Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa nhanh chóng làm gia tăng sự phát tán của nhiều nhóm hóa chất công nghiệp tổng hợp vào các thành phần môi trường không khí, đất, nước và trầm tích. Trong đó, paraben, bisphenol và phthalate là ba nhóm hợp chất hữu cơ gây rối loạn nội tiết (endocrine-disrupting chemicals - EDCs) mới nổi, được sử dụng phổ biến trong sản xuất hàng tiêu dùng, mỹ phẩm, dược phẩm và vật liệu nhựa:

  • Paraben (ester của acid p-hydroxybenzoic): Đóng vai trò làm chất kháng khuẩn, chất bảo quản phổ rộng trong dược phẩm, mỹ phẩm và thực phẩm.
  • Bisphenol (gồm Bisphenol A - BPA và các chất tương tự như BPF): Được sử dụng chủ yếu để sản xuất nhựa epoxy, polycarbonate (nhựa PC) phục vụ đóng gói thực phẩm, thiết bị y tế, thiết bị điện tử.
  • Phthalate (diester của acid 1,2-benzenedicarboxylic): Được ứng dụng làm chất hóa dẻo trong các sản phẩm nhựa PVC, vật liệu xây dựng, ống dẫn, đồ gia dụng và chất định hương trong mỹ phẩm.

Các hóa chất này có khả năng gây rối loạn chức năng hệ nội tiết, làm thay đổi hormone tuyến giáp, suy giảm chất lượng tinh trùng, tăng nguy cơ ung thư vú, béo phì, hen suyễn và ảnh hưởng đến sự phát triển của thai nhi và trẻ nhỏ. Mặc dù nhiều quốc gia và tổ chức quốc tế đã ban hành quy định nghiêm ngặt về giới hạn hàm lượng của các chất này, tại Việt Nam, các quy định quản lý mới chỉ bước đầu áp dụng cho một số hóa chất riêng lẻ trong mỹ phẩm và bao bì thực phẩm tiếp xúc trực tiếp (như QCVN 12-1:2011/BYT, Quyết định 2204/QĐ-BYT, Công văn 6577/QLD-MP).

Khoảng trống nghiên cứu chính tại Việt Nam là sự thiếu hụt các quy trình phân tích đồng thời, độ nhạy cao, đạt chuẩn kiểm định cho cả ba nhóm chất trên các nền mẫu môi trường phức tạp (bụi lắng, bụi mịn, nước mặt, trầm tích), cũng như dữ liệu thực nghiệm có hệ thống về mức độ ô nhiễm, phân bố không gian và đánh giá định lượng rủi ro sinh thái, rủi ro sức khỏe con người. Luận án "Nghiên cứu phân tích và đánh giá rủi ro phơi nhiễm một số hợp chất hữu cơ nhóm paraben, bisphenol và phthalate trong môi trường" của nghiên cứu sinh Lê Minh Thùy được thực hiện nhằm giải quyết các khoảng trống khoa học này.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định 3 mục tiêu cụ thể:

  1. Nghiên cứu khảo sát quy trình phân tích và xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp phân tích một số hợp chất nhóm paraben, bisphenol và phthalate trong mẫu bụi lắng, nước mặt và trầm tích.
  2. Đánh giá sự ô nhiễm của các hợp chất này trong mẫu bụi lắng, nước mặt và trầm tích mặt sông thu thập tại Hà Nội; mở rộng phân tích mẫu bụi siêu mịn ở Bắc Ninh.
  3. Bước đầu ước tính rủi ro phơi nhiễm paraben, bisphenol, phthalate qua đường tiêu hóa bụi và rủi ro đối với sinh vật thủy sinh trong môi trường nước và trầm tích.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Gồm 19 hợp chất hữu cơ thuộc 3 nhóm:
    • Nhóm paraben (07 chất): Methyl paraben (MeP), Ethyl paraben (EtP), Propyl paraben (PrP), Isopropyl paraben (iPrP), Butyl paraben (BuP), Benzyl paraben (BzP), Heptyl paraben (HepP).
    • Nhóm bisphenol (02 chất): Bisphenol A (BPA), Bisphenol F (BPF).
    • Nhóm phthalate (10 chất): Dimethyl phthalate (DMP), Diethyl phthalate (DEP), Di-n-propyl phthalate (DPrP), Di-n-butyl phthalate (DBP), Diisobutyl phthalate (DiBP), Dicyclohexyl phthalate (DCHP), Butyl benzyl phthalate (BBzP), Di-n-hexyl phthalate (DnHP), Di-(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP), Di-n-octyl phthalate (DnOP).
  • Phạm vi không gian:
    • Mẫu bụi lắng: Thu thập tại 3 khu vực chức năng gồm nhà ở ($n=13$), xưởng sửa chữa xe ô tô/xe máy ($n=7$) và xưởng tái chế rác thải nhựa ($n=6$) tại thôn Triều Khúc, xã Tân Triều, huyện Thanh Trì và các quận nội thành Hà Nội.
    • Mẫu bụi mịn: Thu thập tại các nút giao thông trọng điểm ở tỉnh Bắc Ninh.
    • Mẫu nước mặt: Thu thập tại hệ thống các hồ và sông trên địa bàn thành phố Hà Nội.
    • Mẫu trầm tích mặt: Thu thập dọc theo lưu vực ba con sông chịu tác động đô thị hóa và hoạt động nhân sinh khác nhau ở miền Bắc gồm sông Tô Lịch, sông Nhuệ và sông Đáy.
  • Phạm vi thời gian: Đợt lấy mẫu bụi lắng tập trung được tiến hành trong khoảng thời gian từ tháng 11 đến tháng 12 năm 2020.
Nhóm hợp chất Số lượng Danh sách chất cụ thể
Paraben 07 MeP, EtP, PrP, iPrP, BuP, BzP, HepP
Bisphenol 02 BPA, BPF
Phthalate 10 DMP, DEP, DPrP, DBP, DiBP, DCHP, BBzP, DnHP, DEHP, DnOP

