở thành vật mang các chất ô nhiễm, trực tiếp hoặc gián tiếp bằng cách con người hít thở hoặc nuốt phải và gây ra nhiều loại bệnh. Ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy bụi không khí trong nhà ảnh hưởng nghiêm trọng đối với con người khi tiếp xúc với PAHs [2].

Quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa nhanh chóng đã góp phần gây ra ô nhiễm PAHs nghiêm trọng đối với những thành phố đông dân cư. Các ban ngành đang không ngừng cống hiến cho công cuộc xây dựng kinh tế bằng cách phát triển ngành công nghiệp, nhưng thách thức về môi trường sau đó sẽ ngày càng rõ ràng. Sự phơi nhiễm qua đường tiêu hóa và hít phải bụi trong nhà có thể tương đương với việc tiêu thụ thực phẩm tương ứng, đặc biệt là đối với trẻ em [3]. Nồng độ PAH trọng lượng phân tử thấp (hai hoặc ba vòng) thường cao hơn trong nhà so với ngoài trời, trong khi PAH có trọng lượng phân tử cao (bốn vòng hoặc lớn hơn), nồng độ PAH ở ngoài trời cao hơn trong nhà.

Điều này cho thấy nồng độ PAH bị chi phối bởi nhiều nguồn khác nhau. Tỷ lệ Indoor (I): Outdoor (O) của các PAH riêng lẻ thay đổi từ 0,3 đến 10,5; I: O của BaP (Benzo (a) pyrene) được sử dụng làm chất đánh dấu cho sự tiếp xúc toàn bộ PAHs gây ung thư dao động từ 0,09-3,34. Sự khác biệt về tỷ lệ này cho thấy sự dao động đáng kể, đặc biệt là những nơi có người hút thuốc, nấu ăn, sưởi ấm, điều kiện khí hậu và khả năng thông gió.1: Quá trình di chuyển của bụi không khí trong nhà 1. Tính chất hóa lý của PAHs 1.

Tính chất vật lý của PAHs PAHs là các chất rắn không màu, màu trắng hoặc vàng nhạt ở nhiệt độ phòng. Chúng thường bám vào vật chất dạng hạt (ví dụ như bồ hóng, hạt bụi. PAHs có mùi thơm, độ thơm và vị thơm cũng khác nhau đối với các PAH khác nhau, tùy thuộc vào từng đoạn mạch của vòng thơm, theo quy tắc Clar [5]. Tính chất thơm này chịu ảnh hưởng của số và vị trí các vòng thơm mà có cấu tạo giống vòng benzen.

Ngoài ra, PAHs có áp suất hơi thấp, giảm dần theo khối lượng phân tử tăng, có nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy cao. Ngoại trừ naphtalen, các PAH rất ít tan trong nước, độ tan giảm dần khi khối lượng phân tử tăng dần, nhưng tan tốt trong các dung môi hữu cơ vì chúng có tính ưa mỡ/béo cao. Các PAH có khả năng hấp thụ rất lớn trong vùng tử ngoại ở nhiều dải hấp thụ khác nhau và mỗi vòng (benzen) chỉ hấp thụ trong một dải bước sóng duy nhất. Đặc điểm này thường được ứng dụng để định tính PAHs.

Hầu hết các phân tử PAHs đều có đặc tính phát huỳnh quang và tính bán dẫn. Thông thường PAHs hấp thụ yếu tia hồng ngoại có bước sóng nằm trong khoảng 7-14µm. Một số tính chất vật lý của PAHs được chỉ ra trong bảng 1.1: Tính chất vật lý của một số hợp chất PAHs STT PAH Ký CTPT, Màu Nhiệt độ Nhiệt độ nóng hiệu [KLPT] (g/mol) sôi (°C) chảy (°C) 1 Anthracene Ant C14H10 Không 216,4 342 [178] màu 2 Benzo (a) BaA C18H12 Không 160,7 400 anthracene [228] màu 3 Benzo (a) pyrene BaP C20H12 Hơi 178,1 496 [252] vàng 4 Benzo (b) BbF C20H12 Không 168,3 481 fluoranthene [252] màu 5 Benzo (g,h,i) BghiP C22H12 Vàng 278,3 545 perylene [276] nhạt 6 Benzo (k) BkF C20H12 Vàng 215,7 480 fluoranthene [252] nhạt 7 Chrysene Chr C18H22 Không 253,8 448 [228] màu 8 Dibenzo (a, h) DahA C22H14 Không 266,6 524 anthracene [278] màu 9 Fluoranthene Flt C16H10 Vàng 108,8 375 [202] nhạt 10 Fluorene Flu C13H10 Trắng 115 295 [166] 11 Indeno (l, 2,3- IcdP C22H12 Vàng 163,3 536 c,d) pyrene [276] 12 Phenanthrene Phe C14H10 Không 100,5 340 [178] màu 13 Pyrene Pyr C16H10 Không 150,4 393 [202] màu 14 Naphthalene Naph C10H8 Trắng 81 217,9 [128] 15 Acenaphthylene Acy C12H8 Vàng 92 280 [152] 16 Acenaphthene Ace C12H10 Trắng 95 279 [154] 7 Fluorene (Flu) Phenanthrene (Phe) Anthracene (Ant) Fluoanthene (Flt) Pyrene (Pyr) Benzo (a) Chrysene (Chr) Benzo (b) anthracene (BaA) fluoranthene (BbF) Benzo (k) Benzo (a) pyrene Dibenz (a,h) anthracene Acenaphthylene fluoranthene (BkF) (BaP) (DbahA) (Acy) Indeno (1,2,3-c,d) Benzo (g,h,i) Naphthalene (Naph) Acenaphthene (Ace) pyrene (IcdP) perylene (BghiP) Hình 1.2: Công thức hóa học của 16 PAHs 1. Thành phần hóa học của PAHs PAHs là một nhóm lớn các hợp chất hữu cơ có hai hoặc nhiều vòng thơm (benzen) hợp nhất.

