Luận văn: Phân tích PAHs trong không khí Hà Nội theo độ cao (GC-MS)

Nghiên cứu về ô nhiễm PAHs tại Hà Nội theo độ cao. Phân tích nồng độ PAHs trong không khí, đánh giá tác động đến sức khỏe cộng đồng.

Chuyên ngành

Hóa học

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Luận văn thạc sĩ

2021

77
3
0

Phí lưu trữ

30 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG

MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HYDROCACBON ĐA VÒNG THƠM

1.1. Tổng quan về PAHs

1.2. Tính chất hóa lý của PAHs

1.2.1. Tính chất vật lý

1.2.2. Tính chất hóa học

1.3. Nguồn gốc phát sinh PAHs trong môi trường

1.3.1. Nguồn tự nhiên

1.3.2. Nguồn gốc nhân tạo

1.3.3. Phát tán PAHs trong môi trường

1.4. Độc tính và ảnh hưởng của PAHs đến môi trường sống

2. CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU PAHs TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước

2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước

3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU THỤ ĐỘNG VÀ HỆ SỐ LẤY MẪU

3.1. Phương pháp lấy mẫu không khí thụ động

3.2. Hệ số lấy mẫu

4. CHƯƠNG 4: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PAHs TRONG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ

4.1. Sắc ký lớp mỏng (TLC)

4.2. Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)

4.3. Sắc ký khí - khối phổ (GC/MS)

5. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NGUỒN PHÁT THẢI PAHs

5.1. Dựa vào phương pháp phân tích thành phần chính (PCA)

5.2. Phương pháp tỉ lệ đồng phân PAHs

6. CHƯƠNG 6: RỦI RO CỦA CHẤT GÂY Ô NHIỄM TỚI CON NGƯỜI

7. CHƯƠNG 7: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

7.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

7.2. THÔNG TIN VỊ TRÍ LẤY MẪU

7.3. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT

7.3.1. Thiết bị và dụng cụ

7.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

7.4.1. Phương pháp lấy mẫu

7.4.2. Phương pháp xử lý và phân tích mẫu

7.4.3. Phương pháp kiểm soát (QA/QC)

7.4.4. Phương pháp xử lý số liệu

8. CHƯƠNG 8: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

8.1. KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG TỚI PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU, PHÂN TÍCH MẪU

8.1.1. Tính toán hệ số thu mẫu

8.1.2. Ảnh hưởng của dung môi tách chiết mẫu

8.1.3. Khảo sát quá trình làm sạch

8.2. NỒNG ĐỘ PAHs TRONG KHÔNG KHÍ

8.2.1. Nồng độ PAHs trong không khí

8.2.2. Đánh giá mức độ ô nhiễm PAHs trong không khí theo độ cao

8.3. BƯỚC ĐẦU XÁC ĐỊNH NGUỒN PHÁT THẢI PAHs

8.3.1. Dựa vào tỷ lệ của các PAH

8.3.2. Phân tích thành phần chính (PCA)

8.4. ĐÁNH GIÁ RỦI RO CỦA CHẤT GÂY Ô NHIỄM KHI TÁC ĐỘNG TỚI CON NGƯỜI

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan PAHs trong không khí Hà Nội và nguy cơ tiềm ẩn

Hydrocarbon đa vòng thơm, hay PAHs (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons), là một nhóm các hợp chất hữu cơ độc hại, hình thành từ quá trình đốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu hóa thạch và vật liệu hữu cơ. Tại các đô thị lớn như Hà Nội, với mật độ giao thông và hoạt động công nghiệp cao, ô nhiễm không khí do PAHs đang trở thành một vấn đề đáng báo động. Các hợp chất này có khả năng tồn tại bền bỉ trong môi trường, tích lũy sinh học trong chuỗi thức ăn và gây ra nhiều tác động tiêu cực đến sức khỏe con người. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng phơi nhiễm với PAHs có thể dẫn đến các bệnh về đường hô hấp, ảnh hưởng đến hệ miễn dịch, thần kinh và đặc biệt là làm tăng nguy cơ ung thư. Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US-EPA) đã liệt kê 16 loại PAHs vào danh sách các chất ô nhiễm ưu tiên cần kiểm soát, trong đó có những chất được xác định là tác nhân gây ung thư mạnh như Benzo(a)pyrene (BaP). Các hạt PAHs trong không khí thường tồn tại ở hai dạng chính: pha khí đối với các hợp chất có phân tử lượng thấp (2-3 vòng thơm) và hấp phụ trên các hạt bụi lơ lửng đối với các hợp chất có phân tử lượng cao (từ 4 vòng trở lên). Chính dạng hấp phụ trên bụi mịn này khiến PAHs dễ dàng xâm nhập sâu vào phổi khi con người hít thở, gây ra những tổn thương lâu dài. Việc hiểu rõ về nồng độ, sự phân bố và nguồn gốc của PAHs trong không khí Hà Nội là bước đi tiên quyết để xây dựng các chiến lược quản lý chất lượng không khí hiệu quả và bảo vệ sức khỏe cộng đồng một cách bền vững.