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây được điểm lại

Luận án tổng thuật các công trình nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam xoay quanh bốn nội dung: tính chất hóa lý và chuyển hóa sinh học, quy chuẩn quản lý, mức độ ô nhiễm môi trường và phương pháp phân tích.

  • Chuyển hóa sinh học và độc tính:

    • Tài liệu công bố chỉ ra paraben trong cơ thể người thủy phân thành acid 4-hydroxybenzoic nhờ enzyme esterase, sau đó liên hợp sulfate (nhờ enzyme sulfotransferase - ST) hoặc liên hợp glucuronide (nhờ UDP-glucuronosyltransferase - UGT) trước khi bài tiết qua nước tiểu, trong đó paraben glucuronide là chất chỉ thị sinh học đặc hiệu trong nước tiểu [10]. Độc tính của paraben đối với sinh vật thủy sinh tăng tỷ lệ thuận với chiều dài mạch carbon hoặc độ phân nhánh của gốc R [17-18, 89]; phơi nhiễm PrP và BuP liên quan đến tổn thương tinh trùng ở nam giới và chứng aeroallergen ở trẻ nhỏ [56].
    • Nghiên cứu in vivo đối với BPA cho thấy chất này chuyển hóa chủ yếu qua quá trình glucuronide hóa ở gan/ruột nhờ UGTs 2B15 và 1A9, bài tiết qua nước tiểu ở dạng glucuronide chiếm 94,6%, dạng sulfate hóa qua SULT 1A1 chiếm 3,7%, và dạng tự do chiếm lượng nhỏ [70]. BPA và BPF gây rối loạn hormone tuyến giáp, tổn thương gen và bất thường nhiễm sắc thể [14, 61, 67, 85].
    • Đối với phthalate, Frederiksen và cộng sự [23] chỉ ra quá trình trao đổi chất qua 2 giai đoạn: thủy phân từ diester thành mono-ester rồi liên hợp glucuronide. EPA Hoa Kỳ phân loại DEHP và BBzP vào nhóm có khả năng gây ung thư ở người [63].
    • Về con đường phơi nhiễm, nghiên cứu của Liao và Kannan [46] phát hiện BPA trong 75% mẫu thực phẩm tại Albany (Hoa Kỳ) với hàm lượng trung bình 4,38 ng/g mẫu tươi; Healy và cộng sự [32] ghi nhận hơn 90% trẻ em tại Mỹ, Châu Âu, Châu Á và Úc nhiễm BPA; Toni và cộng sự [78] phát hiện phthalate trong các mẫu cà phê đóng gói sẵn cao hơn mẫu tự pha chế.

  • Khảo sát ô nhiễm trong các môi trường:

    • Không khí và bụi: Hàm lượng paraben trong không khí trong nhà tại Isfahan (Iran) dao động 0,004–1,25 ng/m³ [30]; BPA, BPF, BPS trong không khí Albany đạt trung bình 0,43 ng/m³, 0,69 ng/m³ và 0,09 ng/m³ [80]; Ma và cộng sự [52] ghi nhận tổng 6 phthalate trong PM2.5 tại Thượng Hải đạt 13,3–186 ng/m³. Wang và cộng sự [87] công bố nồng độ bisphenol và paraben trong bụi lắng tại Hoa Kỳ, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc dao động lần lượt 1350–2380 ng/g và 573–2180 ng/g; Fromme và cộng sự [24] ghi nhận DEHP chiếm 70% tổng phthalate trong bụi nhà trẻ ở Đức (888 mg/kg). Tại Việt Nam, Trần Mạnh Trí và cộng sự ghi nhận tổng phthalate trong không khí trong nhà miền Bắc dao động 106–16000 ng/m³ [81], nồng độ trung vị bisphenol và paraben trong bụi lần lượt là 184 ng/g và 123 ng/g [83]; Trương Anh Dũng và cộng sự [6] phát hiện hàm lượng phthalate trong bụi không khí mùa hè tại Phú Đô cao hơn đường Phạm Văn Đồng.
    • Nước và trầm tích: Paraben và bisphenol xuất hiện phổ biến trong nước thải đô thị do công nghệ xử lý thông thường không loại bỏ triệt để [17, 22, 53]. Ô nhiễm phthalate trong trầm tích sông được nghiên cứu nhiều tại Trung Quốc [25, 41, 43, 86, 94]; nồng độ 15 phthalate tại Bắc Biển Đông dao động 49,2–440 ng/g [11]; Nguyen và cộng sự [60] phát hiện BPA (0,03–1,79 µg/kg) và 13 phthalate (47,16–295,48 µg/kg) trong trầm tích vùng biển Quảng Ninh.

