Tóm tắt luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích metyl thủy ngân trong các mẫu sinh học và môi trường tại khu vực khai thác vàng Thần Sa,Thái Nguyên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

PHAN THANH PHƢƠNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH METYL THỦY NGÂN TRONG CÁC MẪU SINH HỌC VÀ MÔI TRƢỜNG TẠI KHU VỰC KHAI THÁC VÀNG THẦN SA, THÁI NGUYÊN LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC HÀ NỘI - 2019

Công trình đƣợc hoàn thành tại:

Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Vũ Đức Lợi 2. PGS. TS. Lê Lan Anh

Phản biện 1:……………………………………………… Phản biện 2:……………………………………………… Phản biện 3:……………………………………………….

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Học viện họp tại: Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Vào hồi…giờ…ngày…tháng… năm 2019

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam

CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

1. Vũ Đức Lợi, Dương Tuấn Hưng, Nguyễn Thị Vân, Phan Thanh Phƣơng, “Phân tích thủy ngân oxit (HgO) và thủy ngân sunfua (HgS) trong trầm tích thuộc lưu vực sông Nhuệ và sông Đáy”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học, 2015, Tập 20 (4), 135-142

2. Mineshi Sakamoto, Nozomi Tatsuta, Kimiko Izumo, Phuong Thanh Phan, Loi Duc Vu, Megumi Yamamoto, Masaki Nakamura, Impacts and Kunihiko Nakai, Katsuyuki Murata, "Health Biomarkers of Prenatal Exposure to Methylmercury: Lessons from Minamata, Japan", Toxics, 2018, 6 (3), 45

3. Vu Duc Loi, Duong Tuan Hung, Phan Thanh Phuong, “Mercury pollution due to gold mining activities in Thai Nguyen province”, Food Control Conference 2018, 4-5th October 2018, Hanoi, Vietnam.

4. Vũ Đức Lợi, Dương Tuấn Hưng, Nguyễn Thị Vân, Phan Thanh Phƣơng. “Nghiên cứu phương pháp xác định hàm lượng metyl thủy ngân trong mẫu sinh học bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật hóa hơi lạnh (CV - AAS)”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học, 2019, Tập 24 (3), 111-117.

5. Phan Thanh Phƣơng, Vũ Đức Lợi, Dương Tuấn Hưng, Nguyễn Thị Vân. “Đánh giá mức độ ô nhiễm metyl thủy ngân trong trầm tích suối Nước Đục thuộc xã Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học, 2019, Tập 24 (3), 123-129.

MỞ ĐẦU

Ô nhiễm môi trường đang là vấn đề toàn cầu được tất cả các quốc gia và nhiều nhà khoa học quan tâm. Trong số các chất ô nhiễm tồn tại trong môi trường thì kim loại nặng, đặc biệt là thủy ngân đóng một vai trò quan trọng trong các quá trình chuyển hóa và tích lũy sinh học, khi xâm nhập vào cơ thể các kim loại nặng sẽ gây ảnh hưởng lớn tới sức khỏe con người, chúng được coi là một trong các tác nhân gây ung thư và các bệnh hiểm nghèo khác. Độc tính của thuỷ ngân phụ thuộc vào dạng hóa học của nó; thủy ngân hữu cơ độc hơn thuỷ ngân vô cơ, dạng độc nhất của thuỷ ngân là metyl thuỷ ngân (CH3Hg+), dạng này được tích luỹ trong tế bào cá và động vật. Metyl thủy ngân tan được trong mỡ, phần chất béo của các màng và trong não tủy. Đặc tính nguy hiểm nhất của metyl thủy ngân là có thể chuyển dịch được qua màng tế bào và thâm nhập vào mô của bào thai qua nhau thai.

Trên thế giới, đã có nhiều trường hợp nhiễm độc thủy ngân xảy ra ở quy mô lớn. Năm 1953 - 1960 tại thành phố Minamata, Nhật Bản đã có 2955 người nhiễm độc thuỷ ngân. Trong số những người bị nhiễm độc, đã có 45 người chết. Những khuyết tật về gien đã được quan sát thấy ở trẻ em sơ sinh mà mẹ của chúng ăn hải sản được khai thác từ vịnh. Tiếp đó năm 1972 tại Irac đã có 459 nông dân bị chết sau khi ăn phải lúa mạch nhiễm độc thuỷ ngân do thuốc trừ sâu.

Thủy ngân được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như hóa chất, phân bón, chất dẻo, kỹ thuật điện, điện tử, sơn, tách vàng trong các quặng sa khoáng, sản xuất các loại đèn huỳnh quang, pin, nhiệt kế, huyết áp kế, mỹ phẩm...

Theo báo cáo của Cục hóa chất - Bộ Công thương, năm 2016, Việt Nam có 4 ngành chính liên quan đến sử dụng và phát thải thủy ngân gồm sản xuất và sử dụng thiết bị chiếu sáng, đốt than từ nhà máy, sử dụng trong lĩnh vực y tế và khai thác vàng thủ công quy mô nhỏ, hàng năm nước ta phát thải ra môi trường khoảng 49.131 kg thủy ngân.

Trong môi trường, thuỷ ngân biến đổi qua các dạng tồn tại hoá học của nó bởi các hoạt động của tự nhiên và con người, thủy ngân được giải phóng vào khí quyển bởi nhiều nguồn khác nhau, sau đó phân tán và lắng đọng xuống trái đất, thủy ngân được lưu giữ và chuyển hóa trong đất và nước. Sự chuyển hoá sinh học của các hợp chất thuỷ ngân vô cơ thành các hợp chất metyl thuỷ ngân có thể xảy ra trong trầm tích, trong nước và cả trong cơ thể sinh vật. Quá trình metyl hoá thủy ngân là yếu tố quan trọng nhất góp phần đưa thủy ngân vào trong chuỗi thức ăn. Các hoạt động khai thác vàng thủ công sử dụng thủy ngân kim loại để tạo hỗn hống, tuy nhiên trong trầm tích tại khu vực khai thác lại phát hiện thấy metyl thủy ngân. Sự chuyển hóa của các dạng thủy ngân tại khu vực khai thác vàng diễn ra rất phức tạp, các nghiên cứu về quá trình metyl hóa và tích lũy sinh học của thủy ngân trong cá và động vật đáy tại các khu vực này còn hạn chế. Mặt khác, ở Việt Nam chưa có các quy trình hướng dẫn về phân tích metyl thủy ngân trong trầm tích và các mẫu sinh học.

Do vậy, chúng tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích metyl thủy ngân trong các mẫu sinh học và môi trường tại khu vực khai thác vàng Thần Sa,Thái Nguyên”.

Mục tiêu của luận án được đặt ra là: - Nghiên cứu xây dựng phương pháp phân tích metyl thủy ngân trong mẫu sinh học có độ nhạy, độ chọn lọc và độ chính xác cao.

- Nghiên cứu, đánh giá sự chuyển hóa và tích lũy sinh học của thủy ngân trong các mẫu trầm tích và sinh học tại khu vực khai thác vàng Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên.

Để đạt được mục tiêu trên, các nội dung nghiên cứu chính của luận án bao gồm: - Khảo sát, lựa chọn các điều kiện tối ưu và xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp phân tích hàm lượng tổng thủy ngân trong mẫu trầm tích và mẫu sinh học.

- Nghiên cứu, lựa chọn các điều kiện tối ưu và xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp phân tích hàm lượng metyl thủy ngân trong trầm tích bằng phương pháp sắc ký khí sử dụng detector cộng kết điện tử (GC-ECD).

