Luận văn Nghiên cứu chất chống cháy Brom trong bụi không khí trong nhà

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu chất chống cháy Brom trong bụi không khí trong nhà

1. Lời cam đoan Tôi xin cam đoan Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Trịnh Thu Hà và TS. Dương Thị Hạnh. Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được tôi trích dẫn nguồn gốc rõ ràng. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Học viên Nguyễn Thị Thu Hằng I
2. Lời cảm ơn Luận văn Thạc sĩ khoa học - Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường với đề tài “Nghiên cứu chất chống cháy Brom trong bụi không khí trong nhà” được thực hiện tại phòng thí nghiệm Hóa sinh Môi trường - Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, dưới sự hướng dẫn của TS. Trịnh Thu Hà và TS. Dương Thị Hạnh. Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, từ khi nhận đề tài cho đến khi kết thúc thực nghiệm, em luôn nhận được sự quan tâm, động viên, hỗ trợ từ các cô hướng dẫn. Bằng tất cả sự kính trọng, lòng biết ơn, em xin phép được gửi tới TS. Trịnh Thu Hà và TS. Dương Thị Hạnh lời cảm ơn chân thành nhất. Em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban lãnh đạo Viện Hóa - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi cho em được hoàn thành tốt luận văn này. Em cũng xin được gửi lời cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Môi trường - Viện Công nghệ Môi trường - Học viện Khoa học và Công nghệ -Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức, tạo điều kiện về cơ sở vật chất và hướng dẫn em hoàn thành chương trình học tập và thực hiện luận văn. Em cũng chân thành cảm ơn tới toàn thể các anh chị trong phòng Hóa sinh Môi trường đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo và truyền đạt cho em những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Dù không phải là cộng sự, không cùng làm việc, nhưng gia đình luôn ở bên, động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất về cả tinh thần và vật chất cho em được nghiên cứu khoa học. Em xin bày tỏ lòng biết ơn vô hạn tới cha mẹ, gia đình đã cho em niềm tin, là chỗ dựa vững chắc trên con đường học tập của em! Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Học viên II
3. Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt Kí hiệu viết tắt Tiếng Việt CV Hệ số biến động của phép đo DCM Dichloromethane EPA Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ GC Sắc ký khí GC/ECD Sắc ký khí detector cộng kết điện tử GC/EI-MS Sắc ký khí với detector ion hóa electron khối phổ GC/MS Sắc ký khí khối phổ HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao LC Sắc ký lỏng LOQ Giới hạn định lượng LOD Giới hạn phát hiện MS Phổ khối lượng ppm Nồng độ phần triệu ppb Nồng độ phần tỷ ReT Thời gian lưu RSD Độ lệch chuẩn tương đối Rev Độ thu hồi SD Độ lệch chuẩn SDS Sodium dodecyl sulfate SPE Chiết pha rắn TCVN Tiêu chuẩn Việt nam III
4. MỤC LỤC MỞ ĐẦU ...................................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................................ 1 2. Mục đích nghiên ức u ................................................................................................................ 3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................................... 3 4. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................................ 3 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài ................................................................... 4 6. Bố cục luận văn gồm 3 chương và kết luận ............................................................................ 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...................................................................................................... 6 1.1. KHÁI NIỆM VỀ CÁC CHẤT CHỐNG CHÁY ............................................................... 6 1.2. VAI TRÒ CỦA CÁC CHẤT CHỐNG CHÁY TRONG ĐỜI SỐNG ............................ 6 1.3. CHẤT CHỐNG CHÁY BROM, ỨNG DỤNG ................................................................. 8 1.4. NHÓM CHẤT CHỐNG CHÁY DIPHENYL POLYBROMINATED (PBDEs). ...... 10 1.5. SỰ HIỆN DIỆN CỦA CHẤT CHỐNG CHÁY BROM TRONG MÔI TRƯỜNG ... 12 1.6. NGUY CƠ PHƠI NHIỄM CỦA CON NGƯỜI VỚI CHẤT CHỐNG CHÁY .......... 13 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .. 18 2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU .......................................................................................... 