Tổng quan nghiên cứu

Thị trường acetaminophen toàn cầu dự báo duy trì tốc độ tăng trưởng kép hàng năm đạt khoảng 0,7% trong giai đoạn 2021-2025, với quy mô thương mại mở rộng từ 772,3 triệu USD lên tới 793,2 triệu USD vào năm 2025. Mặc dù là hoạt chất giảm đau và hạ sốt thiết yếu được tiêu thụ phổ biến nhất thế giới, sự hiện diện thường xuyên của acetaminophen trong các dòng thải bệnh viện với nồng độ dao động từ 50 µg/L đến 400 µg/L và tần suất phát hiện 100% đang vượt xa ngưỡng khuyến cáo an toàn cho nước uống là 71 ng/L. Tại các đô thị đông dân như Hà Nội, việc sử dụng thuốc không kê đơn gia tăng nhanh chóng làm dấy lên nguy cơ phát tán dược phẩm vào môi trường không khí và bụi lắng trong nhà.

Mục tiêu trọng tâm của luận văn là nghiên cứu phát triển phương pháp phân tích vết acetaminophen trong bụi không khí trong nhà bằng kỹ thuật sắc ký lỏng khối phổ phân giải cao, đồng thời đánh giá mức độ phơi nhiễm và rủi ro sức khỏe cộng đồng. Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm được triển khai thu thập 10 mẫu bụi tại 6 quận trọng điểm thuộc thành phố Hà Nội bao gồm Long Biên, Hoàn Kiếm, Cầu Giấy, Ba Đình, Từ Liêm và Thanh Xuân vào tháng 6 năm 2018. Kết quả nghiên cứu mang lại ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc, cung cấp bộ dữ liệu nền tảng đầu tiên tại Việt Nam về ô nhiễm dược phẩm trong bụi nhà, hỗ trợ các cơ quan quản lý y tế và môi trường thiết lập các biện pháp kiểm soát rủi ro độc chất hiệu quả.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết phân bố đa pha giữa chất lỏng và chất rắn trong việc tách chiết hợp chất hữu cơ vi lượng, kết hợp với nguyên lý ion hóa phun sương điện tử áp suất khí quyển ESI và phân mảnh ion trong khối phổ tứ cực thời gian bay Q-TOF. Đồng thời, mô hình đánh giá rủi ro sức khỏe con người theo hướng dẫn của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ được áp dụng để tính toán liều phơi nhiễm hàng ngày và hệ số nguy hại.

Một số khái niệm chuyên ngành cốt lõi được sử dụng xuyên suốt bao gồm:

  • Acetaminophen (hay paracetamol): Là hợp chất N-(4-hydroxyphenyl)acetamid có công thức phân tử C8H9NO2, phân tử lượng 151,16 g/mol, nhiệt độ nóng chảy 169 độ C, ít tan trong nước nhưng tan tốt trong dung môi hữu cơ phân cực.
  • Nhóm dược phẩm và sản phẩm chăm sóc cá nhân (PPCPs): Các chất ô nhiễm hữu cơ mới nổi có hoạt tính sinh học cao và khả năng tồn lưu trong môi trường.
  • Kỹ thuật quét khối phổ SWATH: Kỹ thuật thu nhận toàn bộ phổ ion phân mảnh lý thuyết theo từng cửa sổ tuần tự, cho phép phân tích định tính và định lượng đa mục tiêu với độ nhạy vượt trội.
  • Liều tham chiếu chế độ ăn uống mãn tính (cRfD) và cấp tính (aRfD): Ngưỡng liều lượng tiếp xúc hàng ngày không gây ra các ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng cỡ mẫu gồm 10 mẫu bụi không khí trong nhà thu thập từ 6 quận đại diện cho các hình thái đô thị tại Hà Nội, gồm 3 mẫu tại Long Biên, 3 mẫu tại Hoàn Kiếm, 1 mẫu tại Cầu Giấy, 1 mẫu tại Ba Đình, 1 mẫu tại Từ Liêm và 1 mẫu tại Thanh Xuân. Phương pháp chọn mẫu tập trung vào các vị trí bề mặt tích tụ bụi mịn tự nhiên trong phòng khách như gầm bàn, ghế sofa, nóc tủ và cánh quạt điều hòa bằng máy hút bụi chuyên dụng Electrolux ZUSG4061 gắn màng sợi thạch anh QR-100 kích thước 203 x 254 mm. Mẫu sau đó được rây qua cỡ hạt 250 µm để thu nhận phần bụi mịn phản ánh đúng lượng bụi con người dễ hít phải.