1.1. Khái niệm và độc tính của Hydrocarbon đa vòng thơm

Hydrocarbon đa vòng thơm (PAHs) là các hợp chất được cấu tạo từ hai hay nhiều vòng benzen ngưng tụ, chỉ chứa nguyên tố carbon và hydro. Chúng được phân loại thành hai nhóm chính: PAHs phân tử lượng thấp (2-3 vòng) và PAHs phân tử lượng cao (4-6 vòng). Theo Tổ chức Quốc tế về Nghiên cứu Ung thư (IARC), nhiều hợp chất PAHs được xếp vào nhóm có khả năng gây ung thư cho người. Đáng chú ý nhất là Benzo(a)pyrene (BaP), được phân loại vào Nhóm 1 (chất gây ung thư ở người). Độc tính của PAHs không chỉ dừng lại ở nguy cơ ung thư. Chúng còn có thể gây đột biến gen, ảnh hưởng đến hệ sinh sản và sự phát triển của thai nhi. Khi xâm nhập vào cơ thể, PAHs được chuyển hóa bởi các enzyme, tạo ra các sản phẩm trung gian có khả năng tấn công và phá hủy cấu trúc ADN, dẫn đến sự phát triển của các tế bào bất thường và hình thành khối u.

1.2. Thực trạng ô nhiễm PAHs tại các thành phố lớn Việt Nam

Tại Việt Nam, quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa nhanh chóng đã làm gia tăng đáng kể mức độ ô nhiễm không khí, đặc biệt là tại Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng nồng độ PAHs trong không khí tại các khu vực này ở mức đáng lo ngại. Một nghiên cứu của tác giả Vũ Đức Toàn (2010) cho thấy nồng độ cực đại của 28 PAHs trong mẫu bụi và khí tại Hà Nội lần lượt là 290 và 1300 ng/m³. Nguồn phát thải PAHs chủ yếu được xác định là từ khí thải của các phương tiện giao thông, hoạt động đốt than tổ ong trong sinh hoạt và sản xuất công nghiệp. Tình trạng này đặt ra một thách thức lớn đối với công tác quản lý môi trường và y tế công cộng, đòi hỏi phải có những nghiên cứu sâu hơn và toàn diện hơn để đánh giá chính xác mức độ rủi ro và xác định nguồn gốc phát thải.

II. Thách thức trong việc nghiên cứu PAHs theo độ cao tại Hà Nội

Việc đánh giá mức độ phơi nhiễm PAHs của người dân đô thị đòi hỏi một cái nhìn toàn diện, không chỉ ở mặt đất mà còn ở các tầng cao khác nhau, nơi có hàng triệu người đang sinh sống và làm việc trong các tòa nhà cao tầng. Tuy nhiên, các nghiên cứu về PAHs trong không khí Hà Nội trước đây còn nhiều hạn chế. Đa số các nghiên cứu này chỉ tập trung lấy mẫu ở tầm thấp (gần mặt đất), trong thời gian ngắn, và sử dụng các thiết bị lấy mẫu chủ động cồng kềnh, cần nguồn điện liên tục. Điều này dẫn đến việc bộ dữ liệu thu được chưa phản ánh đầy đủ sự biến động và phân bố của nồng độ PAHs theo không gian, đặc biệt là theo chiều thẳng đứng. Thách thức lớn nhất là làm thế nào để có thể thu thập mẫu không khí một cách đồng bộ tại nhiều độ cao khác nhau trong một khoảng thời gian dài để đánh giá xu hướng ô nhiễm. Việc thiếu dữ liệu về sự phân bố PAHs theo độ cao làm hạn chế khả năng xác định chính xác nguồn phát thải và mô hình lan truyền của chúng trong khí quyển đô thị. Ví dụ, liệu ô nhiễm ở các tầng cao có phải chủ yếu do sự lan truyền từ dưới lên hay còn chịu ảnh hưởng từ các nguồn xa, được gió mang tới? Giải quyết được thách thức này sẽ cung cấp những bằng chứng khoa học quan trọng để xây dựng các mô hình dự báo ô nhiễm chính xác hơn và đưa ra các khuyến nghị bảo vệ sức khỏe phù hợp cho cư dân sống tại các tòa nhà cao tầng.

