Nghiên cứu phát triển phương pháp phân tích, quan trắc và đánh giá rủi ro do các chất nhóm phthalate và siloxane tích lũy trong môi trường không khí và nước tại khu vực Hà Nội, Việt Nam

Nội dung của cụm ba công trình góp phần giải quyết vấn đề thực tiễn cấp bách mang tính toàn cầu hiện nay là ô nhiễm môi trường. Trong đó ô nhiễm môi trường do sự phát tán của các hóa chất tổng hợp đã được chứng minh có độc tính gây rối loạn nội tiết mới nổi như nhóm phthalate và siloxane đang thu hút được sự quan tâm rất lớn của cộng đồng trong những năm gần đây. Phthalate (ester của acid phthalic) và siloxane (silic hữu cơ có chứa nhóm methyl) là hai nhóm chất bao gồm nhiều đồng loại có cấu trúc phức tạp và được biết đến là các phụ gia được sử dụng rất phổ biến với hàm lượng lớn (lên tới vài phầm trăm về khối lượng) trong nhiều sản phẩm như: các vật liệu bằng nhựa, vật dụng gia đình, đồ chơi trẻ em, sản phẩm chăm sóc cá nhân, mỹ phẩm, dược phẩm và thẩm mỹ…. Do được sử dụng rộng rãi, các hóa chất này đã phát tán vào các môi trường khác nhau và thậm chí đi vào chuỗi thức ăn của con người và động vật. Đáng quan tâm hơn bởi gần đây các nhà khoa học đã tìm thấy những bằng chứng về độc tính của chúng đối với động vật trong phòng thí nghiệm. Tác động chính của các nhóm phthalate và siloxane là làm thay đổi hệ nội tiết của động vật thí nghiệm như hormone sinh sản (estrogen), hormone sinh trưởng và hệ vận động. Tuy nhiên, cho đến nay những hiểu biết về mức độ phân bố trong môi trường của nhóm hóa chất này vẫn còn rất hạn chế do thiếu các phương pháp đồng bộ và năng lực phân tích chưa đáp ứng yêu cầu. Vì vậy, việc lựa chọn hướng nghiên cứu xây dựng các phương pháp phân tích hiện đại và chính xác; khả năng xử lý và làm sạch môi trường; để nâng cao hiểu biết của cộng động về nguồn gốc, sự tích lũy, rủi ro đối với môi trường để từ đó đề ra các giải pháp nhằm quản lý, sử dụng, kiểm soát các hóa chất nhóm phthalate và siloxane một cách hiệu quả là những vấn đề hết sức quan trọng và cấp bách.

Hình 1: Biểu đồ phân tích thành phần chính của phthalic acid ester (phthalate và siloxane) trong không khí tại Hà Nội (Nguồn: Science of the Total Environment, 760, 143380)

Công trình thứ nhất: Nội dung của nghiên cứu này phát triển phương pháp phân tích chính xác cao, hiệu quả, đồng thời 10 hợp chất nhóm phthalate và 3 hợp chất siloxane mạch vòng trong không khí ở lượng vết. Nghiên cứu đã xác định thành phần của phthalate và siloxane trong hai pha (pha hạt và pha hơi), từ đó nhóm tác giả tính toán hằng số phân bố (Kp) và hệ số phát tán (Kow) bằng phương trình bán thực nghiệm. Nhóm tác giả cũng đã đề xuất công thức ước lượng mức độ rủi ro phơi nhiễm của các hóa chất này qua con đường hít thở không khí cho các nhóm lứa tuổi khác nhau. Nghiên cứu có ý nghĩa và giá trị khoa học quan trọng trong việc phát triển các phương pháp phân tích chính xác, hiện đại; đồng thời cung cấp những hiểu biết mới về nguồn gốc phát tán, mức độ ô nhiễm trong không khí và rủi ro phơi nhiễm ở Việt Nam do các hóa chất gây rối loạn nội tiết mới nổi nhóm phthalate và siloxane.