  • Quy chuẩn quản lý quốc tế và Việt Nam:

Quốc gia / Tổ chức Hợp chất Ngưỡng quy định / Tiêu chuẩn áp dụng
FAO/WHO (1974) MeP, EtP, PrP Tổng lượng tiêu thụ hàng ngày chấp nhận được (ADI): 10 mg/kg-bw/ngày
Liên minh Châu Âu (EU) iPrP, iBuP, PheP, BzP, PeP Cấm sử dụng trong mỹ phẩm (Quy định 358/2014, 1004/2014)
Liên minh Châu Âu (EU) DEHP, DBP, BBzP, DnOP, DiNP, DiDP Cấm trong đồ chơi và sản phẩm trẻ em từ năm 2007; DiIBP bổ sung năm 2018
Hoa Kỳ (US EPA / FDA) Paraben / BPA / Phthalate Paraben trong phụ gia thực phẩm $\le 0,1%$; CPSIA cấm BBzP, DBP, DEHP trong đồ chơi trẻ em
Việt Nam (Cục Quản lý Dược) Paraben Cấm iPrP, iBuP, PheP, BzP, PeP; PrP và BuP đơn lẻ $\le 0,14%$, hỗn hợp $\le 0,8%$ (Công văn 6577/QLD-MP)
Việt Nam (Bộ Y tế) BPA / DEHP Thôi nhiễm BPA trong nhựa PC $\le 2,5\ \mu\text{g/mL}$ (QCVN 12-1:2011/BYT); Nhiễm chéo DEHP $\le 1,5\ \text{mg/kg}$ (QĐ 2204/QĐ-BYT)

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Luận án tập trung xây dựng quy trình phân tích đồng thời, có độ chọn lọc và độ nhạy cao trên các thiết bị khối phổ ba tứ cực hiện đại (UHPLC/MS/MS, HPLC/MS/MS, GC/MS/MS) sử dụng phương pháp nội chuẩn/ngoại chuẩn pha loãng đồng vị cho 19 hợp chất thuộc 3 nhóm paraben, bisphenol và phthalate; đồng thời đánh giá toàn diện hiện trạng ô nhiễm trên 4 nền mẫu (bụi lắng, bụi mịn, nước mặt, trầm tích) và mô hình hóa rủi ro sinh thái và sức khỏe con người tại khu vực miền Bắc Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

  • Đặc tính cấu tạo và hóa lý: Paraben phân cực trung bình đến cao, độ tan trong nước giảm theo chiều dài mạch alkyl/aryl. Bisphenol gồm hai vòng phenol liên kết qua cầu carbon/lưu huỳnh, có tính phân cực trung bình. Phthalate là các diester ít phân cực, kỵ nước, độ tan trong nước rất thấp và log $K_{ow}$ cao (lên đến 8,10 đối với DnOP).
  • Nguyên lý phân tách và ion hóa khối phổ:
    • Paraben và Bisphenol: Phân tách bằng sắc ký lỏng pha đảo (cột C18), sử dụng nguồn ion hóa phun điện tử ở chế độ ion hóa âm (ESI$^-$) và ghi phổ ở chế độ quan trắc nhiều quá trình phân mảnh (MRM/SRM) để định lượng các ion phân tử $[M-H]^-$ và ion mảnh đặc trưng.
    • Phthalate: Phân tách bằng sắc ký khí mao quản (cột pha tĩnh phân cực rất thấp 5% diphenyl, 95% dimethylsiloxane), sử dụng nguồn ion hóa va chạm điện tử (EI, năng lượng 70 eV) ở chế độ quét MRM.
  • Kỹ thuật định lượng pha loãng đồng vị: Sử dụng các chất chuẩn đồng hành đánh dấu đồng vị bền ($^{13}\text{C}$ hoặc Deuterium) để hiệu chỉnh ảnh hưởng của hiệu ứng nền (matrix effect) và sự thất thoát trong quá trình xử lý mẫu.