- Nghiên cứu, khảo sát và xây dựng quy trình phân tích hàm lượng metyl thủy ngân trong mẫu sinh học bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật hóa hơi lạnh cải tiến kết hợp các kỹ thuật chiết lỏng - lỏng.

- Áp dụng quy trình phân tích xây dựng được để xác định hàm lượng tổng thủy ngân và metyl thủy ngân trong mẫu trầm tích, sinh học tại khu vực khai thác vàng Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên và đánh giá sự chuyển hóa và tích lũy thủy ngân trong các đối tượng mẫu nghiên cứu trên.

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Thủy ngân trong tự nhiên và nguyên nhân gây ô nhiễm môi trƣờng 1.1.1. Thủy ngân trong tự nhiên

Thủy ngân (Hg) tồn tại chủ yếu ở các dạng 0, +1, +2, rất ít hợp chất của thủy ngân tồn tại ở trạng thái oxit hóa +3. Trong tự nhiên thủy ngân tồn tại chủ yếu ở các dạng sau:

- Dạng thủy ngân kim loại (Hgo), tồn tại ở trạng thái lỏng và hơi. - Dạng thủy ngân vô cơ tồn tại ở các dạng như: HgS, HgO, Hg(OH)2, Hg2Cl2, HgCl2, HgCN2, Hg(NO3)2,… có độ hòa tan khác nhau.

- Dạng có khả năng trao đổi ion (liên kết với Mn - Fe trong mẫu trầm tích). - Dạng thủy ngân hữu cơ tồn tại ở các dạng như: (CH3)2Hg phân hủy chậm, CH3Hg+ hầu như không phân hủy và các dạng thủy ngân hữu cơ RHgX; - Dạng cặn dư (phần còn lại của thủy ngân bị ràng buộc bởi các nguyên tố khác mà không thể chiết xuất được bởi các thuốc thử trước đó).

Trong tự nhiên, thủy ngân tồn tại chủ yếu dưới dạng các khoáng vật: xinaba hay thần sa (HgS), timanic (HgSe), colodoit (HgTe), livingtonit (HgSb4O7), montroydrit (HgO), calomen (Hg2Cl2)... Rất hiếm khi gặp thủy ngân dưới dạng tự do. Thần sa là quặng duy nhất của thủy ngân, nhiều khi bắt gặp chúng tạo

thành các mỏ lớn. Nói chung thần sa khác với các sunfua khác là khá bền vững trong miền oxi hoá. Các khoáng vật cộng sinh với thần sa thường có antimonit (Sb2S3), pyrit (FeS2), asenepyrit (FeAsS), Arsenic trisulfide (As2S3)... Các khoáng vật phi quặng đi kèm theo thần sa thường có: thạch anh, canxit, nhiều khi có cả fluorit, barit... 1.1.2. Chu trình chuyển hóa của thủy ngân trong môi trường Chu trình tuần hoàn của thủy ngân trong môi trường có thể khái quát gồm 6 quá trình chính: (1) Sự tách hơi thủy ngân từ đá, đất và nước mặt hoặc khí thải từ núi lửa, các hoạt động của con người.

(2) Sự di chuyển ở dạng khí của thủy ngân trong khí quyển: Thủy ngân khi phát tán vào khí quyển chủ yếu ở dạng hơi (Hgo). Hơi thủy ngân tồn tại với thời gian dài trong khí quyển có thể đến một năm vì vậy chúng có khả năng phát tán rộng.

(3) Sự lắng đọng thủy ngân xuống đất và nước mặt: Hơi thủy ngân trong khí quyển qua quá trình oxi hóa quang hóa tạo thành thủy ngân II, kết hợp với hơi nước và theo mưa rơi xuống mặt đất.

(4) Sự chuyển hóa thành sunfua thủy ngân không tan. (5) Sự chuyển hóa hóa học và chuyển hóa sinh học thành các dạng dễ hòa tan. (6) Quay trở lại khí quyển hoặc tích lũy sinh học trong chuỗi thức ăn. 1.1.3. Ứng dụng của thủy ngân

Thủy ngân có rất nhiều ứng dụng do có những tính chất phong phú như tính dẫn điện, nhạy với sự thay đổi nhiệt độ, áp suất và tạo được hợp kim với hầu hết kim loại. Chính vì vậy thủy ngân đóng một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau:

- Trong công nghiệp hóa chất: Thủy ngân được sử dụng phổ biến nhất là công nghiệp sản xuất Cl2 và NaOH bằng phương pháp điện phân sử dụng điện cực thủy ngân. - Trong công nghiệp điện, điện tử: Thủy ngân được sử dụng để sản xuất bóng đèn huỳnh quang, các thiết bị siêu dẫn, đồng hồ đo, pin oxit thủy ngân.

- Trong y học: Thủy ngân là một thành phần trong hỗn hợp để chữa các bệnh sâu răng, hàn răng. Thủy ngân cũng được dùng làm thuốc sát trùng như HgCl2. Nhiều hợp chất của thủy ngân được sử dụng làm chất bảo quản cho nhiều loại dược phẩm.

- Trong nông nghiệp: Người ta sử dụng một lượng lớn các hợp chất của thủy ngân hữu cơ để chống nấm mốc và làm sạch các hạt giống, và là thành phần có trong thuốc bảo vệ thực vật. - Trong khai thác vàng: Thủy ngân được sử dụng để tách vàng trong quặng sa khoáng nhờ tạo hỗn hống.

Ngoài ra thủy ngân còn được sử dụng trong các thiết bị định hướng, các dụng cụ đo nhiệt độ, áp suất, được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân, làm dung môi và xúc tác cho các kim loại hoạt động.

1.1.4. Nguyên nhân gây ô nhiễm thủy ngân trong môi trường

Nguồn phát thải thủy ngân vào môi trường gồm hai nguồn chính đó là nguồn do phát thải tự nhiên và hoạt động của con người gây ra. Nguồn phát thải do hoạt động của con người bao gồm: phát thải từ các sản phẩm phụ và phát thải từ việc sử dụng thủy ngân có chủ ý. Nguồn sản phẩm phụ lớn nhất phát thải ra thủy ngân là việc đốt các nhiên liệu hóa thạch, than thường chứa các tạp chất thủy ngân và trong quá trình đốt than giải phóng ra thủy ngân vào môi trường không khí. 1.2. Tính chất của thủy ngân 1.2.1. Tính chất vật lý, hóa học của Hg

Thủy ngân (Hg) là nguyên tố thuộc nhóm IIB trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học, có số thứ tự là 80, cấu hình electron lớp ngoài cùng là: 4f145d106s2. 1.2.2. Tính chất đặc trưng của thủy ngân

 Phản ứng phát hiện ion Hg2+  Phản ứng của ion CH3Hg+  Phản ứng tạo thành Me-Hg trong cơ thể  Phản ứng tạo phức của Me-Hg với Cysteine 1.2.3. Độc tính của thủy ngân và các hợp chất của thủy ngân

- Thủy ngân kim loại - Thủy ngân vô cơ - Thủy ngân hữu cơ

1.3. Các tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm Hg trong môi trƣờng 1.3.1. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng trầm tích 1.3.2. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ô nhiễm kim loại nặng trong thực phẩm 1.3.3. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước 1.4. Các phƣơng pháp phân tích Hg 1.4.1. Một số phương pháp xử lý mẫu trước khi phân tích 1.4.2. Phương pháp phân tích tổng Hg

- Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (CV-AAS) - Phương pháp phổ huỳnh quang nguyên tử - Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử - Phương pháp phổ khối (ICP-MS) 1.4.3. Các phương pháp phân tích metyl thủy ngân

- Phương pháp chiết chọn lọc - Phương pháp điện di mao quản - Phương pháp sắc ký khí - Phương pháp sắc ký lỏng