2.1. Hạn chế của các phương pháp lấy mẫu không khí truyền thống

Các phương pháp lấy mẫu chủ động truyền thống, mặc dù cho kết quả chính xác về thể tích không khí lấy mẫu, lại gặp nhiều bất cập khi triển khai nghiên cứu theo độ cao. Các thiết bị này thường đắt tiền, yêu cầu nguồn điện ổn định, và khó lắp đặt ở các vị trí bên ngoài tòa nhà cao tầng. Hơn nữa, việc vận hành đồng thời nhiều thiết bị ở các độ cao khác nhau là rất phức tạp và tốn kém. Do đó, các nghiên cứu thường chỉ lấy mẫu trong thời gian ngắn (vài giờ đến vài ngày), không thể hiện được sự biến đổi nồng độ chất ô nhiễm theo mùa hoặc các điều kiện khí tượng khác nhau. Những hạn chế này làm cho bức tranh tổng thể về ô nhiễm PAHs trở nên phiến diện và thiếu tính đại diện.

2.2. Sự cần thiết của việc phân tích nồng độ PAHs theo tầng

Phân tích nồng độ PAHs theo độ cao có ý nghĩa khoa học và thực tiễn to lớn. Dữ liệu này giúp hiểu rõ hơn về cơ chế lan truyền của các chất ô nhiễm trong môi trường đô thị. Nó cho phép các nhà khoa học xác định xem các nguồn phát thải từ mặt đất (giao thông, đun nấu) ảnh hưởng đến chất lượng không khí ở các tầng cao đến mức nào. Đồng thời, nó cũng giúp đánh giá rủi ro sức khỏe một cách chính xác hơn cho những người sống và làm việc ở các tầng khác nhau của một tòa nhà. Thông tin này là cơ sở để đề xuất các giải pháp kiến trúc và quy hoạch đô thị thông minh, chẳng hạn như thiết kế hệ thống thông gió hay xác định vị trí các khu dân cư để giảm thiểu phơi nhiễm với không khí ô nhiễm.

III. Phương pháp lấy mẫu thụ động PAHs Giải pháp nghiên cứu tối ưu

Để khắc phục những hạn chế của phương pháp truyền thống, nghiên cứu về PAHs trong không khí Hà Nội đã áp dụng thành công phương pháp lấy mẫu thụ động (Passive Air Sampling - PAS). Đây là một kỹ thuật tiên tiến, đơn giản và hiệu quả về chi phí, đặc biệt phù hợp cho các chương trình giám sát môi trường trên quy mô lớn và ở những địa điểm khó tiếp cận. Phương pháp này sử dụng các đĩa bọt polyurethane (PUF) làm vật liệu hấp thụ. Các đĩa PUF này được đặt trong một thiết bị bảo vệ đơn giản và treo ở các độ cao khác nhau bên ngoài tòa nhà trong một khoảng thời gian dài (thường là vài tuần đến vài tháng). Ưu điểm vượt trội của phương pháp lấy mẫu thụ động là không cần nguồn điện, dễ dàng triển khai và bảo trì, cho phép thu thập mẫu đồng thời tại nhiều vị trí. Dữ liệu thu được từ phương pháp này phản ánh nồng độ trung bình của PAHs trong suốt thời gian treo mẫu, cung cấp một cái nhìn ổn định và đại diện hơn về mức độ ô nhiễm. Nghiên cứu đã tiến hành treo mẫu tại tòa nhà The Pride - Hà Đông trong 1 tháng, từ tầng 6 đến tầng 36, để có được bộ dữ liệu độc đáo về sự phân bố của nồng độ PAHs theo độ cao. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc giám sát chất lượng không khí tại các siêu đô thị.

