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%. Hà Nội, thủ đô với diện tích tự nhiên 332.890 ha và dân số trên 6,8 triệu người, có hơn 56% diện tích là đất nông nghiệp, dẫn đến nhu cầu sử dụng hóa chất diệt nấm rất lớn. Tuy nhiên, ô nhiễm không khí tại Hà Nội đang ở mức báo động với nồng độ bụi mịn PM2.5 và PM10 vượt giới hạn cho phép từ 1,1 đến 2,2 lần theo tiêu chuẩn quốc gia QCVN 05:2013/BTNMT và hướng dẫn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO). Các hạt bụi này có khả năng hấp phụ các hóa chất độc hại, trong đó có các hóa chất diệt nấm, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng.

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 khu dân cư Hà Nội và đánh giá rủi ro phơi nhiễm đối với sức khỏe con người. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi nội thành Hà Nội từ tháng 6 đến tháng 10 năm 2020, 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 không chỉ nằm ở việc cung cấp dữ liệu khoa học về mức độ ô nhiễm hóa chất diệt nấm trong bụi không khí mà còn hỗ trợ các cơ quan quản lý nhà nước, tổ chức bảo vệ môi trường và y tế trong việc xây dựng các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm, bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

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 hấp phụ và phân tán hóa chất trên hạt bụi không khí: Các hạt bụi mịn PM2.5 và PM10 có khả năng hấp phụ các hợp chất hữu cơ độc hại, bao gồm hóa chất diệt nấm, làm tăng nguy cơ phơi nhiễm qua đường hô hấp.
  • Mô hình phân tích sắc ký lỏng khối phổ (LC-QTOF-MS-SWATH): Phương pháp này kết hợp sắc ký lỏng với phép đo phổ khối thời gian bay tứ cực, cho phép phân tích đồng thời nhiều hợp chất với độ nhạy và độ chọn lọc cao.
  • Khái niệm về giới hạn phát hiện (MDL) và giới hạn định lượng (LOQ): Được xác định dựa trên tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (S/N) nhằm đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của kết quả phân tích.
  • Khái niệm đánh giá rủi ro phơi nhiễm (Hazard Quotient - HQ): Dựa trên liều lượng phơi nhiễm hàng ngày (IDi) và liều tham chiếu (RfDi) để đánh giá mức độ nguy hiểm của hóa chất đối với sức khỏe con người.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập mẫu bụi không khí tại hai vị trí dân cư nội thành Hà Nội (AP1 và AP2) trong khoảng thời gian từ tháng 6 đến tháng 10 năm 2020, tổng cộng 47 mẫu. Dữ liệu tham khảo từ các nghiên cứu trong và ngoài nước về hóa chất diệt nấm và ô nhiễm không khí.
  • Phương pháp thu thập mẫu: Sử dụng thiết bị lấy mẫu thể tích lớn (121H KIMOTO) với màng lọc sợi thạch anh, thu mẫu ở độ cao khoảng 8m so với mặt đất, bảo quản mẫu ở -20°C trước khi phân tích.
  • Phương pháp chiết tách: Chiết tách hóa chất diệt nấm bằng dung môi methanol qua ba lần siêu âm và ly tâm, cô đặc dịch chiết bằng quay chân không và thổi khí nitơ.
  • Phương pháp phân tích: Sử dụng thiết bị LC-QTOF-MS-SWATH (Sciex X500R QTOF system) với cột GL Science ODS-4 HP, chế độ ion hóa ESI (+), chạy trong khoảng khối lượng 50-1000 Da, thể tích tiêm mẫu 2 µL, tốc độ dòng 0,3 mL/phút.
  • Kiểm soát chất lượng: Thực hiện phân tích mẫu trắng, mẫu lặp, mẫu chuẩn đồng hành, đảm bảo độ lệch chuẩn tương đối (RSD) ≤ 2% và độ thu hồi 70-125%.
  • Phân tích số liệu: Sử dụng phần mềm Microsoft Excel và Minitab 16 để xử lý và phân tích thống kê dữ liệu.
  • Đánh giá rủi ro: Tính toán liều lượng phơi nhiễm hàng ngày (IDi) và chỉ số nguy hại (HQ) cho hai nhóm đối tượng người lớn và trẻ em dựa trên nồng độ trung bình các hóa chất diệt nấm trong bụi không khí.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Điều kiện phân tích và đường chuẩn: Đã xây dựng thành công đường chuẩn tuyến tính với hệ số tương quan R² ≥ 0,995 cho 6 hóa chất diệt nấm trong khoảng nồng độ từ 0,1 ppb đến 1000 ppb. Giới hạn phát hiện (MDL) của các chất dao động trong khoảng từ vài pg/m³ đến vài chục pg/m³, đảm bảo độ nhạy cao cho phân tích 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%, phù hợp với tiêu chuẩn phân tích môi trường.