1.5. Thẩm định phƣơng pháp phân tích 1.5.1. Giới hạn phát hiện LOD, giới hạn định lượng LOQ 1.5.2. Phương pháp xác định LOD và LOQ 1.5.3. Độ chính xác của phương pháp phân tích

1.6. Tình hình nghiên cứu phân tích Hg, Me-Hg trong và ngoài nƣớc 1.6.1. Tình hình nghiên cứu về khả năng tích lũy và chuyển hóa thủy ngân - Tình hình nghiên cứu về tích lũy và chuyển hóa thủy ngân trên thế giới - Tình hình nghiên cứu về tích lũy và chuyển hóa thủy ngân ở Việt Nam

1.6.2. Tình hình nghiên cứu về các phương pháp phân tích thủy ngân - Tình hình nghiên cứu về phương pháp phân tích thủy ngân tổng số - Tình hình nghiên cứu về phương pháp phân tích metyl thủy ngân

1.7. Tổng quan về khu vực nghiên cứu 1.7.1. Điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội xã Thần Sa huyện Võ Nhai tỉnh Thái Nguyên 1.7.2. Tình hình khai thác vàng trên địa bàn xã Thần Sa huyện Võ Nhai tỉnh Thái Nguyên

Thái Nguyên phong phú và đa dạng về chủng loại khoáng sản. Các mỏ, điểm mỏ ngoài các nguyên tố có giá trị kinh tế cao (Au, Ag, Bi, W, Zn…) còn có chứa các nguyên tố độc hại (Hg, As, Cd…). Theo thời gian do tác động của các yếu tố tự nhiên và con người sẽ làm phát tán chúng ra môi trường xung quanh và có khả năng gây ô nhiễm cho môi trường đất, nước, không khí nếu hàm lượng các nguyên tố độc hại vượt quá giới hạn cho phép.

Các mỏ, điểm khoáng sản độc hại trong tỉnh Thái Nguyên thường phân bố ở những nơi có các dòng sông, suối chảy qua. Khi các con sông, con suối chảy qua các khu vực có các mỏ chứa khoáng sản độc hại thì dưới tác dụng của dòng chảy sẽ xói mòn, rửa trôi, hòa tan, vận chuyển và phát tán chúng ra môi trường xung quang gây ô nhiễm cho môi trường sống.

Các khu mỏ, điểm mỏ chứa khoáng sản có kèm theo các nguyên tố độc hại có hệ thống rừng nguyên sinh ít, đa số là rừng tái sinh và mới trồng nên độ che phủ từ trung bình đến kém. Khi mưa xuống so mức độ che phủ kém gây ra hiện tượng phá hủy bào mòn thân quặng làm cho quá trình phong hóa cơ học và hóa học diễn ra nhanh hơn. Dưới tác dụng của dòng chảy mang theo các nguyên tố độc hại từ các mỏ khoáng phát tán ra môi trường xung quanh gây ô nhiễm môi trường.

Khi khai thác khoáng sản phục vụ cho việc phát triển kinh tế - xã hội, luôn đi kèm với sự phát thải các chất thải ra môi trường. Bụi, chất thải các loại khoáng sản độc hại sẽ không ngừng phát thải vào môi trường xung quanh. Hoạt động của các khu công nghiệp cũng phát thải các chất độc hại ra môi trường. Ngoài ra, còn có các hoạt động khai thác vàng trái phép có sử dụng thủy ngân để tách vàng sẽ phát thải thủy ngân vào môi trường.

Mỏ vàng Thần Sa huyện Võ Nhai tỉnh Thái Nguyên từng là mỏ vàng hoạt động trái phép lớn nhất miền Bắc bởi trong khu vực này chứa một lượng lớn vàng sa khoáng. Trong thời gian gần đây, nạn khai thác vàng trái phép ở mỏ vàng Thần Sa vẫn xảy ra trên địa bàn huyện Võ Nhai. Các bãi khai thác vàng ở Thần Sa diễn ra từ khu vực suối Pó thuộc xóm Kim Sơn lên đến tận Thượng Kim là vùng giáp với huyện Chợ Mới của tỉnh Bắc Kạn, nhưng tập chung chủ yếu ở khu vực lũng Tâu Lườn. Các bãi vàng hoạt động trái phép chủ yếu sử

dụng thủy ngân để tạo hỗn hống vàng - thủy ngân để tách vàng, đây là nguyên nhân chính gây ra phát tán thủy ngân vào môi trường tại huyện Võ Nhai. Ngoài sự thủy ngân phát ra trong quá trình khai thác quặng vàng do thủy ngân là nguyên tố đi kèm chiếm khoảng 0,16 đến 0,34 % trong quặng vàng ở Thần Sa.

CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM

2.1. Dụng cụ hóa chất 2.1.1. Dụng cụ, thiết bị 2.1.2. Hóa chất 2.1.3. Chuẩn bị hóa chất và các dung dịch chuẩn 2.2. Xác nhận giá trị sử dụng của quy trình phân tích hàm lƣợng tổng Hg bằng phƣơng pháp CV-AAS 2.2.1. Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng tổng Hg 2.2.2. Quy trình phân tích tổng Hg trong mẫu đất, trầm tích 2.2.3. Quy trình phân tích hàm lượng tổng Hg trong mẫu nước 2.2.4. Quy trình phân tích hàm lượng tổng Hg trong mẫu thủy sản, tóc và máu 2.3. Xác nhận giá trị sử dụng của quy trình phân tích hàm lƣợng Me-Hg trong mẫu trầm tích bằng phƣơng pháp GC-ECD 2.3.1. Xây dựng đường chuẩn xác định Me-Hg bằng phương pháp GC-ECD 2.3.2. Quy trình phân tích hàm lượng Me-Hg trong mẫu trầm tích bằng phương pháp GC-ECD 2.4. Nghiên cứu, xây dựng quy trình phân tích hàm lƣợng Me-Hg trong mẫu sinh học bằng phƣơng pháp CV-AAS 2.4.1. Xây dựng đường chuẩn xác định Me-Hg bằng phương pháp CV-AAS 2.4.2. Quy trình phân tích hàm lượng Me-Hg trong mẫu sinh học bằng phương pháp CV-AAS 2.5. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu 2.5.1. Đối tượng nghiên cứu - Các mẫu nghiên cứu:  Mẫu môi trường (trầm tích, nước) và mẫu thủy sản thuộc hệ thống sông, suối trong khu vực khai thác vàng tại xã Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên.  Mẫu sinh học ở người bao gồm mẫu tóc, máu của những người trực tiếp khai thác và chế biến vàng tại xã Thần sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên. - Quy trình phân tích các dạng thủy ngân trong các mẫu sinh học và môi trƣờng:  Xác nhận giá trị sử dụng của quy trình phân tích thủy ngân tổng số bằng phương pháp CV-AAS.  Xác nhận giá trị sử dụng của quy trình phân tích metyl thủy ngân bằng phương pháp GC-ECD.  Nghiên cứu, xây dựng quy trình phân tích metyl thủy ngân trong các mẫu sinh học bằng phương pháp CV-AAS.

2.5.2. Phương pháp nghiên cứu 2.5.2.1. Phương pháp tổng quan tài liệu Tổng quan các tài liệu, bài báo, báo cáo khoa học trong và ngoài nước liên

quan đến nội dung luận án. 2.5.2.2. Các phương pháp đo, định lượng

a. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật hóa hơi lạnh CV-AAS b. Phương pháp sắc ký khí kết hợp với detector bắt điện tử (GC-ECD) c. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép nối khối phổ sử dụng

nguồn cao tần cảm ứng plasma (HPLC-ICP-MS) 2.5.2.3. Phương pháp xử lý số liệu Các kết quả thực nghiệm được xử lý bằng các phần mềm: Microsoft Excel 2010.