Phương pháp thực nghiệm và kỹ thuật phân tích

  • Hệ thống thiết bị sắc ký - khối phổ:

    • Hệ phân tích paraben: Hệ sắc ký lỏng siêu hiệu năng cao ghép nối khối phổ ba tứ cực (UHPLC/TSQ Quantis MS, Thermo Scientific), cột tách Supelcosil LC-18 ($150 \times 3,0\ \text{mm}$, kích thước hạt $3\ \mu\text{m}$).
    • Hệ phân tích bisphenol: Hệ sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép nối khối phổ ba tứ cực (HPLC/MS/MS 8040, Shimadzu), cột tách Kinetex C18 ($150 \times 2,1\ \text{mm}$, kích thước hạt $2,6\ \mu\text{m}$).
    • Hệ phân tích phthalate: Hệ sắc ký khí ghép nối khối phổ ba tứ cực (GC/MS/MS TSQ9000, Thermo Scientific), cột mao quản DB-5MS ($30\ \text{m} \times 0,25\ \text{mm} \times 0,25\ \mu\text{m}$), khí mang Helium độ tinh khiết 99,9999% với tốc độ dòng $1\ \text{mL/phút}$.

  • Hóa chất và chất chuẩn:

    • Chất chuẩn phân tích (Native Standards - NS): Độ tinh khiết $>98-99%$ từ các hãng TCI, Sigma-Aldrich, Supelco.
    • Chất chuẩn đồng hành (Labelled Standards - LS): $^{13}\text{C}_6\text{-MeP}$, $^{13}\text{C}6\text{-BuP}$, $^{13}\text{C}{12}\text{-BPA}$, DMP-$d_4$, DEP-$d_4$, DPrP-$d_4$, DiBP-$d_4$, DnHP-$d_4$, BBzP-$d_4$, DEHP-$d_4$ từ Sigma-Aldrich, Toronto Chemical, Dr. Ehrenstorfer.
    • Dung môi sắc ký: Dichloromethane (DCM), Hexane, Acetone, Acetonitrile (ACN), Methanol (MeOH) độ tinh khiết dùng cho sắc ký; muối $\text{Na}_2\text{SO}_4$ khan nung ở 400 °C trong 4 giờ; acid formic, acid acetic, ammonium formate ($\text{HCOONH}_4$).

  • Quy trình xử lý mẫu:

    • Mẫu rắn (bụi lắng, trầm tích khô): Chiết lỏng - rắn bằng kỹ thuật chiết siêu âm (UAE) với dung môi hữu cơ thích hợp, cô quay chân không, làm sạch qua cột chiết pha rắn (SPE) nếu cần.
    • Mẫu lỏng (nước mặt): Lọc qua màng lọc, sau đó làm giàu và chiết tách bằng cột chiết pha rắn SPE (khảo sát các loại cột Bond elut LRC-C18, Poly Sery HLB, Copure HLB, Oasis HLB $60\ \text{mg}, 3\ \text{mL}$).
    • Khử nhiễm chéo: Hạn chế dụng cụ nhựa; dụng cụ thủy tinh tráng rửa acetone, hexane và nung ở 400 °C trong 8 giờ.

  • Đường chuẩn làm việc:

Nhóm hợp chất Số điểm chuẩn Nồng độ chất phân tích ($C_{NS}$) Nồng độ chuẩn đồng hành ($C_{LS}$) Dung môi
Paraben 7 điểm (Cal 1 – Cal 7) 1; 2; 5; 10; 20; 50; 100 ng/mL 100 ng/mL MeOH
Bisphenol 7 điểm (Cal 1 – Cal 7) 1; 5; 10; 50; 100; 200; 500 ng/mL 200 ng/mL MeOH
Phthalate 7 điểm (Cal 1 – Cal 7) 2; 5; 10; 20; 50; 100; 200 ng/mL 200 ng/mL Hexane

Đánh giá và xử lý số liệu

  • Kiểm soát chất lượng (QA/QC) và Xác nhận giá trị sử dụng (XNGTSD): Đánh giá độ ổn định tín hiệu thiết bị, độ lặp lại (RSD), giới hạn phát hiện thiết bị (IDL), giới hạn định lượng thiết bị (IQL), giới hạn phát hiện phương pháp (MDL), giới hạn định lượng phương pháp (MQL), độ thu hồi (Recovery - Re%) trên mẫu trắng thêm chuẩn (spiked blank) và mẫu thực.
  • Xử lý thống kê: Phân tích hệ số tương quan phi tham số Spearman, phân tích thành phần chính (Principal Component Analysis - PCA), phân tích nhóm (Cluster Analysis - CA) sử dụng phần mềm Minitab và Microsoft Excel.
  • Mô hình đánh giá rủi ro:
    • Rủi ro sinh thái: Xác định thương số rủi ro (Risk Quotient - $RQ$) đối với loài giáp xác Daphnia magna trong môi trường nước và loài cá medaka (Oryzias latipes) trong môi trường trầm tích: $$RQ = \frac{\text{MEC}}{\text{PNEC}}$$ (trong đó $\text{MEC}$ là nồng độ đo được trong môi trường, $\text{PNEC}$ là nồng độ dự đoán không gây ảnh hưởng).
    • Rủi ro sức khỏe con người: Tính toán lượng phơi nhiễm ước tính hàng ngày qua đường ăn nuốt bụi ($EDI$, đơn vị ng/kg/ngày) cho các nhóm đối tượng (người lớn, trẻ em) và đánh giá chỉ số nguy cơ không gây ung thư ($HQ$): $$HQ = \frac{EDI}{RfD}$$ (trong đó $RfD$ là liều tham chiếu qua đường miệng).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan chung về đối tượng nghiên cứu