Kỹ thuật chiết siêu âm với dung môi methanol được lựa chọn nhờ khả năng phá vỡ cấu trúc hạt bụi và tăng hiệu suất chuyển khối nhanh chóng. Khối lượng 1 g mẫu bụi được bổ sung 50 µL chất chuẩn đồng hành acetaminophen-d4 nồng độ 4 µg/mL, chiết siêu âm 3 lần với tổng thể tích 50 mL methanol (20 mL trong 20 phút, sau đó 2 lần 15 mL), ly tâm ở tốc độ 2000 vòng/phút trong 10 phút. Dịch chiết được cô quay chân không về 1 mL, thổi khí nitơ tinh khiết đến 0,2 mL, thêm 50 µL nội chuẩn methomyl-d3 nồng độ 4 µg/mL và định mức thành 0,5 mL bằng methanol trước khi lọc qua màng lọc Millex-LG kích thước lỗ 0,2 µm.

Thiết bị LC-QTOF-MS của hãng SCIEX được lựa chọn thay thế cho phương pháp GC-MS truyền thống vì acetaminophen là chất phân cực mạnh, dễ bị phân hủy bởi nhiệt độ cao. Hệ thống sắc ký sử dụng cột GL Science ODS-4 HP (150 mm x 2,1 mm x 3 µm), pha động gồm amoni axetat 5 mM trong nước và methanol, tốc độ dòng 0,3 mL/phút, thể tích tiêm 2 µL và vận hành ở chế độ ESI dương. Quá trình phân tích thực nghiệm và xử lý số liệu thống kê được hoàn thành trong giai đoạn 2018-2021.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thực nghiệm đã tối ưu hóa thành công các thông số vận hành sắc ký và khối phổ cho acetaminophen với thời gian lưu cố định tại 6,402 phút. Phổ khối lượng xác định rõ ion mẹ có tỷ số khối trên điện tích m/z là 152,1 cùng hai ion con đặc trưng dùng để định lượng và xác nhận có m/z lần lượt là 110,1 và 93, với năng lượng va chạm tối ưu đạt 30 eV và điện áp nón 5 V.

Quy trình phân tích đạt độ tuyến tính tuyệt đối trong khoảng nồng độ làm việc từ 10 ppb đến 1000 ppb với hệ số tương quan R2 đạt trên 0,999. Độ thu hồi của chất chuẩn đồng hành acetaminophen-d4 trên nền mẫu bụi thực tế đạt giá trị cao trong khoảng 70% đến 115%, độ lệch chuẩn tương đối RSD luôn duy trì ở mức dưới 10%, hoàn toàn đáp ứng các tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng quốc tế theo hướng dẫn của SMEWW 1020A và 1020B.

Acetaminophen xuất hiện phổ biến trong các mẫu bụi nhà khảo sát tại Hà Nội. Tần suất phát hiện hoạt chất này đạt mức cao nhất trong nhóm các hợp chất dược phẩm và chăm sóc cá nhân (PPCPs), đạt tỷ lệ 100%, vượt trội so với các chất chống nắng như PB-3 đạt 67%, BMDM đạt 50% hay các loại thuốc kháng sinh như clarithromycin đạt 25% và sulfamethoxazole đạt 17%.

Đánh giá phơi nhiễm cho thấy liều lượng hấp thụ hàng ngày qua đường hô hấp và ăn phải bụi ở nhóm trẻ em cao gấp khoảng 2 đến 3 lần so với người lớn, do tỷ lệ thời gian ở trong nhà của trẻ nhỏ ước tính lên tới 86% so với 64% ở người trưởng thành. Tuy nhiên, toàn bộ các giá trị chỉ số nguy hại HQ tính toán được tại 6 quận đều nhỏ hơn 1, khẳng định mức độ rủi ro sức khỏe do acetaminophen trong bụi nhà gây ra hiện vẫn nằm trong giới hạn an toàn.

Thảo luận kết quả

Sự tồn tại của acetaminophen trong bụi không khí bắt nguồn từ quá trình sử dụng các dạng thuốc viên nén, viên sủi, bột hòa tan gây phát tán bụi mịn vào không gian kín, kết hợp với lượng hoạt chất chưa chuyển hóa thải ra qua mồ hôi và hơi thở. Ngoài ra, mật độ dân cư tập trung cao tại các quận trung tâm như Hoàn Kiếm hay Ba Đình kéo theo lượng tiêu thụ thuốc lớn, dẫn đến tích tụ dược phẩm vi lượng trên các bề mặt đồ vật trong gia đình.