Công trình thứ hai: Trong nghiên cứu này, phương pháp chính xác để phân tích các hợp chất siloxane mạch vòng trong môi trường nước đã được phát triển thành công dựa trên thiết bị sắc ký khí ghép nối khối phổ (GC-MS) và kỹ thuật chiết pha rắn (SPE). Phương pháp phân tích có độ thu hồi cao, độ lặp lại và độ ổn định tốt, độ lệch chuẩn nhỏ, giới hạn phát hiện thấp để có thể định lượng các chất siloxane trong mẫu nước ở mức lượng vết. Nhóm tác giả đã áp dụng phương pháp phát triển được để phân tích, quan trắc mức độ phân bố của các chất siloxane mạch vòng trong các loại mẫu nước thu thập tại khu vực nội đô Hà Nội bao gồm: nước máy, nước đóng chai, nước ao hồ và nước thải (trước và sau khi xử lý). Nghiên cứu đã cung cấp bộ số liệu đáng tin cậy về mức độ ô nhiễm, bước đầu đánh giá liều lượng rủi ro phơi nhiễm siloxane qua con đường nước uống cho các nhóm lứa tuổi khác nhau và rủi ro sinh thái cho các động vật thủy sinh do sự tích lũy của siloxane trong môi trường nước.

Hình 2: Mức độ ô nhiễm của phthalic acid ester (phthalate) trong các loại mẫu nước khác nhau (Nguồn: Science of the Total Environment, 788, 147831)

Công trình thứ ba: Công trình là một trong những báo cáo tiên phong về đối tượng hóa chất nhóm phthalate và mẫu nước được nghiên cứu tại Việt Nam. Nghiên cứu đã phát triển phương pháp xác định đồng thời 10 chất phthalate trong mẫu nước dựa trên kỹ thuật chiết pha rắn (SPE) kết hợp với sắc ký khí ghép nối khối phổ (GC-MS). Ưu điểm của phương pháp là độ chính xác và độ ổn định cao, độ thu hồi tốt, giới hạn phát hiện thấp để có thể định danh và định lượng đồng thời 10 hợp chất nhóm phthalate trong mẫu nước ở lượng vết, tiết kiệm dung môi hữu cơ độc hại, giảm thời gian chuẩn bị mẫu và chi phí thu thập mẫu môi trường. Công trình là một trong số ít những báo cáo trên thế giới về mức độ phân bố và ô nhiễm của các hợp chất nhóm phthalate trong các các mẫu nước khác nhau: nước đóng chai nhựa, nước máy, nước bề mặt và nước thải. Nghiên cứu cũng chỉ ra mối tương quan và sự phát tán của các hợp chất phthalate từ khi được tổng hợp, sử dụng trong các sản phẩm thương mại, cho đến khi phân bố vào trong môi trường nước. Tương tự công trình thứ hai, nghiên cứu này cũng bước đầu đánh giá liều lượng rủi ro phơi nhiễm phthalate qua con đường nước uống theo các nhóm lứa tuổi và rủi ro sinh thái cho động vật sống trong môi trường nước bị ô nhiễm phthalate.

Các kết quả nghiên cứu có nhiều giá trị khoa học và công nghệ, có tính liên ngành, liên lĩnh vực cao, mang tính tiền đề, tiên phong cho những nghiên cứu mới trong lĩnh vực hóa môi trường, khoa học sự sống… trong tương lai:

(1) Cụm công trình nghiên cứu sử dụng các thiết bị và kỹ thuật hiện đại nhất hiện nay để tối ưu hóa các phương pháp phân tích chính xác các hợp chất nhóm phthalate và siloxane trong môi trường không khí và nước. Phương pháp phân tích có giới hạn định lượng thấp, độ nhạy, độ ổn định tốt, độ thu hồi và độ tái lặp cao, khoảng nồng độ tuyến tính rộng… đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn trong lĩnh vực phân tích hóa học hữu cơ theo Hiệp hội các nhà hóa học phân tích chính thống (AOAC). Các phương pháp chuẩn hóa có thể dễ dàng được áp dụng và triển khai trên diện rộng và có khả năng tự động hóa.

(2) Cụm công trình cung cấp cơ sở dữ liệu mới, có độ tin cậy cao thu được từ những thí nghiệm công phu và khoa học. Cụm các công trình đã cung cấp kết quả bước đầu đánh giá sự phân bố, mức độ ô nhiễm và nguồn gốc phát tán các hóa chất nhóm phthalate và siloxane vào các vi môi trường khác nhau. Các kết quả này không chỉ mới tại Việt Nam, mà còn có ý nghĩa khoa học cao và đóng góp cơ sở dữ liệu nền tảng quan trọng giúp phát triển các nghiên cứu chuyên sâu về các chất gây rối loạn nội tiết trong tương lai.