Chương 1 cung cấp cơ sở tổng quan toàn diện về:

  • Cấu tạo hóa học, danh pháp, tính chất hóa lý (bảng thông tin 19 chất nghiên cứu gồm CAS, công thức phân tử, khối lượng phân tử MW, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, độ tan, hệ số phân bố bát phân/nước $\log K_{ow}$, hằng số phân ly acid $pK_a$).
  • Cơ chế chuyển hóa sinh học của paraben, bisphenol và phthalate trong cơ thể sống qua các con đường enzym gan, ruột và dạng bài tiết trong nước tiểu.
  • Tổng hợp các bằng chứng độc học về khả năng gây rối loạn nội tiết, độc tính sinh sản, dị tật thai nhi ("hội chứng phthalate") và nguy cơ gây ung thư.
  • Đánh giá các con đường phơi nhiễm chính: tiêu hóa thực phẩm, nuốt bụi, hít thở không khí và hấp thụ qua da từ mỹ phẩm.
  • Hiện trạng phát thải và mức độ ô nhiễm của 3 nhóm hóa chất trong các thành phần môi trường (không khí, bụi mịn PM2.5, bụi lắng, nước mặt, trầm tích) trên thế giới và tại Việt Nam.
  • Đặc điểm khu vực nghiên cứu tại miền Bắc: Hà Nội (áp lực bụi mịn, 7 triệu m³/ngày đêm nước thải, đặc trưng ô nhiễm tại sông Tô Lịch, sông Nhuệ, sông Đáy) và Bắc Ninh (áp lực ô nhiễm không khí công nghiệp và làng nghề).
  • Tổng quan các kỹ thuật lấy mẫu, tiền xử lý (UAE, PLE, SPE) và phân tích sắc ký khối phổ tiên tiến (GC/MS/MS, LC/MS/MS, các kiểu detector và kỹ thuật quét MRM/SRM).

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm

Chương 2 mô tả chi tiết phương pháp luận, thiết bị, hóa chất và toàn bộ quy trình thực nghiệm:

  • Thiết lập quy trình lấy mẫu bụi lắng (quét gộp, rây sàng $150\ \mu\text{m}$, bảo quản 4 °C), mẫu nước mặt (bình thủy tinh nắp PTFE, lấy sau 3 ngày không mưa) và mẫu trầm tích mặt (gầu inox, đông khô, nghiền mịn).
  • Tối ưu hóa các thông số vận hành trên thiết bị:
    • UHPLC/MS/MS (paraben): Lựa chọn pha động, tốc độ dòng, năng lượng phân mảnh, xác định các cặp ion định lượng/định tính trên nguồn ESI$^-$.
    • HPLC/MS/MS (bisphenol): Tối ưu hóa điều kiện ion hóa ESI$^-$ cho BPA và BPF.
    • GC/MS/MS (phthalate): Tối ưu hóa chương trình nhiệt độ cột DB-5MS, tốc độ khí mang Helium và các mảnh vỡ ion đặc trưng ở chế độ va chạm điện tử EI.
  • Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu thực tế:
    • Lựa chọn pha tĩnh cột SPE (so sánh hiệu suất thu hồi giữa các loại cột HLB và C18).
    • Khảo sát loại dung môi chiết cho mẫu rắn (nền bụi lắng) và thể tích dung môi rửa giải cho từng nhóm chất.
  • Thiết lập quy trình QA/QC, dựng đường chuẩn làm việc 7 điểm và phương pháp xác nhận giá trị sử dụng (XNGTSD) theo các tiêu chuẩn phân tích vết quốc tế.
  • Xây dựng phương pháp tính toán nồng độ thực tế trong mẫu dựa trên diện tích pic so với chuẩn đồng hành và công thức tính toán $RQ$, $EDI$, $HQ$.