  3. Nồng độ hóa chất diệt nấm trong mẫu bụi không khí: Tổng nồng độ trung bình của 6 hóa chất diệt nấm trong mẫu bụi không khí tại Hà Nội dao động từ khoảng 10 đến 150 pg/m³, trong đó carbendazim và difenoconazole có nồng độ cao nhất, chiếm trên 50% tổng nồng độ. Nồng độ trung bình tại vị trí AP1 cao hơn khoảng 20% so với AP2, phản ánh ảnh hưởng của mật độ giao thông và hoạt động dân cư.

  4. Phân bố theo mùa và thời gian trong ngày: Nồng độ các hóa chất diệt nấm trong mùa khô cao hơn khoảng 30% so với mùa mưa, do điều kiện khí hậu và hoạt động nông nghiệp. Mẫu thu thập ban ngày có nồng độ cao hơn ban đêm khoảng 15%, có thể do hoạt động phun thuốc và phát thải khí thải giao thông.

  5. 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 lũy lâu dài và tác động cộng hưởng cần được theo dõi.

Thảo luận kết quả

Kết quả phân tích cho thấy sự hiện diện phổ biến của các hóa chất diệt nấm trong bụi không khí khu dân cư Hà Nội, phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về ô nhiễm hóa chất bảo vệ thực vật trong môi trường không khí. Nồng độ cao hơn tại vị trí AP1 phản ánh tác động của mật độ giao thông và các hoạt động xây dựng, đồng thời cho thấy sự phân bố không đồng đều của các hóa chất này trong đô thị.

Sự khác biệt nồng độ theo mùa và thời gian trong ngày phù hợp với các yếu tố khí hậu và hoạt động nông nghiệp, tương tự các nghiên cứu tại Tây Ban Nha và Cộng hòa Séc. Việc sử dụng phương pháp LC-QTOF-MS-SWATH đã giúp phát hiện và định lượng chính xác các hợp chất phân cực và không bay hơi, vượt trội hơn so với các phương pháp GC-MS truyền thống.

Biểu đồ phân bố nồng độ theo vị trí và mùa có thể minh họa rõ sự biến động của các hóa chất diệt nấm, hỗ trợ đánh giá nguồn gốc và mức độ ô nhiễm. Bảng tổng hợp hiệu suất thu hồi và giới hạn phát hiện cũng giúp minh chứng tính khả thi và độ tin cậy của quy trình phân tích.

Mặc dù chỉ số HQ hiện tại cho thấy rủi ro thấp, nhưng việc tiếp xúc lâu dài với hỗn hợp các hóa chất này có thể gây ảnh hưởng sức khỏe chưa được đánh giá đầy đủ, đặc biệt với nhóm người nhạy cảm như trẻ em và người già. Do đó, cần có các nghiên cứu bổ sung và giám sát liên tục.

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 dân cư và công nghiệp để theo dõi biến động nồng độ hóa chất, đảm bảo dữ liệu cập nhật và chính xác. 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 kỹ thuật viên và trang bị thiết bị hiện đại để nâng cao năng lực phân tích, giúp phát hiện sớm các hóa chất độc hại trong môi trường không khí. Thời gian: 1-2 năm; Chủ thể: Viện Khoa học và Công nghệ, các trung tâm phân tích môi trường.

  3. Xây dựng chính sách quản lý và hạn chế sử dụng hóa chất diệt nấm độc hại: Khuyến khích sử dụng các loại thuốc diệt nấm thân thiện với môi trường, kiểm soát chặt chẽ việc nhập khẩu và sử dụng hóa chất, giảm thiểu phát thải vào môi trường. 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: Hướng dẫn người dân, đặc biệt là nông dân và người dân đô thị, về cách sử dụng an toàn, bảo hộ lao động và các biện pháp giảm thiểu phơi nhiễm. Thời gian: liên tục; Chủ thể: các tổ chức y tế, truyền thông, chính quyền địa phương.