2.6. Lấy mẫu và xử lí mẫu 2.6.1. Vị trí lấy mẫu

Mẫu sinh học và môi trường được lấy tại 2 xóm Tân Kim và xóm Thượng Kim (Bãi Mố, Hạ Kim, Thượng Kim) nằm ở phía Bắc của xã Thần Sa tỉnh Thái Nguyên. Sơ đồ vị trí lấy mẫu được mô tả trong trong hình 2.7 và 2.8. Các tọa độ lấy mẫu môi trường được đưa ra ở phần phụ lục. 2.6.2. Lấy mẫu và bảo quản mẫu 2.6.2.1. Lấy mẫu môi trường

a. Mẫu trầm tích b. Mẫu nước 2.6.2.2. Lấy mẫu sinh học

a. Mẫu thủy sản b. Mẫu máu c. Mẫu tóc

2.7. Xác định hàm lƣợng thủy ngân trong các mẫu môi trƣờng và sinh học Trên cơ sở các quy trình phân tích đã nghiên cứu xây dựng và đánh giá, tiến hành phân tích xác định hàm lượng thủy ngân tổng số và metyl thủy ngân trong các mẫu môi trường và sinh học lấy tại xã Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên.

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả xác nhận giá trị sử dụng của quy trình phân tích hàm lƣợng tổng Hg bằng phƣơng pháp CV-AAS 3.1.1. Đường chuẩn xác định hàm lượng tổng Hg 3.1.2. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) 3.1.3. Độ chính xác của phương pháp 3.2. Kết quả xác nhận giá trị sử dụng của quy trình phân tích hàm lƣợng Me-Hg trong mẫu trầm tích bằng phƣơng pháp GC-ECD 3.2.1. Đường chuẩn xác định Me-Hg bằng phương pháp GC-ECD 3.2.2. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) 3.2.3. Độ chính xác của phương pháp GC-ECD

3.3. Kết quả xây dựng quy trình phân tích hàm lƣợng Me-Hg trong mẫu sinh học bằng phƣơng pháp CV-AAS 3.3.1. Quy trình phân tích Me-Hg trong mẫu sinh học bằng phương pháp CV-AAS

Bảng tổng hợp kết quả các thí nghiệm khảo sát điều kiện quy trình xử lý mẫu xác định metyl thủy ngân trong mẫu sinh học trên thiết bị CV-AAS theo các bước từ (1) đến (3). Bảng 3.14. Tổng hợp kết quả khảo sát các yếu tố trong quy trình xử lý mẫu xác định Me-Hg trong mẫu sinh học bằng phương pháp CV-AAS

Các thông số lựa chọn

STT

2,0

1,0

HBr (1M)

Các yếu tố khảo sát Ảnh hưởng của nồng độ KOH (M) đến hiệu suất thu hồi Me-Hg Ảnh hưởng của thời gian gia nhiệt T (phút) đến hiệu suất thu hồi Me-Hg Ảnh hưởng tỷ lệ dung môi chiết thể tích toluen/ pha nước đến hiệu suất thu hồi của Me-Hg Ảnh hưởng tác nhân tạo phức đến hiệu suất thu hồi của Me-Hg

Như vậy qua kết quả nghiên cứu, khảo sát thực nghiệm, chúng tôi đã lựa chọn được các thông số thí nghiệm cho quy trình xử lý mẫu xác định metyl thủy ngân trong mẫu sinh học bằng phương pháp CV- AAS. 3.3.2. Xây dựng đường chuẩn xác định Me-Hg bằng phương pháp CV-AAS 3.3.2.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định Me-Hg

1750

1550

1350

1150

Metyl thủy ngân sau khi chiết chọn lọc được vô cơ hóa và xác định theo quy trình phân tích tổng thủy ngân, đường chuẩn xác định metyl thủy ngân được trình bày trên hình 3.13:

.

950

) . u a (

750

C D A

550

350

150

-50

500

1000

1500

2000

2500

Thời gian (s)

Hình 3.13. Kết quả đo lặp các điểm nồng độ khi xây dựng đường chuẩn xác định Me-Hg bằng phương pháp CV-AAS (sự phụ thuộc tín hiệu đo vào nồng độ)

y = 1454.6x + 34.771 R² = 0.9998

.

) . u a (

C D A

1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

1.1

Nồng độ CH3HgCl(µg/L-Hg)

Hình 3.14. Đường chuẩn xác định Me-Hg bằng phương pháp CV-AAS Đường chuẩn trên hình 3.14 có phương trình: y = 1454,6 x + 34,771 với độ dốc a = 1454,6 và hệ số tương quan R2 = 0,9998. Với thể tích mẫu là 5 mL thì khoảng tuyến tính trong khoảng từ 0,05 đến 1,0 µg/L do đó phù hợp để phân tích hàm lượng vết nguyên tố Hg trong các mẫu môi trường và sinh học 3.3.2.2. Xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp

Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của quy trình phân tích đã xây dựng được đánh giá trên nền mẫu sinh học có hàm lượng Me-Hg thấp. Phân tích lặp 10 lần mẫu cá chuẩn DOLT-3 có hàm lượng metyl thủy ngân là 1,590 ppm, lượng mẫu sử dụng là 1g theo quy trình đã xây dựng ở trên. Kết quả phân tích và tính toán các đại lượng LOD, LOQ thu được ở bảng 3.16. Bảng 3.16. Kết quả xác định LOD, LOQ của phương pháp

STT Lần đo lặp

mHg (ng)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Khối lƣợng mẫu (g) 1,0003 1,0035 1,0012 1,0015 1,0045 1,0053 1,0011 1,0035 1,0005 1,0002

3,5279 3,3336 3,4506 3,4590 3,3273 3,4694 3,1308 3,3336 3,2729 3,3127

)

Giá trị trung bình ( Độ lệch chuẩn (SD) LOD LOQ R

Hàm lƣợng Me-Hg trong mẫu sinh học (ng Hg/g) 1,6880 1,5950 1,6510 1,6550 1,5920 1,6600 1,4980 1,5950 1,5660 1,5850 1,6085 0,0559 0,17 0,56 9,58

Kết quả trong bảng 3.16 cho thấy: Giới hạn phát hiện của quy trình đã xây dựng LOD = 0,17 ng Hg/g, giới hạn định lượng LOQ = 0,56 ng Hg/g, khi sử dụng 1,0000 g mẫu cá chuẩn để phân tích. Giá trị HR thu được thỏa mãn: 4 < HR = 9,58 < 10 đáp ứng yêu cầu theo

AOAC, vì vậy các giá trị LOD, LOQ được chấp nhận. 3.3.2.3. Độ chính xác của phương pháp

- Đánh giá độ chính xác dựa vào mẫu chuẩn được chứng nhận (CRM) Các kết quả thực nghiệm và tính toán thể hiện ở bảng 3.17.

