Phân Tích Nồng Độ Hydrocarbon Đa Vòng Thơm (PAHs) Trong Không Khí Tại Hà Nội

Luận văn phân tích nồng độ hydrocarbon đa vòng thơm PAHs trong không khí Hà Nội theo độ cao bằng phương pháp lấy mẫu thụ động và thiết bị GC-MS.

• Tác giả: Vũ Thị Vui
• Người hướng dẫn: TS. Phan Quang Thăng
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Hóa Phân tích
• Đề tài: 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 GC-MS
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

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
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HYDROCACBON ĐA VÒNG THƠM
• 1.1.1. Tổng quan về PAHs
• 1.1.2. Tính chất hóa lý của PAHs
• 1.1.3. Nguồn gốc phát sinh PAHs trong môi trường
• 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU PAHs TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
• 1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.3. PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU THỤ ĐỘNG VÀ HỆ SỐ LẤY MẪU
• 1.3.1. Phương pháp lấy mẫu không khí thụ động
• 1.3.2. Hệ số lấy mẫu
• 1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PAHs TRONG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ
• 1.4.1. Sắc ký lớp mỏng (TLC)
• 1.4.2. Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
• 1.4.3. Sắc ký khí - khối phổ (GC/MS)
• 1.5. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NGUỒN PHÁT THẢI PAHs
• 1.5.1. Dựa vào phương pháp phân tích thành phần chính (PCA)
• 1.5.2. Phương pháp tỉ lệ đồng phân PAHs
• 1.6. RỦI RO CỦA CHẤT GÂY Ô NHIỄM TỚI CON NGƯỜI
• 1.7. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.7.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 1.7.2. THÔNG TIN VỊ TRÍ LẤY MẪU
• 1.7.3. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT
• 1.7.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.7.4.1. Phương pháp lấy mẫu
• 1.7.4.2. Phương pháp xử lý và phân tích mẫu
• 1.7.4.3. Phương pháp kiểm soát (QA/QC)
• 1.7.4.4. Phương pháp xử lý số liệu
• 2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 2.1. KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG TỚI PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU, PHÂN TÍCH MẪU
• 2.1.1. Tính toán hệ số thu mẫu
• 2.1.2. Ảnh hưởng của dung môi tách chiết mẫu
• 2.1.3. Khảo sát quá trình làm sạch
• 2.2. NỒNG ĐỘ PAHs TRONG KHÔNG KHÍ
• 2.2.1. Nồng độ PAHs trong không khí
• 2.2.2. Đánh giá mức độ ô nhiễm PAHs trong không khí theo độ cao
• 2.3. BƯỚC ĐẦU XÁC ĐỊNH NGUỒN PHÁT THẢI PAHs
• 2.3.1. Dựa vào tỷ lệ của các PAH
• 2.3.2. Phân tích thành phần chính (PCA)
• 2.4. ĐÁNH GIÁ RỦI RO CỦA CHẤT GÂY Ô NHIỄM KHI TÁC ĐỘNG TỚI CON NGƯỜI
• 3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về PAHs Hiểu Rõ Về Hydrocacbon Thơm Đa Vòng

Các hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs) là nhóm hợp chất hữu cơ ngày càng được quan tâm. Chúng gây độc cho con người và hệ sinh thái. Phần lớn PAHs sinh ra từ hoạt động của con người. Nếu không giảm thiểu phát thải, con người đối mặt với nguy cơ sức khỏe cao, đặc biệt tại đô thị lớn. PAHs phổ biến trong môi trường, bền và có cấu trúc đa dạng. Chúng có khả năng tích lũy sinh học, xâm nhập vào chuỗi thức ăn, cơ thể người và động vật qua ăn uống, hít thở. PAHs cấu tạo từ hai hay nhiều nhân benzen nối trực tiếp, chứa cacbon và hydro. Theo cấu tạo, PAHs chia làm hai nhóm: phân tử lượng thấp (2-3 vòng) và phân tử lượng cao (4-6 vòng).

1.1. Cấu Trúc Hóa Học và Phân Loại Chi Tiết PAHs

PAHs được cấu tạo từ hai hoặc nhiều vòng 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).

1.2. Tính Chất Vật Lý và Hóa Học Đặc Trưng Của PAHs

Các PAHs nguyên chất là chất rắn không màu, màu trắng, hoặc vàng nhạt ở nhiệt độ phòng và có mùi thơm. 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.

II. Nguồn Gốc PAHs Xác Định Nguyên Nhân Ô Nhiễm Không Khí

Quá trình hình thành PAHs trong môi trường có nhiều nguyên nhân. PAHs phát thải từ hai nguồn chính: nguồn tự nhiên và do hoạt động của con người. Sau khi phát thải vào khí quyển, PAHs được tìm thấy trong hai pha: pha khí và pha bụi. Nguồn tự nhiên có thể được phát thải từ cháy rừng, núi lửa phun trào. Trong dầu thô, hàm lượng trung bình của PAHs là 2,8%. Vụ tràn dầu và khai thác chế biến dầu mỏ là nguồn chủ yếu phát sinh PAHs trong môi trường nước. Quá trình đốt cháy các chất hữu cơ tạo ra PAHs và phát tán vào môi trường qua bụi thải hoặc cặn dư.