Chương 3: Kết quả và bàn luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm và thảo luận chuyên sâu:

  • Tối ưu hóa thiết bị và xử lý mẫu: Xác lập thời gian lưu ($RT$), các chuyển mức ion mẹ $\rightarrow$ ion con, năng lượng va chạm ($CE$), độ ổn định tín hiệu sắc ký, khoảng tuyến tính đường chuẩn ($R^2 > 0,99$), IDL và IQL cho 19 hợp chất. Cột SPE HLB và dung môi phân cực thích hợp (MeOH, hỗn hợp DCM/Hexane) cho độ thu hồi cao nhất ($>70-110%$, RSD $<15%$).
  • Đặc trưng ô nhiễm trong mẫu bụi:
    • Bụi lắng: Phân bố hàm lượng theo thứ tự $\text{Phthalate} \gg \text{Bisphenol} > \text{Paraben}$. Nồng độ DEHP và DiBP chiếm ưu thế tuyệt đối trong nhóm phthalate. Xưởng tái chế chất thải nhựa và xưởng sửa chữa xe có mức độ tích tụ bisphenol và phthalate cao hơn đáng kể so với nhà ở dân cư.
    • Bụi mịn: Xác định hàm lượng và đặc trưng phát tán của các phthalate trong bụi giao thông tại Bắc Ninh.
  • Đặc trưng ô nhiễm trong môi trường nước và trầm tích:
    • Nước mặt: Phát hiện sự có mặt phổ biến của MeP, PrP, BPA, BPF và một số phthalate mạch ngắn/trung bình; hàm lượng paraben và bisphenol trong nước sông nội thành cao hơn nước hồ do tiếp nhận trực tiếp nước thải đô thị.
    • Trầm tích mặt: Phân bố nồng độ phản ánh rõ nét mức độ đô thị hóa: sông Tô Lịch $>$ sông Nhuệ $>$ sông Đáy. Các chất có $\log K_{ow}$ cao (như DEHP, DnOP, các paraben mạch dài) có xu hướng lắng đọng và tích tụ mạnh trong pha trầm tích giàu hữu cơ.
  • Phân tích tương quan và nguồn gốc: Kết quả tương quan Spearman chỉ ra mối liên hệ phát thải chung giữa MeP - PrP, BPA - BPF, và các cặp phthalate hóa dẻo. Phân tích PCA/CA phân nhóm rõ rệt các nguồn phát sinh từ rác thải nhựa, sản phẩm chăm sóc cá nhân và hoạt động giao thông/công nghiệp.
  • Đánh giá rủi ro sinh thái và sức khỏe:
    • Rủi ro sinh thái: Giá trị $RQ$ của một số chất (đặc biệt là DEHP, BPA và một số paraben) đối với D. magna trong nước và cá medaka trong trầm tích vượt ngưỡng rủi ro tại các vị trí tiếp nhận nước thải đậm đặc trên sông Tô Lịch.
    • Rủi ro sức khỏe con người: Giá trị phơi nhiễm qua nuốt bụi ($EDI$) ở trẻ em cao hơn người lớn; tuy nhiên chỉ số nguy cơ không gây ung thư ($HQ$) của các chất riêng lẻ đều nằm trong ngưỡng an toàn ($HQ < 1$), mặc dù rủi ro tích lũy từ hỗn hợp nhiều chất cần được tiếp tục quan tâm.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học và phương pháp luận

  • Xây dựng, tối ưu hóa và xác nhận giá trị sử dụng thành công ba quy trình phân tích độc lập, đồng thời và có độ nhạy cao xác định 19 hợp chất hữu cơ gây rối loạn nội tiết (07 paraben, 02 bisphenol, 10 phthalate) trên các hệ thiết bị sắc ký ghép khối phổ ba tứ cực (UHPLC/MS/MS, HPLC/MS/MS, GC/MS/MS) kết hợp kỹ thuật chiết pha rắn (SPE) và chiết siêu âm (UAE).
  • Ứng dụng kỹ thuật pha loãng đồng vị với bộ chất chuẩn đánh dấu $^{13}\text{C}$ và Deuterium ($^{13}\text{C}_6\text{-MeP}$, $^{13}\text{C}6\text{-BuP}$, $^{13}\text{C}{12}\text{-BPA}$, các phthalate-$d_4$), giúp kiểm soát hiệu quả hiệu ứng nền và nâng cao độ chính xác trong phân tích lượng vết đối với các nền mẫu phức tạp (bụi, nước mặt, trầm tích).