3.1. Kỹ thuật sử dụng đĩa bọt polyurethane PUF hiệu quả

Đĩa bọt polyurethane (PUF) là vật liệu chính trong phương pháp lấy mẫu thụ động. Với cấu trúc xốp và diện tích bề mặt lớn, PUF có khả năng hấp thụ hiệu quả các hợp chất hữu cơ bán bay hơi như PAHs từ không khí. Trước khi sử dụng, các đĩa PUF được làm sạch kỹ lưỡng bằng dung môi để loại bỏ tạp chất. Sau một thời gian treo mẫu (trong nghiên cứu này là 30 ngày), các đĩa PUF được thu hồi, bảo quản cẩn thận và đưa về phòng thí nghiệm để tiến hành chiết tách và phân tích. Kỹ thuật này cho phép thu thập một lượng PAHs đủ lớn để có thể định lượng chính xác bằng các thiết bị phân tích hiện đại.

3.2. Cách tính toán hệ số thu mẫu trong điều kiện khí tượng

Một yếu tố then chốt trong phương pháp lấy mẫu thụ động là xác định hệ số thu mẫu (Sampling Rate - Rs), tức là thể tích không khí tương đương được đĩa PUF lấy mẫu trong một ngày (đơn vị: m³/ngày). Hệ số này không phải là hằng số mà phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đặc tính hóa lý của từng chất PAH, nhiệt độ, tốc độ gió và độ ẩm. Nghiên cứu này đã áp dụng một mô hình tính toán tiên tiến sử dụng phần mềm Matlab, kết hợp dữ liệu khí tượng từ trạm Nội Bài và các thông số hóa lý của PAHs để tính toán hệ số thu mẫu cho từng chất. Kết quả cho thấy hệ số này dao động từ 2,20 - 3,12 m³/ngày, một con số phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới của Việt Nam. Việc tính toán chính xác hệ số này đảm bảo nồng độ PAHs (ng/m³) được báo cáo có độ tin cậy cao.

IV. Hướng dẫn phân tích PAHs bằng thiết bị GC MS hiện đại

Sau khi thu hồi các đĩa PUF, việc phân tích để xác định nồng độ PAHs đòi hỏi một quy trình xử lý và phân tích nghiêm ngặt trong phòng thí nghiệm. Kỹ thuật phân tích được lựa chọn là Sắc ký khí - Khối phổ (GC/MS), phương pháp được coi là tiêu chuẩn vàng để xác định các hợp chất hữu cơ ở nồng độ vết. Quá trình này bao gồm hai giai đoạn chính: chuẩn bị mẫu và phân tích trên máy. Đầu tiên, các hợp chất PAHs được chiết ra khỏi đĩa PUF bằng phương pháp chiết Soxhlet với hệ dung môi tối ưu là n-hexane và acetone (tỷ lệ 9:1). Dịch chiết sau đó được cô đặc và đi qua một cột làm sạch chứa silicagel để loại bỏ các tạp chất có thể gây nhiễu. Bước làm sạch này cực kỳ quan trọng để đảm bảo tín hiệu phân tích rõ ràng và chính xác. Mẫu sau khi làm sạch được cô đặc về thể tích cuối cùng và sẵn sàng để tiêm vào hệ thống GC/MS. Thiết bị GC/MS hoạt động bằng cách tách các hợp chất PAHs riêng lẻ ra khỏi nhau trong cột sắc ký khí (GC), sau đó ion hóa và xác định khối lượng phân tử của chúng bằng đầu dò khối phổ (MS), cho phép định tính và định lượng từng chất với độ nhạy và độ chọn lọc rất cao.

