Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Đại cương về Asen 1. Khái niệm về Asen và các dạng tồn tại của Asen Asen được biết đến với tên gọi dân gian khác là “thạch tín”, là một nguyên tố hóa học có số nguyên tử là 33, kí hiệu hóa học là As. Asen có nhiều dạng thù hình như màu vàng và một vài dạng ít gặp có màu đen, xám.
Ở dạng tinh khiết Asen có màu trắng không mùi, vị hơi ngọt, ít tan trong nước [17]. Asen tồn tại ở hai dạng là hợp chất vô cơ và hợp chất hữu cơ. Cả 2 dạng hợp chất, đặc biệt là Asen vô cơ đều tồn tại trong môi trường và nồng độ của nó tùy vào mức độ ô nhiễm môi trường, từ đó quyết định xem nó có ảnh hưởng tới sức khỏe con người hay không [18]. Hợp chất Asen vô cơ: Asen vô cơ là các muối của Asen với các nguyên tố khác, trừ carbon.
Asen vô cơ hầu hết được tìm thấy ở dạng hòa tan trong đất và nước. Asen có mặt ở trong cả nước ngầm và nước mặt, do thấm qua nhiều tầng địa chất khác nhau, nước ngầm thường chứa Asen nhiều hơn nước mặt. Trong nước, Asen là hóa chất không màu, không mùi, không vị nên bằng mắt thường không thể nhận biết được nguồn nước nhiễm asen. Trong nước ngầm, Asen xuất hiện chủ yếu ở hai dạng là asenit (III) và asenat (V).
Asen vô cơ làm tăng nguy cơ bệnh tật và tử vong khi hấp thụ một lượng lớn hoặc tích tụ ở nồng độ thấp trong thời gian dài. Hợp chất Asen hữu cơ: Các dạng Asen hữu cơ gồm metyl-, dimetyl-, trimetyl-asenic thường tìm thấy trong mô của các loài động vật có vú; asenobetan thường tìm thấy trong cá và hải sản; asenocholin, asenosugar, asenolipid thường có trong thực vật. Asen hữu cơ rất dễ hấp thụ nhưng không tích tụ trong cơ thể người mà tự đào thải ra ngoài sau 1 đến 2 ngày. Độc tính của Asen Asen được WHO xếp vào nhóm độc loại A cùng với Hg, Pb, Se, Cd, As bởi Asen tự do cũng như hợp chất của nó rất độc.
Trong hợp chất thì hợp chất của As (III) là độc nhất. Những người bị nhiễm Asen có tỷ lệ đột biến nhiễm sắc thể rất cao. Ngoài việc gây nhiễm độc cấp tính Asen còn gây độc mãn tính do tích lũy trong gan với mức độ khác nhau, liều gây tử vong là 0,1g (tính theo As2O3). Đối với sức khỏe con người, Asen ở dạng hợp chất vô cơ với một lượng lớn có thể gây chết người, ở mức độ nhẹ hơn có thể gây tổn thương mô hay các hệ thống của cơ thể.
Đặc biệt Asen có thể gây ra 19 các loại bệnh khác nhau, trong đó có những bệnh nan y như ung thư da, ung thư phổi. Con đường gây độc chính của Asen vào cơ thể con người là qua đường thức ăn, nước uống, ngoài ra một lượng nhỏ qua đường không khí. Khi cơ thể bị nhiễm độc Asen, tuỳ theo mức độ và thời gian tiếp xúc sẽ biểu hiện những triệu chứng với những tác hại khác nhau [19], chia ra làm hai loại sau: Nhiễm độc cấp tính Tình trạng này thường xảy ra khi hấp thụ một lượng lớn Asen qua đường tiêu hoá hoặc hô hấp. Các triệu chứng xuất hiện sau nửa giờ hay sau nhiều giờ kể từ khi Asen vào cơ thể là: Khô miệng, kèm theo khó nuốt.
Đau bụng dữ dội, nôn rồi tiêu chảy. Phân có nhiều hạt như hạt gạo lẫn máu kiểu trong bệnh tả. Bệnh nhân ở trong tình trạng mất nước, đái ít, thân nhiệt và huyết áp giảm thường có viêm ống thận cấp kèm theo. Chuột rút và co giật.