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  • Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm toàn diện, đồng bộ đầu tiên về mức độ ô nhiễm, thành phần đồng loại và đặc trưng phân bố không gian của 19 hóa chất thuộc nhóm paraben, bisphenol và phthalate trong các vi môi trường bụi lắng (nhà ở, xưởng sửa chữa, xưởng tái chế nhựa), bụi mịn, nước mặt và trầm tích sông hồ tại Hà Nội và Bắc Ninh.
  • Làm sáng tỏ mối tương quan về nguồn gốc phát tán của các chất gây rối loạn nội tiết thông qua phân tích thống kê đa biến (Spearman, PCA, CA), chỉ ra tác động rõ rệt của quá trình đô thị hóa và hoạt động xả thải chưa qua xử lý tới chất lượng nước và trầm tích các lưu vực sông Tô Lịch, sông Nhuệ, sông Đáy.
  • Cung cấp dẫn liệu khoa học định lượng về rủi ro sinh thái đối với thủy sinh vật (D. magna, cá medaka) và rủi ro sức khỏe con người qua đường tiêu hóa bụi, đóng vai trò làm căn cứ thực tiễn phục vụ quản lý môi trường.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Kiến nghị các cơ quan quản lý (Bộ Tài nguyên và Môi trường, Bộ Y tế) xem xét ban hành bổ sung quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn cho phép của các hợp chất nhóm bisphenol, paraben và phthalate trong môi trường nước mặt, trầm tích và không khí xung quanh.
  • Tăng cường kiểm soát và xử lý nước thải đô thị, nước thải công nghiệp tập trung trước khi xả ra lưu vực sông Tô Lịch và sông Nhuệ; nâng cao quy chuẩn thu gom, phân loại và xử lý khí/bụi tại các làng nghề và cơ sở tái chế rác thải nhựa.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

  • Phạm vi khảo sát mẫu bụi lắng mới tập trung tại 26 vị trí đại diện cho 3 nhóm không gian chức năng tại một số quận/huyện của Hà Nội; mẫu bụi mịn mới bước đầu khảo sát tại các nút giao thông ở Bắc Ninh.
  • Đánh giá rủi ro sức khỏe con người mới chỉ tập trung mô hình hóa phơi nhiễm qua đường tiêu hóa do ăn nuốt bụi vô ý, chưa tính toán tích hợp đầy đủ các con đường phơi nhiễm quan trọng khác như hít thở không khí (pha khí và pha hạt) và hấp thụ trực tiếp qua da.
  • Chưa khảo sát mở rộng các chất thay thế mới nổi khác của bisphenol (như BPS, BPAF) và các dẫn xuất chuyển hóa sâu của phthalate trong các thành phần môi trường.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Mở rộng quy mô và tần suất lấy mẫu quan trắc theo mùa trên nhiều dạng không gian chức năng khác nhau (trường học, văn phòng, khu công nghiệp) và các lưu vực sông lớn ở đồng bằng Bắc Bộ.
  • Tích hợp đo đạc thực tế hàm lượng các chất trong cả 3 con đường phơi nhiễm (hô hấp, tiêu hóa, tiếp xúc qua da) kết hợp phân tích các chất chuyển hóa trong mẫu sinh học người (nước tiểu, huyết thanh) để đánh giá tổng liều phơi nhiễm nội tại.
  • Nghiên cứu cơ chế tích tụ sinh học và chuyển hóa của các hợp chất này trong chuỗi thức ăn thủy sinh tại các hệ sinh thái nước ngọt.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên ngành Hóa phân tích, Hóa môi trường: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về quy trình xây dựng phương pháp phân tích vết/siêu vết các hợp chất hữu cơ khó phân tích bằng kỹ thuật LC/MS/MS và GC/MS/MS; phương pháp tối ưu hóa điều kiện chiết SPE, UAE; kỹ thuật xử lý số liệu QA/QC và phân tích thống kê đa biến (PCA, CA).
  • Đối với các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm môi trường và an toàn thực phẩm: Cung cấp quy trình phân tích chuẩn hóa, các thông số ion phân mảnh khối phổ (MRM) và quy trình xác nhận giá trị sử dụng phương pháp có thể áp dụng trực tiếp vào thực tế kiểm nghiệm.
  • Đối với các nhà quản lý môi trường và hoạch định chính sách y tế công cộng: Cung cấp cơ sở dữ liệu thực chứng về mức độ ô nhiễm nền và các chỉ số cảnh báo rủi ro sinh thái ($RQ$), rủi ro sức khỏe ($HQ$) để xây dựng, hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về hóa chất gây rối loạn nội tiết tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án nghiên cứu bao nhiêu hợp chất và sử dụng các kỹ thuật thiết bị sắc ký - khối phổ nào?

Luận án nghiên cứu tổng cộng 19 hợp chất thuộc 3 nhóm:

  • 07 paraben (MeP, EtP, PrP, iPrP, BuP, BzP, HepP) được phân tích trên hệ sắc ký lỏng siêu hiệu năng cao ghép nối khối phổ ba tứ cực (UHPLC/TSQ Quantis MS) với cột Supelcosil LC-18.
  • 02 bisphenol (BPA, BPF) được phân tích trên hệ sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép nối khối phổ ba tứ cực (HPLC/MS/MS 8040) với cột Kinetex C18.
  • 10 phthalate (DMP, DEP, DPrP, DBP, DiBP, DCHP, BBzP, DnHP, DEHP, DnOP) được phân tích trên hệ sắc ký khí ghép nối khối phổ ba tứ cực (GC/MS/MS TSQ9000) với cột mao quản DB-5MS và khí mang Helium.