4.1. Quy trình chiết và làm sạch mẫu PAHs từ đĩa PUF

Quy trình xử lý mẫu là bước quyết định đến độ chính xác của kết quả. Nghiên cứu đã khảo sát và tối ưu hóa các điều kiện thí nghiệm. Phương pháp chiết Soxhlet được thực hiện trong 24 giờ để đảm bảo hiệu suất thu hồi PAHs cao nhất. Dịch chiết sau đó được làm sạch bằng cột sắc ký nhồi 5g silicagel. Lượng silicagel này được xác định là tối ưu, vừa có khả năng loại bỏ tạp chất, vừa đảm bảo độ thu hồi các chất phân tích ở mức cao. Việc kiểm soát chất lượng (QA/QC) được thực hiện nghiêm ngặt trong suốt quá trình, bao gồm việc sử dụng mẫu trắng, mẫu thêm chuẩn và các chất chuẩn đồng hành để đánh giá hiệu quả của từng bước.

4.2. Nguyên lý hoạt động của Sắc ký khí Khối phổ GC MS

Sắc ký khí - Khối phổ (GC/MS) là một kỹ thuật phân tích kết hợp. Mẫu được hóa hơi và đưa vào cột sắc ký (GC). Tại đây, nhờ sự tương tác khác nhau với pha tĩnh của cột, các hợp chất trong hỗn hợp sẽ di chuyển với tốc độ khác nhau và được tách ra. Sau khi ra khỏi cột GC, từng chất sẽ đi vào buồng ion hóa của đầu dò khối phổ (MS), nơi chúng bị bắn phá bởi chùm electron và phân mảnh thành các ion đặc trưng. Dựa vào tỷ lệ khối lượng/điện tích (m/z) của các mảnh ion này, MS có thể xác định chính xác cấu trúc của chất, giống như một "dấu vân tay" phân tử. Điều này giúp định danh 16 loại PAHs mục tiêu một cách không nhầm lẫn và định lượng chúng ở nồng độ rất thấp.

V. Kết quả nồng độ PAHs trong không khí Hà Nội theo độ cao

Kết quả phân tích từ các mẫu thu thập tại tòa nhà The Pride - Hà Đông cung cấp một cái nhìn sâu sắc và chưa từng có về sự phân bố của PAHs trong không khí Hà Nội theo chiều thẳng đứng. Nghiên cứu đã xác định và định lượng được 13 trong số 16 hợp chất PAHs mục tiêu. Một trong những phát hiện quan trọng nhất là nồng độ PAHs có xu hướng giảm dần khi độ cao tăng lên. Điều này cho thấy các nguồn phát thải chính chủ yếu tập trung ở tầng thấp, gần mặt đất, bao gồm khí thải từ phương tiện giao thông trên trục đường Tố Hữu và các hoạt động sinh hoạt trong khu vực. Các hợp chất PAHs có số vòng thơm thấp (3-4 vòng) chiếm ưu thế trong tổng nồng độ, phù hợp với đặc trưng phát thải từ quá trình đốt cháy nhiên liệu diesel và xăng. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng tiến hành phân tích thành phần chính (PCA) và sử dụng tỷ lệ các đồng phân để truy vết nguồn gốc phát thải. Kết quả từ các phương pháp này củng cố thêm nhận định rằng giao thông là nguồn đóng góp chính vào lượng PAHs trong không khí tại khu vực nghiên cứu. Những dữ liệu này là cơ sở khoa học vững chắc để các nhà quản lý đưa ra các chính sách kiểm soát ô nhiễm không khí hiệu quả hơn, nhắm trực tiếp vào các nguồn phát thải trọng điểm.

5.1. Phân bố và thành phần các hợp chất PAHs qua từng tầng

Nồng độ tổng cộng của 13 chất PAHs cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa các tầng. Các tầng thấp (từ 6 đến 15) có nồng độ cao hơn đáng kể so với các tầng cao (từ 25 đến 36). Về thành phần, các PAHs có 3 vòng như Phenanthrene (Phe) và 4 vòng như Fluoranthene (Flt), Pyrene (Pyr) chiếm tỷ trọng lớn nhất. Sự hiện diện của các PAHs phân tử lượng cao, có độc tính mạnh như Benzo(a)pyrene (BaP) và Indeno(1,2,3-c,d)pyrene (IcdP) cũng được ghi nhận ở tất cả các tầng, cho thấy nguy cơ sức khỏe tiềm ẩn đối với cư dân.