18 2.2. HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ ........................................................................ 18 2.2.2. Thiết bị, dụng cụ .............................................................................................................. 22 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................................... 23 2.3.2. Phương pháp xử lý số liệu .............................................................................................. 24 2.3.3. Đảm bảo chất lượng của phương pháp .......................................................................... 25 2.4. THỰC NGHIỆM ............................................................................................................... 28 2.4.1. Khảo sát phương pháp phân tích chất chống cháy brom trong mẫu bụi trên thiết bị GC/MS ....................................................................................................................................... 28 2.4.1.1. Điều kiện thiết bị cho phân tích PBDEs ..................................................................... 28 2.4.1.2. Khảo sát các điều kiện đo PBDEs trên thiết bị GC/MS ............................................ 29 2.4.2. Khảo sát điều kiện chiết tách chất chống cháy trong mẫu bụi không khí .................... 29 2.4.2.1. Chuẩn bị mẫu và thí nghiệm chiết tách ....................................................................... 29 2.4.2.2. Khảo sát các loại dung môi sử dụng chiết tách các hợp chất PBDEs ....................... 30 2.4.2.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách ............................................ 31 IV
5. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................................... 33 3.1. KẾT QUẢ QUY TRÌNH PHÂN TÍCH PBDEs TRÊN THIẾT BỊ GC-MS .........33 3.1.1. Kết quả khảo sát các điều kiện phân tích PBDEs trên thiết bị GC-MS ....................... 33 3.2. PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH CHẤT CHỐNG CHÁY BROM TRONG MẪU BỤI TRONG NHÀ ............................................................................................................................ 39 3.2.1.1. Hiệu quả chiết tách PBDEs sử dụng hỗn hợp dung môi methanol: dichloromethane với tỷ lệ 1 : 1 ............................................................................................................................... 39 3.2.1.2. Hiệu quả chiết tách PBDEs sử dụng hỗn hợp dung môi acetone:dichloromethane với tỷ lệ 1:1 ....................................................................................................................................... 40 3.2.1.3. Hiệu quả chiết tách PBDEs sử dụng hỗn hợp acetone: hexane với tỷ lệ 1:1 ........... 41 3.2.1.4. Hiệu quả chiết tách PBDEs sử dụng dung môi dichloromethane ............................. 42 3.2.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách ............................................... 43 3.3. QUY TRÌNH PHÂN TÍCH CHẤT CHỐNG CHÁY BROM TRONG MẪU BỤI TRONG NHÀ TRÊN THIẾT BỊ GC/MS ............................................................................... 47 3.3.1.Xác định giá trị sử dụng của phương pháp ..................................................................... 49 3.4.2. Đánh giá mức độ rủi ro của PBDEs có trong bụi nhà ................................................... 56 1. Kết luận .................................................................................................................................. 58 2. Kiến nghị ................................................................................................................................ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 59 PHỤ LỤC ................................................................................................................................... 63 V