2.1. Nguồn Gốc Tự Nhiên và Hoạt Động Của Con Người Gây Ô Nhiễm PAHs

PAHs có thể được phát thải từ các quá trình tự nhiên như cháy rừng, núi lửa phun trào. Tại nhiều nơi, cháy rừng và núi lửa phun là hai nguồn phát thải chính PAHs vào môi trường. Trong dầu thô hàm lượng trung bình của PAHs là 2,8%. Những vụ tràn dầu và hoạt động khai thác chế biến dầu mỏ là nguồn chủ yếu phát sinh PAHs trong môi trường nước.

2.2. Các Hoạt Động Công Nghiệp và Nông Nghiệp Phát Thải PAHs

Các hoạt động của con người là nguyên nhân chủ yếu gây phát thải PAHs vào trong không khí. Nguồn này gồm các dạng chính sau: Quá trình sản xuất công nghiệp, Quá trình sản xuất và sử dụng các sản phẩm của than đá và dầu mỏ, Quá trình cháy không hoàn toàn bao gồm việc sử dụng nhiên liệu than đá, than tổ ong,.để đun nấu và phục vụ các mục đích của các hộ gia đình; các nguồn công nghiệp và giao thông,. Quá trình sản xuất nông nghiệp: Sự bay hơi các loại hóa chất bảo vệ thực vật sử dụng trong nông nghiệp là nguồn chính phát thải PAHs vào môi trường.

2.3. Ảnh Hưởng Của Đốt Rơm Rạ Đến Nồng Độ PAHs Trong Không Khí

Tại Trung Quốc, lượng PAHs phát sinh từ đốt rơm rạ ước tính 110 - 126 tấn/năm và từ đốt thân cây họ đậu phát thải từ 13- 26 tấn/năm. Lượng PAHs phát thải vào không khí từ hoạt động nông nghiệp dao động rất lớn, phụ thuộc vào một số yếu tố như loại nhiên liệu, điều kiện đốt và các biện pháp kiểm soát được ứng dụng.

III. Phương Pháp Lấy Mẫu Thụ Động PAHs Hướng Dẫn Chi Tiết

Phương pháp lấy mẫu thụ động là một kỹ thuật quan trọng để quan trắc PAHs trong không khí. Phương pháp này dựa trên sự khuếch tán của các chất ô nhiễm từ không khí vào một chất hấp thụ. Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, chi phí thấp và không cần nguồn điện. Tuy nhiên, cần phải tính toán hệ số lấy mẫu để xác định nồng độ PAHs chính xác. Hệ số lấy mẫu phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ, áp suất và tốc độ gió. Việc sử dụng phương pháp lấy mẫu thụ động giúp đánh giá chất lượng không khí Hà Nội một cách hiệu quả.

3.1. Nguyên Tắc Hoạt Động Của Phương Pháp Lấy Mẫu Thụ Động

Phương pháp lấy mẫu thụ động dựa trên sự khuếch tán của các chất ô nhiễm từ không khí vào một chất hấp thụ. Chất hấp thụ thường là một vật liệu xốp như bọt polyurethane (PUF). Các chất ô nhiễm sẽ khuếch tán vào PUF theo gradient nồng độ. Sau một thời gian phơi nhiễm, PUF được thu hồi và các chất ô nhiễm được chiết xuất và phân tích.

3.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hệ Số Lấy Mẫu PAHs

Hệ số lấy mẫu phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ, áp suất và tốc độ gió. Nhiệt độ và áp suất ảnh hưởng đến sự khuếch tán của các chất ô nhiễm. Tốc độ gió ảnh hưởng đến lớp biên khuếch tán trên bề mặt của chất hấp thụ. Cần phải tính toán hệ số lấy mẫu một cách chính xác để đảm bảo độ tin cậy của kết quả.

3.3. Ưu Điểm và Hạn Chế Của Phương Pháp Lấy Mẫu Thụ Động

Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, chi phí thấp và không cần nguồn điện. Tuy nhiên, phương pháp này có độ nhạy thấp hơn so với các phương pháp lấy mẫu chủ động. Ngoài ra, cần phải tính toán hệ số lấy mẫu một cách chính xác để đảm bảo độ tin cậy của kết quả.

IV. Phân Tích PAHs Bằng GC MS Phương Pháp Xác Định Nồng Độ

Sắc ký khí - khối phổ (GC-MS) là một phương pháp phân tích mạnh mẽ để xác định nồng độ PAHs trong mẫu không khí. GC-MS kết hợp khả năng tách của sắc ký khí với khả năng định danh của khối phổ. Mẫu được đưa vào GC, các chất được tách ra dựa trên điểm sôi và ái lực với pha tĩnh. Sau đó, các chất được đưa vào MS, nơi chúng được ion hóa và phân tích dựa trên tỷ lệ khối lượng trên điện tích. GC-MS cho phép xác định và định lượng các hydrocacbon thơm đa vòng một cách chính xác.