Độ chệch ∆ (%)

Lần lặp

RSD (%)

Hàm lƣợng trung bình (ng/g)

Giá trị chứng chỉ (ng/g)

1,59 ± 0.12

1,611

4.64

Nhỏ nhất: 0,83 Lớn nhất: 7,54

Bảng 3.17. Kết quả phân tích Me-Hg trong mẫu cá chuẩn DOLT-3 Khối lƣợng cân (g) 1,0003 1,0043 1,0012 1,0025 1,0004 1,0015

Hàm lƣợng xác định đƣợc trong mẫu (ng/g) 1,6880 1,6703 1,6512 1,4890 1,5974 1,5685

1 2 3 4 5 6

Theo quy định của Cục Dược phẩm và thực phẩm Mỹ (USFDA) quy định độ chệch của các phương pháp xác định hàm lượng các chất trong mẫu phân tích theo cách sử dụng vật liệu chuẩn phải không được lớn hơn 15%. Theo kết quả bảng 3.14 giá trị ∆ = 0,83% - 7,54%; RSD = 4,64% thỏa mãn điều kiện theo yêu cầu về đánh giá độ chính xác của phương pháp 3.4. Kết quả xác định hàm lƣợng tổng Hg và Me-Hg trong mẫu môi trƣờng và mẫu sinh học

Áp dụng các quy trình đã được xác nhận giá trị sử dụng, quy trình xây dựng mới để phân tích hàm lượng tổng Hg và Me-Hg trong mẫu môi trường và mẫu sinh học.  Quy trình phân tích hàm lượng tổng Hg trong mẫu môi trường, mẫu sinh học bằng phương pháp CV-AAS  Quy trình phân tích hàm lượng Me-Hg trong mẫu trầm tích bằng phương pháp GC-ECD  Nghiên cứu, xây dựng quy trình phân tích Me-Hg trong mẫu sinh học

bằng phương pháp CV-AAS 3.4.1. Kết quả phân tích các mẫu môi trường 3.4.1.1. Mẫu trầm tích

21 mẫu trầm tích được lấy tại khu vực khai thác vàng thuộc xã Thần Sa huyện Võ Nhai tỉnh Thái Nguyên, vị trí lấy mẫu được chia theo 3 khu vực Bãi

Mố, Thượng Kim và Hạ Kim. Khu vực Bãi Mố và Thượng Kim là hai khu vực khai thác và chế biến nằm ở khu vực thượng nguồn suối nước đục còn khu vực Hạ Kim nằm ở hạ nguồn.

65.000

40.000

T-Hg (ppm)

60.000

QCVN 43:2012/BTNMT

35.000

Me-Hg (ppb)

55.000

50.000

30.000

45.000

25.000

40.000

Hàm lượng tổng thủy ngân được phân tích bằng phương pháp CV-AAS và metyl thủy ngân được phân tích bằng phương pháp GC-ECD. Kết quả được trình bày trong bảng 3.18 và Hình 3.15.

)

35.000

20.000

30.000

-

) b p p ( g H - e

m p p ( g H T

25.000

15.000

M

20.000

10.000

15.000

10.000

5.000

.000

Ký hiệu mẫu

Hình 3.15. Hàm lượng tổng thủy ngân và metyl thủy ngân trong mẫu trầm tích Biểu đồ trên hình 3.15 cho thấy có 17/21 (80,95%) mẫu có hàm lượng thủy ngân tổng số lớn hơn giới hạn cho phép (0,5 ppm) theo Quy chuẩn Việt Nam về chất lượng trầm tích (QCVN 43:2012/BTNMT). Hàm lượng thủy ngân tổng số trong các mẫu trầm tích có giá trị trung bình là 5,68 ppm vượt trên 10 lần quy chuẩn cho phép. Hàm lượng tổng thủy ngân trong mẫu trầm tích nhỏ nhất là 0,30 ppm và cao nhất là 57,60 ppm. Mẫu trầm tích có hàm lượng thủy ngân tổng số lớn nhất được quan sát tại khu vực Bãi Mố.

Hàm lượng metyl thủy ngân trong mẫu trầm tích tại khu vực nghiên cứu có giá trị trung bình là 3,41 ppb. Hàm lượng Me-Hg nhỏ nhất là 0,31 ppb và lớn nhất là 33,71 ppb. Điều đặc biệt là hàm lượng metyl thủy ngân cao nhất được quan sát tại khu vực Hạ Kim nằm ở hạ lưu của khu vực khai thác. Để đánh giá sự chuyển hóa của metyl thủy ngân, hàm lượng thủy ngân tổng số, metyl thủy ngân và tỷ lệ Me-Hg/T-Hg được đánh giá tại 3 khu vực. Kết quả được đưa ra ở hình 3.16, 3.17, 3.18 và 3.19.

T-Hg

)

-

m p p ( g H T g n ợ ƣ

l

m à H

9.000 8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 .000

Thượng Kim

Bãi Mố

Hạ Kim

Vị trí lấy mẫu Hình 3.16. Hàm lượng trung bình của T-Hg trong mẫu trầm tích tại các khu vực lấy mẫu khác nhau

Me-Hg

Biểu đồ trên hình 3.16 cho thấy giá trị trung bình của hàm lượng tổng thủy ngân trong mẫu trầm tích tại khu vực Bãi Mố (7,93 ppm) là lớn nhất, tiếp theo đến Thượng Kim (4,91 ppm) và Hạ Kim (3,31) là thấp nhất. Điều này được lý giải là do các hoạt động khai thác và chế biến đều được thực hiện ở khu vực Thượng Kim và Bãi Mố, dẫn đến lượng thủy ngân được sử dụng và thải ra khu vực này lớn hơn khu vực Hạ Kim.

) b p p ( g H - e

M g n ợ ƣ

l

m à H

9.000 8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 .000

Thượng Kim

Bãi Mố

Hạ Kim

Vị trí lấy mẫu

Hình 3.17. Hàm lượng trung bình Me-Hg trong mẫu trầm tích tại các khu vực lấy mẫu khác nhau

Tuy nhiên, kết quả thu được từ hình 3.17 lại cho thấy hàm lượng metyl thủy ngân tại khu vực Hại Kim (8,26 ppb) là cao nhất tiếp đến là khu vực Bãi Mố (1,90 ppb) và Thượng Kim (1,89 ppb). Do đó có thể nhận thấy có sự chuyển hóa từ các dạng thủy ngân vô cơ thành metyl thủy ngân trong trầm tích tại khu vực Hạ lưu là Hạ Kim. Hàm lượng Me-Hg tại khu vực Hạ Kim cao gấp 4 lần tại khu vực Thượng Kim và Bãi Mố, trong khi đó hàm lượng tổng thủy ngân tại khu vực Hạ Kim thấp hơn 2,4 lần so với khu vực Bãi Mố và 1,5 lần so với khu vực Thượng Kim.

0.3

0.25

Me-Hg/T-Hg (%)

)

0.2

%

-

0.15

0.1

( g H T / g H - e

M

0.05

Thượng Kim

Bãi Mố

Hạ Kim

Vị trí lấy mẫu

Hình 3.18. Tỷ lệ phần trăm hàm lượng metyl thủy ngân so với tổng thủy ngân trong trầm tích tại các khu vực lấy mẫu khác nhau

6000

5000

T-Hg/Me-Hg

4000

Kết quả thu được từ hình 3.18 cho thấy tỷ lệ hàm lượng trung bình metyl thủy ngân/ tổng thủy ngân trong các mẫu trầm tích tại Hạ Kim (0,25%) lớn hơn 6 đến 12 lần so với khu vực Thượng Kim (0,04 %) và Bãi Mố (0,02%). Tương tự, hình 3.19 cho thấy tỷ lệ hàm lượng trung bình thủy ngân tổng số/ metyl thủy ngân trong các mẫu trầm tích tại Thượng Kim là lớn nhất sau đó là Bãi Mố và Hạ Kim.

g H - e

3000

-

M / g H T

2000

1000

Thượng Kim

Bãi Mố

Hạ Kim

Vị trí lấy mẫu

Hình 3.19. Tỷ lệ hàm lượng trung bình T-Hg so với hàm lượng trung bình Me- Hg trong trầm tích tại các vị trí khác nhau

Các kết quả này cũng phù hợp với các kết quả nghiên cứu trước đây [21], theo các tác giả thuỷ ngân hoặc muối của nó có thể chuyển thành metyl thuỷ ngân bởi các vi khuẩn yếm khí trong trầm tích và nước. Sự chuyển hoá này được thúc đẩy bởi Co(III) trong coenzym vitamin B12. Nhóm CH3- liên kết với Co(III) trong coenzym được chuyển thành CH3Hg+ hoặc (CH3)2Hg dẫn đến sự tích lũy metyl thuỷ ngân trong trầm tích và chúng được khuếch đại sinh học qua chuỗi thức ăn. 3.4.1.2. Mẫu nước

T-Hg (ppb)

1.2

0.8

Mẫu nước được lấy tại 3 khu vực bao gồm Bãi Mố, Thượng Kim và Hạ Kim. Mẫu được lọc qua màng lọc 0,45 µm và axit hóa đến pH < 2. Hàm lượng tổng thủy ngân được phân tích bằng phương pháp CV-AAS. Kết quả phân tích hàm lượng thủy ngân trong mẫu nước được trình bày trong bảng 3.19 và hình 3.20.