Tử vong có thể xuất hiện 24 giờ, nhưng nói chung tình trạng bệnh nhân xấu đi kéo dài 3 - 7 ngày. Nếu sống sót, sự phục hồi rất chậm sau nhiều ngày hay nhiều tháng. Khi khỏi, móng tay có vân khía ngang, trong nước tiểu có hồng cầu, protein do thận chưa hồi phục. Nhiễm độc mãn tính Nhiễm độc Asen mãn tính có thể gây ra các tác dụng toàn thân và cục bộ, biểu hiện ở các dấu hiệu chủ quan đầu tiên như khó chịu, đau bụng, các cơn 6 ngứa, đau các khớp, suy nhược.
Tổn thương ngoài da như ban đỏ, sần và mụn nước, các tổn thương kiểu loét nhất là ở các phần da hở, tăng sừng hoá gan bàn tay và bàn chân, nhiễm sắc (đen da do Asen), các vân trắng ở móng (gọi là đám vân Mees). Tổn thương niêm mạc như viêm kết giác mạc, kích ứng các đường hô hấp trên, viêm niêm mạc hô hấp, có thể làm thủng vách ngăn mũi. Các triệu chứng về tiêu hóa như buồn nôn, nôn, đau bụng, tiêu chảy và táo bón luân phiên nhau, loét dạ dày. Các triệu chứng thần kinh với các các biểu hiện như cảm giác tê cóng, bỏng da, kiến bò hoặc ngứa kèm theo run, co giật cơ, teo cơ, liệt chi, viêm nhiều dây thần kinh gây liệt hoặc rối loạn cảm giác.
Gan thoái hoá mỡ, suy gan, suy thận; ung thư da, phổi, xương đều có thể xảy ra khi tiếp xúc thường xuyên với Asen và trong thời gian dài. Nguồn gây ô nhiễm Asen 1. Ô nhiễm Asen từ thiên nhiên Một trong số các nguồn gây ô nhiễm Asen đến từ tự nhiên, đó là các khoáng vật trong các lớp đất đá trầm tích. Đây là một nguyên nhân phổ biến dẫn tới tình trạng ô nhiễm Asen trong nước ngầm, khi mà có sự tương tác qua lại giữa các vật liệu trầm tích với nước ngầm trong các điều kiện môi trường nhất định.
Ở một số khu vực trên thế giới, nước ngầm có hàm lượng Asen rất cao do lớp trầm tích có cấu trúc, thành phần hoá học thuận lợi cho việc hoà tan Asen từ trầm tích ra tầng chứa nước. Hiện tượng này được phát hiện tại các khu vực đồng bằng châu thổ thấp trũng, xảy ra lụt lội hàng năm, dòng chảy thuỷ văn chậm, các lớp trầm tích bồi lắng trẻ thiếu ôxy (mang tính khử) [20]. Asen trong nước ngầm có thể được chia ra làm ba đới oxi hóa khử khác nhau [21]: Đới nông: đới oxi hóa với sự có mặt của oxi hòa tan, mà trong đó, các oxit và hydroxit sắt tồn tại ổn định và Asen được hấp thụ trên bề mặt của chúng. Hàm lượng Asen trong đới này thường thấp.
7 Đới trung bình: đới khử vừa phải hầu như không có mặt oxi hòa tan mà tại đây các oxit và hydroxit sắt đã trải qua quá trình phân hủy, Asen được giải phóng ra khỏi bề mặt của chúng. Đới sâu: đới khử hoàn toàn, nơi mà gốc sulphat (SO42-) bị khử thành H2S. Tại đây, Asen có thể đồng thời kết tủa với các khoáng vật sulphides thứ sinh như pyrite. Nếu hàm lượng sulphat trong nước thấp sẽ không có sự tái lắng đọng của các khoáng vật thứ sinh, và khi đó hàm lượng Asen trong nước ngầm sẽ tăng lên.