  5. Nghiên cứu bổ sung về tác động lâu dài và cộng hưởng của các hóa chất diệt nấm: Thực hiện các nghiên cứu đa ngành về ảnh hưởng sức khỏe, đặc biệt là với nhóm nhạy cảm, để có cơ sở khoa học cho các biện pháp quản lý hiệu quả hơn. Thời gian: 2-4 năm; Chủ thể: các viện nghiên cứu y sinh, môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý môi trường và chính sách công: Sử dụng dữ liệu và kết quả nghiên cứu để xây dựng các quy định, tiêu chuẩn về ô nhiễm không khí và quản lý hóa chất bảo vệ thực vật, từ đó giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe cộng đồng.

  2. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia hóa phân tích môi trường: Áp dụng quy trình phân tích LC-QTOF-MS-SWATH và phương pháp chiết tách mẫu để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về ô nhiễm hóa chất trong không khí và các môi trường khác.

  3. Cơ quan y tế và tổ chức bảo vệ sức khỏe cộng đồng: Dựa trên đánh giá rủi ro phơi nhiễm để thiết kế các chương trình giám sát sức khỏe, cảnh báo sớm và can thiệp kịp thời cho các nhóm dân cư có nguy cơ cao.

  4. Người dân và cộng đồng nông nghiệp tại Hà Nội và các vùng lân cận: Nâng cao nhận thức về tác hại của hóa chất diệt nấm, hướng dẫn sử dụng an toàn và các biện pháp phòng tránh phơi nhiễm, góp phần bảo vệ sức khỏe bản thân và gia đình.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần sử dụng phương pháp LC-QTOF-MS-SWATH để phân tích hóa chất diệt nấm trong bụi không khí?
    Phương pháp LC-QTOF-MS-SWATH có độ nhạy và độ chọn lọc cao, cho phép phân tích đồng thời nhiều hợp chất phân cực và không bay hơi với giới hạn phát hiện rất thấp, phù hợp với việc phát hiện các hóa chất diệt nấm trong mẫu bụi không khí phức tạp.

  2. Các hóa chất diệt nấm nào được phát hiện phổ biến nhất trong bụi không khí Hà Nội?
    Carbendazim và difenoconazole là hai hóa chất diệt nấm có nồng độ cao nhất, chiếm hơn 50% tổng nồng độ các hóa chất được phát hiện trong mẫu bụi không khí tại Hà Nội.

  3. Nồng độ hóa chất diệt nấm trong bụi không khí có ảnh hưởng như thế nào đến sức khỏe con người?
    Mặc dù chỉ số nguy hại HQ hiện tại cho thấy mức độ rủi ro tiềm ẩn có thể chấp nhận được, việc tiếp xúc lâu dài với các hóa chất này qua đường hô hấp có thể gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng như dị ứng, rối loạn thần kinh và các bệnh mãn tính.

  4. Phương pháp chiết tách mẫu nào được sử dụng trong nghiên cứu này?
    Phương pháp chiết tách sử dụng dung môi methanol kết hợp với siêu âm và ly tâm nhiều lần, giúp thu hồi hiệu quả các hóa chất diệt nấm từ màng lọc bụi với hiệu suất thu hồi từ 70% đến 125%.

  5. Làm thế nào để giảm thiểu ô nhiễm hóa chất diệt nấm trong không khí đô thị?
    Cần tăng cường quản lý và kiểm soát việc sử dụng hóa chất diệt nấm, áp dụng các biện pháp kỹ thuật giảm phát thải, tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng và phát triển các loại thuốc diệt nấm thân thiện với 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 phương pháp LC-QTOF-MS-SWATH với độ nhạy và độ chính xác cao.
  • Phát hiện sự hiện diện phổ biến của các hóa chất diệt nấm trong bụi không khí khu dân cư Hà Nội với nồng độ dao động từ khoảng 10 đến 150 pg/m³.
  • Nồng độ hóa chất diệt nấm biến động theo vị trí, mùa và thời gian trong ngày, phản ánh ảnh hưởng của hoạt động giao thông, nông nghiệp và điều kiện khí hậu.
  • Đánh giá rủi ro phơi nhiễm cho thấy mức độ nguy hại hiện tại có thể chấp nhận được, nhưng cần theo dõi lâu dài và nghiên cứu bổ sung.
  • Khuyến nghị tăng cường giám sát, quản lý và tuyên truyền nhằm giảm thiểu ô nhiễm hóa chất diệt nấm, bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Hành động tiếp theo: Các cơ quan quản lý và nghiên cứu cần phối hợp triển khai hệ thống quan trắc định kỳ, áp dụng quy trình phân tích hiện đại và phát triển chính sách quản lý hóa chất diệt nấm phù hợp. Độc giả quan tâm có thể liên hệ với Viện Công nghệ Môi trường để nhận hỗ trợ kỹ thuật và hợp tác nghiên cứu.