) b p p ( g H

-

0.6

T g n ợ ƣ

l

0.4

m à H

0.2

I I

I I I

2 0 I I

3 0 I I

1 0 I I

1 0 I

2 0 I

K T

1 0 I I I

2 0 I I I

3 0 I I I

K H

1 0 - V

2 0 - V

1 0 I I

2 0 I I

K T

V K T

K H

V K H

1 0 I I I

2 0 I I I

3 0 I I I

K T

K H

V K H

1 0 I M B

2 0 I M B

3 0 I M B

M B

1 0 V M B

2 0 V M B

K h T

Ký hiệu mẫu

thuật quốc gia về chất

Hình 3.20. Hàm lượng tổng thủy ngân (T-Hg) trong các mẫu nước Biểu đồ trên hình 3.20 cho thấy nồng độ tổng thủy ngân trong mẫu nước rất nhỏ, giá trị trung bình là 0,086 µg/l, nồng độ cao nhất được quan sát tại khi vực Hạ Kim có nồng độ là 0,668 µg/l thấp hơn quy chuẩn cho phép là 1,0 µg/l theo lượng nước mặt (QCVN Quy chuẩn kỹ 08:2008/BTNMT). Do hàm lượng tổng thủy ngân trong mẫu nước mặt rất nhỏ, nên trong nghiên cứu này không thể đánh giá được mức độ chuyển hóa metyl thủy ngân trong nước tại khu vực nghiên cứu. 3.4.2. Kết quả phân tích các mẫu sinh học 3.4.2.1. Mẫu thủy sản

24 mẫu thủy sản được lấy tại khu vực khai thác vàng thuộc xã Thần Sa huyện Võ Nhai tỉnh Thái Nguyên, vị trí lấy mẫu được chia theo 3 khu vực bao gồm Bãi Mố, Thượng Kim và Hạ Kim. Khu vực Bãi Mố và Thượng Kim là hai

khu vực khai thác và chế biến nằm ở khu vực thượng nguồn suối nước đục còn khu vực Hạ Kim nằm ở hạ nguồn.

Hàm lượng tổng thủy ngân trong mẫu hải sản được phân tích bằng phương pháp CV-AAS và metyl thủy ngân được phân tích theo phương pháp tách chiết chọn lọc và cuối cùng xác định bằng phương CV-AAS. Kết quả phân tích các mẫu thủy sản được trình bày trong bảng 3.20 và hình 3.21.

3.500

T-Hg (ppm)

)

3.000

Me-Hg (ppm)

2.500

QCVN 8- 2:2011/BYT

2.000

1.500

1.000 m p p ( n â g n y ủ h t g n ợ ƣ

l

.500

m à H

.000

Ký hiệu mẫu

Hình 3.21. Hàm lượng tổng thủy ngân và metyl thủy ngân trong mẫu thủy sản

Kết quả thu được từ bảng 3.20 và hình 3.21 cho thấy: 16/24 (66,67%) mẫu có hàm lượng thủy ngân tổng số lớn hơn giới hạn cho phép (0,5 ppm) về ô nhiễm kim loại nặng trong thực phẩm (QCVN 8-2:2011/BYT) và 15/24 (62,50%) mẫu có hàm lượng metyl thủy ngân lớn hơn giới hạn cho phép (0,5 ppm) về ô nhiễm kim loại nặng trong thực phẩm (QCVN 8-2:2011/BYT). Hàm lượng thủy ngân tổng số trong các mẫu thủy sản có giá trị trung bình là 0,88 ppm vượt giới hạn an toàn theo quy chuẩn cho phép 1,8 lần còn hàm lượng metyl thủy ngân trung bình trong mẫu thủy sản là 0,79 ppm vượt giới hạn an toàn theo quy chuẩn cho phép là 1,6 lần. Mẫu thủy sản có hàm lượng thủy ngân và metyl lớn lớn nhất là được thu tại khu vực Hạ Kim có hàm lượng T-Hg là 3,15 ppm và Me-Hg là 3,06 ppm.

Hàm lượng trung bình tổng thủy ngân, metyl thủy ngân và mối tương quan giữa hàm lượng Me-Hg và T-Hg trong thủy sản được đánh giá tại 3 khu vực. Kết quả được đưa ra ở hình 3.22, 3.23 và 3.24

1.200

T-Hg

1.000

)

.800

-

.600

.400

m p p ( g H T g n ợ ƣ

l

.200

m à H

.000

Thượng Kim

Bãi Mố

Hạ Kim

Vị trí lấy mẫu

1.200

Hình 3.22. Hàm lượng trung bình tổng thủy ngân trong mẫu thủy sản tại các khu vực lấy mẫu khác nhau

)

1.000

Me-Hg

.800

m p p ( g H - e

.600

.400

M g n ợ ƣ

l

.200

m à H

.000

Thượng Kim

Bãi Mố

Hạ Kim

Vị trí lấy mẫu

Hình 3.23. Hàm lượng trung bình metyl thủy ngân trong mẫu thủy sản tại các khu vực lấy mẫu khác nhau

Biểu đồ trên hình 3.22 và 3.23 cho thấy giá trị trung bình của hàm lượng tổng thủy ngân trong mẫu thủy sản tại khu vực Hạ Kim (1,13 ppm) là lớn nhất, tiếp theo đến Thượng Kim (0,79 ppm) và Bãi Mố (0,59) là thấp nhất. Tương tự, hàm lượng metyl thủy ngân trong hải sản cũng có quy luật tương tự như hàm lượng tổng thủy ngân, hàm lượng metyl thủy ngân tăng dần từ Bãi Mố (0,52 ppm) đến Thượng Kim (0,69 ppm) và Hạ Kim (1,04 ppm).

100.000

Me-Hg/T-Hg

95.000

)

%

90.000

-

( g H T

85.000

/ g H - e

M

80.000

75.000

70.000

Thượng Kim

Bãi Mố

Hạ Kim

Vị trí lấy mẫu

Hình 3.24. Tỷ lệ phần trăm hàm lượng metyl thủy ngân so với tổng thủy ngân trong thủy sản tại các khu vực lấy mẫu khác nhau

Các kết quả nghiên cứu thu được của luận án hoàn toàn phù hợp với các nghiên cứu về cơ chế tích lũy sinh học. Theo các tác giả, quá trình metyl hoá thuỷ ngân là yếu tố quan trọng nhất góp phần đưa thuỷ ngân vào trong chuỗi thức ăn. Sự chuyển hoá sinh học của các hợp chất thuỷ ngân vô cơ thành các hợp chất metyl thủy ngân có thể xảy ra trong trầm tích, trong nước và cả trong cơ thể sinh vật. Khoảng trên 90% thủy ngân tích luỹ sinh học trong cá là dạng metyl thủy ngân. Mặc dù tất cả các dạng của thuỷ ngân đều có thể tích luỹ tới một mức nhất định, tuy nhiên metyl thuỷ ngân tích luỹ trong thủy sản và hải sản nhiều hơn các dạng khác của thuỷ ngân. Quá trình metyl hóa thủy ngân trong trầm tích tại khu vực Hạ Kim đã đẫn đến làm tăng khả năng tích lũy sinh học của thủy ngân.