Dữ liệu phân tích thực nghiệm có thể được biểu diễn trực quan thông qua đồ thị hồi quy tuyến tính của đường chuẩn với độ tin cậy 96%, biểu đồ cột thể hiện sự chênh lệch nồng độ hoạt chất giữa các khu vực nội thành và ngoại thành, cùng bảng tổng hợp đối sánh chỉ số HQ giữa hai nhóm đối tượng người lớn và trẻ em. Khi so sánh với các báo cáo môi trường tại Mỹ và Châu Âu, mức độ phơi nhiễm dược phẩm trong không khí tại Hà Nội tương đương với các đô thị đang phát triển, chưa chạm tới ngưỡng gây độc cấp tính nhưng đòi hỏi sự giám sát lâu dài đối với hiện tượng phơi nhiễm mãn tính liều thấp.

Đề xuất và khuyến nghị

  • Xây dựng và ban hành tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia: Bộ Tài nguyên và Môi trường cùng Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cần phối hợp xây dựng quy chuẩn TCVN về quy trình quan trắc dư lượng dược phẩm trong bụi không khí trước năm 2026, đặt mục tiêu chuẩn hóa hiệu suất thu hồi phân tích đạt trên 85% và sai số RSD dưới 8%.
  • Triển khai mạng lưới giám sát định kỳ tại đô thị: Trung tâm Quan trắc Môi trường miền Bắc cần thiết lập chương trình lấy mẫu không khí và bụi lắng 6 tháng một lần tại tối thiểu 12 quận, huyện của Hà Nội trong giai đoạn 2026-2030, nhằm kiểm soát chỉ số nguy hại HQ luôn duy trì dưới mức 0,1.
  • Tăng cường quản lý thu hồi thuốc quá hạn và bao bì y tế: Bộ Y tế chỉ đạo Sở Y tế các địa phương thiết lập ít nhất 100 điểm thu gom chất thải dược phẩm sinh hoạt tại các nhà thuốc và trạm y tế trước năm 2027, giảm thiểu khoảng 40% lượng hoạt chất phát tán tự do ra hệ thống cống rãnh và không khí.
  • Nâng cao chất lượng không khí trong không gian kín: Các hộ gia đình và ban quản lý tòa nhà nên trang bị máy lọc không khí tích hợp màng lọc tiêu chuẩn HEPA giữ lại 99,97% hạt bụi có kích thước từ 0,3 µm trở lên, kết hợp duy trì tần suất lau ẩm bề mặt đồ nội thất 2 lần mỗi tuần để giảm 50% lượng bụi mịn xâm nhập vào cơ thể trẻ nhỏ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  • Cán bộ nghiên cứu và học viên sau đại học chuyên ngành Hóa phân tích và Khoa học Môi trường: Khai thác quy trình tối ưu hóa thiết bị LC-QTOF-MS-SWATH, kỹ thuật chiết siêu âm ba bước và phương pháp xây dựng đường chuẩn phục vụ các đề tài phân tích lượng vết hợp chất hữu cơ khó phân hủy.
  • Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên, môi trường và y tế dự phòng: Sử dụng số liệu thực chứng về mức độ ô nhiễm và mô hình tính toán chỉ số rủi ro HQ để xây dựng chính sách quản lý hóa chất mới nổi và ban hành hướng dẫn an toàn môi trường sống.
  • Kiểm nghiệm viên tại các phòng thử nghiệm và trung tâm phân tích tiêu chuẩn: Ứng dụng quy trình xử lý mẫu nhanh trong 60 phút với độ thu hồi trên 70% để nâng cao năng lực kiểm nghiệm mẫu bụi, không khí và nước thải công nghiệp.
  • Doanh nghiệp sản xuất thiết bị lọc không khí và vật liệu xử lý môi trường: Tham khảo đặc tính phân bố kích thước hạt 250 µm và cơ chế hấp phụ hóa chất để nghiên cứu, cải tiến cấu trúc màng lọc chuyên dụng cho các hộ gia đình đô thị.

