Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là một quốc gia nông nghiệp phát triển với giá trị thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) năm 2016 ước tính đạt 1,14 tỷ USD, trong đó thuốc diệt nấm chiếm khoảng 22%-23%. Sự gia tăng sử dụng các hóa chất này cùng với tốc độ đô thị hóa và phát triển kinh tế đã làm gia tăng ô nhiễm không khí, đặc biệt là bụi mịn PM2.5 vượt mức tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO). Tại Hà Nội, với diện tích tự nhiên 332.890 ha và dân số trên 6,8 triệu người, hơn 56% diện tích là đất nông nghiệp, việc sử dụng hóa chất diệt nấm trong nông nghiệp và sinh hoạt dân cư đã góp phần làm ô nhiễm bụi không khí khu vực dân cư.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng quy trình chiết tách và phân tích một số hóa chất diệt nấm trong bụi không khí bằng phương pháp sắc ký lỏng khối phổ (LC-MS), từ đó xác định nồng độ các hóa chất này trong mẫu bụi không khí tại khu vực dân cư Hà Nội và đánh giá rủi ro phơi nhiễm đối với sức khỏe con người. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 6 đến tháng 10 năm 2020 tại khu vực nội thành Hà Nội, tập trung vào 6 hóa chất diệt nấm phổ biến gồm carbendazim, difenoconazole isomer 1&2, hexaconazole, thiophanate-methyl, trifloxystrobin và azoxystrobin.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện ở việc cung cấp dữ liệu khoa học quan trọng về mức độ ô nhiễm hóa chất diệt nấm trong bụi không khí, hỗ trợ các cơ quan quản lý nhà nước và tổ chức bảo vệ môi trường trong việc xây dựng chính sách giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Đồng thời, quy trình phân tích được xây dựng có thể ứng dụng rộng rãi trong giám sát môi trường không khí đô thị và nông thôn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình phân tích hóa học hiện đại, trong đó:

  • Lý thuyết sắc ký lỏng khối phổ (LC-MS): Phương pháp phân tích hiện đại cho phép tách và định lượng đồng thời nhiều hợp chất hóa học trong mẫu phức tạp với độ nhạy và độ chọn lọc cao. Thiết bị LC-QTOF-MS-SWATH được sử dụng để thu thập phổ ion với độ phân giải cao, cho phép xác định chính xác các ion mẹ và ion con của các hóa chất diệt nấm.

  • Khái niệm về hóa chất diệt nấm (HCDN): Bao gồm các hợp chất như carbendazim, hexaconazole, difenoconazole, azoxystrobin... có tác dụng ức chế sự phát triển của nấm gây hại trên cây trồng. Các hóa chất này có đặc tính vật lý hóa học khác nhau như nhiệt độ nóng chảy, độ tan trong nước, thời gian bán phân hủy trong đất, ảnh hưởng đến khả năng tồn lưu và phân tán trong môi trường.

  • Mô hình đánh giá rủi ro phơi nhiễm (Hazard Quotient - HQ): Sử dụng chỉ số liều lượng phơi nhiễm hàng ngày (IDi) và chỉ số nguy hại HQ để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các hóa chất diệt nấm trong bụi không khí đến sức khỏe con người qua đường hô hấp.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập mẫu bụi không khí (APM) tại hai vị trí dân cư nội thành Hà Nội (AP1 và AP2) trong mùa khô và mùa mưa, tổng cộng 47 mẫu. Các mẫu được thu thập bằng thiết bị lấy mẫu thể tích lớn với màng lọc sợi thạch anh, bảo quản ở -20°C trước khi phân tích.

  • Phương pháp phân tích: Xây dựng quy trình chiết tách hóa chất diệt nấm bằng dung môi methanol, sử dụng siêu âm và ly tâm để chiết tách các hợp chất từ màng lọc bụi. Phân tích mẫu bằng thiết bị LC-QTOF-MS-SWATH với các điều kiện tối ưu đã khảo sát, bao gồm cột GL Science ODS-4 HP, pha động chứa 5 mM ammonium formate, ion hóa ESI dương, chế độ SWATH thu thập phổ ion.

  • Kiểm soát chất lượng: Thực hiện phân tích mẫu trắng, mẫu lặp, mẫu chuẩn đồng hành để đảm bảo độ chính xác và độ lặp lại của phương pháp. Giới hạn phát hiện (MDL) và giới hạn định lượng (LOQ) được xác định theo tỷ lệ S/N = 3 và 10 tương ứng.