Mối tương quan giữa hàm lượng tổng thủy ngân và metyl thủy ngân trong các mẫu thủy sản tại khu vực Thượng Kim, Hạ Kim và Bãi Mố được đưa ra trên hình 3.25.

3.500

3.000

2.500

)

2.000

y = 0.9247x - 0.0232 R² = 0.9837

1.500

m p p ( g H - e

M

1.000

.500

.000

.500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

T-Hg (ppm)

Hình 3.25. Biểu đồ tương quan giữa hàm lượng thủy ngân tổng số và metyl thủy ngân trong mẫu thủy sản

Kết quả đưa ra ở hình 3.25 cho thấy có sự tương quan giữa tốt giữa hàm lượng thủy ngân tổng số và metyl thủy ngân trong mẫu thủy sản. Hàm lượng metyl thủy ngân chiếm hơn 90% trong hàm lượng tổng thủy ngân. 3.4.2.2. Mẫu máu và mẫu tóc

Để đánh giá khả năng phơi nhiễm của thủy ngân đối với công nhân khai thác và chế biến vàng hàm lượng tổng thủy ngân và metyl thủy ngân được phân tích trong mẫu máu và mẫu tóc của 3 nhóm đối tượng nghiên cứu bao gồm nhóm đối chứng, nhóm công nhân khai thác và nhóm công nhân tạo hỗn hống để thu hồi vàng. Do đặc điểm về giới tính trong các hoạt động khai thác vàng nên nhóm nghiên cứu và nhóm đối chứng chỉ lấy mẫu các đối tượng là nam giới: - Nhóm 1: Nhóm chứng gồm 50 sinh viên trên địa bàn thành phố Hà Nội độ tuổi từ 18 đến 22 được lấy các mẫu máu và mẫu tóc.

- Nhóm 2: Nhóm tạo hỗn hống gồm 40 công nhân trực tiếp sử dụng thủy ngân tạo hỗn hống với vàng trong khai thác và chế biến tại mỏ vàng xã Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên. Nhóm đối tượng này được lấy cả mẫu máu và mẫu tóc.

- Nhóm 3: Nhóm khai thác gồm 24 công nhân trực tiếp khai thác quặng tại mỏ vàng xã Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên. Do khó khăn về tín ngưỡng nên nhóm nghiên cứu này chỉ lấy được mẫu máu mà không lấy được mẫu tóc.

Hàm lượng tổng thủy ngân trong mẫu máu và mẫu tóc được phân tích bằng phương pháp CV-AAS, hàm lượng metyl thủy ngân được phân tích bằng quy trình phân tích trong mẫu sinh học đã xác lập được. Kết quả đánh mức độ phơi

)

33.546

m p p ( g H - e

à v

g H - T

.947

.825

.820

50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

T-Hg

Me-Hg

T-Hg

Me-Hg

Nhóm chứng

Nhóm tạo hỗn hống

nhiễm thủy ngân và metyl thủy ngân trong tóc được trình bày trong bảng 3.21 và hình 3.26.

Hình 3.26. Hàm lượng T-Hg, Me-Hg trong mẫu tóc của nhóm đối chứng và nhóm tạo hỗn hỗng

Kết quả thu được từ bảng 3.21 và hình 3.26 cho thấy: hàm lượng trung bình thủy ngân tổng số trong nhóm tạo hỗn hống (33,35 ppm) cao hơn so với nhóm đối chứng (0,95 ppm) là 35,3 lần. Trong khi đó hàm lượng Me-Hg của nhóm tạo hỗn hống (0,82 ppm) lại thấp hơn so với nhóm đối chứng (0,83 ppm). Hàm lượng metyl thủy ngân trong tóc của nhóm chứng chỉ chiếm 87,3% so với hàm lượng thủy ngân tổng số. Trong khi đó hàm lượng metyl thủy ngân trong tóc của nhóm tạo hỗn hống chỉ chiếm 2,45% so với hàm lượng thủy ngân tổng số. Hàm lượng metyl thủy ngân chỉ chiếm một lượng nhỏ so với hàm lượng tổng thủy ngân là một sự bất thường. Các kết quả nghiên cứu của Nakano và Wakisaka cho thấy trong máu và tóc, thủy ngân tồn tại chủ yếu ở dạng metyl thủy ngân, hàm lượng metyl thủy ngân trong máu và trong tóc chiếm khoảng 90%, các kết quả nghiên cứu của Elinder năm 1998 về động học của thủy ngân vô cơ và metyl thủy ngân ở người, tác giả đã chỉ ra rằng thủy ngân thải qua nước tiểu chủ yếu là dạng thủy ngân vô cơ, còn dạng metyl thủy ngân sẽ kết hợp với L-cystein trong máu để tạo ra phức metyl thủy ngân cystein có cấu trúc hóa học giống như methionin là một axit amin cần thiết cho cơ thể, do vậy metyl thủy ngân cystein sẽ dễ dàng vận chuyển qua màng tế bào. Metyl thủy ngân tích lũy trong tóc được lý giải như sau: Metyl thủy ngân trong máu được vận chuyển qua thành mạch máu cùng với các axit amin, sau đó chúng kết hợp với keratin tạo ra các protein cấu tạo nên tóc. Các quá trình trên được mô tả theo hình dưới đây.

Hình 3.27. Sự chuyển hóa của metyl thủy ngân trong tóc

Các kết quả nghiên cứu trên nhóm chứng, tỷ lệ hàm lượng metyl thủy ngân trên tổng thủy ngân hoàn toàn tuân theo quy luật trên do nhóm đối chứng phơi nhiễm với thủy ngân thông qua chuỗi thực ăn có chứa Me-Hg. Còn đối với nhóm tạo hỗn hống hàm lượng thủy ngân trong tóc cao ngoài phơi nhiễm thông thường thông qua chuỗi thức ăn có chứa metyl thủy ngân còn có nguồn phơi nhiễm khác là hơi thủy ngân được hấp thụ vào tóc dẫn đến hàm lượng tổng thủy ngân cao và tỷ lệ giữa hàm lượng metyl thủy ngân trên tổng thủy ngân nhỏ và không tuân theo quy luật thông thường. Mối tương quan giữa hàm lượng thủy ngân tổng số và metyl thủy ngân trong nhóm chứng và nhóm tạo hỗn hống được đưa ra ở hình 3.28 và 3.29.