PAH trọng lượng phân tử thấp (hai hoặc ba vòng) xuất hiện trong khí quyển chủ yếu ở pha hơi, trong khi các PAH (năm vòng trở lên) phần lớn liên kết với các hạt. PAH trọng lượng phân tử trung gian (bốn vòng) được phân chia giữa pha hơi và hạt, phụ thuộc vào nhiệt độ. Các PAHs tương đối trơ về mặt hóa học do được cấu tạo từ những vòng benzen nên PAHs có tính chất của hydrocacbon thơm. Chúng có thể tham gia phản ứng thế, 8 phản ứng cộng và phản ứng oxy hóa.

Ngoài ra, chúng bị phân hủy quang học trong không khí, tạo thành nhiều sản phẩm oxi hóa, bao gồm quinon và endopeoxit. Nhiều hợp chất quinon đã được tìm thấy trong bụi đô thị và được xem là sản phẩm của quá trình quang phân. PAHs có thể hình thành các dẫn xuất nito, sunfinic và axit sunfonic, phản ứng với ozon và gốc hydroxyl trong không khí. Việc tạo thành hợp chất nito- PAHs là rất nghiêm trọng vì các hợp chất này có thể có hoạt tính sinh học và gây đột biến gen.

Một số PAHs được sử dụng để sản xuất thuốc nhuộm, polyme, thuốc bảo vệ thực vật, trong công nghiệp dược phẩm [6]. Mức nồng độ PAHs chứa trong bụi không khí trong nhà trên thế giới và tại Việt Nam 1. Mức nồng độ PAHs chứa trong bụi không khí trong nhà trên thế giới Tại Ả Rập Xê Út, từ tháng 3 đến tháng 7 năm 2020, dưới sự bùng phát, lây lan của dịch bệnh do Covit-19 gây ra, mọi người bị giới hạn trong nhà, hầu hết các hoạt động hàng ngày của họ đều diễn ra ở trong nhà của mình, dẫn đến chất lượng môi trường thấp hơn. Các mẫu bụi được thu thập tại các hộ gia đình (n=40), xác định được nồng độ PAHs cao hơn gấp hai lần so với báo cáo trước đây.

Trong đó, PAH có khối lượng phân tử thấp (hai hoặc bốn vòng thơm) và Phenanthrene (Phe) góp mặt đáng kể với nồng độ 1590 ng/g. Mặc dù PAH có khối lượng phân tử lớn (5-6 vòng thơm) được phát hiện với nồng độ thấp hơn nhưng cũng đóng góp hơn 90% trong các hợp chất PAHs gây ung thư [7]. Tại tỉnh Tây Nam, Trung Quốc, nồng độ các PAH dao động từ 2,18µg/g đến 14,20µg/g với giá trị trung bình là 6,78µg/g, nồng độ được tìm thấy nhiều trong các mỏ quặng, thành phố, thị trấn và làng mạc. Nồng độ trung bình của các PAH cao hơn 10% so với bụi chứa trong không khí ngoài trời.

Nguy cơ gây ung thư gia tăng khi con người tiếp xúc với bụi PAHs trong nhà ở mỏ quặng, thành phố, thị trấn và làng mạc là 6,02.10-6 đối với trẻ em và 5,81.10-6 đối với người lớn [3]. 9 Tại các vùng nông thôn Đông Bắc, Trung Quốc, do nhiệt độ mùa đông thấp, nhiên liệu đốt cháy được sử dụng rộng rãi để sưởi ấm và nấu ăn, dẫn đến nồng độ PAH tăng trong nhà tại các khu vực ở nông thôn trong thời gian sưởi ấm và đe dọa đến sức khỏe con người [3]. Hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs) là sản phẩm phụ của quá trình đốt cháy. Chúng là những chất gây ô nhiễm phổ biến ở các nước sản xuất dầu vì quá trình xử lý nhiên liệu hóa thạch tạo ra PAH kết hợp với bụi.

Các hạt bụi trong không khí có chứa PAH được vận chuyển vào nhà trong các cơn bão bụi, thường xảy ra ở các nước sản xuất dầu khô cằn. Tại Kuwait, tổng nồng độ PAHs trung bình là 1112 ±347 µg/kg và nằm trong khoảng từ 450 đến 2242 µg/kg. Các PAH có trọng lượng nặng (4-6 vòng benzen) chiếm 61% tổng nồng độ PAHs [8].