4.1. Nguyên Tắc Hoạt Động Của Sắc Ký Khí Khối Phổ GC MS

GC-MS kết hợp khả năng tách của sắc ký khí với khả năng định danh của khối phổ. Mẫu được đưa vào GC, các chất được tách ra dựa trên điểm sôi và ái lực với pha tĩnh. Sau đó, các chất được đưa vào MS, nơi chúng được ion hóa và phân tích dựa trên tỷ lệ khối lượng trên điện tích.

4.2. Quy Trình Chuẩn Bị Mẫu và Phân Tích PAHs Bằng GC MS

Quy trình chuẩn bị mẫu bao gồm chiết xuất PAHs từ mẫu không khí, làm sạch mẫu và cô đặc mẫu. Sau đó, mẫu được đưa vào GC-MS để phân tích. Cần phải sử dụng các chất chuẩn để định lượng PAHs một cách chính xác.

4.3. Ưu Điểm và Hạn Chế Của Phương Pháp GC MS Trong Phân Tích PAHs

GC-MS cho phép xác định và định lượng các hydrocacbon thơm đa vòng một cách chính xác. Tuy nhiên, GC-MS là một phương pháp đắt tiền và đòi hỏi kỹ năng vận hành cao. Ngoài ra, cần phải chuẩn bị mẫu một cách cẩn thận để đảm bảo độ tin cậy của kết quả.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Nồng Độ PAHs Trong Không Khí Hà Nội

Nghiên cứu đã phân tích nồng độ PAHs trong không khí tại Hà Nội bằng phương pháp lấy mẫu thụ động và GC-MS. Kết quả cho thấy nồng độ PAHs ở Hà Nội cao hơn so với nhiều thành phố khác trên thế giới. Các nguồn phát thải chính PAHs ở Hà Nội bao gồm giao thông, công nghiệp và đốt rơm rạ. Nồng độ PAHs có xu hướng cao hơn ở các khu vực có mật độ giao thông cao và gần các khu công nghiệp. Việc đánh giá ô nhiễm không khí Hà Nội là rất quan trọng để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

5.1. Phân Bố Nồng Độ PAHs Theo Độ Cao Tại Hà Nội

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. Nghiên cứu này đã phân tích đánh giá sự phân bố nồng độ PAHs theo độ cao tại khu vực tòa nhà The Pride - Hà Đông.

5.2. Xác Định Nguồn Gốc Phát Thải PAHs Tại Khu Vực Nghiên Cứu

Nghiên cứu đã bước đầu xác định được nguồn gốc phát thải các PAHs dựa vào tỷ lệ của các PAHs và phân tích thành phần chính (PCA). Các nguồn phát thải chính PAHs ở Hà Nội bao gồm giao thông, công nghiệp và đốt rơm rạ.

5.3. Đánh Giá Rủi Ro Sức Khỏe Do Tiếp Xúc Với PAHs

Nghiên cứu đã đánh giá rủi ro sức khỏe do tiếp xúc với PAHs thông qua đường hô hấp. Kết quả cho thấy nguy cơ ung thư vượt mức (ECR) do tiếp xúc với PAHs ở Hà Nội cao hơn so với ngưỡng cho phép của WHO.

VI. Giải Pháp Giảm Thiểu PAHs Cải Thiện Chất Lượng Không Khí

Để giảm thiểu nồng độ PAHs trong không khí Hà Nội, cần có các biện pháp đồng bộ từ chính phủ, doanh nghiệp và người dân. Các biện pháp này bao gồm kiểm soát khí thải từ giao thông và công nghiệp, khuyến khích sử dụng năng lượng sạch, hạn chế đốt rơm rạ và tăng cường tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng về tác hại của PAHs. Việc cải thiện chất lượng không khí Hà Nội là một nhiệm vụ cấp bách để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và phát triển bền vững.

6.1. Các Biện Pháp Kiểm Soát Khí Thải Từ Giao Thông và Công Nghiệp

Cần có các biện pháp kiểm soát khí thải từ giao thông và công nghiệp như kiểm tra định kỳ khí thải, khuyến khích sử dụng phương tiện giao thông công cộng và áp dụng công nghệ xử lý khí thải tiên tiến.

6.2. Khuyến Khích Sử Dụng Năng Lượng Sạch và Hạn Chế Đốt Rơm Rạ

Cần khuyến khích sử dụng năng lượng sạch như điện mặt trời, điện gió và hạn chế đốt rơm rạ bằng cách sử dụng các biện pháp xử lý rơm rạ khác như ủ phân hoặc làm thức ăn cho gia súc.

6.3. Tăng Cường Tuyên Truyền Nâng Cao Nhận Thức Về Tác Hại PAHs

Cần tăng cường tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng về tác hại của PAHs và các biện pháp phòng tránh tiếp xúc với PAHs. Điều này có thể được thực hiện thông qua các chiến dịch truyền thông, các buổi nói chuyện và các tài liệu giáo dục.

Nội dung chính

It seems that this video doesn't have a transcript. Please try another video.

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.