(3) Hằng số phân bố (K_P) và hệ số phân tán octanol-nước (K_ow) của các chất phthalate và siloxane đã được tính toán bằng phương pháp bán thực nghiệm dựa trên các số liệu đo được, giúp dự đoán khả năng phân bố pha (lỏng-hơi) và nguồn gốc phát tán của chúng trong điều kiện môi trường thực.

(4) Cụm công trình đã đề xuất phương pháp ước lượng rủi ro phơi nhiễm các hóa chất (phthalate và siloxane nói riêng) qua con đường hít thở không khí và nước uống theo các nhóm lứa tuổi. Kết quả này có thể kết hợp với phương pháp ước lượng theo các con đường khác (ví dụ: hấp thu qua da từ bụi và sản phẩm chăm sóc cá nhân, tiêu thụ thực phẩm…) để đánh giá rủi ro phơi nhiễm tổng do các độc chất tích lũy trong môi trường sống hằng ngày.

Hình 3: Rủi ro phơi nhiễm các hợp chất gây rối loạn nội tiết mới nổi (bao gồm nhóm phthalates và siloxanes) từ môi trường trong nh.

(5) Cụm công trình với cách tiếp cận hiện đại và tiên phong tại Việt Nam đã bổ sung tri thức khoa học mới, giúp hình thành cơ sở lý luận và định hướng các nghiên cứu cơ bản trong tương lai. Cụm công trình cũng giúp gắn kết rất hiệu quả giữa nhiệm vụ nghiên cứu khoa học và công tác đào tạo sau đại học.

Cụm ba công trình là các nghiên cứu cơ bản có định hướng ứng dụng thực tiễn cao:

(1) Các phương pháp phân tích trong cụm công trình “Nghiên cứu phát triển phương pháp phân tích, quan trắc và đánh giá rủi ro do các chất nhóm phthalate và siloxane tích lũy trong môi trường không khí và nước tại khu vực Hà Nội, Việt Nam” giúp các nhà khoa học, các phòng thí nghiệm chuyên đề về hóa học, khoa học môi trường – Trái đất, khoa học sự sống… có thể dễ dàng sử dụng, tiết kiệm thời gian và chi phí nghiên cứu.

(2) Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học quan trọng giúp định hướng để chế tạo các vật liệu tiên tiến, thiết bị thu và xử lý mẫu hiện đại, có thể tự động hóa với mục tiêu làm sạch môi trường không khí (đặc biệt là không khí trong nhà) và nguồn nước.

(3) Các nghiên cứu cung cấp thêm cơ sở khoa học để giúp các cơ quan quản lý nhà nước trong việc hoạch định chính sách, xây dựng và ban hành các tiêu chuẩn/quy chuẩn nhằm bảo vệ môi trường xanh, sạch và an toàn, hướng đến mục tiêu phát triển bền vững. Với việc chuẩn hóa các quy định và chính sách về môi trường, Việt Nam sẽ có những đóng góp quan trọng và có giá trị thực tiễn giúp bảo vệ môi trường, nguồn nước sạch, không khí trong lành… đang được cả cộng đồng quốc tế quan tâm.

(4) Cung cấp thông tin và cơ sở dữ liệu khoa học cơ bản, giúp cho cộng đồng nâng cao hiểu biết về mức độ ô nhiễm, rủi ro phơi nhiễm và rủi ro sinh thái có thể gặp phải do các hóa chất phthalate và siloxane tích lũy trong môi trường. Từ đó giúp mỗi người dân thêm hiểu biết trong việc lựa chọn và sử dụng các sản phẩm thương mại có chứa các hóa chất này một cách hiệu quả hơn, hạn chế và tránh được những rủi ro, bệnh tật do ô nhiễm môi trường gây ra.

* Nhìn chung, cụm công trình là nghiên cứu cơ bản có tính đột phá, có kết quả nội trội, có nhiều đóng góp mới và có định hướng dẫn dắt các nghiên cứu trong lĩnh vực phân tích, độc học môi trường và góp phần giúp các nhà hoạch định chính sách xây dựng các tiêu chuẩn/quy chuẩn trong công tác kiểm soát ô nhiễm, xử lý chất độc hại và bảo vệ môi trường.