Câu hỏi thường gặp

  • Vì sao phương pháp LC-QTOF-MS được ưu tiên sử dụng hơn GC-MS trong nghiên cứu này? Acetaminophen là hợp chất phân cực mạnh có phân tử lượng 151,16 g/mol và nhiệt độ nóng chảy 169 độ C, rất dễ bị phân hủy khi gặp nhiệt độ cao trong buồng tiêm mẫu của thiết bị GC-MS. Hệ thống LC-QTOF-MS vận hành ở chế độ ESI dương cho phép ion hóa nhẹ nhàng ở nhiệt độ 40 độ C, phân tách tốt tại thời gian lưu 6,402 phút mà không đòi hỏi bước dẫn xuất hóa phức tạp.

  • Hoạt chất acetaminophen xâm nhập vào bụi không khí trong nhà qua các con đường nào? Hoạt chất phát tán chủ yếu trong quá trình sử dụng các chế phẩm dạng viên sủi bọt, bột uống hoặc hơi sương, kết hợp với sự bài tiết vi lượng qua da và đường thở của người bệnh. Bên cạnh đó, khoảng 58% đến 68% hoạt chất không đổi thải ra nguồn nước sinh hoạt có thể bám vào các hạt bùn khô và hạt bụi lơ lửng rồi theo gió bay vào nhà.

  • Chỉ số rủi ro HQ nhỏ hơn 1 phản ánh điều gì về sức khỏe người dân Hà Nội? Chỉ số HQ nhỏ hơn 1 chứng minh rằng nồng độ acetaminophen hít phải và nuốt phải từ bụi nhà ở thời điểm khảo sát vẫn nằm trong ngưỡng phơi nhiễm cho phép theo tiêu chuẩn của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ. Điều này đồng nghĩa với việc chưa có nguy cơ gây độc cấp tính hay tổn thương gan, thận đối với cả người lớn và trẻ em tại các khu vực nghiên cứu.

  • Quy trình chiết siêu âm ba bước mang lại lợi ích gì so với phương pháp truyền thống? Chiết siêu âm bằng methanol với 3 lần chiết (tổng thể tích 50 mL) sử dụng năng lượng sóng âm tần số cao để phá vỡ liên kết giữa dược phẩm và chất nền bụi hạt 250 µm. Phương pháp này rút ngắn thời gian chuẩn bị mẫu xuống còn khoảng 60 phút, giảm 70% lượng dung môi hữu cơ độc hại và đem lại hiệu suất thu hồi chất chuẩn đồng hành ổn định từ 70% đến 115%.

  • Tại sao nguy cơ phơi nhiễm acetaminophen ở trẻ em lại cao hơn người trưởng thành? Trẻ em có thời gian sinh hoạt trong nhà chiếm tới 86% mỗi ngày so với 64% ở người lớn, kèm theo thói quen bò sàn và mút tay khiến lượng bụi nuốt phải ước tính khoảng 50 mg đến 200 mg mỗi ngày. Khi kết hợp với thể trọng nhỏ chỉ khoảng 15 kg đến 18 kg, liều lượng hấp thụ tính trên một đơn vị khối lượng cơ thể của trẻ cao gấp 2 đến 3 lần người lớn.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng thành công quy trình phân tích vết acetaminophen trong bụi không khí bằng thiết bị LC-QTOF-MS-SWATH với thời gian lưu 6,402 phút và độ tuyến tính R2 đạt trên 0,999.
  • Quy trình xử lý mẫu bằng chiết siêu âm với dung môi methanol đạt hiệu suất thu hồi chất chuẩn đồng hành từ 70% đến 115% với độ lệch chuẩn tương đối RSD dưới 10%.
  • Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm đầu tiên về nồng độ acetaminophen trong 10 mẫu bụi không khí thu thập tại 6 quận nội và ngoại thành Hà Nội.
  • Đánh giá toàn diện rủi ro sức khỏe cho thấy chỉ số HQ đều nhỏ hơn 1, xác nhận mức độ an toàn đối với cả người lớn và trẻ nhỏ tại thời điểm khảo sát.
  • Đề xuất mở rộng mạng lưới quan trắc sang các nhóm hoạt chất kháng sinh và kháng viêm khác trong giai đoạn 2026-2028 nhằm hoàn thiện bức tranh ô nhiễm dược phẩm đô thị.

Quý độc giả và các nhà khoa học quan tâm có thể khai thác toàn văn luận văn thạc sĩ để ứng dụng quy trình phân tích tiên tiến này vào công tác kiểm nghiệm và nghiên cứu môi trường thực tế!