5.2. Đánh giá nguy cơ ung thư vượt mức ECR từ PAHs

Dựa trên nồng độ PAHs đo được, nghiên cứu đã tiến hành đánh giá rủi ro sức khỏe thông qua chỉ số Nguy cơ ung thư vượt mức (ECR). Độc tính của hỗn hợp PAHs được quy đổi về độc tính tương đương của Benzo(a)pyrene (BaPeq) thông qua hệ số độc tương đương (TEF). Kết quả tính toán ECR cho thấy, tương tự như xu hướng nồng độ, nguy cơ ung thư cũng giảm dần theo độ cao. Mặc dù giá trị ECR tại các tầng có thể nằm trong ngưỡng chấp nhận được theo một số tiêu chuẩn quốc tế, sự phơi nhiễm liên tục và lâu dài với hỗn hợp các chất ô nhiễm này vẫn là một vấn đề sức khỏe cộng đồng cần được quan tâm và có biện pháp giảm thiểu kịp thời.

27/09/2025
Luận văn thạc sĩ phân tích nồng độ hydrocarbon đa vòng thơm pahs trong không khí tại hà nội theo độ cao bằng phương pháp lấy mẫu thụ động sử dụng thiết bị gcms

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Các hydrocacbon đa vòng thơm (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons - PAHs) là một nhóm hợp chất có chứa 2 hoặc nhiều vòng benzen, chúng có độc tính và khả năng tích lũy sinh học cao, có mặt khắp nơi trong môi trường (đất, nước, sinh vật, các lớp trầm tích và đặc biệt trong không khí). Phơi nhiễm PAHs còn có thể gây ra những tác động tiêu cực đến nhiều hệ cơ quan và các chức năng miễn dịch, thần kinh, sinh sản và phát triển ở sinh vật [1]. Phần lớn PAHs được hình thành và phát sinh trong các quá trình đốt cháy không hoàn toàn, một phần khác tồn tại trong các sản phẩm dầu mỏ và phát thải vào môi trường thông qua sự cố tràn dầu. Bên cạnh đó, PAHs cũng có thể được hình thành một cách tự nhiên qua các hoạt động của sinh vật (ví dụ như perylene).

PAHs còn và được tổng hợp để sử dụng làm thành phần trong quá trình sản xuất thuốc trừ sâu, sắc tố, chất nhuộm, nhựa và dược phẩm [2, 3]. Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (USEPA) đã xếp PAHs vào nhóm những chất ô nhiễm điển hình và tiến hành kiểm soát sự có mặt của PAHs trong các hệ sinh thái dưới nước cũng như trên cạn. Phân tích đánh giá hàm lượng, thành phần PAHs trong không khí ở nước ta vẫn còn rất hạn chế, đặc biệt là trong pha khí, các nghiên cứu PAHs trong không khí chủ yếu được nghiên cứu bằng cách lấy mẫu trực tiếp ở tầm thấp với thời gian ngắn, lượng mẫu lấy ít do thiết bị lấy mẫu còn hạn chế. Những năm gần đây, tốc độ đô thị hóa nhanh tạo ra nhiều không gian sống và cơ sở hạ tầng, bên cạnh đó làm cho chất lượng sống và môi trường không khí càng giảm đi.

Mật độ dân cư và phương tiện giao thông tập trung trong một không gian hẹp làm cho vấn đề ô nhiễm không khí tại các đô thị ngày càng được quan tâm ở Việt Nam và trên thế giới. Việc xác định nồng độ PAHs trong không khí phân bố theo cao độ tại các đô thị như thành phố lớn như Hà Nội chưa được quan tâm nghiên cứu. Xuất phát từ tính cấp thiết trên, đề tài: ‘‘Phân tích nồng độ hydrocacbon đa vòng thơm (PAHs) trong không khí tại Hà Nội theo độ cao bằng phương pháp lấy mẫu thụ động, sử dụng thiết bị GC-MS’’ đã được lựa chọn với nội dung nghiên cứu chính như sau: - Khảo sát các điều kiện tách chiết, làm sạch, điều kiện phân tích trên thiết bị GC-MS tối ưu để phân tích PAHs trong mẫu không khí. 2 - Tính toán được hệ số thu mẫu cho từng chất PAHs trong điều kiện khí tượng của Việt Nam.