 

Tài liệu tham khảo:

1. M. Tran, A.Q. Hoang, S.T. Le, T.B. Minh, K. Kannan (2019). A review of contamination status, emission sources, and human exposure to volatile methyl siloxanes (VMSs) in indoor environments. Sci. Total Environ. 691, 584-494.
2. Q. Anh, H.M.N. Nguyen, T.Q. Do, K.Q. Tran, T.B. Minh, T.M. Tran (2021). Air pollution caused by phthalates and cyclic siloxanes in Hanoi, Vietnam: Levels, distribution characteristic, and implication for inhalation exposure. Sci. Total Environ. 760, 143380.
3. M.N. Nguyen, H.T. Khieu, N.A. Ta, H.Q. Le, T.Q. Nguyen, T.Q. Do, A.Q. Hoang, K. Kannan, Tri Manh Tran (2021). Distribution of cyclic volatile methylsiloxanes in drinking water, tap water, surface water, and wastewater in Hanoi, Vietnam. Environ. Pollut. 285, 117260.
4. M. Le, H.M.N. Nguyen, V.K. Nguyen, A.V. Nguyen, N.D. Vu, N.T.H. Yen, A.Q. Hoang, T.B. Minh, K. Kannan, T.M.Tran (2021). Profile of phthalic acid esters (PAEs) in bottled water, tap water, lake water, and wastewater samples collected from Hanoi, Vietnam. Sci. Total Environ. 788, 147831.
5. Q. Hoang, T.M. Le, H.M.N. Nguyen, H.Q. Le, N.D. Vu, N.C. Chu, G.H.M. Dang, T.B. Minh, S.Takahashi, T.M. Tran (2022). Phthalic acid esters (PAEs) in workplace and house from Vietnam: Concentrations, profiles, emission sources, and exposure risk. Environ. Sci. Pollut. Res. 29, 14046-14057.
6. My.N. Nguyen, H.T. Khieu, H.Q. Le, T.T. Duong, T.Q. Do, T.B. Minh, T.M. Tran (2022). Assessment of distributional characteristics and ecological risks of cyclic volatile methylsiloxanes in sediments from urban rivers in northern Vietnam. Environ. Sci. Pollut. Res. 29, 29917-29926.
7. M. Le, C.L.T. Pham, H.M.N. Nguyen, T.T. Duong, T.P.Q. Le, D.T. Nguyen, N.D. Vu, T.B. Minh, T.M. Tran (2022). Distribution and ecological risk assessment of phthalic acid esters in surface sediments of three rivers in Northern Vietnam. Environ. Res. 209, 112843.
8. Q. Hoang, H.T. Trinh, H.M.N. Nguyen, T.Q. Nguyen, T.X. Nguyen, T.V. Duc, T.T. Nguyen, T.Q. Do, T.B. Minh, T.M. Tran (2022). Assessment of cyclic volatile methyl siloxanes (CVMSs) in indoor dust from different micro-environments in northern and central Vietnam. Environ. Geochem. Health 45, 1711–1722, https://doi.org/10.1007/s10653-022-01298-6
9. M. Le, H.L. Quang, A.H. Tran, M.B. Quang, N. D. Vu, H.N. Thi, H.V. Khanh, K. Kannan, T.M. Tran (2023). Co-occurrence of phthalic acid esters (PAEs) and cyclic volatile methylsiloxanes (cVMSs) in fine particulate matter (PM_0.5 and PM_0.1) collected from an industrial area in Vietnam. Environ. Res. 237 (part 2), 117018. https://doi.org/10.1016/j.envres.2023.117018.
10. L.T. Pham, N.B. Hoang, A.V. Nguyen, V. Le, N.M.T. Tran, K.T. Pham, H.D. Phung, N.C. Chu, A.Q. Hoang, T.B. Minh, T.M. Tran (2024). Distribution of phthalic acid esters (PAEs) in personal care products and untreated municipal wastewater samples: Implications for source apportionment and ecological risk assessment. Water Air Soil Pollut. 236, 33. https://doi.org/10.1007/s11270-024-07679-0

Nguồn: Phòng Quản lý Nghiên cứu cơ bản