6. Danh mục bảng Bảng 1.1: Danh sách các chất phân tích ............................................................................... 10 Bảng 1.2: Tính chất hóa lý của các chất PBDE phân tích................................................... 10 Bảng 2.1: Nồng độ các dung dịch chuẩn gốc ...................................................................... 18 Bảng 2.2: Nồng độ các dung dịch chuẩn ............................................................................. 21 Bảng 2.3: Điều kiện thiết bị phân tích cho các hợp chất PBDEs theo EPA 1614A .......... 28 Bảng 3.1: Các hợp chất PBDEs và các mảnh phổ khảo sát ............................................... 33 Bảng 3.2: Điều kiện khảo sát để định lượng PBDE trên thiết bị GC-MS ......................... 34 Bảng 3.3. Mảnh phổ chuẩn và thời gian lưu của các chất phân tích .................................. 36 Bảng 3.4: Kết quả phân tích PBDEs khi sử dụng hỗn hợp dung môi ................................ 39 methanol : dichloromethane .................................................................................................. 39 Bảng 3.5: Kết quả phân tích PBDE khi sử dụng hỗn hợp dung môi acetone:dichloromethane ....................................................................................................... 40 Bảng 3.6: Kết quả phân tích PBDEs khi sử dụng hỗn hợp dung môi acetone:hexane ..... 41 Bảng 3.7: Kết quả phân tích PBDE khi sử dụng dung môi dichloromethane ................... 42 Bảng 3.8: Kết quả PBDE trong điều kiện chiết tách ở nhiệt độ thường và nhiệt độ được điều chỉnh ở mức 25 - 28oC .................................................................................................. 44 Bảng 3.9: Kết quả phân tích mẫu trắng và mẫu lặp thêm chuẩn ........................................ 46 Bảng 3.10 MDL của phương pháp xác định PBDEs .......................................................... 50 Bảng 3.11. Sai số và độ lặp lại của phép đo tại các nồng độ khác nhau ............................ 51 Bảng 3.12: Đánh giá mô phỏng về nguy cơ sức khỏe của PBDEs đối với cư dân tại khu vực lấy mẫu ............................................................................................................................ 57 VI
7. Danh mục hình Hình 1.1: Công thức cấu tạo của các chất chống cháy PBDE ............................................ 12 Hình 2.1: Sơ đồ thiết bị sắc kí khí kết nối khối phổ (GC/MS) ........................................... 22 Hình 2.2: Sơ đồ thiết bị GC/MS ........................................................................................... 23 Hình 2.3: Mẫu bụi trong nhà để phân tích PBDEs .............................................................. 32 Hình 3.1: So sánh hiệu suất thu hồi của 13 PBDEs khi sử dụng các hỗn hợp dung môi chiết tách khác nhau ........................................................................................................................ 43 Hình 3.2. Quy trình chiết tách PBDE trong mẫu bụi .......................................................... 48 Hình 3.3: Phân bố hàm lượng của các BDE tại các địa điểm lấy mẫu tại Hà Nội ............ 54 Hình 3.4: Hàm lượng  10 PBDEs và BDE-209 ở trong các mẫu bụi nhà ....................... 54 Hình 3.5: Mức độ tương đồng về hàm lượng và thành phần các PBDE ........................... 55 ở các vị trí lấy mẫu ................................................................................................................. 55 VII
8. MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Chất chống cháy được sử dụng rộng rãi trong hoạt động công nghiệp do nó được thêm vào trong nhựa, hàng dệt may và mạch điện tử để đáp ứng các tiêu chuẩn dễ cháy trên toàn thế giới [1]. Các chất chống cháy nhóm brom (BFR), bao gồm các ete diphenyl polybrominated (PBDEs) đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều thập kỷ. Tuy nhiên, những lo ngại về tích lũy sinh học và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người của PBDEs đã dẫn đến việc cấm sản xuất và sử dụng chúng ở một số quốc gia, dẫn đến tăng việc sản xuất và sử dụng chất chống cháy thay thế, bao gồm cả OPFRs [2; 3]. Chất chống cháy brom (BRF) đã được phát hiện trong các thành phần môi trường khác nhau như đất, nước, không khí. Tần suất và nồng độ phát hiện cao của cả BFR và OPFR được thấy ở trong bụi không khí trong nhà, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người trong thời gian tiếp xúc lâu dài, đặc biệt là đối với trẻ em, do tần suất tiếp xúc với mặt đất thường xuyên hơn do đó phơi nhiễm bụi cao hơn so với người lớn [4]. Do đó việc phân tích hàm lượng các chất chống cháy trong bụi không khí trong nhà ngày càng được quan tâm, đặc biệt đối với BFR . Hiện nay trên thế giới nhiều phương pháp phân tích đã được phát triển nhằm phân tích đồng thời nhiều nhóm chất chống cháy trong mẫu môi trường, đặc biệt là mẫu không khí bằng việc sử dụng cùng một phương pháp chiết tách mẫu. Các đường phơi nhiễm của con người với các chất chống cháy PBDE bao gồm ăn uống thức ăn, tiêu hóa, hít phải không khí, bụi bị ô nhiễm PBDE và nuốt phải bụi, đặc biệt là bụi trong nhà. Phơi nhiễm cũng có thể xảy ra trong nơi làm việc trong quá trình hít vào không khí trong nhà bị ô nhiễm. Có sự tương quan tỷ lệ thuận giữa nồng độ PBDE (ngoại trừ BDE-209) ở sữa mẹ và bụi trong nhà. Nồng độ PBDE trong huyết thanh người tương quan cao nhất với các mức nồng độ PBDE tìm thấy trong bụi trong nhà. Khoảng từ 20 % đến 40 % dân số trưởng thành ở Mỹ tiếp xúc với PBDEs là thông qua việc ăn uống, phần còn lại tiếp xúc chủ yếu là do hít phải 1
9. bụi hoặc nuốt phải. Các chất chống cháy có liên quan đến rối loạn nội tiết, suy nhược miễn dịch, độc tính sinh sản, ung thư và tác dụng phụ trên sự phát triển của thai nhi và trẻ sơ sinh và chức năng thần kinh. Trước đây, các cơ quan quản lý chỉ xem xét những lợi ích của việc sử dụng các chất chống cháy chứ không quan tâm đến những hạn chế tiềm ẩn. Sau nhiều thập kỷ sử dụng các chất chống cháy, hàng trăm nghiên cứu khoa học trên khắp thế giới đã phát hiện ra hậu quả xấu đối với sức khoẻ và môi trường của một số chất chống cháy đặc biệt là nhóm chất chống cháy brom. Điều này được minh chứng bởi một loạt các công bố về nhóm chất chống cháy brom (PBDE...) trong các sản phẩm chống cháy xuất hiện trong môi trường bụi và không khí trong nhà, không khí, nước, trầm tích và vi sinh vật. Vấn đề về các chất chống cháy brom đã trở thành một vấn đề lớn trên phạm vi toàn thế giới. Theo thời gian nhiều chất khác nhau đã được thêm vào danh sách các chất có nguy cơả nh hưởng đến sức khỏe và môi trường, và nhiều chất đã được đưa vào nhóm các chất ô nhiễm hữu cơ bền vững (POP). Mối quan tâm về các chất chống cháy ngày càng gia tăng đã thúc đẩy một số nước châu Âu cấm sử dụng một số các chất chống cháy theo nguyên tắc phòng ngừa hơn phổ biến. Một loại các quy định, tiêu chuẩn về các chất chống cháy đã được đưa ra ở Liên minh châu Âu, Mỹ và một số nước trên thế giới. Để đánh giá đầy đủ hơn về mức độ ô nhiễm chất chống cháy, đặc biệt là chất chống cháy brom Chúng tôi đã xây dựng quy trình phân tích chất chống cháy brom trong bụi không khí trong nhà bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ (GC/MS/MS). Thủ đô Hà Nội có mật độ dân cư đông cùng với mật độ xây dựng cao, các cao ốc văn phòng, các khu chung cư cao tầng mọc lên khắp nơi dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng trong sản xuất và tiêu thụ hóa chất công nghiệp, bao gồm các chất chống cháy brom (BFRs). Các chất chống cháy brom có các vật liệu, đồ dùng trang thiết bị, nhất là các trang thiết bị điện và điện tử nên chúng dễ phát tán vào môi trường không khí trong quá trình sản xuất và tiêu thụ dẫn đến nguy cơ người dân sẽ bị phơi nhiễm nhiều với các chất này. 2
10. Luận văn này dự kiến tập trung nghiên cứu xây dựng phương pháp phân tích các chất chống cháy brom trong các mẫu bụi không khí trong nhà, từ đó áp dụng để đánh giá sự xuất hiện của các hợp chất này trong môi trường không khí trong nhà tại Thành phố Hà Nội và đánh giá sự phơi nhiễm cũng như ảnh hưởng của các hợp chất này đối với người dân sinh sống ở đây. Do đó em thực hiện luận văn “Nghiên cứu chất chống cháy nhóm brom trong bụi không khí trong nhà”. 2. Mục đích nghiên cứu -Mục tiêu chung: Xây dựng quy trình xác định chất chống cháy nhóm brom trong bụi không khí trong nhà. - Mục tiêu cụ thể: Ứng dụng quy trình đã được xây dựng nhằm phân tích chất chống cháy trong bụi không khí trong nhà trên một số quận địa bàn thành phố Hà Nội. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Chất chống cháy nhóm brom và mẫu bụi không khí trong nhà tại Hà Nội. - Phạm vi nghiên cứu: thành phố Hà Nội trong thời gian từ tháng 5/2020 – tháng 11/2020. 4. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về chất chống cháy brom trong bụi không khí trong nhà, phương pháp phân tích chất chống cháy nhóm brom trong bụi không khí. - Khảo sát các loại dung môi sử dụng chiết tách các hợp chất chất chống cháy brom trong bụi không khí trong nhà và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết bằng các phương pháp chiết tách khác nhau. - Khảo sát độ lặp lại của quy trình chiết tách, kiểm soát chất lượng phân tích bằng việc phân tích mẫu lặp, mẫu trắng, - Xây dựng quy trình chiết tách chất chống cháy brom trong mẫu bụi không khí trong nhà trên thiết bị sắc ký khí kết nối khối phổ. - Thu thập mẫu bụi không khí trong nhà tại Hà Nội. 3