  • Timeline nghiên cứu: Từ tháng 6 đến tháng 10 năm 2020, bao gồm các bước khảo sát phương pháp, thu thập mẫu, phân tích mẫu và đánh giá rủi ro.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Điều kiện phân tích và đường chuẩn: Quy trình phân tích trên LC-QTOF-MS-SWATH đạt độ tuyến tính cao với hệ số tương quan R² ≥ 0,995 cho 6 hóa chất diệt nấm trong khoảng nồng độ 0,1 ppb đến 1000 ppb. Giới hạn phát hiện phương pháp (MDL) dao động từ khoảng 0,1 đến 0,5 ng/m³, phù hợp để phát hiện các hợp chất trong mẫu bụi không khí.

  2. Hiệu suất thu hồi: Phương pháp chiết tách sử dụng methanol cho hiệu suất thu hồi trung bình từ 70% đến 125% với độ lệch chuẩn tương đối (RSD) dưới 10%, đảm bảo độ tin cậy của quy trình phân tích.

  3. Nồng độ hóa chất diệt nấm trong mẫu bụi không khí: Tổng nồng độ trung bình của 6 HCDN trong mẫu bụi không khí tại Hà Nội dao động từ khoảng 50 đến 300 pg/m³, với nồng độ cao hơn vào mùa khô so với mùa mưa (tăng khoảng 20%-30%). Nồng độ tại vị trí AP1 (gần đường Phạm Văn Đồng) cao hơn vị trí AP2 (khu dân cư Phú Đô) khoảng 15%-25%, phản ánh ảnh hưởng của mật độ giao thông và hoạt động dân sinh.

  4. Đánh giá rủi ro phơi nhiễm: Chỉ số nguy hại HQ của các hóa chất diệt nấm đối với người lớn và trẻ em đều dưới 1, cho thấy mức độ rủi ro tiềm ẩn có thể chấp nhận được trong điều kiện hiện tại. Tuy nhiên, sự tích tụ lâu dài và phơi nhiễm đa hợp chất vẫn cần được theo dõi.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy phương pháp LC-QTOF-MS-SWATH là công cụ hiệu quả để phân tích đồng thời nhiều hóa chất diệt nấm trong mẫu bụi không khí với độ nhạy cao và độ chính xác tốt. Nồng độ các HCDN phát hiện tại Hà Nội tương tự hoặc thấp hơn so với các nghiên cứu quốc tế tại các đô thị lớn, nhưng vẫn vượt quá giới hạn phát hiện, chứng tỏ sự hiện diện phổ biến của các hóa chất này trong môi trường không khí đô thị.

Sự khác biệt nồng độ giữa mùa khô và mùa mưa có thể giải thích do điều kiện khí hậu ảnh hưởng đến sự phân tán và lắng đọng của bụi và các hợp chất hấp phụ trên bụi. Mức độ ô nhiễm cao hơn tại vị trí gần đường giao thông lớn phản ánh nguồn phát thải chính từ hoạt động giao thông và sinh hoạt dân cư.

Việc đánh giá rủi ro dựa trên chỉ số HQ cho thấy hiện tại chưa có nguy cơ cấp thiết đối với sức khỏe cộng đồng, tuy nhiên, các nghiên cứu dài hạn và mở rộng phạm vi mẫu là cần thiết để đánh giá đầy đủ tác động tích lũy và đa dạng hóa các nguồn ô nhiễm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh nồng độ trung bình các HCDN theo mùa và vị trí lấy mẫu, bảng thống kê hiệu suất thu hồi và giới hạn phát hiện, giúp minh họa rõ ràng các kết quả phân tích.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường giám sát ô nhiễm hóa chất diệt nấm trong không khí: Thiết lập hệ thống quan trắc định kỳ tại các khu vực đô thị và nông thôn trọng điểm nhằm theo dõi biến động nồng độ HCDN, đặc biệt trong mùa khô và khu vực có mật độ giao thông cao. Thời gian thực hiện: hàng năm; Chủ thể: Sở Tài nguyên và Môi trường, Viện Công nghệ Môi trường.

  2. Áp dụng quy trình phân tích LC-QTOF-MS-SWATH trong các phòng thí nghiệm môi trường: Đào tạo nhân lực và trang bị thiết bị để nâng cao năng lực phân tích đa hợp chất trong mẫu bụi không khí, phục vụ công tác quản lý và nghiên cứu khoa học. Thời gian: 1-2 năm; Chủ thể: Viện nghiên cứu, Trung tâm quan trắc môi trường.

  3. Xây dựng chính sách quản lý và sử dụng hóa chất diệt nấm thân thiện môi trường: Khuyến khích sử dụng các loại thuốc diệt nấm có độ độc thấp, thời gian phân hủy nhanh, hạn chế tích tụ trong môi trường, đồng thời kiểm soát chặt chẽ việc nhập khẩu và sử dụng hóa chất. Thời gian: 3-5 năm; Chủ thể: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Bộ Tài nguyên và Môi trường.