- Phân tích đánh giá sự phân bố nồng độ PAHs theo độ cao tại khu vực tòa nhà The Pride - Hà Đông. - Bước đầu xác định được nguồn gốc phát thải các PAHs. TỔNG QUAN VỀ CÁC HYDROCACBON ĐA VÒNG THƠM 1. Tổng quan về PAHs 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 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 là những hydrocacbon đa vòng thơm được cấu tạo từ 2 hay nhiều nhân benzen nối trực tiếp với nhau, trong phân tử chứa nguyên tố cacbon và hydro.

Theo cấu tạo PAHs được chia làm hai nhóm: PAHs phân tử lượng thấp có hai hoặc ba vòng cấu trúc (VD như: naphthalene, acenaphthene, acenaphthylene, fluorene, phenanthrene, và anthracene), PAHs phân tử lượng cao có bốn, năm hoặc sáu vòng trong cấu trúc (VD như: benzo(g,h,i)perylene, fluoranthene, pyrene, benzo(a)anthracene, chrysene, benzo(b) flouranthene, benzo(k)fluoranthene, benzo(a)pyrene, Indeno(1,2,3-c,d)pyrene và dibenzo(a,h)anthracene).1 thể hiện công thức cấu tạo của 16 PAHs điển hình theo EPA của Mỹ. Naphthalene Acenaphthene Acenaphthylene Phenanthrene Anthracene Fluorene 4 Benzo(a)anthracene Chrysene Pyrene Fluoanthene Benzo(a)pyrene Benzo(b)fluoranthene Benzo(k)fluoranthene Dibenz(a,h)anthracene Indeno(1,2,3-c,d)pyrene Benzo(g,h,i)perylene Hình 1. Công thức cấu tạo của một số PAHs điển hình 1. Tính chất hóa lý của PAHs Có hàng trăm PAHs riêng rẽ được phát thải vào môi trường không khí trong quá trình cháy không hoàn toàn hoặc nhiệt phân các chất hữu cơ.

Khoảng 90% PAHs phát thải do hoạt động của con người là từ hoạt động công nghiệp, giao thông, các thiết bị đun nấu trong gia đình và quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch [4]. Trong số những PAHs phát sinh từ phương tiện giao thông, có nhiều PAHs là các chất gây ung thư, đột biến gen đối với con người theo quy định của Cơ quan quốc tế nghiên cứu về bệnh ung thư và Cục Bảo vệ Môi 5 trường Mỹ [5, 6]. Tùy vào tính chất vật lý và hóa học của từng chất mà PAHs có thể tồn tại trong không khí ở pha khí hoặc hấp phụ trên các hạt bụi. Những PAHs có cấu trúc phân tử ít hơn 4 vòng benzen được tìm thấy nhiều ở pha khí, trong khi đó các PAHs có cấu trúc phân tử nhiều hơn 4 vòng benzen là các chất có khả năng gây ung thư, đột biến gen cao đa số hấp phụ trên các hạt bụi [7].

Đáng chú ý nhất trong nhóm này là benzo(a)pyren (C20H12). US-EPA đã liệt kê 16 chất PAHs trong danh sách các chất ô nhiễm cần được ưu tiên nghiên cứu. Đặc biệt, Benzo[a]pyrene, một hợp chất PAHs với 5 vòng thơm, được Tổ chức Quốc tế về Nghiên cứu Ung thư (IARC) phân loại vào nhóm 1 (chất gây ung thư ở người) và nhiều chất PAHs cũng như dẫn xuất khác của chúng được liệt kê vào nhóm 2A và 2B (chất có khả năng gây ung thư). Tính chất vật lý Các PAHs nguyên chất là chất rắn không màu, màu trắng, hoặc vàng nhạt ở nhiệt độ phòng và có mùi thơm, tuy nhiên mùi thơm khác nhau tùy thuộc từng đoạn mạch của vòng thơm.