2. Mẫu bụi lắng trong nghiên cứu được thu thập và xử lý sơ bộ như thế nào?

26 mẫu bụi lắng được thu thập từ tháng 11 đến tháng 12 năm 2020 tại Hà Nội, chia thành 3 nhóm không gian: nhà ở ($n=13$), xưởng sửa chữa xe ô tô/xe máy ($n=7$) và xưởng tái chế chất thải nhựa ($n=6$). Mẫu được quét gom bằng chổi tại nhiều vị trí bề mặt sàn và thiết bị để tạo mẫu gộp, gói trong giấy nhôm, chuyển về phòng thí nghiệm, sàng qua rây kích thước lỗ $150\ \mu\text{m}$ nhằm loại bỏ dị vật thô và đồng nhất mẫu, sau đó bảo quản ở 4 °C trước khi chiết siêu âm (UAE).

3. Con đường chuyển hóa sinh học của paraben và bisphenol A trong cơ thể người diễn ra như thế nào?

  • Paraben: Thủy phân thành acid 4-hydroxybenzoic nhờ enzyme esterase, sau đó liên hợp với sulfate (nhờ enzyme sulfotransferase - ST sử dụng PAPS) hoặc glucuronide (nhờ enzyme UDP glucuronosyltransferase - UGT sử dụng UDPGA) trước khi bài tiết qua nước tiểu. Dạng paraben glucuronide được dùng làm chất chỉ thị sinh học đặc hiệu trong nước tiểu.
  • Bisphenol A (BPA): Trải qua quá trình glucuronide hóa nhờ các enzyme UGTs 2B15 và 1A9 là chủ yếu (chiếm 94,6% lượng bài tiết qua nước tiểu), một phần nhỏ bị sulfate hóa bởi enzyme SULT 1A1 tạo thành BPA sulfate (3,7%), phần còn lại bài tiết dưới dạng BPA tự do không liên hợp.

4. Quy định hiện hành tại Việt Nam đối với ba nhóm chất này như thế nào?

  • Paraben: Công văn 6577/QLD-MP của Cục Quản lý Dược cấm 5 dẫn xuất (iPrP, iBuP, PheP, BzP, PeP); giới hạn PrP, BuP và muối ở mức $\le 0,14%$ (dạng đơn lẻ) và tổng nồng độ hỗn hợp paraben $\le 0,8%$ trong mỹ phẩm.
  • BPA: QCVN 12-1:2011/BYT quy định giới hạn thôi nhiễm tối đa của BPA trong bao bì, dụng cụ nhựa polycarbonate tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm là $\le 2,5\ \mu\text{g/mL}$.
  • Phthalate: Quyết định 2204/QĐ-BYT năm 2011 quy định mức giới hạn nhiễm chéo tạm thời của DEHP trong thực phẩm là $1,5\ \text{mg/kg}$ (thực phẩm rắn) và $1,5\ \text{mg/L}$ (thực phẩm lỏng).

5. Phương pháp đánh giá rủi ro sinh thái và rủi ro sức khỏe con người được thực hiện qua các chỉ số nào?

  • Rủi ro sinh thái: Đánh giá qua thương số rủi ro $RQ = \text{MEC} / \text{PNEC}$ đối với loài giáp xác Daphnia magna trong môi trường nước và loài cá medaka (Oryzias latipes) trong trầm tích.
  • Rủi ro sức khỏe con người: Tính toán lượng phơi nhiễm ước tính hàng ngày ($EDI$, ng/kg/ngày) do ăn nuốt bụi cho người lớn và trẻ em, sau đó so sánh với liều tham chiếu qua đường miệng ($RfD$) để xác định chỉ số nguy cơ không gây ung thư $HQ = EDI / RfD$.

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Lê Minh Thùy là công trình thực nghiệm chuyên khảo về hóa học phân tích môi trường, đã xây dựng và chuẩn hóa thành công các quy trình phân tích lượng vết 19 hợp chất hữu cơ gây rối loạn nội tiết thuộc nhóm paraben, bisphenol và phthalate trên các hệ thiết bị sắc ký ghép khối phổ ba tứ cực hiện đại. Các kết quả phân tích trên các nền mẫu bụi lắng, bụi mịn, nước mặt và trầm tích tại Hà Nội và Bắc Ninh đã cung cấp bức tranh thực nghiệm toàn diện về mức độ ô nhiễm, đặc trưng phân bố và nguồn gốc phát tán của các chất này trong môi trường đô thị miền Bắc Việt Nam. Đồng thời, các đánh giá định lượng về thương số rủi ro sinh thái ($RQ$) và chỉ số nguy cơ sức khỏe ($HQ$) đã xác lập cơ sở khoa học phục vụ công tác giám sát chất lượng môi trường và xây dựng các chính sách quản lý hóa chất tại Việt Nam.