  4. Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng về tác hại của hóa chất diệt nấm và ô nhiễm không khí: Phổ biến kiến thức về bảo hộ lao động khi sử dụng hóa chất, cách giảm thiểu phơi nhiễm qua đường hô hấp, đặc biệt cho người dân sống gần khu vực nông nghiệp và giao thông đông đúc. Thời gian: liên tục; Chủ thể: UBND các quận, phường, các tổ chức xã hội.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý môi trường và y tế công cộng: Sử dụng dữ liệu và quy trình phân tích để xây dựng chính sách giám sát và kiểm soát ô nhiễm không khí, đánh giá rủi ro sức khỏe cộng đồng.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành hóa phân tích, môi trường: Tham khảo phương pháp phân tích LC-QTOF-MS-SWATH và quy trình chiết tách mẫu bụi không khí để phát triển nghiên cứu liên quan đến ô nhiễm hóa học.

  3. Các cơ quan kiểm định và phòng thí nghiệm phân tích môi trường: Áp dụng quy trình phân tích và kiểm soát chất lượng mẫu để nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong giám sát dư lượng hóa chất diệt nấm.

  4. Người dân và cộng đồng sống tại các khu vực đô thị và nông thôn: Nắm bắt thông tin về mức độ ô nhiễm và tác động của hóa chất diệt nấm trong không khí, từ đó chủ động bảo vệ sức khỏe và tham gia các hoạt động bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp LC-QTOF-MS-SWATH có ưu điểm gì so với các kỹ thuật phân tích khác?
    Phương pháp này cho phép phân tích đồng thời nhiều hợp chất với độ nhạy và độ chọn lọc cao, khả năng xác định chính xác ion mẹ và ion con, giúp giảm nhiễu nền và tăng độ tin cậy kết quả so với GC-MS hoặc LC-MS/MS truyền thống.

  2. Tại sao cần phân tích hóa chất diệt nấm trong bụi không khí?
    Bụi không khí có khả năng hấp phụ các hóa chất diệt nấm, làm tăng khả năng phơi nhiễm qua đường hô hấp, ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Phân tích giúp đánh giá mức độ ô nhiễm và rủi ro sức khỏe.

  3. Hiệu suất thu hồi của phương pháp chiết tách có ý nghĩa gì?
    Hiệu suất thu hồi phản ánh khả năng thu hồi các hợp chất mục tiêu từ mẫu, đảm bảo kết quả phân tích chính xác và đáng tin cậy. Hiệu suất từ 70%-125% với RSD <10% được coi là phù hợp.

  4. Nồng độ hóa chất diệt nấm tại Hà Nội có vượt ngưỡng an toàn không?
    Theo kết quả đánh giá rủi ro, chỉ số nguy hại HQ của các hóa chất đều dưới 1, cho thấy mức độ rủi ro tiềm ẩn có thể chấp nhận được trong điều kiện hiện tại.

  5. Làm thế nào để giảm thiểu ô nhiễm hóa chất diệt nấm trong không khí?
    Cần kiểm soát chặt chẽ việc sử dụng hóa chất, áp dụng các loại thuốc thân thiện môi trường, tăng cường giám sát và tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo hộ lao động và bảo vệ môi trường.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công quy trình chiết tách và phân tích 6 hóa chất diệt nấm trong mẫu bụi không khí bằng thiết bị LC-QTOF-MS-SWATH với độ nhạy cao và độ chính xác tốt.
  • Nồng độ các hóa chất diệt nấm trong bụi không khí khu dân cư Hà Nội dao động từ khoảng 50 đến 300 pg/m³, cao hơn vào mùa khô và tại các vị trí gần giao thông đông đúc.
  • Hiệu suất thu hồi phương pháp chiết tách đạt từ 70% đến 125% với độ lặp lại tốt, đảm bảo độ tin cậy của kết quả phân tích.
  • Đánh giá rủi ro phơi nhiễm cho thấy mức độ nguy hại tiềm ẩn đối với sức khỏe con người hiện tại là chấp nhận được, nhưng cần theo dõi lâu dài.
  • Đề xuất tăng cường giám sát, áp dụng quy trình phân tích hiện đại, xây dựng chính sách quản lý hóa chất và nâng cao nhận thức cộng đồng để giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ sức khỏe.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các cơ quan chức năng và phòng thí nghiệm áp dụng quy trình phân tích này trong giám sát môi trường, đồng thời mở rộng nghiên cứu để đánh giá tác động lâu dài và đa dạng hóa các hợp chất phân tích.