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 PAHs rất ít tan trong nước, độ tan giảm theo khối lượng phân tử tăng, nhưng tan tốt trong dung môi hữu cơ thân dầu vì chúng có tính ưa mỡ cao. Các phân tử PAHs có khả năng hấp thụ quang phổ trong vùng tử ngoại rất lớn ở nhiều dải hấp thụ khác nhau và mỗi vòng 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 7-14 μm. Một số tính chất vật lý của các PAHs điển hình được cho trong bảng 1.

Một số tính chất vật lý của PAHs điển hình Độ tan CTPT, Nhiệt Nhiệt độ Viết trong nước TT Tên gọi KLPT Màu độ sôi nóng tắt ở 25oC (g/mol) (oC) chảy (oC) (µg/L) C10H8 1 Naphthalene Naph Trắng 81 217,9 3,17.104 128 C12H8 2 Acenaphthylene Acy Vàng 92-93 280 Không tan 152 C12H10 3 Acenaphthene Ace Trắng 95 279 3,93.103 154 C13H10 4 Fluorene Flu Trắng 115 295 1,98.103 166 C14H10 Không 5 Phenanthrene Phe 100,5 340 1,29.103 178 màu C14H10 Không 6 Anthracene Ant 216,4 342 73 178 màu C16H10 Vàng 7 Fluoranthene Flt 108,8 375 260 202 nhạt C16H10 Không 8 Pyrene Pyr 150,4 393 135 202 màu C18H12 Không 9 Benzo (a)anthracen BaA 160,7 400 14 228 màu C18H12 Không 10 Chrysene Chr 253,8 448 2,0 228 màu 7 Độ tan CTPT, Nhiệt Nhiệt độ Viết trong nước TT Tên gọi KLPT Màu độ sôi nóng tắt ở 25oC (g/mol) (oC) o chảy ( C) (µg/L) Benzo(b)fluoranthe C20H12 Không 11 BbF 168,3 481 1,2 ne 252 màu Benzo(k)fluoranthe C20H12 Vàng 12 BkF 215,7 480 0,76 ne 252 nhạt C20H12 Hơi 13 Benzo(a)pyrene BaP 178,1 496 3,8 252 vàng Dibenzo(a,h)anthra C22H14 Không 14 DahA 266,6 524 0,5 (27oC) cene 278 màu Benzo(g,h,i)peryle C22H12 Vàng 15 BghiP 278,3 545 0,26 ne 276 nhạt Indeno(1,2,3c,d)py C22H12 16 IcdP Vàng 163,6 536 62 rene 276 1. Tính chất hóa học Các PAHs tương đối trơ về mặt hoá 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, 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 khí đô thị và được xem là sản phẩm của quá trình quang phân. PAHs có thể hình thành các dẫn xuất nitơ, sunfinic và axit sunfonic, phản ứng với ozon và gốc hydroxyl trong không khí. Việc tạo thành hợp chất nitro - 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 [8, 9].

8 Phản ứng oxy hóa bởi oxy không khí với xúc tác bởi ảnh mặt trời xảy ra chậm. Đây là một phản ứng phân hủy quan trọng trong quá trình phân hủy PAHs. Những phản ứng này gây ra bởi oxygen đơn nguyên tử (O), gốc hydroxyl (OH), ozon và những chất tương tự trong môi trường. Hai tác nhân chính trong môi trường không khí đô thị là gốc OH và ozon, ngược lại oxygen đơn nguyên tử trở nên chiếm ưu thế hơn trong tiến trình hóa học phân hủy PAHs trong môi trường nước.

Những phản ứng này sinh ra hợp chất oxy hóa phát tán ra khí quyển và hấp thụ trên các hạt bụi. Nhiều hợp chất quinon bao gồm cả BaP-1,6; BaP-3,6; BaP-6; BaP-12 dione đã được tìm thấy trong bụi không khí đô thị và được xem là sản phẩm của quá trình quang phân. Nhiều PAHs biến đổi trong nước do ảnh hưởng của ánh sáng, những oxygen đơn nguyên tử cũng đóng vai trò quan trọng trong những phản ứng này. Sản phẩm của phản ứng ozon hóa trong dung dịch nước cũng có thể được đặc biệt quan tâm do việc sử dụng ozon làm sạch nước thải.

Thời gian tiếp xúc ngắn cũng đủ loại bỏ một phần đáng kể PAHs hiện diện trong dung dịch.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