Trong điều kiện khử, Asen bị bòa tan và giải phóng khỏi các keo sắt hoặc các vật liệu mà nó bị hấp thụ vào nước ngầm do sự phân hủy các vật chất hữu cơ dưới tác động của các nhóm sinh vật có sẵn trong đất đá. Đây được coi là quá trình chính của sự giải phóng và di chuyển Asen từ trầm tích vào nước ngầm. Không chỉ từ đất đá, trầm tích, Asen còn từ nguồn không khí ô nhiễm di chuyển theo gió, nước mưa di chuyển vào và tích tụ trong nguồn nước. Hoạt động của núi lửa là một nguồn ô nhiễm Asen tự nhiên lớn [22], [23].
Ô nhiễm Asen từ hoạt động nhân tạo Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, xã hội công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày càng bao phủ, vì vậy, một số yếu tố nguy cơ ô nhiễm Asen nữa đến từ chính các hoạt động công nghiệp của con người. Asen được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều các ngành công nghiệp. Asen được sử dụng trong công nghiệp sản xuất phân bón (lân - photpho, đạm - nito) với thành phần trong đá photphate, đá vôi. Asen được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các hóa chất như thuốc bảo vệ thực vật như thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuộc diệt côn trùng, hay các chất làm khô (sản xuất bông), bảo quản (bảo quản gỗ, bảo quản thực phẩm), các phụ gia thực phẩm với nguyên liệu chính là arsenic trioxit.
Đây là một số nguyên nhân khiến Asen tồn dư lượng lớn trong đất trồng, nước ngầm, nước sinh hoạt [24]. 8 Các ngành công nghiệp khai thác quặng, nhất là quặng sunfua, luyện kim tạo ra nguồn ô nhiễm Asen. Việc khai đào ở các mỏ nguyên sinh đã phơi lộ các quặng sunfua, làm gia tăng quá trình phong hóa, bào mòn và tạo ra khối lượng lớn đất đá thải có lẫn Asenopyrit ở lân cận khu mỏ. Tại các nhà máy tuyển quặng, Asenopyrit được tách ra khỏi các khoáng vật có ích và phơi ra không khí.
Asenopyrit bị rửa lũa, dẫn đến hậu quả là một lượng lớn Asen theo dòng chảy lan tràn ra sông suối và các vùng đất xung quanh. Những người khai thác tự do khi đãi quặng đã thêm vào axit sunphuric, xăng dầu, chất tẩy. Asenopyrit sau khi tách khỏi quặng sẽ thành chất thải trôi vào sông suối, gây ô nhiễm tràn lan [25]. Asen cũng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp kính, luyện kim màu hay công nghiệp bán dẫn, hay trong quá trình nóng chảy kim loại màu và sản xuất năng lượng từ dầu mỏ như hoạt động luyện đồng, đốt than đá, cơ khí… dẫn đến ô nhiễm Asen trong không khí, đất và nước, Asen cháy trong không khí tạo thành khói trắng trioxit arsen rất độc hại.
Quá trình đốt cháy để tạo ra năng lượng trong hoạt động giao thông vận tải với nhiên liệu là xăng, dầu hay than đá cũng thải ra môi trường lượng Asen rất lớn [22], [26]. Nền nông nghiệp hiện nay, các hóa chất, thuốc bảo vệ thực vật được sử dụng rất phổ biến, từ phân bón, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc diệt côn trùng, tới thuốc kích thích tăng trưởng,. Trong các hóa chất, thuốc bảo vệ thực vật này ít hay nhiều đều có chứa thành phần Asen và hợp chất của nó. Trải qua quá trình dài sử dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật và phân bón chứa Asen đã dẫn đến tình trạng nhiễm Asen trong đất, trong nước trầm trọng hơn [22], [27].
Cơ chế hấp thụ Asen từ thực phẩm vào cơ thể con người 1. Ô nhiễm Asen vào thực phẩm Ô nhiễm Asen vào thực phẩm từ thiên nhiên là do các quá trình địa chất và trầm tích tạo nên dưới tác động của các quá trình như: quá trình ôxy hoá, quá trình khử, quá trình sinh hoá và sự giải phóng, di chuyển Asen từ lớp đất đá, trầm tích vào nước ngầm.