2.000

1.500

)

y = 0.9624x - 0.0867 R² = 0.9129 1.000

.500

-

m p p ( g H T

.000 .000 .500 1.000 1.500 2.000

Me-Hg (ppm)

Hình 3.28. Mối tương quan giữa hàm lượng T-Hg và Me-Hg trong tóc của nhóm đối chứng

1.400

1.200

y = 0.0022x + 0.7446 R² = 0.0411

1.000

)

.800

.600

m p p ( g H - e

M

.400

.200

.000

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

T-Hg (ppm)

Hình 3.29. Tương quan giữa hàm lượng T-Hg và Me-Hg trong tóc của nhóm tạo hỗn hống

14.86

) b p p (

5.57

4.97

g H - T

Nnóm khai thác

Nhóm chứng

Nhóm tạo hỗn hống

Đối với nhóm đối chứng có sự tương quan tốt giữa hàm lượng T-Hg và Me- Hg trong mẫu tóc, phương trình hồi quy cho thấy hệ số tương quan là 0,91 và hàm lượng T-Hg. Trong khi đó đối với nhóm tại hỗn hống, không có sự tương quan này, hệ số tương quan là 0,04. Do vậy, thông qua việc phân tích hàm lượng tổng thủy ngân và metyl thủy ngân trong tóc cũng có thể đánh giá được tác nhân phơi nhiễm. Hàm lượng thủy ngân trong máu của nhóm chứng, nhóm khai thác và nhóm tạo hỗn hỗng được trình bày trong bảng 3.22 và hình 3.30.

Hình 3.30. Hàm lượng thủy ngân trong máu của các đối tượng nghiên cứu

y = 3.9834x + 1.1943 R² = 0.8173

Kết quả thu được từ hình 3.30 cho thấy hàm lượng T-Hg trong máu nhóm tạo hỗn hống gấp hơn 3 lần trong nhóm chứng và gấp hơn 2,5 lần trong nhóm khai thác. Kết quả trên cho thấy trong các công nhân khai thác vàng thì nhóm tạo hỗn hống có mức độ phơi nhiễm cao hơn và hàm lượng thủy ngân trong máu của nhóm đối tượng này vượt quá giới hạn cảnh báo của WHO là 10 ppb. Mối tương quan giữa hàm lượng tổng thủy ngân trong tóc và trong máu đã được nhiều tác giả nghiên cứu do tóc cũng là một chỉ số để xác định mức độ phơi nhiễm thủy ngân, mặt khác mẫu tóc dễ dàng lấy hơn so với mẫu máu. Mối tương quan giữa hàm lượng tổng thủy ngân trong máu và trong tóc của nhóm chứng và nhóm công nhân khai thác vàng được đưa ra ở hình 3.31 và 3.32.

) b p p ( u á m g n o r t

-

g H T

9.000 8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 .000

.000

.500

1.500

2.000

1.000 T-Hg trong Tóc (ppm)

y = -0.1312x + 17.999 R² = 0.0486

) b p p ( u á m g H - T

70.000 60.000 50.000 40.000 30.000 20.000 10.000 .000

.000

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

T-Hg trong tóc (ppm)

Hình 3.31. Tương quan giữa hàm lượng T-Hg trong máu và tóc của nhóm chứng

Hình 3.32. Tương quan giữa hàm lượng T-Hg trong máu và tóc của nhóm tạo hỗn hống

Hàm lượng T-Hg trong máu và tóc của nhóm nhóm chứng có sự tương quan tốt, hệ số tương quan là 0,817 và hàm lượng thủy ngân trong tóc lớn hơn hàm lượng thủy ngân trong máu. Trong khi đó không tìm được môi tương quan giữa hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc và mẫu máu của nhóm công nhân khai thác vàng.

Do vậy đối với nhóm công nhân khai thác vàng, không thể sử dụng kết quả hàm lượng thủy ngân trong tóc để đánh giá mức độ phơi nhiễm mà phải phân tích thủy ngân trong máu và metyl thủy ngân trong tóc.

KẾT LUẬN

1. Đã nghiên cứu, khảo sát, lựa chọn các điều kiện tối ưu và đánh giá độ tin cậy của phương pháp xác định hàm lượng tổng thủy ngân trong các mẫu sinh học và môi trường. Kết quả thu được là: Giới hạn phát hiện (LOD) của phương pháp là 1,04 ng/g; Giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp là 3,47 ng/g; độ thu hồi từ 89,76 đến 105,80 % đối với mẫu trầm tích và LOD của phương pháp là 0,22 ng/g; LOQ của phương pháp là 0,75 ng/g đối với mẫu sinh học; độ thu hồi từ 90,14 đến 101,30 %. Phương pháp có độ lặp tốt và độ chính xác cao được đánh giá thông qua độ thu hồi của mẫu chuẩn MESS-3, DORM-2 và DOLT-3. Các kết quả này cho thấy quy trình có độ tin cậy cao, đáp ứng yêu cầu phân tích hàm lượng vết thủy ngân trong các mẫu sinh học và môi trường.

2. Đã nghiên cứu và xây dựng được quy trình phân tích metyl thủy ngân trong các mẫu sinh học bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật hóa hơi lạnh (CV-AAS). Giới hạn phát hiện (LOD) của phương pháp là 0,17 ng/g; Giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp là 0,56 ng/g. Phương pháp có độ lặp tốt và độ chính xác cao được đánh giá thông qua độ thu hồi của mẫu chuẩn DORM-2 và DOLT-3, độ thu hồi từ 83,50 đến 104,70 %. Quy trình phân tích này đơn giản và hoàn toàn có thể thay thế được phương pháp GC- ECD đã công bố trước đây.

3. Đã áp dụng các quy trình phân tích thủy ngân tổng số và metyl thủy ngân để phân tích các mẫu môi trường (trầm tích, nước), mẫu thủy sản, mẫu sinh học ở người tại khu vực khai thác vàng xã Thần Sa, tỉnh Thái Nguyên. Các kết quả cho thấy môi trường trầm tích có hiện tượng ô nhiễm thủy ngân, hàm lượng T- Hg trong 17/21 mẫu lớn hơn giới hạn cho phép theo QCVN 43:2012/BTNMT trong 3 khu vực nghiên cứu thì Hạ Kim có tỉ lệ metyl thủy ngân cao nhất. Các mẫu thủy sản cũng có dấu hiệu ô nhiễm thủy ngân hàm lượng thủy ngân tổng số trong 16/24 mẫu có hàm lượng tổng thủy ngân lớn hơn giới hạn cho phép và 15/24 mẫu có hàm lượng metyl thủy ngân lớn hơn giới hạn cho phép theo QCVN 8:2-2011- BYT, có sự tương quan tốt giữa hàm lượng thủy ngân tổng số và metyl thủy ngân trong mẫu thủy sản. Hàm lượng thủy ngân trong máu và trong tóc của nhóm công nhân tạo hỗn hống lần lượt là 14,86 ppb và 33,55 ppm cao hơn rất nhiều so với nhóm chứng lần lượt là 4,97 ppb và 0,83 ppm. Điều đó cho thấy thủy ngân trong tóc và máu của nhóm chứng chủ yếu là metyl thủy ngân và có sự tương quan tốt giữa hàm lượng thủy ngân tổng số và metyl thủy ngân trong nhóm chứng. Ngược lại, không tìm được sự tương quan giữa hàm lượng thủy ngân tổng số trong máu và trong tóc ở nhóm tạo hỗn hống. Do vậy, việc đánh giá mức độ phơi nhiễm hơi thủy ngân trên người phức tạp hơn rất nhiều so với phơi nhiễm metyl thủy ngân.

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

1. Đã nghiên cứu và xây dựng được phương pháp phân tích metyl thủy ngân trong các mẫu sinh học bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật hóa hơi lạnh (CV-AAS) kết hợp với quy trình chiết chọn lọc. Phương pháp có độ lặp tốt và độ chính xác cao. Quy trình phân tích này đơn giản và hoàn toàn có thể thay thế được phương pháp GC-ECD đã công bố trước đây.

2. Các kết quả nghiên cứu của luận án bước đầu đã đánh giá được quá trình chuyển hóa các dạng thủy ngân trong trầm tích và tích lũy sinh học của thủy ngân trong thủy sản tại khu vực khai thác vàng sa khoáng xã Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên.